백서의 가역성 뇌허혈 모형에서 재관류 시간에 따른 뇌경색 크기의 변화
*영남대학교 의과대학 신경외과학교실
정병우·최병연·조수호·김오룡·배장호·김성호
= Abstract =
Changes in Infarct Size after Reperfusion with Time in a Reversible Cerebral Ischemic Model in Rats
Byoung Woo Jung, M.D., Byung-Yon Choi, M.D., Soo-Ho Cho, M.D., Oh-Lyong Kim, M.D., Jang-Ho Bae, M.D., Seong-Ho Kim, M.D.
Department of Neurosurgery, Yeungnam University, College of Medicine Taegu, Korea
bjective：The purpose of the present study was to determine the appropriate time of clinical intervention by observing and analyzing the changes in the size of infarct, penumbra and cerebral edema and the extend of neurological deficit due to reperfusion damage according to time in a reversible cerebral ischemic model of reperfusing blood flow after inducing ischemia by maintaining middle cerebral artery occlusion for 2 hours(h) in rats.
Methods：The rats were divided according to reperfusion time into control group(0 h reperfusion time) and experimental groups(0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, and 24 h of reperfusion time).
Results：Changes in the size of infarction due to reperfusion damage were 0.93, 1.48 and 1.16% at 0.5, 1 and 2 h after reperfusion, respectively, and although a statistical significance was not present compared to 1.35% of the control group, damages increased drastically up to 6 h(6.64%), and the size increased were 6.65 and 6.78% at 12 and 24 h, respectively. Also there was no significant difference after 6 h up to 24 h in the size of infarction. In the areas where infarction occurred, reperfusion damage increased significantly with time in cortex than in subcortex. Accor- dingly, the size of penumbra area also showed a statistically significant decrease from 2 h up to 6 h after reperfusion, and 6 h after reperfusion, the area almost disappeared, becoming permanent infarction. Thus, reperfusion damage showed a significant increase from 2 h up to 6 h after reperfusion, and became steady thereafter. As for the mean ratio of the extend of cerebral edema, the control group and reperfusion 0.5 h group were 1.073 and 1.081, respectively；up to 2 h thereafter, the ratio decreased to 1.01 but increased again with time；and in reperfusion 12 h and reperfusion 24 h, the ratios were 1.070 and 1.075, respectively, showing similar size with that of control group.
As for neurological deficit scores, the score of the control group was 2.67, that of reperfusion 2 h was 2, those of reperfusion 3 h and 6 h groups were 3.2 and 3.8, respectively, and those of reperfusion 12 h and 24 h groups were 4.2 and 4.6, respectively. Thus, as for the test results, the neurological deficit increased with time 2 h after reperfu- sion, and in reperfusion 12 and 24 h groups, almost all the symptoms appeared.
Conclusion：As shown in these results, although the changes in the size of infarction due to reperfusion damage did not increase up to 2 h after reperfusion in the experimental groups compared to the control group, damage increased significantly thereafter up to 6 h, and the size remained about the same from 6 h to 24 h after reperfusion, becoming permanent infarction；thus, the appropriate time of intervention according to the present study is at least 6 h before after maintaining reperfusion, including the time of cerebral artery occlusion.
KEY WORDS：Reperfusion injury・Cerebral infarct・Penumbra・Cerebral edema・Neurological deficit.
OOOO
*본 논문의 요지는 1998년 대한신경외과학회 추계학술대회에서 구연으로 발표되었음.
서 론
허혈성 뇌손상은 뇌허혈로 인해 일차적으로 뇌손상을 받 게 되고, 이렇게 손상을 받은 뇌조직에 재관류가 이루어지면 서 재관류 손상을 재차 받게 된다. 이런 재관류 손상을 받게 되는 기전으로는 산소에 의한 자유 유리기의 생성이 증가되 어 주로 손상를 받게 되나 그외에도 칼슘 항상성의 소실, 조 직내 대사성 산증, 활성 아미노산의 증가로 재관류 손상이 초래되고 자멸사(apoptosis)에 의해서도 초래된다5)10).
임상적으로 경험하게 되는 재관류 손상은 경동맥 내막 절 재술이나 두개강내외 혈관 문합술과 같이 계획적으로 국소 뇌혈류를 일정 시간 동안 차단시키고 수술을 해야 하거나13) 혈관내 혈전 용해술이나 중재적 혈관내 수술 등과 같이 진단 이나 치료수기의 발달로 일시적으로 뇌혈류를 차단시켰다가 재관류시켜야 하는 경우의 빈도가 점차 증가하게 되면서11) 재관류 손상에서 부터 뇌를 보호하는 방법과 치료 시기에 대 한 관심이 더욱 높아지게 되었다21).
