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문제 정의
- 본 실험은 ICR계 흰쥐를 이용하여 당뇨를 유발시켜 당뇨조절 효과가 있는 보리면(㈜리안푸드에서 특허 받은 공법으로 제조 보리99.8 %)과 면역력증진 효과가 있는 β-glucan을 함께 식이하여 당뇨병개선 효과 및 면역력증진 효과를 알아보고자 하였다.
- 본 연구는 보리가 가지는 항 당뇨효과와 β-glucan의 면역력 증진효과를 바탕으로 보리와 β-glucan을 혼합식이 하였을 때의 효능증진여부를 확인하고자 하였으며, 기존 보리와 리순을 이용하지 않고 보리숙면을 이용하여 검증하고자 하였다.
- 기존 연구들은 보리가 혈당조절에 효과가 있고, β-glucan이 면역력 증진효과가 있는 것으로 보고하고 있다. 이에 본 연구에서는 보리와 β-glucan이 가지고 있는 각각의 효과를 혼합 식이를 통하여 효과증진여부를 확인하고, 기본 익히지 않은 보리가 아닌 익힌 보리(보리 숙면)로 효과를 검증하여 당뇨병 예방과 함께 치료를 위한 식습관개선과 다양한 건강기능식품으로 활용하기 위한 기초자료를 지공하고자 한다.
제안 방법
- 실험군은 표 1과 같이 총 6군으로 음성대조군, 양성대조군, 보리면대조군, β-glucan 대조군(5 %), 보리면+β -glucan 2.5 %, 보리면+β-glucan 5 %군으로 나누어 실시하였다. 실험식이 조성은 AIN-93을 기준(Reeves 등, 1993)으로 조제하였고, β-glucan 첨가량은 식이 무게의 2.
대상 데이터
- 간기능 지표를 분석하기 위하여 혈액 내 AST (Aspartate Aminotransferase, AST), ALT (Alanine Aminotransferase, ALT), triglyceride와 total cholesterol을 Mindray BS120 제품을 이용하여 분석하였다.
- 보리숙면은 ㈜리안푸드에서 특허 받은 공법으로 제조된 보리숙면(99.8 % 보리 함유 숙면을 이하 보리면으로 한다)을 제공받아 건조와 분쇄하여 식이에 첨가하여 사용하였으며, 효모 추출 β-glucan은 Transfer point (Little Mountain, SC, USA)으로 부터 구입하여 사용하였다.
- 실험동물은 ICR계 6주령 웅성 흰쥐 48마리를 샘타코(주)에서 구입하여 동의대학교 실험동물센터에서 stainless steel cage에 2마리씩 1주일 동안 고형 배합사료와 물로 적응시킨 후 평균 체중 30 g인 내외인 것을 난괴법에 따라 각 실험군당 8마리씩 6군으로 나누어 6주간 사육하였다. 처음 4주 동안은 고지방/고탄수화물식이를 위해 45% kcal%fat (D12451, Research Diet Inc.
데이터처리
- 실험결과의 통계분석은 IBM SPSS statistic ver. 23.0(IBM Co., Armonk, NY, USA)을 사용하여 체중, 혈당 변화, 당 부하검사, 면역 조절능 결과, 간 기능 및 지질수치 검사결과를 음성대조군, 양성대조군, 보리면대조군, β-glucan 대조군, 보리면+β-glucan 2.5 %, 보리면+β -glucan 5 %군 간의 차이를 알아보기 위하여 ANOVA(일원배치분산분석)를 실시하였으며, 사후검증은 Duncan 기법을 실시하였으며 유의수준 α=0.05로 설정하였다.
이론/모형
- 당뇨유발은 Koji 등의 방법을 이용하였다(Koji 등, 2006). 즉, 20시간 절식시킨 동물에 150 mg/㎏ body weight의 농도로 streptozotocin(STZ) (dissolved in 50mM citrate buffer (pH4.
- 보리면과 β-glucan의 면역 조절능을 알아보기 위하여 혈액 내 인터페론의 농도를 ELISA법을 이용하여 측정하였다. Mouse IFN-γ ELISA kit은 R&D systems(Minneapolis, MN, USA)으로부터 구입하여 사용하였다.
- 5 %, 보리면+β-glucan 5 %군으로 나누어 실시하였다. 실험식이 조성은 AIN-93을 기준(Reeves 등, 1993)으로 조제하였고, β-glucan 첨가량은 식이 무게의 2.5 %와 5 %로 첨가하였다.
