< 연구 결과요약서 >

< 연구 결과요약서 >

소속학 교 시흥매 화고등 학교 책 임 지 도 교사 연O 흠 공 동 지 도교사 김O민

참여학 생 선O영,정O 욱,최O수 , 양O민

과 제 명 혈액순환으로 반려동물의 건강을 예측할 수 있을까?

연구목표

1. 쥐의 혈액순환을 관찰하고 기록하여 쥐의 나이에 다른 혈액순환 정도를 파악한다.

2. 쥐의 혈액순환과 건강 상태 및 이상 행동에 대한 관계를 분석한다.

3. 생쥐가 건강하게 자랄 수 있는 사육장을 제작한다.

연구내용

1. 혈액 순환의 정도와 이상 행동 관찰

1) 모세혈관 관찰현미경은 일반적으로 왼손의 약지를 이용하여, 손톱 밑에 피부가 시작하 는 부위에 투영액을 바르고 빛을 조사하여 채혈 없이 모세혈관의 변형, 개수, 혈류의 속도, 세포외액의 투명도, 모세혈관의 출혈 등을 육안으로 확인할 수 있다. 정상적인 경우 모세혈관이 헤어핀 구조를 하고 있으나 만성피로와 고지혈증의 경우 모세혈관의 충혈 혈관의 모습으로 꼬여서 보이거나 혈액의 질적 변화를 통해 변형된 모양을 갖는 것을 관찰할 수 있다.

2) 모세혈관 현미경을 이용하여 쥐의 혈액순환 정도를 파악한다. 전문가의 도움을 받아서 연구소의 쥐들의 혈액순환 정도를 파악할 수 있으며, 쥐의 나이에 따른 혈관의 형상을 구분지어서 제시할 수 있다. 또한 교내에서 생쥐의 생육상태를 관찰하며 이상행동과의 연관성을 파악할 수 있다.

2. 혈액순환과 생체 증가량 비교 실험

1) 쥐의 체질량을 비교하는 방법을 이용한다. 혈액순환이 잘 되는 경우에 물질대사가 원활히 일어나서 체질량의 증가를 보인다.

2) 또한 위협적인 상황이나 스트레스를 받았을 경우에 체질량의 증가량이 감소하므로, 체질량의 변화와 혈액순환과의 연관성을 파악할 수 있다.

3) 혈액순환의 정도에 따라서 생쥐의 생체 증가량을 6개월간 측정한다면 혈액순환과 생장량을 비교할 수 있다.

3. 실험용 쥐의 스트레스 측정 실험

1) 다양한 스트레스(먹이, 공간, 개체) 상황에서의 행동 관찰을 통하여 스트레스 정도를 파악할 수 있다.

2) 특히 빛 스트레스와 먹이에 대한 스트레스가 작용할 경우 혈액순환에 미치는 영향을 파악할 수 있을 것으로 보인다.

3) 쥐가 받는 스트레스를 쥐의 행동 변화로 관찰이 가능할 것이라고 판단되며, 선행 연구와 다르게 공간과 위험 상황, 먹이 공급에 대한 스트레스에 따른 혈액순환과의 관계를 파악하여 건강과의 연관성을 설명할 수 있을 것으로 보인다.

4. 실험용 쥐의 미로 통과 실험

1) 건강상태에 따른 인지능력을 파악하기 위하여 미로 통과 실험을 실시하고 학습 정도를 파악한다.

2) 기존 연구를 통해 제작해놓은 변형 가능한 미로를 이용한다. 천장이 뚫려있는 상자에 홈을 판 나무 기둥을 세우고 판자를 필요한 곳에 넣어서 다양한 형태의 미로가 만들어지도록 제작하였다. 이를 이용하여 다양한 미로에서 각각의 쥐가 미로를 통과하는 시간을 측정하여 학습의 정도를 파악할 수 있다.

연구성과

1. 사전 실험 : 쥐의 행동 관찰 및 미로 실험

가. 좌측법을 이용한 쥐의 미로 실험 : 좌측법과 전혀 관계없는 미로와 좌측법을 이용하여 해결이 가능한 미로를 제작한다. 각각의 미로에서 총 8마리의 실험용 쥐를 이용해 실험을 진행한다. 좌측법을 사용하지 않은 미로에서의 쥐의 미로 해결 시간과 좌측법 을 사용한 미로에서의 쥐의 미로 해결 시간을 측정하고 비교한다.

