Hydrocortisone과 penicillamine이 실험적 관절염에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

[한글]

세균감염, 과민반응, 관절변성, 혈우병, gout등에 의해 생기는 각종 관절염은 원인의여하를 불문하고 적시에 적절한 치료를 하지 않으면 관절에 섬유성강직을 초래하여 관절기능부전을 일으키게 된다. 이러한 섬유화의 억제를 위하여 corticosteroid나 D-penicillamine 혹은 β-aminopropionitrile등이 사용되어 왔고 이들 약물이 실험적 관절염에 미치는 영향이 연구되어 왔으나 그 작용기전에 대해서는 아직 일관된 견해가 없다.

이중 corticosteroid는 lysosomal membrane을 안정시킴으로서 강한 항염작용을 일으키고(Watts, 1965) 섬유모세포의 증식을 억제하기 때문에 창상치유를 지연시키며 교원섬유합성이 억제된다고 알려져 있다(Berliner등, 1967b; Nimni등, 1967).

또한 penicillamine은 tropocollagen이 성숙되는데 필요한 cross-linkage를 억제하고(Nimni 1968; Deshmukh 및 Nimni, 1969) 교원분자가 합성되는데 필요한 ferrous iron을 chelation 하여 섬유화를 억제한다고 알려져 있다.

이상과 같은 사실을 토대로 저자는 corticosteroid와 penicillamine이 섬유화에 미치는 영향을 조사하기 위하여 본 실험을 시행하였다.

실험동물로는 체중 1.4∼2.7kg의 백색가토 54마리를 정상대조군, 관절염유발대조군, 관절염유발후 hydrocortisone acetate 또는 penicillamine 투여군으로 나누어 실험을 실시하였다.

관절염은 각 동물에서 우측슬관절에는 출혈성관절염을, 좌측슬관절에는 육아종성 관절염을 유발시켰다. 출혈성관절염을 유발하기 위하여는 가토의 자기혈액 1cc를 매일 5일간관절강내에 주입하였고 육아종성 관절염을 위하여는 10% talcum suspension 2cc를 1회 주입하였다. 약물은 hydrocortisone acetate를 마리당 5mg 씩 주 2회 근육주사하였으며 D-penicillamine은 15mg/kg를 매일 경구 투여하였다. 약물투여는 관절염 유발 1일전과 관절염 유발후 0, 1, 4, 7일 및 14일에 시작하여 도살시기인 21일까지 계속하였다.

광학현미경적 검사를 위하여 hematoxylin-eosin염색을 하여 일반 조직학적 소견을 조사하였고 특수염색으로서 혈철소침착을 보기 위한 iron염색과 ground substance를 보기 위한 alcianblue염색, 망상섬유를 보기 위한 reticulin염색, 교원섬유를 보기 위한 Masson-

trichrome염색을 시행하여 섬유화과정의 변화를 조사하였다. 전자현미경적 검색으로는 섬유모세포의 미세구조를 보기 위하여 uranyl acetate 및 lead hydroxide염색을 시행하였다.

이상과 같은 방법으로 연구한 결과는 다음과 같다.

1. 출혈성관절염에서 hydrocortisone투여는 섬유모세포의 증식, ground substance형성, 교원섬유 형성을 현저히 억제하였으며 특히 관절염 유발후 7일이내에 투여했을 때 더 효과가 뚜렷하였고 14일이후에 투여했을 때는 섬유화를 억제하지 못하였다.

2. 출혈성관절염에시 penicillamine투여는 섬유모세포의 증식, ground substance의 형성 및 교원섬유 형성을 억제하였고 hydrocortisone과 같이 7일이전에 투여하였을 때 효과가 있었고 14일 이후에는 별 효과를 볼 수 없었다.

3. Talcum에 의한 육아종성 관절염에서 hydrocortisone투여는 약물투여시기에 관계없이 육아종 형성과 ground substance형성, 교원섬유형성을 억제하였다. 반면 penicillamine투여는 육아종 형성을 억제하지 못하였고 섬유모세포의 증식과 섬유화의 억제효과도 볼수 없었다.

