[논문]난소절제 흰쥐의 골격대사에 대한 식이 칼슘과 대두 이소플라본의 섭취효과

김민선; 이연숙

doi:10.3746/jkfn.2005.34.6.833

난소절제 흰쥐의 골격대사에 대한 식이 칼슘과 대두 이소플라본의 섭취효과
Effects of Dietary Calcium and Soy Isoflavones Supplementation on Bone Metabolism in the Ovariectomized Rats 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.34 no.6, 2005년, pp.833 - 839

김민선 (서울대학교 식품영양학과 생활과학연구소) , 이연숙 (서울대학교 식품영양학과 생활과학연구소)

초록
AI-Helper

본 연구는 난소절제 휜쥐를 이용하여 저$(0.1\%)$ 및 정상 $(0.5\%)$ 칼슘 식 이 에 대두 이소플라본 첨가수준을 달리 하여 급여했을 때 뼈 무기질 함량에 미치는 영향을 조사했으며 그 결과는 다음과 같다. 체중은 난소절제에 의해 증가하였고 식이 칼슘 및 대두 이소플라본의 첨가에 따른 효과는 없었다. 혈청 칼슘 농도는 난소절제, 식이 칼슘 및 대두 이소플라본에 의해 변화되지 않았으며 혈청 인의 농도는 정상 칼슘 식이 급여시 감소하였으나 정상 범위였고, 대두 이소플라본은 이에 영향을 미치지 않았다. 혈청 ALP활성은 난소절제에 의해 증가하였는데,그 정도는 저 칼슘 식이군에서 더 높았고 대두 이소플라본은 이를 변화시키지 못하였다. 혈청 TrACP활성은 난소절제, 식이 칼슘 및 대두 이소플라본에 따른 차이를 나타내지 않았다. 대퇴골 및 요추골의 무게 및 크기는 난소절제, 식이 칼슘, 대두 이소플라본에 의해 영향을 받지 않았다. 대퇴골의 파단력은 난소절제 에 의해 변화되지 않았으나 식이 칼슘은 이를 증가시켰다. 대퇴골 및 요추 골의 칼슘과 인의 함량은 난소절제에 의해 감소하였고 대두 이소플라본 80 ppm 첨가는 이를 증가시켰다. 식이 칼슘의 영향은 요추골에서 나타나 정상 칼슘식이를 급여했을 때 요추골의 칼슘과 인의 함량을 증가시켰다. 대두 이소플라본 160 ppm첨가는 뼈의 칼슘과 인의 함량을 증가시키지 않았다 이상의 결과로부터 난소절제한 흰쥐에서 대두 이소플라본 80 ppm을 첨가한 식이를 급여하면 뼈의 무기질 함량을 증가시킬 수 있으며 이런 효과는 식이 칼슘이 정상일 때 더 높은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 대두 이소플라본의 첨가는 폐경성 골다공증을 예방하는데 유효하며 섭취하는 칼슘이 결핍되지 않을 때 그 효과가 더 높을 가능성을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to demonstrate whether dietary Ca and the soy isoflavones supplementation could reduce the bone loss associated with estrogen deficiency. Nine week-old female rats (SD) were ovariectomized and then fed on diet of low $(0.1\%)$ or normal $(0.5\%)$ Ca supplemented with soy isoflavones (80 and 160 ppm) for 6 weeks. The ovariectomized and sham-operated rats showed normal serum Ca and P levels, and dietary Ca and soy isoflavones did not changed them. The serum alkaline phosphatase activity was increased in all ovariectomized rats, especially in the rats fed low Ca diet regardless of isoflavone supplementation. The serum tartrate-resistance acid phosphatase was not significantly different among the ovariectomized rats and were not changed by dietary Ca and isoflavones. Breaking force of femur was higher in the rats fed the nomral Ca diets and not statistically changed by soy isoflavone supplementation. Femoral and lumbar Ca and P contents decreased in the ovariectomized rats and the soy isoflavones-80 ppm supplementation significantly enhanced bone minerals, but the soy isoflavones-160 ppm supplementation did not. Dietary Ca increased lumbar Ca and P contents. The results of this study have suggested that the soy isoflavones 80 ppm supplementation could be sufficient to prevent bone loss in ovariectomized rats and normal Ca supplementation could enhance the effect of soy isoflavones on bone protection.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 난소절제 수술을 시행하여 폐경 기 여성과 생리적 특성을 유사하게 유도한 흰쥐에게 식이 칼슘과 대두 이소플라본의 수준을 달리하여 첨가했을 때 뼈 의 무기질 함량에 미치는 영향을 조사하고, 건강기능성 식품 개발에 있어서 칼슘제제에 첨가되는 대두 이소플라본의 적 정 섭취량을 제시하고자 실시하였다.
5 mg/d)의 genisteine 골손실을 감소시 키는데 conjugated estrogen만 큼 효과적이나 이보다 높은 수준은 효과가 없다고 하였다. 난소절제한 원숭이를 이용한 실험은 이소플라본의 효과를 보여 주는데 실 패 하였다. Jayo 등(9)과 Lees와 Ginn(10)은 난 소절제한 원숭이에 게 이소플라본이 풍부한 대두단백질을 급여했을 때 난소절제에 의해 대퇴골 및 요추골에서 칼슘과 인의 손실이 일어났으며 정상 칼슘 식이에 비해 저 칼슘 식 이를 급여 했을 때 골손실을 지 연시 키지 못하였으나 premarin 이나 estradiole 골손실을 예방하였다고 하였다.
이상의 결과로부터 난소절제한 횐쥐 에서 대두 이소플라 본 80 ppm을 첨가한 식이를 급여하면 뼈의 무기질 함량을 증가시킬 수 있으며 이런 효과는 식 이 칼슘이 정상일 때 더 높은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 대두 이소플라본의 첨가는 폐경성 골다공증을 예방하는데 유효하며 섭취하는 칼슘이 결핍되지 않을 때 그 효과가 더 높을 가능성을 제시 하였다.