나. 먹이의 유무에 따른 쥐의 행동변화 : 제작한 미로에서 쥐의 이동 시간을 측정하며 동시에 쥐의 행동을 관찰한다. 그 결과 좌측법을 이용한 미로의 경우 더 빠르게 도착지 점으로 이동하는 것을 관찰할 수 있었다.

다. 특히 공격적인 성향을 보이는 쥐의 경우 미로에서 목표점까지 도달하는 시간이 길었으며, 목표지점을 이동하기보다 왔던 곳을 반복해서 되돌아가는 행동을 보 였다.

그림 1 . 고안하여 제작한 미로 장치

2. 혈액 순환의 정도와 이상 행동 관찰 가. 방법

1) 모세혈관 관찰현미경은 일반적으로 왼손의 약지를 이용하여, 손톱 밑에 피부가 시작 하는 부위에 투영액을 바르고 빛을 조사하여 채혈 없이 모세혈관의 변형, 개수, 혈류의 속도, 세포외액의 투명도, 모세혈관의 출혈 등을 육안으로 확인할 수 있다. 정상적인 경우 모세혈관이 헤어핀 구조를 하고 있으나 만성피로와 고지혈증의 경우 모세혈관의 충혈 혈관의 모습으로 꼬여서 보이거나 혈액의 질적 변화를 통해 변형된 모양을 갖는 것을 관찰할 수 있다.

2) 모세혈관 현미경을 이용하여 쥐의 혈액순환 정도를 파악한다. 전문가의 도움을 받아서 연구소의 쥐들의 혈액순환 정도를 파악할 수 있으며, 쥐의 나이에 따른 혈관의 형상을 구분지어서 제시할 수 있다. 또한 교내에서 생쥐의 생육상태를 관찰하며 이상 행동과의 연관성을 파악할 수 있다.

그림 2 . 모세혈관 현미경 / 출처 : http://blog.daum.net/baykal/17364254

나. 결과 : 총 3차례에 걸쳐서 30명의 피험자를 대상으로 모세혈관의 분포와 움직임에 대한 실험을 하고 자료를 정리하였다.

- 사람의 혈관 분포를 조사한 결과 10대의 경우 대체로 혈관이 뚜렷하고 여성에서 혈관의 길이가 길게 나타난다. 20대의 경우 대체로 혈관이 뚜렷하게 나타나며 남성의 경우 혈관 길이가 짧았다. 30대의 경우 혈관이 흐릿하며 짧게 나타났으며, 40대의 경우 혈관이 흐릿하고 짧게 나타났다.

다. 생쥐를 통한 꼬리의 혈관 관찰

- 1차 : 일반적인 생쥐를 이용하여 꼬리의 혈액순환을 관찰한 경과 꼬리의 피부가 두꺼워서 실제로 혈액순환을 관찰하기 어려웠다. 꼬리와 다리를 이용하여 각각 혈액순 환을 확인하기 위해서 시도를 하였으나, 3번에 걸친 확인에서 모두 관찰이 어려웠다.

- 2차 : 일반적인 생쥐에서 혈관의 모양과 혈액순환을 확인하기 어려워서 누드마우스를 이용한 실험을 진행하였다. 누드마우스를 이용한 관찰에서는 몸통의 정맥을 눈으로 관찰이 가능하였으나 모세 혈관의 분포와 움직임을 관찰하기 위해서 꼬리를 모세혈관 현미경으로 확인하였다.

- 관찰한 정보를 바탕으로 데이터를 분석하고, 꼬리의 혈관 패턴과 비교하여 누드마우스 에서의 특이점을 관찰하였다.

그림 4 . 마우스 관찰 및 사육장 제작

3. 생쥐 사육장 제작

- 생쥐의 사육 환경이 좋지 않아서 관찰 단계 및 사육 단계에서 생쥐가 자주 죽는 것을 방지하기 위해서 사육장을 제작하였다.

- 기존의 밀웜을 키우는 용도로 사용했던 사육장을 생쥐를 키울 수 있는 사육장으로 개조하였다.

- 단열재를 보강하고, 필터와 환기 시스템을 장착하였다. 또한, 누드마우스의 경우 추위 에 약하므로, 전기장판을 바닥에 깔고 라즈베리파이3을 이용하여 장비의 전원 장치를 제어하도록 제작하였다.

