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문제 정의
- 본 연구는 14일간의 저강도 운동에 의해 근비대가 나타나는지를 확인하고, 격일 운동과 매일 운동이 Type I 근육인 가자미근과 Type II 근육인 족척근에 미치는 효과를 비교하기 위해 시도되었다. 본 연구결과, 저강도 운동 후 격일 운동을 한 E1군은 가자미근의 근육 무게, 가자미근과 족척근 근원섬유 단백질 함량, 가자미근과 족척근 Type I 근섬유 횡단면적이 C군에 비해 컸고, 매일 운동을 한 E2군은 가자미근 근원섬유 단백질 함량, 족척근 Type I 근섬유 횡단면적이 C군에 비해 컸기 때문에 두 군 모두 14일간의 저강도 운동으로 근비대 효과가 나타났다.
- 본 연구의 목적은 저강도 격일 운동과 매일 운동이 쥐 뒷다리근의 Type I 근육인 가자미근과 Type II 근육인 족척근에 근비대 효과를 가져 오는지를 확인하고 격일운동군과 매일운동군의 근비대 효과를 비교하는 것이며 구체적인 연구 목적은 다음과 같다.
- 이상의 연구 결과는 격일 운동으로 매일 운동과 동일하게 근비대가 발생함을 입증하였으므로 근위축 발생의 위험이 있는 대상자들에게 격일 운동을 권유할 수 있는 근거를 제시하고 있다.
- 이에 본 연구에서는 저강도 운동에 의해 근비대 효과가 있는지를 확인하고 매일운동군과 격일운동군의 근비대 효과를 비교하고자 한다.
제안 방법
- 2) 14일간의 저강도 운동이 근육 무게, 근원섬유 단백질 함량, Type I, II 근섬유 횡단면적에 미치는 효과를 격일운동군과 매일운동군에서 비교한다.
- Choe 등(2002)의 연구 결과를 바탕으로 본 실험에서는 운동 속도와 경사가 조절될 수 있는 rodent animal treadmill에서 10° 경사로 10 m/min의 속도로 운동을 시행하였다.
- 이 근육 표본을 광학현미경(CX-31, Olympus, Japan)으로 보아 어둡게 보이는 근섬유는 Type I, 밝게 보이는 근섬유는 Type II로 분류하였다. 근섬유의 단면적은 microscopic image analyzer (Leit, ASM 68k, Netzlr)를 이용하여 100배의 배율하에 image photoshop 작업과 BMI plus SE를 이용하여 일정면적 내에서 Type I, II 근섬유의 유형별 횡단면적을 산출하였다.
- 이러한 속도는 Gute 등(1994)의 연구 결과에 따라 최대산소섭취량을 계산하여 보면 58%VO2max이므로 저강도 운동이며 선행연구(Choe, 1995; Choe, 1998; An, Lee, Lim, Choi, & Choe, 2000)를 통해 근위축 경감 효과가 입증된 방법이다. 따라서 본 연구에서의 저강도 운동은 1회 운동 시 30분, 1일 2회(오전 9시, 오후 6시) 실시하여 하루에 총 60분을 시행하였다. 이러한 운동 부하를 14일 동안 E1군은 격일로 실시하여 총 7회를 수행하였고 E2군은 매일 실시하여 총 14회 수행하였다.
- 본 연구에서 14일간의 규칙적인 운동을 통해 단백질 합성증가로 근원섬유 단백질 함량을 증가시킨 것은 쥐에서 골격근의 단백질 분해와 합성이 이루어지는 세포주기(turnover)의 반감기가 3일이므로(Millward, Garlick, Stewart, Nnanyelugo, & Waterlow, 1975), 14일이라는 기간에도 근원섬유 단백질 함량의 변화가 나타날 수 있는 근거를 제시한다.
- 세 군을 동일한 환경에 수용하였고(온도: 22± 2℃, 습도: 45-55%) 12시간은 밝고 12시간은 어둡게 하였다.
