연구결과 요약문
Scopolamine은 비선택적 muscarinic cholinergic 수용체 길항제로서 학습과 기억력 장애를 유발한다. 운동은 뇌의 기능을 향진시킨다. 본 연구자는 scopolamine에 의해 유도된 기억손상 치매 동물모델에서 뇌 혈관분포, 세포생성과 콜린성 시스템 및 기억 ...

연구결과 요약문
Scopolamine은 비선택적 muscarinic cholinergic 수용체 길항제로서 학습과 기억력 장애를 유발한다. 운동은 뇌의 기능을 향진시킨다. 본 연구자는 scopolamine에 의해 유도된 기억손상 치매 동물모델에서 뇌 혈관분포, 세포생성과 콜린성 시스템 및 기억력에 미치는 영향에 대한 운동의 효과를 규명하였다. 체중이 25-30 g의 4주령 생쥐 (ICR계) 수컷을 정상군, 정상-운동군, scopolamine 투여군, scopolamine-운동군으로 나누어 각 군당 10마리씩 4군으로 구성하고 운동 후 행동 테스트를 실시한 후 희생시켰다. 무스카리닉 (Muscarinic) 수용체의 길항제인 scopolamine을 흰쥐에 투여하면 presynapse에서 유리되는 신경전달물질인 아세틸콜린이 postsynapse에 있는 그 수용체인 무스카리닉 수용체에 결합하여 정보전달을 하는 것을 일시적으로 차단하여 학습과 기억력을 손상시키게 되므로 scopolamine을 투여하여 기억력감퇴동물모델을 만들어 학습과 기억력 증진효과를 검증하는데 통상적으로 이용된다.
Scopolamine은 0.5 mg/kg 농도로 운동 1시간 전에 14일간 복강 투여하였다. 운동군은 소형동물용 트레드밀에서 점증적인 부하를 이용하여 2주간 운동을 실시하였다. 점증부하 운동은 중등도 운동으로 트레드밀에서 경사도 0 %에서 초기 5분간은 5 m/min 속도로 부하 하다가 그 다음 5분은 8 m/min 속도로, 나머지 20분간은 11 m/min 속도로 총 30분, 2주간 실시하였다. 치매동물모델에서 운동의 기억력 및 학습능력의 회복능력 효과를 알아보기 위하여 수동회피반응 실험, Morris 수중미로시험을 실시하였다. 행동실험에서 scopoamine 투여는 인지시험 30분전에 이루어졌다. 희생 후 면역조직화학법을 사용하여 (5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU), doublecortin (DCX), 혈관분포, acetylcholinesterase (AChE), muscarinic M1 receptor를 관찰하였다.
본 연구결과, scopolamine 투여는 세포증식, 혈관생성, 기억 및 학습능력의 감소를 나타내었으며, muscarinic M1 receptor의 억제가 나타났다. 그러나 트레드밀 운동은 scopolamine에 의해 유도된 치매 생쥐의 세포증식, 혈관 수, muscarinic M1 receptor 증가, 그리고 BDNF-TrkB 활성화, 그리고 기억 및 학습능력의 향상을 가져왔다.
본 실험을 통하여, scopolamine에 의한 기억상실 생쥐는 BDNF-TrkB 경로가 억제되어 해마의 신경세포 생성과 혈관생성을 억제하고 AChE의 발현을 증가시켜 공간학습능력과 단기기억의 감퇴를 유발하였음을 알 수 있었다. 트레드밀 달리기는 BDNF-TrkB 경로를 활성화 시켜 해마의 신경세포 생성과 혈관생성이 증가되었고 AChE의 발현을 억제하여 공간학습능력과 단기기억이 개선되었다.
이러한 결과는 scopolamine에 의해 유도된 기억 및 학습능력 손상의 예방 및 치료적 방법을 제공할 수 있을 것이다. 퇴행성 뇌질환과 밀접한 관련이 있는 기억력과 콜린성 관련 신경전달물질의 기전연구는 운동처방 기초이론의 기반을 다지고 실제 운동처방에 적용할 자료를 얻을 수 있을 것이며, 운동생리학과 스포츠의학뿐만 아니라 운동재활 및 스포츠 신경과학 등의 분야의 발전에 도움이 되는 유용한 자료를 제시할 수 있을 것이다. 현대사회에서 퇴행성 뇌질환자들이 점차 증가하고 있는 현실에서 기억력과 관련된 운동의 세포생성 증가와 기억력 회복 기전연구는 운동을 통한 예방 및 치료를 위한 효과적인 재활치료 기술로써 확립하는 데 기여할 수 있으며, 이를 통하여 환자에 대한 치료적 접근이 체계적이고 적극적으로 이루어져 의료에 대한 환자 만족도를 향상시킴으로써 국민건강을 증진하고 삶의 질 향상에 기여할 수 있을 것이다.

