Effects of Verapamil and Tetracaine on Acetylcholine-and Oxytocin-induced Uterine Contraction Pattern

이만기,김중영,Lee, Maan-Gee,Kim, Choong-Young The Korean Society of Pharmacology 1987 대한약리학잡지 Vol.23 No.2

The effects of verapamil and tetracaine on acetylcholine-and oxytocin-induced contraction of uterus from estrogen-treated rat were examined. Isometric tensions were recorded on the Physiograph and stored in TriGem 20XT computer as digitized data for off-line analysis of the components, which described the contraction patterns: trought tension (T), peak tension (P), contraction frequency (F), and duration (D). In the acetylcholine-induced contraction, verapamil $(0.25\;{\mu}M)$ significantly decreased P and D. In contrast, tetracaine $(42{\mu}M)$ decreased F, but increased D. In the low oxytocin-induced contraction, verapamil $(0.25\;{\mu}M)$ decreased P and D, and tetracaine $(42{\mu}M)$ decreased F but increased D. In the high oxytocin-induced contraction, verapamil decreased P and D, but tetracaine decreased P without affecting on other components. These results suggest that the analysis of effects of a certain inhibitor on the components of contraction allow to postulate its specific inhibitory mechanism of the smooth muscle contraction. Acetylcholine및 oxytocin에 의하여 야기되는 흰쥐의 적출자궁수축을 $Ca^{2+}$ 길항제의 일종인 verapamil및 tetracaine 존재하에서 acetylcholine및 oxytocin에 의한 자궁수축곡선을 4개의 요소 (trough tension, T: peak tension, P; contraction frequency, F: duration, D)로 나누어 비교분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. Verapamil $(0.25\;{\mu}M)$은 자발수축을 억제시켰으나 tetracaine$(42\;{\mu}M)$은 자발수축을 억제시키지 못하였다. 이들 길항제의 존재하에서 acetylcholine및 oxytocin에 의하여 야기되는 자궁수축의 각 구성요소에 변화를 관찰하였다. 즉 acetylcholine에 의한 수축에서 verapamil은 P와 D를 감소시켰고 tetracaine은 F를 감소시키고 D를 증가시켰다. oxytocin에 의한 수축에서 verapamil은 P와 D를 감소시켰으나 tetracaine은 oxytocin농도에 따라 차이가 있었는데, 저농도의 oxytocin에 의한 수축에서는 F를 감소시키고 D를 증가시켰으나 고농도의 oxytocin에 의한 수축에서 는 F와 D에는 영향을 주지 않고 P만 감소시켰다. 이상의 결과로 미루어 acetylcholine및 oxytocin에 의하여 야기되는 수축곡선은 시각적으로 큰 차이가 없었으나 작용기전이 다른 $Ca^{2+}$ 길항제에 의하여 acetylcholine및 oxytocin의 수축의 구성요소에 다르게 영향을 미칠 수 있었다는 것은 수축곡선의 구성요소의 변화를 면밀히 검토하면 자궁수축제의 수축작용기전이 다름을 예측할 수 있을 뿐만 아니라 수축억제제에 의한 억제 기전의 차이점도 예측할 수 있을 것으로 생각되어 진다.

흰쥐 대뇌피질의 뇌파에 대한 diazpam 및 flumazenil 의 약력학적 상호작용

이만기(Maan Gee Lee) 한국응용약물학회 1999 Biomolecules & Therapeutics(구 응용약물학회지) Vol.7 No.3

