The study for the roles of intratracheally administered histamine in the neutrophil-mediated acute lung injury in rats:

호중구를 매개하는 백서의 급성 폐손상의 병리가전에 있어 기도내로 투여한 히스타민의 역활에 관하여

Background : Neutrophils are considered to play critical roles in the development of acute respiratory distress syndrome. Histamine, which is distributed abundantly in lung tissue, increases the rolling of neutrophills via increase of P-selectin expression on the surface of endothelial cells and is known to have some interrelationships with IL-1, IL-8 and TNF-$\alpha$. We studied to investigate the effect of the histamine on the acute lung injury of the rats induced by intratracheal insufflation of TNF-$\alpha$ which has less potency to cause lung injury compared to IL-1 in rats. Methods : We intratracheally instilled saline or TNF(R&D, 500ng), IL-1(R&D, 50ng)or histamine of varius dose(1.1, 11 and $55\;{\mu}g/kg$) with and without TNF separately in Sprague-Dawley rats weighing 270-370 grams. We also intratracheally treated IL-1(50ng) along with histamine($55\;{\mu}g/kg$). In cases, there were synergistic effects induced by histamine on the parameters of TNF-induced acute lung injury, antihistamines(Sigma, mepyramine as a $H_1$ receptor blockade and ranitidine as a $H_2$ receptor blockade, 10 mg/kg in each)were co-administered intravenously to the rats treated TNF along with histamine($1.1\;{\mu}g/kg$) intratraeheally. Then after 5 h we measured lung lavage neutrophil numbers, lavage cytokine-induced neutrophil chemoattractants(CINC), lung myeloperoxidase activity(MPO) and lung leak. We also intratracheally insufflated TNF with/without histamine($11\;{\mu}g/kg$), then after 24 h measured lung leak in rats. Statistical analyses were done by Kruskal-Wallis nonparametric ANOVA test with Dunn's multiple comparison test or by Mann-Whitney U test. Results : We found that rats given TNF, histamine alone(11 and $55\;{\mu}g/kg$), and TNF with histamine(l.1, 11, and $55\;{\mu}g/kg$) intratracheally had increased (p<0.05) lung MPO activity compared with saline-treated control rats. TNF with histamine $11\;{\mu}g/kg$ had increased MPO activity (P=0.0251) compared with TNF-treated rats. TNF and TNF with histamine(1.1, 11, and $55\;{\mu}g/kg$) intratracheally had all increased (p<0.05) lung leak, lavage neutophil numbers and lavage CINC activities compared with saline. TNF with histamine $1.1\;{\mu}g/kg$ had increased (p=0.0367) lavage neutrophil numbers compared with TNF treated rats. But there were no additive effect of histamine with TNF compared with TNF alone in acute lung leak on 5 h and 24 h in rats. Treatment of rats with the $H_1$ and $H_2$ antagonists resulted in inhibitions of lavage neutrophil accumulations and lavage CINC activity elevations elicited by co-treated histamine in TNF-induced acute lung injury intratracheally in rats. We also found that rats given IL-1 along with histamine intratracheally did not have increase in lung leak compared with IL-1 treated rats. Conclusion : Histamine administered intratracheally did not have synergistic effects on TNF-induced acute lung leak inspite of additive effects on increase in MPO activity and lavage neutrophil numbers in rats. These observations suggest that instilling histamine intratracheally would not play synergistic roles in neutrophil-mediated acute lung injury in rats.

