Chronic Intermittent Fasting Improves Cognitive Functions and Brain Structures in Mice (2013)

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0066069

 

해당 논문은 쥐 모델에서 간헐적 단식과 고지방 식이가 뇌의 학습, 기억 능력 및 뇌 구조에 미치는 영향을 비교한 연구이다. 특히, 청소년기에 시작된 비만이 중년까지 지속될 때 뇌에 미치는 영향과, 간헐적 단식이 이와 같은 상황에서 보호 효과를 제공할 수 있는지를 분석하였다. 주요 초점은 산화 스트레스 지표, 해마 구조, 인지 기능 평가 및 운동 조정 능력 변화였다.

 

연구 방법

1. 대상 동물

   • 7주 된 CD-1 종 수컷 쥐 (3개 그룹, 총 45마리)
     • 일반 식이군: 정상 식단을 자유롭게 섭취
     • 간헐적 단식군: 하루 간격으로 식단 제공(격일 단식)
     • 고지방 식이군: 열량의 45%가 지방으로 구성된 식단 섭취
   • 실험 기간은 11개월로, 쥐는 중년(13~14개월)에 도달

2. 측정 항목 및 방법

   • 체중 변화: 11개월 동안 주기적으로 측정
   • 인지 기능
     • Barnes 미로 테스트: 학습 및 공간 기억 능력 평가
     • 공포 조건화 테스트: 맥락 기억 및 학습 능력 측정
   • 뇌 구조 변화
     • 해마의 CA1 피라미드 세포층 두께
     • 시냅스 단백질(Drebrin, Synaptophysin) 발현량
   • 운동 조정력 및 지구력
     • Rotarod 테스트로 평가
   • 산화 스트레스 지표
     • 4-HNE(산화 손상 표지), Nitrotyrosine(산화 스트레스 단백질)
   • 혈액 화학: 지질 수치(LDL, HDL, 콜레스테롤) 및 혈당, 알부민, 크레아티닌

 

 

그래프 설명

1. Body Weight (g)

• 의미: 그룹별 체중 변화
• 결과
  • Control: 정상 식이를 섭취한 쥐는 평균 체중 유지
  • Intermittent Fasting: 간헐적 단식 그룹에서 체중 증가가 억제됨
  • High Fat Diet: 고지방 식이를 섭취한 쥐는 비만으로 체중이 급격히 증가
• 의의: 간헐적 단식은 체중 관리에 효과적이며, 고지방 식단은 비만을 유발

2. Relative Oxidative Stress Level

• 의미: 산화 스트레스 수준 비교
• 결과
  • Control: 기준 수준의 산화 스트레스
  • Intermittent Fasting: 산화 스트레스가 감소하여 뇌 건강에 긍정적 영향을 미침
  • High Fat Diet: 산화 스트레스가 오히려 증가
• 의의: 간헐적 단식은 뇌 산화 손상을 줄이며, 고지방 식단은 뇌 건강에 위험 요소

3. Memory Performance Score

• 의미: 학습 및 기억 능력 비교
• 결과:
  • Control: 중간 수준의 기억 성과
  • Intermittent Fasting: 학습 및 기억 능력이 크게 향상됨
  • High Fat Diet: 기억 능력이 저조하게 나타남
• 의의: 간헐적 단식은 인지 능력을 강화하며, 고지방 식단은 학습 및 기억 능력 저하 가능성

4. CA1 Pyramidal Cell Layer Thickness

• 의미: 해마의 CA1 피라미드 세포층 두께로 뇌 구조 상태를 평가
• 결과
  • Control: 기본 수준의 두께
  • Intermittent Fasting: 피라미드 세포층 두께가 증가, 이는 뇌 구조 개선을 의미
  • High Fat Diet: 구조 변화가 관찰되지 않음
• 의의: 간헐적 단식은 뇌 구조 강화와 관련이 있으며, 고지방 식이는 영향을 미치지 않음

5. Exercise Tolerance

• 의미: 운동 조정력 및 지구력 비교
• 결과
  • Control: 중간 수준의 지구력
  • Intermittent Fasting: 지구력이 향상되어 운동 수행 능력이 개선됨
  • High Fat Diet: 지구력이 감소하여 운동 수행 능력 저하
• 의의: 간헐적 단식은 신체 기능 강화와 연관되며, 고지방 식이는 신체 능력 저하를 유발

 

연구 결과

1. 체중 변화

• 간헐적 단식군: 체중 증가가 억제되어 일반 식이군보다 낮은 체중 유지
• 고지방 식이군: 체중이 45% 증가하여 비만 상태로 전환

2. 인지 기능

• 간헐적 단식군
  • Barnes 미로와 공포 조건화 테스트에서 학습 및 기억 능력이 유의미하게 향상
  • 특히 단기 및 장기 기억에서 우수한 성과를 보임
• 고지방 식이군
  • 인지 기능 저하는 관찰되지 않았으나, 학습 능력 개선 효과도 없음

3. 뇌 구조 변화

• 간헐적 단식군
  • 해마 CA1 피라미드 세포층이 더 두꺼워짐
  • Drebrin 단백질 발현 증가, 이는 시냅스 안정성과 기억력 향상과 관련
• 고지방 식이군
  • 뇌 구조 변화 없음

4. 산화 스트레스 지표

• 간헐적 단식군
  • 뇌의 4-HNE 및 Nitrotyrosine 수치 감소
  • Glutathione/GSSG 비율 증가로 산화 스트레스 감소 효과 확인
• 고지방 식이군
  • 산화 스트레스 지표에 유의미한 변화 없음

5. 운동 조정력 및 지구력

• 간헐적 단식군: Rotarod 테스트에서 뛰어난 운동 조정력 및 지구력 향상
• 고지방 식이군: Rotarod 성능 저하, 운동 지구력 감소

6. 혈액 화학 수치

• 간헐적 단식군
  • 혈중 LDL, HDL, 콜레스테롤 및 중성지방 수치 감소
• 고지방 식이군
  • LDL 수치 및 LDL/HDL 비율 증가
  • 혈당 수치 감소

 

연구 결론

간헐적 단식은 뇌의 산화 스트레스를 줄이고 해마 구조와 학습 및 기억 능력을 향상시키는 데 효과적임을 보여준다. 특히, 비만 예방과 뇌 건강 보호를 동시에 제공할 수 있는 유망한 생활 방식으로 제안된다.