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문제 정의
- 본 연구는 STZ으로 유발된 제1형 당뇨모델 흰쥐에게 소맥엽을 식이에 첨가하여 3주간 투여한 후 당뇨병과 이로 인한 합병증과 관련되는 체내 지질대사 변화에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 당뇨병에서 일반적으로 보이는 혈당증가, 체중감소, HbA1C증가, 그리고 식이섭취량 및 식이효율증가등이 소맥엽 5.
- 본 연구에서는 금강 소맥엽 (Triticum aestivum sprout; TA)의 섭취가 당뇨 유발 흰쥐의 혈당 및 지질대사에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
가설 설정
- 3) Values with asterisk are significantly different at p<0.05 the diabetic groups received with/without Triticum aestivum sprout.
제안 방법
- 3일 간격으로 실험동물의 미정맥으로부터 소량의 혈액을 채취하여 혈당 측정기기 ACCU-CHECK(Roche Diagnostics GmbH, Germany)를 이용하여 혈중 포도당 농도를 측정하였다. 당화혈색소 농도 (HbA1C)는 시료를 3주간 투여하고, 실험 종료일에 마우스로부터 얻은 혈액을 Helena laboratories kit(Helena laboratory, Texas)를 사용하여 microcolumn chromatography로 측정하였다.
- 체중 증가량은 3일 간격으로 일정시간에 전 실험기간동안 측정하였으며, 식이섭취량은 사료 감소량을 1주일간격으로 측정하고 1일 평균 식이섭취량을 산출하였다. 그리고 식이이용효율은 실험 기간 동안 체중증가량을 같은 기간에 섭취한 식이량으로 나누어 계산하였다.
- 당뇨실험동물에서 식이섭취량의 증가는 일반적인 증상이다. 당뇨실험군에서 식이섭취량과 식이이용효율(FER)은 1주간 섭취한 1일 평균값으로 3주간 측정하였다(Table 3). 모든 당뇨실험군에서 식이섭취량은 정상군에 비하여 높은 수치를 나타냈고, 반면에 식이이용효율은 정상대조군이 당뇨실험군에 비해 높았다.
- 3일 간격으로 실험동물의 미정맥으로부터 소량의 혈액을 채취하여 혈당 측정기기 ACCU-CHECK(Roche Diagnostics GmbH, Germany)를 이용하여 혈중 포도당 농도를 측정하였다. 당화혈색소 농도 (HbA1C)는 시료를 3주간 투여하고, 실험 종료일에 마우스로부터 얻은 혈액을 Helena laboratories kit(Helena laboratory, Texas)를 사용하여 microcolumn chromatography로 측정하였다.
- 본 실험에서는 국립식량과학원에서 수확한 금강 우리밀 품종을 온실에서 평균 온도 20±1℃, 상대 습도 60~70%를 유지하며 무균 유기농 발아용 피트머스 위에서 발아시킨 후 10일 동안 키운 소맥엽을 수확하였으며, 동결건조하여 잘게 분쇄하여 분말화 하였다.
- 본 실험에서는 국립식량과학원에서 수확한 금강 우리밀 품종을 온실에서 평균 온도 20±1℃, 상대 습도 60~70%를 유지하며 무균 유기농 발아용 피트머스 위에서 발아시킨 후 10일 동안 키운 소맥엽을 수확하였으며, 동결건조하여 잘게 분쇄하여 분말화 하였다. 소맥엽 동결분말시료(TA)는 실험식이에 각각 2.5%와 5.0%가 되도록 조제하여 투여직전까지 냉장보관 하였다.
- 소맥엽을 3주간 섭취하게 하고 체중변화에 미치는 영향을 측정하였다(Table 2). 정상대조군의 체중은 초기체중에 비하여 21일동안 17.
- 소맥엽이 혈중 HbA1C 와 헤마토크릿치(혈구용적율)에 미치는 영향을 확인하였다. 실험종료일에 혈액을 취하여 혈중 HbA1C와 헤마토크릿치을 측정하였다(Table 7).
- 소맥엽이 혈중지질에 미치는 영향을 확인하기 위하여 실험종료일에 혈중 지질 농도을 측정하였다(Table 5). 혈중 콜레스테롤(TC)농도는 정상 대조군에 비하여 모든 실험군에서 높은 수치를 보였다.
- 실험 3주 후 실험동물을 희생시켜 얻은 혈장을 취하여 혈중 TG, TC 및 HDL함량을 측정하였다. TG의 함량은 표준 효소법에 의해 kit(Asan Co.
