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근육-뼈에 있어서의 운동의 상호작용 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 근육-뼈에 있어서의 운동의 상호작용 연구 | 2015 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김창선(동덕여자대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number 2015S1A5A2A01011501
Year(selected) 2015 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2017년 10월 26일
Year type 결과보고
Year(final report) 2017년
Research Summary
  • Korean
  • 제1부: 일회성 운동에 따른 근육-뼈 Crosstalk 인자의 변화

    제1부에서는 여대생을 대상으로 운동 강도에 따른 근육-뼈 Crosstalk 인자의 작용을 검토하고 운동강도 의존 여부를 검토하기 위하여 20~24세의 여대생 10명을 대상으로 최대 운동부하 검사를 실시하여 VO2max를 측정하고, 각각 비운동 안정시 및 2가지 운동 강도(60% 및 80% VO2max)를 Cross over 반복측정을 실시하여, 운동전, 운동직후, 운동후 90분 후의 혈액 성분을 비교분석 하였다. 운동부하 시에는 운동량을 차이를 없애기 위하여 동일하게 250kcal의 열량을 소비하도록 운동 시간을 조정하였다. 실험 결과는 다음과 같다.
    1) 근육-뼈 Crosstalk 인자의 변화
    근육에서 생산되어 뼈의 분화와 성장에 작용하는 Osteonection과 뼈에서 생산되어 근육 성장에 영향을 미치는 Sclerostin은 각각 시기(p=.000, p=.011)에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 운동강도 및 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나, Osteoglycin과 Osteocalcin에서는 운동강도 및 시기, 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
    2) 성장 인자의 변화
    성장인자인 GH는 운동강도(p=.048) 및 시기(p=.010)에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, IGF-1은 시기(p=.005)에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. VD는 운동강도 및 시기, 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
    3) 혈청 골대사 표지자의 변화
    골흡수 지표인 CTx는 운동강도(p=.006) 에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, Mg 및 ALP, Alb는 각각 시기(p=.002, p=.005, p=.039)에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, P는 시기(p=.000) 및 상호작용(p=.017)에 있어서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. Ca과 Ajusted Ca은 운동강도 및 시기, 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
    4) 혈청 골흡수성 사이토카인의 변화
    TNF-alpha는 시기(p=.001)에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, IL-6는 운동강도 및 시기, 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.

    이상의 결과로부터 여대생을 대상으로 한 일회성 운동은 뼈의 분화와 근육 성장에 작용하는 근육-뼈 Crosstalk 인자 및 골대사 표지자에 영향을 미치며, 특히, 골흡수 지표인 CTx는 운동강도에 의존하여 변화하는 것이 밝혀졌다.



    제2부: 장기간의 복합운동 운동에 따른 근육-뼈 Crosstalk 인자의 변화

    제 2부 연구에서는 건강한 여대생을 대상으로 장기간의 운동 효과를 검토하기 위하여 비운동집단과 복합운동집단으로 나누고, 복합운동집단에는 12주간의 유산소운동과 저항성운동으로 구성된 복합운동을 부하하였다. 12주간의 운동트레이닝 실시 전과 실시 후의 신체조성 및 골밀도의 변화를 검토하고 혈액을 채취하여 혈청 중의 근육-뼈 Crosstalk 인자의 경시적 변화를 검토하는 한편, 혈액으로부터 백혈구세포를 분리 배양하여 백혈구세포로부터 발현되는 근육-뼈 Crosstalk 인자 및 근육 성장 인자, 골관련 사이토카인, RANKL신호전달인자의 mRNA를 분자생물학적으로 검토하여 장기간 운동에 의한 근육-뼈 Crosstalk 인자의 역할에 대하여 검토하였다. 연구로부터 얻어진 결론은 다음과 같다.
    1) 신체조성의 변화
    생체전기저항법 및 DEXA를 이용하여 신체조성 변화에 대하여 면밀히 조사한 결과, 체중 및 근육량, 제지방량, 골격근량, 지방량, 체지방률, 복부지방률 등에서 유의미한 변화는 나타나지 않았다.
    2) 골밀도 및 골염량의 변화
    DEXA를 이용하여 전신 골밀도를 측정한 후, 머리 및 다리, 팔, 골반, 요추, 전신 BMD와 전신 BMC를 비교한 결과, 요추 및 전신 BMD는 운동 집단에서 감소하였지만, 골반에서는 운동 집단의 BMD가 유의하게 증가하는 것으로 나타나, 골밀도는 부위 특이적으로 변화하는 것으로 밝혀졌다.
