메칠수은이 임신 및 비임신백서와 백서태자의 간에 미치는 영향에 관한 형태학적 연구

Abstract

[영문]

[한글]

수은은 중세기까지 의약품으로서 광범위하게 사용되었으나 그후 수은제재보다 강력한

약제들의 개발로 의약품으로서의 수은의 중요성은 점차 감소되고 있으나 아직까지도 어떤

상황에서는 수은을 치료제로 계속 이용하고 있다.

최근까지도 수은 중독에 대하여는 치료효과에만 치중하여 별로 중요하게 다루어 지지

않았으나 근자에와서 급격한 산업 발달에 따른 환경오염에 의하여 수은중독이 점차 심각

한 공해문제로 대두되고 있다(Afonso and de Alvarez, 1960; Koos and Longo, 1976).

수은제재중 중독을 일으키는 대부분의 수은은 무기 및 유기수은 화합물이며 각종화합물

에 따라 작용부위와 작용기전에 차이가 있어 유기수은은 주로 중추신경계에 독성을 나타

내고 무기수은은 신장에 주로손상을 일으킨다(Bidstrup, 1964; Donaldson and Gubler, 19

78)고 보고하였으나 Kark등(1971)은 화학적 구조에 따른 차이보다는 수은자체의 농도에

따라 작용부위에 차이가 있다고 주장하였다.

수은중독에 대하여는 많은 연구가 진행되어 있으나 아직까지 정확한 손상기전에 대하여

는 밝혀져 있지않다.

수은중독시 초래되는 신장과 중추신경계의 변화에 대하여는 형태학적, 생화학적 및 효

소학적 연구가 많이 진행되어 있으나(Chang et al, 1973; Ware et at, 1974b) 간손상에

대하여는 별로 연구가 되어 있지 못한 실정이다.

Desnoyers 및 Chang(1975)은 백서에 메칠수은을 투여하여 초래되는 간손상을 형태학적

으로 관찰보고 하였고, Ware 등(1974b)과 Fowler 및 Woods(1977)는 임신한 동물에 메칠수

은을 투여하여 태자(胎子)간을 관찰하고 mitochondria의 손상이 간손상에 중요한 역활을

할 것이라고 시사한바 있다.

Spyker 및 Smithberg(1972)는 임신한 동물에 각종 수은화합물을 투여하여 초래되는 태

자사망과 선천성기형에 대하여 보고하였고, Suzuki등(1971), Takahashi등(1971)과 Khera

및 Tabacova(1973)는 각종 수은화합물을 임신한 여러종의 동물들에 투여하였을때 수은이

태반을 통과하여 발육과정의 태자조직에 축적되는 것을 관찰하였으며 수은화합물중 메칠

수은이 태반을 가장 잘 통과한다는 사실도 알게되었다.

수은중독은 임실여부, 수은화합물의 종류에 따른 차이외에 성떨에 따라 차이가 있어 일

반적으로 자성이 웅성보다 중독이나 조직손상 정도가 심한것으로 알려져 있으나(Fowler e

t at, 1975) 성별에 따른 간 손상의 정도를 형태학적으로 관찰한 보고는 찾아볼 수 없었

다.

이상의 여러 보고들을 참작하여 본 실험에서는 메칠수은을 임신백서 및 비임신자웅백서

에 일정한 시기별로 투여한후 태반, 태자 및 모체간과 비임실자웅백서간에서 수은을 정량

적으로 측정하여 임신유무 및 성별에 따른 수은축적 정도를 비교하고 아울러 태반, 태자

및 모체간과 비임신자웅백서간의 형태학적 관찰을 시행하여 메칠수은의 간손상을 형태학

적 면에서 규명하고자 본 연구에 착수하였다.

실험재료 밋 방법

실험동물로는 체중 200gm 내외의 자웅백서를 사용하였고, 일부의 자성백서는 임신시켜

다음과 간이 크게 3군으로 대별하여 실험하였다.

제Ⅰ군 : 정상대조

A : 임신대조 9마리

B : 비임신대조 18마리

제Ⅱ군 : 비임신백서에 메칠수은 투여

A : 웅성백서 9마리

B : 자성백서 9마리

제Ⅲ군 : 임신백서에 메칠수은 투여

A : 임신 1일에 수은투여 20마리

B : 임신 8일에 수은투여 20마리

C : 임신 14일에 수은투여 20마리

수은투여는 메칠수은(ICN Pharmaceuticals, Inc., Life Science Group, Plainview, N.Y

.)을 5% ethyl alcohol에 용해시켜 5㎎/㎏를 임신백서 임신 1일, 8일 및 14일에, 비임신

자웅백서 도살6일, 12일 및 19일전에 대퇴부에 단회 피하주사하였고 대조군은 동량의 5%

ethyl alcehol만을 각각 3마리씩 같은 시기에 주사하였다.

전 동물은 분만 직전으로 생각되는 임신 20일째 일률적으로 도살하였다. 도살시 태자사

망유무, 태반과 태자의 무게, 수 및 기형유무를 관찰하였으며 태반, 태자 및 모체간조직,

비임신자웅백서간 조직에서 수은함량을 정량적으로 측정하였다.

