[논문]제 2형 당뇨 마우스의 운동 형태가 ẞ-Amyloid, BDNF 및 인지기능에 미치는 영향

김도연; 우진희; 신기옥; 노희태; 이율효; 윤병곤; 박찬호

doi:10.12925/jkocs.2020.37.3.409

제 2형 당뇨 마우스의 운동 형태가 ẞ-Amyloid, BDNF 및 인지기능에 미치는 영향
Effects of Exercise Type on ẞ-Amyloid, BDNF and Cognitive Function in Type 2 Diabetic Mice 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.37 no.3, 2020년, pp.409 - 417

김도연 (부산대학교 체육교육학과) , 우진희 (동아대학교 체육학과) , 신기옥 (동아대학교 체육학과) , 노희태 (동아대학교 체육학과) , 이율효 (동아대학교 체육학과) , 윤병곤 (동의대학교 체육학과) , 박찬호 (동의대학교 레저스포츠학과)

초록
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본 연구는 서로 다른 운동유형이 당뇨처치 그룹의 베타 아밀로이드, BDNF 및 인지기능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 24마리의 C57BL/6 쥐를 당뇨처치를 하지 않은 그룹 6마리(통제그룹: 6)와 당뇨처치 그룹 18마리로 무작위 할당하여, 이를 다시 당뇨처치 그룹의 경우 통제그룹 6마리, 유산소 운동그룹 6마리, 저항운동 그룹 6마리로 나누었고 운동그룹은 8주간 주 5회 저강도로 각각 트레드밀 운동과 사다리 운동을 실시하였다. 그 결과 베타아밀로이드는 8주 후 당뇨처치 그룹의 통제그룹(DM.G.)이 나머지 세 그룹에 비하여 높은 수준을 나타내었으나 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. BDNF의 경우는 당뇨통제그룹이 나머지 세 그룹에 비하여 낮은 수준을 나타냈으며 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다(p<.05). 인지기능을 알아보기 위한 Y-미로 검사에서도 당뇨통제 그룹이 나머지 세그룹에 비하여 낮은 수준을 보였으며 통계적으로도 유의한 차이를 나타냈다(p<.05).

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate the effects of different types of exercise training on ẞ-Amyloid, Brain-Derived Nerurotrophic Factor(BDNF) and cognitive function in mice with Diabetes Mellitus Group(DM.G). 24 male C57BL/6 mice were randomly assigned to the control (C.G. n = 6) and Diabetes Mellitus Group(DM.G. n = 18) groups. After the Diabetes Mellitus induction period, the DM group was subdivided into DM.G. + sedentary (DM.G., n = 6), DM.G. + endurance exercise (A.G, n = 6), and DM.G. + resistance exercise (R.G., n = 6). The A.G. and R.G performed treadmill and ladder climbing exercises 5 times per week for 8 weeks, respectively. After 8 weeks the results are as follows: ẞ-Amyloid showed higher levels of DM.G. than in A.G., R.G., and C.G., but was not statistically significant(p>.05). BDNF was significantly lower in DM.G. than in C.G., A.G., and R.G.(p <0.05). The Y-maze task performance for cognitive function was significantly lower in DM.G. than in C.G., A.G., and R.G.(p <0.05). These results predict that diabetes can negatively affect ẞ-Amyloid, BDNF and cognitive function. It can also be predicted that low-intensity exercise can positively improve ẞ-Amyloid, BDNF and cognitive function regardless of the type of exercise.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. The results of ẞ-Amyloid expression in hippocampus.
그림 Fig. 2. The results of BDNF expression in hippocampus.
표 Table 1. Changes in Cognitive function(% Alternation Behavior) for each group.

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 당뇨유발 쥐를 대상으로 하여 유산소 운동그룹과 저항 운동그룹으로 나누어 운동을 실시한 후 BDNF, ẞ-Amyloid, Y-maze task를 통한 인지기능의 각 운동 유형별효과를 규명하고자 한다.
저강도 운동프로그램에서 운동유형이 당뇨마우스의 ẞ-Amyloid, BDNF, 인지기능의 미치는 영향을 알아보고자 실시한 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