    3) 최대산소섭취량 관련 변인들의 변화
    최대산소섭취량 관련 변인들을 비교한 결과 최대산소섭취량과 최대심박수는 비운동집단에서는 유의하게 감소하였지만, 복합운동집단에서는 유지하는 것으로 밝혀졌으며, 다른 변인들에서는 유의미한 변화를 발견할 수 없었다.
    4) 등척성 최대근력 및 기초 체력의 변화
    등척성 최대근력 및 기초 체력을 검토한 결과, 오른팔 굴근 근력 및 오른다리 신근 근력, 왼다리 신근 근력, 왼손 악력 등에서 비운동집단에서는 변화하지 않았지만 복합운동집단에서 유의하게 증가하는 것으로 밝혔다. 다른 체력 변인에서는 유의미한 변화를 발견할 수 없었다.
    5) 혈중 미네랄 농도의 변화
    알부민, 칼슘, 인, 마그네슘 등의 혈중 미네랄 농도에 있어서는 유의미한 변화를 발견할 수 없었다.
    6) 성장 인자의 변화
    성장인자인 혈청 GH와 IGF-1에서는 유의미한 변화를 발견할 수 없었다. 혈청 VD는 비운동집단에서는 증가하였지만 복합운동집단에서 유지하는 것으로 밝혀졌다.백혈구세포로부터의 mRNA 발현에 있어서도 GH와 IGF-1에 있어서 12주후 유의하게 감소하는 것으로 나타났으나, 두 집단간에 통계적으로 유의한 변화는 없었다.
    7) 혈청 골대사 표지자의 변화
    골흡수 지표인 CTx는 두 집단 간 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
    8) 근육-뼈 Crosstalk 인자의 변화
    혈청 Osteonection과 Osteocalcin, Sclerostin에서는 두 집단 간 유의한 차이가 없는 것으로 나타났으나, Osteoglycin은 복합운동집단에서 유의하게 감소하는 것으로 밝혀졌다. 백혈구세포로부터의 mRNA 발현에 있어서도 Osteonectin, Osteoglycin에 있어서는 통계적으로 유의미한 변화는 나타나지 않았지만, Osteocalcin과 Sclerostin에서는 두 집단 모두 12주후에 감소하는 것으로 나타났다.
    9) RANKL pathway 인자의 변화
    파골세포의 분화와 증식에 작용하는 혈청 RANKL에서는 변화가 없었지만, 파골세포의 분화와 증식을 억제하는 OPG에 있어서는 운동집단에서 운동 후 유의하게 감소하는 것으로 밝혀졌다. 백혈구세포로부터의 mRNA 발현에 있어서도 RNAK, RANKL에 있어서는 두 집단 모두 12주후에 감소하는 것으로 나타났으며, OPG mRNA 발현은 복합운동집단에서 유의하게 감소하는 것으로 밝혀졌다.
    10) 골흡수성 사이토카인의 변화
    TNF-alpha와 IL-6에서는 혈청 및 백혈구세포로부터의 mRNA 발현에 있어서 모두 통계적으로 유의한 변화는 없었다.

    이상의 결과로부터 여대생을 대상으로 12주간 주 3회 복합운동을 실시하면, 일부 유산소성 체력과 일부 등척성 최대근력에 있어 향상을 불러일으키지만, 골밀도개 개선되지 않으면, 뼈의 분화와 근육 성장에 작용하는 대부분의 근육-뼈 Crosstalk 인자 및 골대사 표지자는 거의 변화하지 않으며, RANKL pathway와 골흡수성 사이토카인에도 미치는 영향은 미미한 것으로 밝혀졌다. 단, 근육에서 유래되는 골형성 인자인 혈청 Osteoglycin은 운동에 의해 감소하는 것으로 밝혀졌다.
  • English
  • Exercise Crosstalk between Muscle and Bone.
Research result report
  • Abstract
  • 제1부: 일회성 운동에 따른 근육-뼈 Crosstalk 인자의 변화
    1) 근육-뼈 Crosstalk 인자의 변화
    근육에서 생산되어 뼈의 분화와 성장에 작용하는 Osteonection과 뼈에서 생산되어 근육 성장에 영향을 미치는 Sclerostin은 각각 시기(p=.000, p=.011)에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 운동강도 및 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나, Osteoglycin과 Osteocalcin에서는 운동강도 및 시기, 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
    2) 성장 인자의 변화
    성장인자인 GH는 운동강도(p=.048) 및 시기(p=.010)에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, IGF-1은 시기(p=.005)에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. VD는 운동강도 및 시기, 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
    3) 혈청 골대사 표지자의 변화
    골흡수 지표인 CTx는 운동강도(p=.006) 에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, Mg 및 ALP, Alb는 각각 시기(p=.002, p=.005, p=.039)에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, P는 시기(p=.000) 및 상호작용(p=.017)에 있어서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. Ca과 Ajusted Ca은 운동강도 및 시기, 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
    4) 혈청 골흡수성 사이토카인의 변화
    TNF-alpha는 시기(p=.001)에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, IL-6는 운동강도 및 시기, 상호작용에 있어서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.

