논문접수일: 2007년 2월 7일 수정접수일: 2007년 3월 5일 게재승인일: 2007년 4월 6일
교신저자: 남기원, [email protected]
신경근 전기자극이 흰쥐 위축근 신경근 연접부의 연접재형성에 미치는 영향
남기원, 김용억
동신대학교 보건복지대학 물리치료학과
The Effects of Neuromuscular Electrical Stimulation on Synaptic Reorganization of Neuromuscular Junctions in Rat Atrophic Muscle
KI-Won Nam, PT, PhD; Young-Eok Kim, MD, PhD
Department of Health and Welfare, Physical Therapy, Dongshin University
Purpose: This study was performed to investigate the effects of NMES for recovery of skeletal muscle. Methods: The normal group consisted of healthy rat without cast immobilization. The control group was breeding at standard cage during 7 days after 2 weeks-cast immobilization on hind limb. The experimental group Ⅰ received NMES application during 7 days after 2 weeks-cast immobilization on hind limb. The effects were measured with NT-3 immunoreactivity in neuromuscular junction by light microscope. Results: Immunoreactivity of NT-3 at the neuromuscular junction was higher appeared experimental groups than control group. Then, There was a little detection in the normal and control group. Conclusion: These therapeutic interventions enhance expression of NT-3 at the neuromuscular junction. Also, NMES is considered to effect on a normal structural formation and NT-3 expression at the neuromuscular junction. (J Kor Soc Phys Ther 2007;19(3):19-30)
Key Words : NMES, Immobilization, NT-3, Muscle Atrophy
Ⅰ. 서 론
골격근 위축은 무용, 고정, 탈신경, 염증 및 기 아 등에 의해 발생되며(Zeman 등, 1987), 골격근 에 위축이 발생할 경우 근섬유의 숫자는 감소하
지 않으나 근섬유의 직경이 작아지고 단백질 함 량의 소실로 인해 골격근 무게가 감소하며 근력 상실이 나타나게 된다(Faulkner 등, 1980; Herbison 등, 1978).
단백질 합성과 관련된 연구 결과, 골격근 위축 으로 인해 단백질 합성이 감소되고 이미 합성된 단백질의 분해가 증가됨을 알 수 있었다 (Taillandier 등, 1996). 이러한 과정은 유전자 전사 (transcription)와 mRNA 번역(translation)의 변화
및 여러 가지 단백질 분해와 관련된 조절 체계의 변화 때문에 일어난다(Furuno 등, 1990).
침상 안정, 비체중부하, 외부 고정과 같은 비활 동(inactivity)은 근육의 무게를 감소시키고 고정 후 수 시간 이내에 단백질 합성의 감소가 시작된 다(Booth와 Gollnick, 1983).
골격근 병태생리적 특징으로, 초기 위축은 매우 빠르게 진행되며 고정 후 첫 일주일 이내에 가장 심하게 진행된다(Maxwell과 Enwemeka, 1992). 또 한 무용의 상태로 1～2 개월 경과할 경우 근육의 크기가 절반으로 줄어들고, 수축 자극이 없을 경 우 근력이 최대근력의 약 5%씩 매일 감소한다 (Muller, 1970). 근섬유 특성에 따른 근위축의 진 행률은 초기에는 서근섬유(slow twitch muscle fiber)에서 뚜렷하게 나타나지만, 시간이 경과함에 따라 속근섬유(fast twitch muscle fiber)에서도 마 찬가지로 근위축이 진행된다(Thomason과 Booth, 1990).
국소적 신경전달물질, 신경 호르몬 및 운동신경 의 반복적인 활성에 의해 조절되는 신경근 연접 부 또한 근위축으로 인해 운동 단위에 장애 (motor unit disorder)가 발생되며(Worden, 1998), 신경 말단부의 변성과 파괴, 운동 종판(motor end plate)의 확장과 연접주름의 감소가 일어나 구조 적인 변화를 보이게 된다(Prakash 등, 1999). 뿐만 아니라 신경전달물질의 감소와 신경전달물질과 결합하게 되는 수용체(receptor)의 수도 감소하게 되어 신경근 연접부를 통한 정상적인 신경전달에 장애가 발생하게 된다(Deschenes 등, 2003).
