간헐적 저산소 노출과 Treadmill 운동이 마우스의 헤모글로빈 및 적혈구 관련지표와 혈액내
항산화능에 미치는 영향
연세대학교 원주의과대학 미생물학교실
1, 소아과학교실
2, 한남대학교 생명과학과
3서희석1,3ㆍ전고운2ㆍ박현숙1ㆍ최선주1ㆍ박주영1ㆍ정성은3
The Effects of Intermittent Hypoxic Exposure and Treadmill Exercise on Hematological Parameters and Antioxidant Potential in Mice
Hee Seok Seo
1,3, Ko Woon Chun
2, Hyun Sook Park
1, Sun Ju Choi
1, Joo Young Park
1, Seong Eun Jeong
31
Department of Microbiology,
2Department of Pediatrics, Wonju College of Medicine, Yonsei University, Wonju, Korea
3
Department of Biological Sciences, Hannam University, Daejeon, Korea
The purpose of this study was to investigate the long-term effects of exercise under intermittent hypoxic condition on hematological parameters and antioxidant potential in mice. For the present study, mice were divided into four groups: normoxia (21% oxygen) control(NC), hypoxia (13% oxygen) control(HC), normoxia exercise (20 m/min, 40 min/day, 3 times/week for 10 weeks) (NE), and hypoxia exercise (HE) group. The study indicated that hemoglobin was significantly increased only in the NE and HC groups. Furthermore, the mean corpuscular volume had signifi- cantly decreased in the HE group. Basal blood lactate levels were similar in all four groups and were increased by exercise. However, the increasement was lesser in the exercise groups. Furthermore, the minimal increasement was observed in the HE group. The production of free radicals in the blood was decreased by either exercise or exposure to intermittent hypoxic condition. Also, the antioxidant potential was increased by exercising. The results of this study suggest that subjecting mice to intermittent hypoxia condition or exercise may influence the oxygen transportation and antioxidant potential in their blood.
Key Words: Intermittent hypoxia, Exercise, Oxygen transportation, Antioxidant potential
접수: 2009년 8월 31일 승인: 2009년 11월 3일 책임저자: 박 주 영, 정 성 은
220-701, 강원도 원주시 일산동 162번지 연세대학교 원주의과대학 미생물학교실 Tel: 033-741-0328, 042-629-8756
E-mail: [email protected], [email protected]
본 연구는 2009학년도 연세대학교 학술연구비(2009-7-0407)와 2009년도 한남대학교 교비 학술연구비의 지원에 의하여 이루 어진 것임.
서 론
동물세포는 세포내 산소의 농도가 낮아질 때 여러 가지
항상성 유지와 관련한 반응들을 보인다. 저산소 운동은 해수면
수준보다 산소 농도가 낮은 환경에서 신체적 운동을 함으로써
고지대에 대한 신체의 적응반응을 적극적으로 자극시키는
방법으로 산소운반을 증가시키는데 관여하는 단백질이 활발
히 만들어지거나 저산소 상태에 적응할 수 있는 대사 기능의 조절이 이루어지게 된다
1).
저산소 환경에 대한 생리적 적응기전은 저산소에 2-3일간 노출되면 골수의 조혈작용을 촉진하는 적혈구조혈인자(eryth- ropoietin: EPO)의 분비가 증가되고
2), 약 1-3주가 지나면 망상적 혈구가 증가되며
3), 이러한 증가에 따라 3주 이후에는 적혈구, 헤모글로빈(Hb), 헤마토크릿(Hct)이 증가된다
4). 이러한 혈액 성분의 변화로 산소의 운반과 이용을 용이하게 하는 몇 가지 변화가 세포 수준 및 말초 순환계에서 일어난다. 장기간의 저산소 환경에의 적응은 근모세혈관 밀도의 증가와 근육세포 의 마이오글로빈 농도의 증가 등의 적응을 일으켜 산소운반능 력을 향상시킨다
5,6). 또한 조직 수준에서는 근육 세포의 미토콘 드리아 증식과 동시에 해당 과정의 효소(phosphofructokinase;
PFK, lactate dehydrogenase; LDH) 활성도 억제와 산화적 인산화 과정의 효소를 활성화시키고 젖산의 완충능력을 증가시키는 것으로 알려져 있다
7-9).
