프로폴리스 복강 주사 후 소장 흡수상피조직의 방사선 손상 기전과 방어효과 Radiation Damage Mechanism of the Small Intestine's Absorptive Epithelium and Radioprotection Effect after Propolis Abdominal Cavity Injection원문보기
소장 흡수상피 세포는 점액 다당류가 풍부하고 림프구와 사립체가 많아 방사선에너지에 민감하다. 따라서 세포 손상은 영양분 결핍 및 전해질 대사의 불균형을 가져와 장관사의 주 원인이 된다. 본 연구는 소장 흡수상피 세포들의 방사선 손상기전과 방어기작을 밝히고자 프로폴리스를 복강에 투여한 후 초 미세구조를 관찰하였다. 관찰 결과, 5Gy 조사 후 20일된 조직에서 소장이 유착되고, 표면이 검게 변해 있었으며 탄력성이 줄어든 것을 볼 수 있었다. 광학현미경(LM) 관찰 결과, 배상세포의 크기 및 수가 줄어들었으며 파네트과립세포는 위축되고 일부에서는 공포가 관찰되었다. 전자현미경(TEM) 관찰 결과, 미세융모와 용해소체는 정상적으로 관찰되었으나 사립체 막이 손상되고 림프구 가장자리에서 요철면이 형성되었다. 회장에서는 흡수상피조직이 비후되고 공포가 관찰되었다. 하지만 프로폴리스 복강 투여 후 관찰에서는 사립체의 이중막이 정상적으로 관찰되었고, 미세융모의 당질층도 손상되지 않았으며, M세포도 많이 관찰되어 자기소화와 흡수 기능이 원활하였다. 따라서 세균 바이러스 등의 면역기능과 세포 손상에 방어효과를 확인하였다.
소장 흡수상피 세포는 점액 다당류가 풍부하고 림프구와 사립체가 많아 방사선에너지에 민감하다. 따라서 세포 손상은 영양분 결핍 및 전해질 대사의 불균형을 가져와 장관사의 주 원인이 된다. 본 연구는 소장 흡수상피 세포들의 방사선 손상기전과 방어기작을 밝히고자 프로폴리스를 복강에 투여한 후 초 미세구조를 관찰하였다. 관찰 결과, 5Gy 조사 후 20일된 조직에서 소장이 유착되고, 표면이 검게 변해 있었으며 탄력성이 줄어든 것을 볼 수 있었다. 광학현미경(LM) 관찰 결과, 배상세포의 크기 및 수가 줄어들었으며 파네트과립세포는 위축되고 일부에서는 공포가 관찰되었다. 전자현미경(TEM) 관찰 결과, 미세융모와 용해소체는 정상적으로 관찰되었으나 사립체 막이 손상되고 림프구 가장자리에서 요철면이 형성되었다. 회장에서는 흡수상피조직이 비후되고 공포가 관찰되었다. 하지만 프로폴리스 복강 투여 후 관찰에서는 사립체의 이중막이 정상적으로 관찰되었고, 미세융모의 당질층도 손상되지 않았으며, M세포도 많이 관찰되어 자기소화와 흡수 기능이 원활하였다. 따라서 세균 바이러스 등의 면역기능과 세포 손상에 방어효과를 확인하였다.
As Small Intestine Absorptive Epithelium Cells are surrounded by mucus polysaccharide and lymphocytes and mitochondria, they are sensitive to radiation energy. Damaged cells lead to a deficiency of nutrients and the imbalance of electrolyte metabolism, which in turn can becomes a major cause of an i...
As Small Intestine Absorptive Epithelium Cells are surrounded by mucus polysaccharide and lymphocytes and mitochondria, they are sensitive to radiation energy. Damaged cells lead to a deficiency of nutrients and the imbalance of electrolyte metabolism, which in turn can becomes a major cause of an intestine tract death. This research observed ultra structures after injecting propolis into the abdominal cavity in order to reveal the radiation damage mechanism and radioprotection effect of intestine absorptive epithelium cells. The result of this research's observation found that stenosis occurred in the small intestine in some tissues 20 days after 5Gy irradiation, their surface turned black, and their elasticity dropped. Through observation with an optical microscope, it was found that the size of the goblet cells decreased, while the paneth granulate cells atrophied and were vacuolated. Observation with an transmission electron microscope(TEM) revealed that while microvill and lysosome were normally observed in jejunum tissues, mitochondria membrane was damaged and uneven surfaces were formed on lymphocytes. The membrane of absorptive epithelium cells hypertrophied in tissues of the ileum, and vacuole was observed. However, the observation after injecting propolis into the abdominal cavity found that mitochondria damage dropped dramatically, and radioprotection effects were to some extent confirmed, considering that glycocalyx of villi was clear, and M cells could be observed.