주요어

(Key words) ^혈액순환, 통계, 추정치, 빅데이터, 반려동물

< 연구 결과보고서 >

1. 개요

□ 연구목적

○ 연구동기

- 과학 동아리 활동에서 쥐의 행동 변화 실험을 진행하면서 6개월간 쥐를 길러보고 관찰 일지를 작성하였다. 그러던 중 다른 쥐를 공격하거나 먹이를 먹지 못하게 하는 등의 이상 행동을 보이는 쥐가 있기도 하며, 운동성이 매우 떨어져서 임신한 것처럼 살이 찐 쥐를 관찰하기도 하였다. 이런 상황을 보면서 쥐들의 건강을 보다 쉽게 체크할 수 있는 방법이 있지 않을까하는 생각을 하였다. 애완용 동물이나 실험용 동물들도 건강상태를 체크하기 위하여 다양한 검사를 할 수 있겠지만, 간단한 방법으로 현재의 상태를 확인하고 앞으로 생길 질병을 예측할 수 있는 방법을 찾고자 하였다.

○ 연구목적

- 쥐의 혈액순환을 관찰하고 기록하여 쥐의 나이에 다른 혈액순환 정도를 파악한다.

- 쥐의 혈액순환과 건강 상태 및 이상 행동에 대한 관계를 분석한다.

- 수학적 통계 및 추정치를 이용하여 앞으로의 질병과 건강 상태를 예측할 수 있다.

- 반려 동물의 경우에도 건강 상태를 예측하는 방법을 제시할 수 있다.

□ 연구범위

○ 모세혈관 현미경을 이용한 사람의 혈관 관찰

가설 : 모세혈관 현미경을 이용하여 사람의 혈관을 관찰할 수 있을 것이다.

- 연구 과정 : 모세혈관 현미경(dino lite digital microscope dremir; AM4113/AD4113 series)을 이용하여 사람의 모세혈관을 관찰한다.

○ 모세혈관 현미경을 이용한 쥐의 혈관 관찰

가설 : 모세혈관 현미경을 이용하여 생쥐의 혈관을 관찰할 수 있을 것이다.

- 연구 과정 : 모세혈관 현미경을 이용하여 생쥐 꼬리의 모세혈관을 관찰한다.

○ 생쥐 사육장 제작

가설 : 생쥐 사육장을 제작할 수 있을 것이다.

- 생쥐의 생육 환경을 개선하기 위하여 사육장을 제작한다.

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경 및 선행 연구

○ 이론적 배경

1) 공초점 레이저 현미경: 공초점 원리를 이용한 레이저 현미경의 하나. 공초점이란 광원이 되는 레이저에서 시료의 초점과 맞지 않는 빛은 제거하고 초점과 일치하 는 빛만 쓴다는 뜻이다. 공초점 레이저 현미경(CLSM)은 레이저를 시료에 쏘아 일정한 파장의 빛을 발생시켜 대물 렌즈를 지나도록 한 다음, 초점이 정확하게 맞 는 빛만을 검출기 조리개로 분리한 뒤 검출기로 받아 디지털 신호로 바꿔 컴퓨터 로 관찰한다. 레이저는 시료의 내부까지 깊이 침투할 수 있기 때문에 윗부분부터 아랫부분까지 단층 이미지를 촬영하면 살아 있는 세포를 3차원 입체 영상으로 관 찰할 수도 있다. 이런 장점 때문에 CLSM은 생물학 연구의 필수 장비로 자리잡았 다.

원래 생물(의학) 분야의 세포를 관찰하기 위해 고안된 기구였다. 세포 등 미생물 구조는 기본적으로 일정한 형태를 지닌 물리적 고유의 것과는 달리 늘 가변적이 고 움직이는 형상이므로 이러한 복잡하고 광학현미경으로 관찰 불가한 물질을 관 찰 할 수 있다.

2) 적응 광학 주사 광학 검안경을 사용하여 생쥐 마우스 망막의 가장 큰 혈관 및 최소 모세 혈관에서의 혈류 측정

- 마취된 쥐를 근적외선을 사용하여 AOSLO로 영상화 함 혈관 내강 직경은 래스 터 모드로 측정이 가능하다. 측정된 내강 직경은 모세 혈관에서 4.5 μm에서 원판 근처의 가장 큰 혈관에서 53 μm의 범위로 나타났다. 세동맥과 세관 모두에서 측 정 된 속도의 시간적 변화는 202-280 bpm의 심박수에 해당하며 맥박 산소 측정 기로 동시에 측정 한 결과와 잘 일치하고 있다. 40°(혈관의 45 %) 미만의 스캐닝 광선은 적혈구 줄무늬의 대비가 남아있는 혈관에 불충분하다.

