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1 한국영양학회지 (Korean J Nutr) 2009; 42(4): 309~ 317 DOI /kjn 난소절제쥐에서 Arginine 첨가식이가골밀도및골대사에미치는영향 * 최미자 계명대학교식품영양학과 Effects of Arginine Supplementation on Bone Mineral Density and Bone Markers in Rats * Choi, Mi-Ja Department of Food and Nutrition, Keimyung University, Daegu , Korea ABSTRACT As far as we know, there were no studies of the effect of L-arginine on bone metabolism in post-menopausal women or ovariectomized rats. The primary objective of the current study was to determine whether arginine supplementation was associated with alterations in femoral and spinal bone mineral density (BMD) and bone markers in ovariectomized (Ovx) rats. Forty female Sprague-Dawley rats were divided into two groups, Ovx and sham groups, which were each randomly divided into two subgroups that were fed control and arginine supplemented diet. All rats were fed on experimental diet and deionized water ad libitum for 9 weeks. Bone formation was measured by serum osteocalcin and alkaline phosphatase (ALP) concentrations. Bone resorption was measured by deoxypyridinoline (DPD) crosslinks immunoassay and corrected for creatinine. Serum osteocalcin, growth hormone, insulin-like growth factor-1 (IGF-1), parathyroid hormone (PTH) and calcitonin were analyzed using radioimmunoassay kits. Bone mineral density (BMD) and bone mineral content (BMC) were measured using PIXImus (GE Lunar Co, Wisconsin, USA) in spine and femur. The serum and urine concentrations of Ca and P were determined. The plasma was analyzed for arginine. Diet did not affect weight gain, mean food intake, and plasma arginine concentration. Urinary Ca excretion was decreased by arginine supplementation in Ovx rats, but statistically not significant. The Ovx rats fed arginine-supplemented diet were not significantly different in ALP, osteocalcin, crosslinks value, PTH, calcitonin and IGF-1 compared to those fed control diet. The arginine-supplemented group had significantly higher serum Ca and growth hormone than control group. Spine and femur BMD were significantly increased by arginine supplementation on 5th and 9th weeks after feeding. Our findings indicate that dietary L-arginine supplementation decreased bone mineral density loss in Ovx rats. Therefore, dietary arginine supplementation may represent a potentially useful strategy for the management of osteoporosis. (Korean J Nutr 2009; 42(4): 309 ~ 317) KEY WORDS : arginine, BMD, GH, IGF-1, PTH, bone markers, ovariectomized rat. 