As Small Intestine Absorptive Epithelium Cells are surrounded by mucus polysaccharide and lymphocytes and mitochondria, they are sensitive to radiation energy. Damaged cells lead to a deficiency of nutrients and the imbalance of electrolyte metabolism, which in turn can becomes a major cause of an intestine tract death. This research observed ultra structures after injecting propolis into the abdominal cavity in order to reveal the radiation damage mechanism and radioprotection effect of intestine absorptive epithelium cells. The result of this research's observation found that stenosis occurred in the small intestine in some tissues 20 days after 5Gy irradiation, their surface turned black, and their elasticity dropped. Through observation with an optical microscope, it was found that the size of the goblet cells decreased, while the paneth granulate cells atrophied and were vacuolated. Observation with an transmission electron microscope(TEM) revealed that while microvill and lysosome were normally observed in jejunum tissues, mitochondria membrane was damaged and uneven surfaces were formed on lymphocytes. The membrane of absorptive epithelium cells hypertrophied in tissues of the ileum, and vacuole was observed. However, the observation after injecting propolis into the abdominal cavity found that mitochondria damage dropped dramatically, and radioprotection effects were to some extent confirmed, considering that glycocalyx of villi was clear, and M cells could be observed.
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문제 정의
하지만 섭식과 구강 투여로 정확한 흡수량을 기술하는데는 미흡하였으며, 초미세 구조의 조직학적 관찰에는 부족하였다. 따라서 본 연구는 항산화효과 항염증작용을 하며 방사선방어 효과가 있다고 보고된 프로폴리스(propolis)를[11][12] 마우스 복강내 투여하여 소장조직의 융모 및 점막 조직층에 대한 방사선 손상기전과 방어효과를 초미세구조로 알아보고자 하였다.
제안 방법
그림 3. 5Gy 조사 후 20일된 공장 조직과 복강에 프로폴리스 투여 후 광학현미경 관찰. A, B: 5Gy 20일된 소장조직, C, D: 5Gy 조사후 프로폴리스 투여한 소장조직
TEM 관찰은 소장조직을 적출하여 이를 glutaraldehyde(2.5%, Polyscience)에서 3시간 동안 전고정(prefixation)하고, osmmium tetraoxide (1%, Polyscience)로 1시간 30분 동안 후고정(postfixation) 한다. ethyl alcohol (Merck)을 사용하여 계대 탈수과정을 행하고, propylene oxide (Merck)로 치환한다.
ultra microtome을 이용하여 80nm로 박절 후 uranylacetate (Polyscience)와 lead nitrate (Polyscience)로 이중 염색하여 투과전자현미경 (H-7000, Hitachi, Japan)으로 관찰하였다.
소장의 흡수상피 조직에서 방사선 손상기전과 방어 효과를 알아보기 위해 프로폴리스를 복강 주사 후 전자 현미경을 활용하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
실험동물은 영남대학교 의과대학 동물사 무균실에서 분양받은 6주된 ICR(Institute of Cancer Research)계 마우스 36 마리를 사용하였다. 실험군은 대조군, 프로폴리스 투여군, 방사선 조사군으로 나누어 실험 하였다. 실험에 사용한 프로폴리스는 경북북부지역에서 채취한 양봉 봉교를 80% ethanol에 교반하여 숙성과정을 거친 후 추출하였으며, 농도측정기(PROEM HB-62, Korea)로 측정한 40%를 사용하였다.
프로폴리스 복강 투여는 마우스 오른쪽 뒷다리 복강에 500 µl 와 생리식염수 500 µl 혼합하여 주사하였다. 천연물질 투여는 방사선 조사 5일전에 투여하였으며, 소장조직의 관찰은 5일, 10일, 20일, 30일 간격으로 시료를 채취하여 관찰하였다[표 1].
