Original Articles 순환기：순환기：순환기：순환기：제제제 2 7 권제 권권권 제제제제 1 0 호호호 1997호
고혈압 환자에서의 혈관내피세포의 존성 혈관이완반응 *
서울대학교 의과내학 내과학교실
김철호·조주희·김효수·손대원·오병희 이명묵·박영배·최윤식·서정돈·이영우
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＝ ＝ Abstract ＝ ＝ ＝ ＝
Endothelium-Dependent Vasodilation Responses in the Patients with Essential Hypertension
Cheol-Ho Kim, M.D., Joo-Hee Zo, M.D., Hyo-Soo Kim, M.D., Dae-Won Sohn, M.D., Byung-Hee Oh, M.D., Myoung-Mook Lee, M.D.,
Young-Bae Park, M.D., Yun-Shik Choi, M.D., Jung-Don Seo, M.D., Young-Woo Lee, M.D.
Department of Internal Medicine, Seoul National University, College of Medicine, Seoul, Korea
Background：Patients with essential hypertension have abnormal endothelium-dependent vasod- ilation due to reduced release of nitric oxide(NO). But it is uncertain whether this defect is selective for some pathways of nitric oxide production or a more generalized abnormality of endothelial function.
The purpose of this study was to determine whether this defect is due to an impairment at the specific intracellular signal-transduction pathway level or is a more generalized endothelial dysfunction.
Methods and Materials：Forearm blood flow was measured in 10 patients with essential hypertension(mean blood pressure, 129±16.6mmHg；aged 48±10 years old) and 10 control subjects (mean blood pressure, 99.7±6.6mmHg；aged 41±10 years old) using strain-gauge plethys-mography.
The endothelium-dependent vasodilators were acetylcholine(7.5, 15, and 30μg/min), which uses a pertussis toxin-sensitive signal transduction pathway, and bradykinin(100, 200, and 400ng/min), which uses a pertussis toxin-insensitive signal transduction pathway to activate nitric oxide production.
Sodium nitroprusside(0.8, 1.6, and 3.2μg/min) was used as an endothelium-independent vasodilator.
All drugs were infused into the brachial artery and the order was determined randomly.
Results：The maximum flow in response to acetylcholine was markedly impaired in hypertensive patients compared with control subjects(5.29±1.86 vs 11.04±2.46ml/min/100ml forearm tissue, p 0.001). But the maximum forearm blood flow in response to bradykinin was similar in the two groups (11.96±3.57 vs 12.48±1.92ml/min/100ml forearm tissue, p＝0.69) and that in response to sodium nitroprusside was also similar(10.63±3.74 vs 10.51±2.39ml/min/100ml forearm tissue, p＝0.94).
*본 연구는 1995년도 대한의학협회 한국담배인삼공사 수탁연구비의 일부 보조와 1996년도 보라매병원 개별임 상연구비의 일부 보조로 이루어졌음,
Conclusions：Patients with essential hypertension have impaired endothelium-dependent vasodi- lator response only to acetylcholine, while the response to bradykinin is preserved. This finding indicates that the impairment of endothelial vasodilator function is selective, and suggests the defect occurs at the level of the intracellular signal transduction pathway.
KEY WORDS：Endothelium·Hypertension·G proteins.
서 론
1980년에 Furchgott와 Zawadzki가 가토의 대동 맥 절편에서 아세틸콜린에 의한 혈관확장에 혈관내피 세포의 존재가 필수적임을 관찰하고 혈관내피세포에 서 혈관평활근을 이완시키는 물질이 분비된다고 생각 하여 이를 endothelium-derived relaxing factor (EDRF)라고 명하였다1). 이후 많은 연구에서 혈관내 피세포가 혈관의 긴장도를 조절하는 여러가지 혈관반 응물질을 생성함을 증명하였고 여러가지 병적인 상태 에서 이의 중요성이 대두되고 있다2-4). 혈관 평활근에 서는 EDRF라고 알려진 nitric oxide(NO)뿐만 아니 라 prostacyclin, endothelium-derived hyperpola- rizing factor(ED-HF) 등 여러물질이 분비되는데 이 는 혈관평활근을 이완시켜 혈관의 긴장도를 떨어뜨리 고 혈소판의 응집을 억제하고 혈관평활근의 이동 및 성장을 억제하는 기능도 있어 이러한 물질의 분비의 이상이 동맥경화의 발생과 진행에 밀접한 관계가 있 을 것으로 생각된다5-9). 실제로 여러가지 동물을 이용 한 연구와 사람을 대상으로 한 연구에서 동맥경화가 발생되기 전에 위험인자의 존재만으로도 혈관내피세 포의 기능이 떨어짐을 보고한 바 있다. 또한 이러한 기능 이상은 혈관내피세포를 자극하는 물질에 따라 다른 양상을 보이기도 한다는 보고도 있었다. 이에 저 자 등은 고혈압 환자에서 여러가지 작용기전이 다른 약물에 대해 혈관내피세포의 기능을 평가해 보고자 하였다.
