대한간호학회지제 41 권제 2 호, 2011 년 4 월 J Korean Acad Nurs Vol.41 No.2, DOI: /jkan 중풍동물모델에서의트레드밀운동이허혈성신경손상에미치는효과 : 뇌혈관통합성강화 강경아 1

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1 대한간호학회지제 41 권제 2 호, 2011 년 4 월 J Korean Acad Nurs Vol.41 No.2, 중풍동물모델에서의트레드밀운동이허혈성신경손상에미치는효과 : 뇌혈관통합성강화 강경아 1 성호현 2 진한별 2 박종민 3 이종민 4 전재용 5 김연정 6 1 목포가톨릭대학교간호학과전임강사, 2 경희대학교간호과학대학학부생, 3 경희대학교간호과학대학대학원생 4 건국대학교의과대학재활의학과교수, 5 울산대학교의과대학서울아산병원재활의학교실교수 6 경희대학교간호과학대학 동서간호학연구소교수 The Effect of Treadmill Exercise on Ischemic Neuronal Injury in the Stroke Animal Model: Potentiation of Cerebral Vascular Integrity Kang, Kyoung Ah 1 Seong, Hohyun 2 Jin, Han-Byeol 2 Park, Jongmin 3 Lee, Jongmin 4 Jeon, Jae-Yong 5 Kim, Youn Jung 6 1 Full-time Lecturer, Department of Nursing, Mokpo Catholic University, Mokpo 2 Undergraduated Student, College of Nursing Science, Kyung Hee University 3 Graduated Student, College of Nursing Science, Kyung Hee University 4 Professor, Department of Rehabilitation, College of Medicine, Konkuk University 5 Professor, Department of Rehabilitation Medicine, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine 6 Professor, College of Nursing Science, East West Nursing Institute, Kyung Hee University, Seoul, Korea Purpose: This study was done to identify whether pre-conditioning exercise has neuroprotective effects against cerebral ischemia, through enhance brain microvascular integrity. Methods: Adult male Sprague-Dawley rats were randomly divided into four groups: 1) Normal (n=10); 2) Exercise (n=10); 3) Middle cerebral artery occlusion (), n=10); 4) Exercise+ (n= 10). Both exercise groups ran on a treadmill at a speed of 15 m/min, 30 min/day for 4 weeks, then, was performed for 90 min. Brain infarction was measured by Nissl staining. Examination of the remaining neuronal cell after, and microvascular protein expression on the motor cortex, showed the expression of Neuronal Nuclei (NeuN), Vascular endothelial growth factor (VEGF) & laminin. Results: After 48 hr of, the infarct volume was significantly reduced in the Ex+ group (15.6±2.7%) compared to the group (44.9±3.8%) (p<.05), and many neuronal cells were detected in the Ex+ group (70.8±3.9%) compared to the group (43.4±5.1%) (p<.05). The immunoreactivity of laminin, as a marker of microvessels and Vascular endothelial growth factor (VEGF) were intensively increased in the Ex+ group compared to the group. Conclusion: These findings suggest that the neuroprotective effects of exercise pre-conditioning reduce ischemic brain injury through strengthening the microvascular integrity after cerebral ischemia. Key words: Exercise, Brain ischemia, Evidence-based nursing 서론 뇌졸중은암에이어국내사망원인 2 위 ( 통계청, 2009) 로치료후 에도반신마비나언어장애등심각한후유증을남기는뇌혈관질 환이며장기간의회복과정을요구하는만성질환으로질병발생전예방활동이건강한삶을유지하는데매우중요하다. 뇌졸중의발생을증가시키는고위험요인들로는비만, 고혈압, 당뇨병등이있으며이들은부적절한식습관및생활습관과매우밀 주요어 : 운동, 뇌허혈, 신경보호, 근거 - 중심간호 * 본논문은 2007 년정부 ( 교육인적자원부 ) 의재원으로한국학술진흥재단의지원을받아수행된연구임 (KRF E00393). *This study was supported by Korea Research Foundation Grant funded by Korean Government (MOEHRD) (KRF E00393). Address reprint requests to: Kim, Youn Jung College of Nursing Science, Kyung Hee University, 1 Hoegi-dong, Dongdaemun-gu, Seoul , Korea Tel : Fax : E mail : yj129@khu.ac.kr 투고일 : 2010 년 6 월 26 일심사의뢰일 : 2010 년 6 월 29 일게재확정일 : 2011 년 4 월 15 일 2011 Korean Society of Nursing Science ISSN

