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Comparison of the efficacy of the herbs for upper medication on glucose tolerance induced by high fat/high sucrose feeding-induced mice
Comparison of the efficacy of the herbs for upper medication on glucose tolerance induced by high fat/high sucrose feeding-induced mice
The Korea Journal of Herbology. 2014. Sep, 29(5): 1-8
Copyright © 2014, The Korea Association Of Herbology
  • Received : August 20, 2014
  • Accepted : September 17, 2014
  • Published : September 30, 2014
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석용 강
seokppo2@hanmail.net
용기 박
yongki@dongguk.ac.kr

Abstract
Objectives :
To prove the channel-tropism theory of herbal medicines on diabetes mellitus as emaciation-thirst disease in Korean Medicine Theory, we investigated the selective therapeutic effects of Mori Cortex Radidus (MCR), Schisandrae Fructus (SF), Anemarrhenae Rhizoma (AR) for the upper emaciation on different organs in high fat and high sucrose (HF/HS) feeding-induced prediabetic mice.
Methods :
Diabetes in C57BL/6 mice was induced by the administration of high fat (45 kal%) and high sucrose (32 kal%) for 8 weeks, and them treated with each extract at 250 or 500 mg/kg body weight for 4 weeks (once a day). Oral glucose tolerance test and body weight was measured once a week. Insulin, total cholesterol, triglyceride, γ GTP, GOT and GPT were measured in the sera of all mice. Histopathological changes of different organs, lung, heart, pancreas, stomach, liver, and kidney were observed by H&E staining.
Results :
The results revealed that MCR extract inhibited the impaired glucose tolerance and lung damage, and increased serum insulin levels in HF/HS-induced prediabetic mice. SF extract inhibited the impaired glucose tolerance and lung damage, increased serum insulin levels, and decreased serum triglycerige levels. Meanwhile, AR extract inhibited the impaired glucose tolerance and lung damage, and decreased serum levels of insulin, total cholesterol and triglycerige levels.
Conclusions :
These results demonstrated that MCR, SF, and AR extract as the upper emaciation herbal medicines were followed their channel-tropism theory like a lung, and may have a selective therapeutic potential for control of diabetic stage.
Keywords
서 론
최근 당뇨병은 전 세계적으로 유행병이라 할 만큼 급격한 증가추세를 보이고 있으며, 우리나라에서도 지난 30여 년 간 폭발적인 증가를 보이고 있다. 당뇨병 유병률의 증가는 심각한 합병증을 유발하여 삶의 질에 영향을 미치고 나아가 사망에 이르게 함으로써 의료관련 비용 등 사회적 손실이 막대한 질환이다 1) . 당뇨병은 우리 몸이 섭취한 음식물을 적절하게 사용하지 못하여 혈액 속의 포도당(혈당)의 수치가 정상인 보다 훨씬 높은 상태를 말하며, 당 대사의 이상은 인슐린의 절대적 또는 상대적 결핍으로 인해 발생되는 고혈당 상태 및 이에 수반되는 대사 장애가 장기간 지속되는 상태로 혈관장애, 망막증, 신증, 신경장애, 감염증 등의 당뇨합병증을 유발하게 된다 2) . 당뇨병의 주요 대사 특징은 에너지 대사에 관여하는 포도당을 적극적으로 수용하여 세포대사에 사용하지 못하는 것으로 세포내로 흡수되지 못한 포도당은 혈액 내 고농도 상태로 존재하게 되고 이로 인해 중성지방과 콜레스테롤 위주로 농도가 증가하게 된다 3) . 따라서 당뇨병 치료의 목표는 고혈당을 정상혈당에 가깝게 조절하는 것과 정상적인 혈중 지질 농도를 유지시키는 것이다 4) . 현재 혈당 치료 약제로는 간에서 당 생성을 억제하여 공복혈당을 감소시키는 metformin, 췌장 베타세포로부터 인슐린 분비를 증가시킴으로써 혈당을 낮추는 sulfonylurea, glinide, 다당류의 소화 속도를 지연시킴으로 써 식후 혈당을 조절하는 α -glucosidase inhibitor, 근육이나 지방, 간에서 인슐린 감수성을 증가(insulin sensitizer)시키는 thiazolidinediones, 소장 L-세포에서 생성되어 췌장 베타세포의 GLP-1(Glucagon-like peptide-1) 수용체에 결합함으로써 포도당에 의한 인슐린 분비를 촉진하는 인크레틴 호르몬(glucagon-like peptide-1 agonist), 그리고 GLP-1과 GIP(glucose-dependent insulinotropic peptide)를 증가시켜 포도당에 의한 인슐린 분비를 증가시키고 글루카곤의 분비를 억제하는 DPP-4(Dipeptidyl peptidase-4) inhibitor등이 사용되고 있다 5) .