연구 대상 및 방법
1. 연구 대상
(Table 1)정상 대조군은 남자 5명, 여자 5명 이었고 평균연령 은 41±10세이었고 평균 동맥압은 99.7±6.6mmHg
이었다. 이들은 병력청취, 이학적검사, 심전도, 흉부 방사선, 혈액검사를 시행하여 심혈관질환이나 고지혈 증, 당뇨병 등의 증거가 없는 사람을 대상으로 하였다.
고혈압 환자군은 혈압이 140/90mmHg 이상인 사 람을 대상으로 하였고 평균 동맥압은 129±16.6mm g으로 정상 대조군과 유의한 차이를 보였다(p 0.001).
성별은 남자 2명, 여자 8명이었고 평균연령은 48±
10세로 정상대조군과 통계적으로 차이는 없었다(p＝
0.11). 이들은 과거에 고혈압 치료를 받은 적이 없고 심혈관질환이나 동맥경화증의 증거가 없으며 병력청 취, 이학적검사, 심전도, 흉부 방사선, 혈액검사 등에 서 다른 질환의 증거가 없으며 2차성 고혈압의 가능 성도 배제하였다.
2. 연구 방법
1) 혈류량의 측정
환자를 조용한 방에 반듯이 눕히고 전완을 우심방 높이에 고정시킨후 전완동맥에 20게이지 주사침을 삽 관하여 5% 포도당 용액을 분당 1ml의 속도로 관류시 켰다. 전완에 혈압 측정용 커프를 감고 손목에는 소아 용 혈압 측정용 커프를 감아두었다. 전완의 가장 넓은 부위에 strain gauge를 감고 이를 plethysograh(Ho- kanson EC-R5, Issaquah, Washington)에 연결하였 Table 1. Clinical characteristics of study population
Normal control subjects
Hypertensive patients P
Age, yrs 41±10 48±10 NS
Sex, M/F 5/5 2/8 NS
MAP, mmHg 99.7± 6.6 129±16.6 <.001 Cholesterol, mg/dL 187±27.6 194±26.6 NS Serum K＋, mEq/L 4.1± 0.34 4.3± 0.45 NS Serum Na＋, mEq/L 142± 1.6 144± 3.3 NS Serum Cr, mg/dL 0.92± 0.17 0.88± 0.13 NS Glucose, mg/dL 101±10.3 102±17.8 NS
Values are mean±SD MAP：mean arterial pressure
다. 전완의 혈압 측정용 커프는 rapid cuff inflator Hokanson E-10)에 연결하여 두었다. 손목의 커프는 수축기 혈압보다 50mmHg 이상으로 높여서 혈류가 통하지 않도록 한 후 전완의 커프에는 40mmHg까지 갑자기 압력을 높혀 정맥의 혈류를 차단하면서 전완 의 용적 변화를 기록하였다. 이러한 기록은 7초 동안 실시하며 15초마다 반복하여 7회 시행하였다.
2) 약물의 주입
삽관한 동맥의 주사침을 통하여 동맥내로 약물을 주입하면서 상기 혈류량 측정을 반복하였다. 포도당 용액을 3분간의 주입 후 기본적인 측정을 완료한 후 microinfusion pump를 이용하여 내피세포 의존성 확 장물질인 아세틸콜린(Sigma)을 분당 7.5, 15, 30μg 씩, 브라디키닌(Sigma)을 100, 200, 400ng씩, 내피 세포 비의존성 확장물질인 니트로프루시드(Abott)를 분당 0.8, 1.6, 3.2μg 씩, 각각 5분간 주입하였다. 한 가지 약물주입후 다른 약물의 주입에는 15분간의 휴 지기를 두고 약물의 주입속도는 각각 0.25, 0.5, 1ml/min가 되도록 약제의 농도를 결정하였다. 각 약 물의 주입시 마지막 2분간 상기의 방법으로 혈류량을 기록하였고 약물의 투여는 무작위로 선택하여 순서를 정하였다.