Diazepam, a benzodiazepine (BDZ) agonist, produces sedation and flumazenil, a BDZ antagonist, blocks these actions. The aim of this study was to examine the effects of BDZs on cortical electroencephalogram (EEG) in rats. The recording electrodes were implanted over the frontal and parietal cortices bilaterally, and the reference and ground electrodes over cerebellum under ketamine anesthesia. To assess the effects of diazepam and flumazenil, rats were injected with diazepam (1 mg/kg, i.p.) and/or flumazenil (1 mg/kg, i.p.), and the EEG was recorded before and after drugs. Normal awake had theta peak in the spectrum and low amplitude waves, while normal sleep showed large amplitude of slow waves. The powers of delta, theta and alpha bands were increased during sleep compared with during awake. Diazepam reduced the mobility of the rat and induced sleep with intermittent fast spindles and large amplitude of slow activity, and it produced broad peak over betaL band and increased the power of gamma band, which were different from EEG patterns in normal sleep. Saline injection awakened rats and abolished fast spindles for a short period about 2-5 min from EEG pattern during diazepam-induced sleep. Flumazenil blocked both diazepam-induced sleep and decreased the slow activities of delta, theta, alpha and betaL, but not of gamma activity for about 10 min or more. This study may indicate that decrease in power of betaL and betaH bands can be used as the measure of central action of benzodiazepines, and that the EEG parameters of benzodiazepines have to be measured without control over the behavioral state by experimenter.

Acetylcholine및 Oxytocin에 의하여 야기되는 렛드 자궁수축에 미치는 Verapamil 및 Tetracaine의 영향

이만기(Maan Gee Lee),김중영(Choong Young Kim) 대한약리학회 1987 대한약리학잡지 Vol.23 No.2

Acetylcholine및 oxytocin에 의하여 야기되는 흰쥐의 적출자궁수축을 Ca²⁺ 길항제의 일종인 verapamil및 tetracaine 존재하에서 acetylcholine및 oxytocin에 의한 자궁수축곡선을 4개의 요소 (trough tension, T: peak tension, P; contraction frequency, F: duration, D)로 나누어 비교분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. Verapamil (0.25μM)은 자발수축을 억제시켰으나 tetracaine(42μM)은 자발수축을 억제시키지 못하였다. 이들 길항제의 존재하에서 acetylcholine및 oxytocin에 의하여 야기되는 자궁수축의 각 구성요소에 변화를 관찰하였다. 즉 acetylcholine에 의한 수축에서 verapamil은 P와 D를 감소시켰고 tetracaine은 F를 감소시키고 D를 증가시켰다. oxytocin에 의한 수축에서 verapamil은 P와 D를 감소시켰으나 tetracaine은 oxytocin농도에 따라 차이가 있었는데, 저농도의 oxytocin에 의한 수축에서는 F를 감소시키고 D를 증가시켰으나 고농도의 oxytocin에 의한 수축에서 는 F와 D에는 영향을 주지 않고 P만 감소시켰다. 이상의 결과로 미루어 acetylcholine및 oxytocin에 의하여 야기되는 수축곡선은 시각적으로 큰 차이가 없었으나 작용기전이 다른 Ca²⁺ 길항제에 의하여 acetylcholine및 oxytocin의 수축의 구성요소에 다르게 영향을 미칠 수 있었다는 것은 수축곡선의 구성요소의 변화를 면밀히 검토하면 자궁수축제의 수축작용기전이 다름을 예측할 수 있을 뿐만 아니라 수축억제제에 의한 억제 기전의 차이점도 예측할 수 있을 것으로 생각되어 진다. The effects of verapamil and tetracaine on acetylcholine-and oxytocin-induced contraction of uterus from estrogen-treated rat were examined. Isometric tensions were recorded on the Physiograph and stored in TriGem 20XT computer as digitized data for off-line analysis of the components, which described the contraction patterns: trought tension (T), peak tension (P), contraction frequency (F), and duration (D). In the acetylcholine-induced contraction, verapamil (0.25μM) significantly decreased P and D. In contrast, tetracaine (42μM) decreased F, but increased D. In the low oxytocin-induced contraction, verapamil (0.25μM) decreased P and D, and tetracaine (42μM) decreased F but increased D. In the high oxytocin-induced contraction, verapamil decreased P and D, but tetracaine decreased P without affecting on other components. These results suggest that the analysis of effects of a certain inhibitor on the components of contraction allow to postulate its specific inhibitory mechanism of the smooth muscle contraction.

