장기간의 유산소 훈련과 L-arginine 투여가 SHR의 항산화 체계와 심혈관계에 미치는 영향 (The) effects of aerobic training and L-arginine supplementation on antioxidant and cardiovascular system responses in SHR원문보기
본 연구는 Wistar-Kyoto 계열의 수컷 흰쥐 6마리와 고혈압 쥐(SHR) 24마리를 대상으로 하여 9주간의 정기적인 유산소 훈련과 L-arginine 투여가 심박수와 혈압 및 지질성분과 지질과산화, 그리고 GPX와 eNOS의 활성정도에 미치는 영향을 살펴보았고, 이러한 변화가 일회 고강도 부하의 운동 스트레스 조건에서 어떠한 반응을 나타내는지를 분석하여 일정기간의 정기적인 유산소 훈련과 L-arginine 투여가 고혈압 쥐의 심혈관계와 지질성분 및 ...
본 연구는 Wistar-Kyoto 계열의 수컷 흰쥐 6마리와 고혈압 쥐(SHR) 24마리를 대상으로 하여 9주간의 정기적인 유산소 훈련과 L-arginine 투여가 심박수와 혈압 및 지질성분과 지질과산화, 그리고 GPX와 eNOS의 활성정도에 미치는 영향을 살펴보았고, 이러한 변화가 일회 고강도 부하의 운동 스트레스 조건에서 어떠한 반응을 나타내는지를 분석하여 일정기간의 정기적인 유산소 훈련과 L-arginine 투여가 고혈압 쥐의 심혈관계와 지질성분 및 항산화 반응에 미치는 효과를 과학적으로 검증하는데 목적이 있었다.
본 연구에 사용된 실험동물은 연세대학교 의과대학 임상의학 연구센터 내에 있는 실험동물부에서 분양 받은 특정병원체 부재동물로서 평균체중이 113.0∼117.8g 되는 6주령의 고혈압쥐(SHR) 수컷 24마리와 대조군으로서 평균체중이 116.8g인 6주령의 WKY계 수컷 6마리가 사용되었다.
실험동물은 크게 다섯 그룹으로 나누어, 정상군(WC; WKY Control), 고혈압 통제군(HC; SHR Control), 고혈압 투여군(HA; SHR L-arginine), 고혈압 훈련군(HT; SHR Trained), 그리고 고혈압 투여훈련군(AT; SHR L-arginine Trained)으로 구분하였고, 각 그룹별로 안정시(Resting)와 운동종료시(Exercise)로 세분하였다.
실험동물의 훈련은 총 9주간의 수영훈련으로서 25℃∼27℃의 수온에서 1주간의 환경적응과 1주간의 수영 적응훈련 후, 본 운동시간을 5분간 점진적으로 증가 시켜 60분 시점에서는 훈련 마지막까지 지속하였으며, L-arginine은 음료에 2% 농도로 용해하여 ad-libitum 방법으로 9주간 투여하였다. 채혈 및 조직샘플링은 연세대학교 의과대학 동물수술실험실에서 이루어졌으며, 그룹별 실험처치 후 에틸에테르(ethyl ether)를 이용하여 마취한 후 복부대동맥에서 전혈을 채취하였고, 채혈 후 2g의 간조직을 샘플링 하였다.
혈압 및 심박수의 측정은 일본 Muromachi kikai(社)의 BP Monitor MK-1100을 사용하였고, 지질성분의 측정은 일본 Hitachi 747과 7150을 이용하여 분석하였으며, GPX 활성은 Roche社의 cobas MIRA를 이용한 UV법으로 측정하였고, MDA와 eNOS 활성은 해당 Kit를 사용하여 spectrophotometer로 분석하였다.
고혈압 통제군의 체중은 정상군에 비해서 크게 증가하였으며(p<.05), 유산소 훈련으로 체중 증가폭은 유의하게 감소되었다(p<.05). 그러나, L-arginine 투여로 인한 체중의 변화는 증가하는 경향을 나타내었다. 심박수와 혈압은 고혈압 통제군이 정상군에 비해서 상당히 높았으나(p<.05), L-arginine 투여와 유산소 훈련에 따라 감소되는 효과를 보였으며(p<.05), L-arginine 투여보다는 훈련을 통한 감소 효과가 두드러지게 나타났다.