한의학에서 당뇨병은 소갈(消渴)의 범주로 인체 내부 음양오행의 조절이상에 따른 만성 소모성 질환이며, 당뇨병성 합병증까지 포괄한 넒은 범위의 병증으로 해석하고 있다 6) . 또한 삼초부위(三焦部位)에 발현한 전신질환으로서 음식부절(飮食不節), 정지부조(情志不調), 번로과도(煩勞過度), 약물중독(藥物中毒), 병후혈쇠(病後血衰), 기후기상부조(氣候氣象不調)가 유인(誘因)으로서 병의 진행 단계에 따라 상소(上消), 중소(中消), 하소(下消)의 삼소(三消)로 나눈다 7) . 상소는 격소(膈消)에 따른 심열(心熱)과 폐소(肺消)로 인한 심한(心寒)이 발생함으로써 폐로 전이된 것이고, 중소는 위화치성(胃火熾盛) 또는 이양(二陽: 위, 대장)의 조열(燥熱)에 따른 것으로 보며, 하소는 신수범상(腎水泛上)을 뜻하는 음허(陰虛)와 신화상불(腎火上怫)을 뜻하는 양허(陽虛)로 해석하고 있다. 또한 상소는 다음(多飮), 중소(中消)는 다식(多食), 하소는 다뇨(多尿) 증상을 주요 증상으로 처방에 차이를 두고 상소에는 청심연자음(淸心蓮子飮), 중소에는 생지팔물탕(生地八物湯), 하소에는 위기환(胃氣丸) 등을 주로 사용하게 된다.
한편, 귀경(歸經)은 장부경락이론(臟腑經絡理論)에 따라 약물의 작용을 장부경맥의 관계와 결합하여, 어떤 장부경맥의 병변에 약물이 선택적으로 작용하는가의 작용 규칙을 밝히는 약성이론(藥性理論)이며, 귀(歸)는 작용의 귀속(歸屬)을 의미하고, 경(經)은 장부경락(臟腑經絡)을 총칭하는 것으로 귀경은 약물작용의 정위(定位) 개념이라 할 수 있다 8) . 금원(金元) 이래 약물(本草)의 귀경이론은 약물의 효용적 근거로서 한의학적 장부이론이나 경락이론에 의해 뒷받침되어 왔다. 즉, 한의학적으로 사람의 내장은 오장육부(五臟六腑)로 구성되어 있고 각 장부는 다른 장부와 유기적으로 연계되어 있지만 장부 별 특징적인 기능을 발현함으로써 인체를 유지한다고 할 수 있다. 따라서 귀경은 한약의 작용범주이고 경락은 장부기능의 외부 통로이므로 귀경의 작용은 장부기능의 허실로 나타나게 되므로 귀경이론은 장부기능 허실의 약리기전으로 볼 수 있다.
상소한약으로서 상백피는 뽕나무( Morus alba Linne, Moracae)의 뿌리껍질(Mori Cortex Radidus)로서 주피를 제거한 것으로 성질이 차갑고(寒)맛은 달며(甘), 귀경은 폐(肺經)로 들어가 열을 제거하여 기침을 멎게 하고(瀉肺平喘), 몸속에 물을 잘 통하게 하여 부종을 치료(行水消腫)하며, 폐열(肺熱)에 의한 감기와 천식을 가라앉히고, 소변불리(小便不利) 등에 응용하는 것으로 알려져 있다 9) . 또한 오미자( Schisandra chinensis Baill, Schisandraceae)의 완숙한 과실(Schisandrae Fructus)을 건조한 것으로 성질이 따뜻하고(溫). 맛은 시고 달며(酸甘), 귀경은 폐·심·신(肺心腎經)으로 오미(五味)를 가지고 있으나 신맛(酸味)이 주(主)이고, 그 성질이 따뜻하되 마르지(燥)않아 폐·심·신에 들어가 위로는 폐기(肺氣)를 거두고(斂), 아래로는 신음(腎陰)을 더하며(滋) 아울러 설사를 멈추게 하고(澀精止寫), 진액을 생성하고(生津), 땀을 멈추게하는(止汗) 등의 작용을 가지고 있다. 그러므로 폐가 허(虛)해서 숨이 차고 겸해서 기침을 하는 증상(肺虛喘咳)을 수렴(收斂)하여 흘러나가는 것을 막아서 유정 등을 치료(固澀止遺)하는 효능이 있다고 알려져 있다 10) . 한편 지모는 지모( Anemarrhena asphodeloides Bunge, Liliaceace)의 뿌리줄기(Anemarrhenae Rhizoma)로 성질이 차갑고(寒) 맛은 쓰고 달며(苦甘), 귀경은 폐·신·위(肺腎胃經)로 들어가 고한(苦寒)은 열기를 식히고 화기를 제거하고(淸熱瀉火), 활장작사(滑腸作瀉)하기 쉬우므로 음허로 인해 생기는 변비(陰虛便秘)에 매우 적합한 것으로 알려져 있다. 또한 감한(甘寒)은 음기(陰氣)를 기르고 마른 것을 적셔주므로(滋陰潤燥) 조열상음(燥熱傷陰)의 경우에 실증(實證)과 허증(虛證)을 불문하고 모두 응용할 수 있다고 알려져 있다 11) .