재관류 손상을 예방하고 뇌를 보호하기 위해서는 재관류 손상이 일어나는 시간대를 규명하는 것이 필수적인 사항이 다. 뇌허혈 손상 후 24시간, 72시간, 혹은 1주일 경과한 재 관류 후기 단계의 뇌허혈 손상의 결과를 분석한 논문들은 있
으나19)25) 재관류 이후 초기 단계인 24시간이내의 시간대에
서 발생되는 뇌허혈 손상의 변화에 관하여 분석한 연구는 많 지 않는 상태이다.
본 연구는 재관류 이후 초기단계의 재관류 손상의 변화를 분석하여 임상적으로 시기 적절한 중재적 치료를 위한 치료 시기를 결정하는데 도움을 얻고자 백서의 중대뇌동맥을 2시 간 동안 폐쇄시킨 후 재관류시키는 가역성 뇌허혈 모형을 사 용하여 재관류 시간에 따른 뇌경색, 뇌부종, penumbra 크기 변화를 관찰하고 분석 하였다.
대상 및 방법
1. 실험동물 및 재료
실험동물은 체중 250～300gm의 건강하고 신경학적 이상 이 없는 성숙된 백서(SPF, Spraque Drawley rats)를 암수 구별 없이 사용하였다. 실험군은 중대뇌 동맥 폐쇄 2시간 후 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, 24시간 동안을 재관류시키고 이 들 각각의 시간대에 따라 9개군으로 나누어 뇌 절편을 2%
Triphenyltetrazolium chloride 용액에 담그어 염색하였고, 대조군은 중대뇌 동맥을 2시간 동안 폐쇄시킨 가역성 뇌허 혈 모형을 만들어 neutral red를 동맥 주입으로 염색하여 뇌
경색의 정도를 측정하였으며 각 군당 5마리를 사용하여 총 50마리를 사용하였다.
2. 실험방법
1) 실험 준비
Chloral hydrate(400mg/kg)를 복강 내 주입하여 백서를 마취하였다. 두경부 및 좌측 서혜부를 제모하여 수술대 위에 앙와위로 고정하고 우측 측두근에 온도 감지기를 삽입하여 체온을 측정하였으며, 체온조절기를 이용하여 대조군과 실험 군의 체온을 36.5±0.2℃로 유지시켰다. 좌측 서혜부의 피 부를 절개하고 수술현미경(Topcon OMS-75)하에서 대퇴 동맥을 박리한 후 폴리에칠렌 관(SP35, ID 0.5mm, OD 0.9 mm)을 삽관하여 동맥압을 측정 및 감시하고 동맥 채혈을 위해 사용하였다. 중대뇌 동맥 폐쇄 직전, 재관류 직전, 그리 고 시간대 별로 재관류시킨 후 백서를 희생시키기 직전에 동 맥내 수소이온 농도 지수, 동맥혈 산소분압, 동맥혈 탄산가 스분압, 적혈구 용적율, 동맥압 및 신경학적 검사를 하였다.
실험도중 혈압의 급격한 감소로 사망한 경우는 실험군에서 제외시켰다.
2) 뇌허혈 모형
우측 와위로 체위를 변경시킨 후 좌측 이개 후하방에서 안 와 하부까지 협골궁을 따라 피부절개를 하고 협골궁을 제거 하였다. 측두근 및 골막을 수술용 미세 가위와 칼을 사용하 여 두개골로 부터 박리하고 삼차신경을 확인한 후 두개골 밖 으로 나오는 난원공 바로 전측방 부위의 두개골을 치과용 천 공기를 사용하여 약 5mm 크기의 천공을 만들고 소형 겸자 를 사용하여 주위 두개골을 제거하였다. 수술 현미경하에서 뇌경막을 절개하고 중대뇌동맥의 근위부를 노출하여 주위 조 직으로부터 완전히 박리한 후 10-0 나일론사를 사용하여 후 신경구와 교차하기 직전의 근위부 중대뇌 동맥에 2mm 크기 의 SP 35 폴리에칠렌 관을 옆에 두고 중대뇌동맥과 동시에 결찰하여 혈류가 확실히 차단되었음을 현미경하에서 확인하 고 이때부터 중대뇌 동맥 폐쇄시간을 측정하였다. 대조군은 중대뇌 동맥 결찰 2시간 후에 희생시켰고, 실험군은 중대뇌 동맥 결찰 2시간 후에 폴리에칠렌 관이 있는 부위의 나일론 사를 미세수술용 칼로 잘라서 중대뇌동맥을 통하여 혈류가 다시 통하도록 재관류를 시켰고, 각 군을 시간대 별로 재관류 시킨 후 실험동물을 희생시켰다. 재관류 전후 혈행은 수술용 현미경 하에서 확인하였고 재관류가 생기지 않는 경우는 실 험군에서 제외시켰다.
