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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(12): 1239-1244

Published online December 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.12.1239

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

The Anti-fatigue Effects of Steam-Dried Immature Ginseng Berry Extract in Forced Swimming Test Mice Models

Ji Hye Yoon1 , Seung-Yun Cha2 , Sungho Maeng1,2 , Yongjin Shin3,4 , Myeongae Park4 , and Jinkyung Kim3

1Department of Gerontology (AgeTech-Service Convergence Major), Graduate School of East-West Medical Science,
2Department of Comprehensive Health Science, Graduate School of East-West Medical Science, and
3Department of Food and Inovation, Graduate School of East-West Medical Science, Kyung Hee University
4Korea Genetic Bio Pharm Co., Ltd.

Correspondence to:Jinkyung Kim, Graduate School of East-West Medical Science, Kyung Hee University, 1732, Deogyeong-daero, Giheung-gu, Yongin-si, Gyeonggi 17104, Korea, E-mail: jkim2021@khu.ac.kr

Received: September 19, 2024; Revised: November 5, 2024; Accepted: November 13, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

In this study, we aimed to examine the anti-fatigue effects of steam-dried ginseng berry extract (SGBE) in a forced swimming test (FST) mice model. After 8 weeks of intervention, the SGBE groups were observed to have a protective effect against decreased blood glucose levels after the FST. In the SGBE groups, the blood lactate levels significantly decreased, while lactate dehydrogenase activity significantly increased after the FST compared with the control group. There was no difference in liver glycogen levels among the groups. However, the gastrocnemius muscle glycogen levels were significantly higher in the SGBE groups in a concentration-dependent manner compared with the control group. The blood free fatty levels were also found to remain high in the SGBE groups compared with the control group. These results suggest that SGBE can aid in fatigue recovery by reducing blood lactate levels and sustaining the energy supply necessary for muscles during high-intensity exercise.

Keywords: steam-dried ginseng berry, anti-fatigue, forced swimming test

피로는 신체나 정신적인 활동으로 인해 발생하는 불편함이나 에너지 소진을 의미하는데, 이러한 피로는 일상적인 생활 및 작업 수행 과정에서 느낄 수 있는 생리적 반응이다(Phillips, 2015). 건강한 사람에게 있어 격렬한 신체활동 이후 발생하는 피로는 일시적이며 휴식을 취하면 감소하여 일반적으로 일상 활동을 방해하지 않는다. 하지만 지속적인 피로는 정서적, 사회적 또는 직업적 기능을 저해함으로 중요한 공중 보건 문제이기도 하다(Finsterer와 Mahjoub, 2014). 다발성 경화증, 파킨슨병, 중증 근무력증과 같은 신경계 질환은 물론 암, 당뇨병, 간 질환과 같은 만성질환 환자에게서 나타나는 피로는 환자의 일상 업무와 삶의 질에 심각한 해를 끼치고 질병 관련 장애를 악화시키는 것으로 알려져 있다(Kluger 등, 2013).

이에 피로회복에 유효한 천연물을 찾기 위한 연구가 시도되어왔다. 인삼(Panax ginseng)은 한국, 중국, 일본 등의 국가에서 오랫동안 사용해 온 중요한 약용식물 중 하나로 진세노사이드와 인삼다당류 등의 성분을 함유(Choi, 2008)하고 있어 항피로 효과에 관한 다양한 연구가 진행되었다. 강제수영부하시험 동물모델을 이용한 선행 연구를 살펴보면 인삼에서 분리한 다당류 분획물은 지질과산화(malondialdehyde, MDA)와 젖산탈수소효소(lactate dehydrogenase, LDH) 개선은 물론 혈당 감소와 항산화 효소의 감소 억제를 통한 항피로 효과가 있었다(Wang 등, 2010, 2013). 또한 무작위배정 위약대조 인체적용전시험 연구를 이용하여 체계적 문헌 고찰을 한 선행 연구에서 인삼의 보충 섭취는 산화적 스트레스를 감소시키고 탄수화물 대사 조절 및 피로 대사 물질 축적 지연을 통해 피로회복에 도움을 줄 수 있음을 보고한 바 있다(Jin 등, 2020). 이러한 인삼의 항피로 효과는 인삼에 함유된 진세노사이드와 관련 있으며(Feng 등, 2024; Li 등, 2022), 현재 한국의 항피로 건강기능식품 원료로써 인삼추출물의 규격 또한 진세노사이드의 합(Rg1, Rb1) 0.8~34 mg/g으로 규정되어 있다(MFDS, 2015). 인삼의 주요 부위 중 하나인 인삼열매(Panax ginseng berry)는 진세노사이드는 물론, 클로로겐산을 비롯한 페놀 화합물의 함량이 풍부한데(Lee 등, 2014), 미성숙과의 경우 성숙과에 비해 진세노사이드 함량이 더 우수(Jin 등, 2019)하기 때문에 기능성 원료로서의 가치가 있다고 알려져 있다. 반면 기능성 소재로써 인삼열매에 대한 활용은 인삼뿌리에 비해 매우 낮은 수준이다. 인삼열매에 관한 사전 연구를 살펴보면, 급성 간독성 동물모델에서 간독성 개선 효과(Jang 등, 2017), 비만 동물모델에서의 혈당 조절 및 인슐린 기능성 향상(Xie 등, 2002) 및 알코올 대사능(Lee 등, 2014)에 관한 사전 연구들이 진행된 상태이지만 항피로에 관한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 하지만 이러한 사전 연구들은 인삼열매가 체내 항산화 기능을 개선하는 것은 물론 체내 당 이용률을 높일 수 있음을 의미하며, 항피로 유효성이 있는 인삼의 진세노사이드 성분이 미성숙 인삼열매 추출물에 풍부하다는 것을 고려하였을 때 항피로에 대한 인삼열매 추출물의 유효성을 기대해 볼 수 있는데, 이는 당 보충을 기본으로 하는 기존 스포츠 드링크와는 차별화되는 기능성 소재 개발가능성을 시사한다.

따라서 본 연구에서는 피로유발 동물모델인 강제수영부하시험(forced swimming test, FST) 동물모델을 통하여 인삼열매 추출물의 보충 섭취가 운동 전후 혈당과 젖산의 농도에 미치는 영향과 함께 글리코겐과 지질과산화를 살펴봄으로써 신체적 피로 개선에 대한 유효성을 확인하고자 하였다.

인삼열매 추출물

인삼열매 추출물(steam-dried ginseng berry extract, SGBE)은 (주)한국지네틱바이오팜에서 제공받았다. 선행 연구에 사용된 인삼열매 추출물과 동일한 방식으로 제조하였는데(Jang 등, 2017), 4년생 이상의 인삼에서 열리는 익지 않은 초록색 열매를 흐르는 물에 세척하고 4회 이상 증포(85°C 이상 증기로 찌고)하여 건조기로 건조(70°C 이상)한 후 분쇄하고, 이를 50% 주정에 4시간씩 2번 추출하였다. 추출물은 부직포와 필터로 여과한 후 20~40 Brix로 감압농축하였다. 이후 동결건조(-90~-85°C, 72~96시간) 단계를 거쳐 최종 건조 시료를 얻었다.

