신전(stretch)에 의한 자발성 자궁근 수축 빈도 및 장력의 변화 기전

Abstract

[한글]임신 말기에 분만이 유도되는 정확한 기전에 대해서는 아직 명확하지는 않지만, 다태아 임신이나 양수과다증(polyhydroamnios)과 같이 정상 임신에 비해 자궁의 크기가 과도하게 증가한 경우, 분만이 조기에 일어난다는 보고나 분리한 자궁평활근 절편에서 자발적 수축이 발생하는 빈도가 자궁근 절편에 가해지는 신전 정도에 비례하여 증가한다는 보고 등으로 보아, 태아의 성장에 따른 자궁의 확대, 즉 자궁근에 가해진 신전(stretch) 자극이 자궁근의 자발적 수축을 유도하는 중요한 인자의 하나로 생각된다. 그러나 자궁근의 신전이라는 기계적 자극이 어떤 인자를 매개로 하여 자궁근의 수축 빈도 및 장력 변화로 연결되는지에 대해서는 명확히 밝혀진바 없다. 따라서 본 연구에서는 자궁 평활근 절편 및 단일 평활근 세포를 이용하여 신전 자극에 의해 활성화되는 이온 통로 (stretch-activated ion channel, SA 통로)의 존재 및 그의 특성을 patch clamp 방법을 사용하여 직접적으로 확인하고자 하였다. 실험을 통해 얻은 결과는 다음과 같다.

1. 자궁 평활근의 자발적 수축 빈도는 자궁근의 신전 정도에 비례하여 증가하였으며, SA 통로 차단제 투여 시, 투여 농도에 비례하여 자발적 수축 빈도가 감소하는 것을 관찰할 수 있었다.

2. 저삼투성 용액으로 자궁평활근 세포를 관류시켜 세포의 팽창을 유도한 경우, 이온 전류가 발생하였으며, 이같은 효과는 SA 통로 차단제인 flufenamic acid 처리 시 억제되었다.

3. Inside-out patch 상태에서 전극 내부에 음압을 가하여 patch membrane을 신전시키는 경우 SA 통로가 활성화되었으며, 이 통로의 활성 정도는 전극 내부에 가한 음압의 크기와 막전압의 탈분극 정도에 비례하여 증가하였다.

4. 열려 있는 SA 통로를 통해서 Na, K, Cs과 같은 일가 양이온들이 거의 동일한 투과도 특성을 보였으며, Cl와 같은 음이온은 통과하지 못하였다.

5. 세포 내액의 Ca 농도 증가 시 SA 통로의 활성이 현저히 증가하였다.

이상의 실험 결과로 볼 때 자궁 평활근 세포막에 신전 자극에 반응하여 그의 활성이 증가하는 SA 통로가 존재함을 확인할 수 있었고, 이같은 SA 통로의 활성 변화가 임신 말기에서 관찰되는 자궁 평활근의 자발적 수축 빈도 증가를 초래하는 중요한 기전의 하나라고 생각된다. 또한 다태아 임신이나 양수과다증 환자에서 관찰되는 조기 분만 현상 역시 SA 통로의 과다한 활성화가 주요 원인의 하나라고 생각된다.

[영문]Although the exact mechanisms that initiate parturition have been still uncertain, the stretching of the myometrium as a result of fetal growth has been considered as one of key event in the initiation of labor. This hypothesis was supported by the reports that the labor starts earlier with twins, macrosomia or polyhydramnios, which are all related to the increased myometrial stretching due to multiple or large fetus or excess amniotic fluid. The stretch of smooth muscle can activate an stretch-activated non-selective cation channels (SACC). However, the direct evidence for the presence of SACC in uterine smooth muscle has not yet been reported. In this study, we investigate whether the stretch can activate the SACC in pregnant rat myometrial cells using patch clamp technique and evaluate the involvement of SACC in the regulation of spontaneous uterine contraction using tension measurement.

Increasing the initial length of uterine strips fastened the spontaneous uterine contraction frequency, which was suppressed by applicaiton of Gd3+ or flufenamic acid. Perfusion of hypo-osmotic solution induced outward going rectifier current, which was inhibited by bath application of flufenamic acid. The application of negative pressure within a pipette in cell-attached or inside-out pathch mode induced the opening of ion channels, which has single channel conductance of ~27pS in symmetrical Cs+ solution, and activity of these ion channels are disappeared after removing of negative pressure. Increasing the negative pressure from -10 to -60 cm H2O increased channel activity from 2.4% to 47.5%. There was no significant difference in the stretch-induced activation of ion channel between cell-attached and inside-out patch mode. The cation selectivity of this channel was investigated using inside-out patch mode. The channels shows similar permeability to both Na+, K+ and Cs+ ions, and the permeability to Ca2+ is lower than monovalent cations. Increasing the bath Ca2+ concentration in inside-out patch mode significantly enhanced the channel activity at same negative pressure(0.31 at From these result, it may be concluded that stretch can directly activate the SACC in pregnant rat uterine smooth muscle cells, and activation of SACC might contribute to the development of spontaneous contraction during labor.