3) 통계 방법
모든 수치는 평균 표준편차로 표시하였으며 각 군 에서 약제 투여에 의한 변화는 ANOVA를 시행하였 고 고혈압군과 정상인간의 약제 투여시의 혈류량의 변화의 차이는 Student t-tset를 시행하여 차이를 검 정하였다. 통계학적인 유의성은 p값이 0.05이하인 경우 로 하였다.
연 구 성 적
혈관반응물질의 주입시 혈압의 변화는 없었고, 정상 인의 전완의 평균혈류량은 3.36±0.70ml/min/100ml forearm tissue이었고 고혈압 환자의 평균 혈류량은 4.45±2.21ml/min/100ml forearm tissue로서 정상 인의 혈류량과 통계학적으로 유의한 차이는 없었다(p
＝0.17). 약제에 대한 반응으로는 먼저 혈관내피세포 의존성 혈관확장제인 아세틸콜린의 동맥주입시 혈류량
의 변화는 정상인에서 최대용량에서의 혈류량이 11.04
±2.46ml/min/100ml forearm tissue이었고 고혈압 환자군에서 5.29±1.86ml/min/100ml forearm tissue
Fig. 1. Forearm blood flow responses to acetylcholine.
*p<0.001, Values are mean±SE
Fig. 2. Forearm blood flow responses to bradykinin.
Values are mean±SE
로 정상인에 비하여 현저한 감소를 보였다(p<0.001, Fig. 1). 그러나 브라디키닌의 동맥주입시에는 최대용량 에서 정상인에서는 12.48±1.92ml/min/100ml for- earm tissue 고혈압 환자군에서는 11.96±3.57ml/
min/100ml forearm tissue로 두 군간에 비슷한 반응 을 보였다(p＝0.69, Fig. 2). 혈관내피세포 비의존성 혈관 확장제인 니트로프루시드의 동맥내 주입시에도 정상인이 10.51±2.39ml/min/100ml forearm tissue 고혈압 환자군이 10.63±3.74ml/min/ 100ml fore- arm tissue로 두 군간에 반응의 차이가 없었다(p＝
0.94, Fig. 3).
고 안
혈관내피세포는 단순한 해부학적인 경계막으로서 인식되어 오다가 1980년에 EDRF가 발견되면서 부 터 혈관의 항상성을 유지하는데 필요한 여러가지 물 질을 분비하는 중요한 하나의 장기로서 인식되기 시 작하였다2-9). 실제로 여러가지 심혈관계 질환의 발생 과 혈관내피세포의 기능과는 상호 밀접한 관계를 가 지고 있고 특히 동맥경화의 발생과 진행에 중요한 역
할을 할 것으로 생각되어지고 있다.
한편 고혈압은 매우 흔한 질환의 하나로서 동맥경 화증의 중요한 위험인자의 하나이다. 고혈압이 동맥경 화증을 유발하고 이의 합병증이 발생하는 원인에는 여러가지 기전이 있을 수 있는데 혈관내피세포의 기 능의 감소도 중요한 원인중의 하나일 가능성이 높다. 혈 관내피세포에서 분비되는 여러가지 물질중 특히 nitric oxide와 prostacyclin은 서로 상승적으로 혈관평활근 을 이완시키고 혈소판의 응집을 억제하고 혈관평활근 의 성장을 억제하는 작용이 있는데 이러한 작용은 결 국 동맥경화증의 진행과정을 억제하는 작용이라고 할 수 있다4,9). 실제로 여러 연구에서 동맥경화증이 발생 되기 이전에 혈관내피세포의 기능이상이 존재하는 것 으로 봐서 혈관내피세포의 기능 이상이 고혈압에서의 동맥경화증의 발생에 중요한 원인이 될 수 있음을 시 사한다.
본 연구결과에서 고혈압 환자에서는 정상인과 비교 할 때 아세틸콜린에 대한 혈관확장은 둔화되어 있으 나 브라디키닌과 니트로프루시드에 대한 혈관확장은 정상임을 보여주어 평활근세포의 반응성은 정상이나 내피세포로부터의 혈관확장물질의 분비의 감소가 내 피세포 기능 이상의 원인이라고 생각할 수 있다. 아세 틸콜린과 브라디키닌은 서로 다른 세포내 신호전달경 로를 통해 작용을 한다. 즉 아세틸콜린은 혈관내피세 포의 무스카린 수용체를 자극하여 Gi 단백을 통하여 작용하며10) 브라디키닌은 키닌 수용체를 자극하여 Gq 단백을 통하여 작용한다11). Gi 단백은 백일해독소에 의하여 억제되며 자극시에는 아데닐레이트 사이클라 아제를 억제하여 효과를 나타내고, Gq 단백은 백일해 독소에 의하여 억제되지 않으며 자극시에는 포스포리 파아제-C를 활성화시킴으로써 효과를 나타낸다.