서 콩단백질의풍부한이소플라본과아미노산조성은골다공증예방에유리하다고보고되고있는데, 이소플라본이골대사에유리하다고보고한연구는사람과동물을대상으로상당수있다. 1-4) 콩단백질의아미노산조성이골대사에유리한이유는동물성단백질에비해콩의함황아미노산함량이낮아요중칼슘배설이적어유리하다는보고와, 5) 접수일 :2009 년 4 월 06 일 / 수정일 :2009 년 4 월 15 일채택일 :2009 년 6 월 10 일 * The present research has been conducted by the Bisa Research Grant of Keimyung University in To whom correspondence should be addressed. choimj@kmu.ac.kr 론 콩단백질에풍부한 arginine 이성장호르몬의분비를증가시키고 6) 성장호르몬은골밀도증가에유리하다는연구가있다. 7) 성장호르몬의분비량이연령증가에따라감소되는데골다공증여성노인에게성장호르몬을투여한결과골밀도감소가줄었다고보고하였다. 8) 성장호르몬이골밀도의감소를줄이고, 콩단백질의풍부한 arginine 이성장호르몬의분비를증가시켜골대사에서유리할수있다는선행연구에 6,7) 근거하여 Choi 9) 는성장기암컷쥐를대상으로 arginine 첨가식이가골밀도에미치는영향을연구한결과골밀도형성에유익한것으로사료된다고보고하였다. 그러나성호르몬분비가부족한난소절제쥐에서 arginine 첨가식이가골밀도에미치는효과에대한연구는없다. 따라서본연구는여성호르몬이부족 2009 The Korean Nutrition Society

2 310 / Arginine 첨가와골밀도 한난소절제쥐에서선행연구의 9) 성장기암컷쥐에첨가한동량의 arginine 첨가식이가골대사에미치는효과를알아보았다. 실험동물및실험식이 연구방법 Sprague-Dawley 암컷쥐를 ( 체중 180 ± 10 g, 8주령 ) 주식회사대한동물사육센터로부터분양받아 1주일간의적응기간동안고형사료 (rat chow, 삼양사 ) 로사육한후 Ovx군과 군으로나눈후다시실험식이에따라대조식이군과 arginine 첨가식이군으로나누어각군당 10 마리씩 9주간실험식이를공급하였다. 실험동물은 stainless steel wire cage에서한마리씩분리사육하였으며, 사육실의온도는 25 ± 2, 습도는 63 ± 5% 로유지하였고매일광주기, 암주기를 12시간이되도록조절하였다. 실험기간동안식이와물은자유롭게섭취케하였으며물은모두 2차이온교환수를사용하였다. 본연구에서사용한 arginine (L-Arginine: Sigma A8094, Japan) 의첨가량은선행연구의 9) 성장기암컷쥐에서 AIN-93 식이의단백질급원인 casein 을콩단백질로대치시키는경우콩단백질에함유된 arginine 의함량과동량 (6.6 g/kg diet) 으로첨가한선행연구와같이하였다. 식이의기본조성은 AIN-93G에기준하여조제하였다. 10) 실험식이의조성은 Table 1과같다. 실험분석 식이섭취량및체중측정 식이섭취량은이틀에한번씩, 체중은 1 주일에한번씩 Table 1. Composition of experimental diets (g/100 g of diet) Ingredients Control Arginine Casein 1) Corn starch Sucrose Soybean oil Cellulose Min-mix 2) Vit-mix 3) L-cystine Choline Tert-butyl hydroquinone Arginine 4) ) Casein, Maeil Dairy Industry Co. Ltd. 480 Gagok-Ri, Jinwi- Myun, Pyung taek-city, Kyunggi-Do, Korea 2) AIN-93G-MX, Teklad Test Diets, Medison, Wisconsin, USA 3) AIN-93G-VM, Teklad Test Diets, Medison, Wisconsin, USA 4) L-Arginine: Sigma A8094, Japan Calorie % of diet-carbohydrate : protein : fat = 64 : 19 : 17 일정한시간에측정하였다. 시료수집실험동물은 9주간사육후 12시간동안절식시킨후 ether 마취하에복부를절개하여대동맥에서혈액을채취하였으며, 채취한혈액은상온에서 30분간방치한후 3,000 rpm에서 20분간원심분리하여혈장과혈청을분리한후 -70 에서냉동보관하였다. 혈장은 arginine 분석에사용하였고혈청은골형성지표와호르몬분석에사용하였다. 혈청칼슘과인의농도및뇨중칼슘과인의배설량 9주간사육한실험동물은대사케이지에서 12시간동안, 식이에의해시료가오염되는것을막기위하여식이는공급하지않고, 물만공급하여 12시간동안의요를채취하였다. 시료채취에사용되는모든기구는 2차이온교환수로헹구어사용하였다. 