    제2부: 장기간의 복합운동 운동에 따른 근육-뼈 Crosstalk 인자의 변화
    1) 신체조성의 변화
    생체전기저항법 및 DEXA를 이용하여 신체조성 변화에 대하여 면밀히 조사한 결과, 체중 및 근육량, 제지방량, 골격근량, 지방량, 체지방률, 복부지방률 등에서 유의미한 변화는 나타나지 않았다.
    2) 골밀도 및 골염량의 변화
    DEXA를 이용하여 전신 골밀도를 측정한 후, 머리 및 다리, 팔, 골반, 요추, 전신 BMD와 전신 BMC를 비교한 결과, 요추 및 전신 BMD는 운동 집단에서 감소하였지만, 골반에서는 운동 집단의 BMD가 유의하게 증가하는 것으로 나타나, 골밀도는 부위 특이적으로 변화하는 것으로 밝혀졌다.
    3) 최대산소섭취량 관련 변인들의 변화
    최대산소섭취량 관련 변인들을 비교한 결과 최대산소섭취량과 최대심박수는 비운동집단에서는 유의하게 감소하였지만, 복합운동집단에서는 유지하는 것으로 밝혀졌으며, 다른 변인들에서는 유의미한 변화를 발견할 수 없었다.
    4) 등척성 최대근력 및 기초 체력의 변화
    등척성 최대근력 및 기초 체력을 검토한 결과, 오른팔 굴근 근력 및 오른다리 신근 근력, 왼다리 신근 근력, 왼손 악력 등에서 비운동집단에서는 변화하지 않았지만 복합운동집단에서 유의하게 증가하는 것으로 밝혔다. 다른 체력 변인에서는 유의미한 변화를 발견할 수 없었다.
    5) 혈중 미네랄 농도의 변화
    알부민, 칼슘, 인, 마그네슘 등의 혈중 미네랄 농도에 있어서는 유의미한 변화를 발견할 수 없었다.
    6) 성장 인자의 변화
    성장인자인 혈청 GH와 IGF-1에서는 유의미한 변화를 발견할 수 없었다. 혈청 VD는 비운동집단에서는 증가하였지만 복합운동집단에서 유지하는 것으로 밝혀졌다.백혈구세포로부터의 mRNA 발현에 있어서도 GH와 IGF-1에 있어서 12주후 유의하게 감소하는 것으로 나타났으나, 두 집단간에 통계적으로 유의한 변화는 없었다.
    7) 근육-뼈 Crosstalk 인자의 변화
    혈청 Osteonection과 Osteocalcin, Sclerostin에서는 두 집단 간 유의한 차이가 없는 것으로 나타났으나, Osteoglycin은 복합운동집단에서 유의하게 감소하는 것으로 밝혀졌다. 백혈구세포로부터의 mRNA 발현에 있어서도 Osteonectin, Osteoglycin에 있어서는 통계적으로 유의미한 변화는 나타나지 않았지만, Osteocalcin과 Sclerostin에서는 두 집단 모두 12주후에 감소하는 것으로 나타났다.
    8) RANKL pathway 인자의 변화
    파골세포의 분화와 증식에 작용하는 혈청 RANKL에서는 변화가 없었지만, 파골세포의 분화와 증식을 억제하는 OPG에 있어서는 운동집단에서 운동 후 유의하게 감소하는 것으로 밝혀졌다. 백혈구세포로부터의 mRNA 발현에 있어서도 RNAK, RANKL에 있어서는 두 집단 모두 12주후에 감소하는 것으로 나타났으며, OPG mRNA 발현은 복합운동집단에서 유의하게 감소하는 것으로 밝혀졌다.
    9) 골흡수성 사이토카인의 변화
    TNF-alpha와 IL-6에서는 혈청 및 백혈구세포로부터의 mRNA 발현에 있어서 모두 통계적으로 유의한 변화는 없었다.
    이상의 결과로부터 여대생을 대상으로 12주간 주 3회 복합운동을 실시하면, 골밀도개 개선되지 않으면, 뼈의 분화와 근육 성장에 작용하는 대부분의 근육-뼈 Crosstalk 인자 및 골대사 표지자는 거의 변화하지 않는 것으로 밝혀졌다.
