저온노출 및 재관류시 관류액의 ion조성 변동에 따른 심근 세포내 Ca++농도의 변화

Abstract

[한글]

임상적으로 개심술 시행을 위해 심근정지를 유발한 후 다시 정상 혈액으로 재관류하는 경우, 심근 세포의 허혈 손상 및 재관류 손상(ischemic and reperfusion injury)을 초래할 수 있다. 이같은 손상으로부터 심근 세포를 보호하기 위한 한 방법으로 저온 심근정지

방법이 많은 이들에 의해 사용되고 있으나 그 자세한 기전에 대해서는 아직 명확치 않다. 그런데 심근 세포의 손상 정도 및 그 예후를 판별할 수 있는 중요한 지표 중의 하나로 세포내 Ca**++ 농도를 들 수 있다. 즉 심근 세포내 Ca**++ 농도가 어떤 원인에 의해서든지 증가하는 경우, 이에 의해 세포내 adenosine triphosphate(ATP) 고갈이 촉진되고, Ca**++ -dependent catalytic enzyme의 활성 역시 증가함으로써 심근 세포의 손상이 초래되게 된다. 따라서 본 실험에서는 정상 온도(37℃) 및 저온(20℃)의 심근정지 용액으로 심근 세포를 관류하였을 때 관찰되는 세포내 Ca**++ 농도 변화 양상을 fluorescent indicator인 furs-2를 이용하여 직접 측정함으로써 심근정지용액의 온도 변화에 따른 심근 세포내 Ca**++ 축적 정도 및 그 기전과, 이같은 Ca**++ 축적을 방지하여 심근 손상을 최소화 할 수 있는 심근정지 용액의 조성을 규명해보고자 실험하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 심근정지시 세포내 Ca**++ 농도는 안정시에 비해 유의하게 증가하였으며, 심근정지 용액의 온도를 감소시킨 경우(20℃), 세포내 Ca**++ 농도가 더욱 현저히 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.

2. 세포내 Ca**++ 저장소(sarcoplasmic reticulum, SR)를 caffeine을 이용하여 고갈시킨 경우에도 심근정지용액(20℃ 및 37℃)에 의한 세포내 Ca**++ 농도 증가 효과는 영향을 받지 않았다.

3. 심근정지 용액(20℃ 및 37℃)에 의한 세포내 Ca**++ 농도 증가 효과는 Ca**++ channel blocker(nifedipine)에 의해 억제되지 않았으며, caffeine을 전처치 하여 SR의 효과를 배제한 상태에서도 동일한 결과를 얻었다.

4. 심근정지 용액(20℃ 및 37℃)에 의한 세포내 Ca**++ 농도 증가 효과는 Na**+ /Ca**++ 교환기전의 차단제인 고농도 Ni**++ 에 의해 현저히 억제되었으며, caffeine을 전처치하여 SR의 효과를 배제한 상태에서도 동일한 결과를 얻었다.

5. 심근정지 용액에 의한 세포내 Ca**++ 농도 증가 현상은 심근정지 용액내 Ca**++ 농도에 따라 크게 변화하였다.

6. 심근정지 용액에 2,4-dinitrophenol을 첨가하여 관류시켰을 때 관찰되는 세포내 Ca**++ 농도 증가 현상은 심근 세포를 저온에 노출시킨 경우(저온 심근정지 용액), 일부 억제되는 것을 관찰할 수 있었다.

이상의 실험 결과로 보아 저온 심근정지시 관찰되는 세포내 Ca**++ 농도 증가 현상은 Na**+ /Ca**++ 교환 기전을 통한 세포 내로의 Ca**++ 유입에 기인하는 것으로 생각된다.

따라서 심근정지용액의 Ca**++ 농도를 감소시키거나 혹은 Na**+ /Ca**++ 교환기전의 차단제인 Ni**++ 을 심근정지 용액 내에 첨가하는 경우 심근정지 기간 동안 관찰되는 세포내 Ca**++ 농도 증가 현상을 최소화 할 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]

Hypothermic cardioplegia has been known to diminish the myocardial damage induced by ischemia and reperfusion. But the underlying mechanism of protective effect of hypothermic cardioplegia was still uncertain. However, many investigators reported that the magnitude of intracellular Ca**++ increase during ischemia or reperfusion may be closely related to the extent of cardiac cell damage. It suggests that alteration in Ca**++ homeostasis during ischemia may play a key role in cardiac

cell damage.

To elucidate the protective effect of hypothermic cardioplegia, changes in intracellular Ca**++ concentration were measured under varying experimental condition. Futhermore, we investigated the optimal composition of cardioplegic solution which might effectively reduce intracellular Ca**++ increase during cardioplegia.

Free [Ca**++] in the cytosol([Ca**++]) of sing1e rat ventricular cells was measured with fluorescent Ca**++ indicator, fura-2. Reeling Ca**++ concentration of rat myocyte was 150±30 nM(n=39). And this value was compatible with others(Frampton et al, 1991). When myocytes were perfused with 20 mM K**+

solution(cardioplegic solution), cytoplasmic Ca**++ concentration of myocyte was significantly increased and this effect was further augmented by decreasing the temperature of cardioplegia(p<0.05). Application of Ca**++ channel blocker

(5*10**-7 M nifedipine) to the Perfusate or pretreatment of sarcoplasmic reticulum emptying agent(10mM caffeine) had no apparent effect on this cardioplegia-induced [Ca**++] change, but Ni**++ (5mM), an antagonist of Na**+ /Ca**++ exchange, prevented the [Ca**++], increase significantly (p<0.05). Magnitude of cardioplegia- induced [Ca**++] increase was also dependent on the Ca**++ concentration of perfusate from 0 to 2mM. These results suggest that Na**+ /Ca**++ exchange may play an important role in cardioplegia-induced [Ca**++] change. When 2,4-dinitrophenol(0.1 mM) was added to cardioplegic solution, the [Ca**++] increase

during normothermic cardioplegia was further augmented by 2,4-dinitrophenol. But its effect was diminished by low temperature exposure.

From the above results, it may be concluded that application of Ni**++ or low Ca**++ concentration of hypothermic cardioplegic solution can greatly prevent the [Ca**++] increase during cardioplegia and may Protect the myocyte from ischemic injury.