The Effect of Stress on the Changes of B-type Natriuretic Peptide Expression and HRV in Myocardial Infarction Model Rats

책임저자: 이문영, 전북 익산시 신용동 344-2

󰂕 570-749, 원광대학교 의과대학 생리학교실 Tel: 063-850-6774, E-mail: [email protected] 접수: 2010년 8월 15일, 심사: 2010년 9월 3일 게재승인: 2010년 9월 17일

이 논문은 2008년도 원광대학교 교비지원에 의해서 이루어졌음.

심근경색 모델 흰쥐에서 스트레스가 B-type Natriuretic Peptide 발현 및 심박변이율 변화에 미치는 영향

*원광대학교 의과대학 생리학교실, ^†원광대학교병원 심내혈관질환센터, ^‡원광대학교 의과대학 병리학교실,

§원광대학교 간호학과, ^∥전북과학대학 식품영양학과

이 삼 윤

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The Effect of Stress on the Changes of B-type Natriuretic Peptide Expression and HRV in Myocardial Infarction Model Rats

Sam Youn Lee

, Mi Kyoung Lee

, Nam-ho Kim

, Min Cheol Joo

, Hyang Jeong Jo

, Ji Sook Kang

, Byung Sook Kim

, Sun Sik Yoon*, Eul Sig Choi*, Moon Young Lee*

*Department of Physiology, School of Medicine Wonkwang University, ^†Cardiocerebrovascular Center, Wonkwang University Hospital, ^‡Department of Pathology, ^§Nursing, School of Medicine, Wonkwang University, ^∥Department of Food and Nutrition, Jeonbuk Science College, Iksan, Korea

Diminished heart rate variability (HRV) is associated with less favorable prognosis after myocardial infarction (MI). It has been reported that very low frequency (VLF) power in HRV analysis is an independent risk predictor in patients with congestive heart failure and B-type natriuretic peptide (BNP) can be used as a prognostic factor of MI. The purpose of this study was to investigate whether stress has an effect to the changes of BNP expression and/or heart rate variability in MI model in rats. Male Sprague-Dawley rats were divided into 3 groups: control group (CON), MI group (MI＋No Stress), and MI followed by stress group (MI＋Stress). MI＋Stress group rats were raised for a two month recovery period after the operation, followed by being exposed to restraint stress for 2 hours per day for 1 week. Electrocardiogram was recorded after the operation and the last day after 1 week of stress. The frequency components of HRV were calculated in the frequency domain such as VLF, low frequency (LF), high frequency (HF) and so on. In HRV analysis, standard deviation of the normal to normal intervals (SDNN) was significantly reduced in both groups compared to the control group. VLF and LF also were significantly reduced in MI＋Stress group compared to the control groups. In addition, BNP expression in western blotting was shown the strongest bands in MI＋

Stress group among experimental groups. These results suggest that BNP and HRV were aggravated by stress in MI rat model.

(Korean J Str Res 2010;18:275∼285)

Key Words: Stress, Myocardial infarction model, Heart rate variability, B-type natriuretic peptide

서 론

스트레스란 생체에 가해지는 여러 상해 및 자극에 대하 여 체내에서 일어나는 비특이적인 생물반응을 말하는 것 으로 신경계, 내분비계, 면역계 등이 서로 연관되어 다양한 신체반응을 유발하며, 심한 스트레스에 반복적으로 노출 되면 개체는 항상성을 유지하기 어려운 상태로 되어 우울 증, 불안장애, 퇴행성 뇌질환, 당뇨, 심혈관 관련 질병 및 암 등 다양한 질환의 발생을 초래한다(McEwen et al., 1993;

Heim et al., 1997).

스트레스 기간이 짧거나 그 강도가 미약한 경우는 개체 의 생리적 항상성에 의해 극복이 가능하나, 스트레스의 강 도가 높은 경우 다양한 스트레스 관련 단백질의 활성화로 인한 비정상적인 생화학적 반응들이 일어나고 그 결과 항 상성 유지에 실패하게 된다(Schlesinger, 1994). 적당한 스트 레스를 받았을 때에는 에너지와 산소 이용도를 증가시키 고, 적절한 긴장감을 유지시켜 스트레스로 인해 저하된 면 역 및 생리기능 등의 증가를 통해 스트레스에 적응하여 건 강을 유지할 수 있게 되나(Bowman, 2005), 만성적으로 스트 레스에 노출되어 있거나 심한 스트레스를 받았을 때에는 이러한 항상성을 유지하려는 체계(allostatic system)가 부적 절한 반응을 보이거나 더 이상 필요하지 않은데도 불구하 고 지속적인 부적응 반응이 일어나 닳고 지치는 현상(wear and tear phenomenon)이 발생하여 뇌와 신체 관계에서 생리 적 불균형을 유발하고 결국 각종 질병들의 직ㆍ간접적인 원인이 된다(McEwen, 2007).

