흰쥐의 격리폐에서 패혈증시 비선택성 산화질소 합성효소 억제가 저산소성, acetylcholine 및 bradykinin 유도성 폐혈관 수축에 미치는 영향

Abstract

패혈증시 전신 장기들의 기능장애가 나타나는데 특히 폐는 내독소에 의한 패혈증시 예민하여 결국 급성 호흡곤란 증후군(acute respiratory distress syndrome, ARDS)이 패혈증 환자의 예후를 좌우하는 가장 중요한 인자가 된다. 내독소는 유리 라디칼 산화질소 합성효소(nitric oxide synthase, NOS)를 자극하여 산화질소(nitric oxide)를 합성함으로써 폐혈관 평활근을 이완시키는 작용을 한다. 그러나 한편으로 arachidonic acid대사의 COX(cyclooxygenase, COX)대사물을 증가시키고 endothelin의 분비를 자극하여 저산소성 폐혈관 수축 (hypoxic pulmonary vasoconstriction, HPV)이나 각종 혈관 반응성 물질에 의한 혈관 반응을 변화시킬수 있으며 내피세포의 기능저하로 NO의 분비를 저하시키고 내피세포의 손상이 폐혈관 수축을 관장하는 폐혈관 평활근 수용체를 자극시킬 수 있기 때문에 폐혈관이 수축할 수도 있다. 그러므로 본 연구자는 E.coli lipopolysaccharide (LPS)로 패혈증을 유발시 NOS와 NO의 합성이 활성화된다는 가정하에, 비선택성 NOS억제제인 N^G -nitro-L-arginine-methyl ester(L-NAME)를 사용할 때 수용체에 의존치 않는 HPV와 수용체에 의해 매개되는 bradykinin (BK)이나 acetylcholine(Ach)유도성 혈관수축이 흰쥐의 격리폐에서 어떤 반응을 나타내는지를 살펴보고자 하였다. 생리적 염-알부민-혈액의 혼합액으로 관류되는 43마리 흰쥐의 격리폐에서 실험 4시간전 대조군(n=15)에서는 생리식염수 1ml를, LPS군(n=14)에서는 E.coli LPS 20mg/kg를, LPS + L-NAME군(n=15)에서는 LPS 30mg/kg와 산화질소 합성효소 억제제인 L-NAME 15mg/kg를 복강내에 투여하였다. 4시간 경과후 격리폐 모델을 위한 외과적 조작을 했고, 조작이 완료되면 관류액을 분당 15ml로 관류하며 격리폐가 안정되기를 기다렸다. 10분 경과시 기본 폐동맥압을 측정하고 폐동맥에 활성도를 부여하기 위해 angiotensin II 0.2 ㎍을 관류로에 주사하고 다시 10분을 기다린후 본 실 험을 시작하였다. 본 실험에서 각군에서 정상산소(21% 산소)환기와 저산소(3% 산소)환기를 5분씩 교대로 3회 실시한후 폐동맥압을 측정하고 HPV의 마지막 반응 측정이후에 관류로에 Ach 0.01 ㎍, 0.1 ㎍, 1.0 ㎍, BK 1 ㎍, 3 ㎍, 10 ㎍을 주사하여 각용량에서의 폐동맥압을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. LPS군은 대조군 및 LPS + L-NAME군에 비해 기본 폐 동맥압이 증가되었다. 2. HPV는 LPS군에서는 대조군에 비해 변화가 없었으나, LPS + L-NAME군에서는 대조군에 비해 증가하였다. 3. Ach은 0.1 ㎍, 1.0 ㎍에서, BK는 3 ㎍, 10 ㎍에서 투여전 비해 폐혈관을 수축시켰고, BK의 폐혈관 수축현상은 용량에 의존하는 양상을 보였다. 그러나 군간 차이는 없었다. 4. 폐의 경직도는 LPS군과 LPS + L-NAME군이 대조군에 비해 더 증가되었다. 그러나 LPS군과 LPS + L-NAME군의 차이는 없었다. 결론적으로, 흰쥐의 내독소 패혈증시 격리폐에서 기본 폐동맥압은 증가되는 바 이는 아마도 내피세포의 기능장애 혹은 내피세포의 손상이 있었음을 나타내며, Ach과 BK에 의한 폐혈관 수축현상과 폐의 경직도가 증가되는 현상 등은 폐의 내피손상을 나타내는 결과라 하겠다. 그러나 LPS군과 LPS + L-NAME군에서 Ach, BK에 의한 폐혈관 수축이나 경직도가 군간에 차이가 없음은 본 실험에서의 내피손상이 패혈증시 과량의 NO생성보다는 오히려 다른 인자가 관여했으리라 여겨진다. ; Organ system dysfunctions are common disorders associated with sepsis. Especially lungs are very susceptible to the changes seen in endotoxemia and acute respiratory distress syndrome is the significant cause of morbidity and mortality in these patients. Endotoxin stimulates nitric oxide synthase(NOS) and the free radical nitric oxide(NO) is produced by NOS, which vasodilates smooth muscle of pulmonary vessels. Otherwise, endotoxemia stimulates to release cyclooxygenase(COX) products of arachidonic acid metabolism and endothelins, which may modify hypoxic pulmonary vasoconstriction(HPV). However, endothelial injury may also increase stimulation of vascular smooth muscle receptors responsibile for vasoconstriction. And we observed the effect of nonselective NOS inhibition by N^G-nitro-L-arginine methyl ester(L-NAME) on receptor -mediated acetylcholine(Ach)/bradykinin(BK) induced vasoconstriction and receptor-independent HPV in E.coli lipopolysacchride(LPS) induced septic isolated rat lungs. Four hours before surgical instrumentation for lung isolation, we administered saline(1ml) at control group(n=15), E.coli LPS(20mg/kg) at LPS group(n=14) and LPS(30mg/kg) + the nitric oxide synthase inhibitor, L-NAME(15mg/kg) at LPS + L-NAME group(n=14), intraperitoneally. In isolated 43 rat lungs perfused with physiologic salt-albumin-blood mixture, angiotensin II 0.2㎍ was injected into perfusion circuit to get and confirm pulmonary vascular reactivity in each isolated lungs, and main experiments were performed. The HPV responses were induced by three hypoxic challenges for 5 minutes separated by 5 minutes of ventilation with normoxic gas mixture. We observed the pulmonary arterial pressure at each challenges ten minutes after the last HPV, 0.01, 0.1, 1.0㎍ of Ach and 1, 3, 10㎍ of BK were injected. The PAP and static lung compliance were measured in each isolated lungs. The results in this study were as the followings ; 1. The baseline pulmonary artery pressure in the LPS was increased than in the controls. 2. The HPV in the LPS was changed significantly than in the controls but in the LPS + L-NAME was increased than in the controls. 3. The administration of Ach 0.1, 1.0㎍ and BK 3, 10㎍ caused pulmonary vasoconstriction and the vasoconstrictions of BK were dosage-dependent. But there was no difference between these groups. 4. The stiffness of lung in the LPS and LPS + L-NAME were increased than in the controls. But there were no difference between LPS and LPS + L-NAME. In conclusion, the basal pulmonary pressure was increased in isolated lungs of rat with endotoxemia, which suggest that there were endothelial dysfuction or injury of the lung. The vascular constriction of pulmonary vessel and increased lung stiffness by Ach and BK might be the results of endothelial injury of the lung. But pulmonary vasoconstriction and stiffness by Ach and BK significantly had no difference between the LPS and LPS + L-NAME which shows that other factors rather than excessive production of NO might be involved in endothelial injury in this study.