- 평균체중 25 g 내외의 마우스를 대상으로 고형사료(중앙실험동물, 서울)로 예비 사육한 후 그룹당 5마리씩 4그룹으로 분류하여 실험을 실시하였다. 실험군은 정상 대조군(Normal)과 당뇨유발군으로 분리하였으며 당뇨유발군은 당뇨대조군(DM), 소맥엽 2.5% 섭취군(TA 2.5) 및 소맥엽 5.0%(TA 5.0)섭취군의 당뇨 실험군으로 분리 하였다. 정상군과 당뇨대조군은 AIN-93 조제식이를 당뇨실험군의 식이는 AIN-93 조제식이를 변형하여 동물 사료로 사용하였다(Table 1).
- 실험동물에게 Streptozotocin(STZ)를 0.1M sodium citrate buffer(pH 4.3)에 녹여 체중 kg당 50 mg을 24시간 간격으로 2회 복강주사하고 48시간 후 공복시 혈중 포도당 농도가 250 mg/dL 이상인 것을 당뇨로 인정하여 본 실험에 사용하였다.
- 실험동물의 소맥엽 섭취가 장기무게에 미치는 영향을 확인하기 위하여 실험종료일에 장기 무게를 측정하고 체중에서 오는 장기무게 차이 오차를 최소화하기 위해 각 장기를 체중 100 g당 무게로 환산하였다(Table 4). 정상군에 비하여 당뇨대조군에서 간 무게는 16%, 신장의 무게는 2.
- 실험식이와 물을 자유롭게 섭취하도록 하였고, 동물사육실의 사육조건은 12시간 명암주기, 온도 22±2℃, 상대습도 50±10%가 되도록 하였다.
- 소맥엽이 혈중 HbA1C 와 헤마토크릿치(혈구용적율)에 미치는 영향을 확인하였다. 실험종료일에 혈액을 취하여 혈중 HbA1C와 헤마토크릿치을 측정하였다(Table 7). 정상 HbA1C 범위는 3.
- 심혈관계 질환의 위험도를 보여주는 지표로서 심혈관 동맥경화지수(Atherogenic index, AI), TG/HDL 및 TC/HDL의 비율을 분석하였다. AI는 혈액 중 TC 농도에서 HDL을 뺀 값에 대한 HDL 농도의 비로 다음과 같은 식에 의해서 산출한다.
- 혈액은 3주간 실험식이를 급여 한 후, 에테르로 흡입마취하고 경추탈골로 희생시켜 혈액을 채취하였다. 이후 조직들은 즉시 적출하여 생리식염수로 헹구고 거즈로 수분을 제거하여 무게를 측정하였다. 채취한 혈액은 실온에서 10분간 방치한 후 4℃에서 3,000 rpm으로 20분간 원심분리하여 혈장을 분리하였다.
- 정상군, 당뇨대조군 및 당뇨실험군의 혈당변화를 3일 간격으로 채혈하여 혈중 포도당 수준을 분석하였다(Fig. 1). 전 실험 기간 동안 당뇨 실험군의 혈당은 정상 대조군의 혈당에 비하여 유의적으로 높은 수준을 유지하였다.
- 0)섭취군의 당뇨 실험군으로 분리 하였다. 정상군과 당뇨대조군은 AIN-93 조제식이를 당뇨실험군의 식이는 AIN-93 조제식이를 변형하여 동물 사료로 사용하였다(Table 1). 즉, 분말화한 소맥엽을 각각 2.
- 정상군과 당뇨대조군은 AIN-93 조제식이를 당뇨실험군의 식이는 AIN-93 조제식이를 변형하여 동물 사료로 사용하였다(Table 1). 즉, 분말화한 소맥엽을 각각 2.5%(w/w)와 5.0%(w/w)씩 AIN-93 사료에 배합하여 각각의 해당식이를 3주간 공급하였다. 실험식이와 물을 자유롭게 섭취하도록 하였고, 동물사육실의 사육조건은 12시간 명암주기, 온도 22±2℃, 상대습도 50±10%가 되도록 하였다.
- 체중 증가량은 3일 간격으로 일정시간에 전 실험기간동안 측정하였으며, 식이섭취량은 사료 감소량을 1주일간격으로 측정하고 1일 평균 식이섭취량을 산출하였다. 그리고 식이이용효율은 실험 기간 동안 체중증가량을 같은 기간에 섭취한 식이량으로 나누어 계산하였다.
대상 데이터
- 실험동물은 Balb/c 계의 수컷 흰쥐를 샘타코(주식회사 샘타코 Biokorea, 오산, 경기도)로부터 구입하여 본 동물사육시설 환경에 1주일 이상 적응시켰다. 평균체중 25 g 내외의 마우스를 대상으로 고형사료(중앙실험동물, 서울)로 예비 사육한 후 그룹당 5마리씩 4그룹으로 분류하여 실험을 실시하였다.