국문 키워드
치매, 스코폴라민, 트레드밀 운동, 세포생성, 기억력, 혈관분포

Abstract
Scopolamine is a non-selective muscarinic cholinergic receptor antagonist, and scopolamine induces impairment of learning ability and memory function. Exercise is known to ameliorate brain deterioration induced by brain injuries. In the prese ...

Abstract
Scopolamine is a non-selective muscarinic cholinergic receptor antagonist, and scopolamine induces impairment of learning ability and memory function. Exercise is known to ameliorate brain deterioration induced by brain injuries. In the present study, we investigated the effect of treadmill exercise on spatial learning ability and short-term memory in relation with cell proliferation and angiogenesis in the hippocampus using the scopolamine-induced amnesia mice. For the induction of amnesia model, 1 mg/kg scopolamine hydrobromide administered intraperitoneally for 14 days. Morris water maze test for spatial learning ability and step-down avoidance test for short-term memory were conducted. In addition, 5-bromo-2′-deoxyuridine (BrdU) immonofluorescence, acetylcholine esterase (AChE) histochemistry, immunohistochemistry for collagen IV and doublecortin (DCX), and western blot for brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and its receptor tyrosine kinase B (TrkB) were conducted. In the present results, scopolamine-induced amnesia mice showed deterioration of spatial learning ability and short-term memory. Inhibition of cell proliferation, enhancing of AChE expression, and suppression of angiogenesis in the hippocampus through suppressing BDNF-TrkB pathway were observed in the scopolamine-induced amnesia mice. Treadmill exercise improved spatial learning ability and short-term memory in the scopolamine-induced amnesia mice. Treadmill exercise also increased cell proliferation, suppressed AChE expression, and enhanced angiogenesis through activating of BDNF-TrkB pathway in the amnesia mice. These findings offer a possibility that treadmill exercise may provide preventive or therapeutic value for the memory loss induced by variable neurodegenerative diseases including Alzheimer's disease.

영문 키워드
Dementia, scopolamine, treadmill exercise, Neurogenesis, Memory ability, Blood vessel distribution

연구요약
본 연구자는 scopolamine에 의해 유도된 기억손상 치매 동물모델에서 뇌 혈관분포, 세포생성과 콜린성 시스템 및 기억력에 미치는 영향에 대한 운동의 효과를 규명하고자 하였다. 체중이 25-30 g의 4주령 생쥐 (ICR계) 수컷을 정상군, 정상-운동군, scopolamine ...

