실험적 뇌허혈로 인한 신경전달물질 변동 및 이에 대한 nimodipine의 효과

Abstract

[한글]

허혈로 인한 뇌의 손상에는 세포내 칼슘이 중요한 역할을 하는데, 뇌허혈시 adenosine triphosphate(ATP)의 고갈로 세포막이 탈분극되어 막전압 의존성 칼슘통로를 통해 대량의 칼슘이 세포내로 유입된다. 세포내 증가된 칼슘은 여러가지 효소를 활성화시켜 세포 독작용을 나타내는데 감소된 산소 및 포도당 공급과 더불어 신경전달물질의 대사에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

본 실험에서는 허혈로 인한 뇌내 아민과 그 대사물질의 함량변동을 알아보고 이에 대한 칼슘통로봉쇄제와 칼륨통로개방제의 효과를 알아보기 위하여 실험군을 대조 실험군, 경동맥 부분결찰군, nimodipine 투여군, cromakalim 투여군으로 나누어 실험을 시행하였으

며 각 군은 3시간 및 24시간 실험군으로 나누었다. 허혈은 실험쥐의 양측 총경동맥을 부분결찰하여 유발하였으며 각 약물의 효과를 알아보기 위하여 칼슘통로봉쇄제인 nimodipine(360μg/kg, i. p·)과 칼륨통로개방제인 cromakalim(0.5mg/kg, i. p.)을 부분결찰 20분

전에 투여하였고 24시간 실험군의 경우 nimodipine은 4시간 마다 반복 투여하였으며 cromakalim은 다음날 1회 추가 투여하였다. 뇌는 실험쥐를 단두한 후 대뇌 전엽, 선조체, 해마, 시상, 시상하부, 흑질, 소뇌의 순으로 채취하였으며 각 부위의 아민 함량을 HPLC-ECD system 으로 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 정상 흰쥐의 뇌조직내 5-hydroxytryptamine(5-HT)과 5-hydroxyindoleacetic acid(5-HIAA)의 단위함량은 흑질에서 가장 높고 norepinephrine은 시상하부에서, dopamine은 선조체에서 가장 높았으며 3,4-dihydroxyphenylacetic acid와 homovanillic acid는 선조체에서만 검출되었다.

2. 3시간 뇌허혈로 인한 5-HT의 함량은 대뇌 전엽에서 절반 이하로 감소하였으며 이러한 변화는 nimodipine 투여로 훨씬 줄어들었다.

3. 3시간 뇌허혈로 인한 norepinephrine의 함량은 대뇌 전엽, 해마, 시상에서 감소하였으며 dopamine의 함량은 선조체에서 크게 감소하였다. 이러한 변화는 nimodipine 투여로 대조치로 회복되었다.

4. 3시간 뇌허혈로 인한 5-HT와 norepinephrine의 대사율은 대뇌 전엽과 해마, 그리고 선조체에서 각각 증가하였으며 이러한 변화는 nimodipine의 투여로 회복되었다.

5. 3시간 뇌허혈 실험군에서 cromakalim은 대뇌 전엽을 제외한 모든 부위에서 아민의 함량과 대사율에 별다른 영향을 미치지 못하였다.

6. 24시간 뇌허혈로 인하여 대뇌 전엽, 선조체, 해마, 시상 등에서 5-HIAA 함량만 증가하였는데 이는 nimodipine과 cromakalim으로 별다른 변화를 보이지 않았다.

7. 양측 경동맥을 부분결찰한 흰쥐의 활동도는 대조 실험군의 활동도에 비해 반 이하로 감소하였으며 nimodipine 투여로 의의있는 회복을 나타내었다.

8. 양측 경동맥의 부분결찰로 24시간 내에 33.3%의 치사율을 보였으며 cromakalim 투여로 인해 치사율이 현저히 낮아졌다.

이상의 성적으로 허혈에 의한 뇌조직내 아민 함량과 그 대사율 변동은 허혈 초기에 심하게 나타나며 이같은 변동이 칼슘통로봉쇄제인 nimodipine에 의해 감약되는 것으로 보아 허혈성 뇌조직내 아민 변동에는 세포내 칼슘유입 증가가 관여하는 것으로 생각한다.

[영문]

It has been reported that ischemia causes changes in the concentration and turnover of monoamine neurotransmitters in brain. For the mechanism of cellular death in brain ischemia it is suggested that accumulation of intracellular calcium during ischemia is one of the main causes. Present study was undertaken to investigate the influence of ischemia on the contents and turnover of the biogenic amines in rat brain and further to investigate the effects of nimodipine, a calcium channel blocker, and cromakalim, a potassium channel opener, on them. Brain ischemia was induced by partial ligation of bilateral common carotid artery. Nimodipine(360μg/kg, i.p.) or cromakalim(0.5 mg/kg, i.p.) was administered 20 minutes before ligation. Nimodipine was administered every 4 hours in 24-hour ischemic group. Rats were sacrificed by decapitation 3 or 24 hours after induction of ischemia and whole brains were excised. The brain was devided into following regions; cerebral cortex, corpus striatum, hippocampus, thalamus, hypothalamus, substantia nigra and cerebellum. The concentrations of biogenic amines and their

metabolites were measured by high performance 1iquid chromatography-electrochemical detector (HPLC-ECD).

The results obtained are as follows;

1. The contents of 5-HT and 5-HIAA, and norepinephrine were highest in the substantia nigra and hypothalamus of normal brain, respectively. Both DOPAC and HVA were detected in corpus striatum.

2. The 5-HT content was decreased to one half of control in the frontal cortex of 3-hour ischemic brain, which was mostly prevented by nimodipine treatment.

3. The norepinephrine content was decreased in the frontal cortex, hippocampus and thalamus of 3-hour ischemic brain. The dopamine content was decreased in the corpus striatum. These changes were prevented by nimodipine treatment.

4. The turnover rate of 5-HT and norepinephrine in 3-hour ischemic brain were increased in frontal cortex snd hippocampus, and in the corpus striatum, respectively. These changes were prevented by nimodipine.

5. Cromakalim had little effect on the content or turnover rate of biogenic amines in 3-hour ischemic brain except frontal cortex.

6. In 24-hour ischemic group, the changes of biogenic amines were minimal other than the increase of 5-HIAA of frontal cortex, corpus striatum, hippocampus and thalamus.

7. The activity of ischemic rat was decreased, which was recovered by nimodipine.

8. The mortality of ischemic rat within 24 hour was 33.3% and it was reduced significantly by cromakalim.

Based on these results, it is concluded that the changes in concentration of

biogenic amines and their turnover rate of the ischemic brains are prominent within 3 hour of ischemia and these changes are mestly attenuated or prevented by calcium channel blocker nimodipine, which suggests that the increase of calcium influx

during ischemia is one of the main cause of these changes.