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심혈관 질환 위험 노인의 비기능성 HDL 구조와 면역기능을 위한 활동적 저항성 운동 트레이닝의 효과 분석
Effects of dynamic resistance exercise on dysfunction HDL structure and immune function of cardiovascular disease risk senior people
  • 연구자가 한국연구재단 연구지원시스템에 직접 입력한 정보입니다.
사업명 신진연구자지원사업(인문사회) [지원년도 신청 요강 보기 지원년도 신청요강 한글파일 지원년도 신청요강 PDF파일 ]
연구과제번호 2016S1A5A8017912
선정년도 2016 년
연구기간 2 년 (2016년 05월 01일 ~ 2018년 04월 30일)
연구책임자 안나영
연구수행기관 계명대학교
과제진행현황 종료
과제신청시 연구개요
  • 연구목표
  • ◦ 노화과정에서 비만은 심장비대와 면역노화를 일으켜 심혈관 질환에 부정적인 영향을 미치고 있다. 이에 활동적인 저항성 운동프로그램 수행은 혈관내피기능 및 심장근육 기능을 증가시켜 세포내 지질축적 감소 및 myogenesis 작용을 활성화시킬 것이다.
    ◦ 아울러 비기능성 HDL 구조개선과 TLR4에 의한 염증성 신호전달기전 개선으로 혈관내피 및 심장근 세포간의 상호작용 활성화를 통하여 심혈관 질환을 예방할 수 있을 것이다.
    ◦ 그러므로 본 연구의 목적은 동물과 인간을 대상으로 2차년도에 걸쳐 활동적인 저항성 운동프로그램이 비기능성 HDL 구조변화와 TLR4 염증발현 기전 개선이 혈관 및 심장조직에 미치는 영향과 상호관련성을 분석하는데 있다.
  • 기대효과
  • ◦급속히 증가하는 초고령화 시대의 근력 및 심폐강화 운동은 심혈관 질환 예방 및 처치에 매우 중요하다. 특히 유산소 운동과 근력 운동의 복합적 운동 프로그램인 활동적 저항성 운동 프로그램은 비기능성 HDL과 염증발현 기전의 개선으로 혈관내피세포와 심장조직의 상호작용을 통한 면역기능 향상에 대한 근거를 분자생물학적 및 운동면역생리학적 관점에서 학문적으로 중요한 공헌을 할 것이다.
    ◦ 노인을 대상으로 한 연구의 어려운 점 중 하나가 인체의 분비물을 채취하는 과정에서 침습적인 방법인 혈액채취에 대한 거부감으로 연구의 제한점이 가중되고 있다. 그러므로 비침습적 방법인 타액을 이용하여 변인들을 분석함으로서 노인을 대상으로 한 연구에서 타액을 이용한 연구방법이 보다 활발한 연구를 진행하는데 중요한 근거로 활용될 수 있을 것이며, 지속적인 연구를 진행하는데 학문적․사회적 기여를 할 것이다.
    ◦ 본 연구에 적용된 운동프로그램인 저항성 운동과 유산소 운동의 복합적인 활동적 저항성 운동 프로그램은 심혈관질환 예방 및 처치에 그 효과를 명확하게 구분할 수 있는 재활 운동 프로그램으로서 중요한 교육자료 활용할 수 있을 것이다. 그러므로 실제 노인센터, 보건소 및 병원등 현장에서 적용할 수 있는 보다 효과적인 운동프로그램을 개발하기 위한 학문적 접근의 활성화를 도모하는데 도움을 주게 될 것이다.
  • 연구요약
  • ◦ 노화과정에서 발생하는 심혈관 질환 대한 운동의 효과를 분석하고자 1차년도에는 고지방식이에 의한 비만으로 심장비대를 유도 한 후 활동적 저항성 운동 프로그램이 비기능성 HDL 구조 변화를 통한 염증발현 인자의 상호 관련성을 살펴봄으로서 심혈관 질환에 미치는 영향을 규명하고자 한다. 이에 2차년도에는 심혈관 질환 위험 인자를 가진 노인을 대상으로 장기간 운동 처치에 의한 혈관내피기능 및 염증발현 인자에 미치는 영향을 분석하여 심혈관 질환 예방과 면역기능 개선을 위한 저항성 운동프로그램의 활용가능성을 제시하고자 한다.
