토끼
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(2) cells. These characteristics explain why focal atrial fibrillation was frequently initiated inside pulmonary veins. (Korean Circulation J 2001;31( (1) ):94-106) ) KEY WORDS：Cardiac myocyte in pulmonary vein·Single cell isolation·Spontaneous action potential· Focal atrial fibrillation.. 폐정맥을 이용한 미세전극실험에서 폐정맥내의 원위부. 서. 론. 심근세포의 안정막전압이나 활동전압의 모양이 심방내 의 심근과 다르고, 이 조직에서 심박조율기 전위(pa-. 심방세동은 가장 흔히 접하는 부정맥으로, 연령의 증. cemaker potential)를 관찰하여13) 이 부위가 심장내의. 가에 따라 유병율이 증가하여 65세 이상의 경우 유병. 보조적인 심박동 조절기능(subsidiary pacemaker)을. 율이 5%에 이르며, 뇌경색증의 주요원인 중 하나이. 할 가능성을 제시하였다.. 1)2). 다.. 치료로는 여러 가지 항부정맥 약제가 개발되어. 이상의 연구결과를 검토하면, 사람을 비롯한 여러 동 물에서 폐정맥 내에 심근이 존재하고 이 조직의 자동능. 사용되고 있지만 그 효과가 만족스럽지 않다. 1960년대에 Moe 등이 심방세동의 기전으로 비정상 적인 심방조직 내에 여러 개의 회귀성 파동이 형성되. 이나 triggered activity에 의하여 국소적 심방세동이 발생할 수 있다고 추정된다.. 3). 따라서 본 연구에서는 현재까지 연구된 바가 없는,. 4)5). 이는 그후 많은 실험적 연구에 의하여 증명되었다.. 토끼의 폐정맥내 심근조직으로부터 단일세포를 분리하. 그러나 이는 심방세동의 유지기전으로는 인정되지만 심. 여 이 세포의 안정막전압과 활동전압의 특성을 알아보. 방세동이 시작되는 발생과정은 아직 확실하게 밝혀지지. 고, 자율신경계 신경전달물질인 acetylcholine과 iso-. 않았다.. proterenol에 의한 변화를 관찰하며, 이러한 변화가. 는“multiple wavelet hypothesis” 를 주장하였는데,. 최근 Jais 등이 발작성 심방세동 환자에서 심방세동이 국소 부위의 활성화에 의해 발생할 가능성을 제시한 이. 심방의 심근세포와 비교하여 어떤 차이가 있는지 살펴 보고자 한다.. 래,6) 대부분의 국소적 심방세동(focal atrial fibrillation). 재료 및 방법. 이 심장의 큰 혈관(상대정맥, 폐정맥, 관정맥동)의 입구 부위에서 발생하고, 이를 전극도자절제술에 의해 치료 할 수 있음이 보고되어7)8) 아직은 일부 환자이긴 하지만. 심근 단일세포 분리. 심방세동의 치료에 새로운 지평을 마련하는 계기가 되 었다. 일부에서는 전체 발작성 심방세동의 90%이상이. 폐정맥내 심근세포의 분리. 이러한 국소적 심방세동에 기인한다고 한다(personal. 체중 1.3～1.5 kg의 흰토끼의 귀정맥을 통하여 ke-. communication). 이 질환에서 또 하나의 흥미로운 점. tamine 30 mg/kg과 xylazine 3 mg/kg을 정맥주사하. 은 국소적 심방세동의 94%가 폐정맥에서 시작되고 그. 여 마취시켰다. 흉부를 절개하여 하대정맥을 삽관(cathe-. 8). 중에서도 상폐정맥에서 흔히 시작된다는 점이다.. 1870년대 토끼나 고양이에서 심장의 수축이 없는 상 9). terization)하여 Ca2＋ free 정상 Tyroid 용액과 High K＋-Low Cl-용액을 관류시켜 피를 씻어준 후, 폐와. 태에서 폐정맥의 독자적인 수축을 관찰한 이후, 1966. 심장을 적출하여 실온 하에서 즉시 High K＋-Low Cl-. 년 Nathan 등은 개나 사람의 해부학적인 연구에서 좌. 용액에 담근다. 좌심방이(left atrial appendage)를 절. 심방의 심근이 폐정맥의 안쪽에서도 발견되었으며(my-. 개한 후 좌심방을 통하여, 혹은 폐문(lung hilum) 부분. ocardial sleeve in pulmonary vein),10) 이후 이러한. 에서 가는 관으로 4개의 폐정맥을 삽관하여 주행방향. 폐정맥의 심근에서 활동전압을 발견할 수 있었고 이 활. 을 확인한 후, 실온에서 100% 산소로 포화된 용액 하. 동전압이 좌심방으로부터 혹은 좌심방으로 전도되는 것. 에서 폐정맥을 주위조직으로부터 박리하였다.. 11)12). 을 관찰하였다.. 또한 Cheung 등은 guinea pig의. 박리된 폐정맥 조직을 세포분리용액(cell isolation 95.