마취된 흰쥐 해마신경세포에서 Neurobiotin 이온주입으로 인한 신경세포의 생리적 특성의 변화

이혜숙,이만기,김영진,최병주,Lee, Hye-Sook,Lee, Maan-Gee-G.,Kim, Young-Jin,Choi, Byung-Ju 대한소아치과학회 1999 大韓小兒齒科學會誌 Vol.26 No.2

Pyramidal cells in the hippocampal CA area were recorded from and filled with neurobiotin in anesthetized rats. The extent of their dendrites and the electropharmacological properties of membrane as well as the effect before and after neurobiotin injection were examined. Pyramidal cells had a high resting membrane potential, a low input resistance, and a large amplitude action potential. A afterhyperpolarization was followed a single action potential. Most pyramidal cells did not display a spontaneous firing. Pyramidal cell displayed weak inward rectification and anodal break excitation in response to negative current injection into the cell. Membrane properties of recorded neurons before and after neurobiotin injection with consecutive current injection were compared. Some properties were significantly increased after labelling(P>0.05); the duration and amplitude of sustained AHP, input resistance, and the number of action potentials for simultaneous intra- and extracellular stimulations. Neurobiotin-filled neurons showed pyramidal morphology. Cells were generally bipolar dendrite processes ramifying in stratum lacunosum-moleculare, radiatum, and oriens. 마취된 흰쥐를 사용하여 해마의 CA영역에 위치한 피라밋세포들의 세포막 특성을 in vivo의 세포내 기록법에 의해서 관찰한 후 2.5% neurobiotin을 세포내 기록용 미세전극에 채워 세포내로 충진시킨후 충진전과 동일한 실험순서로 반응을 다시 관찰하고 ABC kit를 이용하여 면역조직염색을 행하여 형태학적인 관찰을 하였다. 피라밋세포의 세포내 반응 특성은 높은 휴지막 세포막전위, 낮은 input resistance 그리고 큰 활동전위를 가졌다. neurobiotin 충진 전 후에 따른 세포막 특성의 변화는 sustained AHP의 duration과 amplitude, input resistance, 그리고 세포외 및 세포내 자극에 따른 AP 수에서 유의한 차이를 보였고(P<0.05), 세포외 자극에 의한 억제는 주로 전반부에 나타났으며 CA3 영역에 위치한 이 세포의 형태학적 관찰 결과 세포체는 피라밋층에서 분명한 피라미드 형태를 띄고 있었고 기저 및 선단 가지가 각각 백색판층 및 섬유방-분자층까지 뻗어 있었으며 축삭은 겉질을 향해 기저가지돌기면에서 수직으로 뻗어 있었다. 해마의 주세포인 피라밋세포의 세포막 특성과 세포내 염색지시체(marker)로 주로 쓰이는 neurobiotin에 의해 세포막 특성중 일부가 변화됨을 알 수 있었고, 뇌내의 신경세포연결망이 완전히 보존되어 세포들 사이의 시냅스관계를 추측할 수 있는 in vivo 실험 모델이 응용될 수 있음을 제시하였다.

In vitro Anti-proliferative Characteristics of Flavonoids and Diazepam on MDA-MB-231 Breast Cancer Cells

Ji-Kwan Kim(김지관),Maan-Gee Lee(이만기),Jae-Tae Lee(이재태),Jeoung-Hee Ha(하정희) 한국생명과학회 2009 생명과학회지 Vol.19 No.8