2 198 강경아 성호현 진한별외 4 인 접한관계가있으며최근의연구결과에의하면규칙적인신체활동은체중, 혈압, 혈청콜레스테롤및혈당을조절함으로써앞에서언급한위험요인을감소시켜뇌졸중의발생을감소시킨다고하였다 (Greenlund, Giles, Keenan, Croft, & Mensah, 2002). 국내연구결과에서도운동이체중감소, 체지방량감소및혈중지질농도를감소시키는데에효과적인것으로나타났다 (Kim, 2002; Lee, 2006). 국소적뇌경색을유발시킨중뇌동맥폐색동물모델 (Middle Cerebral Artery Occlusion, ) 의연구에서도뇌경색을일으키기전에 treadmill 운동이나자발적인움직임 (voluntary locomotion) 증가로신체적인활동이증가된쥐의경우뇌경색을일으킨후의뇌손상및신경세포의손상이감소되었다고하였다 (Ang, Wong, Moochhala, & Ng, 2003). 동물실험에서국소적뇌경색이유발되면수분내에내피부종 (endothelial swelling) 으로인해모세혈관내경이좁아지게되며또한무산소성에너지대사산물인젖산이축적되는데이는혈관내피세포, 신경세포및별아교세포의세포부종을초래하여뇌경색유발 1-3 일경뇌-혈관장벽 (Blood-brain barrier, BBB) 의손상이최고점에이르게된다. 뇌혈관장벽의밀착결합부위의손상을통한혈장의유출은조직부종을발생시키고결국관류장애로인한뇌혈관손상은신경세포에서의산소를이용한에너지대사장애를초래하여신경세포손상및사멸을유도한다 (Ding et al., 2004). 이와같이뇌조직이심한손상을받게되는뇌경색의경우, 별아교세포, 희소돌기아교세포및미세아교세포등은손상으로부터뇌기능을보호하거나재생시키는데중요한역할을하는것으로생각되어지고있으며특히별아교세포의경우영양소를공급하거나활성산소를제거함으로써신경세포를보호한다고알려져있다 (Trendelenburg & Dirnagl, 2005). 별아교세포는 neurovascular unit의중요한구성요소로서혈관으로둘러싸여있고아교세포의종말단추에는뇌내모세혈관의벽이맞닿아있으며이를통해신경세포및조직에필요한산소및영양대사물질의교환이일어날수있도록모세혈관과신경세포간의교량역할을수행하고있다 (del Zoppo & Mabuchi, 2003; Simard, Arcuino, Takano, Liu, & Nedergaard, 2003). 