심혈관 질환 역시 마찬가지로 급, 만성 스트레스에 의해 악화되거나 직, 간접적으로 유발될 수 있음은 잘 알려진 사실이며, 이 과정과 관련된 현상으로는 심근허혈이나 부 정맥의 직접적인 유발, 과도한 혈전형성 및 이의 잠재성 증가 등이 관련되는 것으로 알려져 있으며(Rozanski et al., 2005), 특히 심혈관 질환 중 사망률 증가와 가장 직접적 연 관성이 있는 심근경색 또는 이와 유사한 상황 역시 스트레 스에 의해 유발되거나 악화될 수 있음이 보고된 바 있으나 아직 이에 대한 기전은 명확히 밝혀져 있지 않다(Rosengren

et al., 2004).

심장 질환의 중요성으로 인해 심질환에 대한 예후나 심 부전의 조기 진단을 위해 평가할 수 있는 여러 지표들에 대한 상관관계 등이 연구되어 오고 있으며(Nakagawa et al., 1995; Maeda et al., 1998), 최근에는 이러한 여러 지표들 중

특히 심실의 부하에 반응하여 심실 심근 세포에서 주로 생 성되는 호르몬인 B-type natriuretic peptide (BNP)가 다른 natriuretic peptide보다 좌심실 이상의 지표로서 훨씬 민감하 고 특이적인 것으로 보고되고 있다(Tsutamoto et al., 1997).

BNP와 함께 심장질환의 예측지표로서 여러 차례 유의하 게 증명되어 온 다른 하나의 방법은 심박변이율(heart rate variability)을 이용하는 방법이다. 심박수의 변동은 주로 자 율신경계의 조절로 이루어지며, 이는 자율신경계의 영향 에 따라 지속적인 변화를 겪게 되는데, 이와 같은 시간에 따른 심박수의 일정 시간 동안의 변화율을 심박변이율 (Heart rate variability: HRV)이라 한다. 심박변이율의 분석은 심장 질환 등의 예후 정도를 평가하는데 이용되어 오고 있 으며(Dekker et al., 1997), 특히 심박변이율의 몇몇 파라미터 는 이전에 심근경색이 있었던 환자에서 사망률 증가에 대 한 위험 정도를 판단하는데 유용한 것으로 알려져 있다 (Bigger et al., 1992). 급성 심근경색은 발병 후 재발이나 급 성 심장 이상으로 인한 사망률이 높은 질환으로 평균 수명 의 증가와 생활양식의 서구화에 따라 국내에서도 급성 심 근경색을 비롯한 허혈성 심장질환의 발생률과 사망률은 증가하는 추세이다(Suh I, 2001). 이러한 중증 심장질환인 심근경색은 스트레스에 의해 악화될 수 있으며, 최근 심질 환의 예후 인자로서 이용되고 있는 BNP 및 심박변이율의 변화에도 영향을 줄 수 있을 것으로 사료되나 이에 대한 연구 결과는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 심근경색 모델을 제작하여 일정의 회복 기간을 거친 다음 다시 일정 기간의 스트레스를 겪게 한 후 심박변이율의 변 화 및 심실 조직에서의 BNP 발현 정도를 비교하여 스트레 스에 의한 영향을 관찰하고자 하였다.

재료 및 방법

1. 실험동물 및 사육 조건

실험과 관련된 모든 사항은 원광대학교 실험동물 관리 위원회의 기준에 맞추어 시행되었다. 모든 동물은 실험 시 작 전 일주일 이상 적응 기간을 갖도록 하였다. 실험동물은 실험 시작 당시 체중 290 g (Koatech, Inc., Pyeongtaek, Korea) 의 Sprague-Dawley계 수컷 흰쥐 15 마리를 대상으로 하였다.

실험동물은 인위적 스트레스 및 수술을 받지 않은 대조군 (CON, n=5), 심근경색 수술을 받은 후 restraint stress를 받지 않은 군(MI＋No Stress, n=5), 심근경색 수술을 받은 후 1주 일 동안 restraint stress를 받은 군(MI＋Stress, n=5)으로 분류

하였다.

모든 쥐들은 수술, 스트레스 및 심전도 기록 시기를 제 외하고는 개별 쥐장에서 물과 먹이를 자유로이 섭취할 수 있도록 하였으며, 23^oC, 12:12 시간 교대 조명 환경에서 사 육하였다.