Flavonoid류와 진정제의 시험관 내 암세포증식억제효과를 관찰하기 위하여, 암세포의 말초형 benzodiazepine 수용체(이하 PBR로 약함) 활성도와 포도당 활용도에 대한 효과를 유방암 세포를 대상으로 검색하였다. 동시에 이미 항암활성이 잘 알려진 flavonoid류와의 상호작용도 관찰하였다. Fisetin (3,7,3',4'-tetrahydroxyflavone)과 diazepam의 암세포 증식 억제 효과는 악성도가 높은 MDA-MB-231 유방암 세포에서 MCF-7 유방암세포보다 저명하게 관찰되었다. MDA-MB-231 유방암세포에서, Apigenin (4',5,7-Trihydroxyflavone)과 fisetin 같은 flavonoid류처럼, 10?? M 농도의 dazepam을 3일간 처치하였을 때 암세포 증식 억제효과를 나타내었으며, 이는 PBR 배위자들의 암세포 증식 증진효과와는 차이를 나타낸 것이다. Flavonoid류처럼, MDA-MB-231 유방암세포에서, 10?? M dazepam의 3일간 처치는 암세포의 PBR mRNA 발현에 큰 영향을 미치지 않았다. 10?? M diazepam의 6 일간 처치는 암세포의 증식억제 효과가 증가되어 나타났으며, 암세포의 PBR mRNA 발현도 억제되었다. MDA-MB-231 유방암 세포에서, apigenin, fisetin과 diazepam은 포도당 유용도를 억제하였으며, 인슐린에 의한 포도당 유용도 증강효과도 억압하였다. Apigenin은 diazepam의 암세포 증식 억제 효과를 부가적으로 증강시켰다. 요약하면, 본 연구결과는 flavonoid류와 진정제의 시험관내 암세포 증식 억제효과와 부가적인 상호작용을 보여주고 있다. 결론적으로, 본 연구는 향후 좀더 진척된 시험을 위한 실험적인 기반 정보이다. The beneficial use of sedatives is often required for medically ill patients. This study examined the effect of plant flavonoids and diazepam peripheral-type benzodiazepine receptor (PBR) activation and glucose utilization in breast cancer cells, along with their interactions. In estrogen receptor negative MDA-MB-231 cells, the anti-proliferative activity of fisetin (3,7,3',4'-tetrahydroxyflavone) and diazepam was more prominent than in estrogen receptor positive MCF-7 cells. Unlike PBR ligands, treatment with 10?? M concentration of diazepam for 3 days exhibited anti-proliferative effects, while similar to apigenin (4',5,7-Trihydroxyflavone) and fisetin, diazepam hardly affected the PBR mRNA expression by MDA-MB-231 cells. Treatment with 10?? M concentration of flavonoids and diazepam for 3 days inhibited the glucose utilization of MDA-MB-231 cells. Treatment with 10?? M concentration of flavonoids and diazepam for 6 days showed increased cytotoxicity and reduced the PBR mRNA expression of the MDA-MB-231 cells. Apigenin enhanced diazepam-induced anti-proliferative effects on the MDA-MB-231 cells as well. All together, this study showed the in vitro anti-proliferative activity of flavonoids and diazepam on MDA-MB-231 breast cancer cells, plus additive enhancements. In conclusion, this study provides experimental basis for advanced trials in the future.

Electroencephalogram Power Spectra in Thioacetamide-induced Hepatic Encephalopathy

김지희,최원진,박정숙,이향이,하정희,이만기,Lee, Chi-Hui,Choi, Won-Jin,Park, Jung-Sook,Lee, Hyang-Yi,Ha, Jeoung-Hee,Lee, Maan-Gee The Korean Society of Pharmacology 1996 대한약리학잡지 Vol.32 No.3

