Kanamycin이 심근의 slow Ca++ current에 의한 수축력에 미치는 영향

Abstract

[영문]

[한글]

Ca**++ 이 근육의 흥분-수축 결합과정 (excitation-contraction coupling process)에서

중요한 역할을 하며 (Ebashi 및 Endo, 1968; Rich 및 Langer, 1975; Fozzard, 1977), 특

히 심근에서는 세포내에 저장되어 있는 Ca**++ 이외에도 활동 전압 기간 중에 심근 세포

막을 통해서 들어오는 Ca**++ 완만 내향 전류(slow inward current)의 양이 심근 수축력

에 큰 영향을 준다고 알려져 있다(Router, 1974; Gibbons및 Fozzard, 1975; Langer,1980)

. 그러므로 Ca**++ 길항제를 사용하면 심근의 수축력이 감소하계 된다(Zsoter, 1980; God

fraind, 1981; Fleckenstein, 1983). Kanamycin이 동물 실험에서 심박출량 저하 및 심근

수축력 저하 효과를 나타내고, 적혈구막에서뿐 아니라 심근 세포막에서도 Ca**++ 결합을

경쟁적으로 억제시키며 심근의 자극 빈도에 따른 수축력도 저하시킨다고 보고되었다(홍,

1973; Lee 등, 1976). 이같은 보고는 kanamycin이 Ca**++ 길항제와 같은 효과를 갖고 있

음을 암시한다. 이에 본 연구에서는 kanamycin이 Ca**++ 완만 내향 전류에 의한 심근 수

축력에 미치는 효과와 활동 전압의 모양에 미치는 영향을 관찰하여 kanamycin의 Ca**++

길항제적 효과에 대한 이해를 더 하고자 실험을 시행하였다.

체중 300gm 내외의 쥐와 guinea pig을 실험 동물로 하였으며, 실험 용액은 Tyrode용액,

Krebs-Henseleit용액을 사용하였으나 때로는 phosphate buffer 대신 HEPES(N-2-hydroxyet

hyl-piperazine-N'-2-ethanesulfonic acid)를 사용하였다. 장력 측정을 위한 표본은 좌심

방 절편을 만들어서 사용하였으며 이 표본을 transducer에 연결하여 장력의 변화를 polyg

raph에 기록하였다. Na**+ current를 비활성화시키기 위해 22mM K**+ 로 탈분극시킨 후,

Ca**++ 완만 내향 전류에 의한 흥분-수축을 유발시키면서 실험 용액의 Ca**++ 농도 변동

에 따른 장력 변화를 보고 이것을 대조군으로 하여 kanamycin첨가 후의 장력 변화를 Line

weaver-Burk plot상에서 비교 관찰하였다. 부수적으로 Ca**++ 완만 내향 전류의 경쟁적

억제제로 알려진 Mn**++ 과 비교 관찰하기 위해 Mn**++ 에 의한 장력변화도 관찰하였다.

활동 전압 측정을 위해저는 좌심방 전체를 이용하였으며 활동 전압은 microelectrode를

사용하여 amplifier를 통해 oscilloscope에 기록하였다. 이때도 Na**+ current를 비활성

화시키기 위해 12mM K**+ -Tyrode용액이나 22mM K**+ -Krebs-Henseleit용액으로 탈분극시

켜 Ca**++ current에 의한 활동 전압이 기록되게 한 후 kanamycin을 첨가하여 활동 전압

의 모양의 변화를 관찰한 결과 다음과 같은 성적을 얻었다.

1. 탈분극시킨 좌심방 절편을 자극하여 Ca**++ 완만 내향 전류에 의한 흥분-수축을 유

발시켜 수축력에 대한 kanamycin의 효과를 본 결과, 심근 수축력은 현저히 저하시켰으나

Mn**++ 과 같은 경쟁적 억제 현상은 보이지 않았다.

2. 탈분극시키는 용액으로 관류된 좌심방에서 Ca**++ 완만 내향 전류에 의한 활동 전압

의 변화를 측정한 후 kanamycin을 첨가하여 이 활동 전압에 미치는 kanamycin의 영향을

살펴 본 결과, 활동 전압의 탈분극 상승 속도가 느려졌고 활동 전압의 높이와 기간도 감

소하였다.

이상과 같은 결과로 보아 kanamycin은 Ca**++ 완만 내향 전류에 대해 길항제적 효과를

갖고 있음을 알 수 있었다.

Effects of Kanamycin on the Contractility of Cardiac Muscles induced by the Slow

Ca**++ Inward Current**++ Inward Current

Young Ho Lee

Department of Medical Science The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Professor Doo Hee Kang, M.D., Ph.D.)

It is generally accepted thatmyoplas mlcfree calcium(Ca**++) plays a critical

role in excitation-contraction coupling process of muscle, and that the contraction

of cardiac muscle depends on slow calcium inward current (Isi) during action

potentials, as well as on the intracelluar Ca**++ released from the sarcoplasmic

reticulum(SR) (Ebashi and Endo, 1968; Router, 1974; Fozzard, 1977; Langer, 1980).

Calcium antagonists decrease Isi across the sarcolemmal membrane, thus resulting

a decrease in contractility of cardiac muscle(Zsoter 1980; Godfraind, 1981;

Fleckenstein,1983).

It has been reported that kanamycin caused depression of cardiac output and

decrease in cardiac muscle contractility and competitively inhibited Ca**++ binding

to the red blood cell membrane(Cohen et al, 1970; Hong, 1973; Lee et al, 1976).

These findings imply that kanamycin has Ca**++ antagonistic action.

In this study, the effects of kanamycin on Isi were investigated by measuring the

contraction and the action potential induced by calcium current in partiallr

depolarized cardiac muscle cells of guinea pigs and rats.

Isometric contraction of left atrial strip was recorded on a polygraph recorder

by means of force displacement transducer. To inactivate the Na**++ current, the

cardiac tissues were partially depolarized with high K**++ solutions(22mM K**++),

and contractions with varying concentrations of Ca**++ in the bathing media were

measured. Changes of contraction vs concentrations of Ca**++ were analyzed on the

Lineweaver-Burk plot. The effect of kanamycin on the contraction of partially

depolarized cardiac tissue was compared with the effect of well-known Ca**++

antagonist, Mn**++.

Transmembrane action potentials were recorded wits conventional microelectrodes

in the isolated left atrium and Ca**++ current mediated action potentials were

recorded after partial depolarization with high K**++ solutions (12mM K**++ -Tyrode

solution or 22mM K**++ -Krebs-Henseleit solution) and the changes of action

potential by kanamycin were measured.

The results are summarized aa follows ;

1) The decrease in cardiac contractile strength by kanamycin is significant, but

it does not show the characteristics of competitive inhibition such as Mn**++.

2) Kanamycin decreases the rate of depolarization and the amplitude along with

the duration of action potential generated by calcium current.

From these findings, it is concluded that kanamycin has Ca**++ antagonistic

effects on slow calcium inward current of cardiac muscle.