이전의 연구 결과에 의하면 고지혈증의 동물 모델 에서 초기에는 Gi 단백을 통해 작용하는 물질에 대해 서만 반응이 떨어져 있고 브라디키닌을 포함한 다른 자극제에 대해서는 그 반응이 유지된다고 하였다. 그 러나 동맥경화가 진행되면 후기에는 브라디키닌에 대 한 반응도 정상에 비해서 감소된다고 보고하였다12). 이러한 결과는 혈관내피세포의 기능이상이 초기에는 세포내 신호전달경로에 따라 선택적으로 일어난다는 것을 시사해 준다. 그러나 동맥경화가 진행됨에 따라 혈관내피세포의 기능이상이 점차 광범위해진다고 생 Fig. 3. Forearm blood flow responses to sodium nitropr-
usside. Values are mean±SE
각할 수 있다. 사람에서 시행한 연구에서도 고지혈증 환자에서는 선택적인 혈관내피세포의 기능 이상을 밝 힌바 있다. 즉 고콜레스테롤증 환자에서 아세틸콜린에 대한 혈관 확장이 둔화되어 있는 반면 브라디키닌에 대한 반응은 보존되어 있어 앞서의 동물실험의 결과 와 일치되는 결과를 보인바 있다13). 그러나 고혈압 환 자에서는 혈관내피세포의 기능이상이 선택적이지 않 다는 연구결과도 있다14). 본 연구와 Panza 등의 연구 와의 차이는 대상군에서 동맥경화의 진행 단계가 다 르기 때문일 것으로 생각할 수 있다. 즉 동맥경화의 초기에는 아세틸콜린에 대한 반응만이 감소되어 있으 나 고혈압이 오래 지속되면 아세틸콜린 뿐만 아니라 브라디키닌에 대한 반응도 떨어진다고 생각할 수 있 을 것이다. 실제로 Panza 등의 연구에서는 대상 환자 를 최소한 고혈압 치료를 5년 이상 받은 사람을 대상 으로 하였으나 본 연구에서는 실제 고혈압의 기간은 정확히 알 수 없으나 처음으로 진단받고 치료받지 않 은 환자들을 대상으로한 것이 결과에 차이를 가져온 것으로 볼 수있다. 이는 동맥경화가 진행됨에 따라 처 음에는 아세틸콜린에 대한 반응만 감소되었다가 시간 이 경과 후에 브라디키닌에 대한 반응도 감소된다는 동물실험 결과와 일치되는 결과이다.
브라디키닌은 내인성의 국소적으로 작용하는 호르 몬으로서 이에 대한 반응으로 NO뿐만 아니라 pros- tacyclin과 혈관내피세포의존성 과분극물질(Endoth- elium-derived hyperpolarizing factor, EDHF)의 분비도 초래한다2). NO 분비의 감소에 대하여 보상 작용으로 NO 이외의 혈관확장물질의 분비가 증가 되어 브라디키닌에 대한 혈관확장이 유지되어 있을 가능성도 있으나 니트로프루시드에 대한 혈관확장 과 비교하여 좋은 상관관계를 보이는 것으로 보아 서 이는 브라디키닌에 대한 반응이 정상으로 유지 되고 있다고 볼 수 있을 것이다. 또한 기존의 연구 에서 보면 사람의 전완에서는 브라디키닌에 대한 혈 관확장반응은 프로스타글란딘의 분비를 매개하지 않 는 것으로 밝혀져 있어 프로스타글란딘의 과생산이 브라디키닌에 대한 정상반응의 원인은 되지 않을 것 으로 생각된다15). 따라서 고혈압 환자에서도 고콜레 스테롤혈증 환자에서와 마찬가지로 선택적으로 아세 틸콜린에 대해서만 NO의 분비가 떨어져 있다고 생 각할 수 있겠다.