2. 심혈관 결찰 수술

심근경색 모델 제작을 위한 모든 수술적 처치는 동일인 에 의해 시행되었다. 기관내 삽관을 위해 10% chloral hyd- rate로 복강 내 마취 후 18 gauge IV 관을 이용하여 삽관을 시행하였고 isoflurane 마취하에 동물용 인공호흡기(Havard animal ventilator, Boston, MA, USA)를 이용하여 호흡을 유지 하였다. 흉골의 좌측 가장자리를 따라 하부의 2개 늑연골 을 상하로 절개하여 가슴절개술을 시행 후 당김기(retractor) 를 이용하여 심장을 노출시켰다. 왼심방귀(left atrial appen- dage)에서 5 mm 정도 떨어진 좌전하행동맥(left anterior des- cending artery) 부위를 6-0 polypropylene 실을 이용하여 영구 결찰을 시행하였고, 결찰에 의한 좌심실 전벽(anterior wall) 의 경색은 심근의 탈색을 통해 확인하였다. 18 gauge IV 관 을 흉관으로 개조하여 waterseal bottle에 연결하여 거치하였 다. 이후 가슴절개술을 시행한 가슴벽과 근육층을 봉합하 였다. 이후 심전도의 기록을 위해 앞가슴(anterior chest wall) 의 피부층을 절개 후 굴심방결절 및 심장꼭대기에 해당되 는 부위의 상부 앞가슴 근육에 탐색전극 및 기록전극 끝 0.5 mm의 피복을 벗긴 후 노출된 전극 부위를 근육에 결 찰, 고정한 다음 피하지방층을 통해 목 뒤로 노출시켰다.

모든 수술이 끝난 후 수술부위를 멸균처리하고 창상감염 예방을 위해 gentamycin (100 mg/kg)을 3일간 근주하였다.

이후 자발 호흡의 회복 유무를 관찰하여 회복 정도가 충분 하다고 판단되면 삽관한 튜브를 제거하였고, 이후 개별 쥐 장에 옮겨 온도와 95% 산소 및 5% 이산화탄소의 공급이 유지되도록 하면서 완전히 의식이 회복될 때까지 근접 관 찰하였다.

3. 심전도의 기록 및 심박변이율(Heart rate varia- bility) 분석

심전도의 기록 및 분석은 PowerLab data acquisition system (AD Instrument Ltd., Sydney, Australia)을 이용하였다. 심근경 색 모델 제작 직후 15분 이상 심전도의 변화를 기록하였으 며, 2개월 정도 후 심근경색 수술을 받은 동물을 두 군으로 무작위 추출하여 1주일 동안 restraint stress를 가한 후 restraint

stress를 가하지 않은 동물과 심박변이율을 비교 분석하였 다. 각 군에서 심전도를 기록한 시기는 심근경색 수술 직 후와 이후 두 달 정도의 회복 기간을 거친 다음 MI＋Stress 군은 1주일의 restraint stress를 가한 후 심전도를 기록하여 동일한 기간에 인위적 스트레스를 받지 않은 심근경색 모 델 동물 및 정상군의 심박변이율을 비교하였다. 측정된 심 전도는 PowerLab software (Labchart v 7.0, AD Instrument Ltd., Sydney, Australia)를 이용하여 분석하였다. 심박변이율의 시 간범위분석으로는 심박수 비교와 함께 정상 QRS complex 간격의 표준편차(standard deviation of the normal to normal intervals, SDNN)와 이웃 심박 간격 차이의 제곱에 대한 평 균의 제곱근(square root of mean of sum of squares of differences between adjacent normal to normal intervals, RMSSD)을 측정하 였다. 주파수범위분석으로는 심박동변이 신호를 퓨리에변 환(Fast Fourier Transform)을 이용하여 분석한 값으로 Very low frequency (≤0.04 Hz, 이하 VLF), Low-frequency (0.04∼0.15 Hz, 이하 LF), High-frequency (0.15∼0.4 Hz, 이하 HF)로 각 주파수 대역의 강도를 분리 평가하였고, Total power (≤0.4 Hz, 이하 TP)와 LF/HF ratio 값을 비교하였다.

