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문제 정의
- 21-23) 그러나 경옥고를 이용한 항피로 및 운동수행능력의 효능에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았다. 그러므로 본 연구에서는 항피로효능에 대한 경옥고와 홍삼의 생리활성을 알아보기 위해 운동수행능력 개선과 피로 물질의 경감 여부를 검증하고자 하였다.
제안 방법
- 사육장 당 6마리를 사육하였고 실내 온도 23℃±2℃, 습도 50%±10%를 유지하였다. 1주일 동안 사육실에서 순화 시킨 후 자유 급식하였으며, 총 4주간 진행하였다. 본 연구에 사용된 실험동물은 충남대학교 동물실험윤리위원회의 승인하에 진행되었다(CNU-00684).
- 27)강제수영 운동 후 60분 경과된 시점에서 경추 탈골을 실시 하였고, 심장으로부터 혈액을 수집하였다.
- 피로 물질에 미치는 영향 − 4주간 투여에 따른 경옥고와 홍삼 추출물의 항피로 효능을 평가하기 위하여 혈액 및 조직에서 피로물질을 조사하였다. 4주간 처리한 실험동물을 대상으로 90분간 강제수영을 진행하고 1시간 휴식 후 채취한 혈액을 분석하였다. 운동 수행시간에 많이 노출된 근육은 glucose 소모의 증가로 혈중 대사산물을 증대시켜 피로를 유발하게 된다.
- 시료 투여에 의한 운동수행능력의 변화를 측정하기 위하여 경구투여 시작 후 2주차에 악력, 3주차에 탈진 트레드밀 운동, 4주차에 탈진 수영 운동을 각각 평가하였다. 각각의 운동수행능력 평가는 시료의경구투여 후, 1시간이 경과한 시점에서 실시하였다.
- 25) ③ 탈진 수영 운동 평가: 탈진 수영 능력을 평가하기 위한 장치로서 지름 17 cm 높이 27 cm 규격의 플라스틱을 사용하였고, 물의 온도는 27o C로 유지했으며, 수면의 높이는 20 cm로 마우스의 꼬리가 물통 바닥에 닿지 않을 정도로 하였다. 강제 수영의 운동 강도를 높이기 위하여 5 g 무게의 추를 꼬리에 매달아 테스트를 실시하였다. 수영실험은 체중을 달고 체중에 5%의 구리 추를 꼬리에 매달아 테스트를 실시하였다.
- 실험방법 − 순화된 마우스는 무작위로 경옥고(Kyung-OkKo, KOK, 600 mg/kg/day) 투여군, 홍삼 추출물(RG, red ginseng extract, 45 mg/kg/day) 투여군 그리고 대조군(vehicle control, VC, 생리식염수)으로 분류하였으며, 각 군은 17마리로 하였다. 경옥고와 홍삼 추출물의 투여량은 각각 1일 사용량을 기준으로 설정하였다. 시료 투여에 의한 운동수행능력의 변화를 측정하기 위하여 경구투여 시작 후 2주차에 악력, 3주차에 탈진 트레드밀 운동, 4주차에 탈진 수영 운동을 각각 평가하였다.
- 또한, 90분간 강제수영을 진행한 후 1시간 경과된 시점에서 적출한 대퇴근육의 glycogen 함량을 조사 하였다. 경옥고 투여군(1.
- 사육장 당 6마리를 사육하였고 실내 온도 23℃±2℃, 습도 50%±10%를 유지하였다.
- 강제 수영의 운동 강도를 높이기 위하여 5 g 무게의 추를 꼬리에 매달아 테스트를 실시하였다. 수영실험은 체중을 달고 체중에 5%의 구리 추를 꼬리에 매달아 테스트를 실시하였다. 종료 기준은 코가 수면 아래로 가라앉은 상태가 5초간 진행될 때를 종료 시점으로 적용하였다.
- 경옥고와 홍삼 추출물의 투여량은 각각 1일 사용량을 기준으로 설정하였다. 시료 투여에 의한 운동수행능력의 변화를 측정하기 위하여 경구투여 시작 후 2주차에 악력, 3주차에 탈진 트레드밀 운동, 4주차에 탈진 수영 운동을 각각 평가하였다. 각각의 운동수행능력 평가는 시료의경구투여 후, 1시간이 경과한 시점에서 실시하였다.
- 실험방법 − 순화된 마우스는 무작위로 경옥고(Kyung-OkKo, KOK, 600 mg/kg/day) 투여군, 홍삼 추출물(RG, red ginseng extract, 45 mg/kg/day) 투여군 그리고 대조군(vehicle control, VC, 생리식염수)으로 분류하였으며, 각 군은 17마리로 하였다.