피로유발 동물 모델

실험동물은 ICR 5주령 수컷 40마리를 (주)대한바이오링크에서 구입하여 사용하였고, 온도 24±1°C, 습도 55±5%, 명암주기 12시간(lights on 6:00~18:00 h)으로 조절된 사육실에서 1주일 동안 환경에서 적응시켰다. 사육실에 적응한 실험동물은 NC(normal control, 비운동 대조군), C(control, 운동 대조군), PC(positive control, 운동+홍삼 추출물 100 mg/kg BW), SGBE30(인삼열매 추출물 30 mg/kg BW), SGBE100(인삼열매 추출물 100 mg/kg BW)의 5군으로 나누었다. 사료와 물은 자유롭게 섭취할 수 있도록 공급하고 체중과 사료 섭취량은 주 1회 같은 시간에 측정하였으며, 매일 일정한 시간에 존대를 이용하여 8주간 약물을 투여하였다. 실험종료 일주일 전 FST를 실시하여 피로를 유발하였다. 50×40 cm의 투명한 플라스틱 용기에 25±2°C의 물을 20 cm 높이로 채운 후 운동부하량을 최대화하기 위하여 유속장치를 이용해 유속을 주는 방법으로 실시하였다. 7일 동안 매일 15분씩 실시하여 피로를 유발하였으며, 8일 차인 실험종료일에는 FST를 30분간 실시하였다. 본 연구는 경희대학교 동물윤리위원회의 심의(KHGASP-23-064)를 받아 수행하였다.

혈액 지표

혈중 포도당과 젖산의 농도는 운동 전과 운동 종료 15분 후 꼬리 정맥혈에서 혈액을 채취하여 측정하였다. 혈중 포도당은 혈당측정기(Isence Inc.)를 이용하였고 젖산 농도는 젖산 측정기(Arkray Inc.)를 이용하여 측정하였다. 혈액 내 LDH의 활성은 Lactate dehydrogenase assay kit(Abcam)을 이용하여 분석하였는데, 제조사의 프로토콜에 따라 microplate reader를 이용하여 535 nm에서 흡광도를 측정하여 값을 산출하였다. 혈액 내 유리지방산 농도는 Free fatty acid assay kit(Abcam)을 사용하여 분석하였는데, 제조사의 프로토콜에 따라 microplate reader를 이용하여 570 nm에서 흡광도를 측정하여 값을 산출하였다.

글리코겐

FST 30분 후 실험동물을 마취하여 간과 비복근(뒷다리)을 적출하였다. 각 조직은 무게 측정 후 생리식염수로 세척, 물기 제거 후 -70°C에서 보관해 실험분석에 사용하였다. 간과 비복근의 글리코겐양은 Glycogen assay kit(Abcam)을 사용하여 확인하였으며, 제조사의 프로토콜에 따라 microplate reader를 이용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하고 값을 산출하였다.

지질과산화

간 조직의 MDA 분석은 Malondialdehyde assay kit(Abcam)을 사용하여 분석하였으며, 제조사의 프로토콜을 따라 microplate reader를 이용하여 532 nm에서 흡광도를 측정하고 값을 산출하였다.

통계분석

모든 결과는 평균±표준편차로 나타내었다. 통계적 유의성은 SPSS(ver. 28, IBM Co.)를 이용하여 P<0.05 수준에서 확인하였다. 군 간의 차이는 일원배치 분산분석(One-way ANOVA) 후 사후검정(Duncan’s multiple rage test)을, 군 내 전후 차이는 대응표본 t-검증(paired t-test)을 통해 확인하였다.

체중, 식이 효율, 장기 무게

인삼열매 추출물이 체중, 식이 효율, 장기 무게에 미치는 영향에 관한 결과는 Table 1과 같다. 실험 기간 모든 군에서 체중은 정상적으로 증가하였다. 실험 기간의 체중 증가량은 NC 8.8±2.04, C 8.8±1.82, PC 8.9±1.14, SGBE30 8.6±1.82, SGBE100 7.9±1.50 g으로 군간 차이는 없었다. 식이 효율 또한 NC 0.24±0.055, C 0.24±0.050, PC 0.25±0.032, SGBE30 0.24±0.051, SGBE100 0.21±0.040으로 군간 차이는 없었다. 하지만 간의 무게는 8주 중재연구 기간 후 NC 1.95±0.113, C 1.88±0.127, PC 1.80±0.138, SGBE30 1.76±0.167, SGBE100 1.60±0.137 g으로 C 군과 PC 군은 NC 군과 차이는 없었으나 SGBE를 섭취한 군은 NC 군에 비해 무게가 낮았고 SGBE 섭취 농도 의존적으로 간의 무게가 낮은 경향을 보였다. 신장의 무게는 강제수영을 시킨 C, PC, SGBE30, SGBE100 각 군당 0.53±0.065, 0.48±0.034, 0.53±0.078, 0.53±0.021 g으로 NC 군 0.64±0.041 g에 비해 모두 유의적으로 낮았다. 비장의 무게는 NC 0.12±0.025, C 0.16±0.053, PC 0.11±0.015, SGBE30 0.14±0.031, SGBE100 0.11±0.011 g으로 NC 군에 비해 C 군이 유의적으로 높았고, PC 군과 SGBE100 군이 C 군에 비해 유의적으로 낮았다. 비복근은 NC 0.38±0.084, C 0.42±0.070, PC 0.42±0.027, SGBE30 0.41±0.072, SGBE100 0.40±0.031 g으로 군 간의 차이는 없었다. 본 연구에서는 강제수영이 체중과 비복근에는 영향을 미치진 않았으나 간과 신장의 무게는 감소시키고 비장의 무게는 증가시켰는데, 비장의 무게 증가에 대해서는 인삼열매 추출물을 고농도로 섭취했던 군에는 이에 대한 보호 효과가 있었다.

Table 1 . The effects of the SGBE on body weight, food efficiency ratio, and organ weights of forced swimming test mice models

NC

C

PC

SGBE30

SGBE100

Initial weight (g)

Final weight (g)

Weight gain (g)1)

FER2)

Liver (g)

Kidney (g)

Spleen (g)

Gastrocnemious (g)

30.5±0.74a

39.3±2.10a

8.8±2.04a

0.24±0.055

1.95±0.113a

0.64±0.041a

0.12±0.025bc

0.38±0.084a

30.78±2.23a

39.6±3.05a

8.8±1.82a

0.24±0.050a

1.88±0.127ab

0.53±0.065b

0.16±0.053a

0.42±0.070a

31.4±0.90a

40.3±1.94a

8.9±1.14a

0.25±0.032a

1.80±0.138ab

0.48±0.034b

0.11±0.015bc

0.42±0.027a

31.0±1.14a

39.6±1.50a

8.6±1.82a

0.24±0.051a

1.76±0.167b

0.53±0.078b

0.14±0.031ab

0.41±0.072a

30.9±1.11a

38.8±2.28a

7.9±1.50a

0.21±0.040a

1.60±0.137c

0.53±0.021b

0.11±0.011c

0.40±0.031a

Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05.

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).

1)Weight gain=final body weight (g)-initial body weight (g).

2)FER (Food efficiency rate)=weight gain (g)/ food consumption (g)×100.