본 연구에서는 귀경이론으로부터 약물의 장부기능에서의 역할을 이해하기 위해 질병의 소갈의 처음 단계인 상소를 중심으로 상백피, 오미자, 지모와 같은 상소한약들의 귀경으로써 폐(肺)와 심(心)의 기능허실조절 역할과 이를 통한 질병 단계의 조절 여부를 당뇨병에서의 현대 약리적 실험기법을 통해 증명함으로써 귀경이론에 대한 과학적 근거를 확보하고자 하였다.
재료 및 방법
- 1. 재료
- 1) 약재
상백피, 산수유, 지모는 (주)광명당제약(울산, 한국)으로부터 표준약재를 구입하여 동국대학교 한의과대학 본초학교실교실에서 감별한 후 정선하여 시료로 사용하였다.
- 2) 동물
실험동물은 C57BL/6계 4주령 체중 20 g 전후의 수컷 마우스를 (주)중앙실험동물(서울, 한국)로부터 분양받아 실험에 사용하였다. 실험기간 동안 일정 사료와 물을 자유 섭취시켰으며, 실내온도 22±2℃, 습도 55±5%, 명암 12시간(Day light 06:00∼18:00)을 주기로 실험종료 시까지 일정한 사육조건을 유지시켰다.
- 2. 방법
- 1) 시료의 조제
상백피, 산수유, 지모를 각각 200 g에 정제수 2L를 가하여 열탕추출기에서 3시간 씩 2회 가열하여 얻은 추출물을 여과지(Whatman NO. 1)로 여과한 후 회전식 감압농축기로 감압 농축하여 동결 건조함으로써 물추출물을 제조하였다. 이때 수득율은 상백피, 산수유, 지모가 각각 15.2%, 46.3%, 56.9%였으며, 모두 건조분말 상태로 냉장보관하면서 실험 직전 생리식염수에 적정 농도로 희석하여 사용하였다.
- 2) 당내성능 유발
소갈의 상소단계로써 당내성능(glucose tolerance) 단계의 전당뇨병(prediabetic condition) 상태를 유발하기 위해 마우스에 고지방과 고탄수화물 식이(Surwit's Retenon Diet with 45 kcal% fat and 32% kcal% sucrose, Research Diets, Inc.)를 8주간 실시하였으며, 대조군으로 정상 고형사료(Teklad Global 18% Protein Rodent Diet, Harlan Laboratories, Inc., CA, USA)를 제공하였다. 당내성 유발을 확인하기 위해 매주 OGTT(oral glucose tolerance test)를 실시하였다.
- 3) 실험군의 설정
실험군은 각 군 당 마우스 10마리씩을 정상군(normal), 고지방·고탄수화물식이 투여 대조군(이하 대조군, control), 고지방·고탄수화물식이와 함께 상소약물 투여군으로 나누어 설정하였다. 정상군을 제외한 나머지 군은 8주간 고지방·고탄수화물식이를 투여함으로써 당내성을 유발시켰으며, 각 약물들은 매일 1회 일정한 시각에 상백피 250 ㎎/㎏, 오미자 500 ㎎/㎏, 지모 500 ㎎/㎏를 4주 간 경구 투여하였고, 약물을 투여하지 않는 정상군과 대조군에는 동일 양의 생리식염수를 경구 투여하였다.
- 4) 체중 측정 및 혈액 수집
실험기간 동안 매주 체중을 측정하였고 투여 0일째 체중을 초기(initial) 체중으로, 4주째 체중을 마지막(final) 체중으로 하였다. 또한 4주 실험 종료 후 최소 12시간 이상 절식시킨 후 모든 동물을 희생시키고 복대정맥으로부터 혈액을 수집하였다. 수집된 혈액은 6,000 rpm에 15분간 원심 분리함으로 써 혈청을 분리하고 -80℃에 보관하면서 혈액마커 측정을 위한 시료로 사용하였다.
- 5) 내당능 측정
내당능 검사(oral glucose tolerance test, OGTT)는 최소 12시간 이상 절식시킨 후 포도당 용액을 체중 ㎏당 2 g씩 경구로 투여한 후 0, 15, 30, 60, 90 및 120분에 꼬리 채혈을 통해 혈당을 측정하였다.
