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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 우리가 주식으로 섭취하는 곡류 중에서 뼈 건강에 도움을 줄 수 있는 흑미에서 안토시아닌의 함량을 많이 추출할 수 있는 방법을 개발하여 특허출원하 였고, 이 방법에 의해 추출된 흑미 추출물을 이용하여, 난 소 절제 모델에서 뼈의 골밀도와 골강도 및 뼈 건강 관련 호르몬에 미치는 효과를 검토하였다.
제안 방법
- 골밀도, 강도 및 무기질 함량 측정 −실험동물의 대퇴골(femur) 및 경골(tibia)에서 골밀도(bone mineral density: BMD)와 골무기질 함량(bone mineral content: BMC)을 동물전용 골밀도 측정기(PIXImus 2 2.00, LUNAR, USA)를 사용하여 측정하였다. 대퇴골과 경골의 강도는 조직특성 분석기(Texture analyzer, System micro systems, UK)를 이용하여 분석하였는데, pre speed 0.
- 00, LUNAR, USA)를 사용하여 측정하였다. 대퇴골과 경골의 강도는 조직특성 분석기(Texture analyzer, System micro systems, UK)를 이용하여 분석하였는데, pre speed 0.6mm/sec, test speed 0.6mm.sec, force 0.005kg 조건으로 뼈의 중간 부분에서 일정하게 측정하였다.
- 생화학적 분석 −혈액은 실험동물을 탄산가스(CO2)로 마취시킨 후 심장으로부터 채취하였고, 실온에 30분 방치 후 3, 000rpm에서 20분간 원심분리하여 얻은 혈청을 칼슘대사 및 관련 호르몬 분비 분석에 사용하였다. 생화학적 항목으로 혈중 alkaline phosphatase(ALP) 활성도(아산제약, Korea) 와 parathyroid hormone(PTH ELISA Kit, USCN life science, China), osteoclacin(Osteocalcin ELISA kit, Biomedical technologies Inc.
- 관련 호르몬 분비 분석에 사용하였다. 생화학적 항목으로 혈중 alkaline phosphatase(ALP) 활성도(아산제약, Korea) 와 parathyroid hormone(PTH ELISA Kit, USCN life science, China), osteoclacin(Osteocalcin ELISA kit, Biomedical technologies Inc., USA) 및 estradiol(Estradiol ELISA kit, Biovision., USA)의 농도를 측정하였다.
- 실험동물(Sham 및 OVX 흰쥐)은 3주간의 회복기간을 거친 후, Sham군, 난소절제(OVX)군, 난소절제 + 흑미 호분층 추출물 90㎎/㎏ BW 투여군(OVX-BRE)의 총 3개 군으로 나누어 실험에 사용하였고, 증류수 및 추출물을 매일 1회씩 경구 투여하였다. 실험식이(Research Diets, USA)는 지방함량이 에너지의 45% 수준에서 포함된 고지방식이(Table I)를 12주간 공급하였는데, 실험식이 및 식수는 실험기간 동안 자유 급여 하였으며, 식이 섭취량은 주 3회, 체중은 주 1회씩 측정하였다.
- 실험동물(Sham 및 OVX 흰쥐)은 3주간의 회복기간을 거친 후, Sham군, 난소절제(OVX)군, 난소절제 + 흑미 호분층 추출물 90㎎/㎏ BW 투여군(OVX-BRE)의 총 3개 군으로 나누어 실험에 사용하였고, 증류수 및 추출물을 매일 1회씩 경구 투여하였다. 실험식이(Research Diets, USA)는 지방함량이 에너지의 45% 수준에서 포함된 고지방식이(Table I)를 12주간 공급하였는데, 실험식이 및 식수는 실험기간 동안 자유 급여 하였으며, 식이 섭취량은 주 3회, 체중은 주 1회씩 측정하였다. 실험동물은 개별사육 하였고, 실내온도20±2 C, 습도 50±5%, 명암 12시간을 주기로 자동 조절되는 환경에서 사육되었으며, 모든 실험동물의 사육 및 관리 절차는 국립농업과학원 동물실험윤리위원회로부터 승인을 받아 수행하였다(승인번호 NAAS 1408).
- )는 진도 소재 정미소에서 구입하였고, 호분층을 분쇄하여 50% 에탄올로 40 C에서 48시간 동안 추출하였다. 추출물을 여과지로 거른 후에, 농축하고 동결건조하여 시료로 사용하였다.