(3) solution)에 세척후, collagenase(Wako, 5 mg/cc)와. 전기적 특성 측정. elastase(Sigma, 0.25 μg/cc)를 포함한 세포분리용. 분리된 심방의 심근세포와 폐정맥내의 심근세포를 도. 액 1 ml에 넣어 36℃에서 7분간, 이어 이 용액에 tr-. 립현미경(inverted microscope)에 설치된 실험용기에. ypsin inhibitor(Sigma, 10 mg/cc)를 추가한 후 15분. 옮겨 whole cell patch clamp기법을 이용하여 전기적. 2＋. ＋. 간 더 소화시키고, 조직을 Ca -free high K -low -. 특성을 측정하였다. 유리미세전극은 borosilicate glass. Cl 용액으로 옮겨 스포이드로 agitation시켜 세포를. capillary(Clark, UK)를 이용하여 미세전극 제작기(mi-. 분리하였다.. croelectrode puller, Narishige, Japan)와 microforge(Narishige, Japan)로 만들어서 전극의 저항이 5～ 6 Mohm되는 것을 사용하였다. 전극을 실험용액에 담. 심방의 심근세포 분리 폐정맥내 심근세포의 분리 때와 같은 방법으로 토끼. 근 후 심근세포에 접근하여 giga ohm seal을 만들고. 를 마취, 절개하여 대동맥을 삽관한 뒤, 심장을 떼어내. 전극에 약 50～80 cmH2O의 음압을 주어 whole cell. 어 Langendorff 방법으로 관류시켰다. 36℃ 상태에서. patch clamp 상태를 만들어 실험하였다.14). 100% 산소로 포화시킨 cell isolation 용액으로 회복시 킨 다음 EGTA(ethyleneglycol-bis-(beta-amino-. 활동전압의 기록. ethyl ether) N, N, N’, N.-tetraacetic acid)가 들어. 활동전압의 기록은 current clamp mode를 사용하여. 있는 세포분리용액을 약 5분간 관류시켜 심근내 칼슘을. 기록하였다. 각각의 세포의 안정막전압과 자발적 활동. 씻어 낸 후, collagenase P(Boehringer-Mannheim,. 전압의 발생유무를 확인한 후, 자발적 활동전압이 발생. 35 mg/50 cc)와 protease E(Sigma, 0.04 mg/cc)가. 하는 경우 isoproterenol과 acetylcholine에 의한 영향. 들어있는 효소용액을 12～15분간 관류시켜 심근세포. 을 살펴보았다.. 를 소화시켰다. 소화된 심장으로부터 좌, 우심방이를 절 2＋. ＋. -. Isoproterenol에 대한 반응은 100 nM과 10 nM 두. 단하여 Ca -free high K -Low Cl 용액에서 흔들어. 가지 농도에서 반응을 살펴보았고, acetylcholine의 경. 세포를 분리한 후, 상온에 보관하였다.. 우에는 10 μM, 1 μM, 100 nM, 10 nM, 1 nM에 대 한 반응을 살펴보았다.. 실험 용액 사용되는 용액의 조성은 다음과 같다.. Acetylcholine에 대한 이온전류의 변화. - Ca2＋ free 정상 Tyroid용액(mM)：NaCl 143.5,. Acetylcholine을 관류시켰을 때의 반응이 일어나는 기. KCl 5.4, MgCl2 1, HEPES 10, glucose 11, NaOH 용. 전을 알아보고자, acetylcholine 관류시 이온전류의 변. 액을 이용하여 pH 7.4로 적정.. 화를 관찰하였다. 1 μM의 nifedipine을 이용하여 칼슘 2＋. - Tyroid용액(patch-clamp시 사용) ：Ca ＋＋. free. 전류를 차단한 상태에서, 각 농도의 acetylcholine을. 2 mM.. 관류시키면서 -110 mV에서 0 혹은 40 mV까지 10. - 세포분리용액(mM)：NaCl 145, KCl 5, MgCl2 3,. mV 단위로 500 msec 동안의 step pulse를 주었을. HEPES 10, taurine 20, glucose 11, NaOH 용액을 이. 때의 이온전류 변화를 기록하였다. 각각의 이온전류의. 용하여 pH 7.4로 적정.. 크기는 세포막 capacitance 값으로 나누어 전류-전압. 정상 Tyroid용액＋Ca. ＋. -. ＋. - High K -Low Cl 용액(mM)：K -glutamate. 관계곡선을 그려 분석하였다.. 105, KCl 40, MgCl2 1, EGTA 5, HEPES 5, glucose 11, taurine 20, KH2PO4 10, KOH 용액을 이용하여 pH 7.2로 적정.. 데이터 저장 및 분석 실험 데이터는 pCLAMP 6.0 software(Axon Ins-. - 유리전극 용액(mM)：KCl 140, HEPES 20, Mg. trument, USA)를 이용하여 전기적인 신호를 저장하였. ATP 5, EGTA 0.1, KOH 용액을 이용하여 pH 7.2로. 다가 컴퓨터로 처리 분석하였다. 자료값은 평균±표준편. 적정.. 차로 표시하였고, 그림에서는 평균±표준오차(standard error of mean)로 표시하였다.. 96. Korean Circulation J 2001;31(1):94-106.