4. 심실 조직에 대한 Hematoxylin-Eosin 염색 모든 실험이 종료된 후 동물은 단두하여 희생시켰고 이 때 심장을 적출하여 심실 조직을 분리한 다음 일부는 western blot을 위해 냉동 보관(−70^oC)하였으며 남은 일부 는 Hematoxylin-Eosin (H-E) 염색을 위해 4% paraformaldehyde 용액에 고정하였다. 4% paraformaldehyde 용액에 24시간 고 정 후 자동침투기를 이용하여 탈수, 투명, 침투 과정을 거 친 후 파라핀으로 포매한 다음 4μm 두께의 조직 절편을 제작하여 유리 슬라이드에 부착시킨 후 H-E 염색을 시행 하였다. H-E 염색은 xylene에서 탈파라핀하여 저농도의 알 코올 과정을 거쳐 함수한 후 Hematoxylin 염색(5분), 분별 및 청색화 과정을 거쳐 Eosin 염색(1분 20초)을 한 다음 탈 수, 투명과정을 거쳐 봉입하여 광학현미경하에서 판독하 였다.

5. 심실근에서 BNP 발현정도에 대한 Western blot 분석

심실 내 증가된 압력과 심실이완에 반응하여 심실에서 생산되는 32-아미노산 신경호르몬으로 알려진 BNP의 발현 정도의 차이를 관찰하기 위해 각 군의 심실 조직에서 Western blot을 시행하였다.

Fig. 1. Microscopic features of heart ventricle in each group. Arrows indicate the infarction area (×1). Note the infiltration of macrophage, the formation

동물을 희생시킨 후 심실 부분만을 분리하여 동결 보관 된 신선한 심실 조직을 PBS (phosphate buffered saline)로 세 척한 후 약 5 g 부피의 lysis buffer (25 mM Tris-HCl, 1 mM EGTA, 1 mM DTT (Dithiothreitol), 0.1% Triton X-100, pH 7.4, phosphatase inhibitor cocktail, protease inhibitor cocktail 첨가)를 넣은 뒤에 균질화 하였다. 이후 12,000 rpm에서 30분 동안 원심분리하여 cytosol을 얻었다. 단백질 정량은 bovine serum albumin을 표준액으로 하여 시료를 넣고 흡광도를 측정한 후 관계식을 이용하여 단백질 양을 알아내 모든 표본의 단 백질 양이 동량이 되게 하였다. 분리한 표본에 sample buffer 를 첨가하고 100^oC에서 3분간 진탕 후 minigel 전기영동장 치(mini-protean tetra cell, Bio-Rad Laboratories, Inc., Hercules, USA)를 이용하여 100 V에서 2시간동안 전기영동 하였다.

전기영동 후 gel을 Coomassie brilliant blue R-250으로 1시간 동안 염색 후 10% aceticacid & 10% methanol로 탈색시켜 gel 상에서 단백을 확인하였다. 단백 transfer장치(mini-Trans-Blot

cell, Bio-Rad Laboratories, Inc., Hercules, USA)를 이용하여 100 V에서 1시간 30분 동안 gel의 단백을 0.45μm의 polyvinylidene difluoride (PVDF) 막(Roche Applied Science, Mannheim, Germany) 으로 옮겼다. PVDF 막을 비특이적 일차항체결합을 차단하 기 위해 Tris buffer saline (TBS, pH 7.6)에 5% skim milk를 녹 인 blocking buffer에 넣어 1시간 동안 반응시켰다. 여기에 일차항체인 BNP (Abcam, Cambridge, UK) (1：1,000)을 4°C 에서 하룻밤 동안 반응시킨 후 0.05% Tween-20-TBS (TBST) 로 4회 세척하였다. 이후 이차항체인 goat rabbit IgG conju- gated Horse-Raddish Peroxidase (HRP) (Santacruz Biotechnology Inc., Santa Cruz, USA)를 1：5,000으로 희석하여 상온에서 1 시간 동안 반응시켰다. TBST로 4회 세척 후 Immobilon west- ern chemiluminescent HRP substrate (Millipore, co., Billerica, MA, USA)를 1 ml 넣어 반응시키고, 30초 동안 필름에 막을 노출 시킨 후, 필름을 현상하여 발현 정도를 비교, 관찰하였다.

Fig. 2. (A) The representative strips of ECG recording in CON and MI

＋Stress group. The strip in MI＋Stress group was taken 1 week after the stress. Note the intervals between each beat. Heart beats in MI＋

Stress group are faster than those of the CON group. (B) Heart rate in each group. Statistical analysis was performed by the one-way ANOVA and Bonferroni test. There were significant increases in heart rate after the operation and in MI＋Stress group compared to the control group.

There was also significant increase in heart rate in MI＋Stress group compared to the MI＋No stress group. ^adenotes significant differences between CON and other groups (^ap＜0.05). ^bdenotes significant difference between the MI＋No Stress and MI＋Stress group (^bp＜0.05). Other notations are the same as Fig. 1.