신체반응을 평가하기 위한 저산소 자극과 관련된 여러 가지 혈중지표들 중에 운동 시 증가하는 젖산은 무산소성 에너지를 생성하기 위해 미토콘드리아에서 ATP-PC 시스템 과 해당 과정으로 진행될 때 형성되는 부산물이다. 이 과정에 서 발생하는 젖산은 세포내에서 젖산염으로 신속하게 전환 되어 운동 직후에 혈액 검사를 통해 젖산염을 채취하여 분석하면 그 증가 정도로 운동 수행 능력을 예측할 수 있다
10). Bonetti 등
11)이 발표한 meta-analysis 연구에 의하면 저산소에 노출된 환경에서 일상생활을 하고, 정상 해수면상태에서 운동을 시행한 선수들의 운동능력 평가 결과가 최적의 훈련 능력 증가를 보인다고 하였다. 따라서 간헐적이고, 반복적인 저산소 자극과 운동을 병행하면 신체반응의 정도와 반응속 도가 배가될 것이다.
신체 활동 중 조직으로 산소공급이 증가됨으로써 산소대사 를 통해 필요한 에너지를 충분히 생산하여 신체 활동을 계속 수행할 수 있지만, 운동으로 인한 과량의 산소유입은 이를 이용하는 조직에 산화적 손상을 야기하게 된다
12). 운동의 기본 적인 자극원은 세포에 대해 간헐적이고 반복적인 저산소 상태 환경을 조성하는 산소 관련 스트레스이다
13). 운동 중에 발생한 산화적 스트레스는 인체 내 산화제와 항산화제의 불균형을 초래하여 민감한 반응을 일으킨다
14). Jackson 등(1985)
15)은
과도한 근수축 운동에 따른 근육 자유 라디칼에 관한 연구에서 과도한 근수축 운동으로 인한 활동근의 자유 라디칼이 휴식시 에 비해 70% 정도 증가되었음을 보고하였으나, Ji 등(1992)
16)은 rat를 대상으로 1시간 동안의 트레드밀 운동을 시킨 뒤, 항산화 효소의 활성을 분석하였지만, 유의한 변화가 없었다고 보고하 였으며, 후속 연구에서도 rat를 대상으로 탈진적 운동을 실시하 고, 항산화 효소의 활성을 관찰하였지만 유의한 결과가 없었다 고 보고하였다. 이와 같이 운동으로 인한 산화적 스트레스의 영향에 대한 연구는 다양하게 이루어져 왔으나, 항산화 효소의 활성에 관한 명확한 기전은 분명하지 않으며, 그 결과 또한 일치하지 않았다.
자유 라디칼로 인한 상해에 대한 반응으로 다양한 항산화성 반응기전이 세포를 보호한다. 신체활동 시에는 자유 라디칼이 안정시 이상으로 증가 한다는 사실이 확인되어 있으며
17,18), 신체 활동에 의해 증가한 자유 라디칼이 생체의 악영향을 줄 가능성도 있지만, 생체에는 자유 라디칼을 불활성화시켜 손상을 최소한으로 억제하는 항산화능력이 갖춰져 있다.
항산화제는 자유 라디칼 및 반응성 산소화합물의 생성을 방지하거나, 그 활성도를 경감시키거나 손상된 조직을 복원 하거나, 혹은 다른 항산화제의 기능을 높인다. 일반적으로 항산화제는 노화에 의하여 감소되고
19), 운동 강도와 비례하 여 증가하는 양상을 보인다
20). Higuchi 등(1985)
21)과 Quintanilha (1984)
22)는 근육내 항산화 효소의 활성화가 트레이닝으로 증가하였다고 보고하였지만, Alessio 등(1988)
23)과 Laughlin 등(1990)
24)장기간 트레이닝에 의해 아무런 변화를 발견하지 못하였다고 보고하는 등 운동으로 인한 산화적 스트레스에 대한 연구는 그 결과가 명확하지 않았다.