- 운동수행능력에 미치는 영향 − 악력, 탈진 트레드밀, 탈진 수영을 적용하여 경옥고와 홍삼 추출물의 운동수행능력을 평가하였다.
- 운동수행능력평가 − ① 악력 평가: 마우스의 근육 기능 평가를 위해 grip strength meter를 사용하여 아래 방법에 준하여 악력을 측정하였다.
- 피로 물질에 미치는 영향 − 4주간 투여에 따른 경옥고와 홍삼 추출물의 항피로 효능을 평가하기 위하여 혈액 및 조직에서 피로물질을 조사하였다.
- 혈액 및 조직의 채취 − 4주차 1일에 경구 투여 후 1시간이 경과한 시점에서 탈진 수영 운동 평가와 동일한 조건에서 추를 달지 않고 90분간 강제수영 운동을 실시하였다.
대상 데이터
- 시약 및 기기 − 혈액학적 지표(lactate, NH4, BUN, glucose, creatinine) 및 조직학적 지표(Glycogen) 측정용 kit 시약은 Biovision사(미국)로부터 구입하였다.
- 실험동물 − 7주령의 ICR 마우스 수컷을 중앙실험동물㈜로부터 구입하였다.
- 시약 및 기기 − 혈액학적 지표(lactate, NH4, BUN, glucose, creatinine) 및 조직학적 지표(Glycogen) 측정용 kit 시약은 Biovision사(미국)로부터 구입하였다. 실험에 사용한 기기로는 Microplate reader (BioTek Instruments, 미국), Treadmill (자체제작, 한국), Grip strength meter (Bioseb, 프랑스) 등을 사용하였다.
- 실험재료 − 경옥고 및 홍삼 추출물은 광동제약㈜에서 품질관리를 거쳐 인증된 시제품을 사용하였다.
- 5 g으로 구성되어 있다. 양성대조군으로 이용한 홍삼 추출물은 국내산 6년근 홍삼 농축액으로 고형분 60% 이상, 진세노사이드 Rg1, Rb1 및 Rg3의 합 7 mg/g으로 원료삼 배합비율은 홍삼근 70%, 홍미삼 30%으로 구성되어 있다.
데이터처리
- 사후검증(post-hoc tests)을 실시하였으며 통계적 유의성은 p<0.05 수준으로 설정하였다.
- 통계 처리 − 실험군 간의 유의성 검증을 위하여 통계프로그램 SPSS 버전 22를 사용하여 일원분산분석(One-way ANOVA)을 이용하였다.
성능/효과
- 1 ml/kg) 모두 수영지속 시간이 유의하게 증가한 것을 보고하였다.17) 따라서 본 연구에서 적용한 600 mg/kg 농도의 장기 투여 효과는 앞서 기술한 선행연구에서 단기 투여효과로 제시한 수영의 지속 시간 뿐 만 아니라 악력, 트레드밀 운동에 의한 근력 및 전신 지구력 향상에 긍정적인 효과를 주는 것으로 사료된다.
- 2주차 악력 테스트에서 경옥고 시험군 (286.1±49.0 g)이 생리식염수를 처리한 정상군(263.3±55.9 g)과 홍삼 추출물 투여군(244.8±33.1 g)과 비교하여 악력이 유의하게 증가하였다(Fig. 2A).
- 7) 피로의 원인으로는 actin-myosin coupling을 위해 가용할 수 있는 ATP 부족과 근형질세망에서 Na+/K+ pumping, Ca2+uptake 부족으로 초래되는 “탈진 이론(exhaustion theory)”과 다양한 대사성 부산물의 축적이 원인이 되는 “항상성 장애 이론 (homeostasis disturbance theory)”, 그리고 힘을 발생시키는 과정에 하나 또는 그 이상의 단계로 진입이 실패하여 발생하는 “파국 이론(catastrophe theory)” 이 있다.8) 제시된 이론들은 힘의 동원이 필요할 때 방해요인으로 작용하여 골격근의 수축력을 감소시킬 수 있다.9-14)
- 결과를 종합해 보면 경옥고 투여군에서 2주차 악력의 증가와 3주차 탈진 트레드밀 운동지속시간 증가, 4주차 탈진 수영 운동지속시간이 증가되었음을 확인하였다. 또한 강제 수영운동 적용 후 피로와 관계된 혈액 및 조직 지표를 조사한 결과 경옥고 투여군에서 피로 지표인 혈중 lactate 농도가 감소하였으며, 혈중 glucose와 골격근의 glycogen 함량이 증가한 것을 확인하였다.
- 경옥고 투여군(1.53±0.44 mg/g)에서 근육 내의 glycogen 함량이 생리식염수군(0.82±0.28 mg/g)과 홍삼 추출물(0.82±0.25 mg/ g)과 비교하여 유의하게 높게 나타났다(Fig. 4A).