3) 염색 방법
대조군은 중대뇌동맥 결찰 2시간 후에 대퇴동맥을 통하여
4% phosphate buffered neutral red(NR) 2.5ml를 10분 동안 서서히 주입하여 폐사 시켰다22). 수술용 현미경하에서 두부 정중선을 따라 두피절개를 하여 골막과 같이 젖히고 치 과용 천공기를 이용하여 두개골 중앙부에 천공을 낸 다음 소 형 겸자를 사용하여 두개골을 제거한 후 시신경, 후각신경 및 경수부를 횡절단하여 전뇌를 적출하였다. 전두엽극으로 부 터 약 2mm 간격으로 관상으로 절단하여 조직과 혈액 친화 성으로 혈액이 관류되는 영역이 붉게 염색되고 혈액이 관류 되지 않는 부위는 염색되지 않아 희게 나타나는 영역을 확인 하면서 7～8편의 절편을 순서대로 배열하고 촬영대 위에서 1：1 배율로 촬영하였다. 실험군은 중대뇌 동맥 폐쇄 2시간 후 재관류 시간대 별로 나누어 2% Triphenyltetrazolium chloride(TTC)(Sigma, U.S.A)용액 염색으로 뇌경색 부위 를 측정 하였다. 위의 절편을 빛이 차단된 상태에서 37℃의 항온기 안에서 TTC용액으로 약 10분마다 절편을 뒤집으면 서 30분간 담그어 염색하여 뇌경색 부위를 확인한 후 사진 을 촬영하였고 증류수로 세척한 후 10% 포르말린에 고정하 였다1)4).
4) 뇌경색의 범위, 뇌부종 및 Penumbra 영역의 측정 뇌경색의 부피는 각 절편의 실측 사진에서 뇌경색 부위를 표시한 후 Plannimeter(360 dII, Ushikata, Japan)를 이용 하여 면적을 구하고 절편의 두께(2mm)를 곱한 후 절편의 합을 구하여 전체 뇌경색의 부피를 구하였고 뇌의 전체 부 피는 각 절편의 절단 부위의 면적을 구하여 각 절편의 두께 (2mm)를 곱한 후 절편의 합으로 구하였다. 뇌경색 부피를 전체 뇌부피로 나누고 100을 곱하여 전체 뇌부피에 대한 전 체 뇌경색 부피의 비율(%)을 구하였다. 또한 뇌경색이 생긴 부위를 피질과 피질하부로 나누어 같은 방법으로 각각의 부 피를 측정하여 각 실험군 내에서 피질 및 피질하부가 차지하 는 뇌경색의 구성 비율을 측정하였다.
뇌부종의 측정은 정상측과 뇌경색 측의 대뇌반구의 부피 를 위와 같은 방법으로 각각 구하여 정상측에 대한 뇌경색 부위의 비(ratio)를 구하였다.
Penumbra 영역은 NR에 염색되지 않는 부위에서 TTC 에 염색 되지않는 부위의 차이의 값으로 구하였다.
5) 신경학적 검사
신경학적 검사는 Menzie 등과 Wahl 등의 방법을 이용하 여 Table 1에서와 같이 다섯가지 항목을 검사하여 신경학적 검사 점수로 평가하였다20)29). 백서의 꼬리를 잡고 들어 올렸 을 때 환부 반대측 앞다리의 굴곡, 몸통 뒤틀기, 백서를 놓고 꼬리를 당겼을 때 환측 반대측 앞다리의 악력 감소, 백서를 평평한 바닥에 놓고 꼬리를 살짝 챌 경우 환부 반대측으로의
회전운동을 보이거나, 자발적으로 환부 반대측으로 회전운동 이 일어나는 지를 관찰하여 각 항목당 상기의 소견이 관찰되 면 1점, 관찰되지 않으면 0점을 주어 합산한 총 점수를 신경 학적 검사의 등급으로 하여 신경증상이 제일 심한 경우를 5 점, 전혀 없는 경우를 0점으로 평가 하였다.
6) 결과분석
각 군간의 생체 매개변수, 신경학적 검사, 뇌부종의 정도, 뇌경색의 크기, 그리고 뇌경색 부위별 구성 비율의 차이에 대 한 검정은 repeated measures ANOVA test를 이용하였다.
