외상성 뇌손상 후 운동이 신경보호기전에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

외상성 뇌손상은 외부의 힘이 뇌에 충격으로 가해졌을 때 발생한다. 외상성 뇌손상과 관련된 중요한 문제는 뇌 신경의 세포사가 유발된다는 것이며, 외상성 뇌손상 정도에 따라 정상적으로 회복되는 경우에서 영구 장애, 때로는 사망에 이를 수 있다는 것이다. 신체 운동은 다양한 뇌 상해에 의해 유발된 신경학적 손상을 완화시키는 것으로 알려져 있다. 이 연구에서는 트레드밀 운동이 외상성 뇌손상 유발 쥐의 해마에서 세포사멸과 단기 기억력에 미치는 영향을 검증하고자 하였다. 외상성 뇌 손상은 electromagnetic-controlled cortical impact에 의하여 유발하였다. 운동을 시킨 군의 쥐들은 하루 30분 열흘동안 연속적으로 트레드밀 달리기를 하였으며, 운동 시작일은 외상성 뇌손상 유발 이틀 후부터였다. 이 연구를 검증하기 위한 방법은 단기기억력을 측정하기 위한 행동실험으로 step-down avoidance task를 실시하였고, 세포사멸을 확인하기 위하여 terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling (TUNEL) assay, western blot for Bcl-2 and Bax, 그리고 immunohistochemistry for caspase-3 를 실시하였다. 연구결과, 외상성 뇌손상이 유발된 경우 단기기억력이 손상되었음을 확인할 수 있었고, 해마에서 세포사멸의 효과를 나타내는 DNA fragmentation과 caspase-3 발현이 증가하였음을 알 수가 있었다. 또한 외상성 뇌손상은 pro-apoptotic 인자인 Bax의 발현을 증가시키고, anti-apoptotic 인자인 Bcl-2의 발현을 억제시켜 해마에서 세포사멸이 유발되었음을 검증하였다. 트레드밀 달리기 운동은 단기기억력손상을 완화시키고, 해마에서 DNA fragmentation과 caspase-3 발현을 억제시켰다. 또한 트레드밀 달리기 운동은 외상성 뇌손상이 유발된 쥐 해마에서 Bax 단백질 발현을 상당히 억제시켰고, Bcl-2 단백질의 발현을 증가시켰다. 따라서 이 연구에서 트레드밀 달리기 운동은 외상성 뇌손상으로 유발된 세포사멸적 신경세포의 죽음을 아마도 극복할 수 있게 하며, 결국 외상성 뇌손상으로부터 회복을 촉진하는데 도움이 될 것으로 생각된다.

주요어 : 외상성 뇌손상, 해마, 단기기억력, 세포사멸, 트레드밀 운동

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Traumatic brain injury (TBI) occurs when an outside force impacts the brain. The main problem associated with TBI is neuronal cell death of the brain, and the outcome of TBI ranges from complete recovery to permanent disability, and sometimes death. Physical exercise is known to ameliorate neurologic impairment induced by various brain insults. In the present study, we investigated the effects of treadmill exercise on short-term memory and apoptosis in the hippocampus following TBI in rats. TBI was induced by an electromagnetic-controlled cortical impact. The rats in the exercise group were forced to run on a treadmill for 30 min once daily for 10 consecutive days, beginning 2 days after induction of TBI. For the current study, a step-down avoidance task, terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling (TUNEL) assay, Western blot for Bcl-2 and Bax, and immunohistochemistry for caspase-3 were conducted. The present results revealed that TBI impaired short-term memory, and increased DNA fragmentation and caspase-3 expression in the hippocampus. Induction of TBI also enhanced expression of pro-apoptotic factor Bax protein and suppressed expression of anti-apoptotic factor Bcl-2 protein in the hippocampus. Treadmill exercise alleviated short-term memory impairment, and decreased DNA fragmentation and caspase-3 expression in the hippocampus. In addition, treadmill exercise remarkably suppressed expression of Bax protein and slightly increased expression of Bcl-2 protein in TBI-induced rats. The present study showed that treadmill exercise might overcome TBI-induced apoptotic neuronal cell death, thus facilitating recovery following TBI.

Keywords: Traumatic brain injury; Treadmill exercise; Short-term memory; Apoptosis; Hippocampus