고온 환경에서의 트레드밀 운동이 흰쥐 뇌에서 세로토닌 발현, 신경세포 생성, 그리고 단기 기억력에 미치는 영향 (Influence of Treadmill Exercise Under Heat Stress Conditions on Serotonin Expression, Cell Proliferation, and Short-term Memory in the Rats Brains)

서지정보

· 발행기관 : 국민체육진흥공단 한국스포츠과학원
· 수록지 정보 : 체육과학연구 / 20권 / 4호 / 743 ~ 754페이지
· 저자명 : 서진희, 신말순, 김창주, 임백빈, 이광식

초록

이 연구의 목표는 고온 환경에서의 운동으로 인한 열 스트레스가 세로토닌의 발현, 신경세포의 생성, 그리고 단기 기억력에 미치는 영향을 규명하여 열 스트레스와 뇌 기능과의 연관성을 규명하는 것이다. 이 연구에서는 7주령(평균체중 250 ± 10g) Sprague-Dawley 계열의 수컷 흰쥐(n=40)를 사용하여, 무선배치 방식으로 상온 대조군(n=10), 상온 운동군(n=10), 고온 대조군(n=10),고온 운동군(n=10)으로 분류 하였으며, 상온군은 온도와 습도를 22℃(상대습도 40%)로, 열 스트레스군은 35℃(상대습도 20%)의 환경으로 설정 하였다. 모든 동물들은 5-bromo-2'-deoxyuridine-5'-monophosphate (BrdU, 50 mg/kg)을 트레드밀 운동 1시간 전 3일간 투여 하였다. 운동군은 하루 60분씩 3일간의 트레드밀 운동을 실시하였으며, 마지막 트레드밀 운동 후 동물을 희생시켰다. 단기 기억력은 수동회피 실험으로 평가하였으며, 면역조직화학법을 이용하여, 중추피로는 중뇌 봉선핵 부위의 5-hydroxytryptamine(serotonin, 5-HT) 발현 정도로 측정하였고, 새로운 신경세포의 생성 정도는 해마 치상회 부위에서 BrdU 양성세포의 수로 나타내었다. 이 실험 결과, 흰쥐의 중뇌 봉선핵 부위의 5-HT는 상온운동과 고온운동 그리고 열 스트레스에 의해 증가되어 상온과 고온에서의 트레드밀 운동과 열 스트레스는 중추피로를 증가시키는 요소 중 하나로 판단된다. 해마 치상회에서의 새로운 신경세포의 생성은 상온 트레드밀 운동에 의해 증가되었으나 고온 트레드밀 운동은 신경세포의 생성을 나타내지 못했다. 수동회피실험의 결과 상온과 고온에서의 트레드밀 운동은 단기 기억력에 유의한 차이를 나타내는 영향을 주지는 못했으며, 이는 단기 기억력은 3일간의 트레드밀 운동에 의해 영향을 받지 않음을 나타낸다. 이 실험의 결과, 트레드밀 운동은 상온에서 5-HT와 새로운 신경세포의 생성을 증가시켰으며 기억력의 감퇴를 나타내지 않은 반면, 열 스트레스에 노출된 고운대조군과 고온 운동군에서는 새로운 신경세포의 생성을 억제하고 중추피로를 증가시킴으로서 기억력을 저하시키는 결과를 보여 주었다. 본 실험을 통하여 신경세포의 생성을 증가시키는 트레드밀운동의 효과는 고온의 열 스트레스 환경에서는 나타나지 않음을 알 수 있었다.

영어초록

Heat stress arising from the thermal environment is of concern to sports medicine and to sports administration, because of the perceived risk of heat casualties, in particular heat stroke. In the present study, the primary aims of this study was to examine the effect of treadmill exercise under heat stress conditions on short-term memory, central fatigue, and cell proliferation. We attempted to evaluate the relationship of exercise with heat stress on brain functions. For this study, male Sprague-Dawley rats weighing 250 ± 10 g(7 weeks in age) were used. The rats were randomly divided into four groups(n = 10 in each group): the control in 22℃ group, the exercise in 22℃ group, the control in 35℃ group, and the exercise in 35℃ group. The environmental temperature at 22℃ set as the normal conditions and 35℃ was as the heat stress conditions. In the normal conditions, the temperature was 22℃ with relative humidity 40%. In the heat stress conditions, temperature was 35°C with relative humidity 20%. All animals were injected intraperitionally with 5-bromo-2'-deoxyuridine-5'-monophosphate(BrdU, 50 mg/kg) one hour before the starting of treadmill exercise once a day for 3 consecutive days. Animals were sacrificed immediately after finishing the last session of treadmill exercise on the 3rd day of the experiment. Short-term memory was evaluated by a passive avoidance task. The degree of central fatigue was determined by immunohistochemistry for 5-hydroxytryptamine(serotonin, 5-HT) in the dorsal raphe. New cell proliferation was detected by immunohistochemistry for BrdU in the dentate gyrus. The present results showed that treadmill exercise under normal and heat stress conditions exerted no signifiant effect on the latency time of passive avoidance task, representing that short-term memory was not effected by treadmill exercise for 3 days. However, heat stress significantly disturbed short-term memory of the rats. The 5-HT synthesis in the dorsal raphe was increased by both treadmill exercise and heat stress, showing that treadmill exercise and heat stress acted as the enhancing factor of central fatigue. The new cell proliferation in the dentate gyrus was increased by treadmill exercise under normal conditions, however, the increasing effect of treadmill exercise was not appeared under the heat stress conditions. The present study revealed that heat stress exerted deteriorative effect on memory capability through enhancing of central fatigue and suppressing of cell proliferation. However, treadmill exercise under heat stress conditions did not show significant recovery effect on memory impairment through enhancing of central fatigue and suppressing of cell proliferation.

참고자료

· 없음