Fig. 3. Time domain analysis of heart rate variability in each group. (A) Standard deviation of the normal to normal intervals (SDNN). (B) Square

6. 통계 분석

통계 분석은 SPSS (v 11.0 SPSS Inc., Chicago, USA.)를 이용 하여 ANOVA 분석 후 Bonferroni test를 시행하였으며, 통계 학적 유의성 판정은 p값이 0.05 미만인 경우를 유의한 것 으로 하였다.

결 과

1. 심실 조직에 대한 Hematoxylin-Eosin 염색 심실 조직에 대한 저배율(×1) 소견에서 MI＋No stress 군 과 MI＋stress 군의 좌심실 전벽 부위의 위축을 관찰할 수 있었고, 고배율(×200)에서는 대식세포에 의하여 응고괴사 된 심근세포의 탐식과 혈관이 풍부한 육아조직 및 섬유 변 화를 볼 수 있었다(Fig. 1).

2. 심박변이율의 변화

각 군에서의 심박수를 비교했을 때 정상군은 396.36±

27.84였고, 심근경색 수술을 받은 동물들의 심박수는 수술 직후 기록한 심전도에서 453.95±36.15로 정상군에 비해 유 의한 증가를 보였다. 이후 심근경색 수술을 받은 동물들은 두 달 정도의 회복 기간을 거친 다음 심박수 비교에서 스 트레스를 받지 않은 군의 경우 434.78±28.05로 정상군과 통 계적 유의성을 보이지는 않았으나 1주일 동안 스트레스를 받은 군의 경우 심박수가 494.13±22.74로 정상군 뿐만 아니 라 스트레스를 받지 않은 심근경색군에 비해 유의한 증가

Fig. 4. Frequency domain analysis of HRV parameters. (A) Very low frequency power of heart rate variability in each group. (B) High frequency power

를 보였다(Fig. 2).

심박변이율의 변화 중 시간 영역 변수에서 SDNN은 각 각 정상군은 10.55±1.77 ms, 수술 직후는 5.29±2.88 ms, MI

＋No Stress 군은 5.86±3.31 ms, MI＋Stress 군은 4.76±1.45 ms로 수술 직후뿐만 아니라 모든 군에서 정상군에 비해 유 의한 감소를 보였다(Fig. 3A, p＜0.05). 반면 RMSSD는 각각 정상군은 3.86±1.21, 수술 직후는 6.71±6.33, MI＋No Stress 군은 4.23±2.04, MI＋Stress 군은 4.64±1.54로 모든 군에서 유의한 차이를 관찰할 수 없었다. 한편 주파수 영역상의 분석에서 VLF 값은 각각 정상군은 32.80±24.19, 수술 직후 는 11.25±8.07, MI＋No Stress 군은 2.78±1.77, MI＋Stress 군 은 4.07±1.00로 수술 직후와 MI＋Stress 군에서만 정상군에 비해 유의한 감소를 보였다(Fig. 4A). LF 값 역시 정상군은 1.54±1.64, 수술 직후는 0.20±0.24, MI＋No Stress 군은 0.61±

1.39, MI＋Stress 군은 1.77±1.54로 VLF 값과 마찬가지로 수 술 직후와 MI＋Stress 군에서만 정상군에 비해 유의한 감소 를 보였다(Fig. 4B). HF 값은 정상군은 11.44±17.96, 수술 직 후는 5.91±5.45, MI＋No Stress 군은 1.96±1.76, MI＋Stress 군 은 4.39±3.45로 각 군 간의 유의한 차이는 없었으며(Fig.

4C), LF/HF 비의 값은 각각 정상군은 6.70±6.70, 수술 직후 는 2.61±1.87, MI＋No Stress 군은 0.79±0.53, MI＋Stress군은 2.94±0.79로 HF값과 마찬가지로 각 군 간의 유의한 차이는 없었다(Fig. 4D).

3. 심실근에서 BNP 발현정도에 대한 Western blot 분석

심실에서 생산되는 BNP의 발현 정도의 차이를 관찰하 기 위해 각 군의 동물을 희생시킨 후 양측 심실을 분리하

Fig. 5. BNP expression of heart ventricles. (A) The representative cases

여 심실 조직에서 Western blot을 시행하였다.

Western blot 결과 정상군에 비해 MI＋No Stress 군과 MI

＋Stress 군 모두에서 BNP의 유의한 증가를 관찰할 수 있었 으며 특히 MI＋Stress 군은 MI＋No Stress 군에 비해서도 유 의한 증가를 보여 심근경색 수술 자체에 의해서뿐만 아니 라 스트레스에 의해서 BNP가 더욱 증가할 수 있음을 알 수 있었다(Fig. 5).

