허혈성 심근정지시 가토 관상동맥 평활근 세포내 Ca²˙농도의 변화

Abstract

[한글]

허혈 손상이나 재관류 손상의 원인 규명 및 이를 최소화 할 수 있는 방법들이 거의 심근세포에 국한되어 시행되어져 왔으나, 심근세포의 직접적인 손상이외에 허혈성 심근정지시와 재관류 후 관상동맥에서도 혈관 기능의 손상, 혈관막을 통한 투과도의 변화 및 "low-reflow" 현상과 같은 여러가지 가역적인 기능 손상 뿐 만 아니라 "no-reflow" 현상과 같은 비가역적인 허혈-재관류 손상이 관찰되어겼다. 이러한 "no-reflow" 현상의 기전으로는 혈관 손상에 의해 유발되는 내피세포의 부종이 혈류를 차단하거나, 혈소판이나 혈전에 의한 혈류의 차단 또는 심근세포의 ischemic contracture가 관상동맥을 압박해 정상적인 혈류를 차단하여 일어나는 것으로 알려져 있으나 아직까지 그 기전은 명확하게 밝혀져 있지 않다. 또한 관상 혈류량 조절에 중요한 역할을 하고 있는 관상동맥 평활근 세포의 수축정도가 이같은 "no-reflow" 현상에 미치는 효과에 대해서도 아직 규명되지 못하였다.

따라서 본 실험에서는 가토 관상동맥으로부터 분리한 평활근 세포를 심근정지 용액으로 관류하면서 허혈 상태를 유발하였을 때, Fura-2를 사용하여 평활근 세포내 유리 Ca**2+ 농도의 변화양상을 측정함으로서 평활근 세포의 수축이 "no-reflow" 현상의 기전중의 하나로 작용할 수 있는지를 규명하고자 실험하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 심근정지시와 허혈성 심근정지시 평활근 세포내 유리 Ca**2+ 농도는 안정시에 비해 유의하게 증가되었는데, 허혈성 심근정지의 경우 세포내 유리 Ca**2+ 농도의 증가가 더욱 더 현저하였다.

2. 심근정지시 증가되었던 세포내 유리 Ca**2+ 농도는 caffeine을 반복 전 처치하여 sarco-plasmic reticulum (SR)내 저장된 Ca**2+ 을 고갈시킨 후 caffeine이 함유된 심근정지 용액으로 관류시 세포내 유리 Ca**2+ 농도의 증가가 대조군과 유사하였다. 그러나 Ca**2+ channel booker인 nifedipine이 함유된 심근정지 총액에 의해서는 심근정지시 세포내 유리 Ca**2+ 농도의 증가가 다소 감소되었으며, Na**+ -Ca**2+ exchange 차단제인 고농도 nickel이 함유된 심근정지 용액에 의해서는 완전히 억제되었다.

3. 평활근 세포에 caffeine을 반복 전 처치하여 SR내 저장된 Ca**2+ 을 고갈시킨 후 caffeine이 함유된 허혈성 심근정지 용액으로 관류시 세포내 유리 Ca**2+ 농도의 증가는 대조군과 유사하였다. 그러나 Ca**2+ channel bloker인 nifedipine이 함유된 허혈성 심근정지 용액에 의해서는 허혈성 심근정지시 세포내 유리 Ca**2+ 농도의 증가가 대조군에 비해 의의있게 감소되었으며, Na**+ -Ca**+ exchange 차단제인 고농도 nickel이 함유된 심근정지 용액에 의해서는 nifedipine 처치시 보다 더욱 더 억제되었으나 완전히 억제되지는

않았다.

4. Ca**2+ 농도가 다른 허혈성 심근정지 용액으로 평활근 세포를 관류시 세포내 유리 Ca**2+ 농도는 용액내 Ca**2+ 농도에 비례하여 증가되었으며, Ca**2 +이 제거된 허혈성 심근정지 용액의 경우 심근정지 기간에는 세포내 유리 Ca**2+ 농도가 증가되지 않았으나 재

관류시 다소 증가되었다.

5. 허혈성 심근정지 용액으로 평활근 세포를 관류시 증가되었던 세포내 유리 Ca**2+ 농도는 nifedipine이 함유된 정상 KH용액으로 관류액을 바꾸었을 때 대조군과 거의 유사하게 안정시 세포내 유리 Ca**2+ 농도로 회복되었으나, 5mM nickel이 합유된 정상 KH 용액

으로 평활근 세포를 관류시킨 경우 세포내 유리 Ca**2+ 농도는 대조군에 비해 매우 빨리 안정시 세포내 유리 C**2+ 농도로 회복되었다.

