Multiple Low Dose Streptozotocin으로 유도된 당뇨 흰쥐에서 투여 시기에 따른 인삼의 항당뇨 활성 비교 Comparisons of Antidiabetic Effect of Panax Ginseng on MLD STZ-induced Diabetic rats in Terms of Time of Administration원문보기
MLD STZ로 당뇨를 유발시킨 SD rat에서 투여 시기에 따른 백삼의 항당뇨 활성을 비교한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 동시 투여군은 실험 시작 초반에 체중이 감소하는 듯 하였다가 당뇨 대조군에 비하여 현저히 체중이 증가하였고 후 투여군 역시 백삼의 투여에 의하여 체중이 증가하였다. 2. 동시 투여군에서 STZ 투여 후 초반 7일간 혈당이 상승 하였으나 곧 탁월한 혈당 강하 활성을 나타내었으며 또한 계속적:인 당뇨병의 진행을 막아주었다. 후 투여군에서는 즉각적으로 혈당 강하 활성이 나타났고 이는 투여 종료 시점까지 유지되었다. 3. 동시 투여군과 후 투여군 모두 식이량과 음용수 섭취량을 개선시켜 주었다. 4. 동시 투여군과 후 투여군은 모두 체중 대비 신장 무게의 비를 낮추어 줌으로써 고혈당으로 인해 야기되는 신장비대를 개선시켜 주었다. 5. STZ로 유도된 당뇨 흰쥐에서 백삼이 혈당 강하 활성을 나타내는 것은 췌장 베타세포의 보호 활성과 insulin의 분비 촉진과 관련이 있을 것으로 추측된다. 6. 각 투여군에서 투여 종료시점의 혈당이 당뇨 대조군에 비하여 각각 64%, 67%수준을 나타내어 백삼이 당뇨병이 발생되기 전이나 혹은 당뇨병이 발생된 후에 투여되더라도 우수한 혈당강하 효과를 나타낼 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 인삼은 impaired glucose tolerance(IGT)를 나타내는 사람에서 당뇨병의 발병을 예방할 목적으로 투여할수 있을 뿐만 아니라 이미 당뇨병이 발병된 사람에서도 우수한 혈당 강하 활성을 나타내어 치료제로서의 가능성도 보여주었다.
MLD STZ로 당뇨를 유발시킨 SD rat에서 투여 시기에 따른 백삼의 항당뇨 활성을 비교한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 동시 투여군은 실험 시작 초반에 체중이 감소하는 듯 하였다가 당뇨 대조군에 비하여 현저히 체중이 증가하였고 후 투여군 역시 백삼의 투여에 의하여 체중이 증가하였다. 2. 동시 투여군에서 STZ 투여 후 초반 7일간 혈당이 상승 하였으나 곧 탁월한 혈당 강하 활성을 나타내었으며 또한 계속적:인 당뇨병의 진행을 막아주었다. 후 투여군에서는 즉각적으로 혈당 강하 활성이 나타났고 이는 투여 종료 시점까지 유지되었다. 3. 동시 투여군과 후 투여군 모두 식이량과 음용수 섭취량을 개선시켜 주었다. 4. 동시 투여군과 후 투여군은 모두 체중 대비 신장 무게의 비를 낮추어 줌으로써 고혈당으로 인해 야기되는 신장비대를 개선시켜 주었다. 5. STZ로 유도된 당뇨 흰쥐에서 백삼이 혈당 강하 활성을 나타내는 것은 췌장 베타세포의 보호 활성과 insulin의 분비 촉진과 관련이 있을 것으로 추측된다. 6. 각 투여군에서 투여 종료시점의 혈당이 당뇨 대조군에 비하여 각각 64%, 67%수준을 나타내어 백삼이 당뇨병이 발생되기 전이나 혹은 당뇨병이 발생된 후에 투여되더라도 우수한 혈당강하 효과를 나타낼 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 인삼은 impaired glucose tolerance(IGT)를 나타내는 사람에서 당뇨병의 발병을 예방할 목적으로 투여할수 있을 뿐만 아니라 이미 당뇨병이 발병된 사람에서도 우수한 혈당 강하 활성을 나타내어 치료제로서의 가능성도 보여주었다.
