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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기존의 한방소재 추출물을 일부 첨가한 단순 가공음료를 탈피하여 운동선수들의 스테미너 증강에 직접적으로 기여하는 한방스포츠음료를 제안하고 운동수행력 증강 및 피로회복에 미치는 영향을 과학적 근거에 기반하여 분석하고자 하였다.
- 본 연구는 한방소재인 가시오가피와 맥문동을 단일음료 형태 또는 매실을 첨가한 혼합음료 형태로 음용하였을 때 이들 한방스포츠음료가 운동 시의 지구력 및 체지방 변화에 어떠한 영향을 미치는지 살펴보고자 하였다. 이를 위해 대조군(C)과 가시오가피(A), 맥문동(L) 추출물 음료 급여군, 매실과 가시오가피 추출물 혼합음료(PA), 매실과 맥문동 추출물 혼합음료(PL) 급여군으로 나누어 6주간 점증부하 운동을 실시한 후, 실험 마지막 날 최대 운동수행시간을 측정하였다.
제안 방법
- 채취된 혈액을 heparin 처리된 시험관에 수집하여 1,000×g, 4℃에서 15분간 원심분리 한 다음 혈장을 분리하였고, 시료 분석 시까지 –70℃에 보관하였다. 각 실험동물의 장기조직(간, 심장, 신장, 근육, 부고환지방, 신주위지방, 후복강지방, 장간막지방, 피하지방, 견갑골간 백색지방 및 견갑골간 갈색 지방)은 PBS(phosphate buffered saline) 용액에 수차례 헹군 후 표면의 수분을 제거하여 칭량하였다. 하지 골격근 중에서 지근(근지구력에 관계하는 근육)에 해당되는 가자미근(soleus muscle), 그리고 지근과 속근(근력에 관계하는 근육)을 모두 포함하는 비복근(gastrocnemius muscle)을 각각 적출하였으며, 글리코겐 농도와 효소활성도 분석을 위해 –80℃에 보관하였다.
- 대조군(C; control)은 물을 자유롭게 섭취하도록 하였으며, 4개의 시험군은 12 mL의 한방스포츠음료 formula를 모두 음용시킨 후 추가로 물을 제공하였다. 동물실험실의 사육 환경은 항온(25%), 항습(50%), 12시간 간격의 dark-light cycle로 일정한 조건을 유지하였으며, 식이섭취량은 매일 기록하였고 체중은 1주일 간격으로 측정하였다.
- 대조군(C; control)은 물을 자유롭게 섭취하도록 하였으며, 4개의 시험군은 12 mL의 한방스포츠음료 formula를 모두 음용시킨 후 추가로 물을 제공하였다. 동물실험실의 사육 환경은 항온(25%), 항습(50%), 12시간 간격의 dark-light cycle로 일정한 조건을 유지하였으며, 식이섭취량은 매일 기록하였고 체중은 1주일 간격으로 측정하였다.
- 6주령의 수컷 Sprague-Dawley rat 40마리를 (주)오리엔트사(Sungnam, Korea)를 통해 구입하여 처음 1주간 pellet 형태의 lab-chow 식이를 제공하면서 사육환경에 적응시킨 후, 난괴법(randomized block design)에 따라 각 군당 8마리씩 5개의 식이군으로 나누었다. 모든 식이군에게 AIN-76 semisynthetic diet를 급여 하였으며, 4개의 시험군에게 한방 스포츠음료 formula, 즉 가시오가피 추출물(A, Acanthopanax senticosus extract-supplemented group), 맥문동 추출물(L, Liriope platyphylla extract-supplemented group), 매실과 가시오가피 추출물 혼합음료(PA, P runus mune fruit extract, Acanthopanax senticosus extract-supplemented group), 매실과 맥문동 추출물 혼합음료(PL, P runus mune fruit extract, Liriope platyphylla extract-supplemented group)를 각각 6주간 제공하였다.
- 모든 실험군은 실험식이로 사육하면서 주 5회 18:00시에 소동물용 트레드밀(Dual-treadmill, Muromachi Kikai, Tokyo, Japan)을 이용하여 지구력운동 훈련을 6주간 실시하였다. 첫 주에는 15 m/min의 속도로 20분간 운동을 실시하였고, 점차 속도와 시간을 증가시켜 나가는 점증운동부하법을 사용하여 실험 마지막 주에는 30 m/min의 속도로 1,500 m를 완주할 수 있도록 하였다(14).