가설 설정

2)Mean±SE of 6~8 rats a group.
3) NS: not significantly different.
3) NS: not significantly different.
4) NS- not significantly different.

제안 방법

대 퇴골의 파단력 은 Instron(Tensilon/PTM-4-100, TOYO BALDWIN Co. Ltd.)을 이용하여 crosshead speed 10 mm/ min, loadcell 100 kg 조건에서 길이의 중심부위 에서 일정하 게 측정하였다.
요추골의 칼슘함량은 식 이 칼슘의 영향을 받아 난소절 제 를 하고 저 칼슘 식 이를 급여 했을 때보다 정상 칼슘 식이를 급여했을 때 증가하였다. 대두 이소플라본 첨가에 따른 효과도 나타나 저 및 정상 칼슘 식 이에 대두 이소플라본 80 ppm을 첨가함으로써 요추골의 칼 슘함량을 증가시켰다. 그러나 대두 이소플라본 160 ppm의 첨가는 요추골의 칼슘함량을 증가시키지 못한 것으로 나타 났고 식이 칼슘과 대두 이소플라본의 상호작용은 없었다.
본 연구는 난소절제 흰쥐를 이용하여 저(0.1%) 및 정상 (0.5%) 칼슘 식이에 대두 이소플라본 첨가수준을 달리하여 급여했을 때 뼈 무기질 함량에 미치는 영향을 조사했으며 그 결과는 다음과 같다. 체중은 난소절제에 의해 증가하였고 식이 칼슘 및 대두 이소플라본의 첨가에 따른 효과는 없었다.
혈액은 경동맥에서 채취하여 냉장고에서 3~4시간 동안 방치한 후 3, 000 rpm에서 20분 간 원심분리하여 혈청을 얻었으며 분석 전까지 냉동보관 (-80℃)하였다. 뼈조직으로는 대퇴골과 요추골(L1 ~L4)을 적 출하여 근육, 지 방, 인대, 척 수 등을 모두 제거 한 후 습중량 과 길이를 측정하고 분석 전까지 냉동보관(-80℃)하였다.
실험동물은 서울대학교 실험동물사육장 내에 있는 사육 실에서 6주간 사육하였으며 사육실 환경온도는 22±2℃, 상 대습도 65±5%를 유지하였고 명암은 12시간 주기(light 7:00 am~7:00 pm)로 조절하였다. 식수로 탈이온수를 이용하였 고 실험 식이와 식수는 ad-libitum으로 급여하였으며 실험 기간동안 체중과 식이섭취량을 매주 측정하였다.
실험 식 이는 정 제 식 이 로서 기 본적 으로 AIN-93M pattern 을 따르고 지방 급원으로 우지 15%와 cholesterol 1%를 첨 가하였고 대두 이소플라본은 실험군에 따라 첨가수준을 달 리하였다(Table 1). 대두 이소플라본의 첨가수준은 genistein 1.
난소가 성숙되어 임신이 가능한 8주령의 흰쥐 암컷(Sprague-Dawley) 을 서울대학교 실험동물 사육장에서 구입하여 일반 배합사료로 1주간 사육한 뒤, sodium pentobarbital로 마취하여 양쪽 난소절제 수술을 실시하였다. 실험군은 식이 내 칼슘함량에 따라 두 군으로 나누고 또 이들을 대두 이소 플라본 첨 가수준에 따라 세군으로 나누어 총 6군으로 하였다. 즉 실험군을 저 칼슘 이소플라본 무첨가군(Low Ca-IF0), 저 칼슘 이 소플라본 80 ppm 첨가군(Low Ca-IF80), 저 칼슘 이 소플라본 160 ppm 첨가군(Low Ca-IF160), 정 상 칼슘 이 소플라본 무첨가군(Normal Ca-IFO), 정 상 칼슘 이소플라본 80 ppm 첨가군(Normal Ca-IF80), 정상 칼슘 이소플라본 160 ppm 첨가군(Normal CaTF160)으로 나누었다.