대상 데이터
- 실험동물 및 실험식이 −실험동물은 Sprague-Dawley계암컷 흰쥐(5주령)로, 난소절제군(ovariectomy, OVX)은 양측 난소를 절제하였으며, 비 난소절제군(Sham)은 개복 수술만 시행한 것을 중앙실험동물(주)에서 구입하여 사용하였다. 실험동물(Sham 및 OVX 흰쥐)은 3주간의 회복기간을 거친 후, Sham군, 난소절제(OVX)군, 난소절제 + 흑미 호분층 추출물 90㎎/㎏ BW 투여군(OVX-BRE)의 총 3개 군으로 나누어 실험에 사용하였고, 증류수 및 추출물을 매일 1회씩 경구 투여하였다.
- 흑미 추출물 제조 −흑미(Oryza sativa L.)는 진도 소재 정미소에서 구입하였고, 호분층을 분쇄하여 50% 에탄올로 40 C에서 48시간 동안 추출하였다. 추출물을 여과지로 거른 후에, 농축하고 동결건조하여 시료로 사용하였다.
데이터처리
- 통계 분석 −실험결과는 측정 후 Mean±SEM로 나타내었고, 처리간의 차이는 SPSS 프로그램에서 ANOVA를 실시한 후 사후검정으로 Duncan's multiple range test에 의하여 p<0.05 수준에서 검증하였다.
이론/모형
- 경골의 칼슘과 인 함량을 식품공전 시험법에 의하여 분석24)하였는데, 경골을 600 C 회화로에서 건식 회화시키고, 질산 용액에 분해시킨 후 분석용 시료로 이용하였다. 칼슘의 함량은 원자방출분광기(ICP-OES, Perkinelmer, USA)를 이용하여 분석하였고, 인의 함량은 몰리브덴청 비색법에 따라 분광광도계(UV/VIS spectrophotometer, Mecasys, Korea)를이용하여 측정하였다.
- 칼슘의 함량은 원자방출분광기(ICP-OES, Perkinelmer, USA)를 이용하여 분석하였고, 인의 함량은 몰리브덴청 비색법에 따라 분광광도계(UV/VIS spectrophotometer, Mecasys, Korea)를이용하여 측정하였다.
성능/효과
- . Fig. 3은 흑미 호분층 추출물이 혈청 ALP 활성에 미치는 영향을 보여주고 있는데, OVX군이 난소를 절제하지 않은 Sham군에 비해 혈청 ALP 활성이 높아졌으나, BRE의 투여로 인해 OVX-BRE군은 OVX 군보다 ALP 활성이 유의적으로 감소하였다(p<0.05). ALP는 조골 대사와 관련이 깊어 대사성 골 질환 등 조골세포의 활동이 증가하여 골 교체율이 빠를 때 혈액 내에서29)농도가 증가하는데, BRE 투여군에서 OVX군보다 ALP 활성이 낮아져 골 대사에 유익한 효과가 있는 것으로 보인다.
- 골다공증의 진단 지표로 사용되는 혈중 estradiol 함량은 OVX군에서 Sham군에 비하여 45% 감소하였으나, BRE를급여한 OVX-BREe OVX군에 비하여 23% 증가하여 유의한 효과를 보였다(Fig. 5). 이것은 홍삼 추출물을 이용하여 골다공증 모델의 혈중 estradiol 수준을 높일 수 있었던 연34)구 결과와 비교할 때, 흑미 호분층 추출물도 혈중 estradiol 수준에 영향을 줌으로써 폐경 후 여성의 뼈 건강 개선에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 골무기질 함량(BMC)도 난소절제한 동물 모델에서 감소하는 경향을 보였고, BRE를 급여한 경우, 대퇴골과 경골에서 각각 3%와 18%가 증가하는 경향을 보였으나 실험군 사이에 유의한 차이를 보이지는 않았다(Table II). 특히 난소절제에 의해 경골의 칼슘 함량이 유의하게 감소되었으나, BRE를 급여한 경우 Sham 군과 가까운 수준으로 증가하였다(Fig.
- Ⅱ에 나타내었다. 대체적으로 대퇴골과 경골의 골밀도가 골다공증 모델에서 5~6%씩 감소하였는데, 흑미 호분층 추출물을 섭취한 실험군(OVX-BRE)에서 대퇴골과 경골의 골밀도가 OVX군보다 각각 2%와 8%가 증가하였고, 경골의 경우, OVX군과 유의한 차이를 보였다.