운동으로 인한 산화적 스트레스가 생체에 미치는 영향에
대한 연구나, 저산소 환경의 노출에 따른 혈액학적 변화 등은
활발하게 연구가 진행되고 있으나, 간헐적 저산소 환경의 노출
이 혈액학적 변화에 미치는 영향이나, 간헐적 저산소 환경에서
의 운동에 따른 산화적 스트레스에 대한 연구는 아직 미흡한
상태이다. 이에 본 연구에서는 일률적인 지속적 저산소 상태에
노출하는 기존의 연구들과는 달리 간헐적 저산소 환경에 장시
간 노출과 이 때 병행된 운동이 Hb 및 적혈구관련 지표와 혈액내
항산화능에 어떤 변화를 유도하였는 가를 분석하는데 목적을
두고 실험을 진행하였다.
Table 1. Experimental design for exercise induced changes
Treatment Group
Normoxia-Control Normoxia-Exercise Hypoxia-Control Hypoxia-Exercise O
2level Sea level (21%) Sea level (21%) Low level (13%) Low level (13%) Exercise No exercise 20 m/min
40 min/day 3 days/week
No exercise 20 m/min
40 min/day 3 days/week
n=20 ♂ n=20 ♂ n=20 ♂ n=20 ♂
Blood samples were collected after 20 weeks-old. Experiment included only male gender to exclude the hormonal effects of female gender.
재료 및 방법
1. 실험 동물
마우스의 유전적 배경에 따른 개체 차이를 줄이기 위해 Balb/
c 수컷(10 weeks, n=3)과 암컷(10 weeks, n=30) (Orient Bio, Korea)을 직접 교배하여 새끼를 얻었으며, 출생 시기가 동일한 마우스를 대상으로 출생 12시간 내에 무작위로 선정하여 비교 그룹(대조군, NC)과 실험 그룹(정상대기 운동군, NE; 간헐적 저산소군, HC; 간헐적 저산소 운동군, HE)으로 구분하였다.
저산소 그룹은 출생 12시간 이내에 hypoxia chamber 내로 이동 시켰으며, 사육 21일 후 암수를 구분하여 분리 사육하였고, gender의 차이를 배제시키기 위해 수컷만을 사용하여 실험을 실시하였다. 온도 22±4℃ 및 습도 60±10%를 유지하면서 사육 하였으며, 조명의 소등과 점등은 각 12시간씩으로 제한하였다.
단, 실험 중 사료와 물의 공급은 제한하지 않았다(연세대학교 원주의과대학 원주기독병원 IRB 승인 AE 07001).
2. 저산소 환경
저산소 환경은 외부 공기와 차단된 hypoxia chamber를 사용 하여 조성하였으며, hypoxia pump(Biomedtech, Australia)를 이 용하여 chamber 내로 산소가 13% (3,800 m 상당 고도)로 조작 된 공기를 2시간 간격으로 30분씩 주입하여 간헐적 저산소 상태를 유지하였다(Table 1). 산소농도는 고도에 관련된 산소 량을 기준으로 하였는데 Baird & McAninch(1989)
25)는 해발 고도 4,000 m 이상에서는 세포에 부정적 효과를 나타남을 보고 하였고, Schmidt 등(1990)
26)은 일반인과 운동선수를 대상으로
한 연구에서 2,600 m 상당 고도에서의 훈련 후에 Hb와 Hct에서 유의한 변화가 나타나지 않아, 2,600 m의 고도는 erythropoietic 시스템에 충분한 자극을 주지 못하는 것으로 판단하였다. 따라 서 충분한 자극이 되면서 저산소의 단점을 최대한 보호하기 위해 해발 3,800 m 수준인 산소농도 13% (PiO
2: 90 mmHg)
27)의 상태로 저산소 자극을 시행하였다.
