Corticosteroid투여가 streptozotocin유발 당뇨병 백서태자의 폐성숙에 미치는 형태학적 변화에 관한 연구

Abstract

[한글]

일반적으로 당뇨병모체의 양수내 L/S비는 낮으며 따라서 당뇨병 산모의 신생아에 호흡부전증의 발생빈도가 높은 것은 폐성숙의 지연으로 표면활성물질이 결여되어 생기는 것으로 알려져 왔으나 실제로는 이견이 있어 L/S비가 성숙된 수치임에도 호흡부전증이 발생하는 예가 적지 않게 보고되어 있고 동일한 임신기간에 동일한 방법으로 분만된 경우에는당뇨병산모와 비당뇨병산모간에 호흡부전증의 발생율의 차이가 없다는 연구도 있다. 근자에 Robert등(1976)은 당뇨병산모의 유아에서 호흡부전증후군의 빈도가 비당뇨병산모의 유아에 비해 23.7배 높으며 임신기간, 분만방법등의 위험요소를 모두 배제하더라도 5.6배의 높은 발생빈도가 있다고 하여 당뇨병 그 자체가 신생아 호흡부전증후군과 관계가 있음을 암시해 주고 있다.

폐표면활성물질의 주요성분이 phosphatidylcholine(PC)이므로 태아의 폐성숙도를 알기위한 검사로서 양수내 lecithin/sphingomyelin(L/S)비의 측정이 많이 이용되고 있으나 PC 다음으로 많은 주요성분이 phosphatidylglycerol(PG)로서 폐성숙도의 지표인 L/S비와 잘 연관이 되고 L/S비가 2.0이상으로 성숙된 경우에도 PG이 결여되어 있으면 호흡부전증후군의 위험성이 있어 최근에는 PG에 대한 관심이 증대되고 있다.

부신피질홀몬의 투여가 동물에서 폐성숙과 표면활성물질의 출현을 촉진시킨다는 사실에 입각하여 Liggins 및 Howie(1972)가 미숙아분만이 예상되는 산모에 betamethasone을 투여하여 호흡부전증후군의 예방에 효과가 있음을 보고한 이래 여러 연구자에 의해 그 효과가 입증되었다. 또한 Smith등(1975)은 인슐린이 cortisol에 의한 lecithin합성의 촉진을억제한다고 하고 있으며 당뇨병모체의 태아에는 고혈당으로 인해 인슐린이 증가되어 있으므로 이러한 사실이 당뇨병모체의 태아에서 호홉부전증후군의 빈도가 높은 것과 관련이있을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 취장의 beta세포를 선택적으로 파괴하는 streptozotocin을 자성백서에 임신직후 투여하여 당뇨병을 유발시킨 후 분만전에 dexamethasone을투여하여 당뇨병모체 백서태자에 초래되는 변화를 관찰하고 그것이 부신피질홀몬의 산전

투여로 전도되는가를 형태학적 및 생화학적 견지에서 알아보고 나아가 당뇨병과 신생아호흡부전증후군과의 관계를 조사하고자 본 연구를 시행하였다.

실험동물로는 체중 150∼200gm의 자성백서 535마리를 임신시켜 임신이 성취된 백서와 이들에서 얻은 태자를 대상으로 하였으며 실험에 이용된 임신백서는 총 57마리로서 이들에서 171마리의 태자를 얻어 다음과 같이 4군으로 나누었다.

대조군 : 생리식염수 투여

임신백서 16마리, 태자 48마리

Dexamethasone(DXM)투여군 : DXM을 임신말기에 투여

임신백서 12마리, 태자 36마리

당뇨병 유발군 : streptozotocin투여

임신백서 16마리, 태자 48마리

당뇨병 유발후 DXM투여군 : DXM을 임신말기에 투여

임신백서 13마리, 태자 39마리

약물투여는 임신 제 4일에 당뇨병유발군 및 당뇨병유발 후 DXM 투여군은 모체체중 kg당 55mg의 streptozotocin을 꼬리정맥으로 주사하였으며 DXM은 1일 체중 gm당 6μg을 도살 전 2일간 1일 2회로 나누어 대퇴부에 근육주사하였고 임신 제18, 19, 20, 21일에 도살하

였다. 폐성숙 과정의 전반적인 조직변화를 보기 위해 hematoxylin-eosin염색을 시행하여 광학현미경적 검색을 하였으며 기강면적의 변화를 보기 위해 광학현미경 200배 시야 5개 를 사진을 찍은후 컴퓨터프로그램을 이용한 형태계측학적 검사를 하여 전면적에 대한 기

강면적의 백분율을 구하였고, 폐포내의 Ⅱ형세포와 osmiophilic inclusion body(OIB)의 상태와의 상관성을 검색하기 위해 Epon포매 block을 1μ두께로 세절하고 PAS-Azur Ⅱ염색 을 시행하여 1,000배의 검경하에 폐포당 Ⅱ형 세포수 및 OIB수를 산출하였으며 폐 상피세

포의 발달과정을 미세구조적 차원에서 보기 위하여 전자현미경적 검색을 시행하였다. 또 한 폐성숙도를 생화학적으로 알아보기 위해 thin layer chromatography를 이용한 양수내 인지질검사를 하여 L/S비와 PG의 존재유무를 측정하였다.

