운동성 충혈과 근원성 수축을 조절하는 동맥평활근 포타슘이온통로 연구

Abstract

혈관평활근 세포막 포타슘통로는 안정막전압을 결정하고 재분극과 이완을 일으킨다. 특히 내향정류성 포타슘통로 (Kir)는 동맥 주변 세포외 간질액의 K+ 농도 ([K+]e)의 생리적 증가 (4 - 15 mM)에 따라 활성화되며, 혈관이완을 일으킨다 (K+-induced vasodilation). 이는 흥분성 조직 (근육, 뇌신경)의 활동전압 빈도가 높아지는 조건에 해당하며, 골격근의 운동성 충혈반응 (exercise hyperemia)기전 중 하나이다. 혈관평활근 수축을 일으키는 탈분극과 세포 내 칼슘 ([Ca2+]i) 증가는 막전압의존성 포타슘통로 (Kv)와 칼슘-의존성 포타슘통로 (BKCa)를 활성화시키는데, 이들은 재분극과 과도한 수축방지에 중요하다. 1부 연구에서는, 설치류용 트레드밀을 사용하여 2주간 달리기 운동훈련을 실시하였다. 백서의 골격근동맥과 뇌동맥평활근에서 Kir 전류와 Kv 전류가 모두 두 배 증가하였다. 골격근동맥의 K+-induced vasodilation 은 증가하였지만 뇌동맥의 K+-induced vasodilation 은 증가하지 않았다. 골격근동맥과 달리 뇌동맥평활근은 비선택성양이온통로 (NSC)를 통한 내향성 Na+ 전류가 Kir 전류와 함께 증가되었으며, 이에 의한 탈분극경향 증가 때문에 이완현상의 강화가 나타나지 않았을 것이다. 한편 장간막동맥에서는 운동훈련으로 인한 K+ 전류 강화현상이 보이지 않았다. 골격근동맥에서 Kir 전류와 K+-induced vasodilation 의 증가는 운동훈련에 따른 혈관평활근 자체의 기능적 적응으로 인해 혈류가 개선될 수 있음을 시사한다. 2부 연구에서는, 고혈압모델 백서의 혈관평활근 포타슘통로 변화와 운동훈련의 효과를 분석하였다. 안지오텐신II-유발 고혈압모델 백서 에서 골격근동맥과 뇌동맥 평활근세포의 Kir 전류 및Kv 전류는 약 50% 감소하였지만, 2주간 운동훈련을 병행하면 대조군보다 더 큰 전류로 회복되었다. K+-induced vasodilation 또한 고혈압모델에서 감소되었는데, 운동훈련을 병행하더라도 골격근동맥의 K+-induced vasodilation만 회복되었다. 고혈압모델 뇌동맥평활근세포는 K+ 전류변화 외에도 NSC 전류가 증가하였고, 운동훈련은 이를 더욱 강화시켰다. 골격근동맥평활근 NSC 전류는 고혈압과 운동훈련병행 군에서 모두 감소하였다. 운동훈련에 의한 K+ 전류 회복은 말초동맥 저항 감소에 기여하고 이로 인해 고혈압에 대한 혈압 완화 효과를 나타낼 것이다. 뇌동맥평활근에서 관찰한 NSC 전류 증가현상은 고혈압과 운동훈련 상황에서도 일정한 뇌혈류를 유지하기 위한 적응으로 해석된다. 말초동맥 내압 증감은 혈관평활근 세포막전압 탈분극과 [Ca2+]i 평활근세포 내 칼슘농도를 증가시켜 혈관수축을 일으킨다. 이를 근원성 수축반응이라고 하며 일정한 국소 혈류 유지에 중요하다. 혈관평활근세포에 존재하는 BKCa은 과도한 근원성수축을 제한하는 포타슘통로이다. 뇌와 신장동맥은 여러 장기 동맥 가운데 근원성수축이 잘 나타나는 반면 장간막동맥은 유난히 약하다. 따라서 3부 연구에서는, 뇌동맥과 장간막동맥 평활근세포의 BKCa 활성도 차이를 분석하였다. 근원성 수축반응의 차이와 반대로, 장간막평활근세포의 막전압의존성 Ca2+ 전류와 NSC 전류는 모두 뇌동맥평활근의 전류들보다 유의하게 컸다. 하지만 BKCa 활성화에 따른 일과성외향전류 (spontaneous transient outward currents, STOCs)의 빈도가 장간막동맥평활근에서 더 높았다. 흥미롭게도 장간막동맥 BKCa은 단일이온전도도 (unitary conductance)와 Ca2+ sensitivity 도 뇌동맥의 BKCa보다 더 높았다. BKCa억제제인 iberiotoxin은 장간막동맥의 근원성수축을 뚜렷이 강화시켰다. Kv 전류도 뇌동맥보다 장간막동맥 평활근세포에서 더 컸다. 하지만 Kv 억제제 (4-aminopyridine)는 장간막동맥의 근원성수축 강화효과가 없었다. 따라서 장간막동맥에서 상대적으로 높은 BKCa 활성으로 인해 근원성 수축반응의 크키가 작음을 알 수 있다.