3. 운동 방법 및 실험 디자인
운동은 출생 10주 후부터 정상대기(21% 해수면 상당 고도) 환경에서 실시하였으며, Gavin 등(2006)
28)의 방법에 따라 중강 도 운동으로 실시하였다. 출생 3개월 이내의 젊은 마우스를 대상 으로 한 treadmill 최고 속도 측정 시 정상 대기 환경에서 1시간 동안 31±0.5 m/min으로 이 실험에서는 최고 속도의 65%인 20
m/min으로 결정하였다. 운동은 treadmill (Panlab, Korea)을 사 용하여 처음 5분간은 5 m/min로 실시하고, 점차로 속도를 20 m/min으로 상승시킨 다음, 20 m/min의 속도에서 40분간 주 3회씩(월, 수, 금) 10주 동안 실시하였다(Table 1). 저산소군은 운동직후 곧바로 hypoxia chamber 내로 이동하였다. 대조군, 정상대기 운동군, 간헐적 저산소군, 간헐적 저산소 운동군의 총 네 군으로 나누어 네군 모두 20주째 각각 수컷 20마리씩 혈액을 채취하였고 젖산의 농도 측정을 위해 안정시, 운동직 후, 운동12시간 후에 혈액을 채취 측정하였다.
4. 분석 방법
1) 혈액의 채혈과 분석
Capillary tube를 이용하여 후안와정맥총(postocular venous
plexus)에서 채혈하였다. 채혈된 혈액의 일부는 항응고처리
(EDTA)된 tube에 넣어 분석하였다. 혈액 분석은 cell counter 검사법으로 자동혈액분석기 HEMAVET 950FS(Drew scien- tific Inc., USA)를 이용하여 실시하였으며, 적혈구, Hb, Hct, 평균적혈구용적(MCV), 평균적혈구혈색소량(MCH), 평균 적혈구혈색소농도(MCHC), 적혈구분포계수(RDW)를 분석 하였다.
2) 혈중 젖산 농도 분석
혈중 젖산 농도는 출생 20주 후에 각 그룹별로 수컷 10마리 를 선정 동일한 마우스에서 안정시, 정상 대기 환경에서 20 m/min 으로 1시간 동안 treadmill 운동직후, 운동종료 12시간 후에 각각 꼬리 정맥으로부터 채혈하여 Lactate Pro (Arkray Inc., Japan)로 측정 분석하였다. 저산소 군은 운동직후 곧바로 hypo- xia chamber 내로 이동하였다.
3) 자유 라디칼 분석
자유 라디칼은 d-ROMs test(Health & Diognostics Ltd, Italy)를 이용하여 분석하였다. Capillary를 이용 후안와정맥총에서 채 혈된 혈액 20 ul를 준비된 R2 reagent에 넣고 섞은 후 cuvette으로 옮겨 원심 분리한 후 condensed chromogen mixture와 반응시켜 505 nm에서 측정 분석하였다.
4) 항산화능 분석
항산화능은 Biological Antioxidant Potential (BAP) test (Health
& Diognostics Ltd, Italy)를 이용하여 분석하였다. 채혈 후 원심 분리를 통해 혈청을 분리하였다. 분리된 혈청에 chromogenic mixture와 ferric chloride solution을 섞고, cuvette으로 옮겨 505 nm에서 발색도를 측정 분석하였다.
5. 자료 처리
SPSS for windows (version 14.0) 통계 프로그램을 이용하여 측정 항목별로 평균(M)과 표준편차(SD)를 산출하였다. 집단 간 차이를 알아보기 위해 유의수준은 p<0.05로 일원 변량분석 (one way - ANOVA)을 적용하였으며, 분석 결과 통계적으로 유의 한 차이가 있을 경우 Student Newman - Keul 방식에 의해 사후 검증을 실시하였다.
결 과
출생 직후부터 간헐적 저산소 환경(13%, 3,800 m 상당 고도) 에서 성장하면서, 출생 10주 후부터 주 3회 10주 동안 20 m/min 속도에서 40분간 treadmill 운동을 실시한 마우스를 대상으로 간헐적 저산소 환경의 노출과 운동에 따른 생체 반응을 조사한 결과는 다음과 같다.
