Effects of Matrix Metalloproteinase Inhibitor on Ventilator-Induced Lung Injury in Rats

Background : Many inflammatory mediators and collagenases are involved in the pathogenesis of acute lung injury (ALI) and acute respiratory distress syndrome (ARDS). The increase of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9, gelatinase-B) produced mainly by inflammatory cells was reported in many ALI models and connective tissue cells. In this study, the expression of MMP-9 in ventilator-induced lung injury (VILI) model and the effects of matrix metalloproteinase inhibitor (MMPI) on VILI were investigated. Methods : Eighteen Sprague-Dawley rats were divided into three groups: low tidal Volume (LVT, 7mL/Kg tidal volume, 3 $cmH_2O$ PEEP, 40/min), high tidal volume (HVT, 30mL/Kg tidal volume, no PEEP, 40/min) and high tidal volume with MMPI (HVT+MMPI) groups. Mechanical ventilation was performed in room air for 2 hours. The 20 mg/Kg of CMT-3 (chemically modified tetracycline-3, 6-demethyl 6-deoxy 4-dedimethylamino tetracycline) was gavaged as MMPI from three days before mechanical ventilation. The degree of lung injury was measured with wet-to-dry weight ratio and acute lung injury score. Expression of MMP-9 was studied by immunohistochemical stain with a mouse monoclonal anti-rat MMP-9 $IgG_1$. Results : In the LVT, HVT and HVT+MMPI groups, the wet-to-dry weight ratio was $4.70{\pm}0.14$, $6.82{\pm}1.28$ and $4.92{\pm}0.98$, respectively. In the HVT group, the ratio was significantly higher than other groups (p<0.05). Acute lung injury score measured by five-point scale was $3.25{\pm}1.17$, $12.83{\pm}1.17$ and $4.67{\pm}0.52$, respectively. The HVT group was significantly damaged by VILI and MMPI protects injuries by mechanical ventilation (p<0.05). Expression of MMP-9 measured by four-point scale was $3.33{\pm}2.07$, $12.17{\pm}2.79$ and $3.60{\pm}1.95$, respectively, which were significantly higher in the HVT group (p<0.05). Conclusion : VILI increases significantly the expression of MMP-9 and MMPI prevents lung injury induced by mechanical ventilation through the inhibition of MMP-9.

기계환기로 인한 백서의 급성 폐손상에서 Matrix Metalloproteinase Inhibitor의 효과

배 경 : Matrix metalloproteinase(MMPs), 특히 주로 염증세포에서 분비되는 MMP-9은 여러 가지 급성폐손상 모델 및 급성호흡곤란증후군 환자에서 증가하고, 최근에는 주기적인 물리적 스트레스가 폐포대식세포 및 결체조직세포에서 MMP-9의 생성 및 활성을 증가시키는 것으로 보고된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 기계환기로 인한 백서의 급성폐손상에서 MMP-9의 발현 및 MMP 억제제(MMPI)의 효과에 대해서 연구하고자 하였다. 방 법 : Sprague-Dawley 백서를 적은 일호흡량(tidal volume, $V_T$)과 적절한 호기말양압(positive end-expiratory pressure, PEEP)을 적용한 LVT군과 많은 일호흡량과 PEEP을 적용하지 않은 HVT군 및 동일한 조건에서 MMPI를 투여한 HVT+MMPI의 세 군으로 나누어 실험하였다. MMPI로는 CMT-3(chemically modified tetracycline-3)를 기계환기 3일 전부터 구강으로 투약하였다. 폐손상의 정도는 습건중량비와 급성 폐손상지수로 측정하였고, MMP-9의 발현은 면역조직화학염색으로 고찰하였다. 결 과 : 습건중량비, 급성 폐손상지수 및 MMP-9의 발현이 HVT 군에서 다른 두군에 비하여 유의하게 높았고(p<0.05), HVT+MMP군에서 HVT군에 비하여 폐손상의 정도 및 MMP-9의 발현이 현저하게 낮았다(p<0.05). 결과적으로 MMPI의 투여가 MMP-9의 발현을 저하시킴으로써 기계환기로 인한 폐손상의 정도를 유의하게 감소시키는 것으로 관찰되었다 결 론 : 많은 일호흡량과 PEEP을 적용치 않은 기계환기는 폐조직에서 MMP-9의 발현을 유의하게 증가시켜 폐손상을 유발하고, MMPI는 MMP-9의 작용을 억제함으로써 기계환기로 인한 폐손상의 정도를 유의하게 감소시키는 것으로 판단된다.