정상 대조군은 난소절제 수술군과 동일한 스트레스를 주 기 위하여 난소절제를 하지 않는 sham수술을 실시하였고 식이는 정상 칼슘 이소플라본 무첨가 식이를 급여하였다. 실험식이는 분말형태로 만들었으며 실험기간 중에는 냉장 고에 보관하면서 쥐 에게 급여하였다. 실험에 사용한 vitamin mixture는 AIN-93-VX로서 ICN Biochemicals(USA) 에서 구입하였고, mineral mixture는 칼슘을 제외한 AIN-93M- MX pattern과 같게 조제하여 사용하였으며, 칼슘은 CaCO₃ 를 사용하여 0.
정상 대조군은 난소절제 수술군과 동일한 스트레스를 주 기 위하여 난소절제를 하지 않는 sham수술을 실시하였고 식이는 정상 칼슘 이소플라본 무첨가 식이를 급여하였다. 실험식이는 분말형태로 만들었으며 실험기간 중에는 냉장 고에 보관하면서 쥐 에게 급여하였다.
실험군은 식이 내 칼슘함량에 따라 두 군으로 나누고 또 이들을 대두 이소 플라본 첨 가수준에 따라 세군으로 나누어 총 6군으로 하였다. 즉 실험군을 저 칼슘 이소플라본 무첨가군(Low Ca-IF0), 저 칼슘 이 소플라본 80 ppm 첨가군(Low Ca-IF80), 저 칼슘 이 소플라본 160 ppm 첨가군(Low Ca-IF160), 정 상 칼슘 이 소플라본 무첨가군(Normal Ca-IFO), 정 상 칼슘 이소플라본 80 ppm 첨가군(Normal Ca-IF80), 정상 칼슘 이소플라본 160 ppm 첨가군(Normal CaTF160)으로 나누었다. 실험동 물은 각 실험군당 6~8마리씩 배정하였다.
, Australia)5. 칼슘함량을 측정하였다.
혈청 중의 칼슘농도는 혈 액자동분석기 (Spotchem, KDKCo., Japan)을 이용하여 측정하였다. 요추골과 대퇴골은 550~ 600℃ 회화로에서 24시간정도 회화하여 얻은 회분을 6 N HC₁ 용액으로 용해한 후 LaCb로 희석 하여 원자흡광광도계 (atomic absorption spectrophotometer, GBC HG3000, GBC Scientific Equipment Pty Ltd.

대상 데이터

난소가 성숙되어 임신이 가능한 8주령의 흰쥐 암컷(Sprague-Dawley) 을 서울대학교 실험동물 사육장에서 구입하여 일반 배합사료로 1주간 사육한 뒤, sodium pentobarbital로 마취하여 양쪽 난소절제 수술을 실시하였다. 실험군은 식이 내 칼슘함량에 따라 두 군으로 나누고 또 이들을 대두 이소 플라본 첨 가수준에 따라 세군으로 나누어 총 6군으로 하였다.
실험동물은 서울대학교 실험동물사육장 내에 있는 사육 실에서 6주간 사육하였으며 사육실 환경온도는 22±2℃, 상 대습도 65±5%를 유지하였고 명암은 12시간 주기(light 7:00 am~7:00 pm)로 조절하였다. 식수로 탈이온수를 이용하였 고 실험 식이와 식수는 ad-libitum으로 급여하였으며 실험 기간동안 체중과 식이섭취량을 매주 측정하였다.
실험식이는 분말형태로 만들었으며 실험기간 중에는 냉장 고에 보관하면서 쥐 에게 급여하였다. 실험에 사용한 vitamin mixture는 AIN-93-VX로서 ICN Biochemicals(USA) 에서 구입하였고, mineral mixture는 칼슘을 제외한 AIN-93M- MX pattern과 같게 조제하여 사용하였으며, 칼슘은 CaCO₃ 를 사용하여 0.1 %수준(저 칼슘군)과 0.5 %수준(정 상칼슘군) 으로 첨가하였다. 이소플라본은 알콜 추출물로서 Archer Da- niels Midland Co.
5 %수준(정 상칼슘군) 으로 첨가하였다. 이소플라본은 알콜 추출물로서 Archer Da- niels Midland Co. (USA)의 Novasoy Isoflavone Compound 152-400을 P사로부터 제공받아 사용하였다.