연구요약
본 연구자는 scopolamine에 의해 유도된 기억손상 치매 동물모델에서 뇌 혈관분포, 세포생성과 콜린성 시스템 및 기억력에 미치는 영향에 대한 운동의 효과를 규명하고자 하였다. 체중이 25-30 g의 4주령 생쥐 (ICR계) 수컷을 정상군, 정상-운동군, scopolamine 투여군, scopolamine-운동군으로 나누어 각 군당 10마리씩 4군으로 구성하고 운동 후 행동 테스트를 실시한 후 희생시켰다. 무스카리닉 (Muscarinic) 수용체의 길항제인 스코폴라민을 흰쥐에 투여하면 presynapse에서 유리되는 신경전달물질인 아세틸콜린이 postsynapse에 있는 그 수용체인 무스카리닉 수용체에 결합하여 정보전달을 하는 것을 일시적으로 차단하여 학습과 기억력을 손상시키게 되므로 스코폴라민을 투여하여 기억력감퇴동물모델을 만들어 학습과 기억력 증진효과를 검증하는데 통상적으로 이용한다. Scopolamine은 0.5 mg/kg 농도로 운동 1시간 전에 14일간 복강 투여하였다. 운동군은 소형동물용 트레드밀에서 점증적인 부하를 이용하여 2주간 운동을 실시하였다. 점증부하 운동은 중등도 운동으로 트레드밀에서 경사도 0 %에서 초기 5분간은 5 m/min 속도로 부하 하다가 그 다음 5분은 8 m/min 속도로, 나머지 20분간은 11 m/min 속도로 총 30분, 2주간 실시하였다. 치매동물모델에서 운동의 기억력 및 학습능력의 회복능력 효과를 알아보기 위하여 수동회피반응 실험, Morris 수중미로시험을 실시한다. 행동실험에서 scopoamine 투여는 인지시험 30분전에 이루어졌다. 희생 후 면역조직화학법을 사용하여 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU: 세포생성), doublecortin (DCX: 미성숙세포), 혈관분포 (collagen IV), choline acetyltransferase (ChAT: 아세틸콜린성인자), muscarinic acetylcholine receptor (mAChR)를 관찰하였다.
본 실험의 결과, scopolamine에 의한 기억상실 생쥐는 BDNF-TrkB 경로가 억제되어 해마의 신경세포 생성과 혈관생성을 억제하고 AChE의 발현을 증가시켜 공간학습능력과 단기기억의 감퇴를 유발하였다. 트레드밀 달리기는 BDNF-TrkB 경로를 활성화 시켜 해마의 신경세포 생성과 혈관생성이 증가되었고 AChE의 발현을 억제하여 공간학습능력과 단기기억이 개선되었다. 본 실험을 통하여 트레드밀 운동은 알츠하이머 질환과 같은 퇴행성 뇌질환에 의한 기억력 감퇴에 예방적, 치료적 효과가 있음을 알 수 있었다.
퇴행성 뇌질환과 밀접한 관련이 있는 기억력과 관련된 콜린성 관련 신경전달물질의 기전연구는 운동처방 기초이론의 기반을 다지고 실제 운동처방에 적용할 자료를 얻을 수 있을 것이며, 운동생리학과 스포츠의학뿐만 아니라 운동재활 및 스포츠 신경과학 등의 분야의 발전에 도움이 되는 유용한 자료를 제시할 수 있을 것이다. 현대사회에서 퇴행성 뇌질환자들이 점차 증가하고 있는 현실에서 기억력과 관련된 운동의 세포생성 증가와 기억력 회복 기전연구는 운동을 통한 예방 및 치료를 위한 효과적인 재활치료 기술로써 확립하는 데 기여할 수 있으며, 이를 통하여 환자에 대한 치료적 접근이 체계적이고 적극적으로 이루어져 의료에 대한 환자 만족도를 향상시킴으로써 국민건강을 증진하고 삶의 질 향상에 기여할 수 있을 것이다.

기대효과
본 연구는 중풍, 치매, 파킨슨병 등에서 발생하는 기억력 감퇴의 원인인 혈관분포, 콜린성 관련 신경전달물질, 새로 생성된 신경세포의 변화 관찰을 통하여 운동이 기억력과 학습능력에 미치는 원인을 규명하는 것이며, 본 연수과제의 결과로 얻게 되는 정보와 ...

기대효과
본 연구는 중풍, 치매, 파킨슨병 등에서 발생하는 기억력 감퇴의 원인인 혈관분포, 콜린성 관련 신경전달물질, 새로 생성된 신경세포의 변화 관찰을 통하여 운동이 기억력과 학습능력에 미치는 원인을 규명하는 것이며, 본 연수과제의 결과로 얻게 되는 정보와 지식들은 다양한 실제 효용 가치를 가질 것으로 기대된다. 본 연구과제를 통하여 다음과 같은 활용방안을 모색해 보고자 한다.
1) 퇴행성 뇌질환과 밀접한 관련이 있는 기억력과 관련된 콜린성 관련 신경전달물질의 기전연구는 운동처방 기초이론의 기반을 다지고 실제 운동처방에 적용할 자료를 얻을 수 있을 것이며, 운동생리학과 스포츠의학뿐만 아니라 운동재활 및 스포츠 신경과학 등의 분야의 발전에 도움이 되는 유용한 자료를 제시할 수 있을 것이다.
2) 현대사회에서 퇴행성 뇌질환자들이 점차 증가하고 있는 현실에서 기억력과 관련된 운동의 세포생성 증가와 기억력 회복 기전연구는 운동을 통한 예방 및 치료를 위한 효과적인 재활치료 기술로써 확립하는 데 기여할 수 있으며, 이를 통하여 환자에 대한 치료적 접근이 체계적이고 적극적으로 이루어져 의료에 대한 환자 만족도를 향상시킴으로써 국민건강을 증진하고 삶의 질 향상에 기여할 수 있을 것이다.
3) 본 연구의 성공적인 수행결과는 알츠하이머 환자들에게 가장 손쉽고 또한 경제적으로도 전혀 무리가 없는 효과적인 새로운 치료법으로서의 운동의 효과를 신경과학적 측면에서 확립하고 나아가 퇴행성 뇌질환으로 인한 기억상실 환자의 증상완화 또는 치료법으로서의 운동이 연구되는 계기가 될 것을 기대해본다.