Time Course Change of Phagocytes and Proinflammatory Activities in BALF in Endotoxin-induced Acute Lung Injury

시간별 내독소 정맥주입으로 유발된 급성폐손상의 변화양상에 대한 고찰

Background : Severe acute lung injury(ALI), also known as the adult respiratory distress syndrome(ARDS), is a heterogenous nature of dynamic and explosive clinical synrome that exacts a mortality of approximately 50%. Endotoxin(ETX) is an abundant component of the outer membrane of gram-negative bacteria capable of inducing severe lung injury in gram-negative sepsis and gram-negative bacterial pneumonia, which are among the most common predisposing causes of ARDS. The influx of PMNs into airway tissue is a pathological hallmark of LPS-induced lung injury. And there is a substantial evidence suggesting that cytokines are important mediators of lung injury in gram-negative sepsis. However, the kinetics of phagocytes and cytokines by an exact time sequence and their respective pathogenic importance remain to be elucidated. This study was performed to investigate the role of phagocytes and proinflammatory cytokines in ETX-induced ALI through a time course of changes in the concentration of protein, $TNF{\alpha}$ and IL-6, and counts of total and its differential cells in BALF. The consecutive histologic findings were also evaluated. Method : The experimental animals, healthy male Sprague-Dawley, weighted $200{\pm}50g$, were divided into control- and ALI- group. ALI was induced by an intravenous administration of ETX, 5mg/kg. Above mentioned all parameters were examined at 0(control), 3, 6, 24, 72 h after administration of ETX. $TNF{\alpha}$ and IL-6 cone. in BALF were measured by a bioassay. Results : The protein concentration and total leukocyte count(TC) in BALF was significantly increased at 3h compared to controls(p < 0.05). The protein conc. was significantly elavated during observation period, but TC was significantly decreased at 72h(p < 0.05 vs. 24h). There was a close relationship between TC and protein cone. in BALF(r = 0.65, p < 0.001). The PMN and monocyte count was well correlated with TC in BALF, and the correlation of PMN(r = 0.97, p < 0.001) appeared to be more meaningful than that of monocyte(r = 0.61, p < 0.001). There was also a significant correlation between protein cone. and PMN or monocyte count in BALF(PMN vs. monocyte : r = 0.55, p < 0.005 vs. r = 0.64, p < 0.001). The count of monocyte was significantly elavated during observation period though a meaningful reduction of PMN count in BALF at 72h, this observation suggested that monocyte may, at least, partipate in the process of lung injury steadly. In this study, there was no relationship between IL-6 and $TNF{\alpha}$ cone., and $TNF{\alpha}$ but not IL-6 was correlated with TC(r = 0.61, p < 0.05) and monocyte(r = 0.67, p < 0.05) in BALF only at 3, 6h after ETX introduced. In particular, the IL-6 cone. increased earlier and rapidly peaked than $TNF{\alpha}$ cone. in BALF. In histologic findings, the cell counts of lung slices were increased from 3 to 72h(p < 0.001 vs. NC). Alveolar wall-thickness was increased from 6 to 24h(p < 0.001 vs. NC). There was a significant correlation between the cell counts of lung slices and alveolar wall-thickness(r= 0.61, p < 0.001). This result suggested that the cellular infiltrations might be followed by the alterations of interstitium, and the edematous change of alveolar wall might be most rapidly recovered to its normal condition in the process of repair. Conclusion : We concluded that although the role of PMN is partly certain in ETX-induced ALI, it is somewhat inadequate to its known major impact on ALL Alveolar macrophage and/or non-immune cells such as pulmonary endothelial or epithelial cells, may be more importantly contributed to the initiation and perpetual progression of ETX-induced ALI. The IL-6 in ETX-induced ALI was independent to $TNF{\alpha}$, measured by a bioassay in BALF. The early rise in IL-6 in BALF implies multiple origins of the IL-6.

