알콜투여가 백서의 혈청, 뇌 및 근육조직내 creatine kinase활성에 미치는 영향

Abstract

[한글]

Creatine Kinase (creatine phosphokinase, ATP-creatine transphosphorylase, ATP: creatine N-phosphotransferase, EC 2.7.3.2., 이하 CPK라 약칭함)는 adenosine diphosphate와 creatine phosphate간의 phosphate를 전달하는 가역적반응을 촉매하는 효소로서 근육에 가장많이 존재한다(Dawson과 Fine, 1967).

CPK는 근육수축으로 ATP가 필요할 때는 ATP를 형성하는 방향으로, 또 근육수축이 없고 ATP가 풍부한 휴식기에는 "ATP-reservoir"인 creatine phosphate를 형성하는 방향으로 반응을 촉매한다(Forster등, 1974).

만성알콜섭취시 근육세포의 미세구조에 이상이 생기고 (Ekbom등, 1964; Farisd와 Reyes, 1971; Klinkerfuss등, 1967) 또한 혈청내의 CPK 활성이 증가한다는 것은 이미 밝혀졌다(Nygren, 1966, 1967).

Lafair와 Myerson (1968) 및 Warren(1972)은 알콜섭취시 혈청 CPK 활성이 증가하는 원인이 알콜에 의한 근육조직세포의 미세구조의 변화에 기인한다고 발표하였으나 이 발표는 아직 인정되고 있지 않은 상태로서 알콜섭취시 근육조직세포에 병변이 생기는 기전과 혈청 CPK활성이 증가하는 기전에 관하여는 많은 논란이 있을 뿐 확실한 원인은 밝혀지지 않고 있다.

이에 저자는 장기 또는 단독일회 알콜투여가 혈청 및 뇌, 근육조직내 CPK 활성에 미치는 영향과 뇌 및 근육조직세포의 손상여부와의 상관관계를 규명하고 혈청 CPK활성 증가의 기전을 밝히기 위해 다음과 같은 실험성적을 얻었다.

1. 숫 백서를 두군으로 나누어 Decarli와 Lieber(1967)의 방법에 따라 정상식이와 알콜식이로 각각 13주간 사육하였다. 알콜투여군은 총열량의 36%를 탄수화물대신 알콜로 대치하였으며 알콜은 10%알콜용액으로 백서의 물병을 통하여 공급하였다. 사육 13주 후 백서를 단두로 희생시켜 혈청을 분리하고 뇌세포질은 Bachelard (1966)의 방법으로, 근육 근형질내망은 Vale과 Carvalho (1973)의 방법으로 분리하여 Forster등 (1974)의 방법으로 CPK활성을 측정하였다.

알콜투여군에서 혈청 CPK 활성은 대조군보다 45%증가하였으나 뇌세포질과 근육 근형질 내망의 CPK 활성은 알콜투여군과 대조군사이에 큰 차이가 없었다.

이때 근육조직을 광학현미경과 전자현미경으로 관찰한 바 알콜에 의한 조직세포의 미세 구조상의 손상을 관찰하였다.

2. 정상식이로 2주간 사육한 백서에서 혈청 및 뇌세포질과 근육 근형질내망을 분리하여 시험관내에서 알콜농도를 0mmole에서 5.0mmoles까지 0.5mmoles의 차이로 변화시키면서 CPK 활성의 변화를 관찰한 결과 혈청과 뇌의 CPK활성은 2.5mmoles까지, 근육 CPK 활성은

1.5mmoles까지는 알콜농도가 증가함에 따라 CPK 활성이 점차 증가하였고 그 이상의 알콜농도에서는 CPK 활성이 급격히 저하됨을 보았다.

3. 정상백서에 체중 Kg당 9.3gm의 알콜을 50% 알콜용액으로 하여 stomach tube를 통해 투여하고 한시간 후 혈청을 분리하여 CPK 활성을 측정한 결과 알콜을 투여한 군의 CPK활성이 대조군보다 37%증가함을 보았다.

위의 실험결과로 미루어보아 알콜섭취시의 혈청내 CPK 활성의 증가는 근육조직손상에 의한 이 효소의 유출에 인한 것이라기 보다는 혈청내에 존재하고 있던 CPK가 알콜에 의하여 활성화되어 그 활성도가 증가되는 사실을 실험적으로 규명하였다.

[영문]

The primary objectives of the experiments described herein are to study the effect of creatine kinase(CPK) activities in serum, muscle and brain of rats and also to study whether the increased CPK enzyme activity in the serum is related to the ultrastructural change of muscle of rats ingesting 10% ethanol (V/V) for 13 weeks.

The present study shows a 45% elevation of CPK enzyme activity over a 13 week period in rats receiving a daily ration of ethanol compared to a control group fed only the isocaloric diet. There was no significant increase of CPK in the cytoplasm of the brain or in the sarcoplasmic reticulum of the muscle tissue of these rats. However, ultrastructural changes were observed in the tissues of muscle and brain indicating increased CPK activity in the serum may be due to the ultrastructural change due to ethanol toxicity which was described by Nygren (1966), Lafair et al.

(1968) and Warren (1972). At the present moment, the major controversy, regarding the elevation of CPK activity in the serum which may be due to the ultrastructural change induced by ethanol or due to the myopathy of skeletal muscle tissue induced by nutritional or other factors, centers on the enzyme activity of CPK in the serum and the ultrastructural change of the tissues.

However, our in-vitro experiment with isolated serum, cytoplasm of brain tissue and muscle sarcoplasmic reticulum from normal rats with varying degree of alcohol concentrations indicates that activities of CPK were increased proportionally to the alcohol concentration, from 0 mmoles to 2.5 mmoles in isolated serum and cytoplasm of brain tissue and also from 0 mmoles to 1.5 mmoles in sarcoplasmic reticulum in muscle tissues, but the activities of CPK of these same tissues decreased drastically over 2.5 mmoles ethanol concentration in serum and cytoplasm of brain and over 1.5 mmoles ethanol concentration in sarcoplasmic reticulum in

muscle tissues.

In connection with this experiment, a 37% increase of activity of CPK in the serum of the rats was found after a 1 hour single dose of alcohol administered 9.3gm/Kg of body wt. (50% of ethanol V/V), by stomach tube, this amount of ethanol being equivalent to 0.4 mmoles of intra and extracellular fluid of the rat.

Therefore, we can conclude that an increase of CPK activity in the serum of the rats after chronic or single dose ethanol administration may not be the result of ultrastructural cell damage, but rather the result of direct activation of CPK itself by ethanol.