  • Research result and Utilization method
  • 일반적으로 운동은 근육과 골량의 증가와 유지에 있어서 가장 중요한 역할을 하고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 운동의 근육과 골대사에 미치는 영향은 아직도 명확하지 못한 것이 사실이다. 그 이유는 운동효과를 검토하는 연구의 다양성이 떨어지고, 연구의 깊이뿐만 아니라 효과규명을 위한 변인 분석에 체계적인 접근이 이루어지지 않고 있기 때문일 것이다. 대부분의 연구가 운동을 하면 근육과 골밀도가 향상된다는 현상연구에 그치고 있으며, 운동효과에 대한 명확한 근거를 제시 못하고 있는 실정이다. 이러한 점은 최근의 근거중심과학(Evidence Based Medicine)에서 시작된 근거중심체육(Evidence Based Exercise)의 관점에서 볼 때 체육의 학문적 후진성의 단편을 보여주는 것이라 할 수 있다. 현재의 과학은 철저하게 현상에 대한 과학적 근거를 요구하고 있다. 본 연구는 근육-뼈에 있어서의 운동의 상호작용(Cross-talk) 효과를 규명하는 것을 목표로 하여, 운동의 효과를 다각적이면서도 깊이 있게 연구할 수 있도록 구성되어 있다. 즉 운동에 의한 근육 및 골밀도의 개선 효과를 일회성 운동 및 장기간의 운동 트레이닝으로 나누어 밝히면서, 특히 근육-뼈 Crosstalk 인자의 동향을 혈액 및 혈구세포 수준에서 분자생물학적으로 분석하므로써 그 기전을 명백히 할 수 있도록 계획되어져 있다. 더 나아가서 근육과 뼈에 대한 운동효과를 직접적으로 조직 및 혈액 성분뿐만 아니라 세포의 mRNA 유전자 수준 등의 다각적인 분석을 통하여 운동과 관련된 근육-뼈 연구의 깊이를 최대화하고 있어, 세계적으로도 그 예를 찾을 수 없는 독창성 높은 연구라 할 수 있다. 본 연구를 통하여 근육과 골대사에 있어 운동강도에 의존하여 근육 및 골대사의 활성 정도가 다르다는 사실이 입증되어지고, 특히 운동에 의하여 근육-뼈 Crosstalk 인자의 작용 루트가 밝혀진다면, 이제까지 불분명 했던 국소에서의 운동에 의한 세포간의 작용기전이 밝혀짐에 따라서, 운동의 근육 및 골량개선 효과에 대한 새로운 지식을 제공하고 새로운 접근방법을 제시하는 것은 물론이고 기초학문으로서의 체육학 발전에도 크게 기여할 것이라고 사료되어진다. 본 연구로부터 얻어진 결과물들을 정리하여 Journal of bone and mineral research 및 Medicine and Science in Sports and Exercise, Journal of Applied Physiology 등의 해외저명학술지(SCI)와 한국체육학회지 및 Journal of Exercise Nutrition & Biochemistry 등의 국내저명학술지에 논문게재가 가능할 것으로 판단된다.
    한편, 본 연구를 수행하기 위해서는 책임연구자가 속해있는 동덕여대 체육학과를 비롯해서, 자율적 참가 여대생 모집을 위한 학생회 및 학보사, PBMC 세포 분리 및 분석을 위한 대학 공동기자재 센터, 혈액 성분 분석을 위한 약리학 연구실 간의 긴밀한 협조가 이루어져야 할 것이다. 이를 위하여 박사급 전문인력과 석사급의 연구보조원을 효율적으로 배치하여 활용한다. 원활한 연구진행을 위해서 외부로부터 관련분야 전문가를 모시고 학기별 1회의 전체 연구진이 참가하는 워크숍을 개최하여 최신 지견 습득 및 연구정보를 교류하는 한편, 주 1회의 저널 클럽을 통하여 최신의 관련선행연구의 동향을 파악할 계획이다. 한편 대학 도서관에 협조를 요청하여 효율적인 선행연구 문헌관리를 위한 전용 연구서버를 확보하여 상시 공동으로 연구 내용을 공유할 수 있는 인프라를 구축한다.
    박사급연구원 및 박사과정생은 본 연구결과를 토대로 국제 저명학술지(SCIE급 이상)에 논문을 게재하도록 하며, 석사급 연구보조원들에게는 국내저명학술지(학진 등재지 이상)에 게재하는 것을 원칙으로 하고, 매년 관련 국내외 학술대회에 참가하여 정보습득 및 논문을 발표하는 것으로 한다. 본 연구를 통하여 박사학위자 1명 및 석사학위자 2명이상의 전문인력을 양성할 수 있을 것이다.
  • Index terms
  • 여대생, 복합운동, 근육-뼈 Crosstalk, RANKL pathway, 골흡수성 사이토카인
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