코카인에 의한 백서 심근병변에 대한 조직학적 연구

Abstract

마약 사용자가 급격히 늘어감에 따라 최근 몇 년 사이로 코카인이 심장에 미치는 영향에 대한 관심이 높아지고 있으나 실제로 코카인 단독 투여후 심장에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서는 아직 논란이 많다. 이에 저자는 코카인 단독 투여후 처치기간과 투여총량이 심근변화에 미치는 형태학적 변화를 관찰하여 인체에서 보고된 여러 심장병의 원인과 그 기전을 파악하고자 이 실험을 시도하게 되었다. 실험동물은 체중 200그램내외의 웅성백서 80마리를 사용하여 정상대조군(제I군), 코카인 소량 투여군(제II군, 30mg/kg/day), 대량 투여군(제III군, 45mg/kg/day)으로 나누어 8주간 매주 도살하여 적출한 심근 조직편을 가지고 H & E 염색 및 특수염색을 하여 광학현미경으로 검색하였고 또 격주로 전자현미경으로 검색하여 심근의 형태학적 변화를 관찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 심근의 조직학적 변화로는 정도의 차이는 있으나 H & E 염색상 심근의 수축대(contraction band)가 제II군에서는 3, 4주에, 그리고 제III군에서는 2, 3주에 가장 심하게 관찰되었다. 2. 호산성 괴사(eosinophilic necrosis)는 제II군에서는 7, 8주에 국소적으로, 제III군에서는 국소적 및 미만성으로 2주부터 경도 및 중등도로 나타나기 시작했다. 임파구성 심근 염증(lymphocytic myocarditis)은 제II군으로는 6주부터, 제III군에서는 2주부터 경도 및 중등도의 염증세포 침윤이 관찰되었고 모든 심근의 변화에 제III군에서 제II군 보다 심한 변화를 보였다. 3. 심근의 특수염색 소견으로는 허혈성 변성(ischemic change)이 실험초부터 국소적 혹은 미만성으로 관찰되었으며 제II군보다 제III군에서, 기간이 길어질수록 증가함을 관찰할 수 있었다. 심근에 선문(striation)의 소실은 투여량이나 기간에 관계없이 경도로 산발적인 분포를 보였으며 당원(glycogen)의 소실이 현저히 나타났고 간질 섬유 증식은 기간이 길어질수록 증가되었다. 4. 관상동맥의 분지에서는 뚜렷한 내막증식은 없었으며 동맥벽의 섬유소(fiber) 및 공포(vacuole) 등으로 인한 비후를 볼 수 있었으며 이는 특수염색상이나 전자현미경으로 확인되었다. 5. 심근 섬유의 전자현미경적 소견은 초기에 미토콘드리아의 종창 및 막 파괴를 보였으며 수축대의 무형질의 진한 내용물(amorphous dense material), 근섬유의 파괴, 개재 판(intercalate disk)의 손상등이 제II군, 특히 제III군에서 잘 관찰되었다. 이상의 결론을 종합해 보면 코카인 투여에 의한 심근 섬유의 변화는 수축대, 허혈성 변성, 호산성 괴사 및 임파구성 염증반응이 특징적이었으며 처치량이 증가함에 따라, 투여기간이 길수록 경도로 증가함을 관찰할 수 있었다. ; As the usage of narcotics, especially that of cocaine increases, cocaine-associated cardiotoxicity is also observed to increase. For example, illicit use of cocaine has been associated with sudden death (Wetli and Wright, 1979; Mittleman and Wetli, 1984), myocardial infarction with or without anatomically normal coronary artery (Coleman, et al, 1982; Pasternack, et al, 1985; Howard, et al, 1985; Weiss, 1986), myocarditis (Isner, et al, 1986; Simpson and Edwards, 1986; Virmani, et al, 1987; Isner, et al, 1985), chronic heart failure (Wiener, et al, 1986; Karch and Billingham, 1988), fatal arrythmia (Isner, et al, 1985), but very little is known about how cocaine alone affect the heart. This experimental study was aimed to observe the morphological changes of the myocardium induced by cocaine in rats and thereby clarify the pathophysiology of cocaine-associated cardiotoxicity in humankind. The experiment was conducted by using 80 albino Sprague Dawley male rats which were divided into three groups: The group I (16 rats) was used as the control group with normal saline; the group II (32 rats) was given daily intraperitoneal injection of 30mg/kg of 0.3% cocaine, and the group III (32 rats) was given daily intraperitoneal injection of 45mg/kg of the same cocaine. The experiment continued for 8 weeks and each of the 4 rats was sacrificed every week for the light microscopic examination of the heart (H & E stain, 5 different special stains) and every other week for the electron microscopic examination. The results were as follows: 1. Light microscopically, myocardial contraction band appeared both in the cocaine treated groups, but it appeared at 3 to 4th week in the group II and disappeared as the experiment continued whereas in group III, it appeared at 2 to 3rd week and persisted through out the experiment. 2. Eosinophilic necrosis was observed at 7 to 8th week in group II whereas in group III, it appeared mildly to moderately at 2nd week. Lymphocytic myocarditis began about 6th week in group II as compared to about 2nd week in the group III. All the myocardial findings were more intensly noted in group III than in group II and as the duration of the experiment prolonged. 3. The special stain of the myocardium revealed focal to mildly diffuse ischemic changes from the beginning of the experiment. The changes were more intense in group III than in group II and the myocardial changes increased as the duration of the experiment prolonged. The loss of the striation of myofibrils showed mild to diffuse distribution with no relation to the dosage nor duration. The loss of glycogen was typical as the duration of cocaine administration increased along with interstitial fibrotic proliferation. 4. There were no evidences of intimal proliferation nor atherosclerotic changes in coronary arteries in both groups, but mild hypertrophy of the vessel wall was noted due to the collagen proliferation and vacuoles in both cocaine treated groups. No evidence of intimal proliferation and thrombus was confirmed by the use of special staining and electron microscopy. 5. Electron microscopic findings in group II and group III showed early mitochondrial swelling and mitochondrial membrane destruction as well as amorphous dense material in contraction band which soon followed by the destruction of myofibrils and intercalate disk. These findings were more intense with group III than in group II. All in all, typical findings of the cocaine induced myocardial changes included early alteration of mitochondria with contraction band, ischemic changes, eosinophilic necrosis and lymphocytic myocarditis which in generalization, intensified in group III than in group II, and as the experiment prolonged.