Loperamide로 유도된 변비모델에서 Lactobacillus casei에 의해 발효된 볶은 결명자 물 추출물의 효과

서 언

변비는 인구집단 유병률이 14% 이상으로 보고된 흔한 질환 이다. 환자마다 변비에 대해 표현하는 내용이 다양하지만, 하 나의 증상군이기 때문에 객관적으로 정의하기가 쉽지 않다 (Jun et al., 2006). 변비가 환자의 생명을 위협하는 중증 질환 은 아니지만, 치료 처방에도 불구하고 개선되지 않았다고 응 답한 환자의 비율이 50%에 이를 정도로 개선이 어려운 질환 이다. 변비환자 90% 이상은 질환 없이 발생하는 만성 특발성 변비이며, 장관 내 병소, 대사성 질환, 특정 약물의 복용 등의 원인으로 변비가 유발되기도 한다 (Choi, 2005). 이러한 변비 의 치료에 있어 가장 중요한 점은 식이요법이다. 식이섬유는 장내 효소에 의해 소화되지 않으며, 대장에서 물을 흡수해 변 을 연하게 하고 변의 부피를 늘려 배설에 도움을 준다. 때문 에 충분한 식이섬유의 섭취는 변비의 예방 및 치료에 적절하 다 (Jung, 2011). 하지만 갑작스럽게 수용성 식이섬유를 많이 섭취하면 일부 환자들은 복부 팽만을 느낄 수 있고, 환자마다 식이섬유에 대한 반응이 다르기 때문에 섭취 시 주의가 요구 되며 (Camilleri, 2001) 이러한 부작용을 고려하였을 때 변비 의 예방 및 치료에 효과가 있는 식품 또는 천연소재의 탐색과 연구가 필요한 실정이다.

결명 (Cassia tora L.)은 콩과 (Leguminosae)에 속하는 초 본식물로써, 서아시아, 동아시아, 북부 오스트레일리아, 아프리 카에 널리 분포 한다 (Parson and Cuthbertson, 2001). 결명 자 (Cassiae semen)는 대부분 초결명 (Cassia obtusifolia L.) 과 결명의 종자를 통틀어 일컬으며, 우리나라에서 가장 많이 쓰이고 있는 결명자는 대부분 결명의 종자이다. 한방에서 결 명자는 볶아서 차와 약재로 이용되어 왔을 뿐만 아니라 (Hong et al., 2012a), 청간 (靑肝), 시력개선 효능을 가지고 고혈압, 간염, 간경변성 복수 (腹水), 습관성 변비 등에 쓰이고 있다 (Hong et al., 2012b; Jang et al., 2016; Kim et al., 1997). 또한 결명자는 볶았을 때 성분함량과 항산화 활성이 증 가할 뿐만 아니라 (Kim et al., 1990; Lee et al., 2013) 혈 압강하 효과와 혈중지질 저하 효과 (Patil et al., 2004) 등이 보고되었으나, 변비와 관련된 연구는 아직 이루어지지 않았다.

유산균은 일반적으로 probiotics라는 이름으로 알려져 있으 며 발효능력이 좋아 천연소재, 기능성식품과 같은 식품산업 에 많이 이용되고 있다 (Ha et al., 2010; Kim et al., 2015; Ling et al., 2011). 대표적으로 Lactobacillus casei와 같은 유산균이 많이 이용되며, 이 균은 식품 내에서 젖산 발효를 일으켜 식품의 부패를 방지할 뿐만 아니라 항균물질을 분비해 식중독균을 억제하고 (Yang et al., 2011), 단백질 분해, 소화 흡수성 향상과 같은 이로운 효과를 촉진한다고 알려져 있다 (Kirchhoff et al., 1989; Kim et al., 2008). 이를 일정 농도 이상 섭취 시 숙주의 대장 내에서 해로운 균의 성장과 병원성 균의 감염을 억제시키고 장내 pH를 낮춰 장내 유해세균의 증 식을 억제한다. 낮은 pH 환경은 장의 연동운동을 촉진시키고 장내 이동시간을 감소시켜 변비에 효과적이다 (Jung, 2001; Seo and Lee, 2007). 따라서 본 연구는 loperamide로 유도된 변비 유발 동물에게 볶은 결명자와 Lactobacillus casei에 의 해 발효된 볶은 결명자를 투여하여 변비 개선 효과가 있는지 알아보고자 하였다.