흰쥐에 thioacetamide(TAA)를 투여하면 간성뇌장애가 유발된다. 두가지 행동 상태(꼬리 접촉자극 및 미자극)와 세 단계의 신경학적 이상의 단계(정상, 약한 운동실조, 심한 운동실조)별로 뇌파를 기록하였고, 뇌파 스펙트럼 및 대역 분석을 통하여 간성뇌장애 진행동안 뇌파의 정량적인 변동을 관찰하였다. 정상 쥐에서 자극은 $theta(3.5{\sim}8\;Hz)$ 및 $gamma(30{\sim}50\;Hz)$ 대역의 power을 증가시켰다. 운동실조가 있는 쥐에서 이러한 변화가 일어나지 못하였다. 꼬리 자극을 하는 상태에서 theta 대역의 변화는 gamma 대역의 변화 보다 더욱 일찍 관찰되었다. 신경학적 행동 단계가 심해짐에 따라서 $beta3(21{\sim}30\;Hz)$ 및 gamma 대역에서 power가 점차적으로 감소하였다. 또한 간성뇌장애의 신경학적 증상은 benzodiazepine계 물질에 의하여 야기된다는 가설이 있으므로 beta power의 증가가 관찰될 것으로 기대하였으나 이 연구에서는 관찰하지 못하였다. 이 결과들로 미루어 볼때 이 연구에 사용된 스펙트럼 및 대역 분석이 간성뇌장애동안 신경학적 증상의 정도를 정량화 할 수 있다고 생각된다. During the development of hepatic encephalopathy after thioacetamide (TAA) injection to rat, EEG was recorded at two different states: without or with tactile stimulation of tail at regular intervals. Calculations based on the spectral and band analysis were used. The changes in the power spectra and bands were examined in 3 different behavioral stages: normal, mild ataxia and severe ataxia. In normal rats, the stimulation produced the increase in the power of the theta $(3.5{\sim}8\;Hz)$ and the gamma $(30{\sim}50\;Hz)$ bands. These changes could not be produced in rats with the mild and severe ataxia. The changes in the power of the theta band occurred earlier than those of the beta3 and the gamma bands in the stimulated state. Gradual decreases in the spectral power of the beta3 $(21{\sim}30\;Hz)$ and the gamma bands were correlated with the progress of the stages from normal condition to mild to severe ataxia in both unstimulated and stimulated states. The results indicate that the spectral and band analysis used in this study can quantify the severity of the neurological malfunction during HE.

Thioacetamide 유발 간성뇌장애에서 뇌파 Power Spectra

김지희(Chi Hui Kim),최원진(Won Jin Choi),박정숙(Jung Sook Park),이향이(Hyang Yi Lee),하정희(Jeoung Hee Ha),이만기(Maan Gee Lee) 대한약리학회 1996 대한약리학잡지 Vol.32 No.3

흰쥐에 thioacetamide(TAA)를 투여하면 간성뇌장애가 유발된다. 두가지 행동 상태(꼬리 접촉자극 및 미자극)와 세 단계의 신경학적 이상의 단계(정상, 약한 운동실조, 심한 운동실조)별로 뇌파를 기록하였고, 뇌파 스펙트럼 및 대역 분석을 통하여 간성뇌장애 진행동안 뇌파의 정량적인 변동을 관찰하였다. 정상 쥐에서 자극은 theta(3.5 ~ 8 Hz) 및 gamma(30 ~ 50 Hz) 대역의 power을 증가시켰다. 운동실조가 있는 쥐에서 이러한 변화가 일어나지 못하였다. 꼬리 자극을 하는 상태에서 theta 대역의 변화는 gamma 대역의 변화 보다 더욱 일찍 관찰되었다. 신경학적 행동 단계가 심해짐에 따라서 β3(21 ~ 30 Hz) 및 gamma 대역에서 power가 점차적으로 감소하였다. 또한 간성뇌장애의 신경학적 증상은 benzodiazepine계 물질에 의하여 야기된다는 가설이 있으므로 beta power의 증가가 관찰될 것으로 기대하였으나 이 연구에서는 관찰하지 못하였다. 이 결과들로 미루어 볼때 이 연구에 사용된 스펙트럼 및 대역 분석이 간성뇌장애동안 신경학적 증상의 정도를 정량화 할 수 있다고 생각된다. During the development of hepatic encephalopathy after thioacetamide (TAA) injection to rat, EEG was recorded at two different states: without or with tactile stimulation of tail at regular intervals. Calculations based on the spectral and band analysis were used. The changes in the power spectra and bands were examined in 3 different behavioral stages: normal, mild ataxia and severe ataxia. In normal rats, the stimulation produced the increase in the power of the theta (3.5 ~ 8 Hz) and the gamma (30 ~ 50 Hz)$ bands. These changes could not be produced in rats with the mild and severe ataxia. The changes in the power of the theta band occurred earlier than those of the beta3 and the gamma bands in the stimulated state. Gradual decreases in the spectral power of the beta3 (21 ~ 30 Hz) and the gamma bands were correlated with the progress of the stages from normal condition to mild to severe ataxia in both unstimulated and stimulated states. The results indicate that the spectral and band analysis used in this study can quantify the severity of the neurological malfunction during HE.