고 찰

스트레스는 카테콜아민과 코티솔 등의 호르몬을 증가시 키고, 혈압을 상승시키며(Freeman et al., 1990; Theorell et al., 1993), 이와 같은 생리적 반응이 장기간 지속될 경우 심혈

관계 질환이 유발(Pieper et al., 1989; Greenlund et al., 1995)될 수 있음이 보고되어오고 있으나 스트레스 정도와 심혈관 계 질환과의 연관성에 대한 병태생리 기전은 아직 불확실 하다. 따라서 본 연구에서는 심질환의 예후 인자로서 주로 사용되고 있는 BNP 및 심박변이율의 측정을 통해 심근경 색 모델에 대한 스트레스의 영향을 관찰하고자 하였다.

심박변이율은 심박동과 박동사이의 간격(RR interval)의 변화를 측정하여 분석하는 방법으로 일반적으로 심장 박 동 간의 변화는 안정 상태일수록 더 크고 복잡하며 이와 같이 큰 변동은 자율신경계의 조절이 원활하여 외부 자극 에 대한 적응성이 좋다는 것을 의미하기 때문에 심박변이 율이 감소하는 경우 자율신경계가 비정상적이고 불충분한 적응을 하고 있음을 반영한다.

급성심근경색증 발병직후 심박변이율은 감소하였다가 수 주 이내에 회복되기 시작하는데(Hohnloser et al., 1997), 심박변이율의 감소 정도는 경색이 일어난 심근의 위치와 크기에 의해서 결정된다(Kelly et al., 1997). 또한 급성심근경 색증 후 심박변이율의 감소는 사망과 치명적인 부정맥을 예측할 수 있는 지표로 인정되고 있다(Pumprla et al., 2002).

심근경색 후 발생하는 심박변이율의 변화는 경색으로 인 해 수축하지 못하는 심실 부위로 인해 심장에 기하학적 변 화가 일어나고, 이에 따른 이차적 반응으로 교감신경계가 항진되고 부교감신경계가 억제되어 일어나는 불균형에 의 할 것으로 추측하고 있다(Kautzner et al., 1997; Stys et al., 1998). 교감신경계의 항진은 심실세동의 발생 가능성을 증 가시키기 때문에 심근경색 후 치명적인 심실부정맥의 발 생이 증가할 수 있으며(Kautzner et al., 1997), 심근경색 후 교감-부교감 신경계의 불균형은 심부전과 좌심실 확장을 일으킬 수 있다(Dambrink et al., 1994). 이와 같이 심근경색 증은 중증의 심장질환으로 최근에는 부정맥 출현에 의한 심정지를 예측할 수 있는 지표로서 심박변이율을 사용할 수 있음이 받아들여지고 있다(Odemuyiwa et al., 1994). 이전 의 연구결과들을 보면 주로 SDNN의 감소를 주된 예후 인 자로서 인정하고 있으나, LF나 VLF 역시 심부전 또는 심근 경색 환자에서 갑작스런 사망을 예측하는 주요 인자로서 사용할 수 있음이 보고된 바 있다(Galinier et al., 2000; Hadase

et al., 2004).

본 연구 결과에서는 이와 유사하게 심근경색 수술을 받 은 직후 심전도 기록 결과 심박수는 유의한 증가를 보였 고, SDNN, VLF 및 LF의 유의한 감소를 보였다. 심근경색 수술을 받았던 동물에서 두 달 정도의 회복 기간을 거친

후 1주일 동안 스트레스를 가한 군과 스트레스를 받지 않 은 군에 대해 심전도를 기록하여 분석하였을 때, 스트레스 를 받지 않은 군은 심박수 및 기타 심박변이율 분석에서 SDNN 값을 제외하고는 정상군과 유의한 차이를 관찰할 수 없었던 반면 1주일 동안 스트레스를 받은 군에서는 심 박수가 다시 유의하게 증가했을 뿐만 아니라 SDNN, VLF 및 LF 역시 정상군과 유의한 차이를 보였다. 사람을 대상 으로 심근경색 후 1년 반 이상 추적 관찰한 보고에서 낮 동 안 측정한 SDNN은 1년 반 이상 유의하게 감소된 채 변하 지 않았으며, 밤에 기록한 심전도의 SDNN은 초기에는 감 소 정도가 심했으나 회복이 진행되면 감소 정도가 약화됨 을 보고하였으며 이는 낮에는 교감신경계의 활동성의 비 정상적 증가가 지속되고 있으며, 밤에는 심근경색 초기부 터 점차 부교감 신경계의 활동성 증가에 의한 회복이 되고 있음을 반영한다고 설명하고 있다(Vaage-Nilsen et al., 2001).