결 과
1. 생체 매개변수
평균 동맥압은 중대뇌 동맥 폐쇄 후 상승하는 경향을 보였 으나 폐쇄전과 비교하여 통계학적으로 유의한 차이는 없었 고, 또한 재관류시킨 후 각 군간의 비교에서도 유의한 차이 는 없이 정상범위의 평균 동맥압을 보였다. 체온, 수소이온 농도지수, 동맥혈 산소 및 탄산가스 분압 그리고 적혈구 용 적율에 대한 각 군간의 비교에서도 유의한 차이는 없었다 (Table 2).
2. 신경학적 검사
중대뇌동맥 폐쇄 전 검사에서는 모두 정상으로 신경학적 이상소견이 발견되지 않아 0점이었고 대조군은 2.67점이었 다. 실험군은 재관류 0.5와 1시간 군은 마취에서 회복되지 않아 검사가 불가능하였고 재관류 2시간 군에서는 2점, 3시 간 군은 3.2점, 4시간 군은 3.4, 5시간과 6시간 군은 각각 3.8점, 12시간 군에서는 4.2점, 24시간 군에서는 4.6점으로 나타났다. 재관류 3시간 이후 부터 시간이 경과할 수록 대조 군에 비해 신경학적 증상이 더욱 많이 나타났으며, 12 및 24 시간 군에서는 거의 모든 신경학적 증상을 보였으나 통계적 유의성은 없었다(Table 2).
Table 1. Scoring system of neurological status of rats Score Neurological evaluation
No Yes Contralateral forelimb flexion 0 1
Thorax twisting 0 1
Decreased grip of contralateral forelimb
when pulled by the tail 0 1 Circling movement induced by jerk of tail 0 1 Spontaneous circling movement 0 1
Total score 0 5
3. 뇌부종
뇌부종의 정도는 대조군과 재관류 0.5시간 군 각각이 1.
073과 1.081로 가장 심하였고 재관류 1, 2, 3시간 군에서 각각이 1.021, 1.010, 1.014로 감소 되었다가 그 이후 시간 이 경과할 수록 증가하여 4, 5, 6시간 군에서는 각각이 1.032, 1.033, 1.043을 보였고 12시간과 24시간군에서는 1.070과 1.075로 급격히 증가되어 대조군과 비슷하였으나 통계적으 로 의의 있는 변화는 없었다(Table 3).
4. 뇌경색
뇌경색의 범위는 Table 4와 같다. 재관류 0.5시간 군에서 는 0.93%으로 대조군의 1.35% 보다 오히려 줄어들다가 1 시간과 2시간 군에서는 1.48%과 1.16%으로 대조군과 비 교해 큰 차이가 없었으나 3, 4, 5, 6시간 군에서는 각각이 2, 3.4, 4.28, 6.64%로 급격한 증가를 보였고 6시간 지나서 12, 24시간 군에서는 6.65, 6.78%로 뇌경색의 크기의 현저한
증가는 없이 크기가 고정되었다. 재관류 4시간 이후 군에서 는 시간이 경과할수록 대조군에 비해 뇌경색의 크기가 증가 되었다(p<0.05). 각 군을 재관류 시간대 별로 재관류 2시간 이하(0.5, 1 및 2시간 재관류군), 3～5시간(3, 4 및 5시간 재관류 군), 6시간 이후(6, 12 및 24시간 재관류 군)로 대별 하여 뇌경색의 크기를 비교했을 때는 이 세군이 각각 1.19±
1.08, 3.23±1.72, 6.69±3.84%를 보여 각 군간의 뇌경색의 크기 증가는 통계학적 유의성이 있었다(p<0.05, Table 5).