본 연구를 위해 D대학교 의대 동물실험실에서4주령의 C57BL/6 마우스를 Cage당 4마리씩을 수용하여 36주까지 정상식이를 섭취하는 통제군6마리와 당뇨를 유도한 마우스로 사육하였다. 37주차부터 당뇨를 유도한 마우스는 유산소운동군 6마리, 저항운동군 6마리, 당뇨 통제군 6마리로 나누어 8주간 실험을 실시하였다.
C57BL/6 마우스에게 고지방 식이 처치를 4주간 실시한 후 6시간 공복 후 Streptozotocin(STZ; Sigma Chemical, USA)을 0.1M sodiumcitrate solution(pH 4.5) 용액에 용해시킨 후 4일에 걸쳐 총 4회 40mg/kg을 하복부에 투여하였고, 당내성 검사 시 공복혈당이 250mg/dL 이상일 경우 제 2형 당뇨가 발생한 것으로 판단하였다.[12, 13, 14]
C57BL/6 마우스의 1RM을 구하기 위하여 실험 전 마우스의 체중을 측정하고, 사다리 운동의 적응을 위하여 3일 동안 저항 없이 1일 1회 사다리 운동을 실시하였다. 이 후 체중의 75%에 해당하는 중량 추를 꼬리에 달고 사다리 운동을 실시하였고 성공할 경우 체중의 15% 중량을 점진적으로 추가하여 1RM을 구하였다.
실험실은 온도 22±2℃, 상대습도 55%를 유지하였으며 12시간 주기로 조명을 조정하였다.
유산소운동그룹의 경우 8주 동안 주당 5일, 1일40분간 트레드밀 운동을 실시하였는데, 준비운동과 정리운동을 각각 5분간 실시하고 본 운동을 30분간 실시하여 총 40분간 운동을 실시하였다. 처음 1-4주간은 8m/min의 속도로 본 운동을 실시하였고, 이후 5-8주간은 8m/min에서 10m/min까지 점증적으로 속도를 올려 운동 강도를 조절하였다.
C57BL/6 마우스의 1RM을 구하기 위하여 실험 전 마우스의 체중을 측정하고, 사다리 운동의 적응을 위하여 3일 동안 저항 없이 1일 1회 사다리 운동을 실시하였다. 이 후 체중의 75%에 해당하는 중량 추를 꼬리에 달고 사다리 운동을 실시하였고 성공할 경우 체중의 15% 중량을 점진적으로 추가하여 1RM을 구하였다.
membrane을 phosphate-buffered saline(PBS) 중 5 % 탈지유로 막고, 이어서 BDNF(sc-65513, Santa CruzBiotechnology, USA)와 ẞ-Amyloid(sc-28365, Santa Cruz Biotechnology, USA)에 대한 1차 항체(1 : 1000 희석)와 함께 밤새 4℃에서 배양하였다. 이후 membrane을 10분 동안 6회 세척하고 goat anti-mouse 또는 anti-rabbit lgG이 혼합된 이차항체 용액에 실온에서 1시간 동안 배양한 후 ECL solution(Amersham PharmaciaBiotech, USA)을 이용하여 밴드를 검출하였고ImageQuant LAS-4000 시스템(GE Healthcare,Sweden)으로 시각화하였다.
저항운동그룹은 Sanches 등[15]의 프로토콜을 활용하여 8주간 주 5회, 꼬리에 추를 달고 1RM을 측정한 후 50%에 해당하는 추를 달고 강도를 조절하여 경사도 80°의 사다리를 1회 운동 시 8회 반복하여 오르도록 하였다.
해마의 ẞ-Amyloid와 BDNF를 측정하기 위하여 해마조직을 방사선 면역 침전 분석(radioimmuno precipitation assay: RIPA) 완충액 200μl에서 용해시켜 단백질을 추출한 후 30분 동안14,000rpm으로 원심분리시켜 상청액을 BCA단백질 분석 장치(UVmini-1240, Shimadzu Co.,Japan)를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

본 연구를 위해 D대학교 의대 동물실험실에서4주령의 C57BL/6 마우스를 Cage당 4마리씩을 수용하여 36주까지 정상식이를 섭취하는 통제군6마리와 당뇨를 유도한 마우스로 사육하였다. 37주차부터 당뇨를 유도한 마우스는 유산소운동군 6마리, 저항운동군 6마리, 당뇨 통제군 6마리로 나누어 8주간 실험을 실시하였다.

데이터처리

25를 사용하여 측정항목에 대한 평균값과 표준편차를 산출하였고, 각 그룹 간의ẞ-Amyloid와 BDNF의 차이를 규명하기 위하여One-way ANOVA를 이용하였으며, 인지기능(Y-maze task)의 경우는 운동 전·후의 그룹과 시기간의 상호작용을 알아보기 위하여 two-wayrepeated measure ANOVA를 이용하였다.
통계적으로 유의미한 경우 Tukey’s post-hoc을 이용하여 사후분석을 실시하였으며 통계적 유의수준은 p < .05으로 설정하였다.

이론/모형

인지기능은 Y-maze task를 사용하여 측정하였다. Y-maze는 3개의 통로로 구성되어 있으면 각 통로는 넓이 5cm, 길이 35cm, 높이 10cm로 각 통로의 끝부분을 A, B, C로 지정하였다.