VLF 값의 감소는 심부전을 반영하는 독립적인 표지자일 수 있음(Hadase et al., 2004)을 보고한 사실을 고려했을 때 심근경색 모델 제작 후 두 달 이상의 회복 기간을 가진 동 물에서 회복되었던 VLF나 LF 값이 다시 정상군에 비해 유 의하게 감소한 사실은 본 연구에서 심근경색 모델군에게 스트레스가 가해질 경우 심부전의 발생 가능성이 있음을 보여주는 결과라고 생각된다. LF는 압수용기 반사에 의존 하여 교감 및 부교감신경계 모두에 의해서 매개되며(Koiz- umi et al., 1985), 심부전 환자에서 교감신경계가 항진되어 있음에도 불구하고도 LF가 낮은 값을 나타내는 이유는 자 율신경중추 이상에 의한 이차적인 변화이거나 베타 수용 체 민감도의 장애 등에 의한 것으로 보고되고 있다(Van de Borne et al., 1997; Cooley et al., 1998). 따라서 본 연구 결과에 서 나타난 LF의 감소는 자율신경중추나 교감신경계 이상 에 의한 것으로 사료된다. 그러나 부교감신경계의 활동성 을 주로 반영하는 RMSSD나 HF는 정상군과의 비교에서 수 술 직후, MI＋No Stress군 또는 MI＋Stress군 모두에서 유의 한 차이를 관찰할 수 없었다. 이는 이러한 부교감신경계의 활동성을 반영하는 인자들이 주로 호흡 주기나 깊이와 관 련된 미주신경의 활동에 의한다고 알려져 있음(Katona et

al., 1975; Fouad et al., 1984)을 고려할 때 본 연구에서는 사

한편 최근 심장 상태를 반영하는 새로운 표지자로 관심 을 받고 있는 BNP가 있다. 혈중 BNP치는 심부전 환자에서 좌심실의 기능장애 정도에 비례하여 증가하며 심부전 환

자에서 예후 인자로서 BNP의 중요성은 대규모 연구에서 입증된 바 있다(Logeart et al., 2004). 즉, BNP는 울혈성 심부 전 환자에서 심실체적의 확장과 압력의 과부하에 반응하 여 심실에서 생성되며 강력한 혈관 확장 작용과 나트륨 이 뇨 작용을 한다. 또한 다른 natriuretic peptide 보다 좌심실 이상의 지표로서 훨씬 민감하고 특이적이기 때문에(Tsuta- moto et al., 1997), BNP의 측정은 심부전의 조기 진단에 효 과적임이 발표된 바 있으며, BNP와 심부전을 평가할 수 있 는 여러 지표들에 대한 상관관계 등 역시 연구 중이다 (Nakagawa et al., 1995; Maeda et al., 1998). 심근경색이 있을 때 급성기의 BNP는 심근괴사와 심근벽의 물리적 압력 증 가에 의해 증가하는 급성반응기 물질의 일종으로 여겨지 며(Ahn MS et al., 2009), 심근경색 환자에서 적어도 12시간 이후면 상승하기 시작하고(Hama et al., 1995), 심근효소처럼 괴사된 세포에서 유리되는 것이 아니라 경색조직 주위에 살아있는 심근세포에서 합성이 증가되어 분비되므로, 세 포괴사로 인해 생성된 물질들이 BNP의 합성을 자극하거 나, 비경색부위에 상대적 압력이 커져서 BNP가 증가될 것 으로 생각된다.

본 연구 결과 심근경색 수술을 받았던 동물에서 두 달 정도의 회복 기간을 거친 후 1주일 동안 스트레스를 가한 군과 스트레스를 받지 않은 군에 대해 각각 BNP 발현 정 도를 분석했을 때, 두 군 모두 정상군에 비해서 BNP 발현 이 증가했을 뿐만 아니라 MI＋Stress 군은 MI＋No Stress 군 에 비해서도 더욱 BNP 발현이 증가되었다. 이는 BNP가 좌 심실의 용적이 증가하는 경우나 압력이 상승하는 경우 분 비량이 증가(Harrison et al., 2002)하고 좌심실 부전시에 증 가(Luchner et al., 2000)한다는 사실을 고려할 때 심근경색 동물에 대한 스트레스는 심실에 대한 부하의 증가를 야기 하며 이는 교감신경계의 항진 등에 의할 것으로 추측된다.

