장시간의 트레드밀 운동이 쥐의 기관지폐포계와 생화학적 대사에 미치는 영향

Abstract

연구배경 : 운동은 인간의 건강을 증진시키는 가장 중요한 방법 중 하나이다. 규칙적인 운동은 모든 질병으로 인한 사망률을 낮춰 주는 효과가 있다. 그러나 운동은 각 개인의 운동수용 능력, 종류, 횟수, 강도, 지속 시간과 같은 다양한 인자들에 따라 역설적으로 면역기능을 향상 또는 억제시키기도 한다. 많은 선행영구에도 불구하고 유산소 운동의 강도와 지속시간에 따른 기관지폐포계와 생화학적 대사계(특히 철 대사)에 대한 생리학적 변화는 완전히 규명된 상태도 아니고 연구역시 부족한 실정이다.

목적 : 본 연구는 고강도 유산소 운동의 지속시간이 기관지폐포계와 생화학적 대사계에 미치는 영향을 조사하기 위해 실시되었다.

방법 : 연구목적에 따라, 실험쥐(Sprague-Dawley 종)를 네 개의 그룹으로 나누었다: 비운동군(대조군, n=7), 운동 30분군(30-운동군, n=8), 운동 60분군(60-운동군, n=8), 운동 120분군 (120-운동군, n=8). 모든 운동 군들에 대해 전동 트레드밀을 이용하여 고강도 운동(최대 산소 섭취량 80-85% 이상)을 매일 8주간 실시하였다. 운동 전후로 모든 주들의 몸무게를 측정하였다. 8주간의 운동 종료 후 기관지폐포세척액 내의 초백혈수 및 감별구 수 계산, 인터루킨-6, 인터루킨-10, 인터루킨-22, 인터페론 감마와 같은 사이토카인과 산화질소의 농도를 측정하였다. 또한 혈청 내 생화학적 표지자와 철 대사 표지자들 역시 함께 분석하였다. 분석한 모든 변수들을 각 그룹 간 그 차이를 비교하였다.

결과 : 8주간의 운동 후 세 운동군(각각 418.50±26.12 g, 382.57±31.04 g, 364.21±21.64 g) 모두의 평균 체중은 대조군(452.50±33.55 g, p<0.05)보다 유의하게 낮았고 120-운동군이 가장 낮았다(p<0.05). 기관지폐포세척액 내 총 백혈구 수는 세 운동군 모두(각각 700±41/uL, 380±23/uL, and 580±30/uL) 대조군보다 유의하게 높았다(p<0.05). 기관지폐포세척액 내 호중구 수는 30-운동군(354±25/uL)과 120-운동군(173±18/uL)의 경우 대조군(137±12/uL)보다 높았는데 비해 60-운동군(109±13/uL)은 오히려 낮았다 (p<0.05). 기관지폐포세척액 내 림프구와 단구 수는 모든 운동군이 대조군보다 유의하게 높았으며(p<0.05) 120-운동군이 가장 높았다. 120-운동군의 경우 기관지폐포세척액 내 인터루킨-6 농도(43.59±11.30 pg/mL)와 산화질소 농도(5.26±0.60 umol/L)는 가장 높았으나 인터루킨-10(22.77±8.27 pg/mL), 인터루킨-22(0.00±0.00 pg/mL), 인터페론 감마(0.00±0.00 pg/mL) 농도는 대조군과 다른 두 운동군에 비해 유의하게 낮았다(p<0.05). 생화학적 표지자의 경우 60-운동군 또는 120-운동군의 alanine aminotransferase(ALT) 농도와 alkaline phosphatase(ALP) 농도, 혈액요소질소 농도, 그리고 요산 농도는 대조군이나 30-운동군 보다 각각 높았으나, γ-glutamiltranspeptidase (γ-GTP) 농도, 중성지방 농도, 총 콜레스테롤 농도, 저밀도 지단백 농도, 글루코스 농도는 대조군이나 30분군보다 각각 낮았다(p<0.05). 혈청 철 표지자의 경우 세 운동군 모두 대조군보다 높았고 120-운동군이 가장 높았다(p<0.05).

결론 : 이상의 연구결과들을 볼 때 1시간 이상의 장시간동안의 고강도 트레드밀 운동은 기관지폐포계의 면역능과 혈청 철 대사계에 유익한 효과 보다는 유해한 효과를 일으킬 가능성이 높은 것으로 판단된다.

Backgrounds : Exercise is one of the most important ways for improving health in humans. Regular exercise offers protection against all-cause mortality. However, physical exercise can, paradoxically, both enhance and depress immunity, with the response being related to the type, frequency, intensity, and duration of exercise and the level of fitness of individual. We have a little data to understand the physiological influence of intensity and duration of aerobic exercise on the respiratory system and biochemical metabolism (especially in iron metabolism).

Objectives : The present study was designed to investigate the effects of duration of aerobic exercise on the bronchoalveolar and biochemical system.

Methods : Rats (Sprague-Dawley) were divided into four groups according to the purpose: Non-exercise (Control group, n=7), exercise for 30 min (Ex-30 group, n=8), exercise for 60 min (Ex-60 group, n=8) and exercise for 120 min (Ex-120 group, n=8). For 8 weeks, high intensive aerobic exercise (VO₂max>80～85%)with motorized treadmill was applied daily on three exercise groups. Body weights in all groups were measured before and after the exercise. Total leukocyte & diff-count, cytokines such as interleukin-6 (IL-6), IL-10, IL-22 and interferon-γ (IFN-γ), and nitric oxide (NO) levels in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF) were determined. Also, biochemical markers and iron metabolic indices in the serum were analyzed. Above mentioned all variables were compared between groups.

Results : After treadmill exercise for 8 weeks, three exercise groups had lower weights (418.50±26.12 g, 382.57±31.04 g, and 364.21±21.64 g, respectively)(with the lowest it in Ex-120 group) than Control group (452.50±33.55 g, p<0.05). Total leukocyte counts in BALF were higher in exercise groups (700±41/㎕, 380±23/㎕, and 580±30/㎕, respectively) than in Control group (300±25/㎕, p<0.05). Ex-30 (354±25/㎕) and Ex-120 group (173±18/㎕) had higher neutrophil count, whereas Ex-60 group (109±13/㎕) had lower that than Control group (137±12/㎕), and that in Ex-30 group was the highest. Lymphocyte and monocyte counts were higher in all exercise groups than in Control group, and those in Exercise-120 min group were the highest. BALF IL-6 level (43.59±11.30 pg/㎖) and NO (5.26±0.60 umol/ℓ) level were the highest, while IL-10 (22.77±8.27 pg/㎖), IL-22 (0.00±0.00 pg/㎖), and IFN-γ (0.00±0.00 pg/㎖) levels were the lowest in Ex-120 group when compared with Control and other exercise groups. In biochemical factors, Ex-60 or Ex-120 group had higher alanine aminotransferase(ALT) and alkaline phosphatase(ALP), blood urea nitrogen(BUN), and uric acid levels, and lower γ-glutamiltranspeptidase(γ-GTP), triglyceride, total cholesterol, low-density lipoprotein(LDL) and glucose concentrations compared with Control or Ex-30 group. Iron markers levels in three exercise groups were greater than those of control group.

Conclusion : Findings of the present study suggest that prolonged treadmill exercise (>1 hr) may have much deleterious effects other than beneficial effects for immune system of bronchoalvelolar system and iron metabolism.

Key words : Treadmill aerobic exercise, bronchoalvelolar lavage, leukocyte, cytokines, nitric oxide, biochemistry, iron metabolism.