5. 대뇌 피질 및 피질하 경색의 변화
뇌경색의 부위를 피질과 피질하부로 나누어 경색의 크기를 비교해 보면 Table 6과 같다. 대조군에서는 피질부위의 경 색이 86%를 차지하였다. 재관류가 되면서 0.5, 1 및 2시간
Table 2. Changes of physiologic parameters and neurologic scores according to the reperfusion time
Group BT(℃) BP(mmHg) pH PaO2(mmHg) PaCO2(mmHg) Hct(mg %) N/E(score) Pre-ischemia 36.5±0.2 113±5 7.38±0.01 95.6±0.3 42.6±0.2 45.1±0.2 0 Control 36.4±0.3 123±3 7.28±0.03 100.4±0.2 40.2±0.3 43.8±0.1 2.67±0.04 Rp 0.5hr. 36.5±0.2 113±2 7.31±0.02 97.1±0.4 42.2±0.2 43.9±0.1 -
1hr. 36.5±0.1 123±5 7.33±0.02 97.5±0.3 41.9±0.1 44.1±0.2 - 2hr. 36.4±0.3 113±4 7.35±0.02 96.7±0.3 41.5±0.3 43.7±0.3 2.0±0.4 3hr. 36.4±0.2 103±1 7.34±0.03 97.8±0.2 41.2±0.1 43.8±0.4 3.2±0.1 4hr. 36.5±0.3 103±3 7.30±0.01 99.2±0.2 40.5±0.1 43.1±0.2 3.4±0.1 5hr. 36.6±0.2 103±5 7.29±0.02 99.1±0.3 40.5±0.3 43.5±0.4 3.8±0.2 6hr. 36.5±0.1 103±4 7.28±0.02 102.2±0.1 39.1±0.2 43.1±0.1 3.8±0.1 12hr. 36.4±0.2 103±5 7.29±0.03 100.5±0.1 39.4±0.1 43.0±0.1 4.2±0.2 24hr. 36.4±0.2 113±2 7.30±0.01 99.8±0.2 40.7±0.2 43.8±0.3 4.6±0.1 Values are Mean±SD
BT：body temperature BP：blood pressure Hct：hematocrit N/E：neurologic examination Rp：reperfusion.
Table 3. Changes of cerebral edema according to the re- perfusion time
Volume(cm3) Group
Lesion Normal Edema(ratio) Control 7.85±3.81 7.30±2.91 1.073 Rp 0.5hr. 7.31±3.42 6.75±2.01 1.081 1hr. 7.29±3.78 7.14±2.43 1.021 2hr. 7.79±4.12 7.72±4.13 1.010 3hr. 7.31±2.98 7.20±3.54 1.014 4hr. 7.73±3.01 7.49±3.44 1.032 5hr. 7.34±3.21 7.11±3.12 1.033 6hr. 7.63±4.08 7.31±3.78 1.043 12hr. 7.47±4.21 6.97±2.19 1.070 24hr. 7.79±4.77 7.23±3.63 1.075 Values are Mean±SD Rp：reperfusion.
Table 4. Changes of infarct volume according to the reper- fusion time
Reperfusion time(hour) Group Control
0.5 1 2 3 4 5 6 12 24 Infarct
(%) 1.35 0.93 1.48 1.16 2.00 3.40* 4.28* 6.64* 6.65* 6.78*
Values(Mean±SD) are same as Table 7
*：p<0.05 compared with control group.
Table 5. Changes of infarct volume according to the sub- group of reperfusion
Infarct volume(%) Reperfusion No.
Mean±SD Early* 15 1.19±1.0818 Intermediate* 15 3.23±1.7192
Late* 15 6.69±3.8414
Values are Mean±SD
Early：0.5hr.-2hr. reperfusion group Intermediate：3hr.-5hr reperfusion group Late：6hr.-24hr. reperfusion group
*：p<0.05 compared with each other.
군에서 각각이 31, 12 및 7%로 피질 부위의 경색이 급속히 감소되다가, 그 이후 3, 4, 5시간 재관류가 이루어지면서 28, 30 및 35%로 각각이 서서히 증가되었다. 6시간이 되면서 59%로 피질하부보다 피질부위에 호발하고 12, 24시간 대에 서는 각각의 피질부위의 경색이 58, 60% 크기로 경색의 크 기가 거의 고정이 되었다(Fig. 1).
6. Penumbra 영역
Penumbra 영역의 변화는 재관류 후 2시간까지는 큰 차 이는 없었으나 이후 점차 감소하여 6시간 이후는 거의 소
실되었다. 그리고 재관류 24시간 군에서는 뇌경색이 6.78 로 대조군을 NR로 염색된 범위보다 더 큰 값을 보였다(Ta- ble 7).
고 찰
허혈성 뇌손상의 정도는 허혈의 정도와 지속 기간에 의 해서 크게 영향을 받기 때문에 허혈발생 후 조기에 혈류를
Table 6. Changes of infarct volume between the cortex and subcortex according to the reperfusion time
Infarct area Group
Cortex Subcortex Control 1.16±0.56 (86%) 0.19±0.12 (14%) Rp 0.5hr. 0.26±0.18 (31%) 0.67±0.54 (69%) 1hr. 0.18±0.11 (12%) 1.30±0.64 (88%) 2hr. 0.08±0.04 ( 7%) 1.08±0.24 (93%) 3hr. 0.56±0.41 (28%) 1.44±0.97 (72%) 4hr. 1.02±0.84 (30%) 2.38±1.27 (70%) 5hr. 1.50±0.71 (35%) 2.78±1.54 (65%) 6hr. 3.94±1.88 (59%) 2.7 ±1.01 (41%) 12hr. 3.84±1.17 (58%) 2.81±1.48 (42%) 24hr. 4.04±2.46 (60%) 2.74±1.52 (40%) Values are Mean±SD
Rp：reperfusion.