근위축 발생 시 위축의 회복을 위해 신경영양 성 인자(neurotrophic factor)들이 발현되며, 신경 및 근육의 성장에 도움을 주는 다양한 신경영양 성 인자들 중 성숙한 근육과 운동신경에서 발현 되는 neuroprophin-3(NT-3)는 신경활성에 의해 그 발현이 증가되는 물질로 말초신경 손상 후 신경 의 기능과 회복을 조절하는데 중요한 역할을 담 당하며(Griesbeck 등, 1995), 탈신경근이나 위축 근 섬유의 선택적 정상화(Sterne 등, 1997) 및 신경근 연접부의 운동단위 신경지배 비율도 선택적으로 증가시킨다(Simon 등, 2000). NT-3 mRNA의 발현
은 근육내 탈분극 자극이나 Ca++ 유입의 변화에 따라 빠르게 조절되고(Xie 등, 1997), 신경근 연접 부의 안정성은 활동의존성 역행조절(activity-dependent retrograde modulation)에 의한 것이라 할 수 있다 (Fitzsimonds와 Poo, 1998).
임상적으로 근위축을 방지하고 위축근의 기능 적 회복을 위한 치료적 목적으로 전기자극 치료를 많이 시행하고 있으며, 여러 가지 전기자극 기구 들 중 신경근 전기자극(neuromuscular electrical stimulation: NMES)은 정상적인 신경지배를 받고 있는 근섬유와 감각 및 운동신경을 직․간접적으 로 자극함으로써 사지의 기능적인 움직임을 만들 기 위해 사용된다(Sepulveda 등, 1997).
또한 신경근 전기자극은 중추신경계 손상 환자의 기능회복(Soetanto 등, 2001)과 더불어, 위축근과 정상근의 근력 강화(Vanderthommen과 Crielaard, 2001), 골격근의 위축 방지(Pekindil 등, 2001), 관 절가동범위 개선(Baker와 Parker, 1986), 근 재교육 (Chae, 2003), 근력 유지(Lake, 1992), 혈류량의 증 가(Lyons 등, 2002) 및 통증 감소(Yu 등, 2001) 등 의 유용한 치료적 잇점이 있어 임상에서 다양하 게 적용하는 치료 도구 중의 하나이다.
물리치료 임상에서 탈신경근이나 무용성 위축 근의 회복을 위해 전기자극 치료를 많이 적용하 고 있지만 위축근의 신경근 연접부에서 회복 과 정에 일어나는 변화들에 대한 연구는 미비하다.
따라서 본 연구는 신경근 전기자극의 치료적 기 전을 제시하기 위하여 신경근 전기자극을 적용하 여 신경근 연접부의 연접재형성에 영향을 미치는 물질인 NT-3에 대한 면역조직화학적 반응을 확 인하고자 하였다.
Ⅱ. 연구방법
1. 실험동물
실험에 사용된 동물은 생후 8～10주, 체중 25 0～300g의 건강한 Sprague-Dawley 계 웅성 흰쥐를 사용하였다. 실험 기간 중 물과 먹이는 무제한
공급하였고, 실험실 온도는 25±2℃, 습도는 63±5%로 유지하였으며, 일정한 조도와 광주기 및 암주기를 12시간으로 조절하여 흰쥐의 생활 주기에 맞추어 줌으로써 생활 습성을 일정하게 유지해 주었다.
실험동물은 정상군(n=9), 대조군(n=9), 신경근 전기자극 적용군(n=9)으로 구분하였다. 정상군은 아무런 처치를 하지 않은 건강한 흰쥐이며, 대조 군은 2주간 석고붕대로 오른쪽 뒷다리를 고정시켜 무용성 근위축을 유발시킨 후 아무런 치료적 처 치없이 표준 사육장에서 1주일 동안 사육하였다.
신경근 전기자극 적용군은 2주간 무용성 근위 축을 유발시킨 후, 1주일간 표준 사육장에서 사 육하며 1일 1회 10분간 신경근 전기자극치료를 실시하였다.
