심근정지용액과 재관류용액의 Na+ 및 Ca2+농도 변화가 세포내 Ca2+ 활성도에 미치는 영향

Abstract

[영문]

[한글]

심장 수술시 발생되는 산소결핍증에 의한 심근세포의 손상으로부터 심근세포를 보호하

기 위하여 고농도 K+을 포함한 심근정지 용액으로 심근 세포막전압을 탈분극시키면 심박

동은 신속히 중지케 할 수 있으나, 탈분극 정도에 따라 세포막을 통한 Ca2+ 유입량의 증

가로 세포내에Ca2+이 축적되어 비가역적인 심근강직을 일으킬 수 있다. 그러므로 심근정

지 동안 심근세포내의 Ca2+ 축적을 방지하기 위해 심근정지 용액의 Ca2+농도를 감소시키

거나 Ca2+ 길항제들을 병행하여 사용하기도 한다.

그러나 Ca2+ 농도를 감소시킨 심근정지 용액을 사용하여 심근정지를 일으킨 후 다시 정

상Ca2+ 농도의 용액으로 회복시킬 때에도 세포내에 Ca2+이 축적될 수 있어, 심근세포의

기능 및 구조가 비가역적인손상인 reperfusion injury에 빠지게 된다고 한다. 이는 심근

정지 동안 세포내 Ca2+ 농도는 감소하나 세포내의 Na+ 농도가 중가하였다가 정상 Ca2+ 농

도의 용액으로 회복시킬 때 Na+-Ca2+ 교환기전에 의해 많은 양의 Ca2+이 세포내로 유입될

수 있는 것을 의미한다.

따라서 본 연구에서는 심근정지 동안과 정지 후 회복시 세포막전압의 변화와 세포내 Na

+과 Ca2+ 활성도를 측정하여 심근정지 용액과 재관류 용액의 Na+ 및 Ca2+ 농도 변화가 심

근정지 동안 세포내 Na+ 활성도에 미치는 영향과 정지 후 회복 시 세포내 Ca2+ 활성도에

미치는 영향을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 저농도 Ca2+의 심근정지 용액으로 심근정지 후 회복시 처음 나타나는 활동전압의 크

기와 폭은 심근정지 전에 비해 감소하였으나, Na+-Ca2+ 교환이동 기전이 평형으로 유지되

도록 외부Na+과 Ca2+의 농도를 계산한 심근정지 용액에서는 심근정지 전에 비해 크게 차

이나지 않았다.

2. 심근정지 동안 세포내 Na+ 활성도는 계속 감소하였으며, 저농도 Ca2+의 심근정지 용

액으로 관류하였을 때 세포내 Na+ 활성도가 가장 높았다.

3. Na+과 Ca2+ 농도가 Na+-Ca2+ 교환이동 기전에 따라 조절된 심근정지용액으로 심근정

지된 동안 세포내 Na+와 Ca2+ 활성도는 계속 감소하였으며, 세포내 Na+ 활성도는 100% Na

+, 저농도 Ca2+ 심근정지용액으로 심근정지 했을 때보다 낮았다.

4. 심근정지 후 정상 Tyrode 용액으로 관류하였을 때 세포내 Na+와 Ca2+ 활성도는 증가

하였으며, Na+에 비해 Ca2+ 활성도가 더 빨리 증가하였다.

5. 심근정지 후, 회복시 첫 활동전압이 나타나기 전까지의 세포내 Ca2+ 활성도는 회복

직전의 세포내 Na+ 활성도가 낮을수록 서서히 증가하였다.

이와같은 결과로써 심근정지 용액의 Na+과 Ca2+ 농도를 Na+-Ca2+ 교환이동기전에 따라

조절하였을 때가 심근정지시의 세포내 Na+ 활성도가 가장 많이 감소하였으며, 또한 회복

시 세포내 Ca2+ 활성도가 서서히 증가하는 것을 알 수 있었는데, 이로 미루어 보아 심근

정지 후 회복과정에는 Na+-Ca2+ 교환이동이 세포내 Ca2+ 활성도 조절에 주된 역할을 하는

것으로 사료된다.

Effects of Na+ and Ca2+ Concentration in Cardioplegic and Reperfusion Solutions on

the Intracellular Ca2+Activity of Cardiac Muscle Cells

Myung Jin Kim

Department of Medicat Science The graduate School. Yonsei University

(Directed by Assistant Professor Chang K7ok Suh, Ph.D.)

High K+cardioplegic solution can rapidly arrest the heart during cardiac surgical

procedure. But the depolarization of cell membrane could increase Ca2+ influx, and

result in irreversible cardiac contracture due to intracellular Ca2+ loading. To

avoid intracellular Ca2+ overload, low Ca2+ and/or Ca2+ antagonists-containing

cardioplegic solutions are being used.

However the removal of Ca2+from the cardioplegic solutions could cause the danger

of inducing a calcium paradox during reperfusion. Since intracellular Ca2+

activities are coupled to Na+ activities via Na+-Ca2+ exchange, an increase in

intracellular Na+ activities during the cardioplegia could cause an abrupt Ca2+

influx during the reperfusion of normal solution. Thus it is necessary to consider

the Na+ concentration as well as Ca2+ for ideal cardioplegic solutions.

To study the effect of Na+ and Ca2+ concentrations in cardioplegic solutions on

intracellular Ca2+ activities during the cardioplegia and subsequent recovery

period, the membrane potential and intracellular Na+ and Ca2+ activities of guinea

pig ventricular papillary were measured with following results.

1. A cardioplegia with low Ca2+ cardioplegic solution significantly decreased the

overshoot and duration of the first action potential after cardioplegia, but the

changes in action potential configuration were minimized after a cardioplegia with

Ca2+ concentration adjusted according to Na+-Ca2+ exchange mechanism.

2. Intracellular Na+ activity was continuously decreased during the cardioplegia,

but the intracellular Na+ activity was kept high with low Ca2+ cardioplegic

solution.

3. Intracelluar Na+ and Ca2+ activities were continuously decreased during the

cardioplegia with Ca2+ concentration calculated according to Na+-Ca2+exchange

mechanism.

4. During a reperfusion of Tyrode solution after cardioplegia intracellular Na+

and Ca2+ activities were increased, and Intracellular Ca2+ activity was increased

faster than intracellular Na+ activity.

5. The rate of increase in intracellular Ca2+ activity with reperfusion of Tyrode

solution was dependent upon intracellular Na+ activity during cardioplegia, in a

way that the higher intracellular Na+ activity was, the faster intracellular Ca2+

activity increased.

From these results, it was summarized that the cardioplegic solutions with Ca2+

concentration adjusted according to Na+-Ca2+ exchange maintained intracellular Na+

activity low during cardioplegia and the rate of increase in intracellular Ca2+

activity slow during reperfusion. In conclusion, these data suggest that Na+-Ca2+

exchange mechanism may play an important role in regulation of intracellular Ca2+

activity during the recovery after cardioplegia.