Table 7. Changes of penumbra zone according to the re- perfusion time
Infarct size(%) Penumbra zone(%) Group
NR TTC NR-TTC Control 6.67±3.81 1.35±0.96 5.32 Rp 0.5hr. 6.67±3.81 0.93±0.21 5.74 1hr. 6.67±3.81 1.48±0.45 5.19 2hr. 6.67±3.81 1.16±0.26 5.51 3hr. 6.67±3.81 2.00±1.21 4.67 4hr. 6.67±3.81 3.40±1.18 3.27*
5hr. 6.67±3.81 4.28±2.04 2.39*
6hr. 6.67±3.81 6.64±4.33 0.02*
12hr. 6.67±3.81 6.65±3.81 0.01*
24hr. 6.67±3.81 6.78±4.27 -0.11*
Values are Mean±SD RP：Reperfusion NR：Neutral red
TTC：Triphenyltetrazolium chloride
*：p<0.05 compared with control group.
Fig. 1. Changes of cerebral infarction according to the reperfusion time.
회복시키는 것은 세포손상의 진행을 방지하고 가역적으로 손상된 부위의 기능을 회복시키는데 필수적이다6). 뇌허혈 손 상은 세포 내 Ca＋＋의 증가와 Lactic acidosis, NMDA와 같 은 여러 신경전달물질이 뇌조직에서 과다분비하여 뇌세포의 괴사가 일어나게 되고 자유 유리기의 생성이 증가되어 지질 의 과산화를 유발함으로써 세포막이 파괴되어 일어난다8)15). 그러나 최근 여러 보고들에서 허혈성 뇌손상은 허혈 당시보 다는 허헐이 일어난 조직으로 산소가 재공급될 때 주로 일어
나고18)30) 허혈조직의 재관류로 자유 유리기의 형성이 증가
되어 이러한 자유 유리기가 조직 및 세포손상을 일으킨다. 자 유 유리기를 형성하는 근원으로는 Xanthine oxidase, Cy- clooxygenase, Lipoxygenase, 미토콘드리아 효소 및 활성 화된 중성 백혈구를 들 수 있다10). 허혈기간 동안 이들 효 소들의 변형이 일어나거나 자유 유리기의 전구물질이 축적 되며, 이때 산소의 재공급이 이루어지면 많은 자유 유리기가
생성된다14)16). 산소는 생명을 유지하는데 반드시 필요하지
만 또한 특정 상황에서는 독작용을 나타낼 수도 있는 양면 성을 갖는다. 비록 재관류 손상이 문제가 되기는 하나 뇌허 혈을 치료하기 위해서는 반드시 재관류가 이루어져야 하기 때문에 재관류 손상이 생기는 시기와 기전 및 그 과정을 규명 하는 것은 뇌허혈의 효과적인 치료를 위해 매우 중요한 과제 가 된다.
국소적 허혈병변은 역동학적 한 과정으로 시기 적절한 중 재적 치료가 가해지면 가역적 병변으로 돌아 올 수 있기 때문 에 허혈성 Penumbra의 개념은 상당히 중요하다3)9)17). 재 관류후 뇌허혈의 범위가 감소하거나 신경학적 장애가 개선 되는 기전은 뇌경색 중심부 보다 주변부 즉 Penumbra지역 인 세포의 구조적 골격은 유지하면서 전기적 전도가 이루어 지지 않는 손상된 뇌세포의 기능이 회복되어 그러한 것으로 알려져 있다12)27). 재관류 시간에 따른 뇌경색의 크기 변화 와 Penumbra 영역의 관계를 도식화한 본 연구의 결과에서 재관류 2시간까지는 Penumbra 영역 크기의 변화가 미미하 다가 2시간이 지나면서 뇌경색 크기의 증가에 따른 Penum- bra 영역의 급격한 감소를 보여주고 6시간 이후는 소멸되 어 가역적 뇌허혈 영역이 영구적 뇌경색으로 변함을 보여주 었다.