3) 모세혈관 현미경을 통한 건강상태 확인 방법

- 일반적으로 건강검진에서 사용되는 방법으로 특수한 현미경을 이용하여 10분의 짧은 시간동안 모세혈관을 관찰해 현재의 건강상태 및 당뇨, 고지혈증, 고혈압 등 향후 발생 할 수 있는 질환을 예측할 수 있다. 일반적으로 특별한 장치 없이 왼손 약지 손톱 밑에 투영액을 발라서 현미경을 통해 모니터에 비친 모세혈관을 관찰한다. 동물이나 어류의 혈액순환도 관찰할 수 있어서 특별한 조작 없이 혈액순환의 정도를 파악할 수 있다.

4) 혈액순환이 건강의 가장 중요한 역할을 한다.

- 사이언스타임즈의 기사에 따르면 혈액순환이 건강하고 오래 사는 것에 대해 가장 큰 영향을 미쳤다고 한다.

그림 5 . 사이언스타임즈 기사/연합뉴스 제공 2016.09.19.

- 손가락을 이용한 모세혈관의 관찰은 의학적으로 사람에게 사용되고 있으며, 임상학적으 로 오랫동안의 데이터가 축적되어 손톱 밑의 혈관을 관찰하여 고혈압이나, 고지혈증, 당뇨 등을 진단할 수 있다. 모세혈관 현미경의 경우 동물의 경우에도 관찰이 가능하며 이것을 이용하면 쥐나 기타 반려 동물의 경우에도 혈관 내에서의 혈액순환을 관찰할 수 있다.

그림 6 . 모세혈관 현미경 및 관찰 방법

5) 쥐와 인간의 유사성

- 인간은 유전자로 볼 때 고양이나 개보다는 쥐에 더 가깝다는 연구 결과가 나왔다.

미국 국립인간게놈연구소(NHGR)와 3개 대학 공동 연구진은 과학전문지 `네이처' 2002년 12월 5일자에서 발표한 연구 보고서에서 인간과 다른 동물 12종의 DNA를 비교 분석한 결과 인간의 DNA는 육식동물류보다는 쥐 같은 설치류와 더 비슷한 것으로 나타났다고 밝혔다. 또한, 12종의 동물 DNA와 사람의 DNA를 비교, 분석하였고, 연구 팀을 이끈 NHGR 에릭 그린 박사는 DNA 염기 배열상 인간과 설치류에서는 확실히 일어났지만, 다른 동물들에서는 일어나지 않은 게놈상의 변화를 목격할 수 있었다고 설명하였다.

그림 7 . 사람에서의 임상학적 진단 방법

○ 관련 선행연구 조사

저자 제목 등재정보 내용

나영용 외 2명

색깔에 따른 쥐(Mus musculus)의 공격성향에 대한

연구

제61회 과학전람회

색깔에 따른 쥐의 선호 색상을 확 인하는 연구로 개방형 공간, 폐쇄 공간, 위험요소, 미로 등을 통해서 선호색과 공격성향을 파악함.

□ 연구주제의 선정

○ 선행연구의 조사를 통한 실험 계획의 구체성 확보

- 쥐의 행동 변화를 관찰하는 선행 연구를 분석한 결과 특정 상황에서 쥐의 행동을 관찰하 여 행동의 원인을 파악하는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 혈액순환과 쥐의 공격성의 상관관계를 분석하고 생체량의 증가 정도, 혈당량, 스트레스 및 미로를 찾는 과정의 인지적인 영역과 비교할 수 있을 것이다. 특히 쥐를 이용한 실험에서 필요한 동물의 특성에 대한 지식과 실험 방법에 대한 오류 등을 수의학을 전공하신 전문가를 통해서 해결할 것이다.

○ 사전 연구 실행: 쥐의 행동 관찰 및 미로 실험

- 좌측법을 이용한 쥐의 미로 실험 : 좌측법과 전혀 관계없는 미로와 좌측법을 이용하여 해결이 가능한 미로를 제작한다. 각각의 미로에서 총 8마리의 실험용 쥐를 이용해 실험을 진행한다. 좌측법을 사용하지 않은 미로에서의 쥐의 미로 해결 시간과 좌측법을 사용한 미로에서의 쥐의 미로 해결 시간을 측정하고 비교한다.

그림 8 . 좌측법과 관련 없는 미로와 좌측법을 이용할 수 있는 미로

- 먹이의 유무에 따른 쥐의 행동변화 : 제작한 미로에서 쥐의 이동 시간을 측정하며 동시에 쥐의 행동을 관찰한다. 그 결과 좌측법을 이용한 미로의 경우 더 빠르게 도착지점 으로 이동하는 것을 관찰할 수 있었다.