중추성 작용 약물의 뇌파 효과의 정량화를 위한 스펙트럼 분석에 필요한 기본적 조건의 검토

임선희 ( Seon Hee Lim ),권지숙 ( Jee Sook Kwon ),김기민 ( Ki Min Kim ),박상진 ( Sang Jin Park ),박진숙 ( Jean Sook Park ),정성훈 ( Sung Hun Jung ),이만기 ( Maan Gee Lee ) 한국응용약물학회 2000 Biomolecules & Therapeutics(구 응용약물학회지) Vol.8 No.1

태생 전 임신 15일째 Methylazoxymethanol에 노출된 쥐의 수면각성주기 이상 및 신경생리학적 이상

김정일(Jung Il Kim),장수민(Su Min Chang),박성파(Sung-Pa Park),장일성(Il-Sung Jang),최병주(Byung-Ju Choi),김상헌(Sang Heon Kim),이호원(Ho-Won Lee),이만기(Maan Gee Lee) 대한생물치료정신의학회 2006 생물치료정신의학 Vol.12 No.2

뇌 발육이상 중 신경이주장애(neuronal migration disorder)에 의해 나타나는 비정상적인 피질 층 구조는 난치성 간질과 발달장애, 정신지체, 행동 및 정서장애 등과 관련 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 태생기 MAM에 노출시켜 신경이주장애를 유발시킨 쥐에서 수면 이상과 뇌파 이상을 수면-각성 상태의 주기의 관찰과 각 상태에서 뇌파의 정량적 기술을 이용하여 살펴보았다. 그리고 신경이주장애와 관련된 질환에 동반되어 생길 수 있는 수면 이상 및 뇌파 이상을 고찰하였다. MAM 노출 동물에서 역설수면 기간이 정상 동물과 비교할 때 유의하게 감소되었으나 다른 수면 각성 상태의 기간들의 유의한 변화는 없었다. 전체 7시간 관찰(10:30-17:30) 동안 MAM 노출 쥐에서는 전두피질, 중앙피질, 두정피질에서 저명한 진폭 스펙트럼의 변화가 관찰되었다. 특정 뇌영역의 기능 상태를 나타내는 진폭분포스펙트럼 비교에서 모든 피질 영역의 쎄타 파가 MAM 노출 쥐에서 정상 쥐에서보다 감소되었다. 반대로 역설수면 동안 정상 쥐에서 두정부에서 저명한 쎄타 활동이 관찰되지만 MAM 노출 쥐에서는 진폭이 작고 빠른 쎄타파가 관찰되고, 정상 동물의 전두피질에서 쎄타 및 느린 주파수의 쎄타가 관찰되는 반면 MAM 노출 쥐에서는 알파 대역의 빠른 주파수의 방추형파가 기록되었다. MAM 처리된 쥐들에서 나타나는 활동성의 증가와 수면 지연 등의 결과를 고려해 볼 때, 발달동안의 유발된 피질의 기형은 수면 각성의 특성을 변화시킬 뿐만 아니라 전반적인 기능의 이상을 가져옴을 시사한다. Several neuropsychiatric disorders, including intractable epilepsy, mental retardation or schizophrenia, are consequences of cortical malformation. We examined the sleep-wake profiles and the electroencephalographic(EEG) abnormalities in the adult rats exposed to methylazoxymethanol acetate(MAM) at embryonic day 15 whether cortical disorganization could affect sleep-wake cycle and neurophysiological characteristics. In the MAM-exposed rats, only the duration of the paradoxical sleep(PS) decreased significantly while the durations of other sleep-wake states did not differ from the normal control group. The amplitude spectrum of the 7-hour EEG recordings(10:30-17:30) of the frontal, central and parietal cortices of the MAM-exposed group was compared with that of the control group. A significant amplitude decrease was seen in high delta and theta bands of the frontal EEG, in the theta band of the central EEG and in from the delta to low beta ranges of the parietal EEG. The relative amplitude distribution spectrum, which represents a specific functional state of the brain, of the MAM-exposed rats was compared with that of the control group. Significant decrease of the percentage of amplitude was seen in the theta band of the frontal, central and parietal EEG. Conversely, significant increase was seen in the beta band of the central EEG and in the beta and low gamma bands of the parietal EEG. The peak frequency of the theta wave, which is prominent in the parietal EEG, was higher in MAM-exposed rats than in the control group. In visual inspection of the EEG trace of the MAM-treated rat, spindle rhythms of the beta range were prominent during the transition to PS, the PS and even during the slow wave sleep and delta wave amplitude was smaller and the theta frequency was faster as compared with the control group. These observations correspond to the changed in the percentage of amplitude in the relative distribution spectrum. Taken together, the findings suggest that the cortical malformation during development produces an alteration in the global functional state indicated by the EEG changes as well as alters the sleep-wakefulness characteristics.

흰쥐의 수면 및 뇌파에 대한 카페인의 효과

권도훈(Do Hoon Kwon),원승희(Seung-Hee Won),김기민(Ki Min Kim),장수민(Su Min Chang),김상헌(Sang Heon Kim),이만기(Maan Gee Lee) 대한생물치료정신의학회 2006 생물치료정신의학 Vol.12 No.2