즉 당뇨병모체태자의 폐성숙과정을 조사하고 dexamethasone이 그에 미치는 형태학적 및 생화학적 변화를 비교분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

① 태자의 체중은 대조군에 비하여 DXM을 투여하거나 당뇨병을 유발한 군에서 감소되어 있었으나 특히 당뇨병유발군가 당뇨병유발후 DXM투여군에서 더욱 현저하였다.

② 광학현미경 소견상 당뇨병 유발군 백서태자의 폐성숙도는 대조군과 비교시 별 차이 가 없었으나 DXM 투여군과 당뇨병유발 후 DXM 투여군에서는 대조군에 비해 1일정도 빠른 성숙을 보였으며 형태계측에 의한 태자폐 기강의 면적은 대조군에 비하여 당뇨병유발군에 서는 의의있는 차이가 없었으나 DXM 투여군과 당뇨병유발 후 DXM 투여군에서는 대조군 및 당뇨병유발군에 비하여 현저히 증가되어 있었다.

③ 임신 20일 및 21일에 폐포당 Ⅱ형세포의 수는 각 군간에 의의있는 차이가 없었으나 폐포당 OIB의 수와 Ⅱ형세포당 OIB의 수는 DXM 투여군과 당뇨병유발 후 DXM 투여군에서 의의있는 증가를 보였으며, 당뇨병유발군에서는 다소 감소되어 있었으나 통계학적 의의는 없었다.

④ 전자현미경 소견상으로도 정상임신 후 DXM투여군과 당뇨병유발 후 DXM 투여군에서는 임신 19일에 Ⅱ형세포가 나타났으며 임신 20일에 Ⅰ형세포가 출현하여 대조군과 당뇨병유발군에 비하여 1일 빠른 출현을 보였다.

⑤ 양수내 L/S비는 대조군과 비교시 당뇨병유발군에서 19일에서 의의있게 감소되었으며 DXM투여군에서는 대조군에 비해 모두 의의있게 증가되었다. 당뇨병유발 후 DXM 투여군에서도 당뇨병유발군에 비해 18일과 19일에서 의의있게 증가되었다. 또 양수내 PG는 대조군과 당뇨병유발군에서 공히 임신 20일에 존재하였으나 당뇨병유발군에서는 미약하였으며 DXM투여군과 당뇨병유발 후 DXM투여군에서는 이미 임신 19일에 존재하였다.

이상의 결과를 종합하면 당뇨병 모체 태자의 폐장은 성숙과정에 있어 형태학적 이상은별로 없이 표면활성물질의 생성이 감소되는 것으로 생각되며, 당뇨병 모체의 임신 말기에 부신지질홀몬을 투여함은 태자폐의 기강면적 증가와 함께 폐성숙을 촉진시키며 폐포내

Ⅱ형세포와 Ⅰ형세포의 출현이 DXM처치군에서 하루가 빨리 나타나고, 양수내 표면활성물질의 생성도 촉진 및 증가시키는 것으로 생각되므로 당뇨병 모체 신생아의 호흡부전증후군은 표면활성물질의 양적 생성 감소가 중요하게 관여될 것으로 사료되며 부신피질홀몬의 산전 투여는 폐성숙과 표면활성물질의 양적 생성을 촉진하는 것으로 사료된다.

[영문]

It has been well known that the lecithin/sphingomyelin(L/S) ratio in amniotic fluid is generally lower in diabetic mothers and the increased incidence of respiratory distress syndrome(RDS) in infants of diabetic mothers is related to a deficiency of pulmonary surfactant due to delayed fetal pulmonary maturity. There are, however, controversial points in the facts; reports persist that RDS continues to occur in up to 28 per cent of infants of diabetic mothers delivered preterm despite L/S ratios indicating lung maturity. Others pointed out that there was no

significant difference in incidence of RDS between infants of diabetic mothers and those of non-diabetic when they were delivered at the same gestational age and by the same mode. Robert and associates (1976), in a recent retrospective study of

infants of diabetic mothers, reported that even when gestational age, mode of delivery, weight, type of labor and Apgar score were controlled, the incidence of RDS was increased more than six folds in infants of diabetic mothers. This study suggests that the diabetes itself is related to RDS in infants.