- 특히 공격적인 성향을 보이는 쥐의 경우 미로에서 목표점까지 도달하는 시간이 길었으며, 목표지점을 이동하기보다 왔던 곳을 반복해서 되돌아가는 행동을 보였 다.

- 앞으로의 연구에서 혈액순환과 건강의 상태 및 스트레스 정도를 파악하면, 쥐의 미로 실험에서 인지적 능력의 차이도 비교할 수 있을 것으로 예상하였다. 특히 수 의학 교수의 자문을 받으며 3개월가량 쥐를 이용한 행동 변화 실험을 진행했 던 경험이 있는 팀원이 있어서 팀원의 도움과 전문가의 자문을 구하는 것에 도 움이 될 것이라고 생각하였다.

□ 연구 방법

○ 모세혈관 현미경을 이용하여 실험용 쥐의 혈액순환 관찰 가. 혈액 순환의 정도와 이상 행동 관찰

1) 모세혈관 관찰현미경은 일반적으로 왼손의 약지를 이용하여, 손톱 밑에 피부가 시작 하는 부위에 투영액을 바르고 빛을 조사하여 채혈 없이 모세혈관의 변형, 개수, 혈류 의 속도, 세포외액의 투명도, 모세혈관의 출혈 등을 육안으로 확인할 수 있다. 정상적 인 경우 모세혈관이 헤어핀 구조를 하고 있으나 만성피로와 고지혈증의 경우 모세혈 관의 충혈 혈관의 모습으로 꼬여서 보이거나 혈액의 질적 변화를 통해 변형된 모양을 갖는 것을 관찰할 수 있다.

그림 9 . 모세혈관 현미경(출처 : http://blog.daum.net/baykal/17364254)

2) 모세혈관 현미경을 이용하여 쥐의 혈액순환 정도를 파악한다. 전문가의 도움을 받아서 연구소의 쥐들의 혈액순환 정도를 파악할 수 있으며, 쥐의 나이에 따른 혈관의 형상을 구분지어서 제시할 수 있다. 또한 교내에서 생쥐의 생육상태를 관찰하며 이상행동과의 연관성을 파악할 수 있다.

나. 혈액순환과 생체 증가량 비교 실험

1) 쥐의 체질량을 비교하는 방법을 이용한다. 혈액순환이 잘 되는 경우에 물질대사가 원활히 일어나서 체질량의 증가를 보인다.

2) 또한 위협적인 상황이나 스트레스를 받았을 경우에 체질량의 증가량이 감소하므로, 체질량의 변화와 혈액순환과의 연관성을 파악할 수 있다.

3) 혈액순환의 정도에 따라서 생쥐의 생체 증가량을 6개월간 측정한다면 혈액순환과 생장량을 비교할 수 있다.

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그림 10 . 쥐의 체질량 측정

다. 실험용 쥐의 스트레스 측정 실험

1) 다양한 스트레스(먹이, 공간, 개체) 상황에서의 행동 관찰을 통하여 스트레스 정도를 파악할 수 있다.

2) 특히 빛 스트레스와 먹이에 대한 스트레스가 작용할 경우 혈액순환에 미치는 영향을 파악할 수 있을 것으로 보인다.

그림 11 . 나영용 외 2명의 선행 연구

3) 나영용 외 2명의 선행 연구에서와 같이 쥐가 받는 스트레스를 쥐의 행동 변화로 관찰이 가능할 것이라고 판단되며, 선행 연구와 다르게 공간과 위험 상황, 먹이 공급에 대한 스트레스에 따른 혈액순환과의 관계를 파악하여 건강과의 연관성을 설명할 수 있을 것으로 보인다.

라. 실험용 쥐의 미로 통과 실험

1) 건강상태에 따른 인지능력을 파악하기 위하여 미로 통과 실험을 실시하고 학습 정도를 파악한다.

2) 기존 연구를 통해 제작해놓은 변형 가능한 미로를 이용한다. 천장이 뚫려있는 상자에 홈을 판 나무 기둥을 세우고 판자를 필요한 곳에 넣어서 다양한 형태 의 미로가 만들어지도록 제작하였다. 이를 이용하여 다양한 미로에서 각각의 쥐가 미로를 통과하는 시간을 측정하여 학습의 정도를 파악할 수 있다.

그림 12 . 고안하여 제작한 미로 장치

□ 연구 활동 및 과정

○ 모세혈관 현미경을 이용한 사람의 혈관 관찰

가설 : 모세혈관 현미경을 이용하여 사람의 혈관을 관찰할 수 있을 것이다.