- 실험동물은 Balb/c 계의 수컷 흰쥐를 샘타코(주식회사 샘타코 Biokorea, 오산, 경기도)로부터 구입하여 본 동물사육시설 환경에 1주일 이상 적응시켰다. 평균체중 25 g 내외의 마우스를 대상으로 고형사료(중앙실험동물, 서울)로 예비 사육한 후 그룹당 5마리씩 4그룹으로 분류하여 실험을 실시하였다. 실험군은 정상 대조군(Normal)과 당뇨유발군으로 분리하였으며 당뇨유발군은 당뇨대조군(DM), 소맥엽 2.
데이터처리
- 2) Values within a column with different superscripts are significantly different at p<0.05 by Students t-test.
- 실험을 통하여 얻어진 결과치는 통계 처리하여 평균치와 표준오차(mean±SE)를 계산하였고, 각 당뇨 대조군과 실험군간의 유효성 검정을 위하여 Student t-test를 사용하였다.
이론/모형
- , Korea)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하여 계산 하였다. HDL함량을 측정하기 위해 혈장에 2% dextron sulfate 용액과 1M의 MgCl2 용액 (1:1, v/v)을 가하여 침전시킨 후 그 상층액을 시료로 표준효소법에 의해 kit(Asan., Korea)를 사용하여 500 nm에서 흡광도를 측정하여 계산하였다.
- , Korea)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하여 계산하였다. TC 함량은 표준 효소법에 의해 kit(Asan Co., Korea)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하여 계산 하였다. HDL함량을 측정하기 위해 혈장에 2% dextron sulfate 용액과 1M의 MgCl2 용액 (1:1, v/v)을 가하여 침전시킨 후 그 상층액을 시료로 표준효소법에 의해 kit(Asan.
- 실험 3주 후 실험동물을 희생시켜 얻은 혈장을 취하여 혈중 TG, TC 및 HDL함량을 측정하였다. TG의 함량은 표준 효소법에 의해 kit(Asan Co., Korea)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하여 계산하였다. TC 함량은 표준 효소법에 의해 kit(Asan Co.
- 실험식이와 물을 자유롭게 섭취하도록 하였고, 동물사육실의 사육조건은 12시간 명암주기, 온도 22±2℃, 상대습도 50±10%가 되도록 하였다. 본 동물 실험은 동물실험 윤리준칙에 준수하여 실험을 진행하였다.
성능/효과
- 32으로 당뇨대조군에 비하여 감소 경향을 보였다. AI, TC/HDL 및 TG/HDL 비율 또한 소맥엽 섭취에 의해 개선되었음을 확인하였다.
- 5투여군에서는 325±17 mg/dl이었다. TA 5.0 투여군에서는 투여 시작 1주일 후부터 혈당이 지속적으로 감소하였으며, 실험종료일인 3주째에는 당뇨대조군에 대비해약 35.77% 감소하였고, TA 2.5투여 군에서는 약 21.34% 혈당이 감소하였다. 반면 당뇨 대조군은 실험기간 동안 평균 혈당 450 mg/dl 이상의 고혈당을 유지하면서 전형적인 당뇨 증상을 나타냈다.
- 8%증가하였고, 비장 무게는 16%, 복부지방은 82%이상 감소하는 경향을 보였다. TA투여 실험군에서는 당뇨대조군에 비하여 소맥엽 섭취 의존적으로 신장 및 간의 무게가 감소하였고, 비장 무게는 유의적으로 증가함을 보였다. 그러나 복부지방은 당뇨대조군 보다 더 낮아졌다.
- 0을 초과하게 되면 당뇨합병증의 위험성은 더욱 증가하며28), TG/HDL 비율이 증가할수록 심근경색29)과 심근 허혈에 노출될 가능성이 높다고 보고되었다. 결과적으로 당뇨대조군에 비하여 소맥엽 투여군에서는 그 비율이 유의적으로 감소하였다. 따라서 본 연구의 소맥엽 투여는 혈액중의 TG과 TC의 상승을 억제하고 호전시켜 심혈관 동맥경화등의 당뇨합병증을 예방하는 효과가 있을 것 이라고 예측된다.
- 54배 감소되었다. 결과적으로 소맥엽의 투여가 HbA1C의 증가를 감소시킴을 보였다. 실험 3주 후 헤마토크릿치를 분석한 결과 당뇨대조군에서 가장 높은 헤마토크릿치를 나타냈다.