- 결과를 종합해 보면 경옥고 투여군에서 2주차 악력의 증가와 3주차 탈진 트레드밀 운동지속시간 증가, 4주차 탈진 수영 운동지속시간이 증가되었음을 확인하였다. 또한 강제 수영운동 적용 후 피로와 관계된 혈액 및 조직 지표를 조사한 결과 경옥고 투여군에서 피로 지표인 혈중 lactate 농도가 감소하였으며, 혈중 glucose와 골격근의 glycogen 함량이 증가한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 운동수행능력의 향상을 초래한 경옥고 투여군이 피로 유도성 수영 운동적용 시 수행했던 운동강도는 생리식염수 투여군과 비교하여 상대적 운동 강도가 서로 다를 것으로 판단된다.
- 즉, 90분간 동일한 운동 수행이 경옥고 투여군에서는 체력의 증가로 인해 생리식염수와 비교하여 운동의 힘들기가 낮아 glycogen 동원이 적었기 때문인 것으로 사료된다. 또한 본 연구에서 경옥고와 홍삼 추출물 투여군에서의 일부 운동수행 능력과 항피로 지표의 차이는 1일 인체적용 용량을 기준으로 한 경옥고(600 mg/kg)와 홍삼 추출물(45 mg/kg)의 처리 용량의 차이에 의한 것으로 사료된다. 따라서 경옥고 섭취는 운동 수행능력 향상과 더불어 혈액과 근육 내의 피로 개선에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한, 3주차 탈진성 트레드밀 운동 지속 시간은 생리식염수(26.4±4.9 min)와 홍삼 추출물 (31.6±4.9 min) 투여군과 비교하여 경옥고 투여군(32.1±5.6 min)이 유의하게 높은 것으로 나타났다(Fig. 2B).
- 본 연구에서 경옥고(600 mg/kg)를 실험동물에 4주간 처리한 결과 유의성 있는 혈중 lactate 감소와 혈중 glucose 증가및 골격근 내 glycogen 함량 증가를 관찰할 수 있었으며, 악력 증진, 탈진 트레드밀 운동 향상, 강제 수영운동 지속 시간 증가를 관찰하였다. 이러한 경옥고의 항피로 효능 및 운동 수행능력 개선 활성은 차후 경옥고가 피로 개선 및 예방을 위한 천연물 소재로 이용될 수 있는 가능성을 보여준다.
- 체중, 장기 및 사료 섭취에 미치는 영향 − 실험동물 적응 기간 이후부터 무게 및 사료 섭취량을 매주 1회 확인하여 4주간 살펴본 결과, 무게 및 섭취량의 변화에 대한 그룹간의 유의적인 차이는 나타나지 않았다(Table I).
- 피로 누적시 증가하는 혈중 lactate 농도는 생리식염수 투여군(9.53±1.1 mM/L)과 비교하여 경옥고 (5.3±1.25 mM/L)및 홍삼 추출물(6.6±1.02 mM/L) 투여군에서 유의적으로 감소를 하였으며, 피로 개선관련 지표인 혈중 glucose의 농도는 경옥고 투여군(144.5±40.82 mg/dl)에서 생리식염수(120.8±23.0 mg/dl)와 홍삼 추출물 투여군(117.1±33.4 mg/dl)과 비교하여 유의적으로 증가하였다(Fig. 3A and B).
후속연구
- 따라서 경옥고 섭취는 운동 수행능력 향상과 더불어 혈액과 근육 내의 피로 개선에 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 경옥고의 운동 수행능력 향상의 작용 기전에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 또한 본 연구에서 경옥고와 홍삼 추출물 투여군에서의 일부 운동수행 능력과 항피로 지표의 차이는 1일 인체적용 용량을 기준으로 한 경옥고(600 mg/kg)와 홍삼 추출물(45 mg/kg)의 처리 용량의 차이에 의한 것으로 사료된다. 따라서 경옥고 섭취는 운동 수행능력 향상과 더불어 혈액과 근육 내의 피로 개선에 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 경옥고의 운동 수행능력 향상의 작용 기전에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 경옥고(600 mg/kg)를 실험동물에 4주간 처리한 결과 유의성 있는 혈중 lactate 감소와 혈중 glucose 증가및 골격근 내 glycogen 함량 증가를 관찰할 수 있었으며, 악력 증진, 탈진 트레드밀 운동 향상, 강제 수영운동 지속 시간 증가를 관찰하였다. 이러한 경옥고의 항피로 효능 및 운동 수행능력 개선 활성은 차후 경옥고가 피로 개선 및 예방을 위한 천연물 소재로 이용될 수 있는 가능성을 보여준다.
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