1. 헤모글로빈 및 적혈구 관련 지표 비교
간헐적 저산소군은 Hb에서 14.4 g/dL로 대조군 12.7 g/dL에 비해 증가하였고, MCHC에서 27.4%로 대조군 25.5%에 비해 유의한 증가 소견을 보였다. 운동군은 Hb에서 15.1 g/dL로 간헐적 저산소군 14.4 g/dL보다 높았고, MCH는 15.5 pg과 간헐 적 저산소군 14.8 pg으로, MCHC는 28.4%와 간헐적 저산소군 27.4%로, RDW는 21.0%와 간헐적 저산소군 18.7%로 모두 운동군이 유의하게(p<0.001) 높았다. 간헐적 저산소 노출 운동 병행군은 MCV가 51.3 fL로 대조군 55.3 fL에 비해 유의하게 낮았고 MCHC는 26.2%로 대조군 25.5% 보다 유의하게 높았으 며, RDW도 20.2%로 대조군 18.6%보다 유의하게(p<0.001) 높 았다. 운동군과의 비교에서는 간헐적 저산소 노출 운동 병행군 이 Hb은 13.3 g/dL로 운동군 15.1 g/dL보다 낮았고, MCV는 51.3 fL와 운동군 54.6 fL로, MCH는 13.4 pg과 운동군 15.5 pg으 로, MCHC는 26.2%와 운동군 28.4%로, RDW는 20.2%와 운동 군 21.0%로 모두 유의하게 낮았다. 간헐적 저산소의 RDW는 18.7%로 간헐적 저산소 노출 운동 병행군 20.2% 보다 유의하게 (p<0.001) 낮았다(Table 2).
2. 혈중 젖산 농도 비교
운동 시 혈중 젖산 농도 변화는 대조군은 안정시 3.2 mmol/L
에서 운동직후 5.0 mmol/L로 1.8 mmol/L, 56% 증가하였고 간
헐적 저산소군은 안정시 2.8 mmol/L에서 운동직후 4.2 mmol/L
로 1.4 mmol/L, 51% 증가하였다. 그러나 운동을 지속적으로
수행한 정상대기 운동군은 2.9 mmol/L에서 3.4 mmol/L로 0.5
mmol/L, 18% 증가하였고 간헐적 저산소 운동군은 2.9 mmol/L
에서 3.2 mmol/L로 0.3 mmol/L, 10% 증가에 그쳤다. 저산소 환경
노출에 따른 그룹별 젖산 농도에 미치는 효과를 검증한 결과
정상대기 노출 그룹과 저산소 노출 그룹 간에 유의한 차이가
Table 3. Comparisons in serum lactate concentration
Groups At rest (A) Post exercise (B) 12hr after exercise Changes (B-A)
NC 3.2±0.7 5.0±1.4 3.3±0.4 1.8±2.0
NE 2.9±0.8 3.4±0.6 2.5±0.4 0.5±0.8
*HC 2.8±0.9 4.2±0.9 2.8±0.3 1.4±1.2
HE 2.9±0.5 3.2±0.7 2.8±0.2 0.3±0.7
‡Values are mean±SD. NC, normoxia control; NE, normoxia exercise; HC, hypoxia control; HE, hypoxia exercise.
*p<0.05 versus NC;
‡p <0.05 versus HC. N=20 in each group.
Table 2. Comparisons in hematological parameters
Indices NC NE HC HE
RBC (1012/L) 9.0±1.0 9.8±0.5
*9.7±1.3 9.9±1.3
Hb (g/dL) 12.7±1.4 15.1±0.7
*14.4±1.9
*,†13.3±1.6
†HCT (%) 50.0±6.0 53.1±2.8 52.4±6.3 50.7±6.4
MCV (fL) 55.3±2.1 54.6±4.5 54.1±3.5 51.3±2.3
*,†MCH (pg) 14.1±0.9 15.5±1.2
*14.8±0.5
†13.4±0.6
†MCHC (%) 25.5±1.5 28.4±1.1
*27.4±1.4
*,†26.2±1.0
*,†RDW (%) 18.6±1.2 21.0±4.1
*18.7±1.1
†20.2±0.9
*,†,‡Values are mean±SD.
*p <0.05 versus normoxia control (NC);
†p <0.05 versus normoxia exercise (NE);
‡p <0.05 versus hypoxia control (HC). HE, hypoxia exercise. n=20 in each group.
Fig. 1. Comparison of free radical generation. Free radical generation was determined using d-DOM method in blood from Normoxia Control (NC), Normoxia Exercise (NE), Hypoxia Control (HC), and Hypoxia Exercise (HE) groups.
없었다. 그러나 운동 그룹과 비운동 그룹 간에는 유의한(p<
0.05) 차이가 나타났다(Table 3).