- 고혈당은 당질 및 기타 대사이상으로 인해 발생17)한다고 알려져 있다. 당뇨대조군은 초기혈당에 비해 4.76% 증가한 반면, TA 5.0 투여군에서의 혈당은 32.16% 감소, TA 2.5투여군에서는 17.26% 감소한 것으로 나타났으므로, 본 실험에서의 소맥엽 투여가 STZ 유발 당뇨실험동물의 고혈당을 감소시키는 효과가 있음을 확인하였다. 또한 일반적으로 당뇨로 인해 체중이 감소하는 경향을 보인다18).
- 본 연구는 STZ으로 유발된 제1형 당뇨모델 흰쥐에게 소맥엽을 식이에 첨가하여 3주간 투여한 후 당뇨병과 이로 인한 합병증과 관련되는 체내 지질대사 변화에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 당뇨병에서 일반적으로 보이는 혈당증가, 체중감소, HbA1C증가, 그리고 식이섭취량 및 식이효율증가등이 소맥엽 5.0%(w/w)로 섭취에 의해 모두 유의적으로 개선됨을 확인하였다. 한편 간 장기무게, 콜레스테롤 및 중성지방의 혈중지질농도가 소맥엽의 급여로 인해 유의적으로 감소함을 보였으며, 심혈관 동맥경화지수를 완화시켜 당뇨합병증을 예방하는 효과가 있음을 확인하였다.
- 59% 증가를 보였다. 또한 혈중 중성지질(TG)의 증가율은 당뇨대조군에서 115.44%, TA 5.0투여군에서 66.83%, TA 2.5투여군에서 79.58% 를 보였다. 이와 같이 TA투여 실험군에서 TC와 TG 혈중 농도가 당뇨대조군에 비해 유의적으로 감소하였다.
- 당뇨실험군에서 식이섭취량과 식이이용효율(FER)은 1주간 섭취한 1일 평균값으로 3주간 측정하였다(Table 3). 모든 당뇨실험군에서 식이섭취량은 정상군에 비하여 높은 수치를 나타냈고, 반면에 식이이용효율은 정상대조군이 당뇨실험군에 비해 높았다. TA 5.
- 본 결과는TA 5.0투여군에서 효과적인 혈당저하 효과를 보였다(p<0.05).
- 당뇨병의 주된 합병증은 죽상경화증과 고지혈증이 관련되는데 고지혈증의 경우 정상보다 혈장 내 지방산이 TG으로 전환되는 속도가 증가하여 혈장 내 TG 농도가 높아진다고 알려져 있다23). 본 실험에서도 당뇨유발시 혈중 TG 농도가 증가되었으며, 소맥엽 투여에 의해 당뇨대조군에 비하여 혈중 TG 농도가 감소하였다. 이는 Yoon24)등의 연구 및 Lim25)등의 연구 결과에서도 혈중 TG 함량이 줄어드는 유사한 경향을 보였다.
- 본 실험의 결과에서도 당뇨 대조군이 정상군에 비해 유의적인 체중 감소를 보이고, 소맥엽 투여군에서는 당뇨대조군에 비해 낮은 체중 감소가 보였다. 특히 TA 5.
- 본 연구에서 소맥엽 섭취에 의해 STZ유발된 당뇨병 판정인자들에 유의적으로 개선하는 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 현재 소맥엽에 대한 연구는 미미한 상태이며, 밝혀지지 않은 항산화물질 및 당대사억제제등의 항당뇨인자를 함유하고 있을 것으로 사료되므로 소맥엽의 항당뇨 작용기전을 규명하기 위한 보다 체계적인 연구가 필요하다.
- 식이섭취량과 식이이용효율은 Table 3에 나타냈다. 식이섭취량은 당뇨대조군과 당뇨실험군이 정상군에 비하여 높은 수치를 나타냈고, 식이이용효율은 정상 대조군이 당뇨대조군 및 당뇨실험군에 비해 높은 것으로 나타났다. TA 5.
- 결과적으로 소맥엽의 투여가 HbA1C의 증가를 감소시킴을 보였다. 실험 3주 후 헤마토크릿치를 분석한 결과 당뇨대조군에서 가장 높은 헤마토크릿치를 나타냈다. 그러나 헤마토크릿치는 소맥엽 투여에 의해 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 혈중 HbA1C는 최근 1~3개월간의 평균적인 혈당조절 상태를 반영하며 특히 최근 1개월간의 혈당 변화를 잘 반영하는 인자이다. 실험 3주 후 헤마토크릿치를 분석한 결과 정상군과 실험군들간의 유의적인 차이는 없었다.