- 소 혈청 알부민(bovine serum albumin)을 표준용액으로 이용하여 분광광도계에서 나타난 흡광도(absorbance, A595) 수치(μg/mL)를 읽어 해당 근육의 단백질 함량(mg/g)을 산출하였다.
- 실험 마지막 날에 pentobarbital sodium을 50-70 mg/kg의 용량으로 복강내 주사로 투여하여 마취용량으로 복강내 주사로 투여하여 마취시킨 후, 뒷다리에서 가자미근과 족척근을 절제하여 microbalance(A&D FX-300,Japan)에서 무게를 측정하였다.
- 연구기간은 2009년 4-6월까지 였으며, 실험에 이용된 쥐들은 동물실에 반입된 후 7일간 실험실 환경에 적응하는 기간을 두었다. 실험기간 14일 동안 매일 체중과 사료 섭취량을 측정하였고, 실험 마지막날에 체중을 측정한 후 근육을 절제하였다.
- 연구기간은 2009년 4-6월까지 였으며, 실험에 이용된 쥐들은 동물실에 반입된 후 7일간 실험실 환경에 적응하는 기간을 두었다.
- 이러한 운동 부하를 14일 동안 E1군은 격일로 실시하여 총 7회를 수행하였고 E2군은 매일 실시하여 총 14회 수행하였다.
- 쥐의 체중 및 사료 섭취량은 매일 동일한 시간인 오후 5시에 electrobalance(A&D HF-2000, Japan)를 이용하여 측정하였으며 사료 섭취량은 매일 24시간 전에 제공한 사료의 무게에서 남은 사료의 무게를 빼서 계산하여 측정하였다.
- 체중 220-240 g의 male Sprague-Dawley rat (Koatech, Pyeongtaek, Korea) 20마리를 대조군(C), 격일운동군(E1), 매일운동군(E2)에 각각 6, 7, 7마리씩 무작위 배정하였다. 세 군을 동일한 환경에 수용하였고(온도: 22± 2℃, 습도: 45-55%) 12시간은 밝고 12시간은 어둡게 하였다.
데이터처리
- SPSS WIN 11.0 프로그램을 이용하여 각 군의 실험 시작 시와 근육절제 직전의 체중, 사료 섭취량, 근육무게, 근원섬유 단백질 함량, 근섬유 횡단면적은 평균과 표준편차로 나타내었고, 세 군 간의 차이는 ANOVA로 분석하였으며 사후검정은 Tukey test를 이용하였다. 실험 시작 시와 근육절제 시의 체중비교는 paired t-test를 이용하여 분석하였으며 모든 통계적 유의수준은 p<.
- 실험 시작 시와 근육절제 시의 체중비교는 paired t-test를 이용하여 분석하였으며 모든 통계적 유의수준은 p<.05에서 채택하였다.
이론/모형
- Choe 등(2004)의 연구에서 제시된 방법에 따라 단백질 정량은 분광광도계(spectrophotometer, UV1601, SHIMADZU, Japan)를 이용하여 Serva Blue G dye가 함유된 Bio-Rad (Bio-Rad Laboratories, USA) 1 mL를 Bradford assay 방법으로 분석하였다. 소 혈청 알부민(bovine serum albumin)을 표준용액으로 이용하여 분광광도계에서 나타난 흡광도(absorbance, A595) 수치(μg/mL)를 읽어 해당 근육의 단백질 함량(mg/g)을 산출하였다.
- Choe, Kim, An, Lee와 Choi (2008)의 연구에서 제시된 방법에 따라 근섬유 형태를 Type I과 Type II로 구분하기 위해 myosin-ATPase(adenosinotriphophatase) 조직화학법을 실시하였다. 이 근육 표본을 광학현미경(CX-31, Olympus, Japan)으로 보아 어둡게 보이는 근섬유는 Type I, 밝게 보이는 근섬유는 Type II로 분류하였다.