뇌경색이유발된후시간이경과함에따라내피세포가증식하기시작하여신생혈관이형성되는일련의혈관재건과정이일어나게되는데이때혈관형성에는 angiopoietins, Matrix metalloproteinase (MMP)-9 및 Vascular endothelial growth factor (VEGF) 등많은인자들이관여하게되는데그중신경세포와별아교세포등에서분비되는 VEGF는성장한동물의상처치유과정초기에혈관형성에관여한다고보고되고있다 (Shibuya, 2009; Weis & Cheresh, 2005). Croll과 Weigand (2001) 는 VEGF 그자체는수분내에미세혈관의 투과성을증가시켜혈장단백질을유출시키는강력한인자로서작용하는데국소적뇌경색을유발시킨동물실험에서첫 1-3 시간내에 VEGF가발현되기시작하여 24-48시간이내에 VEGF의발현이최고점을이룬다고한다. 경색유발후 24시간이상이경과하여나타나는지연된 VEGF의발현은혈관신생 (angiogenesis) 을향상시키며신경세포의사멸을막고뇌경색의크기또한줄이며 (Kaya et al., 2005), BBB의견고성을유지하는데관여하며뇌경색유발 28일이지난후까지도 VEGF가지속되면서신생혈관형성을향상시킨다고하였다 (Zhang et al., 2000). 따라서본연구에서는뇌졸중예방을위한간호중재로서운동의효과를근거기반간호의기초자료로써활용하기위해다음의실험을시도하였다. 4주간의지속적인 treadmill 운동이국소적뇌경색동물의뇌내신경- 혈관계의통합성을견고하게유지하여, 허혈성뇌손상을감소시켜신경보호효과가있음을행동학적운동기능검사와뇌경색정도, VEGF 발현및 Laminin의발현정도를알아보고자하였다. 연구방법 1. 연구설계실험동물은무작위로 Sham ( 정상군 ), Exercise (Ex군), Middle Cerebral Artery occlusion ( 군 ), Exercise+ (Ex+ 군 ) 으로구분하였다. 정상군은 군과동일하게마취를한후정중경부를절개한뒤바로봉합한군이며 군은운동은하지않고중뇌동맥폐색술을실시한군이다. 모든 Exercise군은기울기가 0 인 treadmill (Exer-6M, Columbus Instruments, USA) 에서하루 30 분씩 15 m/min의속도로총 4주동안운동을한군이며뇌경색을유발하는수술은 4주간의운동이끝난다음날중뇌동맥폐색술을실시한후, 48시간후에뇌경색크기와신경세포및미세혈관조직내단백질발현변화를비교분석하였다. 2. 실험방법 1) 실험동물및국소뇌경색동물모델 (Experimental animal & focal ischemia animal model) (1) 실험동물본연구는 K대학교의실험동물윤리위원회의승인을받은후규정에따라실행하였다. 수컷 Sprague Dawley rat ( g, 오리엔트바이오, Korea) 을정상군, 군, Ex군, Ex+ 군으로나누어각군에 10마리씩무작위로배정하였다. 실험동물은전실험기간을통