- 84% 증가하였다. 이들 결과는 TA섭취가 당뇨대조군에서의 체중 감소율을 유의적으로 억제함을 보였으며, 비록 정상대조군에 비해 체중감소를 보였지만 TA 5.0 투여군에서 효과적인 당뇨유발 체중저하를 개선함을 보였다. 당뇨실험동물에서 식이섭취량의 증가는 일반적인 증상이다.
- 58% 를 보였다. 이와 같이 TA투여 실험군에서 TC와 TG 혈중 농도가 당뇨대조군에 비해 유의적으로 감소하였다. 또한 소맥엽이 동맥경화지수(AI)에 미치는 영향을 비교한 결과를 Table 6에 나타내었다.
- 혈중 콜레스테롤(TC)농도는 정상 대조군에 비하여 모든 실험군에서 높은 수치를 보였다. 정상 대조군에 비하여 당뇨대조군은 77.99% 증가하였다. 반면에 TA 5.
- 실험동물의 소맥엽 섭취가 장기무게에 미치는 영향을 확인하기 위하여 실험종료일에 장기 무게를 측정하고 체중에서 오는 장기무게 차이 오차를 최소화하기 위해 각 장기를 체중 100 g당 무게로 환산하였다(Table 4). 정상군에 비하여 당뇨대조군에서 간 무게는 16%, 신장의 무게는 2.8%증가하였고, 비장 무게는 16%, 복부지방은 82%이상 감소하는 경향을 보였다. TA투여 실험군에서는 당뇨대조군에 비하여 소맥엽 섭취 의존적으로 신장 및 간의 무게가 감소하였고, 비장 무게는 유의적으로 증가함을 보였다.
- 소맥엽을 3주간 섭취하게 하고 체중변화에 미치는 영향을 측정하였다(Table 2). 정상대조군의 체중은 초기체중에 비하여 21일동안 17.23% 증가하였고, 당뇨대조군의 체중은 16.11% 감소하였다. 3주동안 TA 2.
- 0%(w/w)로 섭취에 의해 모두 유의적으로 개선됨을 확인하였다. 한편 간 장기무게, 콜레스테롤 및 중성지방의 혈중지질농도가 소맥엽의 급여로 인해 유의적으로 감소함을 보였으며, 심혈관 동맥경화지수를 완화시켜 당뇨합병증을 예방하는 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 소맥엽의 섭취는 인슐린 의존성 당뇨병에서 당대사이상에 의한 고혈당증과 지질대사 이상으로 증가된 고지혈증을 개선하는데 효과적인 식이용법으로 유용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 반면 당뇨 대조군은 실험기간 동안 평균 혈당 450 mg/dl 이상의 고혈당을 유지하면서 전형적인 당뇨 증상을 나타냈다. 한편 실험종료일의 혈당치를 초기혈당치와 비교하면 당뇨 대조군은 4.76% 증가한 반면, TA 5.0 투여군에서의 혈당은 32.16% 감소, TA 2.5투여군에서는 17.26% 감소함을 보였다. 본 결과는TA 5.
- 소맥엽이 혈중지질에 미치는 영향을 확인하기 위하여 실험종료일에 혈중 지질 농도을 측정하였다(Table 5). 혈중 콜레스테롤(TC)농도는 정상 대조군에 비하여 모든 실험군에서 높은 수치를 보였다. 정상 대조군에 비하여 당뇨대조군은 77.
후속연구
- 결과적으로 당뇨대조군에 비하여 소맥엽 투여군에서는 그 비율이 유의적으로 감소하였다. 따라서 본 연구의 소맥엽 투여는 혈액중의 TG과 TC의 상승을 억제하고 호전시켜 심혈관 동맥경화등의 당뇨합병증을 예방하는 효과가 있을 것 이라고 예측된다.
- 한편 간 장기무게, 콜레스테롤 및 중성지방의 혈중지질농도가 소맥엽의 급여로 인해 유의적으로 감소함을 보였으며, 심혈관 동맥경화지수를 완화시켜 당뇨합병증을 예방하는 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 소맥엽의 섭취는 인슐린 의존성 당뇨병에서 당대사이상에 의한 고혈당증과 지질대사 이상으로 증가된 고지혈증을 개선하는데 효과적인 식이용법으로 유용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 소맥엽 섭취에 의해 STZ유발된 당뇨병 판정인자들에 유의적으로 개선하는 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 현재 소맥엽에 대한 연구는 미미한 상태이며, 밝혀지지 않은 항산화물질 및 당대사억제제등의 항당뇨인자를 함유하고 있을 것으로 사료되므로 소맥엽의 항당뇨 작용기전을 규명하기 위한 보다 체계적인 연구가 필요하다.
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