태반, 태자 및 모체간, 비임신자웅백서간을 도살 즉시 10% 중성 formalin에 고정한후

통상과정을 거쳐 일반적인 변화를 보기 위한 hematoxylin-eosin 염색, 당원의 변동을 보

기 위한 PAS 및 D-PAS 염색, RNA의 변동을 보기 위한 methyl green pyronin염색 및 지질

축적 유무를 보기 위한 oil red 0 염색을 시행하였다. 전자현미경적 검색을 위하여는 상

기한 각 조직일부를 도살 즉시 적출하여 1㎣크기로 세절하고 1% osmium tetraoxide(phosp

hate buffer, pH 7.4)용액에 2시간 고정시킨후 통상 전자현미경관잘을 위한 제조과정을

거쳐 uranyl acetate 와 lead hydroxide로 염색하여 일반적인 변화를 관찰하였으며 수은

입자를 보기 위하여는 염색을 하지 않은 표본으로 검색하였다.

연구성적 및 결론

1. 태자의 사망과 태자수, 태자 및 태반무게의 감소는 임신 1일 및 8일에 수은을 투여

한 군에서 관찰되었고 특히 임신 1일에 투여한 군에서 현저하였으며 통계학적으로도 의의

가 있었다.

2. 조직내 수은함량은 임신 14일과 비임실백서 도살 6일전에 수은을 투여한 군에서 간,

태반 및 태자간에서 가장 다량의 수은축적을 보였으며 비임신백서에 수은을 투여하였을

때가 임신백서에 투여하였을 때보다 간에 수은축적이 많았고 비임신백서중에서도 자성이

웅성보다 수은함량이 높았다.

3. 메칠수은 투여군의 모체 및 태자간의 광학현미경 및 특수염색 소견은 대동소이하였

고 그 정도도 비슷하였으며 임신 14일에 수은을 투여한 군에서 가장 변화가 심하였다. 비

임신백서에 수은을 투여한 군의 소견은 임신모체간과 질적으로 대동소이 하였으나 그 정

도가 보다 심하였고 특히 자성에서 웅성보다 현저하였다.

4. 전자현미경적으로 메칠수은을 투여한 군의 모체간에서는 세담관 주위에 Iysosome수

의 중가, 소공포형성, 지질축적, 당원의 감소, RER의 확장및 ribosome의 탈락, mitochond

ria의 손상이 정도에 차이는 있었으나 수은투여 시기에 관계없이 관찰되었다.

태자간에서도 모체간에서 관찰된 소견들과 유사한 소견들이 관찰되었으며 임신 14일에

수은을 투여한 군에서 가장 현저하였다. 비임신백서에 메칠수은을 투여한 군에서도 모체

간에서 관찰되었던 소견들이 공통적으로 관찰되었으며 자성백서에서 더 뚜렷하였다.

5. 메칠수은을 투여 한 임신 및 비임신백서간과 태자간에서 lysoaome 과 드물게는 mito

chondria내에 전자밀도가 높은 과립들이 관찰되었다. 이 과립들은 염색을 하지 않은 표본

에서도 지속적으로 높은 전자밀도를 갖는 것으로 미루어 수은입자로 생각되었다.

6. 메칠수은 투여군의 태반의 소견은 광학현미경적으로 대조군과 별 차이가 없었고 전

자현미경적으로 lysosome수의 증가, 지질축적이 관찰되었으나 간에서 관찰되었던 mitocho

ndria의 변화나 심한 RER의 확장과 ribosome 와 탈락소견은 관찰되지 않았다. 태반에서도

간에서와 비숫한 전자밀도와 크기를 갖는 과립들이 세포질내에 산재되어 나타나는 것이

관찰되었다.

이상의 성적을 종합하여 보면 메칠수은의 투여는 비임신자웅백서간, 임신백서 모체 및

태자간에 다같이 유사한 손상을 일으켰으나 그 정도는 비임신자성백서에서 가장 현저하였

고 임신모체간에서 가장 경미하였으며 손상의 정도는 수은축적양과 비례하였다. 전자현미

경적 관찰에서 초기의 변화가 mitochondria의 손상으로 시작되었으며 이어 RER의 변화와

ribosome의 탈락이 동반하였다. 따라서 메칠수은의 간손상은 먼저 mitochondria손상에 의

하여 일어나며 이어 RER의 손상으로 인한 단백합성 억제가 초래되어 간손상이 진행되는

것으로 사료되었다.

Injuries to Rat Livers by Methyl Mercnry

Hwa Sook Hoon, M.D.

Department af Medical Science The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Prof. Hpn Mo Kwak, M.D. and Yoo Beck Lee, M.D.)

Environmental pollution by toxic agents is a matter of considerable current

concern. Much of the interest has centered on mercury, an agent long known to exert

toxic effects on a variety of tissues, especially the kidneys and the central nerve

system (Pitkin et at,1970).

Although mercury poisoning bas been extensively studied, still little is known of

the exact cause of tissue damage.