정상군을 제외한 각 군들은 2주간 무용성 근위 축을 유발하기 위하여 오른쪽 뒷다리에 석고붕대 를 이용하여 외고정을 실시하였고, 2주간 무용성 근위축 유발 후 고정용 석고를 제거하였으며 1주 일간 실험적 처치 기간 동안은 석고고정을 실시 하지 않았다.
2. 실험 방법
1) 근위축의 유발
실험동물은 무작위로 정상군, 대조군, 신경근 전기자극 적용군으로 나누었으며, 대조군과 실험 군은 오른쪽 뒷다리를 석고로 고정 후 2주간 표 준 사육장에서 사육하였다. 2주 후 석고를 제거 하였고 실험적 처치를 위해 모든 군은 1주일 간 표준 사육장에서 사육하며, 대조군은 아무런 실 험적 처치를 하지 않은 반면, 실험군은 신경근 전기자극을 적용하였다.
고정은 근위축을 유발하기 위해 염산케타민 (Ketamine HCl, 유한양행)과 럼푼(Rompun, 바이엘 코리아)을 1:1의 비율로 혼합하여 제조한 전신 마 취제를 복강주사(0.4㎖)하여 마취한 후, 오른쪽 슬 관절 신전, 족관절 중립자세를 유지하고 석고로 고정하였다. 석고 고정은 총 25마리의 흰쥐를 대 상으로 실시하였으며 뒷다리 고정 기간 동안 수
시로 관찰하여 비정상적인 호흡상태, 부당한 불 편감, 뒷다리 부종과 피부색 변화를 확인하였고, 이들 증상 중 한가지라도 나타나는 동물은 실험 에서 제외(n=4)하였으며, 나머지 동물들 중 건강 상태가 가장 양호하다고 판단된 18마리를 대상으 로 무작위로 추출하여 각 군 당 9마리로 나누어 실험에 참여시켰다.
2) 신경근 전기자극의 적용
신경근 전기자극 적용군은 무용성 근위축 유발 후 전경골근에 신경근 전기자극 치료기(Meditone Physio 8, Ultra Scientific Instruments Ltd, 영국)를 1주일 간 적용하였다.
도자는 약 5㎟의 표면전극을 이용하여 전경골 근의 근복에 적용하였으며, 신경근 전기자극 치 료기의 강도는 가시적 근수축을 확인할 수 있는 최소 강축 강도로 하였고, 주파수는 70Hz로 하였 으며 적용 시간은 10분으로 하였다. 전기자극시 수축시간은 5초로 하였으며, 이완시간은 15초로 하여 순환주기를 25%로 하였다(Moore와 Shurman, 1997).
3) 광학현미경 슬라이드 제작
실험적 처치를 마친 각 군의 실험 동물들은 심 장관류(0.9% NaCl)를 통해 희생시켰으며, 조직 전 고정(4% paraformaldehyde, pH 7.4)을 실시한 후 오른쪽 뒷다리의 전경골근을 채취하였다. 채취한 조직은 12시간 동안 후고정(4% paraformaldehyde, pH 7.4)을 실시한 후 탈수, 청명, 파라핀 포매의 일반적 조직절편 제작 과정에 따라 처리하였다.
파라핀에 포매한 조직은 미세절단기(microtome, BRIGHT 5040, 미국)를 사용하여 5㎛ 두께로 잘 라 슬라이드를 제작하였고, 40℃의 슬라이드 건 조기(C-SLS, Chang Shin Scientific Co., 대한민국) 에서 하루 동안 건조시킨 후 NT-3의 면역반응 양상을 살펴보기 위해 면역조직화학법을 시행하 였다.
4) 면역조직화학법
근위축 이후 신경근 전기자극이 신경근 연접부
의 NT-3에 대한 발현 양상을 살펴보기 위해 통 상적인 면역조직화학법을 실시하였다. 제작된 조 직절편은 탈파라핀과 함수의 과정을 거쳐 증류수 에서 10분간 수세하였으며, 메탄올 200ml에 H2O2
1ml을 첨가해 0.5%로 만든 용액에 30분 동안 침 수시켜 내재적 과산화효소(endogenous peroxidase) 를 제거하였다.