혈중 포도당 및 젖산 농도

고강도 운동 시 근육은 더 많은 에너지를 필요로 하는데, 이때 근육은 산소공급이 제한적일 수 있고 글리코겐을 분해하여 에너지원으로 사용하는 과정에서 피로물질인 젖산이 발생한다(Jacob 등, 2022; Robergs 등, 2004). 고강도 운동 시 적절한 혈당을 유지하여 근육에 에너지를 공급하는 것은 피로물질인 젖산을 낮추는 데 중요한 역할(Johnson 등, 2006; You 등, 2016)을 하는 것은 물론, 근육에 산소와 에너지 전달 과정이 효율성을 높여 운동의 지속 시간 및 강도를 유지하고 최대 성과를 달성하는 데 도움을 주는 것으로 알려져 있다(Hawley와 Burke, 2010; Jeukendrup, 2017).

FST 동물모델에서 인삼열매 추출물이 혈중 포도당과 젖산 농도에 미치는 영향은 Table 2와 같다. 8주 중재 기간 후 FST 전후 혈중 포도당 농도는 변화는 C -30.9±25.62, PC -38.1±39.16, SGBE30 -19.1±31.98, SGBE100 -3.4±40.92 mg/dL로, C와 PC 군에서 각각 유의적으로 감소하였으나 SGBE를 섭취한 군에서는 변화가 없었다. 하지만 이러한 혈당의 변화에 대한 군 간의 차이는 통계적으로 유의하지 않았다. 8주 중재 기간 후 FST 전후 혈중 젖산의 농도 변화는 C 1.7±1.47, PC 0.3±1.14, SGBE30 -0.6±1.14, SGBE100 -0.2±1.57 mmol/L로, C 군에서 유의적으로 증가하였으나 PC와 SGBE를 보충 섭취한 군에서는 변화가 없었다. FST 후 젖산 농도의 변화량은 C 군이 유의적으로 가장 높았고 SGBE를 보충 섭취한 군은 농도 의존적인 효과는 없었으나 C 군에 비해 유의적으로 낮았다. 이러한 결과는 인삼열매 추출물의 보충 섭취가 운동 전과 비교하여 운동 후 혈당이 급속히 감소하는 것을 억제하고 젖산의 생성을 낮춤으로써 항피로에 도움을 줄 수 있음을 시사한다.

Table 2 . The effects of the SGBE on blood glucose and lactate levels of forced swimming test mice models

NC

C

PC

SGBE30

SGBE100

Glucose

(mg/dL)

Before

After

Change

193.4±14.99

185.7±24.61a

154.9±20.51a

−30.9±25.62a*

197.4±15.64a

159.3±42.90a

−38.1±39.16a*

191.0±15.21a

171.9±26.34a

−19.1±31.98a

179.3±21.75a

175.9±37.56a

−3.4±40.92a


Lactate

(mmol/L)

Before

After

Change

3.34±0.822

2.7±0.43a

4.3±1.62a

1.7±1.47a*

3.0±0.70a

3.3±1.15a

0.3±1.14ab

3.1±0.65a

2.6±0.63a

−0.6±1.14b

3.5±0.73a

3.3±0.95a

−0.2±1.57b

Values are presented as the mean±standard deviation.

The different letters indicate significance by independent t-test, and the symbol (*) represents significance by paired t-test at P<0.05.

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).



혈중 젖산탈수소효소 농도

LDH는 젖산을 분해하는 주요 효소 중 하나이다. 고강도 운동 시 근육에서 필요로 하는 에너지를 빠르게 공급하기 위해 혐기적 대사가 활성화되는데, 이때 LDH가 활성화되어 피루브산이 젖산으로 빠르게 전환되도록 돕는다(Chen 등, 2016). 운동 후 증가한 LDH는 젖산을 다시 피루브산으로 전환하는데, 이렇게 전환된 피루브산은 다시 산화적 대사 경로로 들어가 ATP를 생산하도록 돕는다. 고강도 운동 후 증가한 LDH는 혈중 젖산을 근육 내에 필요로 하는 에너지원으로 사용할 수 있게 돕는 것은 물론 운동 후 회복 과정에서 중요한 역할을 한다(Gladden, 2004).

본 연구에서는 인삼열매 추출물이 FST 동물모델에서 혈중 LDH 활성에 미치는 영향을 살펴보았고 그 결과는 Fig. 1과 같다. 혈중 LDH 활성은 인삼열매 추출물 농도에 따른 차이는 없었지만, SGBE30과 SGBE100 두 군이 각각 38.2±2.81, 44.0±9.13 mU/mL로 NC 군 25.6±6.61 mU/mL와 C 군 29.1±7.28 mU/mL에 비해 유의적으로 높았다. PC 군의 경우 36.9±7.62 mU/mL로 NC 군에 비해 LDH 활성이 높았으나 C 군과의 유의적인 차이는 아니었다. 본 연구에서 인삼열매 추출물을 보충 섭취한 군에서 운동 후 혈중 포도당 농도가 유의적으로 감소하지 않고 젖산의 농도가 대조군에 비해 유의적으로 낮았던 결과를 고려할 때, 고강도 운동 시 인삼열매 추출물의 보충 섭취가 LDH의 활성을 높여 혈중의 젖산을 에너지원으로 전환함으로써 혈중 포도당 농도를 유지할 수 있었던 것으로 사료된다. 이러한 결과는 고강도 운동 후 근육의 회복 과정에 도움을 줄 수 있음을 의미하며, 인삼열매 추출물에 대한 명확한 기전 설명을 위해서는 향후 젖산 및 에너지 대사와 관련하여 분자 경로와 관련한 연구가 필요하겠다.

Fig. 1. The effects of the SGBE on blood lactate dehydrogenase activity of forced swimming test mice models. Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05. LDH: lactate dehydrogenase, NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).

글리코겐과 유리지방산의 농도

고강도 운동 시 나타나는 육체적 피로는 에너지 부족과 관련이 있다. 글리코겐은 물론 지방조직으로부터 유리되는 지방산은 근육의 에너지 공급에 필요한 혈중 포도당을 일정 수준 유지하는 데 필요한 중요한 에너지원이다(Hargreaves와 Spriet, 2021; Hawley와 Burke, 2010). 선행 연구에 따르면 강도가 높은 운동일수록 골격근 수축을 위한 에너지의 상대적 기여도는 근육의 글리코겐이 가장 높으며 혈중 유리지방산이 그다음 에너지원으로 중요하게 기여하는 것을 알 수 있다(Hargreaves와 Spriet, 2021; Romijn 등, 1993).

인삼열매 추출물이 FST 동물모델에서 간과 비복근의 글리코겐과 혈중 유리지방산에 미치는 영향에 관한 결과는 Table 3과 같다. 8주 중재 기간 후 간의 글리코겐양은 NC 26.7±2.47, C 25.3±2.33, PC 26.4±3.42, SGBE30 28.3±7.20, SGBE100 26.9±6.17 µg/mg이었고 군간 유의한 차이는 없었다. 그러나 비복근의 글리코겐양은 NC 12.5±2.35, C 6.7±1.50, PC 7.2±1.35, SGBE30 7.3±1.36, SGBE100 9.0±1.67 µg/mg으로, PC 군과 SGBE30군은 C 군과 차이가 없었으나 SGBE100 군은 C 군보다는 높은 수준을 보였다. 혈중 유리지방산의 농도는 NC 0.20±0.056, C 0.18±0.015, PC 0.21±0.029, SGBE30 0.24±0.053, SGBE100 0.25±0.015 µmol/mL로, SGBE 농도에 따른 군 간의 차이는 없었으나 SGBE 군들이 C 군에 비해 통계적으로 유의하게 높았다.