3 뇌허혈로인한신경손상에서운동의신경보호효과 199 하여고형사료와물을자유스럽게섭취하도록하였으며밤낮주기 (12 시간 light/12 시간 dark) 가조절되는실험실환경에서사육하였다. (2) 중뇌동맥폐색술 () 실험동물의뇌졸중유발방법은나일론봉합사를이용해 90분간중뇌동맥을폐색함으로써국소적뇌경색모델 (Focal ischemia animal model) 을유발시키는중뇌동맥폐색술을이용하였다. 모든실험동물들은 2% isoflurane과함께 7:3의질소산소혼합기체로흡입마취를한다음정중경부를절개하여외경동맥을노출시킨후수술용 4.0 나일론봉합사 (Ethicon, Edinburg, UK) 의끝을실리콘으로코팅하여외경동맥으로삽입한후내경동맥을거쳐우측중뇌동맥에삽입시켜뇌혈류를차단하였으며 90분뒤에나일론을제거하여재관류를시켰다. (3) 뇌적출및조직처리모든실험동물은 를실시한후 48시간후에희생시켰으며좌심실을통하여 50mM 인산염완충식염수 (phosphate buffered saline, PBS) 를관류시켜혈관내혈액성분을제거한후 4% paraformaldehyde (PFA) in 20 mm phosphate buffer (PB) 로뇌를고정시켰다. 그후뇌를적출한다음 4% PFA 고정액에담아 4 C에서 24-48시간침전시킨후고정을하였다. 고정된뇌조직은 30% sucrose 용액으로옮겨 2-5일간침전시킨후 Cryotome (CM 3050S, Leica, Germany) 을이용하여뇌조직을 40 μm 두께로연속관상절편하였다. 2) 면역조직염색화학법 (Immunohistochemistry) (1) 뇌경색크기측정 (Measurement of infarction volume) 절편한뇌조직을 0.5% Nissl staining (cresyl violet, Sigma, USA) 을하여광학현미경으로촬영한뒤이미지분석프로그램 (Image pro 6.1, Olympus, Japan) 을이용하여뇌경색부위의크기를측정하였다. 뇌경색크기측정방법은뇌경색을유발한부위의반대쪽뇌면적에서뇌경색을유발한쪽의정상면적을빼서측정하는간접법을사용하였다. (2) 신경세포및미세혈관조직내단백질발현 Motor cortex의신경세포소실및미세혈관조직내단백질발현을확인하기위해각각 mouse anti-neun (Neuronal nuclei; chemicon, USA, 1:3,000) 과 rabbit anti-laminin (Sigma, USA, 1:500), 그리고 rabbit anti-vegf (Milipore, USA, 1:500) 를 1차항체로사용하여 3% Triton X-100/50 mm PBS 용액에각각희석하여조직절편과함께넣어 shaker 위에올려놓은후상온에서하룻밤을반응시켰다. 다음날이를 50 mm PBS 용액으로 5분간세차례세척한후이차항체를희 석하여실온에서 1시간동안흔들어반응시켰다. 다시 50 mm PBS로세척한후, 30분전에미리준비된 avidin-biotin complex (Vector, USA, 1:200) 를 1시간동안반응시켰다. 발색반응은 0.03% 과산화수소수와발색제인 DAB (Diaminobenzidine, vector, USA) 을희석한용액에넣어발색시킨후다시완충액으로세척하여 slide glass에조직을붙여물기가마를때까지건조시켰다. 그후탈수를위해 70, 80, 90, 95, 100% ethanol 과정을각단계별로 5-10 분씩실시하였고각각 10분간두단계의 xylene 처리를거쳐조직을투명화한후 permount (Fisher SP15-500, USA) 로봉입하여광학현미경 (BX51, Olympus, Japan) 100배하에서관찰하였다. 3. 자료분석모든실험결과는평균과표준오차를산출하고그룹간평균비교는 independent t-test 와 one-way ANOVA 로분석한후 scheffe로사후검증하였으며모든통계처리는 SPSS 14.0을이용하였으며통계적유의수준은 p <.05에서채택하였다. 연구결과 1. 뇌경색크기의감소뇌경색을유발한뒤 48시간후에동물을희생시킨후, Nissl staining을하여뇌경색크기의차이를측정한결과 Figure 1에서보는바와같이 4주간 treadmill 운동을실시한 Ex+ 군의뇌경색크기가 15.6 ± 2.7% 로 군의 44.9 ± 3.8% 에비하여유의한감소를보였다 (p <.001) (Table 1). 2. 신경세포소실의감소 Motor cortex의신경세포소실정도를확인하기위해 anti-neun 을염색한뒤남아있는신경세포의수를세어그결과를 Figure 2에제시하였다. 군에서 NeuN의발현은 43.4 ± 5.1% 로정상군에비해 56.6% 감소를보였으며 (p <.001), Ex+ 군에서는 70.8± 3.9% 로나타나남아있는신경세포의수가 군에비해증가하였으며통계적으로도유의하였다 (p <.001) (Table 2). 3. 미세혈관조직내단백질발현의변화조직괴사 (necrosis) 가일어난부위 (core) 와인접한가장자리인 penumbra에서의미세혈관조직내단백질발현의변화를확인한