성능/효과
- 1) 14일간의 저강도 운동으로 격일운동군과 매일운동군의 근육 무게, 근원섬유 단백질 함량 및 Type I, II 근섬유 횡단면적이 대조군에 비해 커졌는지를 확인한다.
- E1군과 C군의 족척근 Type I 근섬유 횡단면적을 비교한 결과, E1군의 726.55±160.04 μm2은 C군의 640.58±154.82 μm2에 비해 유의하게 컸으며(p =.041) E2군의 960.23±141.86 μm2은 C군의 640.58±154.82 μm2에 비해 유의하게 컸다(p=.001).
- E1군의 족척근 근원섬유 단백질 함량 53.94±3.35 mg/g은 C군의 족척근 근원섬유 단백질 함량 44.97±5.76 mg/g에 비해 유의하게 컸고(p =.004), E2군의 족척근 근원섬유 단백질 함량 50.29±3.34 mg/g은 C군의 44.97±5.76 mg/g에 비해 11.1% 큰 경향을 나타냈으나 통계적으로 유의하지 않았다.
- 가자미근의 근원섬유 단백질 함량은 세 군 간에 유의한 차이가 있었으며(F=30.569, p<.001), 족척근 근원섬유 단백질 함량도 세 군 간에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(F=7.373, p=.005).
- 저강도 격일 운동과 매일 운동에 의해 가자미근과 족척근에 근비대가 나타났고 이러한 근비대는 가자미근에서 현저하였다. 격일운동군이 매일운동군에 비해 가자미근 Type I 근섬유 횡단면적이 컸고 족척근의 Type I 근섬유 횡단면적이 작았다. 이외에는 격일운동군과 매일운동군 간에 차이가 없는 것으로 나타나 격일 운동과 매일 운동에 의한 근 비대 효과는 거의 동일하였다.
- 운동으로 인한 골격근 내 글리코겐 재합성 양과 비율은 식이에 큰 문제가 없는 한 정상보다 높은 농도로 증가되며(Kim, Whi, Ahn, Nam, & Yeo, 2005) 운동으로 인해 자극된 근섬유는 많은 미토콘드리아를 포함하고 더 많은 근 필라멘트와 근원섬유를 형성하며 세포들 사이의 결합조직의 양 또한 증가시킨다. 따라서 E1군의 가자미근 근육 무게가 유의하게 증가하였고 E2군의 가자미근 근육 무게도 증가한 경향을 보여줌으로써 E1군과 E2군에서 운동에 의해 근육비대가 초래되었음을 확인할 수 있다.
- , 2005), 운동 후 회복시간이 짧을수록 산 증가에 의한 코티솔 증가로 근육회복에 영향을 준다고 보고되었다(Wahl, Zinner, Achzehn, Bloch, & Mester, 2010). 따라서 본 연구에서는 격일 운동을 한 E1군이 24시간의 근육 회복기를 가졌기 때문에 매일 운동을 한 E2군에 비해 가자미근 Type I 근섬유 횡단면적이 더 컸고 근육 무게가 큰 경향을 보인 것으로 생각한다.
- 본 실험 결과에서 E1군의 체중이 C군에 비해 유의하게 작았으며, E2군이 C군에 비해 작은 경향을 보였다. 이는 사료 섭취량이 군 간에 유의한 차이가 없었음을 감안해 볼 때, 운동으로 인한 에너지 필요량 증가로 부적 에너지균형이 발생해 인체가 지방을 소모하는 과정에서 체중이 감소한 것이라 생각할 수 있다(Park, Lee, & Kim, 1999).