고혈압 통제군의 혈중 TC와 HDL은 정상군에 비해서 낮은 반면(p<.05), LDL%와 TG는 높게 나타났다. 하지만, L-arginine 투여와 유산소 훈련으로 통제군에 비해 LDL%를 낮출 수 있었으며, 반면에 HDL은 상대적으로 증가하는 수치를 나타내었다. 혈중 MDA 수치는 정상군에 비해서 고혈압 통제군과 훈련군이 높게 나타났으며, L-arginine 투여군에서는 정상군에 비해서 오히려 낮게 나타났다. 운동에 따른 혈중 MDA 변화는 훈련군을 제외한 모든 그룹에서 증가되었다.
적혈구 세포내 GPX 활성은 정상군에 비해 고혈압 통제군이 현저하게 낮았지만(p<.05), L-arginine 투여로 정상군과 거의 비슷한 수준을 나타내었으며, 훈련군은 오히려 정상군보다 더 크게 활성되었다. 운동에 따른 GPX 활성의 변화는 훈련군을 제외한 모든 그룹에서 안정시에 비해 감소되었다(p<.05).
고혈압 통제군의 간 조직내 eNOS 활성은 정상군에 비해 현저하게 높았지만(p<.05), L-arginine 투여로 크게 감소되었으며(p<.05), 유산소 훈련으로 안정시 eNOS 활성은 정상군에 비해 오히려 낮은 수준을 보였다. 운동에 따른 eNOS 활성은 고혈압 통제군의 경우만 감소했을 뿐, 이외의 그룹에서는 변화가 거의 없거나 감소되는 경향을 나타내었다.
실험결과, 고혈압 질환이 있는 경우, 정상에 비해 GPX 활성은 낮았고, MDA는 높은 수치를 보였는데, 이는 항산화 방어기전이 훼손됨으로써, 프리라디칼에 의한 산화적 공격에 의해 세포와 조직이 손상 받았음을 알 수 있다. 또한, eNOS의 활성도 산화적으로 변형된 지질이 증가됨으로써, 내피세포의 기능장애로 인한 산화질소 생성기전이 훼손되어, 비정상적인 활성수준을 나타나게 되었음을 알 수 있다. 하지만, 장기간의 유산소 운동과 L-arginine 투여로 고혈압 질환으로 저하된 GPX 활성이 증가되었으며, 이로 인하여 심박수와 혈압이 하강되는 효과를 보였다. 또한, 고혈압 질환으로 상승된 endothelin 분비가 감소되었고, 기형적인 eNOS 활성이 안정됨으로써, 정기적인 훈련과 L-arginine 투여는 체내 항산화 체계의 방어기능 향상과 심혈관계 스트레스 저하에 도움을 주었다고 유추해 볼 수 있을 것이다. 또한, 운동에 따라 증가된 지질과산화에 대한 방어기전의 하나로서, GPX 활성이 역상관계를 보이며 변화됨을 알 수 있었다.
추후, 조직에서 산화적 손상을 유발시키는 프리라디칼을 정밀하게 측정할 수 있는 기술적인 방법의 개발이 선행되어야 하며, 다양한 조직들을 대상으로 여러 가지 생체지표들에 대한 추가적인 분석이 이루어져야 할 것이고, 직접적인 항산화 영양물질의 함량과 산화질소의 생성 양상을 연구하는 것이 절실히 필요하다고 본다.
본 연구는 Wistar-Kyoto 계열의 수컷 흰쥐 6마리와 고혈압 쥐(SHR) 24마리를 대상으로 하여 9주간의 정기적인 유산소 훈련과 L-arginine 투여가 심박수와 혈압 및 지질성분과 지질과산화, 그리고 GPX와 eNOS의 활성정도에 미치는 영향을 살펴보았고, 이러한 변화가 일회 고강도 부하의 운동 스트레스 조건에서 어떠한 반응을 나타내는지를 분석하여 일정기간의 정기적인 유산소 훈련과 L-arginine 투여가 고혈압 쥐의 심혈관계와 지질성분 및 항산화 반응에 미치는 효과를 과학적으로 검증하는데 목적이 있었다.
본 연구에 사용된 실험동물은 연세대학교 의과대학 임상의학 연구센터 내에 있는 실험동물부에서 분양 받은 특정병원체 부재동물로서 평균체중이 113.0∼117.8g 되는 6주령의 고혈압쥐(SHR) 수컷 24마리와 대조군으로서 평균체중이 116.8g인 6주령의 WKY계 수컷 6마리가 사용되었다.
실험동물은 크게 다섯 그룹으로 나누어, 정상군(WC; WKY Control), 고혈압 통제군(HC; SHR Control), 고혈압 투여군(HA; SHR L-arginine), 고혈압 훈련군(HT; SHR Trained), 그리고 고혈압 투여훈련군(AT; SHR L-arginine Trained)으로 구분하였고, 각 그룹별로 안정시(Resting)와 운동종료시(Exercise)로 세분하였다.