(4) 다는 상측 폐정맥이 더 크고, 정맥 내로의 심근조직 연. 결. 과. 장도 더 뚜렷하였다. 상측 폐정맥의 경우 심근조직은 폐 정맥 내로 1～2.5 mm 정도까지 관찰되었다(Fig. 1).. 폐정맥내 심근세포의 조직학적 특성. 분리된 폐정맥내 심근세포는 심방세포와 마찬가지로 뚜. 혈관이 작아 적절한 종축절개가 불가능하였던 폐정. 렷한 횡문이 있었고, 두 세포의 모양은 거의 비슷하였. 맥을 제외하고 대개의 폐정맥에서 심방의 심근이 폐정. 으나 폐정맥내 심근세포가 심방세포에 비하여 횡축에. 맥과의 접합부에서 뚜렷하게 층이 얇아진 후 한층 혹은. 비해 종축이 조금 더 길었다(Fig. 2). 분리된 폐정맥내. 2～3개 층의 심근조직이 폐정맥의 안쪽으로 연장되어. 심근세포에서 Tyroid 용액을 관류하는 동안 자발적 수. 있는 것을 관찰할 수 있었다. 기술적으로 심방과 혈관. 축은 관찰되지 않았다.. 이 이어지는 접합부를 포함하여 혈관방향과 평행하게 절개하기가 어려워, 폐정맥내 심근조직의 연장길이를 정. 폐정맥내 심근세포의 전기생리학적 특성. 확하게 분석하기는 어려웠지만 대부분 하측 폐정맥보 자발적 활동전압의 형성 단일세포로 분리한 후, 심방의 심근세포와 폐정맥내의 심근세포를 current clamp mode를 사용하여 활동전압 을 기록하였다. 65마리의 토끼에서 분리하여 세포막상 태가 양호하고 성공적인 patch clamp가 가능하였던 폐 정맥내의 심근세포 108개 중 82개(76%)의 세포 에서 자발적 활동전압(spontaneous action potential)을 관 찰할 수 있었다. 최대 이완기전압은 -50.5±6.5 mV (-45～-60 mV)이었고, 뚜렷한 자발적 탈분극기를보 였으며, 자발적 활동전압의 빈도는 1～2.5 Hz이었다. 활동전압의 최대전압은 32.5±9.5 mV이었다(Fig. 3). Fig. 1. The junction area between left atrium and pulmonary vein. The thickness of atrial myocardium was tapered (arrow) to two or three layers of myocardial cells, which extended over the pulmonary vein (myocardial sleeve). In this case, the length of myocardial sleeve was 2 mm (H & E, ×40).. A. 이와는 대조적으로 심방의 심근세포에서는 5마리 토 끼의 20개의 심근세포에서 지속적인 자발적 활동전압 은 전혀 기록되지 않았고, 단지 1개의 세포에서만 10 ～20초마다 활동전압이 드물게 1～2개씩 관찰되었다.. B. Fig. 2. The morphology of myocardial cell in pulmonary vein (A) and in atrium (B). Both myocytes show prominent striations and pulmonary myocyte is more slender than atrial myocyte (×200).. 97.
(5) Fig. 3. Spontaneous action potentials of single cardiac myocytes in pulmonary vein. Pacemaking depolarization was prominent between action potentials. The peak potential was 38 mV, the maximal diastolic potential was -60 mV and the frequency of spontaneous action potential was about 2 Hz.. 자발적 활동전압에 대한 acetylcholine의 영향 폐정맥내 심근세포에서의 acetylcholine의 영향 Acetylcholine이 들어 있는 용액을 관류하였을 때, 활 동전압의 발생이 억제되었다. 이때 세포막전압은 80%. Fig. 4. The effect of acetylcholine on spontaneous action potential of pulmonary vein myocyte. Low concentration of acetylcholine (ACh, 10 nM) caused hyperpolarization and inhibited the spontaneous activity. Spontaneous activity rapidly recovered after washout of acetylcholine.. 정도의 경우에서 과분극되는 것을 관찰할 수 있었고, 이 러한 acetylcholine에 의한 효과는 10 nM의 낮은 농. 여 후의 전류와 기저전류의 차이로 acetylcholine에 의. 도에서도 항상 관찰되었고(Fig. 4), 심지어는 1～2 nM. 해 활성화된 전류만을 살펴보았을 때, 역전전압은 약. 의 매우 낮은 농도에서도 활동전압 발생이 억제 되는. -90 mV 근처였으며 inward rectification을 보였다. 것을 관찰할 수 있었다. Acetylcholine 효과는 acety-. (Fig. 6). 이로 볼 때 acetylcholine 활성화 potassium. lcholine을 씻어주면 곧 사라져 원래의 활동전압 모양. 전류(IK(ACh))가 활성화된 것으로 생각된다.. 을 회복하였다. Acetylcholine을 씻어준 후에는 일반적으로 용액관 류 전보다 활동전압의 발생빈도가 증가하였다.. 심방세포와 폐정맥내 심근세포에서 관찰된 acetylcholine 영향의 비교. 1 μM의 nifedipine을 이용하여 칼슘전류를 차단한. 심방세포의 경우, 기저상태에서 -90～-110 mV의. 상태에서, -110 mV에서 0 혹은 40 mV까지의 step. pulse를 주었을 때 내향전류의 크기가 폐정맥내 심근. pulse를 주었을 때, 기저전류(baseline current)에서. 세포에 비하여 훨씬 컸고, acetylcholine 투여 시 내향. 내향전류는 time-independent 전류만이 기록되었으며,. 전류의 뚜렷한 변화는 100 nM 이상에서 관찰할 수 있. If 전류 형태의 전류활성화는 관찰되지 않았다. Acety-. 었다(Fig. 7).. lcholine을 가하였을 때, -100 mV 이상의 step pulse. 여러 농도의 acetylcholine을 투여한 후, acetylch-. 에 의해 time-dependent 전류의 활성화가 관찰되었. oline 투여 후의 전류와 기저전류의 차이로 acetylcholine. 다(Fig. 5). 전류-전압 관계곡선 상에서는 역전전압. 에 의해 활성화된 전류만을 구하였다. 각 전압에서의. (reversal potential)은 -30 mV에서 기록되었고 전체. 전류 값을 세포막 capacitance로 나눈 뒤, 전류-전압. 적으로 직선형태를 보였다. Acetylcholine을 가하였을. 관계곡선을 구하였다. 폐정맥내 심근세포에 비하여 심. 때는 -90 mV 이하에서는 내향전류의 증가가, 그 이상. 방세포는 기저상태의 전류활성화가 크고, acetylcholine. 에서는 외향전류의 증가가 나타났다. Acetylcholine 투. 에 의해 활성화되는 전류의 전체적인 변화양상은 비슷. 98. Korean Circulation J 2001;31(1):94-106.