데이터처리

3) Values with different superscript within a column are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.
4) Values with different superscript within a column are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.
4)Values with different superscript within a column are significantly different at p<0.05 by Duncan*s multiple range test.
실험결과는 평균과 표준오차로 나타내었으며, SAS pro- grarn을 이용하여 정상 대조군 및 실험군간의 유의성을 ANO- VA test 후 Duncans multiple range test로 검증하였으며, 식 이 칼슘과 isoflavone의 수준에 따른 상호작용을 조사하기 위해 2-way ANOVA를 이용하였다.

이론/모형

실험 식 이는 정 제 식 이 로서 기 본적 으로 AIN-93M pattern 을 따르고 지방 급원으로 우지 15%와 cholesterol 1%를 첨 가하였고 대두 이소플라본은 실험군에 따라 첨가수준을 달 리하였다(Table 1). 대두 이소플라본의 첨가수준은 genistein 1.0 mg/day을 급여시켰을 때 골손실의 감소가 일어났다는 Anderson 등(14)의 연구와 대두추출물 65 ppm을 급여 시 켰 을 때 혈청지질 저 하가 일어났음을 보고한 Balmir 등(15)의 연구를 참고하여 결정하였다.
혈청의 인농도는 인산몰리브덴산을 이용한 영동제약 kit 을 이용하여 비 색 법 (spectrophotometer, Beckman DU-650, USA)으로 측정하였다. 요추골과 대퇴골에서 인의 함량은 골조직을 회화시 켜 용해한 용액을 탈이 온수로 희석하여 Fisk 와 Subbarow(16) 방법을 이용하여 비색법(spectrophotome- ter, Beckman DU-650, US A) 으로 측정하였다.
혈청의 alkaline phosphatase 및 tartrate-resistant acid phosphatase 활성은 Kind-King법을 이용한 kit(영동제약) 을 사용하여 비 색법 (spectrophotometer, Beckman DU-650, USA)으로 측정하였다.
혈청의 인농도는 인산몰리브덴산을 이용한 영동제약 kit 을 이용하여 비 색 법 (spectrophotometer, Beckman DU-650, USA)으로 측정하였다. 요추골과 대퇴골에서 인의 함량은 골조직을 회화시 켜 용해한 용액을 탈이 온수로 희석하여 Fisk 와 Subbarow(16) 방법을 이용하여 비색법(spectrophotome- ter, Beckman DU-650, US A) 으로 측정하였다.