In this study, we like to examine whether Panax ginseng water extract (PGWE) exerts antidiabetic activities in prevention and treatment modes in multiple low dose (MLD) streptozotocin (STZ) (20 mg/kg i.p injection for 5 days) induced diabetic SD rats. In the prevention mode,150 mg/kg of GRWE was adm...
In this study, we like to examine whether Panax ginseng water extract (PGWE) exerts antidiabetic activities in prevention and treatment modes in multiple low dose (MLD) streptozotocin (STZ) (20 mg/kg i.p injection for 5 days) induced diabetic SD rats. In the prevention mode,150 mg/kg of GRWE was administered intraperitoneally with STG for 3 weeks, and this group is called CO 150. In the treatment mode, we started to administer the same dose of PGWE on day 8 and for 3 weeks, and this group is called POST150. PGWE exerted significant hypoglycemic activities in both prevention (normal control, 97 ${\pm}$ 6 mg/dl; diabetic control, 331${\pm}$23; CO150, 211${\pm}$37) and treatment groups (normal control, 128${\pm}$4 mg/dl; diabetic control, 392${\pm}$33: POST150, 263${\pm}$44). Of great importance is the fact that plasma insulin levels in both groups were markedly increased as compared to the diabetic control (normal control,428.7${\pm}$62.1 pg/dl; diabetic control, 167.0${\pm}$91.7; CO150, 377.6${\pm}$68.7 in prevention mode, and in treatment mode normal control 417.9${\pm}$84.6 pg/dl; diabetic control, 166.1${\pm}$104.7; POST150, 315.2${\pm}$47.4). Blood glucose levels were closely associated with plasma insulin levels, and this result may suggest that PGWE showed the activity to enhance insulin secretion as well as preventing destruction of pancreatic islet cells. Food and water intakes were also determined at the last week of treatment i n both groups. Characteristic symptoms of diabetes were significantly improved in both groups. In the prevention mode, water intake (ml/rat/day) in normal control was increased from 30.6${\pm}$1.5 to 122.2${\pm}$3.4 in diabetic control rats. In the CO150-treated group, water intake was dramatically reduced to 68.3${\pm}$4.4 (p<0.001 vs. diabetic control). In the treatment mode, POST-treated group also reduced the water intake from 128.9${\pm}$2.2 to 113.3${\pm}$1.7. Taken together, our data suggest that PGWE showed comparable antidiabetic activities in prevention and treatment modes. Therefore, PGWE may have a potential as a prophylactic as well as therapeutic agent fur type 2 diabetes mellitus (T2DM).
In this study, we like to examine whether Panax ginseng water extract (PGWE) exerts antidiabetic activities in prevention and treatment modes in multiple low dose (MLD) streptozotocin (STZ) (20 mg/kg i.p injection for 5 days) induced diabetic SD rats. In the prevention mode,150 mg/kg of GRWE was administered intraperitoneally with STG for 3 weeks, and this group is called CO 150. In the treatment mode, we started to administer the same dose of PGWE on day 8 and for 3 weeks, and this group is called POST150. PGWE exerted significant hypoglycemic activities in both prevention (normal control, 97 ${\pm}$ 6 mg/dl; diabetic control, 331${\pm}$23; CO150, 211${\pm}$37) and treatment groups (normal control, 128${\pm}$4 mg/dl; diabetic control, 392${\pm}$33: POST150, 263${\pm}$44). Of great importance is the fact that plasma insulin levels in both groups were markedly increased as compared to the diabetic control (normal control,428.7${\pm}$62.1 pg/dl; diabetic control, 167.0${\pm}$91.7; CO150, 377.6${\pm}$68.7 in prevention mode, and in treatment mode normal control 417.9${\pm}$84.6 pg/dl; diabetic control, 166.1${\pm}$104.7; POST150, 315.2${\pm}$47.4). Blood glucose levels were closely associated with plasma insulin levels, and this result may suggest that PGWE showed the activity to enhance insulin secretion as well as preventing destruction of pancreatic islet cells. Food and water intakes were also determined at the last week of treatment i n both groups. Characteristic symptoms of diabetes were significantly improved in both groups. In the prevention mode, water intake (ml/rat/day) in normal control was increased from 30.6${\pm}$1.5 to 122.2${\pm}$3.4 in diabetic control rats. In the CO150-treated group, water intake was dramatically reduced to 68.3${\pm}$4.4 (p<0.001 vs. diabetic control). In the treatment mode, POST-treated group also reduced the water intake from 128.9${\pm}$2.2 to 113.3${\pm}$1.7. Taken together, our data suggest that PGWE showed comparable antidiabetic activities in prevention and treatment modes. Therefore, PGWE may have a potential as a prophylactic as well as therapeutic agent fur type 2 diabetes mellitus (T2DM).
