Vitamin E 투여가 Paraquat에 의한 급성 폐 손상에서 폐포내 세포조성 변화에 미치는 영향

Abstract

[한글]

Paraquat 투여로 인한 폐손상은 산소유리기의 직접작용 및 염증세포의 활성화에 의한 초기 폐손상과 섬유아세포증식 및 세포외기질의 변화들로 특징지워지는 후기 변화로 나누어진다. 초기 폐손상의 유발의 주요인자인 산소유리기는 세포막의 다당류를 파괴하여 세포독성을 초래하며 돌연변이를 유발하기도 한다. 이런 산소유리기의 세포독성을 억제하기 위해 tocopherol, beta-carotene, ascorbic acid 및 glutathione 등의 약물이 사용되고 있다. 저자는 산소유리기의 작용을 억제할 수 있는 vitamin E를 투여하여 paraquat에 의해 초래되는 폐손상이 억제되는지를 관찰하고 그 기전을 이해하기 위하여 본 연구를 시행하였다. 실험동물은 Sprague-Dawley 59마리를 3군으로 나누어 사용하였다. Paraquat는 24마리에서 30mg/kg/3㎖를 복강내로 1회 투여하였고(paraquat 단독투여군), vitamin E는 24마리에서 paraquat를 투여하기 2일전 부터 도살때까지 100mg/kg를 위관(gastric tube)으로 경구 투여하였다(paraquat/vitamine E 병합투여군). 나머지 11마리는 paraquat 대신 생리식염수를 복강내로 투여하였다(대조군). Paraquat투여 후 1, 2, 3, 8일(대조군은 3일과 8일)에 각 군의 6마리씩 기관지 폐포세척술(bronchoalveolar lavage)을 시행한 후 즉

시 폐를 절제하였다.

실험동물 59마리중 20마리가 예정된 도살전에 사망하였다. 도살전 사망은 대부분 paraquat 투여후 3일 이내였으며 paraquat/vitamin E 병합투여군에서 paraquat 단독투여군보다 폐울혈과 부종이 적은 경향을 보였다. 대조군은 9% (1/11), paraquat단독투여군 45% (l1

/24), paraquat/vitamin E 병합투여군 33%(8/24)가 사망하여 paraquat 단독투여군보다 paraquat/vitamin E 병합투여군의 사망율이 감소한 경향을보였다(p= 0.21). 각 군의 기관지폐포 세척액의 회수율의 차이가 없었고, 시간에 따른 차이도 관찰되지 않았다. 평균 세포생존율은 대조군 74.8%, paraquat 단독투여군 56.7% 그리고 paraquat/vitamin E 병합투여군 63.9% 로 차이를 보였으나 통계적 유의성은 없었다. 평균 총 세포수는 대조군에서 1.37 × 10**6 cells/ml, paraquat 단독투여군 1.75 × 10**6 cells/㎖ 그리고 paraquat/vitamin E 병합투여군 1.26 x10**6 cells/ml으로 paraquat 단독투여군에서 증가를 보였다(p= 0.06). 또한 대조군에서는 시간에 따른 총세포수의 차이가 없었으나 paraquat 단독투여군 및 paraquat/vitamin E 병합투여군에서 시간에 따라 증가하였다.

기관지폐포 세척액내 염증세포중 호중구는 대조군은 생리식염수 투여후 3일과 8일에 각각 8.6%, 10.3%였고, paraquat 단독투여군은 1일 23%, 2일 21%, 3일48%, 8일 37%로 대조군에 비하여 증가되어 있었고, 시간에 따라 증가하는 것이 관찰되었으며, paraquat/vitam

in E 병합투여군에서는 각각 33%, 37%, 31%, 20.6%으로 paraquat 단독투여군에 비해 초기에는 증가되어 있었으나 시간에 따라 감소하는 경향을 보였다.

광학현미경 소견상 대조군은 특별한 염증성 변화가 관찰되지 않았고,paraquat 단독투여군은 폐출혈, 부종 및 폐포내 섬유성 삼출이 관찰되었으며, 페포중격 및 폐포내 호중구의 침윤이 심하였다. Paraquat/vitamin E 병합투여군에서는 paraquat 단독투여군과 비교할

때 폐출혈 및 부종 등 급성 폐손상의 병리학적 소견이 감소되어 있는 것이 관찰되었으며, 기관지폐포 세척액의 호중구분획은 감소하고 림프구분획은 증가한 소견을 보였다.

결론적으로 백서에서 paraquat의 투여는 산소유리기에 의한 세포독성 및 이에 따른 기관지폐포 세척액내의 호중구증가소견을 나타냈으며, vitamin E의 병합투여로 쥐의 치사율이 감소한 경향이 관찰되었고, 호중구침윤의 증가가 억제된 소견을 보이는 바 이는 부분

적으로 vitamine E가 산소유리기의 세포손상을 감소시키는 것에 기인한다고 생각된다.

[영문]

Acute pulmonary injury by paraquat are caused by multiple mechanisms including direct injury with oxygen free radicals and several mediators released from inflammatory cells. In order to clarify whether vitamin E could reduce tissue damages induced by intraperitoneal administaration of paraquat and to investigate the pathogenetic mechanisms of paraquat-induced pulmonary injury, vitamin E as a free radical scavenger was administered. Rats were divided into three groups (group 1 :control, group 2: paraquat treated group, group 3: paraquat and vitamin E treated group). Animals were sacrificed on day 1, day 2, day 3, and day 8 after the administration of saline, paraquat, or paraquat/vitamin E. The results of the bronchoalveolar lavage fluid analysis were compared with the findings of light microscopic examinations .

The results were follows:

1, Treatment with vitamin E decreased the death rate of rats treated with paraquat.

2. Comparing with control group (1.37 × 10**6 /ml), mean total cell counts recovered from the lavage fluid from animals treated with paraquat (1.65 × 10**6/ml) were increased(p= 0.06). Magnitudes of increament of the total cell counts on the Day 8 in the vitamin E treated group were smaller than those of the animals treated with paraquat alone. The neutrophils began to appear in significant amounts in the lavage fluid on Day 8 after the administration of paraquat(37.0 ± 12.7%). A significant decreasing neutrophil concentration at Day 8 was observed in the paraquat/vitamin E treated group(20.6 ± 13.4%). The Paraquat alone treated group showed a prolonged increase in total cell counts and neutrophil concentration, while the paraquat/vitamin E treated group revealed an outstanding increase of lymphocyte concentration on Day 8 and decreased neutrophil concentration on Day 8.

3. Histologically the degree of pulmonary fibrosis was most prominent in the paraquat treated group while diffuse alveolar damage was continuously observed in the paraquat/vitamin E treated group and extensive interstitial lymphocytic infiltration was seen in the paraquat/vitamin E treated group. The paraquat/vitamin E treated group showed the less histologic changes.

In conclusion, paraquat-induced pulmonary injury was related to the severity of acute toxicity due to direct effects of oxygen free radicals and activation of neutrophils. In this study vitamin E acting as a scavenger of neutrophil-derived free radicals and suppressant of lipid peroxidation, seemed to be the effective antioxidant in the inhibition of paraquat-induced pulmonary injury.