증류수와 0.01M phosphate buffer로 각각 10분씩 수세한 이후 1차 항체(mouse monoclonal anti- neurotrophin 3, Chemicon, 미국, 1:200)를 실온에 서 24시간 동안 처리하였다. 일차 항체 처리 후 0.01M phosphate buffer로 각 10분씩 3회 수세 후 2차 항체(anti-mouse IgG, Vector Laboratories Inc, 미국, 1:25)를 실온에서 90분 동안 처리하였다.
2차 항체 처리 후 0.01M phosphate buffer로 각 10분씩 3회 수세 이후 실온에서 60분간 ABC-kit (Vector Laboratories Inc, 미국)을 이용하여 3차 항 체를 처리하였으며, 0.01M phosphate buffer로 각 10분씩 3회 수세 이후 10분간 DAB에 반응시켰 다. DAB 반응 후 0.01M phosphate buffer로 각 10 분씩 3회, 증류수에 10분씩 3회 수세 이후 Cresyl violet acetate를 이용하여 3분간 대조염색을 실시 하였으며 흐르는 물에 5분간 수세하고 탈수와 청 명의 과정을 거쳐 광학현미경적 관찰을 위해 봉 입을 실시하였다.
3. 자료의 처리
육안적 관찰은 광학현미경(OLYMPUS BX50, Olympusoptical Co., 일본)을 사용하여 전경골근의 신경근 연접부에서 NT-3 항체에 대한 면역반응 을 관찰하였다. NT-3 항체에 면역반응을 보인 세 포수의 비교는 Image-Pro Plus win 4.0β 프로그램 을 사용하여 단위면적(100배율 : 0.3072㎟)당 면역 반응을 나타낸 세포의 수를 픽셀(pixcel) 단위로 측정하였다.
통계처리는 SPSS win 10.0을 이용하였으며, 각 군 간 면역반응을 보인 세포 수를 비교하기 위해 일원배치 분산분석을 실시하였고, 사후분석으로 는 Duncan의 다중범위검정을 실시하였다. 유의수 준 α는 0.05로 하였다.
Ⅲ. 결 과
1. 면역조직화학법을 통한 NT-3 면역반응의 형태학적 관찰
1) 정상군
건강한 흰쥐의 전경골근에 NT-3 항체에 대한 면역조직화학법을 실시하여 나타난 면역반응을 광학현미경을 통해 관찰한 결과, NT-3 항체에 대 한 면역반응이 거의 관찰되지 않았으나 극소수 신경근 연접부에서만 관찰되었다(Figure 1).
1a . 1b
Figure 1. Immunoreactivity with the NT-3 antibody in normal group. NT-3 immunoreactivity observed in a little neuromuscular junction(arrows)(a: ×200, b: ×400).
2) 대조군
흰쥐의 오른쪽 뒷다리를 2주 간 석고붕대로 고 정하여 무용성 근위축을 유발한 후 실험적 처치 없이 1주일 간 표준사육장에서 사육한 대조군의
경우, NT-3 항체에 대한 면역조직화학법을 실시 한 결과, 일부 근섬유의 신경근 연접부에서 NT-3 항체에 대한 면역반응이 관찰되었다(Figure 2).
2a 2b
Figure 2. Immunoreactivity with the NT-3 antibody in control group. NT-3 immunoreactivity observed in some neuromuscular junction(arrows)(a: ×200, b: ×400).
3) 전기자극 적용군
흰쥐의 오른쪽 뒷다리를 2주 간 석고붕대로 고 정하여 무용성 근위축을 유발한 후 실험적 처치 로 전경골근에 신경근 전기자극을 1주일 간 적용
한 전기자극군의 경우, NT-3 항체에 대한 면역조 직화학법을 실시한 결과, 상당히 많은 근섬유의 신경근 연접부에서 NT-3 항체에 대한 면역반응 이 관찰되었다(Figure 3).
3a 3b
Figure 3. Immunoreactivity with the NT-3 antibody in NMES group. NT-3 immunoreactivity observed in neuromuscular junctions broadly(arrows)(a: ×200, b: ×400).