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문제 정의
Cotreatment 그룹에서는 인삼의 고혈당 유도에 대한 예방 효 과를(prevention mode), posttreatment 그룹에서는 인삼의 고 혈당에 대한 치료 효과(treatment mode)를 볼 목적으로 본 실험을 진행하였다.
이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 저용량의 streptozoto- cin(STZ)을 5일간 SD계 흰쥐에 복강 투여하여 얻은 고혈당 당뇨 질환 모델에서 인삼의 투여시기에 따른 혈당 강하 활성을 비교해 보았다. 곧 STZ와 인삼 물 추출물을 동시에 투여 한 그룹을 cotreatment 그룹으로, STZ로 고혈당이 유도된 후 인삼을 투여한 그룹을 posttreatment 그룹으로 명명하였다.
제안 방법
당뇨병 환자와 당뇨 동물 모델에서 초기 신장병증은 조직 학적으로 사구체의 비대와 기저막의 비후가 특징적으로 나타 나며 13)이러한 변화가 mesangium의 생리적인 기능, 특히 사구 체 여과의 조절 기능을 방해하는 것으로 추측하고 있다.'4)본 실험에서는 이러한 사구체의 비대를 거시적으로 확인하기 위하여 각각 백삼의 투여가 끝난 후 capsule을 제거한 신장의 무게 를 측정하고 kidney hypertrophy index로서 체중대비 신장무게 의 비를 계산하였다(Eible 2). 당뇨 대조군의 경우 체중 대비 신장 무게의 비가 0.
14시간 절식시킨 SD rat에 STZ(10mM citrate buffer, pH4.5에 녹임) 20 ㎎/㎏ 용량을 복강으로 총 5일간 투여하는 방식으로“)고혈당을 유도하였으며 당뇨는 6시간 절식 후 240 mg/d/ 이상의 혈당으로 정의하였다.
3일에 한번씩 체중의 변화를 측정하였고, 안와 채혈하여 얻어진 혈액으로부터 혈당을 측정하였고 투여 3주 후 채취한 혈액에서는 혈당과 insulin 수치를 측정하였다. 식이 및 음용 수 섭취량 역시 3주째에 측정하였다.
3주간의 백삼 투여가 STZ로 유도된 당뇨 흰쥐의 체중, 혈당, 식이 및 음용수 섭취량 그리고 신장 비대 지표에 미치는 영향을 살펴본 결과 아래와 같은 결과를 얻었다.
이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 저용량의 streptozoto- cin(STZ)을 5일간 SD계 흰쥐에 복강 투여하여 얻은 고혈당 당뇨 질환 모델에서 인삼의 투여시기에 따른 혈당 강하 활성을 비교해 보았다. 곧 STZ와 인삼 물 추출물을 동시에 투여 한 그룹을 cotreatment 그룹으로, STZ로 고혈당이 유도된 후 인삼을 투여한 그룹을 posttreatment 그룹으로 명명하였다.
당뇨가 유도되는 과정에서 백삼을 투여하는 것과 당뇨가 유 도된 후 백삼을 투여하는 두 가지 방법 중 보다 효과적인 투 여 시점을 살펴보기 위하여 각각 투여가 종료된 시점에서의 혈당과 insulin 수치를 Table 1에 나타내었다. 그 결과 동시 투여군은 당뇨 대조군에 비하여 혈당을 36% 낮춘 반면 후 투여군의 경우는 33% 혈당을 낮추어 주었다.