카페인은 기저전뇌의 아데노신의 아데노신 수용체의 작용을 차단함으로써 각성을 유발하고 피질에서 서파 활동의 감소를 야기한다. 또한 카페인은 용량-의존적인 각성상태의 증가를 초래한다. 따라서 카페인의 각성 효과는 아데노신의 뇌 조직 내 농도가 증가하여 수면 압력이 상승되어 있고 각성 중추의 활동이 감소된 상태의 각성인 반면, 정상 각성 상태는 아데노신의 농도가 낮아 수면 압력이 없이 각성 중추의 활동이 증가된 상태의 각성으로 생각된다. 이 연구는 이러한 각성의 서로 다른 상태가 피질 영역별 활동의 차이로 나타날 수 있는지 보기 위하여 뇌파의 스펙트럼 분석 방법을 이용하여 활동의 정량화를 시도하였다. 더 나아가 수면박탈로 수면 압력이 증가된 상태에서의 각성과 비교하여 카페인과 아데노신의 상호작용을 고찰하였다. Sprague-Dawley 수컷 쥐 8마리를 마취하에 뇌파 및 근전도 전극을 전두엽, 두정엽, 그리고 목근육에 각각 설치하고, 수술에서 회복된 후 뇌파/근전도 기록을 시작하였다. 기록은 10:30부터 시작하여 17:30까지 수행되었으며 13:30경에 카페인 7.5, 15, 또는 30㎎/㎏을 복강내 주사한 후, 각각의 수면-각성 단계와 그 기간 및 변화 방향을 계산하였다. 수면에 대한 카페인의 주된 효과는 활동각성의 증가와 수면의 감소로 나타났으며, 이 효과는 카페인 용량에 의존적이었다. 활동각성 기간의 증가는 그 단계의 유지기간의 증가로 야기되었고 서파수면의 감소는 서파수면 상태로 변화되는 빈도의 감소에 주로 야기되었다. 활동각성 단계에서 정적각성, 서파수면 단계로 변화가 감소되었고 그 반대로 변화는 증가되었다. 한편 수면박탈은 서파수면의 반동 증가를 초래하지 못했고 활동각성의 유의한 감소를 초래하지 못했다. 그러나 역설수면 기간의 유의한 감소를 초래하였다. 뇌파 스펙트럼 프로파일에서 수면박탈이 델타의 상대적 증가를 초래한 것을 제외하고는 수면박탈과 카페인 투여 모두 알파의 상대적 감소 및 감마의 증가를 초래하였다. 실제 진폭은 전두피질에서 25㎐ 이하 대역에서 감소와 이상 대역에서 증가, 두정피질에서 35㎐ 이하 대역에서 감소와 이상 대역에서 증가를 야기하였다. 주파수 대역별로 델타, 쎄타, 알파의 감소가 있었고 감마의 증가가 있었다. 감마의 증가는 전두피질에서 더 현저하게 나타났다. 결론적으로, 카페인에 의한 각성의 촉진은 수면-각성 상태의 천이를 한 방향으로 가속화함으로써 발생되며 그 방향은 수면박탈에 의한 방향과 반대이다. 따라서 수면박탈에서는 아데노신이 축적되어 수면 압력을 증가시키고, 수면 압력의 증가는 아데노신 수용체 길항제에 의해 차단될 수 있다. 델타 대역의 감소는 본 연구에서 사용한 최소 용량 투여 후 포화되어 최대 효능을 보인다. 이것은 뇌파의 주파수별 파워의 측정이 수면기간이나 각성기간과 같은 행동적 지표보다 더 민감한 방법임을 시사한다. 앞으로 사람에서 사용되는 정도의 카페인 투여에 의한 동물에서 효과를 검증해 보는 것이 생리학적 효과에 대한 이해를 도울 수 있을 것이다. Caffeine induces arousal and reduces slow-wave activity of the cortex by blocking adenosine action on the adenosine receptor. Caffeine induces dose-dependent arousal. Therefore, caffeine-induced