뇌경색 범위를 측정하는 염색 방법에 NR와 TTC를 사용 하였는데 NR은 조직–혈액 친화성이 높은 생체 염색액으로 혈류를 받는 부위는 붉은색으로 염색되나 그외 부위는 염색 되지 않으므로 뇌혈류 차단시 조직내로의 혈류 흐름의 유무 를 알 수 있어 뇌혈류의 관류 영역을 구별하는데 유용하다22). TTC는 미토콘드리아내의 Dehydrogenase와 반응해서 정 상적인 세포에서는 붉은색으로 염색되나 Dehydrogenase
의 소실이 있으면 염색되지 않아 세포의 비가역적 손상의 유무를 보여주므로 뇌경색 범위를 알수 있는 지침이 된다.
따라서 NR로 염색되지 않는 부위에서 뇌경색으로 조직의 구조적인 손상으로 인하여 TTC로 염색되지 않는 부위의 차이값이 Penumbra영역을 의미한다22)23). 뇌경색에 동반되 는 뇌부종은 뇌동맥을 폐쇄시킨 직후 수분 부터 약 4시간까 지 지속되는 세포독소성 부종(Cytotoxic edema)과 그후 진행되는 혈관인성 부종(Vasogenic edema)으로 나눌 수 있다. 뇌동맥의 폐쇄후 곧 발생하는 경한 뇌부종은 원인은 뚜렷치 않으나 혈액-뇌 장벽(Blood brain barrier)이 정상 인 점으로 보아 세포독소성 부종으로 생각되고 있다. 뇌동 맥의 폐쇄후 약 2시간 부터 미세혈액순환의 이상이 뚜렷해 지며 혈액-뇌 장벽의 파괴가 시작되며 모세혈관의 투과성이 변하며, 이온교환펌프(Ion exchange pump) 또는 세포막의 투과성의 변화로 세포외의 Na＋ 이온과 수분이 세포내로 유 입되고 세포내 K＋이온이 세포외로 유출되며 뇌조직의 수분 함량이 증가된다. 뇌부종이 심해지면 미세혈액순환은 더욱 감퇴되어 뇌경색과 뇌부종을 더욱 악화시키는 악순환이 계 속된다. 뇌경색으로 인한 뇌부종을 예측하기는 불가능하나 뇌동맥의 폐쇄지속기간 또는 조직의 괴사정도에 따라 변화 를 보이며 동맥폐쇄후 3～4시간부터 시작되고 12～13시간 후에 뚜렷해지며, 3～4일에 정점에 이르고 1주말～2주후에 소실된다. 그러나 뇌경색 부위에 조기 재관류시키면 혈액-뇌 장벽의 파괴와 뇌부종이 급격히 악화될 수 있다. 이것은 미세 혈관 특히 세정맥의 폐쇄로 혈액의 정체로 혈관내저항(Intr- avascular resistance)이 증가된 상태에서 높은 압력의 재 관류가 이루어지면 세정맥 주위에 부종, 출혈이 나타나기 때 문이라고 생각된다26)28). 재관류 시간에 따른 뇌부종의 크기 의 변화를 분석한 본 연구에서 재관류 0.5시간 군에서는 대 조군 보다 뇌부종이 더욱 증가하는 경향을 보였고 재관류 1, 2시간군에서는 오히려 급격히 감소되다가 이후 시간이 경 과될수록 지속적으로 증가하여 재관류 12, 24시간군에서는 대조군과 유사한 크기로 변화하는 경향을 보였다. 이것은 재 관류 초기 30분에서 2시간까지는 반응적 과충혈(Reactive hyperemia)로 혈류가 증가되어 뇌부종은 심해지고 그 이후 1～2시간 동안은 지연성 저관류(Delayed hypoperfusion) 로 잠시 감소되나 재관류 시간 경과에 따른 재관류 손상으로 인해 다시 증가하는 것으로 보여진다 2)24).
가역성 뇌허혈 모형에서 재관류로 손상받게되는 뇌허혈 부위를 보면 Memezawa의 연구에서는 백서의 중대뇌 동맥 을 15, 30, 60, 90, 120 그리고 180분간 폐쇄 후 7일간 재 관류 시켰는데 15분간 폐쇄군에서는 피질은 정상이었으나 피질하부에서만 경색을 보였고 30분간 폐쇄군에서는 두 부
위에 같이 생겼으며 60분 이상군에서는 피질하부위는 큰변 화가 없었으나 피질부위의 경색이 현격한 증가를 보이면서 뇌경색의 크기가 증가함을 보여주었다7)19)24). 2시간 중대뇌 동맥 폐쇄를 시킨 본 연구의 가역성 뇌허혈 모형에서는 뇌 허혈로 인한 최초의 뇌허혈 손상을 대뇌피질(86%)에서 주 로 일어나나 재관류가 되면서 2시간까지는 뇌경색의 크기 가 통계적 의의 있는 변화가 관찰되지 않았으며 주로 피질 부의 경색이 감소되어 상대적으로 피질하부에 높은 경색의 빈도를 보였다. 재관류 4시간부터는 뇌경색의 크기가 증가되 기 시작하여 재관류 손상을 받고 있음을 알 수 있었고, 재관 류 5시간까지는 피질부의 경색이 서서히 증가되다가 6시간 부터는 급격히(59%)증가되어 재관류 손상도 피질하부보다 는 피질부위에서 호발됨을 알 수 있었다. 결론적으로 중대뇌 동맥을 2시간 폐쇄시킨후 재관류시킨 백서의 모형에서 분 석된 재관류 손상에 따른 뇌경색 크기의 변화는 재관류 최 초 2시간까지는 변화가 미미하다가 그 이후 6시간대까지는 급격히 증가되어 12, 24시간에서는 크기가 고정이 되어 재 관류 6시간 이내에 재관류 손상이 일어남을 알 수 있었다.