2. 실험동물
실험실에서 자유로이 먹이와 물을 섭취한 후 일주일에 다음과 같이 군을 나누어 본 실험에 착수하였다: vehicle로 물만 투여한 정상 대조군(NC), STZ를 투여하여 당뇨를 유발시킨 당뇨 대조군(DC), STZ 투여 시작과 동시에 백삼 물 추출물 을 투여한 동시 투여군(CO150), STZ를 5일간 투여하여 고 혈당을 유발시킨 뒤 백삼을 투여한 후 투여군(POST150). 백 삼은 동시 투여군과 후 투여군 모두 150 ㎎/㎏의 용량으로 복강을 통하여 매일 일정한 시간에 투여하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 인삼 시료는 (주) 일화 중앙연구소로부터 공급 받은 백삼 농축액을 동결 건조하여 사용하였다. 본 실험에 사용한 6주령의 수컷 Sprague-Dawley(SD) rate 한림실 험동물(화성, 대한민국)에서 구입하여 1주일 간 실험실에 적 응시킨 후 사용하였다.
본 실험에 사용한 인삼 시료는 (주) 일화 중앙연구소로부터 공급 받은 백삼 농축액을 동결 건조하여 사용하였다. 본 실험에 사용한 6주령의 수컷 Sprague-Dawley(SD) rate 한림실 험동물(화성, 대한민국)에서 구입하여 1주일 간 실험실에 적 응시킨 후 사용하였다.
데이터처리
모든 실험 결과들은 mean士SE로 나타내었고 통계 처리는 Student's t-test를 실시하여 p<0.05를 기준으로 유의성 여부를 판정하였다.
이론/모형
혈액 지표 분석을 위한 혈액 채취는 안와 정맥을 통해 채 혈하여 3, 000 rpm에서 15분간 원심분리 후 얻어진 혈장을 사용하였다. 혈장 포도당 농도는 glucose oxidase method12* 를 이용한 Trinder kit(Sigma Diagnostic, St. Louis, USA) 을 사용하여 측정하였고 혈장 insulin 농도는 anti-rat insulin antibody를 사용한 insulin enzyme immunoassay kit(Rat Insulin ELISA KIT, Shibayagi, Japan)을 이용하여 측정하였다.
성능/효과
1. 동시 투여군은 실험 시작 초반에 체중이 감소하는 듯 하 였다가 당뇨 대조군에 비하여 현저히 체중이 증가하였고 후 투여군 역시 백삼의 투여에 의하여 체중이 증가하였다.
2. 동시 투여군에서 STZ 투여 후 초반 7일간 혈당이 상승 하였으나 곧 탁월한 혈당 강하 활성을 나타내었으며 또한 계속적인 당뇨병의 진행을 막아주었다. 후 투여군에서는 즉 각적으로 혈당 강하 활성이 나타났고 이는 투여 종료 시점 까지 유지되었다.
3. 동시 투여군과 후 투여군 모두 식이량과 음용수 섭취량을 개선시켜 주었다.
Insulin 수치의 경우는 다음과 같았다. 3주째에 당뇨 대조군이 167.0±21.7 pg/mZ로서 정상 대조군에 비해 insulin 수치가 유의적으로 낮은 것(P<0.05)에 반해 백삼 동시 투여군은 377.6±68.7 pg/ m/의 인슐린 수치를 나타내었다, 한편 4주에는 당뇨 대조군이 166.1 ±104.7 pg/mZ로서 정상 대조군에 비해 insulin 수치가 유의적으로 낮은 것(p<0.05)에 반해 후 투여군은 315.2+47.4 pg/mZ의 수치를 나타내어 역시 당뇨 대조군과 유의적인 차이를 보여주었다(P<0.05). 동시 투여군에서 인삼이 당뇨 대조군 에 비해 인슐린치를 두배 이상 올린 것은 STZ 투여로 인해 췌장 소도세포의 베타세포가 파괴되는 것을 인삼이 차단한 결과가 아닌가 사료되며, 반면 후 투여군에서 인삼 투여군의 인 슐린치가 높은 것은 아직 인슐린 분비능력을 가지고 있는 베 타세포들을 자극한 결과가 아닌가 추측된다.