Since phosphatidylcholine is the major surface active component of pulmonary surfactant, the L/S ratio in amniotic fluid has been widely accepted as a test of pulmonary maturity of the fetus. Recently it has been Suggested that phosphatidylglycerol(PG) may be an important supplemental index of fetal lung maturation based on the fact that PG is a second surface active component of surfactant representing 10∼14% of the total phospholipid lining the alveoli and appears in amniotic fluid as term approaches, and the risk of RDS exists in the absence of PG despite mature L/S ratio over 2.0.

Liggins (1969) noted that a lamb born prematurely after infusion of glucocorticoids was unexpectedly viable. He postulated that corticosteroid treatment was inducing lung maturation, causing the appearance of surface active material in alveolar spaces. Lignins and Howie(1972) first reported the use of betamethasone in mothers as effective for the provention of RDS in premature infants and results of subsequent studies by others also supported the effectiveness of prenatal corticosteroid therapy. Smith and collegues(1975) found insulin to inhibit the cortisol-stimulated augmentation of lecithin synthesis. This may be relevant to the problem of hyaline membrane disease in infants of diabetic mothers, since maternal hyperglycemia causes hyperinsulinemia in the infant.

For these reasons the present study is aimed toward the effect of antepartum corticosteroid administration on the fetal rat lung maturation of diabetic rats and the relation between maternal diabetes and RDS in infants.

A total of 535 mature female rats were impregnated. Among them, 57 rats and 171 fetuses obtained from these were able to be used in the experiment. The first group was a control group consisting of 16 pregnant rats and 48 fetuses. The second was a dexamethasone (DXM)-treated group, to which DXM was injected intramuscularly with 6ug/gm per day for two days before delivery, and consisted of 12 pregnant rats and 36 fetuses. The third was a diabetic group and consisted of 16 rats and 48 fetuses. The diabetes was induced by the injection of streptozotocin, a selective destructor of pancreatic beta cells, 55 mg/kg, via tail vein. The fourth was a DXM-treated diabetic group, to which streptozotocin and DXM were injected, and consisted of 13

rats and 39 fetuses.

For evaluation of morphological development, light and electron microscopic observation of fetal rat lungs, ranging from 18 to 21 days of gestation was performed. For quantitative evaluation of air spaces, a computerized morphometric measurement of areas of air spaces was performed on five fields of light microscopy

at a magnifying power x200. For quantitative estimation of type Ⅱ cells and osmiophilic inclusion bodies (OIB) present in alveoli, the number of type Ⅱ cells and OIB per alveolus was counted in PAS-Azur Ⅱ-stained one micron sections of Epon-embedding block. For biochemical evaluation of pulmonary surfactant, the L/S ratio and the presence of PG in amniotic fluid were measured by thin laryer chromatography according to the Painter method(1980).

The results are as follows :

1. The body weight of fetuses decreased in groups of the DXM-treated, the diabetic, and the DXM-treated diabetic as compared to that of the control group.

The diminution was more marked in groups of the diabetic and the DXM-treated diabetic.

2. Light microscopically, the process of pulmonary maturation in fetal rats of the diabetic group was of little difference from that of the control group, but fetuses of the DXM-treated group and the DXM-treated diabetic group revealed accelerated maturation of approximately one day. There was no significant

difference of area of fetal pulmonary air spaces measured by morphometry between the control and the diabetic. The area of fetal air spaces in the DXM-treated and the DXM-treated diabetic groups, however, markedly increased as compared with the control and the diabetic.

3. There was no significant difference of the number of type Ⅱ cells per alveolus between all four groups. The number of OIB per alveolus and of OIB per type Ⅱ cell increased significantly in the DXM-treated and the DXM-treated diabetic, but decreased slightly in the diabetic group having no statistical significance.

4. Electron microscopically, in fetuses of these two groups, type Ⅱ alveolar cells could be found at 19 days gestation and type Ⅰ alveolar cells at 20 days gestation, one day earlier as compared with the control group and the diabetic one.

5. The L/S ratio in amniotic fluid, as compared with the control, decreased in the diabetic group statistically significant only at 19 days gestation, and increased markedly with a significance in the DXM-treated group. As compared with

the diabetic group, the L/S ratio of the DXM-treated diabetic group significantly increased at 18 days and 19 days gestation. Phosphatidylglycerol was present at 20 days gestation both in the control and the diabetic, although somewhat weak in intensity in the latter. It was present already at 19 days gestation in groups of the DXM-treated and DXM-treated diabetic.

In summary, maternal diabetes appears to decrease the synthesis of osmiophilic inclusion body in the fetal lung-without histologic abnormality or delay in development of the lung-Antepartum corticosteroid administration seems to accelerate pulmonary maturation with an increase in air-space areas and synthesis of the surfactant phospholipid. therefore, it is considered that the RDS in infants of diabetic mothers is related to a quantitative decrease in the synthesis of pulmonary surfactant and it is concluded that the antenatal corticosteroid

treatment accelerates fetal pulmonary maturation and synthesis of the surfactant.