그림 13 . 실험에 사용한 모세혈관 현미경과 측정 장면

- 연구 과정

1) 모세혈관 현미경(dino lite digital microscope dremir; AM4113/AD4113 series)을 노트북에 장착하고, https://www.dino-lite.com에서 프로그램을 설치한다.

2) 현미경의 작동 여부를 확인하고, 손톱 위에 오일을 뿌린다.

3) 현미경을 손톱 위에 올려놓고 나사를 이용하여 초점을 맞추어 관찰하면서 필요한 영상을 저장한다.

4) 일반적으로 사람의 모세혈관을 측정할 때는 양 손의 엄지를 빼고 총 8개의 손가락을 모두 측정한다.

○ 모세혈관 현미경을 이용한 쥐의 혈관 관찰

가설 : 모세혈관 현미경을 이용하여 생쥐의 혈관을 관찰할 수 있을 것이다. (1) - 연구 과정

1) 모세혈관 현미경(dino lite digital microscope dremir; AM4113/AD4113 series)을 노트북에 장착하고, https://www.dino-lite.com에서 프로그램을 설치한다.

2) 현미경의 작동 여부를 확인하고, 생쥐 꼬리 위에 오일을 뿌린다.

3) 현미경을 생쥐 꼬리 위에 올려놓고 나사를 이용하여 초점을 맞추어 관찰하면서 필요한 영상을 저장한다.

4) 필요한 경우 생쥐를 마취하거나 케이지 위에서 꼬리를 당겨서 관찰할 수 있다.

5) 쥐의 꼬리 미세혈관을 찾아 촬영하는 과정을 진행하였고 여러 사진들을 찍어서 비교한다.

그림 14 . 생쥐 꼬리의 혈관을 관찰하는 모습

※ 시행착오 극복(1) : 일반 생쥐의 경우 손등을 관찰할 계획이었으나, 손이 매우 작고 조작이 어려웠다. 이에 따라서 꼬리의 혈관을 관찰하는 방향으로 바꾸었다.

※ 시행착오 극복(2) : 하지만 꼬리의 털 때문에 혈관을 관찰하기가 매우 어려웠으며, 대부분 관찰되지 않았다. 관찰 대상을 누드마우스로 바꾸어 모세혈관을 촬영하였다.

가설 : 모세혈관 현미경을 이용하여 생쥐의 혈관을 관찰할 수 있을 것이다. (2) - 연구 과정

1) 모세혈관 현미경(dino lite digital microscope dremir; AM4113/AD4113 series)을 노트북에 장착하고, https://www.dino-lite.com에서 프로그램을 설치한다.

2) 현미경의 작동 여부를 확인하고, 생쥐 꼬리 위에 오일을 뿌린다.

3) 현미경을 생쥐 꼬리 위에 올려놓고 나사를 이용하여 초점을 맞추어 관찰하면서 필요한 영상을 저장한다.

4) 필요한 경우 생쥐를 마취하거나 케이지 위에서 꼬리를 당겨서 관찰할 수 있다.

5) 쥐의 꼬리 미세혈관을 찾아 촬영하는 과정을 진행하였고 여러 사진들을 찍어서 비교한다.

그림 15 . 누드마우스 꼬리의 모세혈관을 관찰하는 모습

※ 시행착오 극복(3) : 누드마우스를 이용하여 꼬리의 혈관을 쉽게 관찰할 수 있었다.

하지만 생쥐의 가격이 매우 비싸며, 날씨가 추워지면서 추위에 잘 견디지 못하고 쉽게 동사하였다. 연구 재료의 부재로 추가 실험을 진행하기 어려웠다. 따라서 생쥐를 따뜻 하고 안전하게 기를 수 있는 사육장을 제작하기로 하였다.

○ 생쥐 사육장 제작

가설 : 생쥐 사육장을 제작할 수 있을 것이다.

1) 필요성 : 생쥐를 지속적으로 관찰한 결과 여름철에 생쥐의 공격성향이 매우 높아지는 것을 확인할 수 있었으며, 겨울철에는 실험실의 온도가 크게 낮아진다. 특히 누드마우 스의 경우 온도에 굉장히 민감하며 추위에 매우 약하다. 따라서 생쥐의 생육 환경을 개선할 필요가 있다.

2) 제작 방법

- 기존에 있던 밀웜을 키우던 사육장을 개조하여 생쥐 사육장으로 제작할 수 있다.

. 그림 16 . 임시로 사용하던 밀웜 사육장과 환풍관 설치 장면

- 단열이 떨어지는 재료를 보강하기 위해서 나무를 이용하여 외벽을 제작한다.