- 6) 혈액마커 측정
혈청 내 인슐린의 농도는 효소면역반응시약 측정용 키트(mouse insulin ELISA kit, EMD Millipore Corporation, MA, USA)를 사용하여 측정하였으며, 키트 내 표준액의 표준정량곡선을 이용하여 정량하였다. 혈청 내 총콜레스테롤(total cholesterol, TC)과 중성지방(triglyceride, TG)의 농도는 각각의 효소시약 측정용 키트(에이치비아이(주), 안양, 한국)를 사용하여 500 nm과 540 nm에서 흡광도를 측정하였으며, γ -GTP, GOT, GPT의 농도는 각각의 효소시약 측정용 키트(아산제약, 서울, 한국)를 사용하여 각각 635 nm, 505 nm, 505 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 7) Hematoxylin & Eosin 조직염색
실험 종료 후 모든 동물을 희생시키고 폐, 심장, 위, 췌장, 간 및 신장 조직을 각각 적출한 후 4% paraformaldehyde 용액에 하루 동안 고정하고 10~30% sucrose 용액으로 가라 앉히고 자동조직과정 처리기를 이용하여 탈수, 투명, 침투화하였다. 이를 파라핀으로 포매한 후 조직절편기(microtome)를 이용하여 4~6 μm 두께로 박절하여 연속절편을 제작하였다. 이후 hematoxylin & eosin(H&E) 염색을 위해서 xylene으로 조직 외부에 포매된 파라핀을 제거한 후 함수하고 hematoxylin 용액으로 3~6분간 염색하였다. 이를 다시 0.1~1% HCl이 포함된 75% 알코올로 수세한 후 eosin 용액으로 2~3분 염색하였으며 95~100% 알코올로 탈수, 투명과정을 시행한 후 permount 봉입제로 봉입(mounting)하여 광학현미경으로 조직의 형태적 변화를 관찰하였다.
- 8) 통계처리
모든 실험 결과는 GraphPadprism 5 program(GraphPad Software, CA, USA)을 이용하여 각 실험군의 평균과 표준 편차(mean±SD)를 계산하고, p˂0.05 수준에서 Student t -test를 사용하여 각 실험군 간의 유의성을 검증하였다.
결 과
- 1.체중변화에 대한 효과
8주간의 고지방·고탄수화물 식이로 당내성이 유발된 마우스에 상백피, 오미자, 지모 추출물을 4주간 투여하면서 매주 체중변화를 측정한 결과, 정상군(normal)에 비해 고지방·고탄수화물식이 대조군(control)에서 시간에 의존적으로 체중이 증가하였으며, 상백피(MCR), 오미자(SF), 지모(AR) 추출물 투여군에서는 모두 대조군과 유사하게 증가함으로써 고지방·고탄수화물 식이에 따른 체중 증가에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다( Fig. 1 ).
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Effects of herbal extracts for the upper emaciation on high fat/high sucrose-induced glucose increase of body weights in mice. The mice were fed with high fat and high sucrose for 8 weeks, and then administrated orally with Mori Cortex Radidus (MCR), Schisandrae Fructus (SF), Anemarrhenae Rhizoma (AR) extracts for 4 weeks. The body weight was measured once a week. Data are expressed as means±SD of 10 mice per a group. ***p˂0.001 vs. control
- 2. 당내성에 대한 효과
8주간의 고지방·고탄수화물 식이로 당내성이 유발된 마우스에 상백피, 오미자, 지모 추출물을 4주간 투여한 후 매주 경구당내성시험(OGTT)을 실시한 결과, 정상군(normal)에 비해 고지방·고탄수화물식이 대조군(control)에서 당내성이 증가하는 것으로 나타났으며, 상백피(MCR), 오미자(SF), 지모(AR) 추출물 투여군에서는 모두 대조군에 비해 감소하는 것으로 나타났다( Fig. 2 ). 또한 상소한약 중 상백피 추출물이 가장 효과적으로 당내성을 감소시키는 것으로 나타났다.
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Effects of herbal extracts for the upper emaciation on high fat/high sucrose-induced glucose tolerance in mice. The mice were fed with high fat and high sucrose for 8 weeks, and then administrated orally with Mori Cortex Radidus (MCR), Schisandrae Fructus (SF), Anemarrhenae Rhizoma (AR) extracts for 4 weeks. A) 0 week, B) 1 week, C) 2 week, D) 3 week and E) 4 weeks. Glucose levels were measured in the sera of mice by oral glucose tolerance test. Data are expressed as means±SD of 10 mice per a group.