재료 및 방법

결과 및 고찰

1. 사료 섭취량, 음수량 및 체중 증가량

실험기간 동안 실험동물의 사료 섭취량과 음수량 및 체중 증 가량에 미치는 NFRC (non-fermented roasted-Cassia tora water extract, 비발효 볶은 결명자 물 추출물) 또는 FRC (fermented roasted-Cassia tora water extract, 발효 볶은 결명자 물 추출물) 의 영향을 확인하기 위해 실험결과를 측정하였을 때, 사료 섭 취량과 체중에서 loperamide 단독 투여군 (LOP)과 정상 대조 군 (NOR)은 유의적인 차이가 없었을 뿐만 아니라 다른 실험군 도 크게 차이가 나타나지 않았다. 음수량은 정상대조군 (NOR) 에 비해 모든 실험군이 조금 감소한 결과가 나타났다 (Table 1). 이는 loperamide 투여에 의해 변하는 식이량 및 체중 간 유 의적인 차이가 없다고 보고한 기존 연구와 유사하였으며 (Kim et al., 2011), 본 실험 조건하에서도 모든 추출물이 실험동물의 체중을 감소시키지 않은 결과로 보아 볶은 결명자 (Cassia tora L.) 물 추출물 또는 발효 볶은 결명자 물 추출물은 실험동물에 게 독성을 나타내지 않는 것으로 사료되었다.

Table 1

Changes of final body weight, food intakeand water intake by NFRC (Non-fermented roasted-Cassia tora L. water extract) or FRC (Fermented roasted-Cassia tora L. water extract) in loperamide-induced constipation rats.

2. 변의 개수 및 중량

Loperamide 투여 후 변의 평균 개수는 정상대조군 (NOR) 이 55.5 ± 2.1개에서 loperamide 투여군 (LOP)이 42.2 ± 2.2개 로 감소하여 loperamide에 의해 변비가 유발된 것을 확인하였 고, 양성대조군 (PC)은 loperamide에 의한 변비 유발을 충분 히 억제시키는 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 1). 중농도 24시 간 발효 볶은 결명자 처리군 (24 h-200)과 고농도 24시간 발 효 볶은 결명자 처리군 (24 h-300)의 변 개수와 중량은 loperamide 단독 투여군 (LOP)과 비교했을 때 가장 많이 증 가했지만, 발효 시간 (48 h-100, 48 h-200, 48 h-300, 72 h- 100, 72 h-200, 72 h-300)이 늘어날수록 그 효과가 유의적으로 감소했다 (Fig. 2). 이와 같이 중농도 24시간 발효 볶은 결명 자 처리군 (24 h-200)과 고농도 24시간 발효 볶은 결명자 처 리군 (24 h-300)은 loperamide에 의해 감소된 변 개수와 중량 을 유의적으로 증가시키는 것으로 보아 loperamide에 의해 유 발되는 지사작용을 억제하여 변비를 효과적으로 개선하는 작 용이 있는 것으로 판단되었다.

Fig. 1

Effects of NFRC (Non-fermented roasted-Cassia tora L. water extract) or FRC (Fermented roasted-Cassia tora L. water extract) on number of fecal pellets in loperamideinduced constipation rats.Data represent the mean ± SD (n = 8). *Means with difference letters are significantly different at p < 0.05 by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT). NOR; Normal group, LOP; Loperamide treated group, PC; loperamide and dulcolax-S (PC) treated group. C-100; loperamide and NFRC 100㎎/㎏ treated group, C-200; loperamide and NFRC 200㎎/㎏ treated group, C-300; loperamide and NFRC 300㎎/㎏ treated group, 24 h-100; loperamide and 24 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 24 h-200; loperamide and 24 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 24 h-300; loperamide and 24 h FRC 300㎎/㎏ treated group, 48 h-100; loperamide and 48h FRC 100㎎/㎏ treated group, 48 h-200; loperamide and 48 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 48 h-300; loperamide and 48 h FRC 300㎎/㎏ treated group, 72 h- 100; loperamide and 72 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 72 h-200; loperamide and 72 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 72 h-300; loperamide and 72 h FRC 300㎎/㎏ treated group.