결 론
백서의 중대뇌동맥을 2시간 동안 폐쇄시켜 뇌허혈 손상 을 일으킨 후 혈류를 재관류 시킨 가역성 뇌허혈 모형에서 시간대 별로 재관류 손상에 따른 뇌경색과 뇌부종의 크기, penumbra 영역의 크기의 변화 그리고 신경학적 장애 정도 를 관찰하고 분석하여 임상적으로 시기 적절한 중재적 치 료를 위한 치료의 시기를 결정하는데 도움을 얻고자 연구 하였다.
대조군은 중대뇌동맥을 2시간 동안 폐쇄시킨 후 재관류 없이 뇌경색을 측정하였으며 실험군은 중대뇌동맥 폐쇄 2 시간 후 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, 24시간 동안 재관류 시켜 뇌경색의 정도를 측정하였다.
재관류 손상에 따른 뇌경색 크기의 변화는 재관류 후 0.5, 1 및 2시간 까지는 각각이 0.93, 1.48, 1.16%로 대조군의 1.35%와 비교하여 통계학적으로 유의성있는 변화는 없었 으나 그 이후 3시간(2.0%)부터 6시간(6.64%)까지는 급격 하게 증가하였고 12 및 24시간이 각각 6.65, 6.78%로, 6시 간 이후 24시간 까지는 뇌경색의 크기의 변화가 큰 차이를 보이지 않았다. 뇌경색이 생긴 부위는 재관류 시간 경과에 따라 피질하부 보다는 피질부위에서 재관류 손상이 더욱 급 격하게 증가하였다. 이에 따른 Penumbra영역의 크기도 재 관류 2시간 이후부터 6시간까지는 통계학적 유의성(p<0.
05) 있는 감소를 보였으며 재관류 6시간 이후에는 거의 소
실되어 영구적 뇌경색으로 변화되었다. 따라서, 재관류 손상 은 재관류 2시간 이후 부터 6시간이내에 급격한 증가를 보 이다가 그 이후부터는 고정되었다.
뇌부종의 크기에 대한 비율은 대조군과 재관류 0.5시간 군 이 각각 1.073과 1.081로 증가되었고 그 이후 2시간까지는 1.01로 감소되다가 다시 시간이 경과될 수록 증가하여 재관 류 후 12시간 군과 24시간 군에서는 1.070과 1.075로 대 조군과 유사한 크기를 나타내었다.
신경학적 검사에서는 대조군은 2.67점이였고 재관류 후 2시간 군에서는 2점, 재관류후 3시간과 6시간 군은 각각 3.2점과 3.8점이였고 12시간 군과 24시간 군에서는 4.2점 과 4.6점이였다. 그래서 시간대 별 검사결과는 재관류 2시 간 이후 부터 시간이 경과 할수록 신경학적 증상이 더 많이 나타나다가 12 및 24시간 군에서는 거의 모든 증상이 나타 났다.
이상의 결과에서 재관류 손상에 따른 뇌경색의 크기의 변 화는 대조군에 비해서 재관류 후 2시간까지는 증가하지 않 았으나 그 이후부터 6시간 이내에 급격히 증가하여 6시간 이후 부터 24시간까지로 그의 크기가 고정되어 영구적 뇌 경색으로 변하여 적절한 중재적 치료시기는 동맥폐쇄기간 을 포함하여 재관류 유지 후 최소한 6시간 이전으로 분석되 었다.
•논문접수일：2000년 2월 18일
•심사완료일：2000년 6월 2일
•책임저자：정 병 우
705-717 대구광역시 남구 대명5동 317-8 영남대학교 의과대학 신경외과학교실
전화：053) 620-3790, 전송：053) 620-3770 E-mail：[email protected]
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