The Change of Antioxidant Enzyme (Superoxide Dismutase, Catalase, Glutathione Peroxidase) in the Endotoxin Infused Rat Lung

내독소 투여후 쥐의 폐조직내 Antioxidant (Superoxide Dismutase, Catalase, GSH-Peroxidase)의 변화에 대한 연구

Background: Gram-negative bacterial endotoxin induced septicemia is known to be a leading cause in the development of adult respiratory distress syndrome(ARDS). The mechanism of endotoxin induced lung injury is mainly due to the activated neutrophils which injure the capillary endothelial cells by releasing oxidant radical and resulted in pulmonary edema. We studied the change of antioxidant enzyme in the case of large or small, intermittant dose of endotoxin infused rat lungs. Methods: Endotoxin was given to the rat through the peritoneal cavity in the dose of 7 mg/kg body weight in the large dose group and 1 mg/kg for 10 days in the small dose group. Bronchoalveolar lavage (BAL) was done and rats were killed at 6, 12, 24 hours after single endotoxin injection in the large dose group and 3, 7, 10 days after daily endotoxin injection for 10 days in the small dose group. The lungs were perfused with normal saline through the pulmonary artery to remove the blood and were homogenized in 5 volume of 50 mM potassium phosphate buffer containing 0.1 mM EDTA. After centrifuging at 100,000 g for 60 minute, the supernatent was removed and stored at $-70^{\circ}C$ until measuring for superoxide dismutase (SOD), catalase, glutathione peroxidase (GSH-Px) and protein. Results: We observed the following results. 1) The lung wet/dry weight ratio and albumin concentration in the BAL fluids were increased to peak at 12 hours and neutrophil number in the BAL fluids were peak at 6 hours after endotoxin injection in the large dose group. 2) Cu, Zn SOD (IU/mg protein) was significantly decreased after 6, 12 hours after endotoxin injection in the large dose group. 3) There were no singnificant change in the level of Mn SOD, catalase, GSH-Px after endotoxin injection in both groups. Conclusion: Endotoxin in the large dose group produced the acute pulmonary edema and decreased the Cu, Zn SOD in the lung tissue after injecting endotoxin at 6 and 12 hours. These phenomenon may be due to the cell membrane damage by endotoxin. Further research would be necessary whther giving SOD by intratracheal route or method to increase the synthesis of SOD may lessen the acute lung injury by endotoxin.

연구배경 : 그람 음성균의 내독소는 ARDS를 유발하는 제일 흔한 원인으로 알려져 있으며 그 기전중에 내독소에 의해서 폐로의 유입이 증가되고 활성화된 호중구에서 분비하는 산소기가 증가하여 모세혈관 내피세포등에 손상을 입히기 때문이라는 설이 유력하다. 그러한 증가된 산소기를 처리하는 항산화효소가 내독소를 대량 투여하거나 소량 반복투여시 어떻게 변화하는지 알아보고자 본 실험을 하였다. 방법 : 250~300g 되는 쥐에 내독소 대량투여군은 7mg/kg body weight로 내독소를 1회 복강내 주사하였고 소량 반복투여군은 1 mg/kg body weight로 10일간 매일 복강내 주사하였다. 대량투여군은 주사후 6, 12, 24시간후에, 소량 반복투여군은 주사후 3, 7, 10일에 각각 기관지 폐포세척술을 시행하고 살해하였다. 폐동맥을 통하여 생리 식염수를 주입하여 적혈구를 제거한후 양측 폐를 들어내고 무게를 잰후 무게의 5배되는 용량의 50 mM potassium phosphate 완충액하에 3분 간 homogenize시켰다. 이들 $4^{\circ}C$ 에서 60분간 100,000g의 속도로 원심분리하여 상충액을 $-70^{\circ}C$에 보관하였다가 Cu, Zn SOD, Mn SOD, catalase, GSH-Px와 albumin 농도를 측정하였다. 결과: 1) 폐의 wet/dry 무게비 및 기관지 폐포세척액내 albumin 농도는 내독소 대량투여후 12시간에 최고로 증가하였고 기관지 폐포세척액내 호중구는 내독소 대량투여후 6 시간에 최고로 증가하였다. 2) Cu, Zn SOD (IU/mg protein)는 대조군 ($66.7{\pm}26.3$)에 비해 대량투여군에서 6시간후 ($21.86{\pm}5.79$)와 12시간후 ($31.96{\pm}9.54$)에 각각 의의있는 감소를 나타냈으며 소량 반복투여군에서는 큰 변화가 없었다. 3) Mn SOD, catalase, GSH-Px의 양은 대량 또는 소량투여군 모두에서 특별한 변화를 관찰할 수 없었다. 결론: 내독소를 대량투여시 급성 폐부종의 소견과 함께 폐조직내 Cu, Zn SOD가 6시간 및 12시간후에 현저히 감소함을 관찰할 수 있었는데 이러한 현상은 내독소에 의해서 폐의 세포가 손상을 받은 때문으로 생각된다. 따라서 SOD를 외부에서 보충해주거나 폐내에서 합성을 증가시키는 방법으로 급성 폐손상의 진행을 막을수 있는지에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.