조직은 10% FAA (Formalin Acetic Alcohol solution) 용액에 24시간 고정 후 ethanol을 이용하여 탈수 하였고, xylene으로 치환한 후 paraffin block을 만들었다. 표본은 H-E(hematoxylene eosin) 염색 후 관찰하였다.
그림 5. 프로폴리스 복강 투여 후 5Gy 조사 한 소장조직의 전자현미경 관찰. A,B,C,D: 20일 지난 소장조직의 흡수상피세포
프로폴리스 복강 투여는 마우스 오른쪽 뒷다리 복강에 500 µl 와 생리식염수 500 µl 혼합하여 주사하였다.
대상 데이터
실험동물은 영남대학교 의과대학 동물사 무균실에서 분양받은 6주된 ICR(Institute of Cancer Research)계 마우스 36 마리를 사용하였다. 실험군은 대조군, 프로폴리스 투여군, 방사선 조사군으로 나누어 실험 하였다.
실험군은 대조군, 프로폴리스 투여군, 방사선 조사군으로 나누어 실험 하였다. 실험에 사용한 프로폴리스는 경북북부지역에서 채취한 양봉 봉교를 80% ethanol에 교반하여 숙성과정을 거친 후 추출하였으며, 농도측정기(PROEM HB-62, Korea)로 측정한 40%를 사용하였다. 프로폴리스 복강 투여는 마우스 오른쪽 뒷다리 복강에 500 µl 와 생리식염수 500 µl 혼합하여 주사하였다.
이론/모형
3. 광학현미경(LM) 시료 제작 방법
방사선 조사 후 소장 조직을 적출하여 paraffin method에 따라 표본을 제작하였다 (Fujita H and Fujita T, 1988). 조직은 10% FAA (Formalin Acetic Alcohol solution) 용액에 24시간 고정 후 ethanol을 이용하여 탈수 하였고, xylene으로 치환한 후 paraffin block을 만들었다.
성능/효과
1. 전신 5Gy 조사 후 20일 된 소장 조직은 현저하게 탄력성을 잃었으며 유착되거나 위축되어 검은 색을 뛰는 것으로 나타났다.
2. 광학현미경 관찰 결과, 점액을 분비하는 배상세포가 줄어들었으며, 단백질 합성형의 파네트세포가 공포를 형성하거나 위축되어 기능을 저하를 가져오는 것으로 나타났다.
3. 전자현미경관찰 결과, 공장 조직은 미세융모, 활면소포체, 용해소체는 특이한 변화가 없었으나 사립체는 막이 심하게 손상되었다. 회장조직에서는 흡수상피세포의 표면의 막이 손상되고 공포가 형성되어 장운동이 활발하지 않는 것으로 나타났다.
4. 프로폴리스투여 군에서는 당질층이 선명하게 관찰되고 사립체의 손상이 현저하게 줄었으며, 장내 세균, 바이러스고분자 등을 포식하는 M세포가 관찰되어 일정부분 방어효과가 있는 것으로 확인되었다.
5Gy 전신 방사선 조사 후 20일된 공장 조직에서 프로폴리스 투여군과 비교하여 관찰한 결과, 방사선만 조사한 조직에서는 창자속 공간 내용물들의 마찰로부터 상피를 보호해 주고 윤활작용을 하는 점액세포인 배상세포(goblet cell; Gb)의 수가 현저하게 줄어든 것으로 관찰되었다. 또한 점막근판(mucosal muscle; MM)이 조밀하지 않고 거칠게 관찰되었다.
흡수상피세포핵(aeN)은 긴 타원형으로 기저층에 일정하게 편재되어 손상을 받지 않은 것으로 관찰되었으며, 무과립세포질세망(sER)도 정상적으로 관찰되었다[그림 5(B)]. 8,000배로 관찰한 림프구에서는 핵막이 이중막으로 뚜렷하게 관찰되어 손상되지 않은 것으로 확인되었으며, 세포사이틈새막(icM)도 선명하게 관찰되었으며, 틈새막 사이 주변에는 새롭게 형성되는 림프구가 관찰되었다[그림 5(C)]. 점막고유층에는 저지방 단백질을 함유한 막성소포체가 많이 관찰되고, 장관내의 세균 바이러스 항원성 고분자물을 포식하는 M세포가 프로폴리스 투여군에서 관찰되었다[그림 5(D)].
