본 연구는 당뇨 조건하에서 실험동물을 대상으로 지구성 운동이 당 대사를 개선하고 심장을 보호하는 효과가 있는지 검증한다. 그 결과 비 운동집단은 심장의 생리 지표인 좌심실내압이 낮았고 고혈당 증세를 보였다. 또한 심근과 골격근에서 지방산 산화에 관여하는 AMPK, 포도당과 지질 산화에 관여하는 PGC-1\(\alpha \), 심근세포내 포도당 수송체인 GLUT-4와 단백질 조직을 보호하는 HSP-60 발현량이 허혈 처치 운동집단에 비해 훨씬 낮았다. 이 결과를 통해 전 처치로서 지구성 운동은 당 대사와 심장의 생리적 기능을 개선하는데 효과가 있는 것으로 사료된다. 특히, 지구성 운동으로 유발된 APMK가 PGC-1\(\alpha \)의 발현을 잠재적으로 조절하고, 두 인자 간의 상호작용이 GLUT-4의 발현시킨다고 한 앞선 연구결과를 다시 한 번 확인할 수 있었다. 그리고 HSP-60 단백질의 발현량 증가가 허혈, 재 관류에 의한 스트레스에서 심근 조직을 보호한다는 것을 확인하였다.
<h1>고 찰</h1> <p>당뇨병은 다양한 심장질환을 유발시키는데 영향을 미치는 대사성 질환으로 심근의 생리적 기능뿐만 아니라 심근의 에너지 대사 이상을 초래한다. 이러한 당뇨병에 대한 예방 혹은 처치 방법으로 신체활동이 관심을 받아온 이후로 여러 학자들이 당뇨성 심장질환 개선을 위한 방법으로 심장의 허혈성 전 처치 (ischemic preconditioning)에 의한 심근보호 효과에 대해 관심을 갖고 연구틀을 수행해 왔으며 최근에는 지구성 운동이전 처치로서 심근보호 효과를 발휘하는지를 검증하기 위해 많은 노력을 기울여 왔다. 따라서 이 연구에서도 당뇨실험모델동물을 대상으로 전 처치로서 지구성 운등이 당뇨 조건하에서 심근의 당 대사틀 개선시키고 심장을 보호하는데 효과가 있는지를 검증하였다.</p> <p>그 결과 STZ-IRI의 경우 전형적인 당뇨의 특성인 고혈당 증세와 함께 심장의 생리적 지표인 좌심실내압이 현저하게 낮은 것으로 나타났으며 대부분 동물조직에 존재하며 에너지원-감지 효소(fuel-sensing enzyme)로서 심근과 골격근에서 지방산 산화와 포도당 흡수를 촉진시키는데 관여하는 AMPK, 대사적 조절인자로서 포도당과 지질 산화에 관여하는 PGC-1\(\alpha \), 심근세포내로 포도당 운반 역할을 하는 포도당 수송체인 GLUT-4와 단백질 구조 변형을 억제하고 조직을 보호하는 단백질인 HSP-60 발현량이 허혈 처치 운동집단에 비해 현저하게 낮은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 당뇨 조건하에서 인슐린 결핍, 고혈당과 심장의 차심실내압과 AMPK, PGC-1\(\alpha \), GLUT-4와 HSP-60 발현량 감소는 심장 기능이상, 심근의 포도당과 대사 이상뿐만 아니라 병리학적 심근비대를 유발시킨다고 제시한 Li 등, Sriwijitkamol 등, Chen 등, Garvey등, Liao 등, Patti 등과 Shan 등의 결과와 일치하는 것으로 나타났다.</p> <p>최근까지도 지구성 운동은 심근 조직의 산화적 능력과 대사적 효율성을 증가시키며 미토콘드리아 수와 양 뿐만 아니라 조직 및 세포의 대사적 기질 산화 운반에 관련된 단백질들의 발현량을 증가시키고, 전 처치로서도 당뇨 조건에서 심근의 당 대사 기능과 심근 보호 기능을 향상시키는데 영향을 미친다고 보고되고 있다. Table 1과 Fig. 1에서 보는 바와 같이, 이 연구에서도 전 처치로서 지구성 운등이 당뇨 조건에서 심근의 당 대사 기능과 심근 보호 기능을 향상시키는데 영향을 미치는가를 분석한 결과 STZ-EXE-IRI의 경우 현저하게 혈청 포도당 수준이 감소하였으며 심장의 생리적 지표인 좌심실내압도 허혈 처치 비교집단보다 현저하게 높은 것으로 나타나 전 처치로서 지구성 운동수행이 심장의 생리적 기능을 향상시키고 당 대사를 개선시키는 효과적인 것으로 볼 수 있다.</p> <p>특히, 전 처치로서 지구성 운동수행에 의 한 좌심실 내압의 증가는 운동을 통해 당뇨 성 심근의 구조와 기능을 개선시킬 수 있다는 Diaz-Herrera 등의 결과와 일치하며 혈청 포도당 수준의 감소는 당 대사 관련 표현형 단백질 (AMPK, PGC-1\(\alpha \), GLUT-4) 발현량 증가와 관련이 있는데 특히, AMPK가 에너지원-감지 효소로서 PGC-1\(\alpha \) 와 상호작용하여 심근 세포막으로 GLUT-4의 전좌(translocation)를 자극하여 심근세포내로 포도당 운반을 촉진시킨 것에 의해 나타난 것으로 볼 수 있다. Fig. 3A에서 보는 바와 같이, 이 연구에서 STZ-EXE-IRI의 경우, AMPK 인산화에 따른 p-AMPK/AMPK 비율이 현저하게 증가하였다. 