- 사육 종료 시점에서 실험동물을 희생 전 12시간(PM 9:00～AM 9:00) 동안 절식시킨 후 탈진 시점까지 주행을 실시하였으며, 탈진상태에서 즉시 에테르를 흡입시켜 1차 마취시키고 다시 ketamin-HCl(Yuhan, Seoul, Korea, 75 mg/kg body weight)을 근육 주사하여 2차 마취시킨 다음 복부 하대정맥(inferior vena cava)을 통하여 혈액을 채취하였다. 채취된 혈액을 heparin 처리된 시험관에 수집하여 1,000×g, 4℃에서 15분간 원심분리 한 다음 혈장을 분리하였고, 시료 분석 시까지 –70℃에 보관하였다.
- 본 실험에서 사용된 가시오가피(Acanthopanax senticosus) 추출물, 맥문동(Liriope platyphylla) 추출물 및 매실(P runus mune) 추출물은 (재)대구경북한방산업진흥원(Daegu, Korea)에서 제공받았다. 실험에 적용된 한방스포츠 음료에 포함된 각 소재의 최종농도가 2%(w/w) 매실 추출물, 0.258%(w/w) 맥문동 추출물, 0.13%(w/w) 가시오가피 추출물이 되도록 Table 1과 같이 취한 후, 각각의 스포츠 음료 조성물에 증류수를 가하여 최종 용량이 12 mL가 되도록 제조하였다.
- 희생 전 12시간 동안 절식시킨 다음 모든 실험군의 지구력 증강 및 피로개선 기능성 평가를 위해 실험동물을 탈진시점까지 강제 주행시키고 탈진시점까지의 주행시간을 기록하였다. 운동 방법은 12 m/min에서 3분간 운동을 시작한 후 매 3분마다 3 m/min의 속도로 운동강도를 증가시켰으며, 최종 30 m/min의 속도를 유지하도록 하였다.
- 본 연구는 한방소재인 가시오가피와 맥문동을 단일음료 형태 또는 매실을 첨가한 혼합음료 형태로 음용하였을 때 이들 한방스포츠음료가 운동 시의 지구력 및 체지방 변화에 어떠한 영향을 미치는지 살펴보고자 하였다. 이를 위해 대조군(C)과 가시오가피(A), 맥문동(L) 추출물 음료 급여군, 매실과 가시오가피 추출물 혼합음료(PA), 매실과 맥문동 추출물 혼합음료(PL) 급여군으로 나누어 6주간 점증부하 운동을 실시한 후, 실험 마지막 날 최대 운동수행시간을 측정하였다. 한방스포츠음료의 음용은 식이효율뿐만 아니라 체중증 가량과 신주위 백색지방 무게를 낮추는 경향을 나타내었으며 부고환 지방과 견갑골 백색지방 무게도 유의적으로 감소시켰다(p<0.
- 젖탈산수소효소(lactate dehydrogenase; LDH)는 lactate dehydrogenase kit(BioAssay Systems)를 사용하여 측정하였다. 비복근을 100 mM KPB(potassium phosphate buffer, pH 7.
- 하지 골격근 중에서 지근(근지구력에 관계하는 근육)에 해당되는 가자미근(soleus muscle), 그리고 지근과 속근(근력에 관계하는 근육)을 모두 포함하는 비복근(gastrocnemius muscle)을 각각 적출하였으며, 글리코겐 농도와 효소활성도 분석을 위해 –80℃에 보관하였다.
- 혈장 총콜레스테롤(Asan, Seoul, Korea), HDL-콜레스테롤(Asan), 중성지질(Asan), 유리지방산(NEFA kit, Wako, Osaka, Japan), 포도당(Glucose kit, Asan), 젖산(BioAssay Systems, Hayward, CA, USA), 암모니아(Asan), 무기인산염(Asan) 농도 및 creatine kinase(BCS Auto CPK kit, BioAssay Systems), lactate dehydrogenase(BioAssay Systems) 활성도는 상업용 kit를 이용하여 분석하였다.
- 희생 전 12시간 동안 절식시킨 다음 모든 실험군의 지구력 증강 및 피로개선 기능성 평가를 위해 실험동물을 탈진시점까지 강제 주행시키고 탈진시점까지의 주행시간을 기록하였다. 운동 방법은 12 m/min에서 3분간 운동을 시작한 후 매 3분마다 3 m/min의 속도로 운동강도를 증가시켰으며, 최종 30 m/min의 속도를 유지하도록 하였다.