2. NT-3 면역반응에 대한 통계학적 소견 정상군, 대조군, 신경근 전기자극 적용군의 각
조직절편들 중 무작위로 추출하여 NT-3 항체에 대해 면역반응을 보인 세포수를 Image-Pro Plus win 4.0β 프로그램을 사용하여 단위면적(100배율
: 0.3072㎟)당 면역반응을 나타낸 세포의 수를 픽 셀(pixcel) 단위로 측정 비교한 결과, 각 군들에서 NT-3 항체에 면역반응을 보인 세포수는 정상군 에서 4.49±4.25(평균±표준편차), 대조군에서는 101.58±17.61, 전기자극 적용군에서는 200.96±
30.61으로 나타나 신경근 전기자극 적용군에서 가 장 많은 면역양성 반응을 보였다.
각 군 간에 면역반응을 보인 세포수의 통계학적 차이를 알아보기 위해 일원배치분산분석(One-Way
ANOVA)을 실시한 결과 통계학적으로 유의한 차 이를 보였다(p<0.05)(Table 1).
또한 정상군, 대조군, 신경근 전기자극 적용군 간의 차이를 검정하기 위해 Duncan의 다중범위 검사를 실시한 결과 정상군과 대조군, 정상군과 신경근 전기자극 적용군, 대조군과 신경근 전기 자극 적용군 모두에서 통계학적으로 유의한 차이 를 보였다(p<0.05)(Figure 4)(Table Ⅳ. 2).
Table 1. One-Way ANOVA on the NT-3 immunoreactivity in each groups
SS df MS F P-value
Between 296622.9 2 98874.293 98.583 .000
Within 32094.625 32 1002.957
Total 328717.5 35
Table 2. The numbers of NT-3 immunoreactivity in each groups unit : pixels
Normal Control NMES
Mean±SD 4.49±4.25a 101.58±17.61b 200.96±30.61c
Each value represents the mean±SD. Value with different superscripts in the same column are significant(p<0.05) by Duncan's multiple range test.
Figure 4. The numbers of NT-3 immunoreactivity in each groups. The NT-3 immunoreactivity of 3 groups were significantly different by ANOVA (p<0.05). Value with different superscripts in the bar graph are significant(p<0.05) by Duncan's multiple range test.
0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0
Normal Co ntrol NM ES
NT-3 expression(picxels)
a
b
c
Ⅳ. 고 찰
장기간의 침상안정이나 석고고정 후 목발보행 과 같은 근육의 무부하 상태가 지속되면 전체 근 육의 위축뿐만 아니라 근력의 상실 등 다양한 장 애를 초래하게 된다.
이러한 변화들 중 신경근 연접부에서 일어나는 변화로, 연접 전 신경 말단에서는 신경말단의 변 성과 발아(sprouting) 유도, 신경 말단의 파괴 등이 일어나고, 연접 후 운동 종판에서는 연접주름의 감소, 연접하 근형질의 응집(subjunctional sarcoplasmic mass), 운동종판의 확장 등이 나타나 며, 연접간격은 더욱 좁아지고 편평해져 구조적 인 변화를 보이게 된다(Brown과 Ironton, 1977;
Pachter와 Eberstein, 1984).
또한, 구조적인 변화뿐만 아니라 Deschenes 등 (2003)의 연구에 의하면 근위축이 진행됨에 따라 연접 전 신경말단의 연접소포 내에 있는 아세틸 콜린의 양이 감소하며, 연접 후 운동종판에서는 아세틸콜린 수용체가 감소됨을 확인하여 근위축 시 신경전달물질의 감소와 그들의 수용체가 감소 함으로써 신경전달이 효과적으로 이루어지지 않 는다고 보고하였다.
골격근 위축의 실험적 모델은 골고정(Fischbach 와 Robbins, 1969), 탈신경(Nnodim, 1999;
Woodcock 등, 1999), 석고고정(Kannus 등, 1998), 체지 현수(Kasper 등, 1990; Tang 등, 2002), 건절 제술(Hashimoto 등, 2001) 등의 방법이 이용되고 있으며, 이들 중 무용성 근위축의 유발을 위해 연부조직의 손상없이 근위축을 유발할 수 있는 석고고정과 체지 현수의 방법이 가장 많이 사용 되고 있다. 본 연구에서도 흰쥐의 오른쪽 뒷다리 에 2주간 석고고정을 통해 관절운동 및 체중부하 를 제한함으로써 무용성 근위축을 유발하였다.