- 3. 혈액마커의 변화에 대한 효과
8주간의 고지방·고탄수화물 식이로 당내성이 유발된 마우스에 상백피, 오미자, 지모 추출물을 4주간 투여한 후 혈액마커들의 변화를 측정한 결과, 정상군(normal)에 비해 고지방·고탄수화물식이 대조군(control)에서 인슐린(insulin), 중성지방(triglyceride), 총콜레스테롤(total cholesterol) 수치가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 상소한약 중 상백피추출물 투여군은 대조군에 비해 인슐린, 중성지방, 총콜레스테롤 수치가 증가되었으며, 오미자는 대조군에 비해 인슐린 수치는 증가시켰으나 총콜레스테롤 수치는 감소시켰고, 지모는 인슐린과 중성지방 및 총콜레스테롤 수치를 모두 감소시키는 것으로 나타나서 약물 간 서로 다른 효과가 있는 것을 확인하였다( Fig. 3 ).
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Effects of herbal extracts for the upper emaciation on the changes of serological markers in high fat/high sucrose-induced glucose tolerance mice. The mice were fed with high fat and high sucrose for 8 weeks, and then administrated orally with Mori Cortex Radidus (MCR), Schisandrae Fructus (SF), Anemarrhenae Rhizoma (AR) extracts for 4 weeks. The levels of serological markers were measured in the sera of mice by colorimetric enzyme assay. Data are expressed as means±SD of 10 mice per a group. *p˂0.05, **p˂0.01, and ***p˂0.001 vs. normal (a) or control (b).
- 4. 표적장부에서의 조직학적 변화에 대한 효과
8주간의 고지방·고탄수화물 식이로 당내성이 유발된 마우스에 상백피, 오미자, 지모 추출물을 4주간 투여한 후 상소한약의 귀경장부인 폐와 심장 외 위, 췌장, 간, 신장의 조직학적 변화를 관찰하였다. 그 결과, 폐 조직에서만 정상군(normal)에 비해 대조군에서 기관지 비후와 염증세포 침윤 등의 이상소견이 관찰되었으며, 기타 조직에서는 정상군과 대조군 간 차이가 없는 것으로 나타났다( Fig. 4 ). 또한 상백피(MCR), 오미자(SF), 지모(AR) 추출물을 투여한 군에서는 당내성에 따른 상소한약의 귀경장부인 폐 조직에서의 염증소견을 억제하는 것으로 관찰되었으며, 상백피 추출물 투여군에서 정상군과 유사한 형태의 폐 조직을 관찰할 수 있었다.
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Effects of herbal extracts for the upper emaciation on the histopathological changes of target organs in high fat/high sucrose-induced glucose tolerance mice. The mice were fed with high fat and high sucrose for 8 weeks, and then administrated orally with Mori Cortex Radidus (MCR), Schisandrae Fructus (SF), Anemarrhenae Rhizoma (AR) extracts for 4 weeks. The structural changes were observed in lung (A), heart (B), pancreas (C), stomach (D), liver (E) and kieney (F) by H&E staining (original magnification ×100). Arrows presents histological changes of bronchus with edema and inflammation.
고 찰
당뇨병은 최근 가장 빠르게 증가하고 있는 질환 중 하나이며, 전 세계적으로 10초마다 3명이 새로 발생되고 있고, 2030년에는 성인 10명 중 1명이 당뇨병을 가질 수 있다고 예측하고 있다 12) . 우리나라에서도 현재 만 30세 이상 성인에서 당뇨병 유병률이 10.1%로 전체 인구 중 당뇨병 환자수가 400~500만 명에 이르는 것으로 추산되고 있어 사회 문제적 질환으로 인식되고 있다 13) .
당뇨병은 우리가 섭취한 탄수화물이 포도당으로 분해(혈당)되어 세포로 들어가게 하는 인슐린 호르몬을 이용하는 능력에 문제가 발생한 것으로 췌장에서 인슐린을 생산하지 못하는 제1형 당뇨병(전체 당뇨병의 10%)과 충분한 인슐린 생산을 못하거나 생산된 인슐린을 세포에서 이용하지 못하는 제2형 당뇨병(전체 당뇨병의 90%)으로 구분한다 14) . 신체에서 인슐린을 적절하게 사용하지 못할 경우 혈당이 세포 내로 들어가지 못하고 혈류 중에 쌓이게 되며 소변을 통해 과당을 제거하려 하게 되는데 고혈당을 치료하지 않고 오랜 시간 방치하면 당뇨병성 신장합병증, 신경병증, 망막증, 혈관합병증, 치과 및 피부 질환 등 여러 가지 당뇨병성 합병증을 초래하게 된다.