연구배경 : 히스타민은 폐혈관주위의 비만 세포내에 풍부하게 분포하니 아직까지 급성 폐손상의 병리기전에 있어 히스타민의 역할에 대해서는 규명되어 있지 않았다. 히스타민은 IL-1 이나 IL-8과 같은 cytokine 사이에 상호작용이 있고 혈관내피 표면상에 P-selectin의 표현을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 이에 저자들은 건강한 백서의 기도내로 침윤이 증가되며 히스타민과 TNF를 병용 투여서는 TNF 단독 투여사보다 폐장내 호중구의 침윤이 증폭되고 폐손상의 정도가 증가 될 것으로 가정하였다. 방법 : 몸무게 270-370gm인 Sprague-Dawley 쥐를 사용하여 정상군은 생리식염수 0.5mL을, 치료군은 체증 1Kg 당 $1.1{\mu}g$, $11{\mu}g$ 및 $55{\mu}g$의 히스타민을 단독 혹은 TNF 500ng과 함께 병용하여 기도로 투여하거나 히스타민 $55{\mu}g$과 IL-1 50ng을 병용투여 한 뒤 5시간 뒤 에 폐조직 내 myeloperoxidase(MPO) 활성도와 폐포액내 호중구 수 및 쥐의 IL-8으로 고려되는 cytokine-induced neutrophil chemoattractant(CINC)의 활성도 그리고 폐혈관내 알부민의 폐조직내로의 누출을 측정하였다. 또한 TNF와 히스타민을 병용투여한 뒤 TNF와 히스타민 병용치료군에 항히스타민제를 경정맥내로 주입한 뒤 동일한 방법으로 각 지표들을 측정하여, 관찰된 상승효과가 차단되는지를 보았다. 곁과 1) TNF치료군은 정상군에 비하여 폐장내 MPO 활성도, 기관폐포액내 홍중구수 및 폐혈관의 누출이 더 높게 나타났으며(각 p<0.001), 히스타면 투여군은 11 및 $55{\mu}g/kg$ 투여군에서 정상군에 비해 MPO 활성도만이 높게 나타났다(p<0.05) 2) 폐장내 MPO 활성도는 기도내로 TNF와 병용투여한 히스타민 $1.1{\mu}g$군, $11{\mu}g$군 및 $55{\mu}g$ 군 모두에서 정상군에 비해 증가되어 나타났으며(각 p<0.001) 히스타민 $11{\mu}g/kg$ 병합투여군에서는 TNF 단독치료군에 비해서도 높게 나타났다(p=0.0251). 기관폐포액내 호중구의 수는 히스타민 1.1, 11 및 $55{\mu}g/kg$군 모두에서 정상군(p<0.05)에 비해 증가되어 나타났으며 $1.1{\mu}g/kg$군은 TNF 단독치료군에 비해서도 높았다(p=0.0367). 급성 폐혈관 히스타민 $1.1{\mu}g$군, $11{\mu}g$군 $55{\mu}g$군에서 정상군에 비해 증가되었으나(p<0.001), TNF 치료군과는 차이가 없었다. 3) TNF와 히 스타민 1.1, 11 및 $55{\mu}g/kg$이 병용투여된 군 모두에서 정상군에 비해 폐포 세척액내 CINC 활성도가 유의하게 증가되었다(각각 p-값<0.01 및< 0.05) 4) $H_1$ 수용체차단제인 mepyramine과 $H_2$ 수용체차단제인 ranitidine 세척액내 증폭되었던 호중구 수 및 CINC의 활성도를 감소시켰다(각각 p-값>0.05) 5) IL-1과 병용 투여한 히스타민은 정상군에 비해 MPO 활성도 및 급성 폐혈관 누출이 증가되었으나(p<0.05), IL-1 치료군과는 차이가 없었다. 결론 : 본연구의 결과로서 백서의 기도내로 국소적으로 히스타민을 투여시 5시간 이내에 폐조직내 호중구의 침윤이 증가되고 TNF로 유도된 폐조직내 MPO 활성도 및 기관폐포액 내 호중구 수의 증가가 증폭되나 폐혈관내 알부민의 폐장내 누출의 증폭작용이 없고 IL-1으로 유도된 폐손상에도 급성 폐손상의 증폭작용이 관찰되지 않으므로 TNF나 IL-1으로 유도되는 급성 폐손상에 히스타민 병용 투여에 의한 폐손상의 증폭작용은 없을 것으로 사료되었다.