(6) Fig. 5. The effect of acetylcholine on the current activation by applying step pulse from -110 mV to 40 mV in pulmonary vein myocyte. The increase of inward current between -80 - -110 mV was prominent after acetylcholine perfusion (ACh, 10 nM).. Fig. 6. The current-voltage relationships before and after acetylcholine perfusion in pulmonary vein myocyte, ■：control, ●：10 nM acetylcholine, ▲ ： acetylcholine activated current (■-●).. 하였다(Fig. 8) -110 mV에서 acetylcholine에 의해. 자발적 활동전압에 대한 isoproterenol의 영향. 활성화되는 전류의 변화량은 심방세포의 경우, 100 nM. Isoproterenol 용액 관류시 자발적 활동전압의 반응. 이상에서는 반응이 포화되어 폐정맥내 심근세포에 비. 은 세포마다 상이하였다. 자발적 활동전압이 거의 억제. 하여 작았다(Fig. 9). 두 세포의 acetylcholine에 대한. 되는 경우도 있었고, 활동전압의 발생이 일시적으로 억. 농도-반응 곡선을 도식화하여 보면, 폐정맥내 심근세포. 제되었다가 증가되는 경우, 처음부터 활동전압 발생이 증. 가 심방세포에 비해 acetylcholine에 대한 EC50(50%. 가하는 등 다양한 반응을 보였다(Fig. 11). 100 nM과. effective concentration)값이 크다는 것을 알 수 있었. 10 nM 두 가지 농도의 isoproterenol을 관류시켰는데,. 다(Fig. 10).. 반응양상의 뚜렷한 차이점은 없었다. Isoproterenol 주 입시 최대이완기 전압은 큰 차이를 보이지 않았다. 99.
(7) 하여 실험한 첫 보고이고, 이 세포 자체가 동결절과 같. 고. 찰. 은 자동능을 갖고 있으므로 보조적인 심박동 조절기능 및 이소성 심방빈맥의 원인으로서의 역할을 할 가능성 을 제시하였다.. 본 연구에서는 토끼의 폐정맥내 심근세포의 단일세 포 분리에 성공하였고, patch clamp 기법으로 이 세포. 국소적 심방세동의 발생과 폐정맥. 의 자발적 활동전압을 기록하였으며 이러한 자발적 활 동전압이 저농도의 acetylcholine에 의해 억제됨을 관. 심방세동은 매우 흔한 부정맥으로서, 고령이 되면서. 찰하였다. 이는 폐정맥내 심근조직의 단일세포를 분리. 유병율이 높아지고 색전증(thromboembolism), 심부전,. A. B Fig. 7. The effect of acetylcholine on the current in atrial myocyte (A). No prominent change was observed with acetylcholine 10 nM (B). Inward current increased after perfusion with acetylcholine 100 nM.. 100. Korean Circulation J 2001;31(1):94-106.
(8) A. Fig. 8. The change of current-voltage relationships of acetylcholine activated current by various acetylcholine concentration in pulmonary vein myocyte (A) and atrial myocyte (B). The acetylcholine activated current was normalized by the cell capacitance (○：basal, ●：1 nM ACh-basal, ▲：10 nM ACh-basal, ▼：100 nM ACh-basal, ◆：1 μM ACh-basal, ■：10 μM ACh-basal).. B 호흡곤란, 심계항진 등을 유발하므로 임상적으로 매우. 가 많고, 빠른 속도로 활성화되며, 이것이 심방에 전달. 중요한 질환이나 이에 대한 근원적 치료가 어렵다. 심. 되어 심방세동을 유발한다는 점이다.8). 방세동은 비정상적인 심방내에 여러 개의 회귀성파동. 임상적으로는 이러한 국소적 심방세동환자를 정확히. (multiple reentry wavelets)의 형성에 의해 발생, 유. 진단하는 것이 아주 중요한데, 이 경우 아직은 재발율. 3-5). 지됨이 많은 실험적 연구에 의하여 증명되었으나,. 이 높기는 하지만, 전극도자절제술을 이용하여 완치가. 최근 발작성 심방세동 환자 중 일부에서는 국소적인 활. 가능하기 때문이다.. 성화가 원인이 되어 심방세동이 발생된다고 보고되었 다.6) 이후 Haissaguerre 등은 45명의 발작성 심방세동. 폐정맥내의 심근조직. 환자에서 69개의 심방내 이소박동장소(ectopic focus). 1870년대 토끼나 고양이에서 심장의 수축을 완전히. 를 찾아내어 38명의 환자에서 성공적인 전극도자절제. 정지시킨 상태에서 폐정맥의 독자적인 수축을 관찰하였. 술(catheter ablation)을 시행하였다.8) 그런데 이러한. 고,9) 이후 폐정맥 안쪽에서 심근조직을 발견하였다.10)12). 이소박동이 90%이상에서 폐정맥부위에서 발생함이 밝 혀져 이 부위에 대한 관심이 높아졌다. 특히 폐정맥 중. 발생학적 측면. 에서도 상측 폐정맥이 호발부위였다. 폐정맥 내에서 발. 심방과 정맥의 경계부위에서 정맥 내로 심근이 연장. 생하는 이소박동의 특징은 혈관 속에서 시작되는 경우. 되어 있는 형태는 어떻게 만들어졌을까? 이의 설명은 101.