당뇨병의 진행 단계는 전단계(prediabetes), 당뇨병 단계(disease onset), 당뇨병성 합병증(diabetic complication)으로 구분해 볼 수 있는데 특히 최근에는 정상 공복혈당의 범위(140 mg/dL) 이하에서도 당뇨병성 합병증이 흔하게 발생되고 있어 당뇨병으로 진행될 가능성이 높은 당뇨병 전단계에 대한 관리와 새로운 진단기준이 제시되고 있다 15) . 당뇨병이나 당뇨병 전단계는 모두 인슐린저항성과 인슐린 분비장애가 중요한 원인이며, 정상인과 당뇨병 사이에 존재하는 공복혈당장애(impaired fasting glucose, IFG)와 내당능장애(impaired glucose tolerance, IGT)가 해당된다 16) . 당뇨병 전단계는 당뇨병으로의 발병 가능성이 높은 고위험에 해당되며 인슐린저항성, 심혈관질환 발생과도 밀접하게 연관되어 있기 때문에 당뇨병을 예방하기 위한 표적으로 최근 많은 관심을 받는 단계이다.
한의학에서는 당뇨병을 소갈병(消渴病, the emaciation-thirst disease)이라 하여 상소(上消, the upper emaciation), 중소(中消, the middle emaciation), 하소(下消, the lower emaciation)의 단계로 나누고, 각각 구갈희음(口渴喜飮), 다식이기(多食易肌), 소변빈이양다(小便頻而量多) 증상을 주요 증상으로 하며 6 , 7) 이는 서양의학에서의 당뇨병의 3대 증상인 다갈(多渴, polydipsia), 다식(多食, polyohagia), 다뇨(多尿, polyuria)와 증상이 일치한다고 할 수 있다. 한편 귀경(the channel - tropism theory)은 어떤 약물이 표적이 되는 경락이나 장부의 병변에 대해 효과가 현저하거나 특수한 선택적 작용이 일어나는 것, 또한 타경에 대해서는 작용이 비교적 적거나 작용이 없는 것을 의미한다 8) . 따라서 한약의 귀경 설정은 한약의 치료효과를 관찰한 후의 총괄적 결론이라 할 수 있으며, 약물의 효용은 한의학적 장부이론(臟腑理論)이나 경락이론(經絡理論)에 의해 뒷받침 된다 8) . 본 연구에서는 이러한 귀경이론을 바탕으로 상소한약인 상백피, 오미자, 지모가 소갈의 상소단계에서 귀경장부인 폐·심의 기능허실조절 역할에 대해 현대 과학적으로 증명해 보고자 하였다. 이를 위해서 소갈병의 첫 단계인 상소단계를 서양의학에서의 당뇨병전단계로 이해하고 당뇨병전단계의 주요 특징인 내당능장애가 유발된 마우스를 제작하기 위해 고지방·고탄수화물 식이를 8주간 시행함으로써 상소 마우스 모델을 설정하였으며, 4주간 식이와 함께 각 약물을 경구 투여함으로써 체중변화, 혈액학적 변화, 조직학적 변화를 관찰하였다. 고지방 또는 고지방·고탄수화물식이에 의한 당뇨병 동물모델은 비만에 동반되는 인슐린 저항성에 의한 기능이상이 각 장기(조직)에 영향을 미침으로써 제2형 당뇨병과 심혈관 질환 등을 유발하게 되는 모델이다 17) . 비만증과 당뇨병을 동반하는 동물모델에는 자발적 모델(ob/ob, db/db. KK, KK/Ay, NZO. NONxNZO10, TSOD, M16 mice, Zucker fatty rat, OLETF rat, Obese rhesus monkey), 식이유도 모델(Sand rat, C57BL/6 mouse, Spiny mouse) 및 화학물질-유도 모델(gold thioglucose - treated obese mice)이 있고, 비만증, 인슐린혈증, 고혈당을 동반하게 된다 18) . 