4. 동시 투여군과 후 투여군은 모두 체중 대비 신장 무게의 비를 낮추어 줌으로써 고혈당으로 인해 야기되는 신장비대 를 개선시켜 주었다.
5. STZ로 유도된 당뇨 흰쥐에서 백삼이 혈당 강하 활성을 나타내는 것은 췌장 베타세포의 보호 활성과 insulin의 분비 촉진과 관련이 있을 것으로 추측된다.
6. 각 투여군에서 투여 종료시점의 혈당이 당뇨 대조군에 비하여 각각 64%, 67% 수준을 나타내어 백삼이 당뇨병이 발 생되기 전이나 혹은 당뇨병이 발생된 후에 투여되더라도 우수한 혈당강하 효과를 나타낼 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 인삼은 impaired glucose tolerance(IGT) 를 나타내는 사람에서 당뇨병의 발병을 예방할 목적으로 투여할 수 있을 뿐만 아니라 이미 당뇨병이 발병된 사람에서도 우수한 혈당 강하 활성을 나타내어 치료제로서의 가능성도 보여주었다.
05). STZ 투여 4주째에는 당뇨 대조군이 정상 대조군에 비해서 체중이 유의적으로 감소한(P<0.001) 반면 신장의 무게 는 유의적으로 증가하여 (P<0.05) 결과적으로 체중 대비 신장 무게의 비는 0.59±0.03%로 정상 대조군 0.31 ±0.01%에 비하여 유의적인 증가를 나타내었는데(P<0.001) 이것이 백삼의 후 투여에 의하여 0.43±0.01%로 통계적으로 유의하게 감소하였 다(P<0.01). 이 결과로부터 인삼은 고혈당의 발병을 예방 혹은 치료하는 활성을 나타냄으로 고혈당으로 인해 야기되는 사구 체 비대로 인한 신장 기능의 병변을 치료할 수 있음을 시사하였다.
당뇨가 유도되는 과정에서 백삼을 투여하는 것과 당뇨가 유 도된 후 백삼을 투여하는 두 가지 방법 중 보다 효과적인 투 여 시점을 살펴보기 위하여 각각 투여가 종료된 시점에서의 혈당과 insulin 수치를 Table 1에 나타내었다. 그 결과 동시 투여군은 당뇨 대조군에 비하여 혈당을 36% 낮춘 반면 후 투여군의 경우는 33% 혈당을 낮추어 주었다. Insulin 수치의 경우는 다음과 같았다.
이와 같은 혈당의 변화에서 볼 때 백삼의 항당뇨 효과는 투여한지 2주일째에 가장 크게 나타나며 백삼을 투여하는 동안은 혈당이 일정하게 유지되는 것을 알 수 있었다. 또한 동시 투여군이나 후 투여군 모두에서 당뇨 대조군과 비교 시 유의한 혈당강하 활성을 보이는 것으로 보아 인삼은 고혈당 예방뿐만 아니라 고혈당을 치료하는 약효도 있음을 본 실험을 통하여 확인하였다.
2에서 보는 바와 같이 당뇨 대조군은 STZ 투겨 7일 후부터 250 mg/d/ 이상의 고혈당이 유발되어 실험기간 동안 유지되었다. 백삼 동시 투여군은 실험 시작 후 7일 동안은 당뇨 대조군과 동일한 경향으로 혈당이 상승하다 가 7일째부터 감소하기 시작하여 투여 14일째에는 187±52.5mg/d/의 실험 기간 중 가장 낮은 혈당 수치를 나타내었고 투 여가 끝난 21일째에는 211±37.3 mg/m/의 혈당치를 나타내 어 당뇨 대조군과 유의적인 차이를 보여주었다(P<0.05). 후 투여군의 경우에는 316±8.