4. 전자현미경적 소견으로는 hydrocortisone은 섬유모세포의 미세구조를 현저히 위축시켰으며 penicillamine은 steroid에 비해서는 효과가 적었으나 다소 위축시켰다.

결론적으로 hydrocortisone투여는 관절염의 종류에 관계없이 섬유모세포의 증식, ground substance 및 교원섬유형성을 모두 억제하였으며 penicillamine은 출혈성 관절염때는섬유화를 억제하였으나 talcum에 의한 육아종성 관절염 때는 섬유화의 억제 효과가 없는것으로 사료 되었다.

[영문]

Regardless of the causes, bacteria, hypersensitivity, degeneration, hemophilia, or gout, arthritis results in articular dysfunction by fibrotic ankylosis, if it is not treated adequately. To prevent the fibrosis,corticosteroid, D- penicillamine or β-aminopropionitrile have been used, but the exact mechanisms of these drugs are not well understood. Among these drugs, corticosteroid induces strong antiinflammatory action by stabilizing lysosomal membrane(Watt, 1965), delays the

healing of wound and inhibits biosynthesis of collagen by suppression of fibroblastic proliferation(Berliner et al, 1967; Nimni et al, 1964).

Penicillamine inhibits fibrosis by blocking the cross-linkage essential for maturation of tropocollagen(Nimni et al, 1968) and by chelation of ferrous iron(Nakagawa et al, 1967).

Present study is aimed to study the effects and mechanisms of corticosteroid and penicillamine on fibrosis of experimental arthritis.

A total of 54 rabbits, 1.4∼2.7 kg, were divided into normal control, arthritis-induced group and arthritis-induced group followed by either penicillamine or hydrocortisone adminitration. In all rabbits, hemarthrosis were induced on right knee joint and talcum foreign body arthritis on left knee joint.

Penicillamine was given per oral in a dose of 15 mg/kg per day and hydrocortisone acetate, intramuscularly, 5 mg/kg, 2 times/week at 1 day prior and 0, 1, 4, 7, 14 days after the induction of arthritis.

Animals were killed at the 21 th day after the induction of arthritis and the specimens were taken from the synovium of both knee joint and processed for both light and electron microscopic examination. For light microscopic examinations, hematoxylin-eosin, Masson's trichrome, alcian-blue, iron, and reticulin staining were made.

For electron microscopic examinations, conventional procedure wag applied. The ultrastructural observations was made with Hitach H-500 model electron microscope.

Result and Summary:

1. Administration of hydrocortisone in hemarthrosis resulted in marked inhibitory effect on proliferation of fibroblast, formation of the ground substance and synthesis of collagen fiber. The effect of corticosteroid was apparent when hydrocortisone was administered within 7 days after induction of hemarthrosis but no effect was noted when administered after 14 days.

2. Adnimistration of penicillamine in hemarthrosis inhibited the proliferation of fibroblast, formation of the ground substance and synthesis of collagen fibers. The inhibitory effect was apparent only when treatment was initiated within 7 days as

with hydrocortisone.

3. Administration of hydrocortisone in foreign body arthritis by talcum inhibited formation of granuloma, ground substance and collagen whereas administration of penicillamine did not inhibit formation of granuloma, proliferation of fibroblast and fibrosis

4. By electron-microscopical examination, hydrocortisone brought about atrophy of cytoplasm and its organelles with severe dilatation of RER of fibroblast. Penicillamine induced also atrophy, but milder degree.

In summary, the results obtained by present study indicate that corticosteroid inhibits proliferation of fibroblast, formation of ground substance and collagen either in hemarthrosis or talcum foreign body granulomatous arthritis, while penicillamine inhibits fibrosis only in hemarthrosis but has no effect in granulomatous arthritis by talcum.