방사선 조사를 받은 흰쥐 신경뇌하수체 관문의 미세구조 : 관문의 새로운 개념설정 Establishment of a New Concept on the Barrier = Ultrastructural Changes of the Blood-Neurohypophysis Barrier of the Irradiated Rat
신경뇌하수체는 뇌의 일부지만 뇌실둘레기관(circumventricular organ)으로서 전형적인 혈액-뇌관문이 없으므로 혈관 안팎의 물질이동이 자유로운 신경내분비기관이다.
이 실험에서는 심한 방사선 조사시에 혈액-신경뇌하수체관문의 형태적 대응을-연구함으로써, 관문의 특성을 분석했으며, 관문의 구성을 구체적으로 설정하여 이를 개념화 할 것을 제안하였다.
체중 200-250g의 숫흰쥐를 sodium thiopenthal 로 마취시킨 후 Mitsubishi선형가속기로 방사선 조사를 시켰다. 조사조건은 거리 80cm, 조사구역 30 X 30cm, 조사깊이 1.2cm, 조사속도 분당 200 rads로 하여 실험군에 따라 3,000 rads 또는 6,000 rads가 되도록 했다.
조사후 6시간, 2일, 6일후에 각군의 동물을 도살 하여 신경뇌하수체를 떼어냈다. 떼어낸 조직은 1% glutaradehyde- 1% paraformaldehyde액에 1차 고정하고, 1% osmium tetroxide액에 2차 고정하였고, araldine혼합액에 포매된 조직은 절편을 만들어 uranyl acetate와 lead citrate액으로 염색해서 전자현미경으로 관찰하였다.
주로 모세혈관주위공간에서 관문구조를 중심으로 관찰한 결과 3,000 rads 조사군과 6,000 rads조사군 모두가 비슷하게 심한 변화를 보였고, 변화의 정도가 2일군에서 가장 심했으며 6일군에서는 약간 안정되는 모습이었으나 변화의 양상은 모든 실험군을 통해서 비슷하였다. 가장 두드러진 변화는 모세혈관주위공간에서 나타났는데 공간의 확장, 큰포식세포의 증가와 활성화, 신경뇌하수체세포속에 들어 있던 신경종말들의 이탈, 먼지 같은 물질의 증가 등을 들 수 있었다. 특히 큰 포식세포의 변화는 매우 특징적이어서 넓은 세포질관(판상족, lamellipoda)을 형성하여 모세혈관과 신경뇌하수체세포사이를 차단시킬 뿐아니라 왕성한 포식작용으로 공간내의 축삭종말들을 용해시켰다. 큰포식세포의 세포질안에는 과립형질내세망들이 매우 발달하였고, 세포질 영역이 매우 넓어진 것으로 볼 때, 이들이 기동타격대로서 활발히 움직이는 매우 효율적인 관문의 구성성분으로 생각되었다. 특히 신경뇌하수체는 전형적인 혈액-뇌관문이 없으므로 신경내분비기능의 수행에는 유리하나 면역활성물질이나 독성물질등 뇌에 해로운 물질의 왕래를 차단하여 제거하거나, 과다하게 분비된 신경호르몬을 조절하는 일이 중요하다고 볼 때, 큰포식세포가 이같은 역할에 적합한 구성성분이라는 결론을 얻었다.
이 실험에서는 효율성이 높은 관문으로서 혈액-신경뇌하수체관문이 구성성분을 차례로 기재하고 이를 개념화 할 것을 제안한다.
모세혈관과 축삭종말사이에 형성되어 있는 혈액-신경뇌하수체관문이 구성을 차례로 표기하면 다음과 같다 (그림 9,10).
1. 유창모세혈관 내피
2. 모세혈관 내피의 기저판
3. 혈관주위세포와 기저판("이차방어선", 한정된 범위내에서 움직일 수 있다).
4. 큰포식세포, 필요에 따라 판상족(lamellipoda)을 넓게 뻗는다.("삼차방어선", 모세혈관 주위공간 속을 이동해 다니는 "기동타격대")
5. 신경뇌하수체세포의 기저판
6. 신경뇌하수체세포의 세포질돌기(호르몬분비 조절)
To study the morphological characteristics of the blood-neurohypophysis barrier system in a severely altered situation, the heads of rats were exposed to heavy X-irradiation.
Rats weighing 200-250 g each were anesthetized with sodium thiopenthal, and placed on the table of Mitsubishi linear accelerator ML-4MV.
Only heads of rats were placed within the exposure area of 30 cm X 30 cm. Irradiation was processed at the distance of 80 cm, with the speed of 200 rads/min in the radiation depth of 1.2cm. Total doses were 3,000 rads or 6,000 rads according to the animals of the different experimental groups.
Rats were sacrificed on 6 hours, 2 days or 6 days following radiations. Tissue blocks of neurohypophyses were fixed in the 1% glutaraldehyde-1% paraformaldehyde solution, and they were refixed in the 1% osmium tetroxide solution. Ultrathin sections were contrasted with uranyl acetate and lead citrate solutions.
Electron micrographs exhibited dramatic changes within the perivascular space of neurohypopysis. The perivascular space was greatly enlarged, and it contained many macrophages, floating axonal endings and plentiful flocculent materials. The enlargement was largest in the 2 day-group animals.
Many macrophages are activated, and it showed tremendous cytoplasmic lamellipoda. Wide plate of macrophagic cytoplasm usually engulfed the floating axon terminals, and are located between the cappillary and the pituicytes. The situation gave the impression that macrophages prevent, filter and/or retrieve the excessive materials transported between the capillary and the axonal endings.
Since the perivascular microenvironment of neurohypophysis is more vulnerable as compared with those brain areas equipped with blood-brain barrier, the functional barrier system by macrophages in the neurohypophysis should have important role.
The concept of blood-neurohypophyseal barrier with the following components is proposed.
The components of the barrier system from the blood pool to the hormonal pool are
1. Endothelium of fenestrated capillary
2. BAsal lamina of endothelium
3. Pericyte("second line of defense". mobile in a limited area)
4. Macrophage, extending its wide cytoplasmic plate(the lamelipoda) in need("third line of defense". freely movable in the perivascular space, "active surveillance system")
5. Basal lamina of pituicyte
6. Cytoplasmic processes of pituicyte
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