    ◦ 1차년도에는 50주령 SD계 수컷 흰쥐를 대상으로 Con(n=10), Con+Ex(n=10), HFD(n=10), HFD+Ex(n=10) group으로 구분하여 12주간 활동적 저항성 운동프로그램(Treadmill running + Climb down the ladder, 45min)을 주 3회 실시하여 비기능성 HDL 구조와 염증발현 기전을 분석한다. 측정항목 및 분석방법은 체중, 실험식이 섭취량, 신체구성 측정(DEXA), 혈중 변인(HDL3-C, ApoA-I, SAA, glucose, insulin) 분석, 심장근의 단백질(ApoA-I, TLR4, TNF-α, IL-6, IL-15) 발현정도(Western blotting) 및 mRNA 분석(Real-Time Quantitative RT-PCR)을 실시할 것이다.
    ◦ 2차년도에는 심혈관 질환 발병 위험 인자를 가진 65세 이상 노인을 대상으로 Normal(n=20), Normal+Ex(n=20), CVR(n=20), CVR+Ex(n=20) group으로 구분하여 24주간 활동적 저항성 운동프로그램(Elastic band resistance + Silver dance)을 주 3회 실시하여 비기능성 HDL 구조와 염증발현 기전을 분석한다. 측정항목 및 분석방법은 신체구성, 최대운동부하검사, 경동맥내중막두께, 심전도, 혈중 변인(HDL3-C, ApoA-I, SAA, TLR4, TNF-α, IL-6, IL-15) 및 타액(cortisol, SIgA) 분석을 실시할 것이다.
결과보고시 연구요약문
  • 국문
  • 노화과정에서 활동적인 저항성 운동프로그램 수행은 심장근육 기능을 증가시켜 세포내 지질축적 감소 및 항염증요인 발현 증가로 비기능성 HDL 구조개선과 면역기능을 향상시켜 심혈관 질환을 예방할 수 있을 것이다. 그러므로 본 연구의 목적은 동물과 인간을 대상으로 활동적인 저항성 운동프로그램이 비기능성 HDL 구조변화와 TLR4 발현 기전을 통하여 혈액 및 심장조직에 미치는 영향을 분석하는데 있다.
    연구방법은 1차년도에는 50주령 동물쥐를 대상으로 6주간 고지방식이로 비만을 유도한 뒤 12주간 활동적 저항성 운동인 사다리 운동을 실시하여 혈액 및 심장근조직에서 분석을 하였다. 2차년도에는 심혈관 질환 발병 위험 인자를 가진 65세 이상 노인을 대상으로 활동적 저항성 운동 프로그램을 주3회 24주간 실시하여 신체구성, 체력, 혈액 및 타액을 분석하였다.
    1차년도 연구결과 plasma SAA 농도 및 APOA-1 농도는 그룹간 유의차가 없었다. 혈중염증지표인 TNFα 농도는 HFD 그룹이 ND 그룹 및 ND-Ex 그룹에 비해 유의하게(p<0.05) 높았다. CRP 농도는 HFD 그룹이 ND 그룹 및 ND-Ex 그룹에 비해 유의하게(p<0.05) 높았으며, HFD-Ex 그룹에서 HFD 그룹에 비해 유의하게(p<0.05) 낮아 운동의 효과가 있었다. 심장근 의 APOA-1 protein 발현은 그룹간 유의차가 없었다. 심장근 TLR4 protein 발현은 HFD 그룹에서 ND 그룹 및 NDEx 그룹보다 유의하게 (p<0.005) 높았으며, HFDEx 그룹에서는 NDEx 그룹보다 유의하게 (p<0.05) 높았다. 심장근 TNF-α protein 발현은 NDEx 그룹, HFD 그룹 및 HFDEx 그룹에서 ND 그룹보다 유의하게 (p<0.005) 높았다. 심장근 IL-6 protein 발현은 그룹간 유의차가 없었다. 심장근 IL-15 protein 발현은 HFD 그룹에서 ND 그룹에 비해 유의하게 (p<0.05) 높았으며, HFDEx 그룹에서는 ND 그룹(p<0.005) 및 NDEx 그룹(p<0.05)보다 유의하게 높았다.