실험동물의 훈련은 총 9주간의 수영훈련으로서 25℃∼27℃의 수온에서 1주간의 환경적응과 1주간의 수영 적응훈련 후, 본 운동시간을 5분간 점진적으로 증가 시켜 60분 시점에서는 훈련 마지막까지 지속하였으며, L-arginine은 음료에 2% 농도로 용해하여 ad-libitum 방법으로 9주간 투여하였다. 채혈 및 조직샘플링은 연세대학교 의과대학 동물수술실험실에서 이루어졌으며, 그룹별 실험처치 후 에틸에테르(ethyl ether)를 이용하여 마취한 후 복부대동맥에서 전혈을 채취하였고, 채혈 후 2g의 간조직을 샘플링 하였다.
혈압 및 심박수의 측정은 일본 Muromachi kikai(社)의 BP Monitor MK-1100을 사용하였고, 지질성분의 측정은 일본 Hitachi 747과 7150을 이용하여 분석하였으며, GPX 활성은 Roche社의 cobas MIRA를 이용한 UV법으로 측정하였고, MDA와 eNOS 활성은 해당 Kit를 사용하여 spectrophotometer로 분석하였다.
고혈압 통제군의 체중은 정상군에 비해서 크게 증가하였으며(p<.05), 유산소 훈련으로 체중 증가폭은 유의하게 감소되었다(p<.05). 그러나, L-arginine 투여로 인한 체중의 변화는 증가하는 경향을 나타내었다. 심박수와 혈압은 고혈압 통제군이 정상군에 비해서 상당히 높았으나(p<.05), L-arginine 투여와 유산소 훈련에 따라 감소되는 효과를 보였으며(p<.05), L-arginine 투여보다는 훈련을 통한 감소 효과가 두드러지게 나타났다.
고혈압 통제군의 혈중 TC와 HDL은 정상군에 비해서 낮은 반면(p<.05), LDL%와 TG는 높게 나타났다. 하지만, L-arginine 투여와 유산소 훈련으로 통제군에 비해 LDL%를 낮출 수 있었으며, 반면에 HDL은 상대적으로 증가하는 수치를 나타내었다. 혈중 MDA 수치는 정상군에 비해서 고혈압 통제군과 훈련군이 높게 나타났으며, L-arginine 투여군에서는 정상군에 비해서 오히려 낮게 나타났다. 운동에 따른 혈중 MDA 변화는 훈련군을 제외한 모든 그룹에서 증가되었다.
적혈구 세포내 GPX 활성은 정상군에 비해 고혈압 통제군이 현저하게 낮았지만(p<.05), L-arginine 투여로 정상군과 거의 비슷한 수준을 나타내었으며, 훈련군은 오히려 정상군보다 더 크게 활성되었다. 운동에 따른 GPX 활성의 변화는 훈련군을 제외한 모든 그룹에서 안정시에 비해 감소되었다(p<.05).
고혈압 통제군의 간 조직내 eNOS 활성은 정상군에 비해 현저하게 높았지만(p<.05), L-arginine 투여로 크게 감소되었으며(p<.05), 유산소 훈련으로 안정시 eNOS 활성은 정상군에 비해 오히려 낮은 수준을 보였다. 운동에 따른 eNOS 활성은 고혈압 통제군의 경우만 감소했을 뿐, 이외의 그룹에서는 변화가 거의 없거나 감소되는 경향을 나타내었다.
실험결과, 고혈압 질환이 있는 경우, 정상에 비해 GPX 활성은 낮았고, MDA는 높은 수치를 보였는데, 이는 항산화 방어기전이 훼손됨으로써, 프리라디칼에 의한 산화적 공격에 의해 세포와 조직이 손상 받았음을 알 수 있다. 또한, eNOS의 활성도 산화적으로 변형된 지질이 증가됨으로써, 내피세포의 기능장애로 인한 산화질소 생성기전이 훼손되어, 비정상적인 활성수준을 나타나게 되었음을 알 수 있다. 하지만, 장기간의 유산소 운동과 L-arginine 투여로 고혈압 질환으로 저하된 GPX 활성이 증가되었으며, 이로 인하여 심박수와 혈압이 하강되는 효과를 보였다. 또한, 고혈압 질환으로 상승된 endothelin 분비가 감소되었고, 기형적인 eNOS 활성이 안정됨으로써, 정기적인 훈련과 L-arginine 투여는 체내 항산화 체계의 방어기능 향상과 심혈관계 스트레스 저하에 도움을 주었다고 유추해 볼 수 있을 것이다. 또한, 운동에 따라 증가된 지질과산화에 대한 방어기전의 하나로서, GPX 활성이 역상관계를 보이며 변화됨을 알 수 있었다.