(9) 심방과 정맥의 발생학적 측면과 연관이 있다. 심방은 발 생학적으로 두 가지 기관에서 기원하는데 cardiac tube 의 심방부분이 하나이고 다른 하나는 venous sinus와 최초의 단일 폐정맥이다. 발생과정에서 venous sinus 와 단일 폐정맥은 각각 우심방과 좌심방 벽과 합쳐지게 된다. 심실의 심근과 마찬가지로 심방의 심근 역시 epimyocardial mantle로부터 발생하는데 이와 대조적으 로 정맥발생(venous origin)의 심방 벽은 초기에는 심 근이 없다가 후기에 심근조직이 생성된다. 그러나 이 Fig. 9. The comparison of capacitance-corrected acetylcholine activated current at -110 mV between pulmonary vein myocyte (PV myocyte) and atrial myocyte. The change of acetylcholine activated current was greater in pulmonary vein myocyte than atrial myocyte at acetylcholine concentration over 100 nM.. 과정에 대한 발생학적 측면에서의 자세한 과정은 아직 확실하지 않다. 정맥 벽의 중배엽성 조직(mesodermal tissue)이 분화되어 생성될 수도 있고 epimyocardial mantle의 근섬유가 자라 들어와 만들 수도 있다. 하지 만 결국 폐정맥에 의해 심방 벽이 형성되고 후에 이 부 위가 근육화되는 과정에서 정맥 내에까지 심근이 분포 하게 될 가능성이 높다.15) 폐정맥내 심근세포의 역할 폐정맥내의 심근조직의 역할에 대해서는 확실한 설 명은 어려우나 최근 국소적 심방세동의 원인부위로 주 목받기 전까지는 3가지 정도의 가능성을 생각해 볼 수 있었다.10) 우선 다른 정맥에서도 흔히 발견할 수 있는 throttle valve의 역할로, 이 조직이 괄약근으로 작용하. Fig. 10. The comparison of dose-response relationships between pulmonary vein myocyte and atrial myocyte.. A. B. 여 심장의 수축기시 심방으로부터 폐정맥으로의 피의 역류를 예방하는 기능이다.16) 실제로 사람에서 심장 수. C. Fig. 11. The variable effects of isoproterenol on the spontaneous action potential of pulmonary vein myocyte. Addition of isoproterenol (Iso). A：Accelerated spontaneous activity (100 nM) and B：Initially reduced and later increased spontaneous activity (100 nM), C：Inhibited spontaneous activity (10 nM).. 102. Korean Circulation J 2001;31(1):94-106.
(10) 축기시 심방-정맥 접합부의 수축을 방사선적으로 관찰 17). 정맥의 원위부 세포는 근위부 세포와 차이를 보였는데,. 개에서도 폐정맥압이 6～7 mmHg. 비활동성 조직(quiescent preparation)에서 안정막전. 이하로 감소될 때 심방-정맥 접합부의 폐쇄가 관찰되. 압은 근위부 세포는 71 mV인 반면, 원위부 세포는 66. 었다.18) 두 번째의 가능한 역할은 심장이완기때 이 횡. mV이었고, 원위부 세포의 활동전압 파형이 더 작고 지. 문근이 혈액의 좌심방 충만을 용이하게 만드는 것이다.. 속시간도 짧았다. 자발적 활동성 조직(spontaneously. 쥐에서 폐 바깥쪽 폐정맥의 수축이 관찰되는데, 이 때. active preparation)에서는 심박조율기 전위가 주로 원. 수축의 순서는 정맥, 심방, 심실 순으로 수축되었다.19). 위부 세포에서 관찰되었고, 이러한 자동능은 신경자극에. 