    2차년도 연구결과는 신체구성에서 체중과 BMI에서는 유의한 변화가 없었으나, WHR은 운동 후 유의하게(p<0.05) 증가하였다. 하지근기능은 직선보행 테스트에서 운동그룹이 24주간 운동 후 유의하게 (p<0.05) 향상되었으며, TUG 테스트에서도 운동그룹이 24주간 운동 후 유의하게 (p<0.01) 향상되었다. 타액 cortisol 농도 및 타액 IgA 농도는 운동 후 유의한 변화가 없었다. 혈중 SAA 농도와 APOA1 농도는 정상노인그룹에서 24주간 운동 후 유의하게(p<0.05) 낮았다. 혈중염증지표인 CRP농도와 TNFα 농도는 두 그룹 모두 운동에 의한 유의한 변화를 나타내지 않았다. 혈중 사이토카인 IL-15 농도 및 Il-6 농도는 정상그룹 및 심혈관위험그룹 모두 유의한 변화가 없었다. 혈중 HDL 콜레스테롤 농도는 심혈관위험그룹이 정상그룹에 비해 유의하게 (p<0.05) 낮았다. HOMA-IR은 심혈관위험그룹이 정상그룹그룹보다 유의하게 (p<0.05) 높았다.
    그러므로 활동적 저항성 운동은 혈액 및 심장근의 항염증성 변인 향상과 비기능성 HDL을 활성화하여 심혈관 예방에 도움을 줄 것이 생각된다. 그러나 차후 이를 증명할 수 있는 추가적인 분석이 필요할 것이다. 이러한 유산소 운동과 근력 운동의 복합적 운동 프로그램인 활동적 저항성 운동 프로그램은 비기능성 HDL과 염증발현 기전의 개선으로 혈관내피세포와 심장조직의 상호작용을 통한 면역기능 향상에 대한 근거를 심혈관 질환 개선의 분자생물학적 및 운동면역생리학적 관점에서 학문적으로 중요한 공헌을 할 것이다.
  • 영문
  • In the aging process, dynamic resistance exercise program can increase cardiac muscle function, decrease intracellular lipid accumulation and increase expression of anti-inflammatory factor, and improve dysfunctional HDL structure and improve immune function and prevent cardiovascular disease. Therefore, the purpose of this study is to analyze the effect of an dynamic resistance exercise program on blood and cardiac tissue through changes in dysfunctional HDL structure and TLR4 expression in animals and human.
    In the first year, 50 week old SD wistar rats were induced by obesity for 6 weeks and then analyzed by blood and cardiac muscle after 12 weeks dynamic resistance exercise. In the second year, elderly subjects aged 65 years and older who had cardiovascular risk factors performed a dynamic resistance exercise program for 24 weeks three times a week.
    In the first year of the study, plasma SAA and APOA-1 concentrations were not significantly different between groups. TNFα concentrations were significantly (p <0.05) higher in the HFD group than in the ND group and the ND-Ex group. CRP concentrations were significantly (p<0.05) higher in the HFD group than in the ND group and the ND-Ex group, and significantly (p<0.05) lower in the HFD-Ex group than in the HFD group. APOA-1 protein expression in myocardium was not significantly different between groups. Expression of myocardium TLR4 protein was significantly (p<0.005) higher in the HFD group than in the ND group and NDEx group, and significantly (p<0.05) higher in the HFDEx group than in the NDEx group. Myocardium TNF-α protein expression was significantly (p<0.005) higher in NDEx group, HFD group and HFDEx group than ND group. There was no significant difference in myocardium IL-6 protein expression between groups. Expression of myocardium IL-15 protein was significantly (p<0.05) higher in the HFD group than in the ND group and significantly higher in the HFDEx group than in the ND group (p<0.005) and NDEx group (p<0.05).
    The results of the second year showed no significant change in body weight and BMI in body composition, but WHR increased significantly (p<0.05) after exercise. The exercise group showed significant improvement (p<0.05) after exercise for 24 weeks in straight gait test, and the exercise group was significantly improved (p<0.01) after 24 weeks exercise in TUG test. Salivary cortisol concentration and salivary IgA concentration were not significantly changed after exercise. SAA concentrations and APOA-1 concentrations were significantly (p<0.05) lower in the normal elderly group after 24 weeks of exercise. Both CRP and TNFα concentrations did not show significant changes by exercise. The IL-15 and IL-6 concentrations of cytokines were not significantly different in both normal and cardiovascular risk groups. Serum HDL cholesterol levels were significantly (p<0.05) lower in the cardiovascular risk group than in the normal group. HOMA-IR was significantly (p<0.05) higher in the cardiovascular risk group than in the normal group.