대상 데이터
- 6주령의 수컷 Sprague-Dawley rat 40마리를 (주)오리엔트사(Sungnam, Korea)를 통해 구입하여 처음 1주간 pellet 형태의 lab-chow 식이를 제공하면서 사육환경에 적응시킨 후, 난괴법(randomized block design)에 따라 각 군당 8마리씩 5개의 식이군으로 나누었다. 모든 식이군에게 AIN-76 semisynthetic diet를 급여 하였으며, 4개의 시험군에게 한방 스포츠음료 formula, 즉 가시오가피 추출물(A, Acanthopanax senticosus extract-supplemented group), 맥문동 추출물(L, Liriope platyphylla extract-supplemented group), 매실과 가시오가피 추출물 혼합음료(PA, P runus mune fruit extract, Acanthopanax senticosus extract-supplemented group), 매실과 맥문동 추출물 혼합음료(PL, P runus mune fruit extract, Liriope platyphylla extract-supplemented group)를 각각 6주간 제공하였다.
- 본 실험에서 사용된 가시오가피(Acanthopanax senticosus) 추출물, 맥문동(Liriope platyphylla) 추출물 및 매실(P runus mune) 추출물은 (재)대구경북한방산업진흥원(Daegu, Korea)에서 제공받았다. 실험에 적용된 한방스포츠 음료에 포함된 각 소재의 최종농도가 2%(w/w) 매실 추출물, 0.
데이터처리
- 각 군간의 평균차이에 대한 유의성 검정은 one-way ANOVA(analysis of variance)를 실시하였고 군간의 차이는 Duncan's multiple range test에 의해 p＜0.05 수준에서 사후검정을 실시하였으며, 그 결과를 mean±SE(standard error)로 표시하였다.
- 본 시험의 모든 결과는 컴퓨터 통계 프로그램 중의 하나인 SPSS package program(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 산출되었다. 각 군간의 평균차이에 대한 유의성 검정은 one-way ANOVA(analysis of variance)를 실시하였고 군간의 차이는 Duncan's multiple range test에 의해 p＜0.
- Creatine kinase(CK)는 creatine kinase assay kit(BioAssay Systems)를 사용하여 측정하였다. 분석시료는 비복근을 사용하였으며, 3-9-1과 동일한 방법으로 전처리 하였다. Creatine kinase는 인산 크레아틴과 ADP를 creatine과 ATP로 전환시키는 반응을 촉매하며, 생산된 ATP는 haxokinase와 반응하며 glucose를 glucose-6-phosphate로 전환시킨다.
이론/모형
- Creatine kinase(CK)는 creatine kinase assay kit(BioAssay Systems)를 사용하여 측정하였다. 분석시료는 비복근을 사용하였으며, 3-9-1과 동일한 방법으로 전처리 하였다.
- 간 및 근육의 글리코겐 농도는 비복근을 이용하여 Anthrone법에 따라 측정하였다. 30% KOH 용액에 근육을 넣어 용해시키고 100℃의 끓는 물 속에서 20분간 중탕시킨 후 실온에서 20분간 방치하였다.
성능/효과
- HDL 콜레스테롤 농도는 음료군과 대조군간의 유의적인 차이는 없는 것으로 나타났으며, 총콜레스테롤에 대한 HDL 콜레스테롤 비율인 HTR과 동맥경화지수인 AI는 군 간의 유의적인 차이가 나타나지 않았다(p<0.05).
- 이러한 결과는 한방스포츠음료섭취에 의한 식이효율 감소와도 연관이 있을 것으로 사료된다. 가시오가피 추출물은 맥문동 추출물에 비해 근육량, 운동수행시간, 혈장 유리지방산 농도를 증가시키고 혈장 중성지질과 당 농도를 낮추는 경향을 보였으며, 매실 추출물 첨가에 의해 이러한 변화가 증가(운동수행시간)하거나 감소(근육량, 혈장 중성지질, 유리지방산 및 당 농도)하였다. 본 연구에서 확인된 매실, 가시오가피, 맥문동 혼합음료의 지구력 증강 효능이 피로물질 변화, 체내 에너지기질 이용도 증가 및 비복근 LDH 활성도 증가와 관련이 있는 것으로 추정되나 추후 더 구체적이고 체계적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 단일음료군인 A, L군의식이섭취량 및 체중증가량은 C군과 유의적인 차이가 없는 것으로 나타나, 매실을 함유한 복합음료군(PA, PL)에서 관찰된 식이섭취량 및 체중증가량 감소효과는 매실 보충에 의해 나타나는 것으로 사료된다(p<0.05).