성능/효과
- 20시간 절식시킨 동물에 streptozotocin을 복강 투여한 결과 혈당수치는 그림 2에서와 같이 모든 실험군에서 300 mg/dl 이상을 보여 당뇨가 유도되었음을 확인하였다. 그리고 식이를 2주 동안 투여하면서 혈당의 변화를 관찰한 결과 양성대조군과 β-glucan대조군은 각각 428 mg/dl, 414 mg/dl를 보여 혈당조절에 큰 효과를 보이지 못한 반면 보리면대조군은 313 mg/dl를 보여 보리 자체의 혈당조절 효과가 있음을 보여주었다.
- IFN-γ 농도에서는 보리 대조군과 β-glucan 대조군에서는 정상과 유사하거나 조금 더 많은 양의 사이토카인이 생산되었고, 보리면과 β-glucan을 함께 식이하는 경우 훨씬 더 강하게 IFN-γ를 생산하였으며, 이는 β-glucan의 농도에 따라 농도 의존적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 당뇨환자들의 면역력 증진을 위해서는 보리면과 함께 β-glucan을 높은 농도로 섭취할 때 다양한 합병증을 예방할 수 있을 것으로 사료된다.
- Streptozotocin에 의해 당뇨가 유발된 양성대조군에서 음성대조군의 동물보다 적은 양의 IFN-γ가 생산되었으나 보리 대조군과 β-glucan 대조군에서는 정상과 유사하거나 조금 더 많은 양의 사이토카인이 생산되는 것을 볼 수 있었다. 특히, 보리면과 β-glucan을 혼합식이한 경우에는 보리와 β-glucan을 단독 식이 하였을 때보다 유의적으로 IFN-γ 생산량이 증가하였고, 이는 β-glucan의 농도에 따른 증가하는 것을 확인할 수 있었다 (p<0.
- 간기능 분석 결과 당뇨 유발군에서는 AST와 ALT의 수치가 높게 나타났고 보리면대조군에서는 감소하였다. 보리와 β-glucan을 동시에 식이한 군에서는 유의한 수준의 AST (p<0.
- 이는 이현서(2015)의 연구에서 보리와 함께 싹 채소 혼합 추출물에서 제 II형 당뇨병 마우스에서 조절능이 본 연구와 비슷한 양상을 보였다. 경구 당부하 검사결과에서도 보리자체만으로도 혈당조절능이 있으나 β-glucan을 함께 식이 하였을 때 더 높은 효과를 보였다.
- 고지방/고 탄수화물식이를 진행한 4주 동안은 동물의 체중이 평균 38 g 전후로 늘어났으나 당뇨 유발 후 2주동안 체중이 급격하게 줄어 당뇨유발 2주차에는 음성대조군이 36 g을 유지한 반면 양성대조군은 평균 18.3 g, 보리면대조군은 21 g, β-glucan 대조군은 18.8 g, 보리면 +β-glucan 2.5 %군은 23.8 g, 보리면+β-glucan 5 %군은 24.8 g의 몸무게를 보였다. 이 결과로 미루어보아 체중감소는 양성대조군, β-glucan 대조군, 보리면대조군, 보리면+β-glucan 2.
- 5 %군, 보리면+β-glucan 5 %군, 음성대조군 순서를 보였다. 그리고 β-glucan 대조군과 보리면+β-glucan 군과의 비교 시 β-glucan의 농도에 따른 유의적인 차이는 없었으나 β-glucan만 식이 시킨 동물보다 보리면과 같이 β-glucan을 식이 시킨 경우 체중의 변화가 크지 않은 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 보리면과 β-glucan을 혼합식이한 동물은 당뇨에 의한 체중감소가 β-glucan 만을 식이한 군보다 적어 당뇨병관리에 효과가 더 있는 것으로 사료된다(그림 1).
- 20시간 절식시킨 동물에 streptozotocin을 복강 투여한 결과 혈당수치는 그림 2에서와 같이 모든 실험군에서 300 mg/dl 이상을 보여 당뇨가 유도되었음을 확인하였다. 그리고 식이를 2주 동안 투여하면서 혈당의 변화를 관찰한 결과 양성대조군과 β-glucan대조군은 각각 428 mg/dl, 414 mg/dl를 보여 혈당조절에 큰 효과를 보이지 못한 반면 보리면대조군은 313 mg/dl를 보여 보리 자체의 혈당조절 효과가 있음을 보여주었다. 그리고 보리면과 β-glucan 2.
- triglyceride와 cholesterol은 보리면 섭취만으로도 감소가 되었으나 보리면과 β-glucan을 함께 섭취한 경우 지질강하 효과가 증가하였다. 따라서 기존 보리가 혈당조절효과가 있고, β-glucan이 면역력증진에 도움이 되는 것으로 보고되었으나 본 실험을 통하여 함께 섭취하는 경우 더 큰 효과를 기대할 수 있는 것으로 나타났다.