침상안정과 관련된 무용성 근위축에 관한 연구 에서 Greenleaf 등(1977)은 2주 동안 침상안정 시 대퇴 및 하퇴 둘레가 유의하게 감소됨을 보고하 였고, Funato 등(1997)은 정상인을 20일 동안 침 상 안정시킨 결과, 슬관절 굴근과 신근의 크기가 약 7% 감소되었으며 근력은 20% 이상 감소되었
다고 보고하였다.
국내의 연구로는 최명애(1991)가 내과입원환자 를 대상으로 침상안정 시 상완의 둘레가 입원 10 일에 4.33% 감소하였고, 대퇴둘레는 입원 7일에 1.43%, 10일에 6.9% 감소하였으며, 하퇴 둘레는 입원 7일에 1.45%, 10일에 2.4%, 14일에 3.25% 감 소하였고 하지근력은 입원 14일에 29.09% 감소됨 을 보고하였다. 이러한 연구 결과로 입원에 의한 침상안정으로 근육활동이 저하되고, 결과적으로 골격근의 무용성 근위축이 유발되었음을 알 수 있다.
침상안정과 유사한 효과를 내기 위한 동물실험 모형으로 체지 현수 방법을 많이 사용하고 있다.
뒷다리를 현수시킴으로써 뒷다리에 체중부하가 일어나지 않고 사용이 제한되므로 뒷다리에 무용 성 근위축이 유발될 수 있다.
Kasper 등(1990)은 실험용 쥐의 뒷다리를 28일 간 현수시켜 가자미근의 변화를 관찰한 결과 I형 근섬유(Type I muscle fiber)의 분포 비율이 11%
감소되었고, 근섬유 횡단면적이 53%, 무게가 58%
감소됨을 보고하였다.
또한 Tang 등(2002)에 의하면 21일 동안 꼬리 현수를 실시한 결과 가자미근의 추외근 섬유와 추내근 섬유 모두의 신경근 연접부에서 아세틸콜 린 분해효소의 활성이 감소됨을 확인하였다. 아 세틸콜린 분해효소는 아세틸콜린의 파괴를 막고 근이완의 회복을 촉진시키며 아세틸콜린의 분비 를 증가시킴으로써 효과적인 근수축을 유발할 수 있으나 아세틸콜린 분해효소의 활성이 감소됨으 로 인해 근수축력도 감소하게 되는 것이다.
석고붕대를 이용한 관절의 고정은 신체활동과 체중부하를 동시에 제한함으로써 무용성 근위축 이 유발된다. 정상인에게 석고붕대를 이용해 고 정을 실시할 경우 Muller(1970)는 2주 이내에 근 위축이 유발된다고 하였다.
동물실험에서 Gossman 등(1986)은 토끼의 뒷다 리를 석고로 고정하여 4주 동안 위축을 유발한 결과 석고붕대로 고정한 뒷다리의 가자미근과 족 척근 둘레 감소뿐 아니라 석고붕대 비적용측의 가자미근과 족척근의 둘레도 유의하게 감소하였
다고 보고하였다.
Kannus 등(1998)은 쥐의 뒷다리를 3주간 석고 고정하여 가자미근과 비복근의 크기 감소와 모세 혈관 감소를 관찰하였고, Herbison 등(1978)은 쥐 를 6주간 석고 고정한 결과 가자미근과 비복근의 무게가 50% 이상 감소하였다고 보고하였으며, 본 연구에서도 대조군에서 근섬유의 심한 위축이 확 인되었고, 신경근 전기자극을 적용한 실험군들에 서도 회복과정에 있기는 했지만 여전히 근위축이 남아있음을 확인할 수 있었다.
근위축의 지연이나 예방 및 회복을 위한 물리 치료적 접근 방법은 능동운동, 저항운동, 전기자 극 등의 치료적 중재를 통해 이루어지고 있다.