성능/효과

각 그룹별 BDNF 수준을 비교분석한 결과는 당뇨그룹이 통제그룹보다 낮은 수준을 보였으며, 유산소 운동그룹과 저항운동 그룹의 경우는 통제그룹과 당뇨그룹에 비하여 더 높은 수준을 보여 각각의 운동이 BDNF 수준을 개선시키는 것으로 나타났으며, 통계적으로도 유의한 차이를 나타냈다(p<.05).
각 그룹별 ẞ-Amyloid 수준을 비교분석한 결과는 당뇨 그룹이 통제그룹보다 높은 수준을 보였으며, 유산소 운동그룹과 저항운동 그룹의 경우는 통제그룹과 당뇨그룹에 비하여 낮은 수준을 보여 각각의 운동이 ẞ-Amyloid 수준을 개선시키는 것으로 나타났으나 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다(p>.05).
그룹 간의 차이에서는 운동 전에는 나타나지 않았으나 운동 후에는 유산소운동그룹, 저항운동그룹, 통제그룹이 당뇨그룹에 비하여 높은 수준을 보여 각각의 운동이 인지기능을 개선시키는 것으로 나타났으며, 통계적으로도 유의한 차이(p<.05) 가 나타났다.
당뇨병은 ẞ-Amyloid의 증가를 가져오고 BDNF 농도의 감소를 가져오며, 인지기능에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이에 대한 운동의 효과는 ẞ-Amyloid의 경우는 운동의 형태와 관계없이 감소하였으나 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. BDNF의 경우는 농도의 증가가 운동의 형태와 관계없이 통계적으로 유의하게 나타났다(p<.
또한 당뇨그룹을 유산소운동그룹과 저항운동그룹으로 나누어 8주간 저강도 운동프로그램을 실시한 후 나타난 결과에서는 유산소운동그룹과 저항운동그룹 모두 당뇨그룹에 비하여 낮은 수준을 나타내었다.
본 연구결과에서 당뇨그룹(44.14±13.67%)이 통제그룹(69.37±10.39%)에 비하여 낮은 점수를 나타내 당뇨환자에게 있어 인지기능이 떨어지는 것을 확인할 수 있었고 당뇨유발 마우스를 유산소운동그룹과 저항운동그룹으로 나누어 운동프로그램을 실시한 그룹에서도 유산소운동그룹(63.24±8.13%), 저항운동그룹(66.77±8.41%) 모두 당뇨그룹보다 높은 점수를 나타내었고, 사후검증결과에서도 당뇨그룹과 나머지 세 그룹 사이에서 통계적으로도 유의한 차이(p<.05)를 나타내었다.
본 연구에서 당뇨그룹이 통제그룹에 비하여 BDNF농도가 낮은 수준을 보여 말초에서의BDNF의 역할과 관련된 선행연구를 지지하는 결과를 나타내었고 당뇨그룹을 다시 유산소운동그룹과 저항운동그룹으로 나누어 8주간 저강도 운동프로그램을 실시한 후 나타난 결과에서도 두 그룹 모두 당뇨그룹에 비하여 높은 수준의 BDNF 농도를 나타내어 운동이 BDNF 농도에 긍정적인 변화를 가져온다는 것을 나타내었다.
본 연구에서 통제그룹에 비하여 당뇨그룹에서ẞ-Amyloid의 수준이 높게 나타나 선행연구와 일치하는 결과가 나타났으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다.
본 연구에서도 사후검증 결과 당뇨그룹과 저항운동그룹 사이에서는 통계적으로 유의한 차이(p<.05)가 나타났으나 나머지 통제그룹과 두 운동그룹에서는 사후검증 결과 유의한 차이가 없는 것으로 나타나 이를 뒷받침하는 것으로 생각된다.

후속연구

이는 조한삼[39]의 연구에서 나타난 인지기능이 감소된 노화 마우스의 운동효과를 본 결과와 일치하는 것으로, 운동이 인지기능 개선에 영향을 미친다는 여러 선행연구[40, 41, 42, 43]들과도 일치하는 결과가 나타났다. 이러한 인지기능의 개선이 앞서 서술한 ẞ-Amyloid의 감소나 BDNF농도의 증가와 어떠한 상관이 있으며, 운동과 인지기능 요인과의 관계에 대해서도 추후 지속적인 연구가 필요하다고 생각된다.
즉, 당뇨를 비롯한 여러 가지 원인에 의해 BDNF 농도가 낮은 대상에 대한 운동프로그램은 뇌세포에 더 많은 영양과 산소를 공급하고 BDNF를 활성화하여 뇌기능 저하를 방지할 수 있을 것으로 생각된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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