3. 자유 라디칼 발생 비교
혈중 자유 라디칼 측정값은 대조군이 115±30 Ucarr, 정상대 기 운동군 102±18 Ucarr, 간헐적 저산소군 111±19 Ucarr, 간헐 적 저산소 운동군 126±67 Ucarr으로 측정되었다. 정상대기 운동그룹에 비하여 저산소 운동그룹이 높게 나타났지만, 통계 적으로 유의한 차이는 없었다(Fig. 1).
4. 항산화능 비교
혈청내 항산화제 농도 측정값은 대조군은 2038±162 uM, 정상대기 운동군은 2469±378 uM, 간헐적 저산소군은 2076±
316 uM, 간헐적 저산소 운동군은 2320±312 uM으로 측정되었 다. 운동한 그룹이 비운동 그룹보다 유의적으로(p<0.05) 높았 으며, 산소 농도에 의해서는 통계적으로 유의한 차이는 없었 다(Fig. 2).
고 찰
체내의 산소 농도를 일정하게 유지시키는 것은 세포나 기관
또는 개체의 생존에 필수적일 뿐만 아니라, 이들의 정상적인
Fig. 2. Comparison of antioxidant potential. Antioxidant potential was determined using BAP test in blood from Nor- moxia Control (NC), Normoxia Exercise (NE), Hypoxia Cont- rol (HC), and Hypoxia Exercise (HE) groups.
기능 유지에 있어서도 중요하다
29). 간헐적 저산소 환경이란 수분에서 수 일간 저산소 상태에 일회 이상 반복해서 노출하는 것으로 반복노출 사이에는 저산소 상태보다 높거나, 정상적인 산소농도(해수면 산소농도) 상태로 회복하는 것이다. 반복적 인 저산소 상태는 자극이 제어된 상태에서도 신체반응이 정상 으로 회복되지 않고 재자극이 주어지면 더 쉽고 빠르게 자극에 반응하는 이력현상(hysteresis)이나 기억 효과를 유발하여, 시 냅스 등의 구조나 세포신호 전달 체계처럼 기초적인 과정에도 영향을 미치게 된다
30). 지속적으로 저산소 환경의 노출은 면역 체계의 강화와 혈액학적으로 산소섭취 및 전달률을 높이는 점에서는 긍정적이나, 저산소 자체에 의한 부정적인 영향을 일으킨다. 지속적인 저산소 노출 시 만성 염증으로 신체 기능 을 저하시킬 수 있고, 지속적인 고혈압과 폐동맥의 비대를 유발할 수 있으며, 혈장량이 줄면서 신장의 호흡성 알칼리증 보상 과정에도 영향을 미친다
30). 이에 본 연구에서는 장기적으 로 출생 시부터 간헐적인 저산소에 노출시키는 방식으로 지속 적인 저산소 자극보다 완화된 환경을 조성하는 한편 저산소 노출을 반복적인 자극원으로 사용하였다. 또한 간헐적 저산소 환경과 운동 시 나타나는 생체의 반응성을 분석하기 위한 목적으로, 간헐적 저산소 환경에 노출된 마우스를 대상으로 운동 스트레스를 부여하고 이때 나타나는 혈액 변인 관련 요소들의 변동상을 분석하였다.