Fig. 2

Effects of NFRC (Non-fermented roasted-Cassia tora L. water extract) or FRC (Fermented roasted-Cassia tora L. water extract) on weights of fecal pellets in loperamideinduced constipation rats.Data represent the mean ± SD (n = 8). *Means with difference letters are significantly different at p < 0.05 by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT). NOR; Normal group, LOP; Loperamide treated group, PC; loperamide and dulcolax-S (PC) treated group. C-100; loperamide and NFRC 100㎎/㎏ treated group, C-200; loperamide and NFRC 200㎎/㎏ treated group, C-300; loperamide and NFRC 300㎎/㎏ treated group, 24 h-100; loperamide and 24 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 24 h-200; loperamide and 24 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 24 h-300; loperamide and 24 h FRC 300㎎/㎏ treated group, 48 h-100; loperamide and 48 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 48 h-200; loperamide and 48 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 48 h-300; loperamide and 48 h FRC 300㎎/㎏ treated group, 72 h- 100; loperamide and 72 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 72 h-200; loperamide and 72 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 72 h-300; loperamide and 72 h FRC 300㎎/㎏ treated group.

본 실험에서 사용한 loperamide는 변비 유발 동물모델을 만 들 때 흔히 사용되고 있는 약물이다 (Kakino et al., 2010). 실 험 결과를 확인하였을 때 다른 연구결과와 마찬가지로 loperamide에 의해 변의 개수 및 중량이 감소되는 것을 확인할 수 있었으며, 24시간 발효 볶은 결명자 추출물이 loperamide에 의해 감소된 변의 개수 및 중량을 다시 증가시키는 결과를 확 인하였다. 결명자는 볶았을 때 온도 조건에 따라 성분함량과 항 산화 활성이 증가한다고 알려져 있고 (Kim et al., 1995; Lee et al., 2013), 식품을 발효했을 때 단백질 분해와 같은 과정을 통해 체내 흡수율이 증가된다고 알려져 있다 (Kim et al., 2007). 결명자는 아마도 볶음 공정과 발효 과정을 거쳤을 때 항산화활성 증가와 체내 흡수율 증가 같은 복합적인 과정을 통해 변비에 효과가 있다고 생각되지만 이와 관련하여 추가적 인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

3. 변의 수분 함량

변의 수분함량을 조사한 결과, loperamide 단독 투여군 (LOP)이 정상대조군 (NOR)에 비해 유의적으로 감소하였으며 양성대조군 (POS)에서 다시 회복되었다. 모든 실험군이 loperamide 단독 투여군 (LOP)과 비교하여 농도 의존적으로 변 수분 함량을 증가시켰지만, 중농도 24시간 발효 볶은 결명 자 처리군 (24 h-200)과 고농도 24시간 발효 볶은 결명자 처 리군 (24 h-300)은 dulcolax-S 투여 양성대조군 (PC)과 비슷한 수치를 나타내었다 (Fig. 3).

Fig. 3

Effects of NFRC (Non-fermented roasted-Cassia tora L. water extract) or FRC (Fermented roasted-Cassia tora L. water extract) on water contents of fecal pellets in loperamide-induced constipation rats.Data represent the mean ± SD (n = 8). *Means with difference letters are significantly different at p < 0.05 by Duncan's Multiple Range Test (DMRT). NOR; Normal group, LOP; Loperamide treated group, PC; loperamide and dulcolax-S treated group. C-100; loperamide and NFRC 100㎎/㎏ treated group, C-200; loperamide and NFRC 200㎎/㎏ treated group, C-300; loperamide and NFRC 300㎎/㎏ treated group, 24 h-100; loperamide and 24 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 24 h-200; loperamide and 24 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 24 h-300; loperamide and 24 h FRC 300㎎/㎏ treated group, 48 h-100; loperamide and 48 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 48 h-200; loperamide and 48 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 48 h- 300; loperamide and 48 h FRC 300㎎/㎏ treated group, 72 h-100; loperamide and 72 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 72 h-200; loperamide and 72 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 72 h-300; loperamide and 72 h FRC 300㎎/㎏ treated group.