arousal may be a different state from an arousal in waking subjects. So we compared EEG spectra between of a state produced by intraperiotoneal caffeine injection and of a state produced by 3-hour sleep deprivation. A total of 8 Sprague-Dawley male rats underwent EEG/EMG recording session from 10:30 to 17:30. They received intraperitoneal caffeine injection(7.5, 15, and 30mg/kg) at 13:30 and some cases received sleep deprivation from 10:30 to 13:30. Caffeine dose-dependently reduced the duration of slow-wave sleep and increased the duration of waking state. The increase of waking state resulted from the increase of maintanence of the state while the reduction of sleep state resulted from the decrease of transition from waking to sleep. Sleep deprivation did not show rebound increase of sleep but it decreased the period of paradoxical sleep. In spectral profile, sleep deprivation increased relative proportion of delta activity and both caffeine and sleep deprivation decreased relative proportion of power in alpha band and increased in gamma band. Caffeine decreased the absolute power of delta and alpha bands and increased absolute power of gamma band which was more prominent in the frontal cortex. In conclusion, caffeine promoted waking state by acceleration of transition to waking state from other states which was reverse in sleep deprivation. Therefore, adenosine may accumulate during sleep deprivation and mediate sleep pressure and caffeine may block its action on the adenosine receptor. The comparison of the spectral profiles indicates that caffeine-induced waking state may differ from normal awake state and from awake state after sleep deprivation.