Effects of Potassium Ion and Caffeine on Contraction and Cytosolic Free $Ca^{2+}$ Levels in Vascular Smooth Muscle

혈관평할근 세포에서의 칼륨이온과 카페인의 영향: 수축과 세포내 칼슘이온 농도에 대하여

Effects of high concentration of KC1 and caffeine on cytosolic $Ca^{2+}$ level $([Ca^{2+}]_{cyt})$, measured simultaneously with muscle tension using a fluorescent intracellular $Ca^{2+}$ indicator fura 2, were examined in isolated smooth muscle of rat aorta. High $K^+$ (72.7 mM) solution induced sustained increase in both $([Ca^{2+}]_{cyt})$ and tension. In contrast to this, caffeine (20 mM) induced a rapid increase in $([Ca^{2+}]_{cyt})$ followed by a decrease to a level which was higher than the resting level. However, muscle tension showed only a transient increase followed by a decrease below the resting level. In a $Ca^{2+}-free$ solution, high $K^+-induced$ neither $([Ca^{2+}]_{cyt})$ nor tension, whereas caffeine induced a transient increase in both $([Ca^{2+}]_{cyt})$ and muscle tension. These results suggest that high $K^+-induced$ contraction in vascular smooth muscle of rat aorta is due to $Ca^{2+}$ influx whereas caffeine-induced contraction is due to $Ca^{2+}$ release from cellular store. Further, caffeine seems to have an additional effect to decrease the sensitivity of the contractile elements to $Ca^{2+}$.

본 연구에서는 세포내의 칼슘이온과 결합하여 형광을 발하는 형광색소 fura 2를 이용하여 세포내의 칼슘이은 농도를 측정함과 동시에 장력을 측정하였으며 이에 대한 카페인과 고농도의 칼륨의 영향을 정토하였다. 72.7 mM의 칼륨 이온은 장력과 세포내 칼슘이온농도에서 각각 지속적 인 증가를 보여주었으며, 20 mM의 카페인은 일과성의 빠른 세포내의 칼슘이은농도의 증가에 이어 감소를 보여주었으나 기본치 보다는 높았다. 그러나, 장력에 있어서는 카페인은 일과성의 증가에 이어 기본 장력보다 낮은 감소를 보여주었다. 한편 칼슘이온 제거 용액에서 칼륨이온은 세포내의 갈륨이온 농도도 장력도 증가 시키지 못하였으나 카페인은 일과성의 세포내의 칼륨이온 농도와 장책의 증가를 보여주었다. 이상과 결과로부터 rat 대동맥에서의 고농도의 칼륨이은에 의한 수축은 세포 딴으로 부터의 칼슘이온 유입에 의한 것이며 반면에 카페인에 의한 수축은 세포내의 칼슘이온저장부위로 부터의 칼슘이온 유리에 의한 것임을 시사한다. 또한, 카페인은 세포내의 수축 단백의 칼슘 이온에 대한 감수성을 저하시키는 듯하다.