그러나 이를 더욱 확실하게 증명하려면 향후 아르 기닌 유사물질을 이용하여 NO 합성효소를 차단하는 연구가 필요하다고 생각된다. 한편 본실험에서 아세틸 콜린이나 브라디키닌이 혈관확장반응을 일으킴에 있 어서 특이적인 세포내 경로에 대한 직접적인 증거는 제시하지 못하였다. 수용체와 G 단백간의 상호작용은 매우 복잡하고 세포의 수용체가 자극되면 세포내에서 는 복잡한 일련의 과정이 일어난다. 예를 들면 한 수 용체가 두 가지 이상의 G 단백과 연결되어 있을 수도 있고 다른 수용체들이 한가지 G 단백을 활성화시킬 수도 있다16). 더우기 티로신 키나제 연결 수용체와 G 단백 연결 수용체 간에 교차 조절이 일어날 수 있다는 보고도 있다17). 또한 무스카린 수용체의 어떤 아형에 서는 Gq 단백과 연결되어 있고18) 브라디키닌도 Gi 단백을 통하여 작용할 수 있다는 보고가 있다19). 따라 서 본 실험에서 아세틸콜린과 브라디키닌의 반응의 차이가 세포내 신호전달경로의 차이라고 확신할 수는 없다. 그러나 기존의 실험 결과들을 보면 고혈압 환자 에서의 혈관내피세포 의존성 혈관확장의 장애가 NO 의 전구물질인 아르기닌의 부족도 아니고20), 혈관내피 세포의 무스카린 수용체의 이상도 아니다21). 또한 본 실험의 결과에서 보듯이 nitrovasodilator에 대한 반 응은 정상이므로 혈관수축성 작용물질의 증가때문도 아닐 것으로 생각할 수 있을 것이다. 그러므로 고혈압 환자에서의 혈관내피세포의존성 혈관확장의 장애는 세포내 신호전달경로의 차이에 따른 반응의 차이라고 생각할 수 있겠다.
본 연구의 문제점은 대상 환자의 수가 적어 대상군 과 환자군 간에 통계학적인 차이는 없었으나 나이가 7세 차이가 있고 남녀의 비에도 차이가 있었다. 이는 향후 대상인의 수를 늘려 보완해야 할 것이다.
요 약
연구배경：
동맥경화증의 초기에 내피세포의존성 혈관확장의 장애는 선택적으로 온다는 보고가 있다. 즉 아세틸콜 린에 대한 반응은 떨어져 있으나 브라디키닌에 대한 반응은 정상으로 유지된다. 그러나 동맥경화가 진행되 면 브라디키닌에 대한 반응도 장애가 온다. 이에 저자 들은 고혈압환자에서도 이러한 혈관내피세포의 장애
의 선택성이 있는지를 보고자 하였다.
방 법：
10명의 고혈압환자(남자 2명, 여자 8명, 평균동맥 압 129±16.6mmHg, 평균 연령 48±10세)와 10명 의 정상 성인(남자 5명, 여자 5명, 평균동맥압 99.7
±6.6mmHg, 평균 연령 41±10세)를 대상으로 하여 strain gauge plethysmography를 이용하여 혈관작 용물질에 대한 상박의 혈류량의 변화를 측정하였다.
내피세포의존성 혈관확장제로서는 아세틸콜린(7.5, 15, 30μg/min)과 브라디키닌(100, 200, 400ng/min)을 사용하였고 내피세포비의존성 혈관확장제로는 니트로 프루시드(0.8, 1.6, 3.2μg/min)를 사용하였다.
결 과：
고혈압환자에서 아세틸콜린의 주입시 상박혈류량의 증가는 정상인에 비해 크게 저하되어 있었다(최대혈 류량 5.29±1.86 vs 11.04±2.46ml/min/100ml, p<
0.001). 그러나 브라디키닌에 대한 혈류량의 증가는 정상인과 비슷한 양상을 보였다(최대혈류량 11.96±
3.57 vs 12.48±1.92ml/min/100ml, p＝0.69). 니트 로프루시드에 대해서도 정상인과 비슷한 반응을 보였 다(최대혈류량 10.63±3.74 vs 10.51±2.39ml/min/
100ml, p＝0.94).
결 론：
고혈압환자에서 아세틸콜린에 대한 혈관확장반응만 감소되어 있었고 브라디키닌에 대한 반응은 정상으로 유지되어 있었다. 즉 고혈압환자에서의 내피세포의존 성 혈관확장반응은 선택적으로 저하되어 있다.
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