Table 3 . The effects of the SGBE on glycogen and free fatty acid of forced swimming test mice models

NC

C

PC

SGBE30

SGBE100

Glycogen

Liver (μg/mg)

Gastrocnemius (μg/mg)

26.7±2.47a

12.5±2.35a

25.3±2.33a

6.7±1.50c

26.4±3.42a

7.2±1.35bc

28.3±7.20a

7.3±1.36bc

26.9±6.17a

9.0±1.67b


Free fatty acid (µmol/mL)

0.20±0.056ab

0.18±0.015b

0.21±0.029ab

0.24±0.053a

0.25±0.015a

Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05.

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).



FST 동물모델을 이용한 본 연구에서 인삼열매 추출물이 간 글리코겐의 양에는 영향을 미치지 않았지만, 비복근의 글리코겐양과 혈중 유리지방산의 수준을 유지하는 데 효과가 있음을 확인하였다. 본 실험에서 인삼열매 추출물을 섭취한 군에서 혈당이 좀 더 안정적으로 유지되고 혈중 젖산 농도가 유의적으로 낮았던 결과를 함께 고려해 보았을 때, 인삼열매 추출물은 고강도 운동 시 근육에 필요한 에너지 체내 공급을 유지하는 데 도움을 줌으로써 피로물질인 젖산 생성을 낮추는 데 도움을 준 것으로 사료된다.

지질과산화

MDA는 지질과산화 과정에서 생성되는 대표적인 산화 스트레스의 결과물 중 하나로, 세포막의 지질이 활성산소에 의해 산화될 때 형성된다. MDA 농도가 높은 것은 세포막의 손상 정도를 나타내는데 이는 염증 반응이나 조직 손상과 관련이 있다(Ivanov 등, 2017). 고강도 운동은 세포 내 산화 스트레스를 증가시켜 MDA의 생성을 촉진하는데(Cho 등, 2011), 이렇게 생성된 MDA는 세포막과 근육 내부의 단백질을 손상시켜 운동수행 능력을 감소시키는 것으로 알려져 있다(Thirupathi 등, 2021).

Fig. 2는 FST 동물모델에서 인삼열매 추출물이 간의 MDA에 미치는 영향을 보여준다. MDA 농도는 C 군이 가장 높았으며, NC, PC, SGBE30, SGBE100 군 간의 차이는 없었다. 이러한 결과는 고강도 운동으로 초래할 수 있는 MDA에 의한 손상을 인삼열매 추출물이 예방할 수 있음을 의미한다. 본 연구에서는 superoxide dismutase 및 glutathione peroxidase와 같은 체내 항산화 효소에 미치는 영향에 대해서는 측정하지 않아 인삼열매 추출물의 항산화 효과에 의한 지질과산화를 정확히 설명하기에는 한계가 있다. 다양한 추출 조건에서 수행된 인삼열매 추출물의 항산화 효과에 관한 사전 연구를 살펴보면 과산화수소(H2O2) 소거 활성, 환원력 및 지질과산화 억제 등에 대한 결과를 확인 할 수 있는데, 이러한 효과는 인삼열매에 함유된 진세노사이드와 같은 사포닌은 물론 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 때문이라고 보고하였다(Ivanov 등, 2017; Oh 등, 2019; Ryu 등, 2020).

Fig. 2. The effects of the SGBE on liver malondialdehyde of forced swimming test mice models. Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05. NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).

본 연구에서는 미성숙 인삼열매 추출물의 항피로 효과를 평가하기 위해 FST 동물모델을 이용하여 항피로 유효성을 평가해 보았다. 본 연구에 사용된 인삼열매 추출물은 강제수영 운동 후 혈중 포도당 농도가 감소하는 것을 보호하고, LDH 활성 강화와 함께 젖산 농도를 낮추는 데 효과가 있었다. 또한 강제수영 운동 후 근육의 글리코겐양과 혈중 유리지방산의 농도를 유지하고 MDA의 생성을 낮추는 데 인삼열매 추출물이 기여하였다. 이러한 결과는 인삼열매 추출물이 고강도 운동 시 필요한 에너지 공급원을 유지하여 혈중 젖산의 농도를 낮추는 데 도움을 줌으로써 고강도 운동 후 피로회복을 위한 기능성 소재로서 가치가 있음을 시사한다. 본 연구는 인삼열매 추출물의 8주간의 용량 의존적 효과에 대한 시도였다. 향후 장기 섭취에 대한 유효성과 이에 대한 안전성이 본 연구보다 광범위한 용량에서 시도됨으로써 최적의 용량을 찾는 게 필요하겠으며, 성별 차이를 고려한 연구도 검토가 필요하겠다. 고강도 운동 후 피로회복에 대한 인삼열매 추출물의 기능성 입증을 위해서는 추후 인체적용시험을 통한 유효성 평가가 필요하겠으며 이를 위해 본 연구 결과가 기초자료로 활용될 것을 제안하는 바이다.

본 성과물은 농림수산식품교육문화정보원의 중소 식품기업 현장 애로기술 해결과제(2022년 11월~2023년 8월) 재원을 받아 수행된 연구이다.

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(12): 1239-1244

Published online December 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.12.1239

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

강제수영부하실험 동물모델에서 미성숙 인삼열매 추출물의 항피로 개선 효과

윤지혜1․차승윤2․맹성호1,2․신용진3,4․박명애4․김진경3

1경희대학교 동서의학대학원 노인학과 고령서비스-테크 융합전공
2경희대학교 동서의학대학원 융합건강과학과
3경희대학교 동서의학대학원 미래식품학과
4(주)한국지네틱바이오팜

Received: September 19, 2024; Revised: November 5, 2024; Accepted: November 13, 2024

The Anti-fatigue Effects of Steam-Dried Immature Ginseng Berry Extract in Forced Swimming Test Mice Models

Ji Hye Yoon1 , Seung-Yun Cha2 , Sungho Maeng1,2 , Yongjin Shin3,4 , Myeongae Park4 , and Jinkyung Kim3

1Department of Gerontology (AgeTech-Service Convergence Major), Graduate School of East-West Medical Science,
2Department of Comprehensive Health Science, Graduate School of East-West Medical Science, and
3Department of Food and Inovation, Graduate School of East-West Medical Science, Kyung Hee University
4Korea Genetic Bio Pharm Co., Ltd.

Correspondence to:Jinkyung Kim, Graduate School of East-West Medical Science, Kyung Hee University, 1732, Deogyeong-daero, Giheung-gu, Yongin-si, Gyeonggi 17104, Korea, E-mail: jkim2021@khu.ac.kr

Received: September 19, 2024; Revised: November 5, 2024; Accepted: November 13, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

In this study, we aimed to examine the anti-fatigue effects of steam-dried ginseng berry extract (SGBE) in a forced swimming test (FST) mice model. After 8 weeks of intervention, the SGBE groups were observed to have a protective effect against decreased blood glucose levels after the FST. In the SGBE groups, the blood lactate levels significantly decreased, while lactate dehydrogenase activity significantly increased after the FST compared with the control group. There was no difference in liver glycogen levels among the groups. However, the gastrocnemius muscle glycogen levels were significantly higher in the SGBE groups in a concentration-dependent manner compared with the control group. The blood free fatty levels were also found to remain high in the SGBE groups compared with the control group. These results suggest that SGBE can aid in fatigue recovery by reducing blood lactate levels and sustaining the energy supply necessary for muscles during high-intensity exercise.