- 05). 또한 A, L, PA군의 신주위 지방 무게도 유의적이진 않지만 C군에 비해 감소한 것으로 나타나 스포츠음료 음용에 의해 체지방 감량이 유도된 것을 확인할 수 있었다.
- 백색지방조직 무게 비교에서 부고환지방(epididymal WAT)과 견갑골 백색지방(interscapular WAT) 무게는 모든 한방 스포츠음료 음용군이 C군에 비해 유의적으로 낮게 나타났으며, 신주위지방(perirenal WAT) 무게는 PL군이 C군에 비해 유의적으로 낮게 나타났다(p<0.05).
- 본 연구에서 6주간의 지구력 훈련을 통한 혈장 LDH 활성도와 CK 활성도는 군 간의 유의적 차이가 없는 것으로 나타나 한방스포츠음료 음용에 의한 근육조직 보호효과는 관찰되지 않았다(p<0.05)(Fig. 2).
- 05)(Table 5). 본 연구에서 가시오가피 추출물 음용군의 혈당농도가 대조군에 비해 감소한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 에너지기질로써의 지방산 이용이 증가함으로써 근육 글리코겐 분해와 간조직의 당신생이 억제되어 나타난 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 비복근 조직의 LDH 활성도는 한방스포츠음료 음용군 중 PA군과 PL군이 C군에 비해 유의적으로 높게 나타났는데, 이는 한방스포츠음료의 음용이 근육 내 LDH 활성에 영향을 미쳤으며, 이에 따라 저산소 상태에서 증가된 lactate를 에너지기질로 더 많이 사용했음을 알 수 있다(p<0.05)(Fig. 3).
- 본 연구에서 한방스포츠음료 음용군과 운동대조군 간의 혈장 유리지방산과 당 농도 차이가 유의적이지는 않았으나 한방스포츠음료 음용군 중 A군은 혈장 유리지방산 농도를 C군에 비해 증가시키는 반면, 혈장 당 농도를 낮추는 경향을 나타내었다(p<0.05).
- 본 연구에서 혈장 젖산 농도와 혈장 암모니아 농도는 군간의 유의적인 차이가 없었다(p<0.05).
- 본 연구에서 혈중 무기인산 농도는 다른 피로관련지표와 같은 경향을 보였으며, 군 간 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다(p<0.05)(Table 6).
- 05). 비록 A군을 제외한 스포츠음료 음용군의 혈중 중성지질 감소 효능이 통계적으로 유의적이진 않았으나 4종 스포츠음료 음용군의 혈장 중성지질이 C군에 비해 전반적으로 낮게 나타나 한방스포츠음료에 의한 지질개선효과를 예측할 수 있었다(Table 4).
- 실험기간 중의 식이섭취량은 PA와 PL군이 C군에 비해 유의적으로 낮게 나타났으며 특히 가장 낮은 체중증가율을 보였던 PA군의 식이효율(FER)이 C군에 비해 유의적으로 낮은 결과를 보였다(p<0.05).
- 05). 운동수행시간이 맥문동을 제외한 3종 한방스포츠음료 음용군에서 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 경향은 가시오가피와 맥문동을 매실과 혼합하여 공급한 혼합음료군에서 가장 두드러지게 나타났다. 한편, 혈장 피로물질인 암모니아, 젖산, 무기인산 농도와 혈장 근육효소 활성도는 군간 유의적인 차이가 없었으나, 비복근조직의 LDH 효소 활성도는 PA군과 PL군이 C군에 비해 유의적으로 높게 나타났으며, 이러한 경향은 최대 운동수행시간과도 일치하였다.
- 한편, 혈장 피로물질인 암모니아, 젖산, 무기인산 농도와 혈장 근육효소 활성도는 군간 유의적인 차이가 없었으나, 비복근조직의 LDH 효소 활성도는 PA군과 PL군이 C군에 비해 유의적으로 높게 나타났으며, 이러한 경향은 최대 운동수행시간과도 일치하였다. 이상의 실험결과에서 지구력운동과 함께 급여한 4종 한방스포츠음료는 체지방과 체중 감소 및 혈장 중성지질개선에 전반적으로 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 한방스포츠음료섭취에 의한 식이효율 감소와도 연관이 있을 것으로 사료된다.