이상의 실험결과로 보아 허혈성 심근정지 또는 재판류시 관찰되는 평활근 세포내 유리 Ca**2+ 농도의 증가가 "no-reflow" 현상의 기전중의 하나로 작용할 것이라 추측된다.

Changes in cytosolic Ca**2+ concentratlon of dingle rabbit coronary artery smooth

muscle cell during ischemic cardioplegic Period

Gyu-Bog Choi

Department of Medical Science, The Graduate School Yonsei University

(Directed by Professor Bok Soon Kang)

No-reflow is a specific type of vascular damage occurring when removal of

coronary occlusion does net lead to restoration of coronary flow. There are three

major explanations for the no-re-flow phenomenon such as endothelial cell edema,

microvascular Plugging by Platelets or thrombi and coronary occlusion by ischemic

contracture of the myocardium. But detailed mechanisms of no-reflow phenomenon are

not known.

To elucidate the possibility whether elevation of cytosolic Ca**2+ concentration

during ischemic cardioplegic period is mechanism of no-reflow phenomenon or not,

chanties in cytosolic Ca**2+ concentration were measured under varying experimental

condition. Free [Ca**2+] in the cytosole([Ca**2+]) of single rabbit coronary artery

cells was measured with fluorescent Ca**2+ indicator, Fura-2.

The results obtained were summarized as follows:

Resting [Ca**2+], was 134.2 ±34 nM(n=43). When sing1e cells were perfused with

cardioplegic or ischemic cardioplegic solution, [Ca**2+], was significantly

increased and the decree of [Ca**2+], elevation was further augmented by ischemic

cardioplegic solution. Pretreatment of sarcoplasmic reticulum emptying agent(20 mM

caffeine) had no effect on cardioplegia-induced [Ca**2+], change, but application

of Ca**2+ channel blocker(5×17**-7 M nifedipine) or an antagonist of Na**+ /Ca**2+

exchange(5mM nickel) partially(nifedipine) or completely(nickel) inhibited the

[Ca**2+], elevation. Pretreatment of caffeine had no effect on ischemic

cardioplegia-induced [Ca**2+], chance, but application of nifedipine or nickel

partially inhibited the [Ca**2+], elevation. Magnitude of ischemic

cardioplegia-in-duces [Ca**2+], elevation was dependent on the Ca**2+ concentration

of perfusate from 0 to 2.5mM. When nickel was added to reperfusion solution,

recovery of ischemic cardioplegia-induced [Ca**2+],elevation was very rapid

compared with control.

From the above results, it may be speculated that ischemic cardioplegia-induced

[Ca**2+], elevation may act as one of the mechanism of no-reflow Phenomenon in

rabbit coronary artery.

[영문]

No-reflow is a specific type of vascular damage occurring when removal of coronary occlusion does net lead to restoration of coronary flow. There are three major explanations for the no-re-flow phenomenon such as endothelial cell edema, microvascular Plugging by Platelets or thrombi and coronary occlusion by ischemic contracture of the myocardium. But detailed mechanisms of no-reflow phenomenon are not known.

To elucidate the possibility whether elevation of cytosolic Ca**2+ concentration during ischemic cardioplegic period is mechanism of no-reflow phenomenon or not, chanties in cytosolic Ca**2+ concentration were measured under varying experimental

condition. Free [Ca**2+] in the cytosole([Ca**2+]) of single rabbit coronary artery cells was measured with fluorescent Ca**2+ indicator, Fura-2.

The results obtained were summarized as follows:

Resting [Ca**2+], was 134.2 ±34 nM(n=43). When sing1e cells were perfused with cardioplegic or ischemic cardioplegic solution, [Ca**2+], was significantly increased and the decree of [Ca**2+], elevation was further augmented by ischemic cardioplegic solution. Pretreatment of sarcoplasmic reticulum emptying agent(20 mM caffeine) had no effect on cardioplegia-induced [Ca**2+], change, but application of Ca**2+ channel blocker(5×17**-7 M nifedipine) or an antagonist of Na**+ /Ca**2+

exchange(5mM nickel) partially(nifedipine) or completely(nickel) inhibited the [Ca**2+], elevation. Pretreatment of caffeine had no effect on ischemic cardioplegia-induced [Ca**2+], chance, but application of nifedipine or nickel partially inhibited the [Ca**2+], elevation. Magnitude of ischemic cardioplegia-in-duces [Ca**2+], elevation was dependent on the Ca**2+ concentration

of perfusate from 0 to 2.5mM. When nickel was added to reperfusion solution, recovery of ischemic cardioplegia-induced [Ca**2+],elevation was very rapid compared with control.

From the above results, it may be speculated that ischemic cardioplegia-induced [Ca**2+], elevation may act as one of the mechanism of no-reflow Phenomenon in rabbit coronary artery.