    Therefore, it is thought that dynamic resistance exercise will help prevent cardiovascular disease by improving anti-inflammatory variables of blood and myocardium and activating dysfunctional HDL. However, further analysis will be necessary to prove this later. These dynamic resistance exercise programs will make an academic contribution to the molecular biology and exercise immunology of cardiovascular disease improvement by improving the mechanism of dysfunctioning HDL and inflammation.
연구결과보고서
  • 초록
  • 노화과정에서 활동적인 저항성 운동프로그램 수행은 심장근육 기능을 증가시켜 세포내 지질축적 감소 및 항염증요인 발현 증가로 비기능성 HDL 구조개선과 면역기능을 향상시켜 심혈관 질환을 예방할 수 있을 것이다. 그러므로 본 연구의 목적은 동물과 인간을 대상으로 활동적인 저항성 운동프로그램이 비기능성 HDL 구조변화와 TLR4 발현 기전을 통하여 혈액 및 심장조직에 미치는 영향을 분석하는데 있다.
    연구방법은 1차년도에는 50주령 동물쥐를 대상으로 6주간 고지방식이로 비만을 유도한 뒤 12주간 활동적 저항성 운동인 사다리 운동을 실시하여 혈액 및 심장근조직에서 분석을 하였다. 2차년도에는 심혈관 질환 발병 위험 인자를 가진 65세 이상 노인을 대상으로 활동적 저항성 운동 프로그램을 주3회 24주간 실시하여 신체구성, 체력, 혈액 및 타액을 분석하였다.
    1차년도 연구결과 plasma SAA 농도 및 APOA-1 농도는 그룹간 유의차가 없었다. 혈중염증지표인 TNFα 농도는 HFD 그룹이 ND 그룹 및 ND-Ex 그룹에 비해 유의하게(p<0.05) 높았다. CRP 농도는 HFD 그룹이 ND 그룹 및 ND-Ex 그룹에 비해 유의하게(p<0.05) 높았으며, HFD-Ex 그룹에서 HFD 그룹에 비해 유의하게(p<0.05) 낮아 운동의 효과가 있었다. 심장근 의 APOA-1 protein 발현은 그룹간 유의차가 없었다. 심장근 TLR4 protein 발현은 HFD 그룹에서 ND 그룹 및 NDEx 그룹보다 유의하게 (p<0.005) 높았으며, HFDEx 그룹에서는 NDEx 그룹보다 유의하게 (p<0.05) 높았다. 심장근 TNF-α protein 발현은 NDEx 그룹, HFD 그룹 및 HFDEx 그룹에서 ND 그룹보다 유의하게 (p<0.005) 높았다. 심장근 IL-6 protein 발현은 그룹간 유의차가 없었다. 심장근 IL-15 protein 발현은 HFD 그룹에서 ND 그룹에 비해 유의하게 (p<0.05) 높았으며, HFDEx 그룹에서는 ND 그룹(p<0.005) 및 NDEx 그룹(p<0.05)보다 유의하게 높았다.
    2차년도 연구결과는 신체구성에서 체중과 BMI에서는 유의한 변화가 없었으나, WHR은 운동 후 유의하게(p<0.05) 증가하였다. 하지근기능은 직선보행 테스트에서 운동그룹이 24주간 운동 후 유의하게 (p<0.05) 향상되었으며, TUG 테스트에서도 운동그룹이 24주간 운동 후 유의하게 (p<0.01) 향상되었다. 타액 cortisol 농도 및 타액 IgA 농도는 운동 후 유의한 변화가 없었다. 혈중 SAA 농도와 APOA1 농도는 정상노인그룹에서 24주간 운동 후 유의하게(p<0.05) 낮았다. 혈중염증지표인 CRP농도와 TNFα 농도는 두 그룹 모두 운동에 의한 유의한 변화를 나타내지 않았다. 혈중 사이토카인 IL-15 농도 및 Il-6 농도는 정상그룹 및 심혈관위험그룹 모두 유의한 변화가 없었다. 혈중 HDL 콜레스테롤 농도는 심혈관위험그룹이 정상그룹에 비해 유의하게 (p<0.05) 낮았다. HOMA-IR은 심혈관위험그룹이 정상그룹그룹보다 유의하게 (p<0.05) 높았다.
