운동은 중추와 말초의 각종 성장인자(BDNF, IGF-1, VEGF)들의 상호작용에 의해 뇌신경가소성을 증진시키고 인지기능을 향상시킨다. 지금까지 저·중강도 지속성 유산소 운동의 효과를 검증하는 선행연구가 주로 이루어졌기 때문에 고강도 운동에 따른 뇌신경성장인자의 발현 및 인지기능 개선 효과에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 하지만 최근의 과학적 증거들은 고강도 인터벌 운동이 시간 효율성, 안전성, 심폐지구력 개선 및 체중 감소에 효과적임을 암시하고 있으며, 미스포츠의학회(ACSM)에서 권장하는 일반인을 위한 운동지침에서도 무리가 되지 않는 수준에서 고강도 인터벌 운동 수행을 강조하고 있다. 특히 최근에 발표된 선행 연구에서 고강도 인터벌 운동은 말초조직과 뇌에서의 BDNF, IGF-1, VEGF의 발현을 증가시키고 그로 인한 인지기능 발달에 기여한다는 것을 보고하였으며, 관련된 유력한 생리학적 기전으로 고강도 인터벌 운동으로 인한 뇌의 저산소화와 뇌신경대사의 부가적인 에너지원이 될 수 있는 젖산이용성 증가가 대두되고 있다. 따라서 향후 저산소화 및 젖산 이용성 증가에 따른 뇌신경성장인자 발현 개선에 어떤 분자생물학적 기전이 관여하는지를 탐구할 필요가 있으며, 또한 동일한 운동량을 가진 저·중강도 지속성 유산소 운동과의 비교 연구를 통해 뇌신경성장인자의 발현 및 인지기능 개선에 있어 고강도 인터벌 운동의 우수성을 입증하는 연구가 요구된다.
운동은 중추와 말초의 각종 성장인자(BDNF, IGF-1, VEGF)들의 상호작용에 의해 뇌신경가소성을 증진시키고 인지기능을 향상시킨다. 지금까지 저·중강도 지속성 유산소 운동의 효과를 검증하는 선행연구가 주로 이루어졌기 때문에 고강도 운동에 따른 뇌신경성장인자의 발현 및 인지기능 개선 효과에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 하지만 최근의 과학적 증거들은 고강도 인터벌 운동이 시간 효율성, 안전성, 심폐지구력 개선 및 체중 감소에 효과적임을 암시하고 있으며, 미스포츠의학회(ACSM)에서 권장하는 일반인을 위한 운동지침에서도 무리가 되지 않는 수준에서 고강도 인터벌 운동 수행을 강조하고 있다. 특히 최근에 발표된 선행 연구에서 고강도 인터벌 운동은 말초조직과 뇌에서의 BDNF, IGF-1, VEGF의 발현을 증가시키고 그로 인한 인지기능 발달에 기여한다는 것을 보고하였으며, 관련된 유력한 생리학적 기전으로 고강도 인터벌 운동으로 인한 뇌의 저산소화와 뇌신경대사의 부가적인 에너지원이 될 수 있는 젖산 이용성 증가가 대두되고 있다. 따라서 향후 저산소화 및 젖산 이용성 증가에 따른 뇌신경성장인자 발현 개선에 어떤 분자생물학적 기전이 관여하는지를 탐구할 필요가 있으며, 또한 동일한 운동량을 가진 저·중강도 지속성 유산소 운동과의 비교 연구를 통해 뇌신경성장인자의 발현 및 인지기능 개선에 있어 고강도 인터벌 운동의 우수성을 입증하는 연구가 요구된다.
Exercise increases the expression and interaction of major neurotrophic factors such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor-1 (IGF-1), and vascular endothelial growth factor (VEGF) at both central and peripheral tissues, which contributes to improved brain and neural...
Exercise increases the expression and interaction of major neurotrophic factors such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor-1 (IGF-1), and vascular endothelial growth factor (VEGF) at both central and peripheral tissues, which contributes to improved brain and neural plasticity and cognitive function. Previous findings have been to understand the effect of light or moderate intensity aerobic exercise on neurotrophic factors and cognitive function, not that of high intensity aerobic exercise. However, recent findings suggest that high intensity interval training is a safe, less time-consuming, efficient way to improve cardiorespiratory fitness and weight control, thus American College of Sport Medicine (ACSM)’s guidelines for exercise prescription for various adult populations also recommend the application of high intensity interval training to promote their overall health. High intensity interval training also enhances the expression of BDNF, IGF-1, and VEGF at the brain and peripheral tissues, which improves cognitive function. Increased frequency of intermittent hypoxia and increased usage of lactate as a supplementary metabolic resource at the brain and neural components are considered a putative physiological mechanism by which high intensity interval training improves neurotrophic factors and cognitive function. Therefore, future studies are required to understand how increased hypoxia and lactate usage leads to the improvement of neurotrophic factors and what the related biological mechanisms are. In addition, by comparing with the iso-caloric moderate continuous exercise, the superiority of high intensity interval training on the expression of neurotrophic factors and cognitive function should be demonstrated by associated future studies.