세 번째는 폐정맥압과 정맥내의 혈류를 유지하는 역할. 의해 영향을 받았으며, 폐정맥 자체의 이러한 자동능은. 이다. 폐정맥의 폐외부분의 압력-혈류 관계는 개에서. 정상 상태에서는 동결절의 활동성에 의해 지배됨을 관. 한 보고도 있고,. 20). 연구된 바 있는데,. 폐정맥내의 혈류 증가는 폐정맥압. 찰하였다. Cheung 등은 그 후, 이 조직에 digitalis를 가하였을 때 이러한 자발적 활동전압의 발생이 증가함. 의 상승 및 저항의 감소와 연관이 있었다. 또한 폐정맥의 연축(spasm)은 여러 가지 원인(저산. 을 관찰하여 digitalis 유발성 부정맥에서 이소성 심방. 소증, 증기흡입, 내분비독소(endotoxin), serotonin, hi-. 빈맥의 원인으로서의 폐정맥의 역할에 대하여 시사하. stamine, epinephrine, norepinephrine, acetylcholine,. 였다.27). 고삼투압 용액 등)에 의해 유발됨이 밝혀졌는데,21-23) 이러한 연축의 원인으로서 폐정맥의 횡문근과 평활근 의 역할에 대해서는 아직 알려져 있지 않다.. 폐정맥의 심근 단일세포에서의 자발적 활동전압 Cheung등의 실험에서 폐정맥의 심근세포가 조직표 본에서 자동능을 보였는데, 그 기전을 두 가지로 생각 해 볼 수 있다. 첫째는 폐정맥내 심근세포와 심방의 심. 상측 폐정맥과 하측 폐정맥의 차이 심방의 상측 폐정맥, 하측 폐정맥과의 접합부는 구조. 근세포간, 혹은 폐정맥내 심근세포와 평활근 세포간에. 적으로 차이가 있는데, 사람에서 상측 폐정맥 사이의. 안정막전압이 달라 이로 인해 자발적 활동전압이 발생. 심방조직이 하측에 비해 더 두껍고, 폐정맥내의 심근조. 할 가능성이고, 다른 하나는 폐정맥내 심근세포 자체가. 직도 상측 폐정맥이 더 발달되어 있다.10) 이러한 구조. 동결절이나 Purkinje 세포와 같이 자동능을 갖고 있을. 적인 차이가 국소성 심방세동이 상측 폐정맥에서 훨씬. 가능성이다. 본 실험에서는 폐정맥의 심근 단일세포를. 많이 발생하는 이유일 것이다. 생리학적으로는 정상인. 이용하여 자발적 활동전압을 기록함으로써 심근세포. 에서 폐의 하엽을 통한 혈류가 상엽에 비해 많은데, 승. 자체의 특성에 의한 자동능임을 보여주었다. 또한 이. 24). 모판 협착의 경우 상엽을 통한 혈류가 더 많아지고,. 심근세포의 자동능이 정상상태에서는 동결절의 활동성. 폐정맥 고혈압은 주로 상측 폐정맥에 발생되는데,25) 이. 에 의해 억제되다가 특수한 환경에서 이 조직의 자발적. 러한 현상 역시 폐정맥내의 심근조직의 발달정도가 상. 활동전압의 생성이 동결절의 것보다 빨라진다면 심방. 이한 구조적 차이와 연관이 있을 것으로 생각된다.. 성빈맥이나 국소성 심방세동을 일으킬 가능성이 있다 고 생각된다.. 폐정맥내 심근조직에서의 자발적 활동전압의 기록 폐정맥 내에 있는 심근조직이 흥분이 가능하며 심방. Acetylcholine에 대한 반응. 의 심근조직과 유사성이 많다는 것이 보고되었고,26) 개. 폐정맥 내 자발적 활동전압은 acetylcholine에 의해. 와 사람에서 세포외 기록으로 심방의 흥분파가 폐정맥. 억제됨을 보였는데, 10 nM 정도의 낮은 농도에서 자발. 으로 전도됨이 밝혀졌다.11) 1980년대에 Cheung 등은. 적 활동전압의 발생이 없어지는 것을 관찰할 수 있었다.. guinea pig의 심방-폐정맥 조직을 이용한 연구에서 세. 보통 세포에서 acetylcholine의 효과를 알아보는 대부. 포내 미세전극법으로 폐정맥의 심근조직에서 자발적. 분의 실험은 10-7 M(100 nM) 이상의 농도에서 행하. 활동전압을 기록하였다.13) 이 조직에 전기자극을 주었. 여지지만, 동결절 세포의 속도저하는 이보다 10～50배. 을 때 활동전압은 all-or-none 반응을 보였고, 이 활. 나 낮은 농도에서도 관찰되며, 10-8 M의 acetylch-. 동전압은 주위의 평활근 세포로는 전도되지 않았다. 폐. oline에 의한 단일 동결절세포의 자발적 활동전압의 발 103.