이러한 결과는 Liang and Matschinsky, Louis and Witters과 Malaisse 등의 결과와 일치하는 것으로 전 처치로서 지구성 운동이 당뇨 조건에서 심근의 지방산 산화와 포도당 흡수 능력을 향상시킨 것으로 볼 수 있다. 이러한 허혈 처치 운동집단에서 p-AMPK/AMPK 비율의 증가는 Lee 등과 Sriwijitkamol등이 제시한 것처럼 PGC-1\(\alpha \) 와 GLUT-4의 발현의 증가와도 관련 있는 것으로 나타났다.</p> <p>Fig. 3B, C에서 보는 바와 같이, STZ-EXE-IRI의 심근 PGC-1\(\alpha \) 와 GLUT-4 발현량은 STZ-IRI에 비해 유의하게 증가한 것으로 나타나 앞서 제시된 운동에 의해 유발된 AMPK 증가는PGC-1\(\alpha \) 발현의 잠재적 조절자로서 작용하고 특히 AMPK 와 PGC-1\(\alpha \)의 상호 신호전달 작용은 세포 내 당 수송체인 GLUT-4를 발현을 증가시킨다고 한 Barger 등, Knuttih 등, Dohm, Lee 등과 Sriwijitkamol 등의 연구결과와 일치하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 당뇨성 허혈에 의한 당 대사의 감소가 전 처치로서 지구성 운동수행에 의해 개선되었음을 의미한다.</p> <p>또한 당뇨 성 허혈에 의한 심근 손상은 단백질 구조의 변성과 함께 산화적 스트레스 수준을 높이고 세포 방어시스템의 손상을 초래하여 심장 기능을 저하시키는데 이러한 당뇨 성 허혈에 의한 심근 손상을 억제하거나 감소시키는데 관여하는 단백질이 조직 특이적으로 발현되는데 이러한 단백질을 열충격 단백질(heat shock protein)이라고 부르며 특히 심근에 서는 분자량이 \( 15 \mathrm{kD} \) 에서 \( 30 \mathrm{kDa} \) 에 이르는 HSP-60이 생성되며 이 단백질은 허혈/재 관류에 의한 심근 손상과 세포사멸로 인한 미토콘드리아 손상을 억제하는 기능을 수행한다고 알려져 있다.</p> <p>Fig. 3D에서 보는 바와 같이, 이 연구에서도 6주간 실험처치후 집단별 허혈/재 관류 후 심근의 HSP-60 단백질 발현량을 분석한 결과 STZ-EXE-IRI의 경우, STZ-IRI에 비해 HSP60 단백질 발현량이 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 전 처치로서 지구성 운동이 당뇨 조건 하에서도 허혈/재관류로부터 발생되는 스트레스로 부터 심근 조직을 보호하는데 긍정적인 효과가 있음을 의미하는 것으로 당뇨조건 하에서 심장의 허혈/재 관류로부터 발생되는 세포사멸을 억제시키는 것으로 보고한 Najemnikova 등, Chen 등과 Powers 등의 연구와 일치하는 것으로 나타났다. 그러나 현재 당뇨 성 심근의 허혈 손상에 대한 전 처치로서 지구성 운동이 지닌 심근 보호 효과에 대한 기전은 명확하게 규명되지 않은 상태이다. 따라서 당뇨 성 심근의 허혈 스트레스로 부터 전 처치로서 운동이 지닌 심근 보호 효과를 규명하기 위해서는 지구성 운동에 의한 심근의 다양한 열충격 단백질(HSP-60, HSP-72, HSP-90, HSF-1, GRP-75, 78)의 발현 양상과 DNA 손상정도 및 항산화 기능 변화에 대한 후속 연구가 이루어져야 한다.</p> <p>결론적으로 이 연구에서는 전 처치로서 지구성 운동수행이 당뇨 조건하에서 허혈/재 관류로 인한 심장기능의 저하를 개선시켰다는 결과를 좌심실내압 회복 겅도를 통해 확인하였으며 또한 당뇨 조건하에서 허혈/재 관류로 인해 저하된 심근의 당 대사 기능이 향상되었다는 것을 혈청 포도당 감소와 함께 당 대사 관련 표현형 단백질(AMPK, PGC-10, GLUT-4)의 발현량 증가를 통해 확인하였다. 특히, 전 처치로서 지구성 운동에 의해 유발된 AMPK가 PGC-1\(\alpha \) 발현의 잠재적 조절자로서 작용하고 AMPK와 PGC-1\(\alpha \)의 상호작용은 세포내 당 수송체인 GLUT-4를 발현을 증가시킨다고 게시한 Barger 등, Dohm, Knuttih 등, Lee 등과 Sriwijitkamol 등의 결과를 다시 확인하였다. 마지막으로 전 처치로서 지구성 운동이 HSP-60 단백질의 발현량 증가를 통해 당뇨 조건하에서도 허혈/재 관류로부터 발생되는 스트레스로부터 심근 조직을 보호한다는 것을 확인하였다.</p>