Keywords: steam-dried ginseng berry, anti-fatigue, forced swimming test

서 론

피로는 신체나 정신적인 활동으로 인해 발생하는 불편함이나 에너지 소진을 의미하는데, 이러한 피로는 일상적인 생활 및 작업 수행 과정에서 느낄 수 있는 생리적 반응이다(Phillips, 2015). 건강한 사람에게 있어 격렬한 신체활동 이후 발생하는 피로는 일시적이며 휴식을 취하면 감소하여 일반적으로 일상 활동을 방해하지 않는다. 하지만 지속적인 피로는 정서적, 사회적 또는 직업적 기능을 저해함으로 중요한 공중 보건 문제이기도 하다(Finsterer와 Mahjoub, 2014). 다발성 경화증, 파킨슨병, 중증 근무력증과 같은 신경계 질환은 물론 암, 당뇨병, 간 질환과 같은 만성질환 환자에게서 나타나는 피로는 환자의 일상 업무와 삶의 질에 심각한 해를 끼치고 질병 관련 장애를 악화시키는 것으로 알려져 있다(Kluger 등, 2013).

이에 피로회복에 유효한 천연물을 찾기 위한 연구가 시도되어왔다. 인삼(Panax ginseng)은 한국, 중국, 일본 등의 국가에서 오랫동안 사용해 온 중요한 약용식물 중 하나로 진세노사이드와 인삼다당류 등의 성분을 함유(Choi, 2008)하고 있어 항피로 효과에 관한 다양한 연구가 진행되었다. 강제수영부하시험 동물모델을 이용한 선행 연구를 살펴보면 인삼에서 분리한 다당류 분획물은 지질과산화(malondialdehyde, MDA)와 젖산탈수소효소(lactate dehydrogenase, LDH) 개선은 물론 혈당 감소와 항산화 효소의 감소 억제를 통한 항피로 효과가 있었다(Wang 등, 2010, 2013). 또한 무작위배정 위약대조 인체적용전시험 연구를 이용하여 체계적 문헌 고찰을 한 선행 연구에서 인삼의 보충 섭취는 산화적 스트레스를 감소시키고 탄수화물 대사 조절 및 피로 대사 물질 축적 지연을 통해 피로회복에 도움을 줄 수 있음을 보고한 바 있다(Jin 등, 2020). 이러한 인삼의 항피로 효과는 인삼에 함유된 진세노사이드와 관련 있으며(Feng 등, 2024; Li 등, 2022), 현재 한국의 항피로 건강기능식품 원료로써 인삼추출물의 규격 또한 진세노사이드의 합(Rg1, Rb1) 0.8~34 mg/g으로 규정되어 있다(MFDS, 2015). 인삼의 주요 부위 중 하나인 인삼열매(Panax ginseng berry)는 진세노사이드는 물론, 클로로겐산을 비롯한 페놀 화합물의 함량이 풍부한데(Lee 등, 2014), 미성숙과의 경우 성숙과에 비해 진세노사이드 함량이 더 우수(Jin 등, 2019)하기 때문에 기능성 원료로서의 가치가 있다고 알려져 있다. 반면 기능성 소재로써 인삼열매에 대한 활용은 인삼뿌리에 비해 매우 낮은 수준이다. 인삼열매에 관한 사전 연구를 살펴보면, 급성 간독성 동물모델에서 간독성 개선 효과(Jang 등, 2017), 비만 동물모델에서의 혈당 조절 및 인슐린 기능성 향상(Xie 등, 2002) 및 알코올 대사능(Lee 등, 2014)에 관한 사전 연구들이 진행된 상태이지만 항피로에 관한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 하지만 이러한 사전 연구들은 인삼열매가 체내 항산화 기능을 개선하는 것은 물론 체내 당 이용률을 높일 수 있음을 의미하며, 항피로 유효성이 있는 인삼의 진세노사이드 성분이 미성숙 인삼열매 추출물에 풍부하다는 것을 고려하였을 때 항피로에 대한 인삼열매 추출물의 유효성을 기대해 볼 수 있는데, 이는 당 보충을 기본으로 하는 기존 스포츠 드링크와는 차별화되는 기능성 소재 개발가능성을 시사한다.

따라서 본 연구에서는 피로유발 동물모델인 강제수영부하시험(forced swimming test, FST) 동물모델을 통하여 인삼열매 추출물의 보충 섭취가 운동 전후 혈당과 젖산의 농도에 미치는 영향과 함께 글리코겐과 지질과산화를 살펴봄으로써 신체적 피로 개선에 대한 유효성을 확인하고자 하였다.

재료 및 방법

인삼열매 추출물

인삼열매 추출물(steam-dried ginseng berry extract, SGBE)은 (주)한국지네틱바이오팜에서 제공받았다. 선행 연구에 사용된 인삼열매 추출물과 동일한 방식으로 제조하였는데(Jang 등, 2017), 4년생 이상의 인삼에서 열리는 익지 않은 초록색 열매를 흐르는 물에 세척하고 4회 이상 증포(85°C 이상 증기로 찌고)하여 건조기로 건조(70°C 이상)한 후 분쇄하고, 이를 50% 주정에 4시간씩 2번 추출하였다. 추출물은 부직포와 필터로 여과한 후 20~40 Brix로 감압농축하였다. 이후 동결건조(-90~-85°C, 72~96시간) 단계를 거쳐 최종 건조 시료를 얻었다.

피로유발 동물 모델

실험동물은 ICR 5주령 수컷 40마리를 (주)대한바이오링크에서 구입하여 사용하였고, 온도 24±1°C, 습도 55±5%, 명암주기 12시간(lights on 6:00~18:00 h)으로 조절된 사육실에서 1주일 동안 환경에서 적응시켰다. 사육실에 적응한 실험동물은 NC(normal control, 비운동 대조군), C(control, 운동 대조군), PC(positive control, 운동+홍삼 추출물 100 mg/kg BW), SGBE30(인삼열매 추출물 30 mg/kg BW), SGBE100(인삼열매 추출물 100 mg/kg BW)의 5군으로 나누었다. 사료와 물은 자유롭게 섭취할 수 있도록 공급하고 체중과 사료 섭취량은 주 1회 같은 시간에 측정하였으며, 매일 일정한 시간에 존대를 이용하여 8주간 약물을 투여하였다. 실험종료 일주일 전 FST를 실시하여 피로를 유발하였다. 50×40 cm의 투명한 플라스틱 용기에 25±2°C의 물을 20 cm 높이로 채운 후 운동부하량을 최대화하기 위하여 유속장치를 이용해 유속을 주는 방법으로 실시하였다. 7일 동안 매일 15분씩 실시하여 피로를 유발하였으며, 8일 차인 실험종료일에는 FST를 30분간 실시하였다. 본 연구는 경희대학교 동물윤리위원회의 심의(KHGASP-23-064)를 받아 수행하였다.

혈액 지표

혈중 포도당과 젖산의 농도는 운동 전과 운동 종료 15분 후 꼬리 정맥혈에서 혈액을 채취하여 측정하였다. 혈중 포도당은 혈당측정기(Isence Inc.)를 이용하였고 젖산 농도는 젖산 측정기(Arkray Inc.)를 이용하여 측정하였다. 혈액 내 LDH의 활성은 Lactate dehydrogenase assay kit(Abcam)을 이용하여 분석하였는데, 제조사의 프로토콜에 따라 microplate reader를 이용하여 535 nm에서 흡광도를 측정하여 값을 산출하였다. 혈액 내 유리지방산 농도는 Free fatty acid assay kit(Abcam)을 사용하여 분석하였는데, 제조사의 프로토콜에 따라 microplate reader를 이용하여 570 nm에서 흡광도를 측정하여 값을 산출하였다.