변비의 많은 증상 중 하나는 변의 수분감소로 인해 변이 굳 는 현상이다. 연구에 따르면, 변비가 일어났을 때 변의 중량과 수분 함량이 감소될 뿐만 아니라, loperamide는 장내 수분 분 비를 억제시킨다고 한다 (Aichbichler et al., 1998). 본 실험 에서도 마찬가지로 loperamide에 의해 변의 수분 함량이 감소 된 것을 확인하였으며, 수분 함량은 24시간 발효 볶은 결명자 추출물의 투여에 따라 증가되는 것을 확인하였다.

4. 장 운동성

장 운동성을 측정하기 위해, 실험 종료 3시간 전 염색시약 인 carmine (60㎎/㎖ in 0.5% carboxymethyl cellulose)을 1㎖ 경구투여 하였다. 3시간 후 실험동물을 희생시켰으며, 대 장관내에서 연동운동에 의해 이동한 carmine의 이동거리를 확 인하였다. 정상대조군 (NOR)은 전체 장의 54.8 ± 2.5%로 이동 한 것에 비해 loperamide 단독 투여군 (LOP)에서 31.9 ± 5.2%로 감소하여, loperamide에 의한 장 운동성 감소를 확인 할 수 있었다. 양성대조군 (PC)은 51.2 ± 3.3%로 장내 carmine 이동거리가 loperamide 단독 투여군 (LOP)과 비교해 증가되는 것을 확인 할 수 있었고, 중농도 24시간 발효 볶은 결명자 처 리군 (24 h-200)과 고농도 24시간 발효 볶은 결명자 처리군 (24 h-300)은 효과가 가장 좋게 나타났지만 발효 시간이 증가 될수록 그 효과가 감소되었다 (Fig. 4).

Fig. 4

Effects of NFRC (Non-fermented roasted-Cassia tora L. water extract) or FRC (Fermented roasted-Cassia tora L. water extract) on percentage of minimal transit in loperamide-induced constipation rats.Data represent the mean ± SD (n = 8). *Means with difference letters are significantly different at p < 0.05 by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT). NOR; normal group, LOP; loperamide treated group, PC; loperamide and dulcolax- S (PC) treated group. C-100; loperamide and NFRC 100㎎/㎏ treated group, C-200; loperamide and NFRC 200㎎/㎏ treated group, C-300; loperamide and NFRC 300㎎/㎏ treated group, 24 h-100; loperamide and 24 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 24 h-200; loperamide and 24 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 24 h-300; loperamide and 24 h FRC 300㎎/㎏ treated group, 48 h-100; loperamide and 48 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 48 h- 200; loperamide and 48 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 48 h-300; loperamide and 48 h FRC 300㎎/㎏ treated group, 72 h-100; loperamide and 72 h FRC 100㎎/㎏ treated group, 72 h-200; loperamide and 72 h FRC 200㎎/㎏ treated group, 72 h-300; loperamide and 72 h FRC 300㎎/㎏ treated group.

Loperamide는 μ-오피오이드 수용체 (μ-opioid receptor)를 활성화 시키는 작용제로 알려져 있으며 (Holzer, 2009), 장관 근 (myenteric)에 존재하는 μ-오피오이드 수용체의 활성화는 세포내 칼슘 채널 차단, 포타슘 채널 활성화, 막 과분극과 같 은 여러 신호전달 경로에 관여한다. 그 결과 흥분성 신경전달 억제할 뿐만 아니라 (Wood and Galligan, 2004), 장의 운동 성을 감소시킨다고 알려져 있다 (Holzer, 2007). 이에 근거하 여, 실험을 하였을 때 본 연구에서도 loperamide에 의해 장 운동성이 감소되는 것을 확인하였고, 24시간 발효 볶은 결명 자 추출물을 처리하였을 때 loperamide에 의해 감소된 장내 carmine의 이동거리가 증가하는 결과로 보아 μ-오피오이드 수 용체의 신호전달 기작을 차단할 것으로 생각되지만 정확한 작 용기전에 대해서 추가적인 연구가 필요하다.