200 강경아 성호현 진한별 외 4인 Ex+ 50 40 30 * 20 10 0 Ex+ Figure 1.

in the motor cortex was measured by Nissl staining.

= middle cerebral artery occlusion; Ex = exercise. Table 1.

7% NeuN-positive cells (%of Normal) Infarction volume (%) 60 a b c d A 120 100 * 80 # 60 40 20 0 Normal

There are many NeuN-positive cells in Normal (a) and Ex. group (b), compared to group (c).

(B) Exercise significantly increased NeuN-positive cells in the mortor cortex. Values are mean ± SE (#p <.

001. = middle cerebral artery occlusion; Ex = exercise. Table 2.

001. = middle cerebral artery occlusion; Ex = exercise; NeuN = neuronal nuclei. 결과는 다음과 같다.

laminin의 발현이 군에 비해 증가되어 있음을 볼 수 있 었다. 한편, anti-vegf를 조직 염색한 결과는 Figure 4에 제시하였다.

4 200 강경아 성호현 진한별 외 4인 Ex * Ex+ Figure 1. The effect of pre-conditioning exercise on the infarct volume induced by middle cerebral artery occlusion () in the motor cortex was measured by Nissl staining. Infarct volume was reduced in Ex+ group compared to group. Values are mean ± SE (*p <.05 vs ). = middle cerebral artery occlusion; Ex = exercise. Table 1. The Measurement of Infarction Volume Infarction volume +Ex 44.9 ± 3.8% 15.6 ± 2.7% NeuN-positive cells (%of Normal) Infarction volume (%) 60 a b c d A * 80 # Normal Exercise Ex+ B Figure 2. (A) Photographs of NeuN immunoreactivity in the motor cortex. There are many NeuN-positive cells in Normal (a) and Ex. group (b), compared to group (c). However, in Ex+ group, (d) NeuN-positive cells were increased compared to group (scale bar, 100 μm). (B) Exercise significantly increased NeuN-positive cells in the mortor cortex. Values are mean ± SE (#p <.05 vs Normal, *p <.05 vs ). = middle cerebral artery occlusion; Ex = exercise; NeuN = neuronal nuclei. p <.001. = middle cerebral artery occlusion; Ex = exercise. Table 2. Neuronal Cell Count in Motor Cortex NeuN-positive cell Control +Ex ± 5.1% 70.8 ± 3.9% A B C D p <.001. = middle cerebral artery occlusion; Ex = exercise; NeuN = neuronal nuclei. 결과는 다음과 같다. 혈관 내피세포의 표지자(marker)로 알려진 laminin의 발현은 Figure 3에 나타난 바와 같이 군은 정상군 과 Ex군에 비하여 현저히 줄어 있음을 볼 수 있으며 Ex+군의 경우 laminin의 발현이 군에 비해 증가되어 있음을 볼 수 있 었다. 한편, anti-vegf를 조직 염색한 결과는 Figure 4에 제시하였다. VEGF 발현 양상은 군에서 가장 많이 증가된 양상이고, Ex+ 군, Ex군의 순서로 발현의 정도가 높았으며 운동을 하지 않 은 정상군에서는 거의 발현되지 않는 양상을 보여주었다. Figure 3. The immunoreactivity of laminin in motor cortex. In normal (A) and Ex. group (B), micro vessels were intensively marked by laminin, and very little immunoreactivity of laminin was marked in group (C). However, in Ex+ group (D), laminin expression was increas-ed compared to group (scale bar, 100 µm), = middle cerebral artery occlusion; Ex = exercise.

group (B) (scale bar, 100 µm). =middle cerebral artery occlusion; Ex=exercise; VEGF=vas-cular endothelial growth factor. 논의 뇌안의모세혈관을통한산소의확산은신경세포의에너지대 사를위한매우중요한단계이다.

(BDNF) 와같은신경성장인자 (neurotropic factor) 의증가와혈관신생등에의한효과로제시하였으며 또한, Ang 등 (2003) 은 12 주간의 treadmill 운동이 모델에서뇌 경색크기를줄였으며이는 treadmill 운동이 NGF mrna 의발현을 증가시켜뇌손상을줄였다고하였다.