Differential effects of mercury are dependent not only on the type of mercurial

compounds, dose of the agent, presence or absence of pregnancy but also on sex. The

greater sensitivity of female rata to methyl mercury nephrotoxicity in comparison

with males has been recently discussed in relation to the apparently lower capacity

of females to excrete mercury following chronic mercury exposure (Fowler, 1974).

The present investigation was performed to study the male, nonpregnant female,

maternal and fetal hepatic damage, and the embryocidal and teratogenic effects of a

single maternal dose of methyl mercury on pregnant rots during different

gestational periods. 0bservation of the morphological changes of the placenta,

male, nonpregnant female, maternal and fetal livers after methyl mercury treatment

was carried out by histologic, histochemical and electronmicroscopic examinations,

and to clarify the pathogenetic mechanisms of hepatic toxicity from the morphologic

viewpoint. Concurrently, an assam of mercury content of livers and placenta was

performed.

Materials and Methods

A total of 105 albino rots, each weighing around 200 gm were used. These animals

were divided into three main groups.

Group I was divided Into A, pregnant control, 9 rata and B, male and nonpregnant

femal econtrol, 9 rat each. The animals of group 111 were 60 pregnant rats and

every 20 animals were treated with methyl mercury 5 mg/kg (ICN Pharmaceuticals,

Inc., Life Science, Plainview, N.Y.) in 5% ethyl alcohol at the pregnant let

(Ⅲ-A),8th (Ⅲ-B), and 14 th day (Ⅲ.C), respectively. The animals of group Ⅱ were

nonpregnant rats and subdivided into A, 9 male rats and B, 9 female rata, and

methyl mercury wart administered to an even number(3 rata each) at 6, 14 and 19

days prior to the sacrifice, respectively with the same dose as group Ⅲ Control

animals, group Ⅰ, were treated with 5% ethyl alcohol only. All of the animals were

sacrificed at the 20 th day of pregnancy, which was the immediate day preceding

expected confinement. At the time of sacrifice, the viability of the fetus, weights

of the fetes and placenta, number of the fetus, and presence or absence of the

congenital anomalies were noted. At the same time ports of the placenta, male,

nonpregnant female, fetal and maternal liver tissues were frozen, and afterwards

their mercurial contents were determined by a meroury analyzer. The placenta, male,

nonpregnant female, fetal and maternal liver tissues were fixed in 10% neutral

formalin and were stained with H-E for general alteration, PAS and D-PAS for the

glycogen distribution, methyl green pyronin for RNA Content and oil red O for lipid

deposition, respectively.

Ultrastructural examination of the placenta, male, nonpregnant female, fetal and

maternal liver tissues was done by using the Hitachi HU-ⅡE electron microscope

with and without a staining method.

Results and Summary

1. Fetal dearth and decrements of fetal number, fetal and placental weights were

observed in the methyl mercury treated group on the 1st and 8th day, and were

severer in the former group, which was proven statisticallr significant,

2. Mercury contents in the livers and placenta were the highest in the pregnant

rats treated with methyl mercury on the 14th day, and nonpregnant rata treated with

mercury 6days prior to sacrifice. Nonpregnant rata showed greater mercurial

deposits in the liver than pregnant rats. Among the nonpregnant rats, females

contained higher mercurial content than males.

3. The histologic features of the livers by light microscopic observations were

all similar in their patterns, but their degree was greater in the nonpregnant

female rats than in male and pregnant rats. Among pregnant rats, Group Ⅲ·C

(methyl mercury treated on the 14th day), showed rather severe maternal and fetal

liver damage.

4. Electronmicroscopic findings of methyl mercury treated liver were increased

numbers of Iysosomes, vesicles, lipid accumulation, decreased glycogen particles,

dilatation of RER and detachment of ribosomes and mitochondrial alterations which

included swelling, irregularities of size and shape, loss of crisrae and granules,

and fusion to one another. These changes were the most pronounced in the

nonpregnant female rats among the various groups. In the pregnant rats,

ultrastructural features of the maternal and fetal livers were all alike in the

patterns and severity, and these were more marked in the group Ⅲ-C (mercury

treated on the 14th day of pregnancy) than in others.

5. Liver tissues of methyl mercury treated pregnant and nonpregnant rats, and

fetal liver showed increased numbers of Iysosomes with dense particles and

infrequent electron dense part icles in the mitochondria. These dense particles

were presumed to be mercury moleoules on the basis of their sizes and retention of

high electron densities in the case of unstained material.

6. Light microscopically and u1trastructurally methyl mercury treated placentas

were no different from the normal control group. Unlike the hepatic findings, no

mitochondrial alterations, marked dilatation of RER and detached ribosomes were

found. A few high density particles were scattered among cytoaol, which resembled

the hepatic mercurial particles.

The above results can be summarized as follows. Methyl mercury administration

evolved similar hepatic changes among various groups and its severity was most

pronounced in nonpregnant female rats and least in the pregnant maternal lifer. The

severity was comparable to the mercurial deposits. Ultrastructurally mitochondrial

changes were first observed, followed by dilatation of RER and ribosomal

detachment. This suggests that hepatic injury by methyl mercury was triggered by

mitochondrial damage and then it further progressed from depressed protein

synthesis due to altered RER.