Exercise increases the expression and interaction of major neurotrophic factors such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor-1 (IGF-1), and vascular endothelial growth factor (VEGF) at both central and peripheral tissues, which contributes to improved brain and neural plasticity and cognitive function. Previous findings have been to understand the effect of light or moderate intensity aerobic exercise on neurotrophic factors and cognitive function, not that of high intensity aerobic exercise. However, recent findings suggest that high intensity interval training is a safe, less time-consuming, efficient way to improve cardiorespiratory fitness and weight control, thus American College of Sport Medicine (ACSM)’s guidelines for exercise prescription for various adult populations also recommend the application of high intensity interval training to promote their overall health. High intensity interval training also enhances the expression of BDNF, IGF-1, and VEGF at the brain and peripheral tissues, which improves cognitive function. Increased frequency of intermittent hypoxia and increased usage of lactate as a supplementary metabolic resource at the brain and neural components are considered a putative physiological mechanism by which high intensity interval training improves neurotrophic factors and cognitive function. Therefore, future studies are required to understand how increased hypoxia and lactate usage leads to the improvement of neurotrophic factors and what the related biological mechanisms are. In addition, by comparing with the iso-caloric moderate continuous exercise, the superiority of high intensity interval training on the expression of neurotrophic factors and cognitive function should be demonstrated by associated future studies.
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문제 정의
최근 고강도 인터벌 운동이 뇌 신경 체계 성장 인자들의 발현 및 인지기능 향상에 기여하고[1, 60, 65, 71], 고강도 운동 중 발생하는 저산소화(hypoxia)가 VEGF 발현을 촉진시키며[63], 고강도 운동으로 인해 증가된 혈중 젖산이 뇌의 대사과정에서 2차적인 에너지원이 된다는 선행 연구 결과[53]는 고강도 인터벌 운동이 뇌신경가소성과 인지기능 개선에 효과적인 전략으로 사용될 수 있음을 시사하고 있다. 따라서 본 연구는 운동형태 및 강도가 뇌신경체계 성장인자들의 발현 및 인지기능 개선에 미치는 효과를 선행연구를 바탕으로 살펴보고, 고강도 인터벌 운동으로 인한 뇌신경성장인자의 발현 및 인지기능 개선에 어떤 생리학적 기전이 관여하는지에 대해 고찰해보고자 한다.
성능/효과
6개월 이상의 저·중강도 유산소 운동으로 증가된 혈중 VEGF 수준은 대뇌 주변 혈관망을 개선시켜 해마와 대뇌의 전두엽 및 측두엽의 부피를 증가시키고[14, 22], 원활한 영양분 공급을 보장하여 해마의 치상회를 포함한 뇌조직으로부터의 BDNF 생성 또한 증가시키게 된다. 결국 증가된 BDNF는 신경세포의 생성 및 활성을 증가시켜 뇌의 인지기능 향상에 긍정적인 영향을 주는 것으로 보여진다.
고강도 인터벌 운동 중 발생할 수 있는 일시적이지만 빈번한 뇌의 저산소화 (hypoxia)는 뇌혈관조직 형성에 기여하는 VEGF의 혈중 순환을 촉진시켜 뇌조직 유지 및 성장에 기여하고, 이는 뇌에서의 BDNF 생성 및 이용을 개선시킬 수 있다. 또한 고강도 인터벌 운동 시 점진적으로 증가하는 혈중 젖산 농도가 혈중 글루코스와 함께 뇌신경 대사의 부가적인 에너지원이 될 수 있다는 과학적 사실은 고강도 인터벌 운동이 동일한 운동량을 가진 유산소 운동보다 뇌가소성 및 인지기능 개선에 더 효과적일 수 있다는 가능성을 제시하고 있다. 과거 일시적인 심혈관계의 부담 증가로 운동처방 시 고강도 유산소 운동보다 동일한 운동량을 가진 저·중강도 유산소 운동을 선호하는 경향이 있었으나 최근의 과학적 증거들은 고강도 인터벌 운동의 우수한 시간 효율성, 안전성, 건강증진 및 생체기능 개선의 효과성을 보고하고 있으며, 최신 미스포츠의학회(ACSM)의 운동지침에 따르면 일반인, 노인, 다양한 대사성 질환자에게 고강도와 중강도 운동의 복합적인 형태인 고강도 인터벌 운동을 권고하고 있다.