5 뇌허혈로인한신경손상에서운동의신경보호효과 201 A C Figure 4. Intensively VEGF immunoreactivity was shown in group (C) In Ex+ group (D), little VEGF expression was observed, however, there was no VEGF immunoreactivity in either normal (A) or Ex. group (B) (scale bar, 100 µm). =middle cerebral artery occlusion; Ex=exercise; VEGF=vas-cular endothelial growth factor. 논의 뇌안의모세혈관을통한산소의확산은신경세포의에너지대 사를위한매우중요한단계이다. 국소적뇌경색을유발하여뇌혈 류를차단시킨후, 수분내에뇌경색중심부위 (core) 에서부터조직 손상이일어나는데이부분의뇌혈류량은 80% 이상감소된상태 로세포사멸이빠르게일어나며, 수시간이지난후에는뇌경색의 부위가부분적으로에너지대사가남아있는주변주위 (penumbra) 로확산이되며이단계에서는미토콘드리아장애와활성산소의증 가로인한세포사멸사가일어난다 (Lo, Moskowitz, & Jacobs, 2005). 운동의신경보호효과에대한연구로 Ding 등 (2004) 은국소적뇌 경색동물모델에서 3 주간 treadmill 에서 pre-conditioning exercise 를 시행한결과신경학적결손및뇌경색의크기를감소시키는효과가 있다고하였으며이에대한기전으로 nerve growth factor (NGF) 및 brain-derived neurotrophic factor (BDNF) 와같은신경성장인자 (neurotropic factor) 의증가와혈관신생등에의한효과로제시하였으며 또한, Ang 등 (2003) 은 12 주간의 treadmill 운동이 모델에서뇌 경색크기를줄였으며이는 treadmill 운동이 NGF mrna 의발현을 증가시켜뇌손상을줄였다고하였다. 또한사람에게있어서, 운동의 다양한좋은효과는인체여러부분에서충분히언급되어있고 (Mattson, Duan, Wan & Guo, 2004), 특히뇌졸중예방에운동의탁월 한효과에대해서여러과학자들의가설이제시되어지고있다. 운 동은지방대사에서 HDL-cholesterol 을정상화시켜, 혈관내피기능 을호전시키는데, 이는 endothelial nitric oxide synthase (enos) 와세 포외 superoxide dismutase (ecsod) 를증가시켜, 혈관이완작용을가 B D 져온다고알려져있다 (Chrysohoou et al., 2005; Endres et al., 2003). 이러한운동의효과는심혈관계, 지방- 콜레스테롤균형, 에너지대사, 당내성및인슐린감수성과염증등의다양한전신효과를나타낼뿐아니라 (Carroll & Dudfield, 2004), 뇌가소성 (neural plasticity) 및인지기능향상에따른뇌건강에효과를나타낸다고알려져있다. 본연구는국소적뇌경색을유발시킨동물모델을이용해 4주간의지속적인 treadmill 운동이국소적뇌경색동물의뇌내신경- 혈관계의통합성을견고하게유지하여, 허혈성뇌손상을감소시켜신경보호효과여부를확인해보고자하였다. 그결과 군에비하여 4주간 treadmill 운동을실시한 Ex+ 군의뇌경색의크기가감소하는경향을보였으며또한신경세포의표지자 (marker) 인 NeuN을염색하여 motor cortex 부위의남아있는신경세포의수를측정한결과에서도 군에비해 Ex+ 군에서신경세포의사멸이감소되어있음을확인하였다. 이는기존의연구결과와도일치하는것으로 pre-conditioning exercise 가뇌경색발생후에허혈성뇌손상과신경세포의사멸을감소시키는신경보호효과가있음을재확인하였다. Li 등 (2005) 은운동행위 (motor behavior) 와관련된전두두정엽피질부위와등가쪽선조체 (dorsolateral striatum) 에서혈관신생및별아교세포의밀도가운동으로인해크게증가하였다고보고하였고, 또한일반적으로뇌경색유발후에뇌경색부위의 vascular density 증가가관찰되는데이로인한혈류의증가는혈류차단으로부터조직뿐아니라 penumbra라고불리는아직생존가능한부위를보호하기위한것으로추정되고있다 (Heiss, Sobesky, & Hesselmann, 2004). 이에본연구자들은운동으로유발되는대뇌실질조직내미세혈관계의변화와신경보호작용의연관성을확인하기위하여 Laminin 및 VEGF 발현의변화를관찰하였다. 뇌경색이유발되면 1-3일경에뇌-혈관장벽 (BBB) 의손상이최고점에이르며손상부위로부터혈장의유출및뇌관류장애로인해뇌경색중심부 (core) 에서주변부위 (penumbra) 로의조직손상이진행되게된다. BBB는뇌내로유입되는물질들을조절하는관문으로내피내밀착연접, 기저막, 혈관주변의별아교세포로구성되어있다 (del Zoppo & Mabuchi, 2003). BBB의세포외기질 (extracellular matrix, ECM) 은기저막으로구성되어있으며기저막의주요구성성분으로는 collagen Ⅳ, laminin, cellular fibronectin 등이있다 (Yurchenco & Schittny, 1990). 뇌경색에대한반응으로대뇌미세혈관의벽은빠르게변화되는데특히신경세포의손상과동시에기저막기질 (matrix) 에서의변화가나타나며 laminin, collagen Ⅳ, cellular fibronectin 등기저막기질의구성성분의발현이뇌경색유발과함께급격히감소한다고하였다 (Hamann, Okada, Fitridge, & del Zoppo, 1995). 본연구결과에서도 군이정상군과 Ex군에비하여 laminin