연구배경 : 그람음성균 외세포벽 구성체의 일부인 리포다당질(lipopolysaccharide)로 구성된 내독소는 그람 음성균 유발 감염으로 발생원 염증 반응을 설명하는 주요소이다. 내독소(리포다당질)는 특히 호중구의 조직내 침윤을 특정으로 하는 급성 폐손상을 조장하며, 이러한 폐손상 발생 기전의 하나로서 내독소 자극에 의한 폐장내 효과세포(effector cells)의 cytokines 발현이 알려져 있다. 이때 유리된 cytokines은 다시 염증세포 및 폐장내 기질세포등에 영향을 주어 급성 폐손상이 초래되는 것으로 설명되어지고 있다. 저자들은 실험백서에서 아치사량의 내독소를 정맥내 주입한 유발된 급성 폐손상에서 내독소 주입후 시간에 따른 폐손상의 변화를 관찰하고 이틀 염증세포가 폐손상에 미치는 영향을 보고자 하였다. 방 법 : 체중 200g내외의 건강한 백서의 미부 정맥을 통하여 내독소를 5mg/kg 용량으로 주입후 각각 0, 3, 6, 24, 72시간째 기관지폐포세척술을 시행하여 총 세포수 및 분획 세포수를 산출하고, 총 단백량 및 $TNF{\alpha}$와 IL-6 측정과 동시에 조직소견의 검색을 각기 비교, 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 결 과 : 기관지폐포세척 총 백혈구수와 단백 농도는 각각 3시간에 유의한 증가를 보였다(p < 0.05). 72시간에 총 백혈구수의 유의한 감소에도(p < 0.05) 불구하고 단백농도는 계속 증가되있는 소견을 보였다. 기관지폐포 세척 총 백혈구수와 단백 농도와는 유의한 상관관계를 나타내었다(r = 0.65, p < 0.001). 기관지폐포세척 총 백혈구수와 호중구 및 단핵구수 간에는 유의한 상관관계를 보였으며(r = 0.97, p < 0.001 ; r = 0.61, p < 0.001), 단백농도와 호중구 및 단핵구수 간에도 유의한 상관관계를 보였다(r = 0.55, p < 0.005 ; r = 0.64, p < 0.001). 기관지폐포세척 단핵구는 관찰기간동안 계속 유의한 증가를 보였으나 호중구는 72시간에 의미있는 감소를 보여 폐손상 과정에서 단핵구는 지속적인 역할을 할 것으로 생각되었다. IL-6와 TNF 농도는 3 및 6시간째에 각각 최대치를 보였으며 24 및 72시간군과 비교하여 유의한 감소를 보였다(p < 0.05). 이들 상호간에 관련성은 없었으며, 특히 급성 폐손상 3 및 6시간군까지의 초기 관찰 기간중 $TNF{\alpha}$와 총 백혈구수 및 단핵구수 각각에서 유의한 상관관계를 보였다(r = 0.61, p < 0.05 ; r = 0.67, p < 0.05). 조직 소견의 검색 결과 폐장내 침윤 염증 세포수와 폐포벽 두께 정도와는 유의한 상관성이 관찰되었다(r=0.61, p<0.000). 3시간에는 단지 염증 세포의 침윤만이 유의한 증가를 보여(p < 0.001) 폐손상 초기에는 염증 세포의 침윤이 간질조직의 변화를 선행하는 것으로 사료되었으며, 72시간에서는 폐포벽의 두께만이 유의하게 감소된 결과(p < 0.005)를 보여 폐손상후 재생 과정중 폐포벽의 부종이 가장 먼저 감소되는 것으로 사료되었다. 결 론 : 내독소 유발 급성 폐손상에서 (1) 호중구는 주된 염증 세포로 작용하나 단핵구/폐포대식세포 및 폐장내 비면역세포등이 폐손상의 발생 및 진행에 중요한 역할을 할 것으로 사료되었다. (2) 기관지폐포세척 IL-6는 $TNF{\alpha}$와 비종속 관계를 보였고 조기에 최대치를 보여, 특히 IL-6 분비는 폐장내 다양한 세포에서 유래될 것으로 사료되었다.