흰 쥐의 뒷다리 현수 후 집중 체중부하 트레드밀 훈련과 전기자극이 골격근 특성에 미치는 효과 = Effects of Intensive Weight Bearing Treadmill Training and Electrical Stimulation on Skeletal Muscle Properties in Hindlimb Suspended Rats

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 흰 쥐(생후 11∼12주, 암컷 Sprague-Dawley 종, 48마리)의 뒷다리를 2주 동안 현수시킨 후 2주 동안에 현수(10마리), 집중 체중부하 트레드밀 훈련(15분, 10마리; 이하 트레드밀), 전기자극(교류, 20 Hz, 각 15분, 9마리), 전기자극/집중 체중부하 트레드밀 훈련(교류, 20 Hz, 각 15분/15분, 9마리; 이하 전기자극/트레드밀)의 중재에 따라서 근 특성의 변화를 알아보고(대조군 10마리), 근육별로 가장 적절한 근 위축의 치료법을 구명하는 것이다.
본 연구에서 네 개의 종아리근(안쪽·가쪽 장딴지근, 가자미근, 얕은발가락굽힘근)의 단면적과 근 섬유 비율의 변화와, 장딴지근/얕은발가락굽힘근, 가자미근, 전체 종아리근의 등척성 강축 장력과 무게의 변화를 측정하였다. 중재군과 대조군을 비교하기 위해서 크루스칼-왈리스 검정법을, 각 중재군간의 차이를 비교하기 위해서 만-휘트니 검정법을 한 다음, 본훼로니 수정법을 사용하여 근육별로 유의한 차이를 보이는 중재를 분석하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
1. 근 단면적은 현수 후 각 중재에서 네 개의 종아리근(안쪽·가쪽 장딴지근, 얕은발가락굽힘근, 가자미근)이 대조군보다 감소되었다(p<0.05). 현수군과 비교하여 트레드밀군은 얕은발가락굽힘근, 가쪽 장딴지근에서, 전기자극/트레드밀군은 가자미근에서 단면적이 증가되었다(p<0.05).
2. 백색근육섬유 비율은 현수 후 각 중재에서 네 개의 종아리근이 대조군보다 증가되었다(p<0.05). 현수군과 비교하여 트레드밀군은 가자미근, 가쪽 장딴지근에서, 전기자극/트레드밀군은 가자미근에서 감소되었고, 트레드밀군과 비교하여 전기자극/트레드밀군은 가자미근에서 백색근육섬유 비율이 감소되었다(p<0.05).
3. 등척성 강축 장력은 현수 후 각 중재에서 모든 대상 종아리근이 대조군보다 감소되었다(p<0.05). 현수군과 비교하여 트레드밀군, 전기자극군, 전기자극/트레드밀군의 장딴지근/얕은발가락굽힘근, 가자미근, 전체 종아리근에서 등척성 강축 장력이 증가되었다(p<0.05).
4. 근 무게는 현수 후 각 중재에서 모든 대상 종아리근이 대조군보다 감소되었다(p<0.05). 현수군과 비교하여 트레드밀군은 장딴지근/얕은발가락굽힘근, 전체 종아리근에서, 전기자극군은 가자미근에서, 전기자극/트레드밀군은 가자미근에서 근 무게가 증가되었다(p<0.05).
5. 중재 후 근육별로 가장 많은 근 특성의 회복을 보인 중재는 트레드밀군이었으며, 다음으로 전기자극/트레드밀군, 전기자극군 순 이었다. 또한 현수 후 가장 많은 근 특성의 감소가 나타난 근육은 가자미근이었으며, 중재 후 가장 많은 근 특성의 회복을 보인 근육은 전기자극/트레드밀군에서 가자미근이었다.
본 연구의 결과 쥐의 뒷다리 현수 후 종아리근의 위축과 등척성 강축 장력에 감소가 있었으며, 트레드밀군, 전기자극/트레드밀군, 전기자극군 순으로 이러한 변화가 회복되었다. 무체중부하로 인한 근 변화의 회복에 뒷다리를 집중적 체중부하시키는 트레드밀 훈련, 또는 여기에 전기자극을 병행한 전기자극/트레드밀 훈련이 효과적이라고 사료된다. 앞으로의 연구에서는 이러한 근 변화의 치료 시 전기자극의 강도별 영향과 집중적 체중부하의 기간에 따른 영향에 대하여 비교해야 할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to investigate the treatment effect of three interventions on the disuse atrophy of rat hindlimb after two weeks suspension. Forty-eight 11∼12 weeks old female Sprague-Dawley white rats were divided into four intervention groups: 1) suspension only (S; n=10), 2) intensive weight bearing treadmill (IWBT; n=10), 3) electrical stimulation (ES; n=9), 4) 2)+3) (ES/IWBT; n=9). Another ten rats received no intervention or hindlimb suspension and served as controls (C). After the interventions, 1) the cross-sectional area (CSA), 2) the ratio of white muscle fiber composition (WMFC), 3) isometric tetanic tension (ITT), and 4) muscle weights (MWs) were measured from the four calf muscle specimens. The results were as follows:
1. In all intervention groups, the CSAs of medial and lateral gastrocnemius (MG·LG), soleus (SOL), and flexor digitorum superficialis (FDS) decreased when compared to the control (C) group (p<0.05). The CSA increased in FDS and LG for the IWBT group, in SOL for the ES/IWBT group compared to the S only group (p<0.05).
2. The ratios of WMFC in MG, LG, SOL, and FDS increased compared to the C group for all interventions (p<0.05). The ratios of WMFC decreased in SOL and LG for the IWBT group, in SOL for the ES/IWBT group compared to the S only group, and decreased in SOL for the ES/IWBT group compared to the IWBT group (p<0.05).
3. The ITT in the MG, LG, SOL, and FDS decreased compared to the C group for all interventions (p<0.05). The ITT increased in MG·LG/FDS, SOL, and the whole calf muscles (WCMs) in the IWBT, ES and ES/IWBT groups compared to the S only group (p<0.05).
4. The MWs in MG·LG/FDS, SOL, WCMs decreased compared to the C group for all interventions (p<0.05). The MWs increased in MG·LG/FDS and WCMs for the IWBT group, in SOL for the ES group, and in SOL for the ES/IWBT group compared to the S only group (p<0.05).
5. In atrophied muscles, the IWBT group showed the best recovery and the ES/1WBT and ES groups followed in decreasing order. The most susceptible muscle to disuse atrophy was the SOL. But conversely, it showed the best recovery in the ES/IWBT group.
After two weeks of hindlimb suspension, the calf muscles of rats atrophied and their isometric tension decreased. These changes were best reversed by hindlimb-focused treadmill activity. The next best results were achieved by electrical stimulation combined with the treadmill followed by only electrical stimulation. These findings indicate that full weight bearing treadmill activity alone or in combination with electrical stimulation are effective treatments for non-weight bearing induced muscle atrophy. Further study of the effect of different intensities of electrical stimulation and variations in the duration period of full weight bearing treadmill activity on disuse atrophy is recommended.

목차 (Table of Contents)

• 차례 = i
• 그림 차례 = ii
• 표 차례 = iii
• 국문 요약 = iv
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 연구 방법 = 6
• 2.1. 실험대상 및 연구기간 = 6
• 2.2. 현수 방법 = 6
• 2.3. 실험 도구 = 8
• 2.4. 실험 방법 = 10
• 2.5. 조직 표본 작성 = 11
• 2.6. 조직 염색 = 12
• 2.7. 조직 표본 계측 = 13
• 2.8. 분석 방법 = 14
• 제3장 결과 = 15
• 3.1. 근 단면적의 변화 = 15
• 3.2. 조직학적 소견 = 17
• 3.3. 근 섬유 비율의 변화 = 21
• 3.4. 근 등척성 강축 장력의 변화 = 23
• 3.5. 근 무게의 변화 = 25
• 3.6. 중재에 따른 근 특성별 변화 = 27
• 제4장 고찰 = 28
• 제5장 결론 = 34
• 참고 문헌 = 36
• 부록 = 45
• 영문 요약 = 47