이중 고지방식이 동물모델은 마우스나 랫드에 다양한 고지방식이(30~78%)를 일정 기간 유지시킴으로써 정상군에 대비 중증도(10~25%)~고도 비만증(40%)을 유발하는 것으로서 C57BL/5 마우스의 경우 체중이 통상 1주에 1g정도 증가하며, 2주 정도에 대조군에 비해 높은 경향을 나타내고, 4주 정도면 유의하게 높아지는 것으로 알려져 있다 19) . 또한 인슐린 저항성은 식이 2~6주 사이에 발생하지만 고혈당은 훨씬 이후에 발생하며 당뇨병 수준까지 도달하기 위해서는 오랜 시간이 필요한데 Wistar rat의 경우 12개월까지 고지방식이를 유지해야 한다는 보고도 있다 19) . 또한 대부분의 조직을 포함하여 전형적인 이상을 모두 관찰하려면 최소 16주 이상 식이를 유지해야하며 그럼에도 불구하고 당뇨병 수준까지 도달하기 어려운 경우도 많은 것으로 알려져 있다. 그러나 현재까지 비만 또는 비만형 당뇨병 모델 제작을 위해 Wistar, SD rats, C57BL/6 mice 등이 가장 많이 사용되고 있다 20) . 한편 고탄수화물(high sucrose)-식이 동물모델은 연구목적에 따라서 대사증후군을 연구하는 좋은 모델이 될 수 있는데 특히 간에서 de novo lipogenesis 및 지방간, 고지혈증 및 유리지방산 증가, 피하지방에 비해 상대적으로 다른 복부지방 증가, 인슐린 저항성, 그리고 고혈압 등이 동반된 모델로서 고지방식이 동물모델과는 다른 특징을 보이게 된다. 따라서 본 연구에서는 고지방과 고탄수화물 식이를 8주간 병행함으로써 비만증을 통해 당 내성이 유발되는 동물모델(high fat․high sucrose-induced prediabetic mouse model)을 제작하였으며, 8주간의 고지방·고탄수화물 식이는 경구내당능 증가와 더불어 인슐린, 중성지방, 총 콜레스테롤의 증가를 유도하는 것을 확인하였다. 또한 상소한약인 상백피, 오미자, 지모 추출물은 OGTT에서 고지방·고탄수화물 식이에 의한 경구내당능의 증가를 감소시키는 것으로 나타났으나, 상백피와 오미자 추출물은 대조군에 비해 인슐린 증가를 더욱 증가시키는 반면 지모 추출물은 대조군에 비해 다소 감소하는 것으로 나타났다. 당뇨병 전단계의 IFG/IGT는 당뇨병에서의 인슐린 분비장애와 인슐린저항성의 근원이 되는데 실제 당뇨병 전단계부터 말초기관에서 효과적으로 인슐린을 사용하지 못하게 됨으로써 몸속의 과인슐린혈증(insulemia)을 초래하게 되어 인슐린저항성을 나타내게 된다 23) . 본 연구에서 고지방·고탄수화물식이는 인슐린혈증을 초래함으로써 정상군에 비해 인슐린 수치를 증가시켰으며, 상백피와 오미자는 인슐린혈증을 더욱 증가시킨다기 보다 약물의 고혈당 조절기전으로서 혈당분해를 위해 췌장 베타세포를 자극함으로써 인슐린 분비를 촉진함으로써 고혈당을 낮추는 효과를 나타내는 것으로 해석할 수 있다. 상백피는 물추출물의 alloxan-유도 당뇨병 마우스의 간과 신장조직에서의 지질과산화 억제효과 24) 와 streptozotocin(STZ)-유도 당뇨병 랫드에서의 혈당강하 및 GOT, GPT, ALP, LDH 감소효과 25) 가 보고되었으나 본 연구에서와 같이 내당능의 개선이나 인슐린 분비 조절에 대한 효과는 보고된 바 없다. 오미자는 전처리 후에 STZ-유도 당뇨병 랫드에서의 혈당강하, 혈청과 간 조직에서의 총콜레스테롤과 중성지방 수치 감소효과가 보고되었으나 26) , 본 연구에서와 같이 당뇨병 전단계 당내성능 개선에 대한 효과는 보고된 바 없다. 한편 지모는 STZ-유도 당뇨병 랫드에서의 혈당강하와 혈청 내 인슐린 증가 및 글루카곤(glucagon) 감소효과가 보고되었으며 27) 이는 STZ에 의한 췌장 베타세포의 선택적 손상으로부터 인슐린 분비의 현저한 저하가 지모에 의해 보호되는 것으로 본 연구에서와 같이 당뇨병전단계에서비만증과 당내성에 의한 인슐린 분비 증가를 억제하는 효과와는 다른 것으로 보인다.