성능/효과

요추골의 인 함량은 난소절제 에 의해 감소하였고 식 이 칼슘의 영 향으 로 그 정도가 저 칼슘 식이군에서 더 큰 것으로 나타났다. 대두 이소플라본은 요추골의 인 함량을 증가시 켰는데, 특히 80 ppm을 정상 칼슘 식 이에 첨 가했을 때 그 효과가 두드러 지 게 나타났으며, 식이 칼슘과 이소플라본의 상호작용이 있는 것으로 나타났다. 대두 이 소플라본 160 ppm 첨가는 인의 함량을 증가시키지 않는 것으로 나타났다.
Arjmandi 등 (6)도 대두단백질의 골손실 보호효과는 골분해를 저해시키 기보다는 골형성을 촉진시킴으로써 일어난다고 하였다. 본 연구의 결과도 대두 이소플라본의 첨가가 대퇴골 및 요추골 의 칼슘과 인의 손실 을 감소시 키 나 혈 청 ALP와 TrACP활성을 감소시키지 않은 것으로 나타나 에스트로젠과는 다른 기 전으로 골손실을 막은 것으로 생각된다.
본 연구의 결과에서도 대퇴골의 칼슘함량이 대두 이소플 라본 80 ppm 첨가에 의해 증가된 반면 대두 이소플라본 160 ppm 첨 가는 칼슘함량을 증가시 키 지 못하였다. 그러나 Jeffery 등(22)은 대두 및 카제인 식이에 이소플라본을 고 수준으로 첨가했을 때 대퇴골 및 요추골의 bone mineral density을 증가시켰으나 저 수준의 이소플라본과 대두단백질은 그런 효과를 보이지 않았다고 하였다.
난소절제 수술 후 저 및 정상 칼슘 식이에 대두 이소플라 본의 첨가수준을 달리하여 급여한 흰쥐의 체중증가량 및 식 이 섭 취 량을 Table 2에 제 시 하였다. 실험 시 작시 의 체 중은 정 상 대조군 및 실험군간에 차이가 없었으나 종료시의 체중 및 체중증가량은 난소절제에 의해 증가하였으며 식이 칼슘 및 대두 이소플라본 수준에 따른 차이는 없었다. 그러나 식 이 섭 취 량은 난소절제 에 의한 차이를 보이지 않았고 식 이 칼 슘 및 대두 이소플라본의 수준에 의 해서도 영향을 받지 않았다.
대두 이소플라본은 대퇴골 칼슘함량에 영향을 미치는 것으로 나타났는더], 대두 이소플 라본 80 ppm을 첨 가했을 때 증가되 었으나 대두 이소플라본 160 ppm의 첨가는 저 및 정상 칼슘 식이에서 모두 대퇴골의 칼슘함량을 변화시 키지 못했다. 요추골의 칼슘함량은 식 이 칼슘의 영향을 받아 난소절 제 를 하고 저 칼슘 식 이를 급여 했을 때보다 정상 칼슘 식이를 급여했을 때 증가하였다. 대두 이소플라본 첨가에 따른 효과도 나타나 저 및 정상 칼슘 식 이에 대두 이소플라본 80 ppm을 첨가함으로써 요추골의 칼 슘함량을 증가시켰다.
이런 결과로부터 대퇴골 및 요추골의 칼슘과 인 함량은 난소절제에 의해 감소되었으며, 저 및 정상 칼슘 식이에 대 두 이소플라본 80 ppm 첨가는 대퇴골 및 요추골의 칼슘 및 인 함량을 증가시키며, 그 효과는 정상 칼슘 식이에서 더 두드러 지 게 나타났으며 , 대두 이 소플라본 160 ppm 첨 가는 이와 같은 효과가 없는 것으로 나타났다.
대두 이소플라본 160 ppm 첨가는 뼈 의 칼슘과 인의 함량을 증가시 키지 않았다. 이상의 결과로부터 난소절제한 횐쥐 에서 대두 이소플라 본 80 ppm을 첨가한 식이를 급여하면 뼈의 무기질 함량을 증가시킬 수 있으며 이런 효과는 식 이 칼슘이 정상일 때 더 높은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 대두 이소플라본의 첨가는 폐경성 골다공증을 예방하는데 유효하며 섭취하는 칼슘이 결핍되지 않을 때 그 효과가 더 높을 가능성을 제시 하였다.
혈청 ALP활성은 난소절제에 의해 증가하였는데, 저 칼슘 식이군에서 유의적으로 높았고 정상 칼슘 식이군에서는 유 의적 인 차이를 보이지 않았다. ALP활성은 대두 이소플라본 첨가에 의해 변화되지 않았고 식이 칼슘의 영향을 받아 저 칼슘 식 이 군에 비해 정 상 칼슘 식 이군에서 감소하였으나 식 이 칼슘과 대두 이소플라본간의 상호작용은 없었다.
혈청 인의 농도는 정상 대조군에 비해 정상 칼슘 식이군에서 유의적으로 낮았고 저 칼슘 식이군은 정상 대조군과 차이가 없었다. 혈청 칼슘과 인의 수치는 모두 정 상 수준인 것으로 나타났고 대두 이소플라본 첨가에 따른 변화는 나타나지 않았다.

후속연구

칼슘 섭취는 골질량에 영향을 미치며, 특히 폐경기 여성 에서 칼슘 섭 취의 부족은 골손실을 증가시켜 골다공증의 원 인이 된다. 따라서 칼슘섭취 수준에 따라 대두 이소플라본의 섭 취 효과가 다르게 나타날 가능성 과 대두 이소플라본과 식 이 칼슘과의 상호보완효과의 가능성도 있을 것으로 사료된다.

참고문헌 (24)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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