- max)의 45-60%를 필요로 하는 운동을 저강도 운동이라고 정의한다(Gute, Laughlin, & Amann, 1994). 본 실험에서는 Gute 등(1994)의 연구 결과에 따라 쥐에 적용되는 저강도 운동을 산소섭취량이 최대 산소섭취량의 58%가 되도록 10 m/min의 속도로 쥐를 운동시킨 것을 의미한다. Choe 등(2002)의 연구 결과를 바탕으로 본 실험에서는 운동 속도와 경사가 조절될 수 있는 rodent animal treadmill에서 10° 경사로 10 m/min의 속도로 운동을 시행하였다.
- 본 연구는 14일간의 저강도 운동에 의해 근비대가 나타나는지를 확인하고, 격일 운동과 매일 운동이 Type I 근육인 가자미근과 Type II 근육인 족척근에 미치는 효과를 비교하기 위해 시도되었다. 본 연구결과, 저강도 운동 후 격일 운동을 한 E1군은 가자미근의 근육 무게, 가자미근과 족척근 근원섬유 단백질 함량, 가자미근과 족척근 Type I 근섬유 횡단면적이 C군에 비해 컸고, 매일 운동을 한 E2군은 가자미근 근원섬유 단백질 함량, 족척근 Type I 근섬유 횡단면적이 C군에 비해 컸기 때문에 두 군 모두 14일간의 저강도 운동으로 근비대 효과가 나타났다.
- 본 연구에서 격일 운동을 한 E1군은 매일 운동을 한 E2군에 비해 가자미근 Type I 근섬유 횡단면적이 더 컸으며 E2군은 E1군에 비해 족척근 Type I 근섬유 횡단면적이 더 큰 것으로 나타났고, 근육무게, 근원섬유 단백질 함량은 두 군 간에 유의한 차이가 없었으므로 격일운동에 의한 근비대는 매일 운동과 유사한 것으로 볼 수 있다. 운동 후 휴식 시 근육 글리코겐과 미토콘드리아 효소가 증가된다는 Hansen 등(2005)의 연구결과를 토대로 본 연구에서 격일운동군은 1일이라는 휴식시간 동안 미토콘드리아 효소 활성이 증가됨으로써 Type I 근섬유가 증가되었을 것으로 유추할 수 있다.
- 본 연구에서 격일 운동을 한 E1군은 매일 운동을 한 E2군에 비해 가자미근 Type I 근섬유 횡단면적이 더 컸으며 E2군은 E1군에 비해 족척근 Type I 근섬유 횡단면적이 더 큰 것으로 나타났고, 근육무게, 근원섬유 단백질 함량은 두 군 간에 유의한 차이가 없었으므로 격일운동에 의한 근비대는 매일 운동과 유사한 것으로 볼 수 있다. 운동 후 휴식 시 근육 글리코겐과 미토콘드리아 효소가 증가된다는 Hansen 등(2005)의 연구결과를 토대로 본 연구에서 격일운동군은 1일이라는 휴식시간 동안 미토콘드리아 효소 활성이 증가됨으로써 Type I 근섬유가 증가되었을 것으로 유추할 수 있다. 또 다른 연구 결과에 의하면 지속성 저강도 운동 후 근육 글리코겐의 재합성 회복기는 46시간으로 나타났고(Kim et al.
- 이를 고려해 볼 때, TypeⅠ근섬유 97%와 Type II 근섬유 3% 정도로 구성된 가자미근과, TypeⅠ근섬유 23%와 Type II 근섬유 77%로 구성된 족척근(Tomáš, Gisela, & Vika, 2002)에서 Type I 근섬유의 증가가 현저하게 나타났음을 알 수 있다.
후속연구
- 그러므로 저강도 운동에 의한 근비대 효과가 매일 운동을 하는 것과 격일로 운동하는 것에 차이가 있는지를 규명해야 할 필요성이 증대되었다. 만약 본 연구에서 격일 운동으로 나타나는 근비대가 매일 운동과 차이가 없는 것을 입증한다면, 근위축 발생 위험이 있는 대상자들에게 격일 운동을 하도록 권유하는 근거를 제공할 수 있을 것이다.
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