- 1). 따라서 난소절제는 식이섭취량 및 체중 증가에 영향을 주지만, BRE를 섭취한 경우 OVX군과같은 식이섭취량임에도 불구하고, 체중 증가를 억제하는 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 또한 BRE를 급여한 경우 경골의 길이가 OVX군보다 15% 증가하였는데(p<0.05), BRE의 공급은 대체적으로 대퇴골보다는 경골의 골밀도와 골무기질 함량 및 발달에 영향을 줄 수 있는 것으로 보인다(Table II).
- 특히 혈청 OC 농도는 폐경 후에 증가되며 폐경 후에 나타나는 골소실율을31, 32)잘 예측할 수 있는 지표로 알려져 있다. 본 실험의 경우 OVX군의 혈중 OC농도는 Sham군보다 유의적으로 증가하였으나 BRE 투여에 따른 영향은 나타나지 않았는데(Fig. 4), 이는 식물 추출물이 다른 생화학 지표에는 영향을 주었으나 OC에는 영향을 주지 못했던 이 등(2005)의 보고와 일33)치하는 결과이다.
- 분비를 증가시킨다. 본 연구에서 Sham군에 비해 OVX 군의 혈중 PTH 농도가 증가하였으나, 흑미 추출물(BRE)의 공급으로 혈중 PTH 수준이 유의적으로 감소하였고 Sham 군과 유의한 차이를 보이지 않았다(Fig. 6).
- 뼈의 강도(strength)는 OVX군에서 Sham군에 비해 대퇴골과 경골에서 각각 6%와 5%가 감소하였으나(p>0.05), BRE 를 투여한 OVX-BRE 군에서 OVX군보다 각각 24%와 11% 가 유의하게 증가하였고(p<0.05), 정상군인 Sham군보다 높게 나타났다(Table II). 그러므로 흑미 호분층의 추출물은 폐경기 여성에서 자주 일어나는 골절의 예방에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 4g에 비하여 증가하였으나 두 난소절제군 사이에는 유의한 차이가 없었다(자료 제시하지 않음). 체중은 OVX에서 Sham에 비하여 증가하였으나, 흑미 호분층 추출물(BRE)을 섭취한 OVX-BRE에서 OVX군보다 유의한 수준에서 체중이 감소하였다(Fig. 1). 따라서 난소절제는 식이섭취량 및 체중 증가에 영향을 주지만, BRE를 섭취한 경우 OVX군과같은 식이섭취량임에도 불구하고, 체중 증가를 억제하는 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 유의한 차이를 보이지는 않았다(Table II). 특히 난소절제에 의해 경골의 칼슘 함량이 유의하게 감소되었으나, BRE를 급여한 경우 Sham 군과 가까운 수준으로 증가하였다(Fig. 2). 그러나 경골의 인 함량은 모든 실험군 사이에 유의한 차이를 보이지 않았다(결과 표시하지 않음).
- 흑미 호분층 추출물은 난소절제로 인해 골 소실이 일어나는 실험동물모델에서, 골밀도, 골 무기질 함량 및 뼈의 강도에 영향을 줌으로써, 골 소실을 억제하는 효과가 있었다. 이것은 흑미 호분층 추출물이 골대사와 관련된 각종 혈중생화학적 지표에 영향을 주고 이것이 골대사에 영향을 주기 때문인 것으로 분석된다.
후속연구
- 05), 정상군인 Sham군보다 높게 나타났다(Table II). 그러므로 흑미 호분층의 추출물은 폐경기 여성에서 자주 일어나는 골절의 예방에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 이것은 흑미 호분층 추출물이 골대사와 관련된 각종 혈중생화학적 지표에 영향을 주고 이것이 골대사에 영향을 주기 때문인 것으로 분석된다. 따라서 흑미 호분층 추출물은 폐경 후 여성의 골다공증 예방 및 뼈 건강 개선을 위해 이용될 수 있을 것으로 보이며, 임상실험을 통한 인체에서의 적용 및 확인 실험 연구가 필요하다.
- 5). 이것은 홍삼 추출물을 이용하여 골다공증 모델의 혈중 estradiol 수준을 높일 수 있었던 연34)구 결과와 비교할 때, 흑미 호분층 추출물도 혈중 estradiol 수준에 영향을 줌으로써 폐경 후 여성의 뼈 건강 개선에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
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