글리코겐

FST 30분 후 실험동물을 마취하여 간과 비복근(뒷다리)을 적출하였다. 각 조직은 무게 측정 후 생리식염수로 세척, 물기 제거 후 -70°C에서 보관해 실험분석에 사용하였다. 간과 비복근의 글리코겐양은 Glycogen assay kit(Abcam)을 사용하여 확인하였으며, 제조사의 프로토콜에 따라 microplate reader를 이용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하고 값을 산출하였다.

지질과산화

간 조직의 MDA 분석은 Malondialdehyde assay kit(Abcam)을 사용하여 분석하였으며, 제조사의 프로토콜을 따라 microplate reader를 이용하여 532 nm에서 흡광도를 측정하고 값을 산출하였다.

통계분석

모든 결과는 평균±표준편차로 나타내었다. 통계적 유의성은 SPSS(ver. 28, IBM Co.)를 이용하여 P<0.05 수준에서 확인하였다. 군 간의 차이는 일원배치 분산분석(One-way ANOVA) 후 사후검정(Duncan’s multiple rage test)을, 군 내 전후 차이는 대응표본 t-검증(paired t-test)을 통해 확인하였다.

결과 및 고찰

체중, 식이 효율, 장기 무게

인삼열매 추출물이 체중, 식이 효율, 장기 무게에 미치는 영향에 관한 결과는 Table 1과 같다. 실험 기간 모든 군에서 체중은 정상적으로 증가하였다. 실험 기간의 체중 증가량은 NC 8.8±2.04, C 8.8±1.82, PC 8.9±1.14, SGBE30 8.6±1.82, SGBE100 7.9±1.50 g으로 군간 차이는 없었다. 식이 효율 또한 NC 0.24±0.055, C 0.24±0.050, PC 0.25±0.032, SGBE30 0.24±0.051, SGBE100 0.21±0.040으로 군간 차이는 없었다. 하지만 간의 무게는 8주 중재연구 기간 후 NC 1.95±0.113, C 1.88±0.127, PC 1.80±0.138, SGBE30 1.76±0.167, SGBE100 1.60±0.137 g으로 C 군과 PC 군은 NC 군과 차이는 없었으나 SGBE를 섭취한 군은 NC 군에 비해 무게가 낮았고 SGBE 섭취 농도 의존적으로 간의 무게가 낮은 경향을 보였다. 신장의 무게는 강제수영을 시킨 C, PC, SGBE30, SGBE100 각 군당 0.53±0.065, 0.48±0.034, 0.53±0.078, 0.53±0.021 g으로 NC 군 0.64±0.041 g에 비해 모두 유의적으로 낮았다. 비장의 무게는 NC 0.12±0.025, C 0.16±0.053, PC 0.11±0.015, SGBE30 0.14±0.031, SGBE100 0.11±0.011 g으로 NC 군에 비해 C 군이 유의적으로 높았고, PC 군과 SGBE100 군이 C 군에 비해 유의적으로 낮았다. 비복근은 NC 0.38±0.084, C 0.42±0.070, PC 0.42±0.027, SGBE30 0.41±0.072, SGBE100 0.40±0.031 g으로 군 간의 차이는 없었다. 본 연구에서는 강제수영이 체중과 비복근에는 영향을 미치진 않았으나 간과 신장의 무게는 감소시키고 비장의 무게는 증가시켰는데, 비장의 무게 증가에 대해서는 인삼열매 추출물을 고농도로 섭취했던 군에는 이에 대한 보호 효과가 있었다.

Table 1 . The effects of the SGBE on body weight, food efficiency ratio, and organ weights of forced swimming test mice models.

NC.

C.

PC.

SGBE30.

SGBE100.

Initial weight (g).

Final weight (g).

Weight gain (g)1).

FER2).

Liver (g).

Kidney (g).

Spleen (g).

Gastrocnemious (g).

30.5±0.74a.

39.3±2.10a.

8.8±2.04a.

0.24±0.055.

1.95±0.113a.

0.64±0.041a.

0.12±0.025bc.

0.38±0.084a.

30.78±2.23a.

39.6±3.05a.

8.8±1.82a.

0.24±0.050a.

1.88±0.127ab.

0.53±0.065b.

0.16±0.053a.

0.42±0.070a.

31.4±0.90a.

40.3±1.94a.

8.9±1.14a.

0.25±0.032a.

1.80±0.138ab.

0.48±0.034b.

0.11±0.015bc.

0.42±0.027a.

31.0±1.14a.

39.6±1.50a.

8.6±1.82a.

0.24±0.051a.

1.76±0.167b.

0.53±0.078b.

0.14±0.031ab.

0.41±0.072a.

30.9±1.11a.

38.8±2.28a.

7.9±1.50a.

0.21±0.040a.

1.60±0.137c.

0.53±0.021b.

0.11±0.011c.

0.40±0.031a.

Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05..

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW)..

1)Weight gain=final body weight (g)-initial body weight (g)..

2)FER (Food efficiency rate)=weight gain (g)/ food consumption (g)×100..



혈중 포도당 및 젖산 농도

고강도 운동 시 근육은 더 많은 에너지를 필요로 하는데, 이때 근육은 산소공급이 제한적일 수 있고 글리코겐을 분해하여 에너지원으로 사용하는 과정에서 피로물질인 젖산이 발생한다(Jacob 등, 2022; Robergs 등, 2004). 고강도 운동 시 적절한 혈당을 유지하여 근육에 에너지를 공급하는 것은 피로물질인 젖산을 낮추는 데 중요한 역할(Johnson 등, 2006; You 등, 2016)을 하는 것은 물론, 근육에 산소와 에너지 전달 과정이 효율성을 높여 운동의 지속 시간 및 강도를 유지하고 최대 성과를 달성하는 데 도움을 주는 것으로 알려져 있다(Hawley와 Burke, 2010; Jeukendrup, 2017).

FST 동물모델에서 인삼열매 추출물이 혈중 포도당과 젖산 농도에 미치는 영향은 Table 2와 같다. 8주 중재 기간 후 FST 전후 혈중 포도당 농도는 변화는 C -30.9±25.62, PC -38.1±39.16, SGBE30 -19.1±31.98, SGBE100 -3.4±40.92 mg/dL로, C와 PC 군에서 각각 유의적으로 감소하였으나 SGBE를 섭취한 군에서는 변화가 없었다. 하지만 이러한 혈당의 변화에 대한 군 간의 차이는 통계적으로 유의하지 않았다. 8주 중재 기간 후 FST 전후 혈중 젖산의 농도 변화는 C 1.7±1.47, PC 0.3±1.14, SGBE30 -0.6±1.14, SGBE100 -0.2±1.57 mmol/L로, C 군에서 유의적으로 증가하였으나 PC와 SGBE를 보충 섭취한 군에서는 변화가 없었다. FST 후 젖산 농도의 변화량은 C 군이 유의적으로 가장 높았고 SGBE를 보충 섭취한 군은 농도 의존적인 효과는 없었으나 C 군에 비해 유의적으로 낮았다. 이러한 결과는 인삼열매 추출물의 보충 섭취가 운동 전과 비교하여 운동 후 혈당이 급속히 감소하는 것을 억제하고 젖산의 생성을 낮춤으로써 항피로에 도움을 줄 수 있음을 시사한다.

