[논문]전기자극 조건에 따른 근육 세포에 미치는 영향과 반응

서형우; 신현영; 이현주; 태기식; 김민석

doi:10.9718/jber.2017.38.6.308

Abstract ▼ AI-Helper

Skeletal muscle function plays a very important role in quality of life. However, skeletal muscle causes functional decline under aging or some diseases. Exercise and muscle training are good solutions to delay sarcopenia, but there are limitations to those who are uncomfortable in exercise. For thi...

Skeletal muscle function plays a very important role in quality of life. However, skeletal muscle causes functional decline under aging or some diseases. Exercise and muscle training are good solutions to delay sarcopenia, but there are limitations to those who are uncomfortable in exercise. For this reason, alternative interventions for muscle sarcopenia are required, and many studies proved the increase of skeletal muscle mass by electrical stimulation. In conventional studies, however, mouse skeletal muscle cells have been mostly used in experiments to identify electrical stimulation conditions while human derived cells have not been frequently utilized in these studies. Stimulation used for rehabilitation has been uniformly treated without the consideration of aging. In addition, many studies have been used with conventional petri dish usually requiring many numbers of cells, which is not appropriate for rare. Moreover, they are not usually condition uniformity of electrical field. In this study, we have developed an electrical stimulation device which consumes a small amount of cells and can form a uniform electrical field. With the system, we analyzed the skeletal muscle differentiation and Myotube thickness depending on the electrical stimulation condition.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 17세 여성 근육 세포를 이용하여 전기자극에 따른 근 증가 효과를 보기 위해 전기자극 기기를 만들어 분석을 진행했다. 전기자극 전 후에 따른 근육 세포는 기존 선행연구에서 밝혀진 조건보다 더 낮은 부분에서 세포 생존도가 많이 떨어지는 것을 확인했다.

제안 방법

본 연구에서는 적은 세포의 양을 요구하며 균일한 전기장을 형성하는 전기자극 기기를 개발하였다. 그리고 사람에서 추출한 골격근세포를 이용하여 각각의 파라미터에 따른 세포의 생존도를 측정하고 이의 결과를 기반으로 골격근의 마이오튜브 두께를 측정하여 전기자극 효과를 관찰하였다.
이는 골격근의 전기자극에 따른 효과에 대한 더 많은 연구가 필요하다는 것을 말해주고 있다. 본 연구에서는 적은 세포의 양을 요구하며 균일한 전기장을 형성하는 전기자극 기기를 개발하였다. 그리고 사람에서 추출한 골격근세포를 이용하여 각각의 파라미터에 따른 세포의 생존도를 측정하고 이의 결과를 기반으로 골격근의 마이오튜브 두께를 측정하여 전기자극 효과를 관찰하였다.

대상 데이터

17세 여성 골격근세포를 13 mm 원형 플라스틱 커버 슬립에 10% Myotonic growth supplement (Cook myosite, MS-3333), 1% 항생제(Antibiotic-antimycotic, hyclone, SV30079.01)가 첨가된 기본배지(Myotonic basal medium, cook myosite, MB-2222)를 이용하여 이틀 동안 배양 후, 1% 항셍제만 첨가된 분화배지(Myotonic differentiation medium, Cook myosite, MD-5555)로 변경을 하여 3일간 분화를 실시 했다. 세포는 37^oC, 5% CO₂환경을 갖춘 인큐베이터에서 배양되었다.

성능/효과

전기자극 전 후에 따른 근육 세포는 기존 선행연구에서 밝혀진 조건보다 더 낮은 부분에서 세포 생존도가 많이 떨어지는 것을 확인했다. 또한 근력 증가를 유발하는 전기자극 조건은 전기 파라미터의 적절한 값을 통해 이루어지는 것을 확인하였다. 선행 연구들은 전극 거리와 전기 파라미터가 모호하게 제시하는 경우가 많으며 사람 근육 세포를 통한 연구 결과는 현재 많이 부족한 상태이다.
본 연구에서는 17세 여성 근육 세포를 이용하여 전기자극에 따른 근 증가 효과를 보기 위해 전기자극 기기를 만들어 분석을 진행했다. 전기자극 전 후에 따른 근육 세포는 기존 선행연구에서 밝혀진 조건보다 더 낮은 부분에서 세포 생존도가 많이 떨어지는 것을 확인했다. 또한 근력 증가를 유발하는 전기자극 조건은 전기 파라미터의 적절한 값을 통해 이루어지는 것을 확인하였다.