저산소 훈련의 생리적 효과 중에서 비교적 빠른 시기에 나타 나며, 아울러 가장 빠르게 탈순화되는 인자들은 EPO의 분비에 따라 증가되는 적혈구와 Hb 및 Hct으로서 산소 운반능력의 개선 효과를 수반한다
31,32). 또한, 저산소 환경은 조직 내 혈관의 기능과 구조를 변화시키는 중요한 외적 자극으로서 새로운 혈관의 생성 및 성장을 유발하는 요인 중 하나이다
5). Nattie
& Doble (1984)
33)은 rat를 매일 2시간씩 42일간 10%의 저산소에 노출시킬 때 적혈구가 증가함을, Michael (1986)
34)은 rat를 5,500
m 상당 고도 환경에 매일 10시간씩 30일간 노출시킬 때 적혈구 가 증가함을 보고하였다. 또한 장기간의 저산소 환경에 노출되 면 산소 분압의 감소로 인해 혈장 조절인자인 atrial natriuretic peptide가 방출되고, 이에 따라 혈장이 감소하며, Hb과 적혈구 가 증가 한다
35). 이후 수 주에 걸쳐 장골의 골수에서 적혈구 생산이 증가되면서 저압·저산소 상황하에 있는 동안 계속 증가된 상태가 지속되나, 과도한 고지 및 저압·저산소 훈련과 영양 부족에 따른 빈혈로 인해 적혈구는 물론 Hb이 감소되는 경우도 나타난다
2). 본 연구에서는 적혈구의 경우 저산소 환경과 운동에 의해 유의한 차이는 없이 다소 증가하는 경향만을 보였으나, Hb은 저산소 환경의 노출과 운동에 의해 모두 증가하였으며, 특히 정상대기에서의 운동 시 유의하게 증가하였다. 한편, MCH와 MCHC는 모두 저산소 환경과 운동에 의해 유의하게 감소하였 으나, RDW는 저산소에서의 운동 시 유의하게 증가되는 경향 을 보였다. 이러한 결과는 저산소 환경과 운동에 의해 적혈구 의 파괴와 생성이 활발히 진행됨에 따라 나타나는 체내 철분의 부족 현상을 반영하는 것으로 보인다. 또한 적혈구의 조혈작용 이 시작되면서 상대적으로 철 결핍성 빈혈이 일어나는 현상과 더불어 일부 운동에 의한 적혈구 손상의 결과로 사료된다.
상대적으로 Hb의 수치가 운동군이나 간헐적 저산소군에 비해
적게 증가하는 것도 적혈구 손상을 반영한다고 생각된다. Devi
등(2007)
36)은 5,700 m 산소농도로 90분간 9일 동안 자극한
군과 6,300 m 산소농도로 30분간 15일 자극한 군에서 적혈구의
용해정도가 대조군에서 보다 증가함을 보고하였고, 삼투압
용혈 검사에서도 저산소 노출군의 용혈 정도가 증가함을 보고
하였다. Rifkind 등(1991)
37)은 적혈구는 세포내 산소량과 Hb이
많으면 reactive oxygen species가 세포내에서 발생되고 손상을
방지하기 위해 적절하게 항산화 효소들로 중화시키나 저산소
상태에서는 Hb의 자동산화반응으로 과산화기의 유입을 증가
시켜 세포막을 취약하게 한다고 보고하였다. 따라서 저산소
상태로 취약해진 적혈구막이 운동 자극에 의해 손상이 일어날 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구 결과를 통해 운동을 병행한 다고 간헐적 저산소 노출로 인한 산소운반 능력의 증대가 가속화 되지는 않음을 확인하였다.
Terradoe 등(1990)
8)은 장기간의 고지대 순응은 골격근 모세 현관의 밀도를 증가시키고, 근육 미토콘드리아의 수와 유산소 성 에너지 대사 효소의 활성 그리고 마이오글로빈의 농도를 증가시키는 동시에 해당과정의 효소(PFK, LDH) 활성도를 억제시킨다고 보고하였다. 또한 훈련에 의해 심장 및 ST 타입 의 골격근에서 젖산 제거 능력이 향상되고 젖산 감소는 β-아드 레날린 수용기 자극을 통해서 보다 적은 글리코겐 분해 자극을 제공하는 혈장 에피네프린 농도의 감소와 관련이 있는 것으로, 이러한 변화의 증거는 propranolol(β-아드레날린 수용기 차단 제)이 만성 저산소증 후에 증가하여 급성 저산소혈증에 대한 젖산 생성의 감소 작용에 의한 것으로 주장하였다
38). 한편 고지대 주민 또는 고지 및 저압·저산소 훈련 후에 나타나는 lactate para- dox, 즉 최대 운동 시에 낮은 젖산농도는 저산소혈증의 만성 노출을 일으키는 호르몬(낮아진 에피네프린)과 세포내 적응 (낮아진 ADP) 때문으로 도로 사이클 선수를 대상으로 해수면 과 2,300 m에 해당하는 저압실에서 4주간 훈련을 실시한 결과, 같은 운동 강도에서 선수들의 젖산농도는 훈련 전보다 두 집단 모두 낮았으나, 고지훈련 집단에서 더욱 낮았다
5,39). 간헐 적인 저산소 상태에서 생활하는 군에게 규칙적인 운동을 시행 하게 되면 좀 더 긍정적 반응을 보일 것으로 기대하였으나, 본 실험에서 그룹 간 유의한 차이를 보이지는 않았지만, 초기 안정시 측정된 젖산의 농도가 저산소 노출군이 대조군이나 운동군보다 오히려 더 낮은 것은 저산소상태의 장기간 반복 노출에 대한 적응기전으로 사료된다.