Table 2 . The effects of the SGBE on blood glucose and lactate levels of forced swimming test mice models.

NC.

C.

PC.

SGBE30.

SGBE100.

Glucose.

(mg/dL).

Before.

After.

Change.

193.4±14.99.

185.7±24.61a.

154.9±20.51a.

−30.9±25.62a*.

197.4±15.64a.

159.3±42.90a.

−38.1±39.16a*.

191.0±15.21a.

171.9±26.34a.

−19.1±31.98a.

179.3±21.75a.

175.9±37.56a.

−3.4±40.92a.


Lactate.

(mmol/L).

Before.

After.

Change.

3.34±0.822.

2.7±0.43a.

4.3±1.62a.

1.7±1.47a*.

3.0±0.70a.

3.3±1.15a.

0.3±1.14ab.

3.1±0.65a.

2.6±0.63a.

−0.6±1.14b.

3.5±0.73a.

3.3±0.95a.

−0.2±1.57b.

Values are presented as the mean±standard deviation..

The different letters indicate significance by independent t-test, and the symbol (*) represents significance by paired t-test at P<0.05..

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW)..



혈중 젖산탈수소효소 농도

LDH는 젖산을 분해하는 주요 효소 중 하나이다. 고강도 운동 시 근육에서 필요로 하는 에너지를 빠르게 공급하기 위해 혐기적 대사가 활성화되는데, 이때 LDH가 활성화되어 피루브산이 젖산으로 빠르게 전환되도록 돕는다(Chen 등, 2016). 운동 후 증가한 LDH는 젖산을 다시 피루브산으로 전환하는데, 이렇게 전환된 피루브산은 다시 산화적 대사 경로로 들어가 ATP를 생산하도록 돕는다. 고강도 운동 후 증가한 LDH는 혈중 젖산을 근육 내에 필요로 하는 에너지원으로 사용할 수 있게 돕는 것은 물론 운동 후 회복 과정에서 중요한 역할을 한다(Gladden, 2004).

본 연구에서는 인삼열매 추출물이 FST 동물모델에서 혈중 LDH 활성에 미치는 영향을 살펴보았고 그 결과는 Fig. 1과 같다. 혈중 LDH 활성은 인삼열매 추출물 농도에 따른 차이는 없었지만, SGBE30과 SGBE100 두 군이 각각 38.2±2.81, 44.0±9.13 mU/mL로 NC 군 25.6±6.61 mU/mL와 C 군 29.1±7.28 mU/mL에 비해 유의적으로 높았다. PC 군의 경우 36.9±7.62 mU/mL로 NC 군에 비해 LDH 활성이 높았으나 C 군과의 유의적인 차이는 아니었다. 본 연구에서 인삼열매 추출물을 보충 섭취한 군에서 운동 후 혈중 포도당 농도가 유의적으로 감소하지 않고 젖산의 농도가 대조군에 비해 유의적으로 낮았던 결과를 고려할 때, 고강도 운동 시 인삼열매 추출물의 보충 섭취가 LDH의 활성을 높여 혈중의 젖산을 에너지원으로 전환함으로써 혈중 포도당 농도를 유지할 수 있었던 것으로 사료된다. 이러한 결과는 고강도 운동 후 근육의 회복 과정에 도움을 줄 수 있음을 의미하며, 인삼열매 추출물에 대한 명확한 기전 설명을 위해서는 향후 젖산 및 에너지 대사와 관련하여 분자 경로와 관련한 연구가 필요하겠다.

Fig 1. The effects of the SGBE on blood lactate dehydrogenase activity of forced swimming test mice models. Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05. LDH: lactate dehydrogenase, NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).

글리코겐과 유리지방산의 농도

고강도 운동 시 나타나는 육체적 피로는 에너지 부족과 관련이 있다. 글리코겐은 물론 지방조직으로부터 유리되는 지방산은 근육의 에너지 공급에 필요한 혈중 포도당을 일정 수준 유지하는 데 필요한 중요한 에너지원이다(Hargreaves와 Spriet, 2021; Hawley와 Burke, 2010). 선행 연구에 따르면 강도가 높은 운동일수록 골격근 수축을 위한 에너지의 상대적 기여도는 근육의 글리코겐이 가장 높으며 혈중 유리지방산이 그다음 에너지원으로 중요하게 기여하는 것을 알 수 있다(Hargreaves와 Spriet, 2021; Romijn 등, 1993).

인삼열매 추출물이 FST 동물모델에서 간과 비복근의 글리코겐과 혈중 유리지방산에 미치는 영향에 관한 결과는 Table 3과 같다. 8주 중재 기간 후 간의 글리코겐양은 NC 26.7±2.47, C 25.3±2.33, PC 26.4±3.42, SGBE30 28.3±7.20, SGBE100 26.9±6.17 µg/mg이었고 군간 유의한 차이는 없었다. 그러나 비복근의 글리코겐양은 NC 12.5±2.35, C 6.7±1.50, PC 7.2±1.35, SGBE30 7.3±1.36, SGBE100 9.0±1.67 µg/mg으로, PC 군과 SGBE30군은 C 군과 차이가 없었으나 SGBE100 군은 C 군보다는 높은 수준을 보였다. 혈중 유리지방산의 농도는 NC 0.20±0.056, C 0.18±0.015, PC 0.21±0.029, SGBE30 0.24±0.053, SGBE100 0.25±0.015 µmol/mL로, SGBE 농도에 따른 군 간의 차이는 없었으나 SGBE 군들이 C 군에 비해 통계적으로 유의하게 높았다.

Table 3 . The effects of the SGBE on glycogen and free fatty acid of forced swimming test mice models.

NC.

C.

PC.

SGBE30.

SGBE100.

Glycogen.

Liver (μg/mg).

Gastrocnemius (μg/mg).

26.7±2.47a.

12.5±2.35a.

25.3±2.33a.

6.7±1.50c.

26.4±3.42a.

7.2±1.35bc.

28.3±7.20a.

7.3±1.36bc.

26.9±6.17a.

9.0±1.67b.


Free fatty acid (µmol/mL).

0.20±0.056ab.

0.18±0.015b.

0.21±0.029ab.

0.24±0.053a.

0.25±0.015a.

Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05..

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW)..



FST 동물모델을 이용한 본 연구에서 인삼열매 추출물이 간 글리코겐의 양에는 영향을 미치지 않았지만, 비복근의 글리코겐양과 혈중 유리지방산의 수준을 유지하는 데 효과가 있음을 확인하였다. 본 실험에서 인삼열매 추출물을 섭취한 군에서 혈당이 좀 더 안정적으로 유지되고 혈중 젖산 농도가 유의적으로 낮았던 결과를 함께 고려해 보았을 때, 인삼열매 추출물은 고강도 운동 시 근육에 필요한 에너지 체내 공급을 유지하는 데 도움을 줌으로써 피로물질인 젖산 생성을 낮추는 데 도움을 준 것으로 사료된다.

지질과산화

MDA는 지질과산화 과정에서 생성되는 대표적인 산화 스트레스의 결과물 중 하나로, 세포막의 지질이 활성산소에 의해 산화될 때 형성된다. MDA 농도가 높은 것은 세포막의 손상 정도를 나타내는데 이는 염증 반응이나 조직 손상과 관련이 있다(Ivanov 등, 2017). 고강도 운동은 세포 내 산화 스트레스를 증가시켜 MDA의 생성을 촉진하는데(Cho 등, 2011), 이렇게 생성된 MDA는 세포막과 근육 내부의 단백질을 손상시켜 운동수행 능력을 감소시키는 것으로 알려져 있다(Thirupathi 등, 2021).