그림 17 . 단열 보드를 장착하고 실리콘 작업을 하는 모습

- 필터와 환풍기를 설치하여 공기 순환을 할 수 있도록 한다.

그림 18 . 외벽에 합판을 장착하여 보강하는 모습

- 케이지의 온도를 높이기 위해서 온열매트를 설치하고 아두이노(라즈베리 파이3) 모듈 을 사용을 해서 스마트폰으로 사육장을 제어하도록 제작한다.

그림 19 . 사육장 제작 모습

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과

○ 모세혈관 현미경을 이용한 사람의 혈관 관찰

가설 : 모세혈관 현미경을 이용하여 사람의 혈관을 관찰할 수 있을 것이다.

- 우선적으로, 쥐의 꼬리 모세혈관을 관찰하기 위해서 현미경 사용법을 익히기 위해서 사람의 모세혈관을 관찰하였다. 촬영한 모세혈관과 다양한 질병의 모세혈관을 비교하는

것이 생각보다 어려웠다. 총 3차례에 걸쳐서 30명의 피험자를 대상으로 모세혈관의 분포와 움직임에 대한 실험을 하고 자료를 정리하였다.

그림 20 . 사람의 모세혈관 관찰 결과

- 사람의 혈관 분포를 조사한 결과 10대의 경우 대체로 혈관이 뚜렷하고 여성에서 혈관의 길이가 길게 나타난다. 20대의 경우 대체로 혈관이 뚜렷하게 나타나며 남성의 경우 혈관 길이가 짧았다. 30대의 경우 혈관이 흐릿하며 짧게 나타났으며, 40대의 경우 혈관이 흐릿하고 짧게 나타났다.

○ 모세혈관 현미경을 이용한 쥐의 혈관 관찰

가설 : 모세혈관 현미경을 이용하여 생쥐의 혈관을 관찰할 수 있을 것이다. (1)

- 생쥐의 모세혈관을 관찰하기 위하여 2차례 시도한 결과 꼬리의 털로 인하여 제대로 된 실험 결과를 관찰하기 어려웠다. 털로 인하여 피부까지 현미경을 가까이 놓이지 않았 다.

그림 21 . 생쥐의 꼬리를 모세혈관 현미경으로 관찰한 결과(1차)

가설 : 모세혈관 현미경을 이용하여 생쥐의 혈관을 관찰할 수 있을 것이다. (2)

- 누드마우스를 이용하여 모세혈관 현미경으로 생쥐의 꼬리를 관찰하였다. 몸통의 큰 혈관들은 육안으로 관찰이 가능했으나 꼬리의 모세혈관은 현미경 없이 관찰이 용이하지

않았다.

그림 22 . 누드마우스 꼬리의 모세혈관을 현미경으로 관찰한 결과(1차)

- 누드마우스 꼬리의 모세혈관을 관찰한 결과 사람의 모세혈관 분포와 차이가 있었으며, 한 가지 형태로 특징지을 만한 결과가 나타나지 않았다.

그림 23 . 누드마우스 꼬리의 모세혈관을 현미경으로 관찰한 결과(2차)

- 2차로 누드마우스 꼬리를 현미경으로 관찰한 경과 15∼20 μm 사이의 혈관의 관찰이 제일 용이하였으며, 혈관의 분포에서 15∼20 μm 사이의 혈관을 관찰하여 가지의 분포와 혈관의 개수를 측정하였다. 일반적으로 현미경을 이용하여 관찰한 결과 25∼30개의 혈관 이 관찰 되었으며, 혈관이 2갈래 이상으로 분지하는 지점의 경우 12∼15회 사이로 나타났 다.

○ 생쥐 사육장 제작

가설 : 생쥐 사육장을 제작할 수 있을 것이다.

- 기존의 밀웜 사육장을 개조하여 생쥐의 사육장을 제작하는 것에 어려움은 없었다.

단열 보드를 이용하여 6면을 보강하고, 라취 합판을 이용하여 바깥 구조물을 제작하였다.

뒷면에 구멍을 뚫고 환풍기를 달아서 공기의 흐름을 원활히 할 수 있도록 제작하였다.

마지막으로 라즈베리파이3(Prota OS: 사물인터넷 플랫폼 전용 OS 이용)를 이용하여 전기 온열 매트를 컨트롤할 수 있도록 하여 생쥐가 비교적 따뜻한 공간에서 살 수 있도록

하였다. 외부 온도와 비교한 결과 내부 공간이 3∼4^oC 높은 온도를 유지하였으며, 온열 매트에 의해서 케이지의 온도는 이보다 높은 20^oC를 나타냈다.

