$^{31}P$ 자기 공명분석법을 이용한 만성 폐질환 환자에서의 골격근대사 이상에 관한 연구

Assessment of Abnormality in Skeletal Muscle Metabolism in Patients with Chronic Lung Desease by $^{31}P$ Magnetic Resonance Spectroscopy

연구배경 : 만성폐질환 환자들의 운동 능력 감소의 한 기전으로 제시되고 있는 골격근의 기능 저하는 질환의 병태생리에 기인하는 만성적인 저산소증으로 야기되는 산소성 인산화과정의 장애로 인한 근육 대사과정의 변화가 주요 원인으로 알려져 있다. 그러나 저산소증은 없으나 운동시 호흡곤란을 호소하며 운동능력의 감소를 나타내는 만성폐질환 환자들에서도 이러한 근육 대사 과정의 변화가 나타나는지에 대해서는 연구된 바 없다. 이에 저자들은 $^{31}P$ MRS를 이용하여 이들에서 전박 골격근의 대사 변화를 비슷한 연령의 정상인의 대사와 비교 관찰하므로써, 이들에서도 운동 능력 감소의 한기전으로서 역시 골격근의 대사 변화가 관여할 가능성을 알아보고자 하였다. 연구방법 : 6 명의 만성폐쇄성폐질환 남자 환자 및 1명의 폐유육종증 남자 환자와 5명의 비슷한 연령의 건강한 성인 남자들의 전박근을 대상으로 $^{31}P$ MRS 검사를 실시하였다. 환자군의 평균 연령은 $56.7{\pm}12.1$세였으며 대조군의 평균 연령은 $51.6{\pm}13.6$세였다. 각 대상인의 전박 골격근을 대상으로 $^{31}P$ MRS검사를 안정시, 운동시 및 20분간의 회복시에 걸쳐 시행하였으며, 검사 중 계산된 세포내 산소성인산화 능력을 반영하는 Pi/PCr(inorganic phosphate/phosphocreatine)의 비와 세포내 pH(pHi)의 변화를 양군간에 비교하였다. 결 과 : 안정시 골격근 세포내 pHi는 양군간에 차이가 없었으나, 운동시작 2분후 pHi는 환자군이 $6.82{\pm}0.1$, 대조군이 $6.97{\pm}0.05$로 환자군에서 유의하게 낮았다. 그러나 극심한 피로상태에서 pHi는 환자군이 $6.70{\pm}0.10$, 대조군이 $6.78{\pm}0.09$로 환자군이 낮은 경향을 보였으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 근육세포 내 산소성인산화 능력이 지표인 Pi/PCr은 안정시, 운동중 및 극심한 피로상태에서 모두 양군간에 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 회복시 초기 4분간에 걸쳐 관찰한 Pi/PCr의 회복 및 pHi가 안정시 50%수준으로 회복되는데는 시간은 양군간에 차이가 없었으며, 운동지속 시간도 유의한 차이는 없었다.

The functional derangement of skeletal muscles which may be attributed to chronic hypoxia has been accepted as a possible mechanism of exercise impairment in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). The metabolic changes in skeletal muscle in patients with COPD are characterized by impaired oxidative phosphorylation, early activation of anaerobic glycolysis and excessive lactate and hydrogen ion production with exercise. But the cause of exercise limitation in patients with chronic lung disease without hypoxia has not been known. In order to evaluate the change in the skeletal muscle metabolism as a possible cause of the exercise limitation in chronic lung disease patients without hypoxia, we compared the muscular metabolic data of seven male patients which had been derived from noninvasive $^{31}P$ magnetic resonance spectroscopy(MRS) with those of five age-matched normal male control persons. $^{31}P$ MRS was studied during the sustained isometric contraction of the dominant forearm flexor muscles up to the exhaustion state and the recovery period. Maximal voluntary contraction(MVC) force of the muscle was measured before the isometric exercise, and the 30% of MVC force was constantly loaded to each patient during the isometric exercise. There were no differences of intracellular pH (pHi) and inorganic phosphate/phosphocreatine(Pi/PCr) at baseline, exhaustion state and recovery period between two groups. But pHi during the exercise was lower in patients group than the control group (p < 0.05). Pi/PCr during the exercise did not show significant difference between two groups. These results suggest that the exercise limitation in chronic lung disease patients without hypoxia also could be attributed to the abnormalities in the skeletal muscle metabolism.