Fig. 2는 FST 동물모델에서 인삼열매 추출물이 간의 MDA에 미치는 영향을 보여준다. MDA 농도는 C 군이 가장 높았으며, NC, PC, SGBE30, SGBE100 군 간의 차이는 없었다. 이러한 결과는 고강도 운동으로 초래할 수 있는 MDA에 의한 손상을 인삼열매 추출물이 예방할 수 있음을 의미한다. 본 연구에서는 superoxide dismutase 및 glutathione peroxidase와 같은 체내 항산화 효소에 미치는 영향에 대해서는 측정하지 않아 인삼열매 추출물의 항산화 효과에 의한 지질과산화를 정확히 설명하기에는 한계가 있다. 다양한 추출 조건에서 수행된 인삼열매 추출물의 항산화 효과에 관한 사전 연구를 살펴보면 과산화수소(H2O2) 소거 활성, 환원력 및 지질과산화 억제 등에 대한 결과를 확인 할 수 있는데, 이러한 효과는 인삼열매에 함유된 진세노사이드와 같은 사포닌은 물론 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 때문이라고 보고하였다(Ivanov 등, 2017; Oh 등, 2019; Ryu 등, 2020).

Fig 2. The effects of the SGBE on liver malondialdehyde of forced swimming test mice models. Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05. NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).

요 약

본 연구에서는 미성숙 인삼열매 추출물의 항피로 효과를 평가하기 위해 FST 동물모델을 이용하여 항피로 유효성을 평가해 보았다. 본 연구에 사용된 인삼열매 추출물은 강제수영 운동 후 혈중 포도당 농도가 감소하는 것을 보호하고, LDH 활성 강화와 함께 젖산 농도를 낮추는 데 효과가 있었다. 또한 강제수영 운동 후 근육의 글리코겐양과 혈중 유리지방산의 농도를 유지하고 MDA의 생성을 낮추는 데 인삼열매 추출물이 기여하였다. 이러한 결과는 인삼열매 추출물이 고강도 운동 시 필요한 에너지 공급원을 유지하여 혈중 젖산의 농도를 낮추는 데 도움을 줌으로써 고강도 운동 후 피로회복을 위한 기능성 소재로서 가치가 있음을 시사한다. 본 연구는 인삼열매 추출물의 8주간의 용량 의존적 효과에 대한 시도였다. 향후 장기 섭취에 대한 유효성과 이에 대한 안전성이 본 연구보다 광범위한 용량에서 시도됨으로써 최적의 용량을 찾는 게 필요하겠으며, 성별 차이를 고려한 연구도 검토가 필요하겠다. 고강도 운동 후 피로회복에 대한 인삼열매 추출물의 기능성 입증을 위해서는 추후 인체적용시험을 통한 유효성 평가가 필요하겠으며 이를 위해 본 연구 결과가 기초자료로 활용될 것을 제안하는 바이다.

감사의 글

본 성과물은 농림수산식품교육문화정보원의 중소 식품기업 현장 애로기술 해결과제(2022년 11월~2023년 8월) 재원을 받아 수행된 연구이다.

Fig 1.

Fig 1.The effects of the SGBE on blood lactate dehydrogenase activity of forced swimming test mice models. Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05. LDH: lactate dehydrogenase, NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 1239-1244https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.12.1239

Fig 2.

Fig 2.The effects of the SGBE on liver malondialdehyde of forced swimming test mice models. Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05. NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW).
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 1239-1244https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.12.1239

Table 1 . The effects of the SGBE on body weight, food efficiency ratio, and organ weights of forced swimming test mice models.

NC.

C.

PC.

SGBE30.

SGBE100.

Initial weight (g).

Final weight (g).

Weight gain (g)1).

FER2).

Liver (g).

Kidney (g).

Spleen (g).

Gastrocnemious (g).

30.5±0.74a.

39.3±2.10a.

8.8±2.04a.

0.24±0.055.

1.95±0.113a.

0.64±0.041a.

0.12±0.025bc.

0.38±0.084a.

30.78±2.23a.

39.6±3.05a.

8.8±1.82a.

0.24±0.050a.

1.88±0.127ab.

0.53±0.065b.

0.16±0.053a.

0.42±0.070a.

31.4±0.90a.

40.3±1.94a.

8.9±1.14a.

0.25±0.032a.

1.80±0.138ab.

0.48±0.034b.

0.11±0.015bc.

0.42±0.027a.

31.0±1.14a.

39.6±1.50a.

8.6±1.82a.

0.24±0.051a.

1.76±0.167b.

0.53±0.078b.

0.14±0.031ab.

0.41±0.072a.

30.9±1.11a.

38.8±2.28a.

7.9±1.50a.

0.21±0.040a.

1.60±0.137c.

0.53±0.021b.

0.11±0.011c.

0.40±0.031a.

Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05..

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW)..

1)Weight gain=final body weight (g)-initial body weight (g)..

2)FER (Food efficiency rate)=weight gain (g)/ food consumption (g)×100..


Table 2 . The effects of the SGBE on blood glucose and lactate levels of forced swimming test mice models.

NC.

C.

PC.

SGBE30.

SGBE100.

Glucose.

(mg/dL).

Before.

After.

Change.

193.4±14.99.

185.7±24.61a.

154.9±20.51a.

−30.9±25.62a*.

197.4±15.64a.

159.3±42.90a.

−38.1±39.16a*.

191.0±15.21a.

171.9±26.34a.

−19.1±31.98a.

179.3±21.75a.

175.9±37.56a.

−3.4±40.92a.


Lactate.

(mmol/L).

Before.

After.

Change.

3.34±0.822.

2.7±0.43a.

4.3±1.62a.

1.7±1.47a*.

3.0±0.70a.

3.3±1.15a.

0.3±1.14ab.

3.1±0.65a.

2.6±0.63a.

−0.6±1.14b.

3.5±0.73a.

3.3±0.95a.

−0.2±1.57b.

Values are presented as the mean±standard deviation..

The different letters indicate significance by independent t-test, and the symbol (*) represents significance by paired t-test at P<0.05..

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW)..


Table 3 . The effects of the SGBE on glycogen and free fatty acid of forced swimming test mice models.

NC.

C.

PC.

SGBE30.

SGBE100.

Glycogen.

Liver (μg/mg).

Gastrocnemius (μg/mg).

26.7±2.47a.

12.5±2.35a.

25.3±2.33a.

6.7±1.50c.

26.4±3.42a.

7.2±1.35bc.

28.3±7.20a.

7.3±1.36bc.

26.9±6.17a.

9.0±1.67b.


Free fatty acid (µmol/mL).

0.20±0.056ab.

0.18±0.015b.

0.21±0.029ab.

0.24±0.053a.

0.25±0.015a.

Values are presented as the mean±standard deviation, and the different letters indicate significance by independent t-test at P<0.05..

NC: normal control (−forced swimming), C: control (+forced swimming), PC: positive control (+forced swimming+red ginseng 100 mg/kg BW), SGBE: steam-dried ginseng berry extract treatment at various dose (+forced swimming, +SGBE 30 and 100 mg/kg BW)..


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