    그러므로 활동적 저항성 운동은 혈액 및 심장근의 항염증성 변인 향상과 비기능성 HDL을 활성화하여 심혈관 예방에 도움을 줄 것이 생각되지만 차후 이를 증명할 수 있는 추가적인 분석이 필요할 것이다.
  • 연구결과 및 활용방안
  • 1차년도 동물실험 연구결과 혈중염증지표인 TNFα 농도와 CRP 농도는 HFD 그룹이 ND 그룹 및 ND-Ex 그룹에 비해 유의하게(p<0.05) 높았으며, 특히 CRP 농도는 HFD-Ex 그룹에서 HFD 그룹에 비해 유의하게(p<0.05) 낮아 운동의 효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 plasma SAA 농도 및 APOA-1 농도는 그룹간 유의차 없었다. 또한 심장근 IL-15 protein 발현은 HFDEx 그룹에서는 ND 그룹(p<0.005) 및 NDEx 그룹(p<0.05)보다 유의하게 높았다.
    2차년도 심혈관 질환 발병 위험 인자를 가진 65세 이상 노인의 연구결과 신체구성에서 WHR은 운동 후 유의하게(p<0.05) 증가하였다. 또한 하지근기능의 직선보행 테스트는 운동그룹이 24주간 운동 후 유의하게 (p<0.05) 향상되었으며, TUG 테스트에서도 운동그룹이 24주간 운동 후 유의하게 (p<0.01) 향상되었다. 혈중 SAA 농도는 정상노인그룹에서 24주간 운동 후 유의하게(p<0.05) 낮았으며, APOA1 농도에서도 정상노인그룹에서 24주간 운동 후 유의하게(p<0.05) 낮았다. 또한 혈중 HDL 콜레스테롤 농도는 심혈관위험그룹이 정상그룹에 비해 유의하게 (p<0.05) 낮았다. 그러나 Salivary cortisol 농도 및 Salivary IgA 농도는 운동후 유의한 변화가 없었으며, 혈중염증지표인 CRP 및 TNFα 농도와 혈중사이토카인 IL-15 농도 및 Il-6 농도는 두 그룹 모두 운동에 의한 유의한 변화가 없었다.
    본 연구의 유산소 운동과 근력 운동의 복합적 운동 프로그램인 활동적 저항성 운동 프로그램은 비기능성 HDL과 염증발현 기전의 개선으로 혈관내피세포와 심장조직의 상호작용을 통한 면역기능 향상에 대한 근거를 심혈관 질환 개선의 분자생물학적 및 운동면역생리학적 관점에서 학문적으로 중요한 공헌을 할 것이다.
    노인을 대상으로 한 연구의 어려운 점 중 하나가 인체의 분비물을 채취하는 과정에서 침습적인 방법인 혈액채취에 대한 거부감으로 연구의 제한점이 가중되고 있다. 그러므로 비침습적 방법인 타액을 이용하여 변인들을 분석함으로서 노인을 대상으로 한 연구에서 타액을 이용한 연구방법이 보다 활발한 연구를 진행하는데 중요한 근거로 활용될 수 있을 것이며, 지속적인 연구를 진행하는데 학문적․사회적 기여를 할 것이다.
    본 연구에 적용된 운동프로그램인 저항성 운동과 유산소 운동의 복합적인 활동적 저항성 운동 프로그램은 심혈관질환 예방 및 처치에 그 효과를 명확하게 구분할 수 있는 재활 운동 프로그램으로서 중요한 교육자료 활용할 수 있을 것이다. 그러므로 실제 노인센터, 보건소 및 병원등 현장에서 적용할 수 있는 보다 효과적인 운동프로그램을 개발하기 위한 학문적 접근의 활성화를 도모하는데 도움을 주게 될 것이다.
  • 색인어
  • 심혈관질환, 노화, 비기능성 HDL, 면역기능, SAA, APOA-1, TNFα, TLR4, IL-6, IL-15, 타액, IgA, 코티졸, 사이토카인, 활동적 저항성 운동
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