A Study of Endothelium-dependent Pulmonary Arterial Relaxation and the Role of Nitric oxide on Acute Hypoxic Pulmonary Vasoconstriction in Rats

흰쥐 폐동맥의 내피세포의존성 혈관이완과 급성 저산소성 폐동맥수축에서 산화질소의 역할

Backgroud: Since the demonstration of the fact that vascular relaxation by acetylcholine(Ach) results from the release of relaxing factor from the endothelium, the identity and physiology of this endothelium-derived relaxing factor(EDRF) has been the target for many researches. EDRF has been identified as nitric oxide(NO). With the recent evidences that EDRF is an important mediator of vascular tone, there have been increasing interests in defining the role of the EDRF as a potential mediator of hypoxic pulmonary vasoconstriction. But the role of EDRF in modulating the pulmonary circulation is not compeletely clarified. To investigate the endothelium-dependent pulmonary vasodilation and the role of EDRF during hypoxic pulmonary vasoconstriction, we studied the effects of $N^G$-monomethyl-L-arginine(L-NMMA) and L-arginine on the precontracted pulmonary arterial rings of the rat in normoxia and hypoxia. Mothods: The pulmonary arteries of male Sprague Dawley(300~350g) were dissected free of surrounding tissue, and cut into rings. Rings were mounted over fine rigid wires, in organ chambers filled with 20ml of Krebs solution bubbled with 95 percent oxygen and 5 percent carbon dioxide and maintained at $37^{\circ}C$. Changes in isometric tension were recorded with a force transducer(FT.03 Grass, Quincy, USA) Results: 1) Precontraction of rat pulmonry artery with intact endothelium by phenylephrine(PE, $10^{-6}M$) was relaxed completely by acetylcholine(Ach, $10^{-9}-10^{-5}M$) and sodium nitroprusside(SN, $10^{-9}-10^{-5}M$), but relaxing response by Ach in rat pulmonary artery with denuded endothelium was significantly decreased. 2) L-NMMA($10^{-4}M$) pretreatment inhibited Ach($10^{-9}-10^{-5}M$)-induced relaxation, but L-NMMA ($10^{-4}M$) had no effect on relaxation induced by SN($10^{-9}-10^{-5}M$). 3) Pretreatment of the L-arginine($10^{-4}M$) significantly reversed the inhibition of the Ach ($10^{-9}-10^{-5}M$)-induced relaxation caused by L-NMMA($10^{-4}M$) 4) Pulmonary arterial contraction by PE($10^{-6}M$) was stronger in hypoxia than normoxia but relaxing response by Ach($10^{-9}-10^{-5}M$) was decreased, 5) With pretreatment of L-arginine($10^{-4}M$), pulmonary arterial relaxation by Ach($10^{-9}-10^{-5}M$) in hypoxia was reversed to the level of relaxation in normoxia. Conclusion: It is concluded that rat pulmonary arterial relaxation by Ach is dependent on the intact endothelium and is largely mediated by NO. Acute hypoxic pulmonary vasoconstriction is related to the suppression on NO formation in the vascular endothelium.

연구배경: 저산소증에 의한 폐동맥수축의 기전은 저산소증 자체가 폐혈관 평활근에 직접 작용하여 수축을 유발한다는 것과, 저산소증에 의해 조직으로 부터 여러 매개물질이 유리되어 혈관평활근을 수축시킨다는 설이 제시되고 있지만 정확히 밝혀져있지 않다. 최근에는 저산소증이 EDRF의 생성을 억제하여 혈관수축을 유발시킨다고하여 관심이 되고 있다. 본 연구에서는 흰쥐 폐동맥에서 내피세포 의존형 혈관이완을 조사하고, 저산소증에 의한 폐동맥수축에 EDRF의 작용을 조사하였다. 방법 : 300~350g의 수컷 흰쥐(Sprague Dawley)의 폐동맥을 박리하여 길이가 2mm되는 폐동맥고리를 Krebs용액으로 채워져 있으며, 95% $O_2$/5% $CO_2$(산소상태)와 95% $N_2$/5% $CO_2$(저산소상태)가 각각 공급되는 magnus관에서 가는 stainless 갈고리로 고정한 다음 Gilson사의 polygraph에 부착된 isometric transducer(FT.03 Grass, Quincy, USA)에 의해 등장성 수축곡선을 그리도록 장치하였다. 결과: 1) 내피세포가 있는 폐동맥에서 PE($10^{-6}M$)에 의한 혈관수축은 Ach($10^{-9}-10^{-5}M$) 및 SN($10^{-9}-10^{-5}M$)의 농도에 비례해서 이완되어 거의 기초장력까지 이완되었으나, 내피세포를 제거한 폐동맥에서는 Ach($10^{-9}-10^{-5}M$)에 의한 혈관이완은 거의 상실되었다. 2) L-NMMA($10^{-4}M$)으로 전처치한 경우 Ach($10^{-9}-10^{-5}M$)에 의한 혈관이완은 전처치하지 않은 경우보다 의미있게 감소하였다. 3) L-arginine($10^{-4}M$)과 L-NMMA($10^{-4}M$)을 전처치 하였을 경우 Ach($10^{-9}-10^{-5}M$)에 의한 혈관이완은 L-NMMA에 의해 거의 영향을 받지 않았다. 4) PE($10^{-6}M$)에 의한 폐동맥 수축은 산소상태보다 저산소 상태에서 훨씬 강했으며, Ach($10^{-9}-10^{-5}M$)에 의한 혈관이완은 산소상태보다 저산소상태에서 의미있게 감소하였다. 5) L-arginine($10^{-4}M$)을 전처치 하였을 경우 저산소상태에서의 Ach($10^{-9}-10^{-5}M$)에 의한 혈관이완은 산소상태에서의 Ach 에 의한 혈관이완 정도로 회복되었다. 결론: 흰쥐 폐동맥에서 내피세포의존성 혈관이완은 NO가 관여하며, 저산소증에 의한 폐동맥 수축은 내피세포내의 EDRF 생성의 저하와 관련이 있을 것으로 사료된다.