Dexamethasone이 백서태자 폐성숙에 미치는 영향에 관한 형태학적 및 형태계측학적 연구

Abstract

[한글]각종 산과적 병력으로 말미암아 조기분만이 요구되는 사례가 증가함에 따라 조산아에서 흔히 볼 수 있는 호흡부전증후군의 증가는 필연적이다. 이러한 호흡부전증후군의 발병을 방지 또는 감소시키려는 노력의 결과 여러가지 약물들이 태자폐에서 Ⅱ형상피세포의 성숙을 촉진한다고 보고되고 있다. 그 중 부신피질홀몬제는 Ⅱ형폐포상피세포내의 osmiophilic lamellar inclusion body를 증가시키고(Kikkawa등, 1971; Wang등, 1971), 생화학적으로도 choline과 palmitic acid로부터 lecithin 합성을 촉진하여 표면활성물질이 증가한다고 알려져 (Kotas 및 Avery, 1971; Motoyama등, 1971) 간혹 임상적으로 응용되고 있다.

그러나 부신피질홀몬제가 Ⅱ형폐포상피세포에 직접 작용하는 것인지 내배엽성기관지의 분지 혹은 원시간엽조직 (primitive mesenchyme)의 분화를 자극함으로서 기강(氣腔)의 발달을 촉진하고 2차적으로 Ⅱ형폐포상피의 성숙이 빨라지는 것인지에 관하여는 아직 정설이 없으며, 투여량이나(Kauffman, 1977) 투여시기에 관해서도 논란이 많다(Pysher등 1977).

따라서 임신백서에 부신피질홀몬제를 투여하여 태자폐의 성숙에 어떠한 기전으로 영향을 미치는지를 조사하고자 다음과 같은 연구를 시행하였다.

실험동물로는 자성 Sprague-Dawler백서 90마리를 사용하여 다음과 같이 3군으로 나누어 실험하였다.

제 Ⅰ군 증류수투여 대조군 30마리

제 Ⅱ군 Dexamethasone소량 투여군 30마리

제 Ⅲ군 Dexamethasone 대량 투여군 30마리

부신피질홀몬제로서 dexamethasone을 사용하였으며, 백서를 임신시키고 모체 체중 gm당

일반적 치료량인 1.0㎍과 그 10배에 해당하는 10.0㎍을 임신시기별(16일, 17일, 18일, 19일, 20일)로 1회씩 대퇴부에 근육주사하였다. 약물투여일로부터 임신 제21일까지 24시간

간격으로 도살하였으며, 폐성숙과정의 전반적인 조직변화를 보기 위하여 hematoxylin-eosin염색을, 그리고 폐성숙에 따른 호흡관 및 간엽조직의 당원변동을 보기 위한 PAS 및 D-PAS염색을 시행하여 광학현미경적 검색을 하였다. 이러한 폐의 성숙과정을 객관적으로 표

시하기 위하여 hematoxylin-eosin 염색표본상에서 기강의 면적비를 측정하였으며, 상피세포와 간엽조직의 발달과정을 미세구조적 차원에서 보기 위하여 투시 및 주사전자현미경적 검색을 시행하였다.

실험결과를 요약하면 다음과 같다.

1. 광학현미경적 소견상 대조군 태자폐는 임신 17일에는 미숙한 호흡관 및 원시간엽조직으로만 구성되다가 18일에는 다수의 공포를 가진 입방형세포로 피복되는 소수의 선상구조가 나타나 19일에는 그 수가 증가하며 간엽조직세포도 입방세포와 같은 정도의 공포로

충만되어 있었고, 그 이후 선상구조가 더욱 증가하면서 내강이 넓어지고 간엽조직은 점차 감소하는 과정을 밟았다.

2. Dexamethasone투여 특히 대량투여군은 임신 제 18일에 이미 뚜렷한 선상구조의 증가를 보이며 전자현미경 소견상 osmiophilic lamellar inclusion body가 출현한 시기인 19일에는 선상구조의 내강이 넓어지기 시작하고 20일 이후에 내강의 확장이 현저해지면서

간엽조직이 감소도 대조군에 비하여 빨랐다.

3. 대조군에서는 임신 20일까지 호흡관 및 선상구조의 상피세포에 당원이 풍부하다가 21일에 비로소 감소를 인정할 수 있었으나 dexamethasone투여군에서는 임신 20일부터 당원감소가 확실하고, 간엽조직세포에도 dexamethasone투여군에서 당원감소시기가 빨랐다.

4. Dexamethasone투여 특히 대량투여는 태자폐의 기강면적비 (氣腔面積比)를 증가시켰으며 이러한 증가는 전자현미경 소견상의 osmiophilic lamellar inclusion body출현에 선행하였다.

5. 전자현미경 소견상 상피세포내 당원의 집결 및 소실, osmiophilic lamellar inclusion body의 형성 및 방출시기, Ⅰ형상피세포의 출현시기가 dexamethasone 투여군에서 빨랐으며, 이러한 효과는 대량투여시 대조군에 비하여 더욱 뚜렷하였다. 간엽조직내 당원의 소실 및 지방적증가의 시기도 dexamethasone 투여군에서 촉진되었다.