자유 라디칼의 유해성에 대응하여 여러 가지 형태로 방어 작용을 하는데, 규칙적인 운동은 근육에서의 방어 효소계를 활성화시켜 자유 라디칼로 인한 손상을 감소시킨다
40). 자유 라디칼의 생성은 노화, 질병, 스트레스, 흡연, 음주, 자외선 등에 의해 증가되는데, 특히 대량의 산소 섭취가 요구되는 운동에 의해서 직접적인 영향을 받는다
41). 즉 격렬한 운동 등 인체 내에서 대량의 산소 소비와 일시적인 허혈, 재환류 현상 등에 의해 증가된 자유 라디칼은 세포의 변형과 손상을 야기한다. 또한 강도 높은 운동에 의해서 발생하는 활성 산소 는 세포의 항산화 기전에 커다란 영향을 미치게 되는데, 이런
변화는 강도 높은 운동 중에 발생하거나, 장기간의 신체적 스트레스에 의해서 발생하며, 지속적 적응 현상을 가지고 있 다. 강도 높은 운동은 자유 라디칼의 생성을 보통 수준 이상으 로 촉진시킬 수 있으며, 물리적 스트레스와 환경적 요인에 의해 증가된다. 그러나 자유 라디칼로 인한 상해에 대한 반응 으로, 다양한 항산화성 기전이 생겨나 여러 가지 방법으로 세포를 보호한다.
신체 활동 시에는 자유 라디칼이 안정시 이상으로 증가 한다 는 사실이 확인되어 있으며
17,18), 신체 활동에 의해 증가한 자유 라디칼이 생체에 악영향을 줄 가능성도 있지만, 생체는 자유 라디칼을 소거 불활성화시켜 생체 성분에 손상을 최소한으로 억제하는 항산화 능력을 갖추고 있다. 또한 계속저인 신체 활동 은 항산화 능력의 향상을 촉진시킨다는 보고도 있다
42).
본 실험에서는 저산소 환경에의 운동이 자유 라디칼 발생과 항산화능에 미치는 영향을 확인하였는데, 일반적으로 저산소 환경에 노출된 경우 자유 라디칼 발생이 줄어들 것이라고 생각 할 수 있지만, 실험 결과 산소 농도에 따른 자유 라디칼 발생량의 차이는 확인할 수 없었다. 다만 지속적인 운동에 의한 자유 라디칼의 감소와 저산소 환경 운동군에서 자유 라디칼이 증가 함을 확인할 수 있었는데, 통계적으로 유의하지는 않았다. 이같 은 결과는 항산화능의 변화와 연관지어 설명될 수 있다. 운동군 에서 항산화능이 증가하였고 이로 인하여 자유 라디칼이 감소 된다. 그러나 간헐적 저산소 상태에 오랫동안 노출된 군에게 정상대기 상태에서 운동은 과도한 산소의 유입으로 이어질 것이고, 운동에 의한 항산화능의 증가에 의해 제거된 자유 라디 칼보다 더 많은 자유 라디칼의 생성이 이어진 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합하면, 장기간에 걸친 저산소 환경의 노출과 운동은 혈중 산소운반 능력을 향상시킬 뿐만 아니라, 운동능력의 향상을 통해 운동 후 젖산 생성량을 감소시킨다.
또한 운동은 항산화능을 증가시켜 자유 라디칼의 생성을 감소 시킨다. 이같은 운동 자극과 저산소 환경 자극은 각각 독립적 으로 작용할 뿐만 아니라, 저산소 자극과 운동 자극 간의 상호 작용에 의한 상승효과도 나타낸다.
참 고 문 헌