그림 24 . 생쥐의 사육장 제작 및 온열 장치

□ 시사점

○ 최종적으로 반려동물의 건강상태를 확인하는 방법으로 모세혈관 검사 방법을 동물에게 적용하는 것이 최종 목표이지만 이것을 실현하기 위해서 쥐를 바탕으로한 연구가 필요하 다고 판단하였다. 특히 기존의 임상학적인 측면에서 사람들의 건강을 확인하는 작업에 대한 의학적인 지식이 필요하며, 이를 바탕으로 동물에게 적용해야 하기 때문에 수의학 적 지식과 법에 대한 이해가 필요하다. 또한, 수학적인 통계법을 이용하여 상관관계를 분석하고 수명에 대한 추정치와 질병의 발생 확률을 제시해야 한다. 하지만 생쥐를 이용한 실험에서 지속적인 실패와 관찰하는 생쥐의 죽음으로 실험의 진행이 매우 어려웠 으며, 누드마우스의 경우 가격이 매우 비싸서 추가 실험을 진행하기 어려웠다.

먹이에 따른 생쥐의 혈액순환의 정도를 파악하고 이를 바탕으로 빅데이터를 구성하여 고지혈증, 당뇨 등의 증상이 나타나는 정도와 최대 수명을 수학적 통계의 방법으로 예측할 수 있다면, 반려동물에 대한 인식이 늘어나고 있는 현대에서 이러한 연구가 애완동물에게도 적용이 되면 보다 편리하게 반려동물에 대한 건강 체크가 가능할 것이라 고 생각한다. 또한 혈액순환을 직접 눈으로 관찰할 수 있어서 체험하는 학생들에게 교육적 효과를 높일 수 있을 것이다.

연구 활동에서 쥐의 모세혈관과 기존 다양한 질병의 모세혈관을 비교하는 기준이 필요할 것이라고 생각하며, 생쥐의 질병을 통해서 우리 반려동물에게도 적용할 수 있도 록 더욱 연구를 해야 한다고 생각한다.

4. 홍보 및 사후 활용

□ 기대효과

○ 혈액순환의 정도를 시각적으로 인지가 가능하므로, 혈액순환과 혈당량, 인지능력, 행동 변화를 빠르게 파악할 수 있을 것이다.

○ 쥐를 이용한 실험을 통해서 다양한 측정결과를 데이터화 하였을 때 특별한 검사 없이 쥐의 건강 상태를 확인할 수 있을 것이다.

○ 단위 면적 당 혈관의 수, 혈류의 속도, 혈관의 모양을 바탕으로 앞으로의 건강과 질병의 발병을 예측할 수 있을 것이다.

□ 사후 활용 계획

○ 모세혈관 관찰 체험 부스 활동

- 과학 동아리 활동을 통해서 교내외에서 다양한 과학 체험 부스 활동을 실시하고 있으며, 중학생을 대상으로 재능 기부 활동도 실시하고 있다. 이러한 활동에서 모 세혈관을 관찰하는 부스 활동을 한다면 연구 성과를 공유하고 알리는 좋은 기회가 될 것이다.

○ 반려 동물로의 확장

- 쥐에서의 혈액순환과 건강의 상관관계 연구가 의미있는 결과를 얻었을 경우 이를 반려 동물로 확장하여 반려 동물에서도 나이, 성별, 스트레스에 따른 혈액순환에 대한 데이터를 수집하여 건강 상태를 예측할 수 있을 것이다.

5. 참고문헌

○ 나영용 외 2명(2015), 색깔에 따른 생쥐(Mus Musculus)의 공격성향에 대한 연 구, 제61회 전국과학전람회, 학생부, 동물

○ 박종연(2011), 동물통증모델과 행동관찰실험, Hanyang medical reviews, vol. 31 No.2

○ 김민찬 외 1명(2012), 수면박탈이 쥐의 기억력, 판단력, 학습능력에 미치는 영향, 제27회 서울특별시학생탐구발표대회, 동물

○ 마우스 행동실험의 이해 http://egloos.zum.com/jeongjh/v/2945235

○ http://blog.daum.net/baykal/17364256

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○ http://clixmas.com/inew/5/g3ng1ng/81010_kmh.htm

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○ https://www.synapse.koreamed.org/Synapse/Data/PDFData/1010JRD/jrd-22-69.pdf

○ http://www.docdocdoc.co.kr/news/articleView.html?idxno=160141