쥐(C57BL/6 mice)를 대상으로 2주간의 자발적인 바퀴돌리기 운동은 해마치상회의 대뇌 혈류량을 증가시켰으며, 이는 신경조직형성(neurogenesis) 과 상관성을 보였다. 또한 사람(20-40대)을 대상으로 3개월간의 저·중강도 유산소 운동 후 증가된 해마치상회의 대뇌 혈류량은 유산소성 체력 및 인지기능의 향상과 정적 상관관계를 보였다. 노인을 대상으로 한 몇몇 연구에서도 3개월 이상 장기간의 규칙적인 저·중강도의 유산소 운동은 해마의 부피를 증가시키며 뇌의 고등적 인지기능을 담당하는 영역 간의 상호연결성을 증진시키는 것으로 보고되고 있다[21, 57, 69].
Pereira 등(2007)은 동물과 사람을 대상으로 저·중강도유산소 운동의 효과를 증명하였다. 쥐(C57BL/6 mice)를 대상으로 2주간의 자발적인 바퀴돌리기 운동은 해마치상회의 대뇌 혈류량을 증가시켰으며, 이는 신경조직형성(neurogenesis) 과 상관성을 보였다. 또한 사람(20-40대)을 대상으로 3개월간의 저·중강도 유산소 운동 후 증가된 해마치상회의 대뇌 혈류량은 유산소성 체력 및 인지기능의 향상과 정적 상관관계를 보였다.
수준이 증가하였음을 보고하였다. 짧게는 수일 혹은 일주일 동안의 운동 만으로도 해마에서의 BDNF 유전자 및 단백질 발현의 증가를 일으킬 수 있으며, 그 효과는 운동 종료 후 최대 2주까지 유지되는 것으로 나타났다. 뇌에서의 BDNF 수준은 운동량에 의존적으로 변화한다고 알려져 있으며[69], 수동적, 강제적 운동보다는 능동적, 자발적 운동 시 해마에서의 BDNF mRNA 및 단백질 수준이 더욱 증가하는 것으로 나타났다[16, 44].
후속연구
고강도 인터벌 운동을 적용했을 시 운동기간 및 운동량 증가가 혈중 IGF-1 수준에 어떤 영향을 미치는가에 대한 후속 연구를 통해 고강도 운동에 따른 IGF-1 수준의 변화가 단기적인 반응인지 아님 지속적으로 효과가 유지되는 장기적인 반응인지 검증할 필요가 있다고 사료된다.
과거 일시적인 심혈관계의 부담 증가로 운동처방 시 고강도 유산소 운동보다 동일한 운동량을 가진 저·중강도 유산소 운동을 선호하는 경향이 있었으나 최근의 과학적 증거들은 고강도 인터벌 운동의 우수한 시간 효율성, 안전성, 건강증진 및 생체기능 개선의 효과성을 보고하고 있으며, 최신 미스포츠의학회(ACSM)의 운동지침에 따르면 일반인, 노인, 다양한 대사성 질환자에게 고강도와 중강도 운동의 복합적인 형태인 고강도 인터벌 운동을 권고하고 있다. 따라서 앞으로 운동기간에 따른 고강도 인터벌 운동의 뇌신경가소성 및 인지기능 개선에 미치는 효과를 밝히는 후속 연구들이 지속적으로 진행되어 충분한 과학적 증거를 제공해야 할 것이라 사료된다.
하지만, 고강도 인터벌 운동 중에 발생하는 간헐적인 저산소화 및 운동 직후 증가된 혈중 젖산 수준이 기억 및 인지기능과 어떤 상관관계가 있는지는 아직까지 명확하게 밝혀지지 않았으며, 젖산의 증가나 저산소화 상태에서의 뇌 신경 성장인자(BDNF, VEGF)의 발현 증가에 대한 분자생물학적 기전 또한 아직까지 밝혀지지 않았으므로, 이와 관련된 후속 연구가 절실히 필요하다.
효과가 나타나는 것으로 보여진다. 하지만, 장기간의 고강도 인터벌 운동을 적용했을 시 뇌신경성장인자 및 인지기능 개선에 부가적인 이점을 제공하는지에 대한 연구는 현재까지 이루어지지 않았으며, 운동 종류, 강도 및 기간에 따라 개선된 인지기능 유지 기간이 어떻게 다른지에 대한 연구 또한 전무한 상태이므로 추후 이에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
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