The Effect of Hypoxia on the Release of Endothelium-derived Relaxing Factor in Rabbit Thoracic Aorta

Background: To clarify the effect of hypoxia on vascular contractility, we tried to show whether hypoxia induced the release of endothelium-derived relaxing factor (EDRF) and the nature of the underlying mechanism for this release. Material and Method: Isometric contractions were observed in rabbit aorta, and the released EDRF from the rabbit aorta was bioassayed by using rabbit denuded carotid artery. The intracellular $Ca^{2+}$ concentration ($[Ca^{2+}]_i$) in the cultured rabbit aortic endothelial cells was recorded by a microfluorimeter with using Fura-2/AM. Hypoxia was evoked to the blood vessels or endothelial cells by eliminating the $O_2$ in the aerating gases in the external solution. Chemical hypoxia was evoked by applying deoxyglucose or $CN^-$. Result: Hypoxia relaxed the precontracted rabbit thoracic aorta that had its endothelium, and the magnitude of the relaxation was gradually increased by repetitive bouts of hypoxia. In contrast, hypoxia-induced relaxation was not evoked in the aorta that was denuded of endothelium. In a bioassay experiment, hypoxia released endothelium-derived relaxing factor (EDRF) and the release was inhibited by L-NAME or the $K^+$ channel blocker tetraethylammonium (TEA). In the cultured endothelial cells, hypoxia augmented the ATP-induced increase of the intracellular $Ca^{2+}$ concentration ($[Ca^{2+}]_i$) and this increase was inhibited by TEA. Furthermore, chemical hypoxia also increased the $Ca^{2+}$ influx. Conclusion: From these results, it can be concluded that hypoxia might induce the release of NO from rabbit aortic endothelial cells by increasing $[[Ca^{2+}]_i$.

토끼 대동맥 혈관내피세포에서 저산소증이 내피세포성 이완인자의 분비에 미치는 영향

배경: 저산소증이 혈관평활근 수축성에 미치는 영향을 규명하기 위하여 저산소증이 혈관내피세포에서 내피세포성 이완인자의 분비에 미치는 영향과 그 기전을 규명하고자 하였다. 대상 및 방법: 토끼 대동맥에서 내피세포 의존성 이완과 관찰하고, 토끼 대동맥에서 내피세포성 이완인자 분비 정도를 내피세포를 제거한 경동맥의 수축에 미치는 영향으로 생물검증을 하였다. 마지막으로, 배양한 토끼 대동맥 혈관내피세포에서 세포내 $Ca^{2+}$ 변화를 측정하였다. 저산소증은 세포의 용액에 공급되는 산소를 질소로 대체하여 제거한 후 이 용액을 혈관 혹은 세포에 공급하여 유발시 거나, deoxyglucose 혹은 $CN^-$를 투여하여 화학적인 저산소증을 유발시켰다. 결과: 노에피네프린으로 토끼 대동맥을 수축시킨 다음 저산소증에 노출시키면 대동맥이 이완을 하였으며 저산소증에 반복하여 노출시키면 저산소증에 의한 이완이 더 크게 증가하였다. 이러한 저산소증에 의한 이완은 혈관내피세포를 제거한 대동맥에서는 관찰되지 않았다. 토끼 대동맥에서 분비되는 내피세포성 이완인자 분비를 내피세포를 제거한 경동맥을 이용하여 생물검증한 결과 저산소증에 의하여 내피세포성 이완인자의 분비가 증가하였는데 반복된 노출에 의하여 더 크게 증가하였다. 그리고 저산소증에 의한 내피세포성 이완인자 분비는 NO 생성을 억제하는 경우와 $K^+$ 통로 억제제인 tetraethyl ammonium (TEA)에 의하여 억제되었다. 배양한 혈관내피세포에서 ATP에 의하여 증가한 세포내 $Ca^{2+}$은 저산소증에 의하여 유의하게 증가하였으며 TEA에 의하여 억제되었다. Deoxyglucose에 의하여 세포내 $Ca^{2+}$이 증가하였으며 세포외 $Ca^{2+}$을 제거하면 감소하였다. $CN^-$ 역시 혈관내피세포 $Ca^{2+}$ 유입을 증가시켰다. 결론: 이러한 실험 결과로 미루어 토끼 대동맥에서 저산소증은 내피세포 의존성 이완을 유발하는데 이는 저산소증에 의한 세포내 $Ca^{2+}$ 유입 증가에 의하여 NO 생성이 증가되어 일어난 것으로 추정할 수 있었다.