05). 이 결과로부터 백삼은 고혈당이 유도되는 단계나 고혈당이 이미 발달된 단계에 상관없이 고혈당으로 인해 야기 되는 처중 감소 현상을 개선시키는 활성이 탁월함을 알 수 있었다. 또한 고혈당 유도로 인한 체중 감소가 백삼 투여군 모두에서 탁월하게 개선된 것으로 보아 본 실험에서 사용한 백삼의 용량은 부작용을 일으킬 만한 고용량은 아니라고 판단 되나 차후 인삼 투여 용량에 따른 장기에 미치는 영향이 검 토되면 좋을 것이다.
01). 이로부터 백삼은 투여 시기에 상관없이 당:丘의 대표 적인 증상인 다식(多食)과 다음(多飮) 현상을 개선시켜 주는 것을 알 수 있었다.
05). 이와 같은 혈당의 변화에서 볼 때 백삼의 항당뇨 효과는 투여한지 2주일째에 가장 크게 나타나며 백삼을 투여하는 동안은 혈당이 일정하게 유지되는 것을 알 수 있었다. 또한 동시 투여군이나 후 투여군 모두에서 당뇨 대조군과 비교 시 유의한 혈당강하 활성을 보이는 것으로 보아 인삼은 고혈당 예방뿐만 아니라 고혈당을 치료하는 약효도 있음을 본 실험을 통하여 확인하였다.
1에서 보는 바와 같이 정상 대조군에 비해 당뇨 대조군은 STZ에 의한 영향으로 체중이 거의 증가하지 않았다. 한편 백삼 동시 투여군 역시 투여 10일째 까지는 체중 이 거의 증가하지 않았으나 11일째부터 서서히 증가하기 시 작하여 14일째부터는 당뇨 대조군과 비교시 유의하게 체중 증가 현상을 보였고 백삼의 투여가 끝난 21일째에는 223±19.6 kg까지 증가하여 당뇨 대조군과 통계적으로 유의한 차이를 보여주었다(P<0.01). 후 투여군의 경우에는 유도된 고혈당 의 영향으로 체중이 158±12.
동시 투여군에서 STZ 투여 후 초반 7일간 혈당이 상승 하였으나 곧 탁월한 혈당 강하 활성을 나타내었으며 또한 계속적인 당뇨병의 진행을 막아주었다. 후 투여군에서는 즉 각적으로 혈당 강하 활성이 나타났고 이는 투여 종료 시점 까지 유지되었다.
05). 후 투여군의 경우에는 316±8.3 mg/dZ의 혈당에서 출발하여 투 여 2주일만인 21일째에 실험 기간 중 가장 낮은 혈당 수치 인 226±41.6 mg/d/를 기록하였으며 투여가 끝난 28일째에는 263±44.1 mg/d/의 혈당치를 나타내어 당뇨 대조군과 유의적인 차이를 보여주었다(P<0.05). 이와 같은 혈당의 변화에서 볼 때 백삼의 항당뇨 효과는 투여한지 2주일째에 가장 크게 나타나며 백삼을 투여하는 동안은 혈당이 일정하게 유지되는 것을 알 수 있었다.
후속연구
이 결과로부터 백삼은 고혈당이 유도되는 단계나 고혈당이 이미 발달된 단계에 상관없이 고혈당으로 인해 야기 되는 처중 감소 현상을 개선시키는 활성이 탁월함을 알 수 있었다. 또한 고혈당 유도로 인한 체중 감소가 백삼 투여군 모두에서 탁월하게 개선된 것으로 보아 본 실험에서 사용한 백삼의 용량은 부작용을 일으킬 만한 고용량은 아니라고 판단 되나 차후 인삼 투여 용량에 따른 장기에 미치는 영향이 검 토되면 좋을 것이다.
참고문헌 (14)
Morkdad, A. H., Ford, E. S., Bowman, B. A., Nelson, D. E., Engelgau, M. M., Victor, F. and Marks, J. S. : Diabetes Care 23, 1278 (2000)
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