추후, 조직에서 산화적 손상을 유발시키는 프리라디칼을 정밀하게 측정할 수 있는 기술적인 방법의 개발이 선행되어야 하며, 다양한 조직들을 대상으로 여러 가지 생체지표들에 대한 추가적인 분석이 이루어져야 할 것이고, 직접적인 항산화 영양물질의 함량과 산화질소의 생성 양상을 연구하는 것이 절실히 필요하다고 본다.
The purpose of this study is to investigate the effects of 9 weeks swimming training and L-arginine supplementation on heart rate, blood pressure, blood lipid components, GPX activity, MDA level and eNOS activity in SHR (Spontaneously Hypertensive Rat).
Twenty four male SHR (six-week-old) were divid...
The purpose of this study is to investigate the effects of 9 weeks swimming training and L-arginine supplementation on heart rate, blood pressure, blood lipid components, GPX activity, MDA level and eNOS activity in SHR (Spontaneously Hypertensive Rat).
Twenty four male SHR (six-week-old) were divided into four groups consisting of the six SHR control (HC), six SHR L-arginine (HA), six SHR trained (HT), and six SHR L-arginine trained (AT). Six age- and weight-matched normal Wistar-Kyoto (WKY) rats were used as normal control (WC). All of the groups divided into resting and exercising again.
Animals were supplied from Department of Laboratory Animal Medicine, Yonsei University College of Medicine. Animals were cared in SPF barrier area. During the 9-week treatment period, trained groups of the present study participated in a regular swimming training program five times per week, and L-arginine groups, 2% L-arginine solution were supplied ad libitum. Whereas, WC and HC groups did not participate in either training or supplementation.
At the end of the trial, animal killed and samples were taken at the Animal Operation Room of Department of Laboratory Animal Medicine, Yonsei University College of Medicine, and measurement of serum lipid components (TG, T-C, LDL-C and HDL-C), erythrocyte antioxidant enzyme (GPX), lipid peroxidation (MDA), and liver endothelial nitric oxide synthetase (eNOS) was carried out well-established methods. Heart rate and blood pressure were measured in all animals, using a standard tailcuff method.
The results obtained were analyzed via one-way ANOVA(analysis of variance), paired t-test, and Pearson's correlation using SAS program. A value of p<.05 was considered statistically significant.
From this study it was found that body weight(WC, 292.8±16.17; HC, 312.5±6.41;p<.05), heart rate(WC, 346.7±78.76; HC, 457.7±12.83;p<.05), and systolic blood pressure(WC, 130.2±4.4; HC, 213.0±4.2;p<.05) were significantly higher in hypertensive than in normal rats. GPX activity was significantly lower in hypertensive than normal rats(WC, 13,877±2,364; HC, 9,098±,362;p<.05). Lipid peroxidation was significantly higher in hypertensive than in normal rats(WC, 1.37±0.21; HC, 1.76±0.53;p<.05). Also, eNOS activity was significantly higher in hypertensive than in normal rats(WC, 5.18±3.16; HC, 12.83±6.96;p<.05).
After the L-arginine supplementation and swimming training trial, it was found that in treated groups rise of body weight, heart rate, and blood pressure were prevented significantly (p<.05) and GPX activity in erythrocyte was significantly improved more than in the SHR controls (p<.05). In contrast, lipid peroxidation level and eNOS activity were reduced more than in the SHR controls. All of the lipid peroxidation levels were increased after highly intensive exercise, on the contrary, the GPX activities were decreased after same exercise only except HC. Although all the three treated groups (HA, HT, AT) and normal group (WC) showed increased or changeless eNOS activities, after exercise only HC group was decreaed.
In the mean blood lipid component levels, there was a significant difference among the normal control, hypertensive control and treated groups (p<.05). Due to L-arginine supplementation and swimming training trial, all of the blood lipid component levels were decreased greatly (p<.05) except for HDL-C and TG.
Correlation studies showed that TG and eNOS were significantly positively correlated with blood pressure in hypertensive rats (r=.966; r=.831). HDL-C and blood pressure showed a negative correlation (r=-.866). In lipid peroxidation, with GPX and eNOS were significantly positively correlated (r=.897; r=.797), however with HDL-C was negatively correlated in hypertensive rats (r=-.756).
In conclusion it was found that regular exercise training and supplement of L-arginine may prevent development of increased heart rate and blood pressure, reduce lipid peroxidation, enhance GPX activity, and stabilize sensitive eNOS activity.