5. 조직병리학적 대장관내 점액질 분비효과

각 실험군간 대장관내 점액질 분비효과를 측정하기 위해 실 험을 진행하였다. Alcian blue (pH 2.5) 염색을 통해서 배상 세포 (goblet cell) 내에 함유된 점액질의 양을 확인했을 때, loperamide 단독 투여군 (LOP)은 정상대조군 (NOR)과 비교하 여 점액질의 양과 배상세포의 수가 감소하고 창자샘 (intestinal gland)의 형태가 일정하지 않았다. 반면에 고농도 24시간 발효 볶은 결명자 처리군 (24 h-300)은 loperamide 단독 투여군 (LOP)와 비교하여 배상세포의 수, 점액질의 양과 창자샘의 형 태를 회복시켰다 (Fig. 5). 변비가 유발되었을 때 결장 점액 (colonic mucus)의 점막보호기능 (mucosal barrier function)이 감소될 뿐 만 아니라, loperamide에 의해 변비가 유발되었을 때도 대장 내 점액질 분비를 감소시켜 장의 운동성이 감소한 다고 알려져 있다 (Loeschke et al., 1989). 본 실험에서도 마 찬가지로 loperamide 투여군에서 점액 분비가 감소되고 손상 된 창자샘을 확인할 수 있었으며, 이는 24시간 발효 볶은 결 명자 추출물을 처리하였을 때 회복되었다.

Fig. 5

Effects of NFRC (Non-fermented roasted-Cassia tora L. water extract) or FRC (Fermented roasted-Cassia tora L. water extract) on mucous secretion capacity in loperamide-induced constipation rats.(A) NOR; Normal group, (B) LOP; Loperamide treated group, (C) PC; loperamide and dulcolax-S treated group. (D) C-100; loperamide and NFRC 100㎎/㎏ treated group, (E) C-200; loperamide and NFRC 200㎎/㎏ treated group, (F) C-300; loperamide and NFRC 300㎎/㎏ treated group, (G) 24 h-100; loperamide and 24 h FRC 100㎎/㎏ treated group, (H) 24 h-200; loperamide and 24 h FRC 200㎎/㎏ treated group, (I) 24 h-300; loperamide and 24 h FRC 300㎎/㎏ treated group, (J) 48 h-100; loperamide and 48 h FRC 100㎎/㎏ treated group, (K) 48 h-200; loperamide and 48 h FRC 200㎎/㎏ treated group, (L) 48 h-300; loperamide and 48 h FRC 300㎎/㎏ treated group, (M) 72 h- 100; loperamide and 72 h FRC 100㎎/㎏ treated group, (N) 72 h-200; loperamide and 72 h FRC 200㎎/㎏ treated group, (O) 72 h-300; loperamide and 72 h FRC 300㎎/㎏ treated group.

결명자는 일정 농도이상으로 볶았을 때 성분 함량이 증가한 다고 알려져 있지만 (Kim et al., 1995) 유산균에 의해 발효 되었을 때 결명자의 유효성분과 단백질 함량이 어떻게 변화되 는지 또는 체내 흡수율이 증가됨에 따라 볶은 결명자보다 변 비에 대한 효과가 좋은 것인지에 대해선 아직까지 명확하지 않기 때문에 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이라고 생 각된다.

결과를 종합하자면 고농도 24시간 발효 볶은 결명자는 loperamide에 의해 유도된 변비 모델에서 loperamide 처리에 의해 감소된 변의 개수, 중량을 증가시키고 변의 수분함량을 증가시킬 뿐 만 아니라 장 운동성을 향상시켜 변비 개선 또는 예방하기 위한 천연 추출물로써 기능성 식품 또는 약품에 유 용하게 이용 될 수 있다고 생각된다. 하지만 유산균 발효를 통 한 볶음 결명자의 유효성분 변화와 변비억제효과 사이의 관계 를 자세히 밝히기 위해 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.

감사의 글

본 연구는 농림축산식품부(과제번호: 114150-03)의 지원에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

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