- 점증 운동부하법에 의한 지구력 운동수행시간을 측정한 결과, 한방스포츠음료 음용군 중 PA와 PL군의 주행시간이 대조군인 C군에 비해 57%, 44% 증가하여 유의적인 차이를 보였으며 A군은 주행시간을 증가시키는 경향을 보였다(p<0.05).
- 05). 즉, 가시오가피 단일 추출물이 맥문동 단일 추출물에 비해 주행시간의 증가를 보였으며 매실을 함유한 혼합음료군의 주행시간이 더 증가한 것으로 나타나 매실첨가에 의한 시너지 효과를 확인하였다(Fig. 1).
- 체중증가량(body weight gain, g/day)은 복합음료군인 PA, PL군에서 C군에 비해 유의적으로 낮게 나타났으며, 그 중 PA군의 체중증가가 유의적으로 가장 낮게 나타났다(p<0.05).
- 특히 매실 혼합추출물인 PA와 PL군의 식이섭취량 및 체중증가량이 대조군에 비해 유의적인 차이를 나타내었다(p<0.05).
- 한방스포츠음료의 음용은 식이효율뿐만 아니라 체중증 가량과 신주위 백색지방 무게를 낮추는 경향을 나타내었으며 부고환 지방과 견갑골 백색지방 무게도 유의적으로 감소시켰다(p<0.05).
- 운동수행시간이 맥문동을 제외한 3종 한방스포츠음료 음용군에서 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 경향은 가시오가피와 맥문동을 매실과 혼합하여 공급한 혼합음료군에서 가장 두드러지게 나타났다. 한편, 혈장 피로물질인 암모니아, 젖산, 무기인산 농도와 혈장 근육효소 활성도는 군간 유의적인 차이가 없었으나, 비복근조직의 LDH 효소 활성도는 PA군과 PL군이 C군에 비해 유의적으로 높게 나타났으며, 이러한 경향은 최대 운동수행시간과도 일치하였다. 이상의 실험결과에서 지구력운동과 함께 급여한 4종 한방스포츠음료는 체지방과 체중 감소 및 혈장 중성지질개선에 전반적으로 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 또한 A의 음용으로 가자미근의 무게가 대조군에 비해 증가하는 경향을 나타내었다. 혈장 유리지방산과 당 농도는 한방스포츠음료 음용군과 대조군 간의 유의적인 차이는 없었으나 음료군 중 A군이 혈장 유리지방산 농도를 대조군에 비해 증가시킨 반면, 혈장 당 농도를 낮추는 경향을 보였다. 또한 혈장 중성 지질 농도가 C군에 비해 A군에서 유의적으로 감소하여 가시오가피 추출물을 함유한 음료군은 지방을 주에너지원으로 이용하고 탄수화물을 절약시키는 것으로 사료된다(p<0.
- 혈장 총콜레스테롤 농도는 군간 유의적인 차이가 없었던 반면, 혈장의 중성지방 농도는 A군이 C군에 비해 유의적으로 낮게 나타났으며 L, PA, PL군에서도 혈장 중성지방 감소 경향을 나타내었다(p<0.05).
후속연구
- 지금까지는 인체의 적절한 수분대사 조절을 위해 다양한 청량음료 제품이 개발되었으나 이러한 음료의 주성분은 백설탕, 액상과당, 그레이프후르츠 과즙, 구연산 및 향료 등으로 높은 열량으로 인한 비만유도 등의 문제점을 가지고 있으며 운동과정에서 발생하는 체액균형에 도움이 되지 않고 더 갈증을 야기할 수 있다. 따라서 앞으로는 신체기능 활성화에 주된 초점을 맞춘 목적지향형의 기능성 음료의 개발이 필요하다. 음료 성분으로 사용되는 한방 소재들인 인삼, 벌꿀, 로얄제리, 영지버섯, 각종 비타민, 녹용, 우황은 착향 혼합음료의 성분으로 사용되고 있다.
- 가시오가피 추출물은 맥문동 추출물에 비해 근육량, 운동수행시간, 혈장 유리지방산 농도를 증가시키고 혈장 중성지질과 당 농도를 낮추는 경향을 보였으며, 매실 추출물 첨가에 의해 이러한 변화가 증가(운동수행시간)하거나 감소(근육량, 혈장 중성지질, 유리지방산 및 당 농도)하였다. 본 연구에서 확인된 매실, 가시오가피, 맥문동 혼합음료의 지구력 증강 효능이 피로물질 변화, 체내 에너지기질 이용도 증가 및 비복근 LDH 활성도 증가와 관련이 있는 것으로 추정되나 추후 더 구체적이고 체계적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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