흰쥐뇌의 허혈-저산소성병변에서 신경흥분성 아미노산 수용체의 변동과 뇌세포병변과의 상관성에 관한 연구

Abstract

[한글]

임상에서 유병률이 높은 중추신경계의 허혈-저산소성 병변에서 히utamate등의 신경흥분성 아미노산(Excitatory amino acid, EAA)과 그들의 수용체의 역활이 알려짐에 따라 EAA의 세포질외로의 분비를 억제하던지 아니면 수용체에 대한 길항제를 사용해서 그 작용을

억제함으로서 증상과 후유증을 감소시키려는 노력이 활발히 진행되고 있다. 이러한 질환을 치료하는데 먼저 선행되어야 할 조건은 EAA와 수용체의 역활, 그리고 그것들과 연관되어 진행되는 병태생리학적인 기전을 이해하는 것이다.

Glutamate 등의 EAA에 의한 세포손상중 chloride ion, sodium ion과 H^^2 O가 세포내로 들어가서 발생하는 급성 손상에는 N-methyl-D-aspartate(NMDA)와 non-NMDA 수용체가 함께 관여하며 calcium ion이 관여하는 지연성 손상에는 NMDA 수용체만 주로 관여하는 것으로 알려져 있다. 허혈-저산소성 병변에서는 지연성 손상의 역활이 더 많은 것으로 생각되므로 그에 대한 많은 연구가 시행된 반면 급성 신경세포 손상의 기여도에 대해서는 별로 연구가 되지 않았다.

따라서 본 연구는 왼쪽 경동맥을 결찰한 후 3시간 동안 8% 산소-92%질소에 노출시켜 허혈-저산소성 병변을 일으킨 흰쥐 뇌에서 30분에서 24시간까지의 초기의 변화와 1주일후의 신경세포의 변성을 비교함으로서 초기의 급성 신경세포 손상이 궁극적으로 나타나는 신

경세포의 변성에 관여하는지를 규명하고 병변의 초기에 나타나는 형태의 변화를 관찰하여 병변이 발생하는 기전의 이해를 돕기 위하여 계획되었다. 초기의 병변은 자가방사법에 의해 NMDA와 non-NMDA 수용체의 하나인 kainic acid(KA) 수용체를 2시간, 6시간, 12시간,

24시간에 각각 관찰하고 동시에 전자현미경과 광학현미경 검사를 하고 1주일후의 병변은 formaldehyde-acetic acid-methanol(FAM) 1:1:8용액으로 관류고정한 조직에서 변성된 세포를 비교 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 경동맥을 결찰한 왼쪽 중대뇌동맥의 영역, 즉 대뇌 피질, 해마, 미상핵-조가비핵에서 주로 수용체의 감소나 변성된 신경세포가 관찰되었다.

2. 해마의 cornus ammonis(CA)1은 정상에서 높은 NMDA 수용체의 밀도를 보였으며 허혈-저산소성 병변에서 NMDA 수용체가 2시간부터 24시간가지 지속적으로 감소되는 반면 해마의 CA3는 정상에서 KA의 밀도가 높으며 허혈-저산소성 병변에서 6시간후에 가장 심하게

감소되었고 그후 점차 증가되었다.

3. 광학현미경상의 변화를 요약하면 12시간에서 24시간까지의 변화는 1시간에서 6시간의 변화보다 적었으며 일주일 후에는 거의 모든 예에서 병변을 보였고 CA1과 CA3도 비슷한 정도의 병변을 보였다.

4. 전자현미경상의 변화는 신경세포의 변성보다는 신경연접의 변화가 더 심했으며 시납스전 말단보다 시납스후 수상돌기의 변화가 훨씬 더 심했다. 변화는 30분에 매우 심하게 나타났고 12시간에 비교적 적었으며 24시간에는 정도가 더 심했다

이상의 결과를 요약하면 초기의 병변에서 해마의 CA1과 CA3에서 NMDA와 KA수용체의 변화가 현저히 다르지만 1주일후에 나타나는 병변에서는 거의 차이가 없으므로 허혈-저산소성 병변에서 NMDA 수용체와 Ca**++ 이 관여하는 지연성 신경세포손상 뿐만 아니라 KA수용체가 관여하는 급성 신경세포손상도 중요한 역활을 하는 것과 초기의 병변이 비가역성 임을 알 수 있었다. 그러므로 허혈-저산소성 병변에서 신경세포의 손상을 방지하기 위해서는 초기에 EAA 수용체의 길항제를 투여해야 효과가 있을 것으로 사료된다.

[영문]

Hypoxic-ischemic injury and associated diseases of central nervous system are important because of their high incidence and prevalence. Since the role of excitatory amino acids such as glutamate and aspartate and their receptors mediating cellular injury through various mechanisms in these lesions were known,

blocking agents for transmitter release or receptors have been tried to reduce the cellular damages and subsequent sequelae experimentally. For clinical use of these methods, it is mandatory to establish pathophysiology and critical time sequential changes in early lesions.

Although the pathophysiological features of 히utamate neurotoxicity have yet to be fully elucidated, several in vitro studies suggested two kinds: (1) rapid toxicity due to influx of sodium or chloride with resultant cellular edema and consequent damage, which is associated with N-methyl-D-Aspartate(NMDA) as well as non-NMDA receptors, (2) calcium mediated delayed toxicity associated mainly with NMDA receptor. Compare to extensive studies on delayed toxicity in hypoxic-ischemic injury, the role of rapid toxicity has not been well elucidated.

This study was conducted to investigate the role of rapid toxicity in hypoxic-ischemic injury. Early lesions of 30 minutes to 24 hears after hypoxic-ischemic insult were examined by autoradiography with radiolabelled glutamate and kainic acid(KA) as well as light and electron microscope. Late changes were evaluated on formaldehyde-acetic acid-methanol(FAM) firmed brain 1 week after the insult.

The results obtained were as follows:

1. Density of NMDA and KA receptors were decreased in the territory of left middle cerebral artery, such as cerebral cortex, hippocampus, and caudate-putamen.

Degenerated neurons were else noted in same areas.

2. CA1 of hippocampus showed, highest density of NMDA receptors, which was decreased constantly from 2 hours to 24 hours. In contrast, CA3 of hippocampus showed highest density of KA receptors, which was lowest at 6 hour and increased thereafter.

3. Light microscopic examination showed worst changes during 30 minutes to 6 hours and changes were less in 12 to 24 hours. After 1 week, most of the cases showed degeneration of neurons and CA1 and CA3 did not show the difference.

4. Electron microscopic examination showed extensive changes of postsynaptic dendrites compared with rather well preserved presynaptic terminals. Marked degenerative changes of neurons as well as neuropil were started from 30 minutes after the insult.

In conclusion, rapid toxicity mediated by non-NMDA(KA) receptor seen in CA3 lead to permanent damage in 1 week old lesion. And since the irreversible changes were started in early stage(30 minutes) after the insult, it is necessary to administer the antagonist or blocking agents as early as possible to prevent the neuronal damages in hypoxic-ischemic injury.