Kasper(1999)는 28일 동안 체지 현수를 통해 무 용성 근위축을 유발시킨 쥐의 회복기에 트레드밀 을 적용하여 2형 근섬유(type II muscle fiber)의 증 가를 확인하였고 Norman 등(2000)도 위축근에 트 레드밀을 적용하여 운동을 하지 않은 군보다 운 동을 적용한 군에서 근무게의 유의한 증가를 확 인하였다. 근무게와 골무게를 증가시키는데 효과 적으로 이용할 수 있는 운동으로 Fluckey 등 (2002)은 저항운동을 제안하였는데 이들에 의하면 4주 동안 쥐의 뒷다리를 현수시켜 가자미근의 무 용성 근위축을 유발시키는 과정 동안 저항운동을 실시한 결과, 저항운동을 실시하면서 위축을 유 발한 군과 저항운동을 실시하지 않고 위축만을 유발한 군 사이에서 가자미근의 근무게와 단백질 합성율이 약 50%의 차이를 보였다고 보고하여 위축이 진행되는 과정에 저항운동을 적용함으로 써 근위축을 예방할 수 있다고 하였다.
위축근과 관련된 전기자극에 대한 연구에서, Canon 등(1998)은 위축근에 전기자극을 적용하여 가자미근의 근무게 증가와 근수축력의 향상을 확 인하였고, Qin 등(1997)은 토끼를 3주간 석고고정 하여 근위축을 유발하는 동안 주 5회 1일 1회 50Hz의 주파수로 등척성 전기자극을 적용한 결 과, 전기자극 적용군에 비해 전기자극을 적용하 지 않은 군에서 전경골근의 횡단면적이 26% 감 소하였으며, 무게는 19%가 감소하였음을 보고하 였고, 전기자극을 통해 위축근의 섬유증과 혈액
공급 장애를 최소화할 수 있다고 제안했다.
NT-3는 NGF, BDNF, NT-4/5, NT-6와 더불어 신경영양성 인자로써 신경원의 발달 및 유지, 신 경의 손상 방지, 축삭의 성장 유도, 축삭의 기능 회복에 관여하는 물질이다.
Lohof 등(1993)에 의해 신경영양성 인자들이 운 동신경과 골격근 사이의 신경근 연접부에서 연접 전달에 영향을 미친다는 보고가 처음으로 이루어 진 이후, 신경근 연접부의 형성 시기 동안 BDNF, NGF 및 NT-3가 기능적으로 중요한 역할을 담당 하고 있으며, 연접이 형성되는 시기의 골격근에 서 신경영양성 인자들이 발견된다는 사실이 밝혀 졌다(Loeb과 Fischbach, 1997).
이들 중 특히 NT-3는 발생시기 뿐만 아니라 성숙한 근육과 운동 신경에서도 발현되며, 말초 신경 손상 후 운동신경의 기능과 회복을 조절하 고 위축된 근섬유를 선택적으로 정상화시키는 역 할을 한다(Copray와 Kernell, 2000; Sterne 등, 1997). 또한 NT-3는 trkC 수용체와 높은 친화성을 가지고 있으며 신경 세포막에 위치한 trkC 수용 체와 결합하여 역행성 수송이 이루어지게 된다 (DiStephano 등, 1992).
Griesbeck 등(1995)은 배아 발생기와 출생 후 시기에 골격근에서 NT-3와 NT-4 및 BDNF의 발 현 정도를 비교하기 위해 노던 블롯팅(Northern blotting)과 발현 부위의 비교를 위해 인싸이투 보 합결합(In situ hybridization)을 실시한 결과, 배아 발생기와 출생 후 모두에서 NT-3가 가장 많이 발현된다는 사실을 관찰하였고, 그 다음으로 NT-4가 많이 발현되었으며 BDNF는 가장 적게 관찰되었다.
그러나 신경 손상 후 골격근에서 NT-3 mRNA 는 변함없이 많은 양이 발현됨에 비해 NT-4 mRNA는 발현 양이 급격히 감소하였으며 BDNF 는 골격근 보다는 운동신경의 슈반세포에서 발현 이 증가함을 확인하여, NT-4나 BDNF 보다 NT-3 가 성숙한 신경근 연접부의 연접재형성에 중요한 역할을 담당하고 있음을 시사하였다.