후속연구

본 연구는 동물이 아닌 사람 세포를 이용하여 전기자극의 효과를 제시했으며 전기자극 세기에 따른 세포의 반응과 전기 파라미터의 정확한 설계가 매우 중요함을 나타내고 있다. 골격근 세포 특성에 따른 최적의 전기자극 조건을 찾고 재활치료 시 근육의 특징과 종류에 따라 각각의 다른 전기자극 조건을 형성하는 기초자료로서 사용될 것으로 기대된다.
향후 연구에서는 한 번에 다양한 전기 파라미터를 입력할 수 있는 기기 제작과 이를 통해 골격 근육의 부위에 따른 최적의 전기자극 조건의 확립이 필요하며 나이와 질병에 따른 반응도 관찰해 볼 필요도 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	골격근을 구성하는 2가지 근육은 무엇인가?	전체 체중의 40% 정도를 차지하고 있는 골격근은 수 천개의 근 필라멘트로 구성 되어 있으며, 운동신경의 전기적 신호에 의해 근 필라멘트의 구성원인 마이오신과 엑틴을 움직이는 힘과 수축이 유발된다. 골격근은 빠르게 수축하면서 큰 힘을 생성하는 속근과 작은 힘으로 오랫동안 수축을 유지하는 지근으로 나눌 수 있으며, 상황에 따라 필요한 힘을 근육 수축 과정을 통해서 몸을 지탱할 수 있게 된다. 골격근은 일상생활에 필요한 활동 및 몸의 형태를 유지하기 위한 필수 요소이다[1,2].
	거동이 불편한 사람들에게 전기자극이 필요한 이유는 무엇인가?	이에 따라 건강과 높은 삶의 질을 유지하기 위해 노화 및 질병에 따른 근육 쇠퇴를 예방하고 유지시키는 것은 매우 중요하며, 운동을 통해서 골격근의 자극 및 수축을 발생시켜 근 감소를 줄이고 근 기능을 향상시킬 수 있다[3]. 그러나 선, 후천적으로 거동이 불편한 사람들은 운동을 통해 몸에 기본적으로 필요한 근육량을 유지 하는 것은 한계가 있으며 이를 대체하여 골격근을 수축할수 있도록 도와주는 자극이 필요하다[4].
	골격근의 동작원리는?	전체 체중의 40% 정도를 차지하고 있는 골격근은 수 천개의 근 필라멘트로 구성 되어 있으며, 운동신경의 전기적 신호에 의해 근 필라멘트의 구성원인 마이오신과 엑틴을 움직이는 힘과 수축이 유발된다. 골격근은 빠르게 수축하면서 큰 힘을 생성하는 속근과 작은 힘으로 오랫동안 수축을 유지하는 지근으로 나눌 수 있으며, 상황에 따라 필요한 힘을 근육 수축 과정을 통해서 몸을 지탱할 수 있게 된다.

참고문헌 (14)

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K. Ikeda, A. Ito, M. Sato, Y. Kawabe and M. Kamihira, "Improved contractile force generation of tissue-engineered skeletal muscle constructs by IGF-I and Bcl-2 gene transfer with electrical pulse stimulation", Regenerative Therapy, vol. 3, pp. 38-44, 2016.

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H. Kern, L. Barberi, S. Lofler, S. Sbardella, S. Burggraf, H. Fruhmann, U. Carraro, S. Mosole, N. Sarabon, M. Vogelauer, W. Mayr, M. Krenn, J. Cvecka, V. Romanello, L. Pietrangelo, F. Protasi, M. Sandri, S. Zampieri and A. Musaro, "Electrical Stimulation Counteracts Muscle Decline in Seniors", Frontiers in Aging Neuroscience, vol. 6, 2014.

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M. Langelaan, K. Boonen, K. Rosaria-Chak, D. van der Schaft, M. Post and F. Baaijens, "Advanced maturation by electrical stimulation: Differences in response between C2C12 and primary muscle progenitor cells", Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, vol. 5, no. 7, pp. 529-539, 2010.
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Y. Kawahara, K. Yamaoka, M. Iwata, M. Fujimura, T. Kajiume, T. Magaki, M. Takeda, T. Ide, K. Kataoka, M. Asashima and L. Yuge, "Novel Electrical Stimulation Sets the Cultured Myoblast Contractile Function to 'On' ", Pathobiology, vol. 73, no. 6, pp. 288-294, 2006.

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