However, many factors other than aerobic training and L-arginine affect cardiovascular reponses, antioxidant system, and NO synthesis mechanism. Additional factors such as various tissue damage bio-indexes, non enzymetic antioxidant matters, or NOS isomers must be considered in order to present a more complete assessment of the factors contributing to cardiovascular disease.
This paper firmly establishes the groundwork for further research to be conducted in this area.
The purpose of this study is to investigate the effects of 9 weeks swimming training and L-arginine supplementation on heart rate, blood pressure, blood lipid components, GPX activity, MDA level and eNOS activity in SHR (Spontaneously Hypertensive Rat).
Twenty four male SHR (six-week-old) were divided into four groups consisting of the six SHR control (HC), six SHR L-arginine (HA), six SHR trained (HT), and six SHR L-arginine trained (AT). Six age- and weight-matched normal Wistar-Kyoto (WKY) rats were used as normal control (WC). All of the groups divided into resting and exercising again.
Animals were supplied from Department of Laboratory Animal Medicine, Yonsei University College of Medicine. Animals were cared in SPF barrier area. During the 9-week treatment period, trained groups of the present study participated in a regular swimming training program five times per week, and L-arginine groups, 2% L-arginine solution were supplied ad libitum. Whereas, WC and HC groups did not participate in either training or supplementation.
At the end of the trial, animal killed and samples were taken at the Animal Operation Room of Department of Laboratory Animal Medicine, Yonsei University College of Medicine, and measurement of serum lipid components (TG, T-C, LDL-C and HDL-C), erythrocyte antioxidant enzyme (GPX), lipid peroxidation (MDA), and liver endothelial nitric oxide synthetase (eNOS) was carried out well-established methods. Heart rate and blood pressure were measured in all animals, using a standard tailcuff method.
The results obtained were analyzed via one-way ANOVA(analysis of variance), paired t-test, and Pearson's correlation using SAS program. A value of p<.05 was considered statistically significant.
From this study it was found that body weight(WC, 292.8±16.17; HC, 312.5±6.41;p<.05), heart rate(WC, 346.7±78.76; HC, 457.7±12.83;p<.05), and systolic blood pressure(WC, 130.2±4.4; HC, 213.0±4.2;p<.05) were significantly higher in hypertensive than in normal rats. GPX activity was significantly lower in hypertensive than normal rats(WC, 13,877±2,364; HC, 9,098±,362;p<.05). Lipid peroxidation was significantly higher in hypertensive than in normal rats(WC, 1.37±0.21; HC, 1.76±0.53;p<.05). Also, eNOS activity was significantly higher in hypertensive than in normal rats(WC, 5.18±3.16; HC, 12.83±6.96;p<.05).
After the L-arginine supplementation and swimming training trial, it was found that in treated groups rise of body weight, heart rate, and blood pressure were prevented significantly (p<.05) and GPX activity in erythrocyte was significantly improved more than in the SHR controls (p<.05). In contrast, lipid peroxidation level and eNOS activity were reduced more than in the SHR controls. All of the lipid peroxidation levels were increased after highly intensive exercise, on the contrary, the GPX activities were decreased after same exercise only except HC. Although all the three treated groups (HA, HT, AT) and normal group (WC) showed increased or changeless eNOS activities, after exercise only HC group was decreaed.
In the mean blood lipid component levels, there was a significant difference among the normal control, hypertensive control and treated groups (p<.05). Due to L-arginine supplementation and swimming training trial, all of the blood lipid component levels were decreased greatly (p<.05) except for HDL-C and TG.
Correlation studies showed that TG and eNOS were significantly positively correlated with blood pressure in hypertensive rats (r=.966; r=.831). HDL-C and blood pressure showed a negative correlation (r=-.866). In lipid peroxidation, with GPX and eNOS were significantly positively correlated (r=.897; r=.797), however with HDL-C was negatively correlated in hypertensive rats (r=-.756).
In conclusion it was found that regular exercise training and supplement of L-arginine may prevent development of increased heart rate and blood pressure, reduce lipid peroxidation, enhance GPX activity, and stabilize sensitive eNOS activity.
However, many factors other than aerobic training and L-arginine affect cardiovascular reponses, antioxidant system, and NO synthesis mechanism. Additional factors such as various tissue damage bio-indexes, non enzymetic antioxidant matters, or NOS isomers must be considered in order to present a more complete assessment of the factors contributing to cardiovascular disease.
This paper firmly establishes the groundwork for further research to be conducted in this area.
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