- 그리고 β-glucan 대조군과 보리면+β-glucan 군과의 비교 시 β-glucan의 농도에 따른 유의적인 차이는 없었으나 β-glucan만 식이 시킨 동물보다 보리면과 같이 β-glucan을 식이 시킨 경우 체중의 변화가 크지 않은 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 보리면과 β-glucan을 혼합식이한 동물은 당뇨에 의한 체중감소가 β-glucan 만을 식이한 군보다 적어 당뇨병관리에 효과가 더 있는 것으로 사료된다(그림 1).
- 따라서 본 연구는 보리를 단독으로 섭취 시에도 혈당 강하효과가 있지만 β-glucan과 함께 섭취 시 혈당강하를 비롯하여 합병증 예방을 위한 면역력 증진에도 도움이 되며 지질대사에도 도움이 되는 것으로 나타났다.
- 보리숙면과 β-glucan을 단독식이군 보다 혼합식이군에서 혈당조절 효과가 높았으나, 농도에 따라서는 차이를 보이지 않았다. 또한 경구 당 부하검사에서도 보리면과 β-glucan을 함께 섭취한 경우 혈당 조절능이 높았고, 면역조절능 또한 높았으며, β-glucan의 농도가 높을수록 면역력은 증진되었다. 그리고 보리면대조군과 β-glucan대조군을 각각 섭취한 경우에도 음성대조군과 유사한 효과가 있었다.
- 본 연구에서 당뇨 유발군에서는 AST와 ALT의 수치가 높았고, 보리면대조군에서는 감소하였으며, β-glucan 대조군에서는 AST는 거의 줄어들지 않았으나 ALT는 줄어들었다. 또한 보리와 β-glucan을 동시에 식이한 군에서는 유의한 수준의 AST와 ALT 수치의 개선이 나타났고, β-glucan의 농도에 따라 비례적으로 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이는 손희경 등(2016)의 연구에서 보리순 분말 첨가 당뇨군에서 당뇨대조군에 비해 감소하는 경향을 보여 본 연구와 유사한 결과를 보였다.
- 혈중 지방분석에서는 당뇨 유발에 의해 triglyceride와 cholesterol 모두 증가하였고, 보리의 식이에 의해 유의적으로 감소하였으며, β-glucan 단독식이 군에서도 triglyceride는 유의적으로 감소하였으나 cholesterol은 감소하지 않았다. 보리와 β-glucan을 같이 혼합식이한 군에서는 β-glucan만을 처리한 군보다 훨씬 더 강한 지질 강하 효과를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이는 여러 연구결과(Behall, 2004; Poppitt, 2007; Sharma, 2010)에서 보리의 섭취는 콜레스테롤과 중성지방 강하에 도움이 되는 것으로 나타나 본 연구결과와 유사하였으나, 유연석 등(2009)의 연구결과에서는 보리로 만든 빵과 밀가루로 만든 빵 섭취 후 측정 시 차이를 보이지 않아 본 연구와 차이를 보였다.
- 간기능 분석 결과 당뇨 유발군에서는 AST와 ALT의 수치가 높게 나타났고 보리면대조군에서는 감소하였다. 보리와 β-glucan을 동시에 식이한 군에서는 유의한 수준의 AST (p<0.001)와 ALT (p<0.001) 수치의 개선이 나타났고, β-glucan의 농도에 따라 비례적으로 감소하는 것을 볼 수 있었다(그림 5).
- 간기능 분석 결과에서 AST와 ALT의 수치는 간세포에 다량으로 존재하는 효소로 간 손상지표로 활용되어지고 있다. 본 연구에서 당뇨 유발군에서는 AST와 ALT의 수치가 높았고, 보리면대조군에서는 감소하였으며, β-glucan 대조군에서는 AST는 거의 줄어들지 않았으나 ALT는 줄어들었다. 또한 보리와 β-glucan을 동시에 식이한 군에서는 유의한 수준의 AST와 ALT 수치의 개선이 나타났고, β-glucan의 농도에 따라 비례적으로 감소하는 것을 볼 수 있었다.
- 실험동물의 혈당변화에서는 모든 실험군에서 300 mg/dl 이상을 보여 당뇨가 유도된 것을 확인하고 각각 식이를 2주간 시행하였을 때 양성대조군(428 mg/dl), β-glucan대조군(414 mg/dl)에서는 혈당수치가 낮아지지 않은 반면, 보리면대조군(313 mg/dl), 보리면과 β-glucan 2.5 %(284 mg/dl), β-glucan 5 %(296 mg/dl)에서는 혈당수치가 유의하게 낮아졌다. 기존 연구에서도 보리는 혈당조절 기능을 가지는 것으로 유연석 등(2009)의 연구결과와 유사하였으며, 본 연구에서는 β-glucan의 함량에 따른 혈당조절 능력에서 농도에 따른 차이는 보이지 않았다.
