백서의 일과성 전뇌허혈 모델에서 sevoflurane postconditioning과 celecoxib의 신경보호 효과

Abstract

배경: 흡입마취제의 preconditioning은 뇌허혈에 대해, cyclooxygenase-2 억제제는 뇌출혈, 부종 등에 대해 신경보호 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 백서의 일과성 전뇌허혈 모델에서 흡입마취제의 postconditioning과 cyclooxygenase-2 억제제가 뇌허혈에 대해 각각 신경보호 효과가 있는지, 그리고 이 두 가지 약물을 병용 투여한 경우 각각을 따로 투여한 경우에 비해 신경보호 측면에서 상승 효과가 있는지 알아보고자 하였다. 또한 이러한 신경보호 효과에 proinflammatory cytokine의 생성 억제를 통한 항염증 반응이 하나의 기전으로 작용하였는지 규명하고자 하였다. 대상 및 방법: 44마리의 Sprague-Dawley 백서를 전뇌허혈에 필요한 수술적 조작만 하고 허혈 처치는 하지 않은 sham 군(n=4), 허혈/재관류 후 아무런 약물도 투여하지 않은 control 군(n=10), 허혈/재관류 후 sevoflurane 2.5 vol%를 10분 간격으로 각각 5분간 흡입시킨 sevoflurane 군(n=10), 허혈/재관류 직후 celecoxib 2 mg/kg를 투여한 celecoxib 군(n=10), sevoflurane 군과 동일한 처치를 시행하고 celecoxib 2 mg/kg를 추가로 투여한 combined 군(n=10) 등 5군으로 분류하였다. 모든 백서들에 대해 시술 전날, 시술 후 3일, 7일 3번에 걸쳐 screen test, balance beam test, prehensile traction test 등 3가지 행동학적 검사를 시행하였다. 시술 7일 후 백서를 안락사시킨 후 해마 조직을 Hematoxylin and Eosin 염색과 Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxy-uracil triphosphate biotin nick end labeling 염색을 시행하여 괴사와 apoptosis가 일어난 세포의 비율을 관찰하였다. 시술 후 2시간, 3일, 7일 3번에 걸쳐 tumor necrosis factor-alpha (TNF-α)와 interleukin-1 beta (IL-1β) 등 proinflammatory cytokine의 혈중 농도를 측정하였다. 결과: 각 시기별로 행동학적 검사의 결과는 다섯 군 모두에서 유의한 차이가 없었다. 조직학적 검사 상 sevoflurane, celecoxib, combined 군에서 control 군에 비해 괴사와 apoptosis가 일어난 세포의 비율이 유의하게 낮았지만 이 세 군 간에는 유의한 차이가 없었다. TNF-α와 IL-1β의 농도는 허혈 2시간 후 sevoflurane, celecoxib, combined 군에서 control 군에 비해 유의하게 낮았지만 이 세 군 간에는 유의한 차이가 없었다. 허혈 3일, 7일 후 TNF-α와 IL-1β의 농도는 sham 군을 제외한 4군에서 유의한 차이가 없었다. 결론: 백서의 일과성 전뇌허혈 모델에서 sevoflurane postconditioning과 celecoxib의 투여는 각각 신경보호 효과가 있었다. 그러나 두 약물의 병용 투여는 신경보호 효과에 있어 상승 작용은 없었다. 이 두 약물의 신경보호 효과에는 TNF-α와 IL-1β와 같은 proinflammatory cytokine 생성의 억제를 통한 항염증 작용이 하나의 기전으로 작용한 것으로 생각된다.

Background: Volatile anesthetic preconditioning and cyclooxygenase-2 (COX-2) inhibitor have the neuroprotective effect against the cerebral ischemia/reperfusion (I/R) injury and intracranial hemorrhage or edema, respectively. However, the neuroprotective effect of anesthetic postconditioning or COX-2 inhibitor against I/R is still uncertain. The purposes of the study are to examine the neuroprotective effect of volatile anesthetic postconditioning and COX-2 inhibitor in the transient global cerebral ischemia of rats and to evaluate the synergistic neuroprotective effect of combined administration of volatile anesthetic and COX-2 inhibitor. The additional goal of the study is to investigate whether anti-inflammatory response due to inhibition of proinflammatory cytokines production is a mechanism of the neuroprotective effect. Methods: Forty-four Sprague-Dawley rats were randomly assigned to five groups. Sham group (n=4): operation for I/R but neither I/R nor drugs, control group (n=10): no drugs administration after I/R, sevoflurane group (n=10): 2.5 vol% of sevoflurane inhalation for 5 minutes with ten minutes interval after I/R, celecoxib group (n=10): 2 mg/kg of celecoxib administration after I/R, combined group (n=10): combined administration of sevoflurane and celecoxib after I/R. All the rats were underwent three behavioral tests such as screen test, balance beam test, prehensile traction test one day before I/R, three and seven days after I/R. Necrotic or apoptotic cells were examined in the hippocampal slices seven days after I/R. The plasma concentration of proinflammatory cytokines such as tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) and interleukin-1 beta (IL-1β) were checked two hours, three and seven days after I/R. Results: The results of behavioral tests were not significantly different in all the groups. The ratios of necrotic or apoptotic cells in the hippocampal slices were lower in sevoflurane, celecoxib and combined groups than in control group. However, the ratios were not significantly different between sevoflurane, celecoxib and combined groups. The concentrations of TNF-α and IL-1β were lower in sevoflurane, celecoxib and combined groups than in control group two hours after I/R. However, the concentrations were not significantly different in four groups except sham group three and seven days after I/R. Conclusions: Sevoflurane postconditioning and celecoxib had the neuroprotective effect in the rat model of transient global cerebral ischemia. However, combined use of these two drugs did not manifest synergistic neuroprotective effect. A mechanism of the neuroprotective effect of these drugs seems to be anti-inflammatory response due to inhibition of proinflammatory cytokines production.