한편, 한의학에서 상소약물은 귀경으로써 폐(肺)과 심장(心)으로 보고 있으며, 상소약물로 응용되는 상백피의 귀경은 폐경이고, 오미자의 귀경은 페·심·신이며, 지모의 귀경은 폐·신·위이다. 따라서 본 연구에서는 이들 상소약물의 귀경 장부에서의 기능조절 역할을 평가하기 위해 폐와 심장 뿐 아니라, 비장(췌장), 위, 간, 신장에서의 구조적 변화를 관찰하였다. 본 연구에서 고지방·고탄수화물 식이에 따른 당내성의 증가는 귀경장부 중 폐 조직 손상을 나타내어 기관지와 세기 관지 내막의 비후와 혈관 주변으로의 염증세포 침윤 등이 관찰되었다. 또한 이러한 폐 조직의 손상은 상소한약인 상백피, 오미자, 지모 추출물을 투여한 후 개선되었으며 특히 상백피가 우수한 효과를 나타내었다. 한의학에서 상소단계는 주로 갈증을 나타내고, 식사량은 그대로이며, 소변양은 비교적 많은 편으로 세포에 포도당 공급의 감소에 따라 세포 기능이 현저히 저하되어 발생하는 것으로 한의학적으로 위(胃)나 폐의 진액(津液)이 부족하여 나타나는 것으로 본다. 위나 폐의 진액이 부족한 이유는 해당 장부에 열(熱)이 울체(鬱滯)되어 진액이 마르거나, 폐의 운화기능(運化機能)이 제대로 기능하지 못하고, 신장(腎臟)의 음액(陰液)이 손상되어 진액이 제대로 공급되지 못하기 때문으로 보아 위와 폐의 진액을 보충하는 것을 표치(標治)로 하고, 비장(脾臟)의 진액 공급 기능을 정상화하고, 신장의 음액을 회복시키는 것을 본치(本治)로 하고 있다 6 , 7) . 본 연구에서 상소한약들은 당뇨병 전단계 조건에서 서로 다른 조절효과를 나타내었는데 상백피는 귀경장부인 폐조직의 손상 뿐 아니라 당뇨병으로의 이행에 중요한 당내성의 발생을 막아주었다. 또한 인슐린 분비를 오히려 증가시킴으로써 췌장기능을 강화시킬 수 있는 것으로 나타났다. 반면 오미자는 폐 조직의 손상과 당내성의 발생을 막고 인슐린 분비는 촉진하였으나, 상백피와 다르게 중성지방과 총콜레스테롤 수치를 감소시킴으로써 비만증에 따른 당뇨병 발생을 막아줄 수 있을 것으로 보였다. 지모도 폐 조직 손상 억제와 당내성 발생을 막아주는 것으로 나타났으나, 상백피, 오미자와 다르게 인슐린 분비와 총콜레스테롤, 중성지방 수치를 모두 감소시키는 것으로 나타났다. 본 연구의 당뇨병 전단계에서는 폐 조직의 염증손상 외 기타 장부에서의 조직학적 이상소견을 관찰하기 어려웠으며, 따라서 오미자와 지모의 경우 폐 외 귀경장부인 심장과 신장, 위에서의 변화를 파악하기 어려웠다. 그러나 상백피, 오미자, 지모는 상소단계에서 폐의 구조적 손상을 막아줌으로써 내당능 장애로 인한 폐 염증과 폐 질환으로의 이행을 억제시켜 줄 수 있다는 것을 알 수 있었다. 그러나 현재 내당능 장애와 폐 조직 간 상호 연관성에 대한 연구는 보고된 바 없어 폐 조직에서의 당대사 및 염증관련 지표변화 등에 대한 추가 분석이 필요할 것으로 사료된다.
결론적으로 상소한약인 상백피, 오미자, 지모 추출물은 고지방·고탄수화물식이-유도 당내성 유발 마우스에서 내당능장애를 개선시키고 귀경장부인 폐 조직의 손상을 막아주는 것으로 나타났으며, 상백피와 오미자는 췌장에서의 인슐린 분비를 증가시킴으로써 혈당조절효과를 나타내었고, 지모는 총콜레스테롤과 중성지방 수치를 감소시킴으로써 비만증 개선을 통한 혈당조절효과가 예상되었다. 이러한 결과로부터 상백피, 오미자, 지모는 상소한약으로써 귀경에 해당하는 폐에 작용함을 알 수 있었으며, 향후 상소단계에 해당하는 당뇨병 전단계 조절을 통해 당뇨병과 당뇨병성 합병증으로의 이행을 막는데 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
결 론
본 연구에서는 한의학에서 소갈병의 상소약물로써 상백피, 오미자, 지모 추출물의 상소단계(당뇨병 전단계)에서의 내당능장애 개선 효과를 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 1. 상백피는 고지방·고탄수화물식이-유도 당내성 유발 마우스에서 대조군에 비해 내당능장애를 개선시키고, 폐조직의 염증손상을 억제하였으며, 혈청 인슐린 분비를 증가시켰다.
  • 2. 오미자는 고지방·고탄수화물식이-유도 당내성 유발 마우스에서 대조군에 비해 내당능장애를 개선시키고, 폐조직의 염증손상을 억제하였으며, 혈청 인슐린 분비를 증가시키고, 중성지방을 감소시켰다.
  • 3. 지모는 고지방·고탄수화물식이-유도 당내성 유발 마우스에서 대조군에 비해 내당능장애를 개선시키고, 폐 조직의 염증손상을 억제하였으며, 혈청 인슐린 분비와 총콜레스테롤 및 중성지방 수치를 감소시켰다.
이상의 결과로 볼 때 상백피, 오미자, 지모는 상소한약으로써 귀경에 해당하는 폐에 작용하며, 당뇨병 전단계 조절을 통해 당뇨병으로의 이행을 막는데 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
Acknowledgements
본 연구는 2014년 한국한의학연구원 한의이론과학화사업의 연구비 지원에 의해 이루어졌으며, 이에 감사드립니다(K-2014-A0175-00006).
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