Early Bronchoconstriction After Allergen Challenge of Nonanesthetized Guinea Pigs

Ovalbumin으로 감작된 기니픽에서 Allergen 흡입으로 인한 즉시형 기관지 수축반응에 대한 비침습적 측정

Background: Bronchial asthma is a complex disease, which is characterized by spontaneous exacerbations of airway obstruction and persistent bronchial hyperresponsiveness. Animal models have fallen short of reproducing the human disease, particularly in mimicking the spontaneous and persistent airflow obstruction that characterized in asthma. In animals, airflow obstruction is usually assessed by measuring airflow resistance during tidal breathing under such invasive technique as tracheostomy and anesthesia. A noninvasive technique for measuring pulmonary function in small animals is needed to evaluate long-term changes in lung function during the course of experimentally produced disease without sacrificing the animal. Purpose: The purpose of this study was to evaluate early bronchoconstrcition after allergen challenge and airway responsiveness (AR) to inhaled methacholine in nonanethetized, unrestrained guinea pigs. Method: Guinea pig model of asthma was sensitized by subcutaneous injection with ovalbumin and challenged by inhalation of aerosolized ovalbumin(1% wt/vol ovlabumin). Airflow obstruction of conscious guinea pig was measured as specific airway resistance (airway resistance $\times$ thoracic gas volume). Airway resistance and thoracic gas volume of conscious guinea pig were assessed by body plethysmography before challenge and at regular intervals for as long as 30 minutes after challenge. AR to aerosolized methacholine of asthma group was compared with that of control group in body plethysmography. Result: Asthma model<> developed in 13 (65%) among 20 guinea pigs, in which early responses occurred in the airways after the exposure to inhalation with ovalbumin. Airway challenge with ovalbumin caused increase in specific airway resistance, which peaked at 6 minutes and amounted to a $231.5{\pm}30.4%$ increase from baseline. AR to aerosolized methacholine of asthma model increased significantly compared with control group. Conclusion: These results have showed a useful animal model to evaluate early bronchoconstrcition after allergen challenge and airway responsiveness in nonanethetized, unrestrained guinea pigs.

연구배경: 기관지 천식은 다양한 원인에 대한 기도 협착과 과민 반응을 특정으로 하는 기도 질환으로, 그 병인에 대한 연구를 임상적으로 시행하는 데에는 한계가 있어, 동물 천식 모형을 이용한 연구가 필요하다. 동물에서의 기도 저항의 측정은 주로 마취나 삽관 상태에서 침습적으로 측정되었으나, 최근 비침습적으로 의식이 있는 상태에서 일상호흡 중의 specific 기도 저항을 측정하는 방법들이 고안되었다. 이에 저자들은 기니픽에 allergen인 ovalbumin을 피하 주사하여 감작시킨 후, 의식이 있는 상태에서 ovalbumin과 methacholine을 각각 흡입시켜, 비침습적인 방법으로 specific 기도 저항을 측정함으로써 즉시형 기관지 수축 정도와 methacholine에 대한 기도 과민성의 변화를 연구하여 동물 천식 모형을 만들고자 하였다. 연구방법: 기니픽 30마리를 천식군 20마리, 대조군 10마리로 나누어, 천식군에서는 ovalbumin을 피하 주사하여 감작시킨 후, ovalbumin을 흡입(1% wt/vo1)으로 노출시켰고, 대조군은 생리 식염수를 동일한 방법으로 감작, 노출시켰다. specific 기도 저항(airway resistance $\times$ thoracic gas volume)은 의식이 있는 상태에서 비침습적으로 동물 body plethysmography를 사용하여, Pennock법으로 allergen 노출 3분전부터, 노출후 27분까지 3분 간격으로 30분간 측정하였다. Methacholine은 지속적으로 2배씩 농도를 증가하여, 각 농도에 대하여 3분 간격으로 흡입시킨 후, 통일한 방법으로 specific 기도 저항을 측정하여 기도 저항이 200% 이상 증가될 때의 methacholine 농도 ($EC_{200}R_L$)를 구하였다. 결 과: 천식군 20마리 중 65%인 13마리에서 ovalbumin 흡입에 대한 specific 기도 저항이 3분부터 증가하여 6분에 231.5%로 최고를 보이고 실험 측정 종료까지인 30분까지 대조군에 비하여 유의하게 증가된 상태로 지속되어 (p<0.001), 천식 모형이 형성되었다. Methacholine에 대한 기관지 과민 반응은 $EC_{200}R_L$가 대조군에서 평균 $0.446{\pm}0.287mg/ml$, 기하평균 $-1.429{\pm}0.976$였고, 천식군에서 형성된 천식 모형에서의 평균은 $0.149{\pm}0.075mg/ml$, 기하평균 $-2.923{\pm}0.760$으로 천식 모형에 있어서 methacholine에 대한 기관지 과민 반응이 대조군에서보다 2 배 높았다(p<0.0013).