특히 이 결과와 함께 교감신경계의 이상을 반영하는 심박 변이율의 SDNN, VLF 및 LF의 감소는 이러한 추측을 더욱 뒷받침해주고 있으며, 본 연구에서와 같이 심근경색 동물 에 대한 지속적인 스트레스는 기존에 심질환이 있었던 경 우 심부전을 유발할 수도 있음을 시사하는 결과라고 생각 된다.

이상의 결과를 종합하면 MI＋Stress 군의 경우 수술 직후 와 마찬가지로 SDNN, VLF 및 LF의 감소를 보여 SDNN만 감소를 보인 MI＋No Stress 군과 차이를 보였으며, MI＋

Stress 군은 심실의 BNP 발현 역시 다른 두 군 모두에 비해 유의한 증가를 보여 스트레스가 기존의 심질환을 더욱 악

화함을 유추할 수 있었다. 한편 심박변이율 분석에서 스트 레스를 받지 않은 심근경색 동물에서는 시간 범주 파라미 터 중 SDNN만이 유의하게 감소하였고, BNP 역시 정상군 에 비해서 유의하게 증가함을 보여 BNP 증가와 상관관계 를 보이는 심박변이율 파라미터는 SDNN만이 유일한 것으 로 나타났다.

본 연구의 제한점으로는 혈역학적 지표를 반영하지 못 한 점과 심전도의 기록 시간이 사람에서의 경우와 같이 협 조 하에 24 시간 이상 장기적으로 이루어지기 힘들다는 점 및 보다 많은 사례 수에서 실험이 진행되지 못한 점 등이 있다. 추후 혈역학적 지표 및 분자 생물학적 변화 기전을 추구하여 스트레스에 의한 심질환의 악화에 대한 병태 생 리 기전에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

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= 국문초록 =

심박변이율의 감소는 심근 경색 환자에서 예후의 악화와 관련되어 있다. 심박변이율 중 very low frequency가 심부전 환자의 예후를 판단할 수 있는 독립적 인자로서 사용이 가능하다고 보고된 바 있으며, 심실의 압력 증가에 반응해서 생성되는 B-type natriuretic peptide가 심근 경색의 예후 인자로서 사용할 수 있음 역시 보고된 바 있다. 본 연구에서는 심근경색 모델을 제작하여 일정의 회복 기간을 거친 다음 다시 일정 기간의 스트레스를 겪게 한 후 심박변이율의 변화 및 심실 조직에서의 BNP 발현 정도를 비교하여 스트레스에 의한 영향을 관찰하고자 하였다. Sprague-Dawley계 수컷 흰쥐 15마리를 대상으로 하였다. 실험동물은 인위적 스트레스 및 수술을 받지 않은 대조군(CON, n=5), 심근경 색 수술을 받은 후 restraint stress를 받지 않은 군(MI＋No Stress, n=5), 심근경색 수술을 받은 후 1주일 동안 restraint stress를 받은 군(MI＋Stress, n=5)으로 분류하였다. 심근경색 모델 제작 직후 15분 이상 심전도의 변화를 기록하였으 며, 2개월 정도 후 심근경색 수술을 받은 동물을 두 군으로 나누어 그 중 한 군에는 1주일 동안 restraint stress를 가한 후 restraint stress를 가하지 않은 동물과 심박변이율을 비교 분석하였다. 심실 조직은 좌심실 전벽 부위의 위축을 관찰 할 수 있었고, 대식세포에 의하여 응고, 괴사된 심근세포의 탐식과 혈관이 풍부한 육아조직 및 섬유 변화를 볼 수 있었다. 심박변이율은 심근경색 수술을 받은 직후 심박수는 유의한 증가를 보였고, standard deviation of the normal to normal intervals (SDNN), very low frequency (VLF) 및 low frequency (LF)의 유의한 감소를 보였다. 심근경색 수술을 받았던 동물에서 두 달 정도의 회복 기간을 거친 후 스트레스를 받지 않은 군은 심박수 및 기타 심박변이율 분석에 서 SDNN 값을 제외하고는 정상군과 유의한 차이를 관찰할 수 없었던 반면 1주일 동안 스트레스를 받은 군에서는 심박수가 다시 유의하게 증가했을 뿐만 아니라 SDNN, VLF 및 LF 역시 정상군과 유의한 차이를 보였다. 이상의 결과 를 종합하면 심근경색 동물에 대해 1주일 동안 스트레스를 가한 결과 심박변이율이 감소하고 심실에서의 BNP 발현 은 더욱 증가하여 악화함을 보여주고 있다.

중심단어: 스트레스, 심근경색 모델, 심박변이율, B-type natriuretic peptide