방사선 조사 후 10일 경과된 공장 흡수상피 세포의 관찰 결과, 영양분을 흡수하는 미세융모(microvilli; Mv)는 방사선에 손상을 받지 않은 것으로 확인되었으며, 횡단상에서도 표면의 가장자리가 검게 염색되고 일정하한 간격을 유지하고 있었다. 하지만 배상세포(paneth cell; Pc)의 내부과립 중 가운데 과립에서는 분포가 일정하지 않고 빈공간이 많았으며 수가 줄어든 것으로 관찰되었다.
방사선 조사 후 20일 지난 소장조직과 정상조직을 육안으로 관찰 한 결과, 정상조직에서는 표면이 탄력성을 가지고 붉은색을 뛰고 있었으며 장속의 내용물이 가득차고 왕성한 소화작용을 하는 것으로 확인되었다. 5Gy 방사선 조사군에서는 장의 색깔이 전체적으로 검은 빛을 뛰고 위축된 모습으로 관찰되었으며 유착된 곳도 발견되었다.
복강에 방어물질 투여 후 흡수상피세포의 관찰 결과, 미세융모(Mv)가 일정하게 간격을 유지하고 있었으며, 자기소화로 부터 세포를 보호하고 흡착장소를 제공하는 당질층(G)이 선명하게 관찰되어 영양분을 훕수 하는 기능에는 손상이 없는 것으로 확인되었다. 또한 사립체도 내막의 크리스테(cristae)가 대부분 선명하게 관찰되었다.
복강에 프로폴리스 투여 후 결과를 보면, 공장 조직에서는 배상세포가 현저하게 많이 분포되어 있었으며, 점막고유층이 조밀하게 형성된 것으로 확인되었다. 또한 파네트세포도 일정한 간격으로 과립을 포함하고 있었다.
또한 이들 세포는 펩티드들 뿐 아니라 리소자임과 인지질 분해효소와 같은 방어기능의 효소들을 함유하여 위를 지나온 병원성 세균들의 1차 방어선 기능을 하게된다[3]. 본 실험에서도 5Gy 방사선 조사군에서 과립세포들의 크기가 줄어든 것은 세균방어에 필요한 면역력이 약화된 것을 의미하며 프로폴리스 투여군에서는 파네트세포의 과립들이 잘 관찰되고 일반 사진에서도 정상조직과 같은 붉은 선홍색의 소장를 확인할 수 있어 항염균효과가 있는 것으로 보여진다. 또한 흡수상피 조직에서는 사립체가 많이 분포되어 있었으며 방사선 조사군에서 손상이 더욱 뚜렷하게 관찰되었다.
따라서 이온수지와 같은 선택적 물질을 흡수하는 기능을 충분히 수행하는 것이 전해질균형을 유지하고 장관사를 막는 것으로 생각된다. 본 실험에서도 세포막의 형태로 이루어져있는 소기관에서 심한 손상을 보인 것은 방사선의 간접작용에 의한 Free radical이 작용한 것으로 판단되며, 프로폴리스 투여군에서는 림프구의 이중막과 당질층의 막상피 조직, 사립체 막에서 형태가 그대로 유지되고 있어 후라보노이드 성분이 free radical을 줄여 조직손상을 줄여 주는 것으로 보여진다. 특히 M 세포가 회장의 점막고유층에서 많이 관찰되는 것으로 보아 장관내 바이러스나 세균 등을 포식하는 면역계 세포에 정보 전달이 원할한 것으로 확인되었다.
이와 같은 결과를 기존 Kim 과 Jindal 등이 발표한 논문[9][10]과 비교해 보면, 본 실험에서는 선형가속기에 의한 정확한 흡수선량과 초미세구조로 조직학적인 세포 손상을 확인하고 구체적인 기전을 밝힌데 비해 선행 논문은 12Gy와 5Gy 감마선 조사로 방어물질에 의한 crypts 세포들의 생존율의 차이를 확인하는 수준에 그치고 있어 본 연구가 좀더 세부적이고 구체적인 결과를 제시하였으며 그 가치는 방사선에 의한 세포 생물학 수준에서 매우 중요한 의미가 있다고 판단된다.
조사 후 20일 지난 회장 조직의 관찰에서는 이물질에 대한 면역 방어기능을 하는 림프소절(lymph nodule; LN)의 막이 요철면을 형성하여 여기상태를 보였으며,가장자리에는 사이공간이 생겨 위축된 것을 볼 수 있었다. 사립체는 더욱 손상이 증가되어 이중막파괴(MBk)와 더불어 한곳에 군집되어 엉켜 있었다.