Kust 등(2002)은 근위축성 측삭 경화증 (amyotrophic lateral sclerosis) 환자를 대상으로 상
완이두근의 근섬유에서 NT-3의 발현 양상을 관 찰한 결과, 발병 초기에 NT-3가 점차적으로 증가 하며 말기에 최고조를 이룬다고 보고하였고, 그 발현 부위는 인싸이투 보합결합을 통해 근섬유와 신경근 연접부에서 증가를 확인하였다. 이는 근 위축성 측삭 경화증 환자의 신경근 연접부에서 신경계 질환에 대한 보상작용으로 근섬유 및 신 경근 연접부의 정상화를 위해 그 발현량이 증가 하는 것으로 보이며, 본 연구에서도 NT-3에 대한 조직면역화학적 염색을 통해 신경근 연접부에서 면역반응을 관찰한 결과, 신경근 전기자극 적용 군의 신경근 연접부에서 NT-3의 발현이 증가됨 을 알 수 있었다.
Simon 등(2000)의 연구에서, 좌골신경 절단 후 절단 부위에 NT-3를 주사로 주입하여 장지신근 과 가자미근의 신경근 연접부 재형성을 연구한 결과, NT-3 주입 후 80일이 경과한 시기의 가자 미근에서는 차이를 관찰할 수 없었으나 장지신근 의 신경근 연접부에서는 7.1%의 재지배 비율을 관찰할 수 있었고, 120일 경과 후에는 가자미근에 서 1.6%, 장지신근에서 40%의 신경근 연접부에서 신경 재지배를 확인함으로써 아직 그 기전은 명 확히 밝혀지지 않았지만 NT-3는 서근보다는 속 근에서 더 효과적으로 신경 재지배에 도움이 됨 을 알 수 있었다.
본 연구에서는 1주일 간의 실험적 중재로 신경 근 연접부에서 NT-3에 대한 면역반응을 관찰한 결과, 대조군과 신경근 전기자극 적용군 사이에 서 통계적으로 유의한 면역반응의 증가를 확인할 수 있었으며, Simon 등(2000)은 NT-3를 주사를 통해 주입하여 NT-3가 신경 절단 후 축삭의 성 장과 새로운 신경근 연접부의 형성에 미치는 영 향을 연구한 반면, 본 연구에서는 무용성 근위축 발생시 실험적 중재가 신경근 연접부에서 NT-3 의 발현 양상에 미치는 영향을 살펴보고자 하였 다. 결과적으로 Simon 등(2000)의 연구에서 NT-3 가 신경의 성장과 신경근 연접부의 형성에 중요 한 역할을 한다는 것을 알 수 있었으며, 본 연구 의 결과 신경근 전기자극은 무용성 위축근의 신 경근 연접부에서 NT-3의 발현을 증가시키는데
도움이 된다는 사실을 확인할 수 있었다.
Ⅴ. 결 론
본 연구에서는 흰쥐의 오른쪽 뒷다리에 석고붕 대를 이용하여 2주간 무용성 근위축을 유발시킨 후 1주일간 실험적 중재없이 표준사육장에서 사 육한 대조군과 2주간 무용성 근위축을 유발시킨 후 1주일간 신경근 전기자극을 적용한 신경근 전 기자극 적용군 및 근위축을 유발시키지 않은 건 강한 정상군의 전경골근에서 신경근 연접부의 연 접재형성에 중요한 역할을 하는 물질인 NT-3의 발현 양상을 살펴본 결과 다음과 같은 결론을 얻 을 수 있었다.
NT-3에 대한 면역조직화학법을 실시하여 전경 골근의 신경근 연접부에서 NT-3 항체에 대한 면 역반응을 관찰한 결과, 정상군에서는 면역반응이 거의 관찰되지 않았으며, 대조군에서는 일부 신 경근 연접부에서 면역반응이 관찰되었고, 신경근 전기자극 적용군에서는 많은 양의 면역반응이 관 찰되었다. 각 군 모두는 통계학적으로 유의한 차 이를 보였다(p<0.05).
이상의 결과에서 골격근의 무용성 근위축의 회 복에 신경근 연접부의 연접재형성에 중요한 역할 을 하는 것으로 알려진 NT-3의 발현에 신경근 전기자극 치료가 효과적임을 알 수 있었다.
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