6 202 강경아 성호현 진한별외 4 인 에의해염색되어나타난대뇌미세혈관들이현저히줄어있음을볼수있었으며또한 Ex+ 군의경우미세혈관내 laminin의발현이 군에비해증가되어있음을볼수있었다. 이는 treadmill 운동이기저막기질 (basal lamina matrix) 을형성하는여러단백질들의활성을유지하여대뇌미세혈관구조를견고하게함으로써혈류차단으로인한손상을감소시킨결과로사료된다. VEGF는기존의혈관으로부터새로운모세혈관을생성 (sprouting) 시키는즉, 신생혈관형성을증진시키는물질로서 Cobbs, Chen, Greenberg 와 Graham (1998) 은뇌경색과같은저산소성상태에서유발되는혈관신생은증가된 VEGF 발현의결과라고알려져있다. VEGF는국소적뇌경색을유발시킨동물실험에서첫 1-3시간내에발현되기시작하여 24-48시간이내에 VEGF의발현이최고점을이룬다고한다. 그러나 VEGF 발현시기에따른기능은매우역설적이어서, 경색후 24시간이내에는미세혈관의투과성증가로혈장단백을유출시켜, BBB 손상을악화시키고, 경색유발후 24시간이상이경과하여나타나는지연된 VEGF의발현은혈관신생을향상시키며신경세포의사멸을막고뇌경색의크기또한줄이며 (Kaya et al, 2005), BBB의견고성을유지하는데관여하며뇌경색유발 28일이지난후까지도 VEGF가지속되면서신생혈관형성을향상시킨다고하였다 (Zhang et al., 2000). 본연구에서 Motor cortex에서의 VEGF 발현을보기위해조직염색한결과, 별아교세포에서발현되는 VEGF는 군에서가장높게나타났으며그다음으로 Ex+ 군, Ex군의순서로 Kaya 등 (2005) 이국소적뇌경색유발후첫 1-3 시간내에 VEGF가발현되기시작하여 24-48시간이내에 VEGF의발현이최고점을이룬다고하였던결과와일치하였다 (Lennmyr, Terént, Syvänen, & Barbany, 2005). 본연구의결과에서 군의높은 VEGF 발현은뇌경색부위로혈액공급을시키기위한보상작용의하나로 VEGF가내피세포의증식 (proliferation) 및이주 (migration) 를촉진하고새로운모세혈관생성을증진시켜그결과측부순환 (collateral circulation) 이증가된결과로추정된다. 이는 군의허혈성신경세포손상의정도가매우크기때문에이에대한보상기전으로 VEGF의발현이가장높게나온것으로분석된다. Ding 등 (2004) 은지속적인운동으로형성된미세혈관들이 유발후재관류시기에더많은산소와대사에필수적인물질들 (glucose, amino acid) 을많이유도하여적절한혈액공급을해줌으로써뇌허혈이라는자극에대해신경세포의내성을증진시킨다고하였다. Ex+ 군에서 군에비해 VEGF의발현이더적게나타난것은 4주간의 treadmill 운동으로인한혈관견고성이증가되어 로인해혈류공급이차단되어도그에대한저항력 이생겨, BBB 손상으로수반되는뇌혈관조직손상및이에뒤따르 는신경세포손상이 군에비해적으므로, VEGF 발현이감소 되는양상으로나타났다고사료된다. 본연구결과, 4 주간의 treadmill 운동이뇌경색크기및신경세포사멸의보호효과가있음을 확인하였는데이는운동이대뇌미세혈관구조의견고성을강화시 킴으로써뇌경색유발후급격히감소하는혈류공급에대한저항 력을증가하는것으로 laminin 과 VEGF 의발현의변화로이를규명 하였다. 