(11) 생빈도가 15～75%까지 감소하나,28-29) 활동전압의 완. enol에 의한 심방세동의 유발을 이 소견만으로는 직접. 전한 억제는 대개 acetylcholine 농도 100 nM 이상에. 적으로 설명할 수 없으나, 폐정맥 내에서 심근 단일세. 서 관찰된다. Breitwieser 등은 bullfrog 심방세포를 이. 포가 아닌 조직에서의 반응은 다를 수 있음을 배제할. 용한 실험에서 IK(ACh)의 활성화가 acetylcholine 10-8. 수는 없다.. 30). M에서도 가능하다고 보고하였지만,. voltage clamp. 하에서 동결절세포의 경우 IK(ACh)의 활성화는 acetylcholine의 농도가 >5×10-8 M일 때 가능한 것으로 28)31). 알려져 있다.. 임상적 의의 및 향후 연구방향 본 연구에서 관찰된 폐정맥내 심근세포의 자발적인. DiFrancesco 등은 acetylcholine에. 활동전압은 동결절과 Purkinje세포 외에서 발견된 심. 의한 If의 억제가 5 nM 정도의 낮은 농도에서도 관찰. 박조율 장소라는데 의의가 있고, 또한 이것이 좌심방에. 되고 이러한 효과가 낮은 농도에서의 활동전압의 속도. 서 기인하는 심방기외수축, 심방성빈맥이나 국소적 심. 31). 감소에 일부 관여한다고 보고하였다.. 본 연구에서 1. ～2 nM 정도에서도 활동전압이 억제되는 경우가 관찰. 방세동의 기전을 연구하는데 도움이 된다는 점에서 중 요한 의미를 갖는다.. 되어 혹시 If의 억제가 주요 기전일 가능성이 있다고 생. 향후 이 부분의 자발적 활동전압 발생에 관여되는 전. 각하였으나 step pulse로 실험하였을 때 acetylcholine. 류의 특성을 밝히고 여러 가지 약물에 대한 반응을 연. 투여 전의 이온전류 모양에서 If 전류 활성화는 관찰되. 구함으로써 이 부위에서 발생하는 심방세동의 치료에. 지 않았고, acetylcholine 투여 후 활성화되는 전류 모. 기여할 수 있을 것으로 생각된다.. 양이 IK(ACh)의 활성화를 시사하였다. 이로 볼 때, 폐정. 요. 맥내 심근세포의 경우 acetylcholine에 의한 자발적 활. 약. 동전압의 억제가 IK(ACh)의 활성화에 의한 것으로 생각 된다.. 연구배경 및 목적： 흔한 부정맥인 심방세동은 높은 유병율에도 불구하. 심방세포와 폐정맥내 심근세포에서 acetylcholine 영향의 비교. 고 뚜렷한 치료방법이 없었으나, 최근 발작성 심방세동. 기저상태에서 폐정맥 내 세포의 경우 심방세포에 비. 의 상당부분이 국소적 심방세동이고, 국소적인 전극도. 하여 상대적으로 전류활성화 정도가 작았다. Acetyl-. 자절제술로 이 질환의 치료가 가능함이 밝혀져 주목받. choline에 의해 활성화되는 내향전류 크기변화를 -110. 고 있다. 이러한 국소적 심방세동의 가장 흔한 호발부. mV에서 비교하였을 때, 10 nM 이하에서는 두 세포간. 위는 폐정맥의 내측 부위이다. 본 연구에서는 토끼의. 에 큰 차이를 보이지 않았고, 100 nM 이상에서는 폐정. 폐정맥내 심근세포를 단일세포로 분리하여 안정막전압. 맥 내 세포에서 심방세포에 비해 전류의 변화가 큰 것. 과 활동전압의 특성을 알아보고, 자율신경계 신경전달. 을 관찰할 수 있었다(Fig. 10). 본 연구에서와 같이 10. 물질인 acetylcholine과 isoproterenol에 의한 변화를. nM 이하의 낮은 acetylcholine 농도에서도 폐정맥내. 관찰하였으며, 이러한 변화가 심방의 심근세포와 차이. 심근세포의 활동전압이 억제되는 것은, Fig. 9에서 관찰. 가 있는지 살펴보았다.. 할 수 있듯이 최대 이완기전압인 -50 mV 부근에서. 방 법：. 10 nM 이하의 acetylcholine 농도에 의해서도 활성화. 65마리의 흰토끼를 마취시켜 흉부를 절개하여 심장. 되는 외향전류 때문일 것으로 생각된다.. 으로부터 심방이와 폐정맥의 근위부를 박리, 소화시켜 심방세포와 폐정맥내 심근세포의 단일세포를 얻은 후,. Isoproterenol에 대한 반응 폐정맥에서 국소성 심방세동의 유발은 주로 이 부위. patch clamp 기법을 이용하여 활동전압을 기록하고, acetylcholine에 의한 활동전압과 이온전류의 변화를. 의 심방기외수축이 원인이고 이를 가장 흔히 유발하는. 살펴보았다.. 인자가 isoproterenol이기 때문에,32) 본 연구에서는 자. 결 론：. 발적 활동전압이 안정적으로 생길 때 isoproterenol을. 대부분의 페정맥에서 심근조직이 폐정맥의 안쪽으로. 관류시켜 보았는데, 결과가 일관성이 없어 isoproter-. 1～2.5 mm정도 연장되어 있는 것을 관찰할 수 있었다.. 104. Korean Circulation J 2001;31(1):94-106.