이상의 결과를 종합하면 dexamethasone투여는 백서태자폐의 기강형성과 임신후기 Ⅱ형 및 Ⅰ형 상피세포의 출현을 촉진하고 osmiophilic lamellar inclusion body형성을 증가시킨다. 특히 기강형성의 촉진효과가 Ⅱ형상피세포출현에 선행한 것으로 보아 dexamethasone은 호흡관의 분지 혹은 원시간엽조직의 분화에 의한 기강형성과정과 Ⅱ형 폐포상피세포의 성숙과전을 모두 촉진하는 것으로 사료된다.

[영문]Idiopathic respiratory distress syndrome is a major cause of morbidity and mortality among premature infants, and is associated with maternal obstetric complications which mar require preterm delivery.

There have been a large number of animal studies in which various agents were administered to pregnant animals to accelerate maturation of fetal pulmonary type Ⅱ cell in order to find possible means to prevent respiratory distress syndrome

(Robbins and Cotran, 1979). Glucocorticoid has been known to increase the synthesis of osmiophilic inclusion bodies in pulmonary type Ⅱ epithelial cell (Kikkawa et al, 1971) and promote the synthesis of surface active lecithin from choline and

palmitic acid (De Lemos et al, 1970; Kotas and Avery, 1971 ;

Motoyama et al, 1971 ; Farrell and Zachman, 1973; Smith and Torday, 1974; Adamson and Bowden 1975: Pysher et al, 1977: Shelley et al, 1979).

For these reasons glucocorticoids have been tried clinically. It is not clear, however, whether the glucocorticoids act directly on type Ⅱ epithelial cells or stimulate the budding of entodermal derived bronchial trees or the differentiation

of primitive mesenchymal tissue which may then accelerate the maturation of type Ⅱ epithelial cells. There is also much controversy concerning the effects of dosage (Kauffman, 1977) and the time of administration (Smith et al, 1974; Pysher et al,

1977). Therefore the present study is aimed to investigate the mechanisms by which glucocorticoid administration to pregnant rats influenced the maturation of fetal lung.

Pregnant Sprague-Dawley rats were used and divided into 3 groups. The first group was given saline as control, while the second group was administered a small dose of dexamethasone.(1.0 ug/kg of maternal weight) and the third group was given large

dose of dexamethasone (10.0 ug/kg of maternal weight). The drug was injected intramuscularly into the thigh, and the animals were further divided into subgroups according to the day of drug administration (the 16, 17, 18, 19, or 20th day of gestation). After the injection, the animals were sacrificed in 24-hour intervals until 2 lst day of gestation. Sections of the lung were stained with hematoxylin-eosin to examine the general histologic changes and were stained with PAS and diastase-PAS to observe the changes of glycogen in the epithelial and mesenchymal cells. With the hematoxylin-eosin stained sections the areas occupied by air spaces were measured using 19 m/m Square Micrometer. Transmission and scanning electronmicroscopic examinations were also made to observe the ultrastructure of epithelial and mesenchymal tissues.

The results are as follows:

1. On the 17th day of gestation, the light microscopic examination disclosed that the fetal lung of the control group was composed of immature respiratory tubules and primitive mesenchymal tissue. A small number of glands began to appear on the 18th day, which was lined by cuboidal cells and contained large vacuoles. On the 19th day of gestation the number of glandular structure increased with the same cytoplasmic vacuoles. The mesenchymal cells also showed cytoplasmic vacuoles as

much as the epithelial cells. After the 19th day, the number of glands were markedly increased with dilatation of the lumen and the mesenchymal tissue gradually decreased.

2. Dexamethasone treatment (especially large dose) induced increase in the number of glands and dilatation of the gland lumen earlier than the control group. On the 19th day, the luminal dilatation of glands were already prominent showing some

ectatic change, and the mesenchymal tissue began to decrease.

3. In control group, the glycogen in the epithelial and mesenchymal cells was still large in amount on the 20th day. Whilst in dexamethasone treated groups the decrease of glycogen began to appear on the 20th day of gestation.

4. Daxamethasone increased the amount of fetal pulmonary air spaces, which was already seen before the appearance of OIB by electronmicroscope.

5. Electronmicroscopic examination disclosed that the dexamethasone treatment accelerated the aggregation and loss of glycogen, the formation of OIB in epithelial cells, and the appearance of type Ⅰ pneumocytes. This process was even

more accelerated in the large-dose dexamethasone treated group. The disappearance of glycogen and the increase of lipid in mesenchymal cells were also more rapid in the dexamethasone treated group than in the control.

In summary, dexamethasone accelerated the fetal pulmonary air space formation, the appearance of type Ⅱ and type Ⅰ pneumocytes in late pregnancy and the synthesis of OIB. Considering that the acceleration of air space formation preceded

the appearance of type Ⅱ cells, it is believed that dexamethasone stimulates either the budding of bronchial trees or the differentiation of primitive mesenchymal tissue as well as direct action to the type Ⅱ cells.