본연구결과는규칙적이고지속적인운동이뇌졸중으로인한 뇌손상을감소시키는예방효과를가진다는과학적인근거를제시 하며이를바탕으로뇌졸중위험성이높은대상자에대한간호교 육의기초적인자료를제공할뿐아니라임상과지역사회에서뇌졸 중환자에게근거중심간호중재를제공하는데학문적기초가될 것으로생각된다. 결론 본연구는 4 주간의 treadmill 운동이국소적뇌허혈을유발시켰 을때, 뇌경색부위경감및신경세포사멸의감소를확인하였다. 이 는지속적인운동이뇌혈관계의기질단백질인 laminin 발현의강 화를통해저산소증으로의한뇌혈관계의구조적손상을막아신 경세포손상을경감시킨것으로사료되고, VEGF 의발현이 Ex+ 군보다 군에서강하게증가된양상으로보아뇌내모 세혈관계의구조적손상이적었음을확인할수있었다. 이러한동 물실험을통해지속적운동의뇌기능보호효과에대한과학적인 근거를마련하고, 치료적혹은예방적운동이간호활동의중요한 영역으로명시되어야함을제언하고싶다. REFERENCES Ang, E. T., Wong, P. T., Moochhala, S., & Ng, Y. K. (2003). Neuroprotection associated with running: Is it a result of increased endogenous neurotrophic factors? Neuroscience, 118, Carroll, S., & Dudfield, M. (2004). What is the relationship between exercise and metabolic abnormalities? A review of the metabolic syndrome. Sports Medicine, 34, Chrysohoou, C., Pitsavos, C., Kokkinos, P., Panagiotakos, D. B., Singh, S. N., Stefanadis, C. (2005). The role of physical activity in the prevention of stroke. Central European Journal of Public Health, 13, Cobbs, C. S., Chen, J., Greenberg, D. A., & Graham, S. H. (1998). Vascular endothelial growth factor expression in transient focal cerebral ischemia in the rat. Neuroscience Letters, 249, Croll, S. D., & Weigand, S. J. (2001). Vascular growth factors in cerebral ischemia. Molecular Neurobiology, 23,

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(01) hwp Journal of Life Science 2013 Vol. 23. No. 2. 157~166 ISSN (Print) 1225-9918 ISSN (Online) 2287-3406 DOI : http://dx.doi.org/10.5352/jls.2013.23.2.157 α μ δ κ 158 생명과학회지 2013, Vol. 23. No. 2 Journal of