(12) 분리된 심방의 심근세포와 폐정맥내의 심근세포를 current clamp mode를 사용하여 활동전압을 기록한 결 과, 심방의 심근세포에서는 자발적 활동전압이 전혀 기. 3). 록되지 않는 반면, 폐정맥내의 심근세포에서는 76%의. 4). 세포에서 자발적 활동전압을 관찰할 수 있었다. 최대 이완기전압은 -50.5±6.5 mV(-45～-60 mV)이었 고 뚜렷한 자동능을 보였으며, 자발적 활동전압의 빈도 는 1～2.5 Hz이었다. 활동전압의 최대전압은 32.5±. 5). 9.5 mV이었다. Acetylcholine이 들어 있는 용액을 관류하였을 때, 폐정맥내 심근세포의 세포막전압은 과분극되어 활동전 압의 발생이 억제되었다. 이러한 acetylcholine에 의한. 6). 효과는 10 nM의 낮은 농도에서도 항상 관찰되었는데, Acetylcholine 투여 전후의 이온전류의 변화를 분석한. 7). 결과 IK(ACh)의 활성화가 그 기전으로 추측된다. 심방세 포와 비교하였을 때, 기저상태의 전류활성화가 심방세 포보다 작고, acetylcholine에 의한 전류크기 변화는. 8). 상대적으로 컸다. Isoproterenol 용액관류시 자발적 활 동전압의 반응은 세포마다 상이하여, 자발적 활동전압의 발생이 거의 억제되는 경우도 있었고, 활동전압 발생이 일시적으로 억제되었다가 증가되는 경우, 처음부터 활 동전압 발생이 증가되는 등 다양한 반응을 보였다.. 결 론： 본 연구에서는 폐정맥내 심근조직의 단일세포를 성 공적으로 분리하였고, 이를 이용해 폐정맥내 심근세포 가 동결절과 Purkinje세포와 같이 자동능을 보이는 하 나의 심박조율 장소라는 것을 밝혔으며, 이러한 특성이. 9) 10) 11) 12) 13). 심방기외수축, 심방성빈맥이나 국소적 심방세동의 원인 으로 작용할 수 있음을 시사하였다.. 14). 중심 단어 ：국소적 심방세동・폐정맥내 심근조직・단 일세포 분리・자발적 활동전압.. 15). 본 논문은 아산생명과학 연구소 연구비 지원에 의하여 이루 어 졌음(과제번호：2000-174, 2000-232).. 16). REFERENCES. 17). 1) Kopecky SL, Gersh BJ, McGoon MD, Whisnant JP, Holmes DR Jr, Ilstrup DM, et al. The natural history of lone atrial fibrillation: A population-based study over three decades. N Engl J Med 1987;317: 669-74. 2) Prystowsky EN, Benson DW Jr, Fuster V, Hart RG, Kay GN, Myerburg RJ, et al. Management of patients with atrial fibrillation: A statement for healthcare professio-. 18) 19). nals: From the Subcommittee on Electrocardiography and Electrophysiology, American Heart Association. Circulation 1996;93:1262-77. Moe GK, Rheinboldt WC, Abildskov JA. A computer model of atrial fibrillation. Am Heart J 1964;67:200-20. Allessie MA, Lammers WJEP, Bonke FIM, Hollen SJ. Experimental evaluation of Moe’s multiple wavelet hypothesis of atrial fibrillation. In: Zipes DP, Jalife J, editors. Cardiac Electrophysiology and Arrhythmias. Grune & Stratton, New York;1985. p.265-75. Cox JL, Canzvan TE, Schuessler RB, Cain ME, Lindsay BD, Stone C, et al. The surgical treatment of atrial fibrillation Ⅱ: Intraoperative electrophysiologic mapping and description of the electrophysiologic basis of atrial flutter and fibrillation. J Thorac Cardiovascular Surg 1991;101: 406-26. J ais P, Haissaguerre M, Shah DC, Chouairi S, Clementy J. Regional disparities of endocardial atrial activation in paroxysmal atrial fibrillation. Pacing Clin Electrophysiol 1996;19:1998-2003. Jais P, Haissaguerre M, Shah DC, Chouairi S, Gencel L, Hocini M, et al. A focal source of atrial fibrillation treated by discrete radiofrequency ablation. Circulation 1997;95:572-6. Haissaguerre M, Jais P, Shah DC, Takahashi A, Hocini M, Quiniou G, et al. Spontaneous initiation of atrial fibrillation by ectopic beats originating in the pulmonary veins. N Engl J Med 1998;339: 659-66. Brunton TL, Fayber J. Note on independent pulsation of pulmonary veins and vena cava. Proc Roy Soc London 1876;25:174-6. Nathan H, Eliakim M. The junction between the left atrium and the pulmonary veins: An anatomic study of human hearts. Circulation 1966;34:412-22. Spach MS, Barr RC, Jewett PH. Spread of excitation from the atrium into thoracic veins in human beings and dogs. Am J Cardiol 1972;30:844-54. Z ipes DP, Knope RF. Electrical properties of thoracic veins. Am J Cardiol 1972;29:372-6. Cheung DW. Electrical activity of the pulmonary vein and its interaction with the right atrium in the guineapig. J Physiol 1980;314:445-56. Hamill OP, Marty A, Neher E, Sackmann B, Sigworth J. Improved patchclamp techniques for high-resolution current recording from cells and cell-free membrane patch. Pflugers Arch 1981;391:85-100. Loss JA. Development of the pulmonary veins and the coronary sinus in the human embrio. Doctoral Thesis, University of Leyden;1958. Burch, GE, Roney RB. Functional anatomy and“throttle valve”action of the pulmonary veins. Am Heart J 1954; 47:58. Kjellberg SR, Olson SE. Roentgenological studies of the sphincter mechanism of the caval and pulmonary veins. Acta Radiol (Stockholm) 1950;41:481. Little RC. Volume pressure relationships of the Pulmonaryleft heart vascular segment : Evidence of a valve-like closure of the pulmonary vein. Circ Res 1960;8:594. Hooker CW, Mcallister HA Jr, Ellis FW. Active contractions of the large thoracic veins in certain mammals. Anat Rec 1964;148:292.. 105.
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