본 실험에서도 세포막의 형태로 이루어져있는 소기관에서 심한 손상을 보인 것은 방사선의 간접작용에 의한 Free radical이 작용한 것으로 판단되며, 프로폴리스 투여군에서는 림프구의 이중막과 당질층의 막상피 조직, 사립체 막에서 형태가 그대로 유지되고 있어 후라보노이드 성분이 free radical을 줄여 조직손상을 줄여 주는 것으로 보여진다. 특히 M 세포가 회장의 점막고유층에서 많이 관찰되는 것으로 보아 장관내 바이러스나 세균 등을 포식하는 면역계 세포에 정보 전달이 원할한 것으로 확인되었다. 따라서 프로폴리스가 소장의 흡수상피조직에서 세포손상을 방어하는데 일정부분 역할을 하는 것으로 사료된다.
프로폴리스 투여군에서는 미세융모와 당질층이 매우 선명하게 관찰되어 자기소화에 의한 영양분 흡수는 정상적인 기능을 하는 것으로 확인되었다. 이것은 흡수상피조직 주변에 위치한 사립체가 손상되지 않아 소장 운동에 따른 에너지 공급과 세포 활성화가 이루어졌기 때문인 것으로 판단된다.
전자현미경관찰 결과, 공장 조직은 미세융모, 활면소포체, 용해소체는 특이한 변화가 없었으나 사립체는 막이 심하게 손상되었다. 회장조직에서는 흡수상피세포의 표면의 막이 손상되고 공포가 형성되어 장운동이 활발하지 않는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소장의 운동성은 무엇에 의해 조절되는가?
소화와 흡수를 담당하는 소장은 췌장, 담즙액을 분해하고 호르몬의 분비 및 면역학적 보호기능을 한다[1]. 운동성은 평활근 세포의 내인성 활동에 의해 자율신경계와 위장관 호르몬에 의해 조절된다. 특히 전위차 및 삼투 경사를 이루는데 필요한 물질인 Na+을 흡수하는 역할을 한다[2].
소장에서 영양분의 흡수면적을 크게 하기 위하여 무엇이 많이 분포되어 있는가?
특히 전위차 및 삼투 경사를 이루는데 필요한 물질인 Na+을 흡수하는 역할을 한다[2]. 영양분의 흡수면적을 크게 하기 위하여 윤상주름(circular fold)과 미세한 장융모(intestinal villi)가 많이 분포되어 있으며[3][4], 대부분의 흡수기전은 미세융모 아래에 위치한 기저측막에서 Na+-K+ ATPase 에 의해 일어난다[2]. 또한 점막 고유층은 방사선 감수성이 높은 림프구가 밀집되어 외부환경에 민감하게 작용하며, 복부 방사선 조사나 전신 조사시에는더욱 방어가 중요하다.
소장은 어떠한 역할을 담당하는가?
소화와 흡수를 담당하는 소장은 췌장, 담즙액을 분해하고 호르몬의 분비 및 면역학적 보호기능을 한다[1]. 운동성은 평활근 세포의 내인성 활동에 의해 자율신경계와 위장관 호르몬에 의해 조절된다.
ICRP 간행물 103, 2007년 국제빙사선방호위원회 권고, 대한방사선방어학회, pp.157-283, 2009.
D. Driak, J. Osterreicher, J. Vavrova, Z. Rehakova, and Z. Vilasova, “Morphological changes of rat jejunum after whole body gamma-irradiation and their impact in biodosimetry,” Physiol Res, Vol.57, No.3, pp.475-479, 2008.
M. Hayashi, D. Endoh, Y. Kon, T. Yamashita, N. Hashimoto, F. Sato, N. Kasai, and S. Namioka, “Higher sensitivity of LEC strain rat in radiation-induced acute intestinal death,” J Vet Med Sci, Apr, Vol.54, No.2, pp.269-273, 1992.
S. H. Kim, H. J. Lee, J. S. Kim, C. Moon, J. C. Kim, H. R. Park, U. Jung, J. S. Jang, and S. K. Jo. “Protective effect of an herbal preparation (HemoHIM) on radiation-induced intestinal injury in mice,” J Med Food. Dec, Vol.12, No.6, pp.1353-1358, 2009.
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