- 이는 STZ유발 당뇨군에서 식이효율이 감소이 감소하기 때문이다. 이에 본 연구 결과 보리숙면과 β-glucan을 각각 섭취하는 것보다 함께 섭취하는 것이 체중 변화량이 적어 당뇨병환자 체중관리에 더 효과적인 것으로 사료된다.
- 총 중성지방과 총 콜레스테롤을 분석한 결과 당뇨 유발에 의해 triglyceride(TG)와 cholesterol(CHOL) 모두 증가하였고, 보리의 식이에 의해 유의적으로 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 β-glucan 단독 식이군에서도 triglyceride는 감소하였으나 cholesterol은 그렇지 않았다.
- Streptozotocin에 의해 당뇨가 유발된 양성대조군에서 음성대조군의 동물보다 적은 양의 IFN-γ가 생산되었으나 보리 대조군과 β-glucan 대조군에서는 정상과 유사하거나 조금 더 많은 양의 사이토카인이 생산되는 것을 볼 수 있었다. 특히, 보리면과 β-glucan을 혼합식이한 경우에는 보리와 β-glucan을 단독 식이 하였을 때보다 유의적으로 IFN-γ 생산량이 증가하였고, 이는 β-glucan의 농도에 따른 증가하는 것을 확인할 수 있었다 (p<0.001)(그림 4).
- 혈중 지방분석에서는 당뇨 유발에 의해 triglyceride와 cholesterol 모두 증가하였고, 보리의 식이에 의해 유의적으로 감소하였으며, β-glucan 단독식이 군에서도 triglyceride는 유의적으로 감소하였으나 cholesterol은 감소하지 않았다. 보리와 β-glucan을 같이 혼합식이한 군에서는 β-glucan만을 처리한 군보다 훨씬 더 강한 지질 강하 효과를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 기존 연구에서도 보리는 혈당조절 기능을 가지는 것으로 유연석 등(2009)의 연구결과와 유사하였으며, 본 연구에서는 β-glucan의 함량에 따른 혈당조절 능력에서 농도에 따른 차이는 보이지 않았다. 그러나 β-glucan을 이용한 혈당 강하 효과는 주로 β-glucan의 높은 점성이 장에서 당 흡수를 지연시키는 기전(Keogh 등, 2003; 황교순 등, 2008)으로 알려져 있어 투여기간을 늘려 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다.
- IFN-γ 농도에서는 보리 대조군과 β-glucan 대조군에서는 정상과 유사하거나 조금 더 많은 양의 사이토카인이 생산되었고, 보리면과 β-glucan을 함께 식이하는 경우 훨씬 더 강하게 IFN-γ를 생산하였으며, 이는 β-glucan의 농도에 따라 농도 의존적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 당뇨환자들의 면역력 증진을 위해서는 보리면과 함께 β-glucan을 높은 농도로 섭취할 때 다양한 합병증을 예방할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 본 연구에서는 β-glucan의 농도는 2.
- 당뇨환자들의 면역력 증진을 위해서는 보리면과 함께 β-glucan을 높은 농도로 섭취할 때 다양한 합병증을 예방할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 본 연구에서는 β-glucan의 농도는 2.5 %, 5 %로 한 것을 조금 더 다양하게 추가연구를 실시하여 적정 농도를 찾기를 제언한다.
- 본 연구는 기존의 보리 가루, 보리 순을 이용한 것이 아니라 보리를 익혀서 다시 가루로 만들고 이를 고지방/고 탄수화물 식이와 병행하였을 때 효능을 검증하였기에 특히 더 의미가 있으나, β-glucan의 적정농도를 찾고, 투여기간을 늘린 추가적인 실험이 진행되어야 할 것이다. 이를 기초로 하여 당뇨병을 예방하고 개선하기 위한 보리를 이용한 다양한 건강기능식품의 개발이 이루어져 보리섭취량의 증가와 다양한 섭취방법이 마련될 수 있기를 기대한다.
- 본 연구는 기존의 보리 가루, 보리 순을 이용한 것이 아니라 보리를 익혀서 다시 가루로 만들고 이를 고지방/고 탄수화물 식이와 병행하였을 때 효능을 검증하였기에 특히 더 의미가 있으나, β-glucan의 적정농도를 찾고, 투여기간을 늘린 추가적인 실험이 진행되어야 할 것이다. 이를 기초로 하여 당뇨병을 예방하고 개선하기 위한 보리를 이용한 다양한 건강기능식품의 개발이 이루어져 보리섭취량의 증가와 다양한 섭취방법이 마련될 수 있기를 기대한다.
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