채취한요는 -70 에서냉동보관하였다가성분분석하였다. 요중및혈중칼슘과인은 TECHNI- CON CHEN TM SYSTEM 을이용하여자동분석기 (automatic chemical analyzer) 를측정하였다. 혈장 Arginine 농도측정혈장 arginine 농도는 ion-exchange chromatography에입각한아미노산전용분석기 (Biochrom 20, Pharmacia Biotech, Cambridge, England) 를사용하여측정하였다. 골형성및골용해지표및호르몬측정골형성지표로혈청 alkaline phosphatase (ALP) 의측정은 TECHNICONCHEN TM SYSTEM 을이용하여자동분석기 (automatic chemical analyzer) 로측정하였고, osteocalcin 의측정은 one-step solid phase를이용한 competitive radioimmuno-assay 11) 에기초한 OSTEOCALCIN MYRIA kit (Techno genetics, Italia) 으로 radioimmunoassay를한후 12) gamma-counter 를이용하여항원항체결합정도를측정하였다. 골용해지표로요중 deoxypyridinoline (DPD), creatinine, crosslinks value collagen crosslinks TM kit (Metra Biosytems Inc. U.S.A.) 을이용하여 ELISA (enzyme-linked immuno sorvent assay) 법에의해분석하였다. 골대사와관련된호르몬의측정으로 calcitonin, parathyroid hormone (PTH), insulin-like growth factor-1 (IGF-1), growth hormone (GH) 분석은시험관에부착된항체와 125-I 로표식된항체를함께사용하여항원과항체간에 sandwich 를형성하게하는 non-competitive radioimmuno-assay 13) 을이용한 DSL-7700 AC- TIVETM Calcitonin IRMA kit, DSL-8000 ACTIVETM Intact PTH IRMA kit (Diagnostic System Laboratories Inc, USA), HGH IRMA CT kit (Radim, Roma, Italia),

3 한국영양학회지 (Korean J Nutr) 2009; 42(4): 309~317 / 311 IGF-1 IMRA kit (Radim, Roma, Italia) 로 radioimmunoassay를한후 14) gamma-counter 를이용하여항원항체결합정도를측정하였다. 골밀도및골함량측정실험동물은 5주째와 9주째에마취제 ketamine hydrochloride ( 유한양행, 50 mg/ml) 를사용하여체중 1 kg당 75 mg의용량으로근육주사한후 LUNAR 사의 small animal 전용골밀도측정기인 PIXImus 를이용하여척추 (spine) 와대퇴골 (femur) 의골밀도 (bone mineral density, BMD) 와골무기질함량 (bone mineral content, BMC) 을측정하였다. 통계처리본실험에서얻은결과는 SAS package (version 9.1: Institute Inc., Cary, NC, USA) 를이용하여분석하였다. ANOVA test 를통해각실험군의변수들은평균과표준편차를구하였으며각군간의통계적유의성은 α = 0.05 수준에서 Duncan s multiple range test 에의해검증하였다. 결과체중증가량, 식이섭취량및식이효율 (FER) Table 2에서체중을나타내었다. 이들각군은실험시작시에체중은유의적인차이가없었으나 9주후는 Ovx 군의체중이유의적으로높았고 (p < 0.05), Ovx 군이나 군내에서 arginine 첨가에의한체중의차이는없었다. 평균식이섭취량은 군에비하여 Ovx군이유의적으로높았으며 (p < 0.05) 군과 Ovx군내에서 arginine 첨가에의한유의적인차이는없었다. 식이효율도 군에 비하여 Ovx군이유의적으로높았고 (p < 0.05) arginine 첨가에의한차이는각군내에서없었다. 혈청칼슘과인의농도 Table 3에서혈중칼슘과인의농도를나타내었다. 혈중칼슘과인의농도는정상범위내에있었다. 각군내에서비교하였을때 군내에서는대조군과 arginine 군이각각 11.3 ± 0.4 mg/dl와 11.5 ± 0.2 mg/dl로서두군간에차이가없었다. 그러나 Ovx군내에서대조군의혈청칼슘농도는 10.1 ± 0.3 mg/dl로서 arginine군의 11.0 ± 0.4 mg/dl 에비하여유의적으로 (p < 0.05) 낮았다. Table 4에서는난소절제쥐에서 arginine 의첨가가뇨중칼슘과인의배설에미치는영향을나타내었다. 군과 Ovx 군에서 arginine 군은대조군에비하여요중칼슘배설량이약간낮은경향을보였으나통계적유의성이없었다. 인의배설량도각군간에유의적인차이가없었다. 혈장 Arginine 농도 Arginine 첨가식이 (6.6 g/kg diet) 가혈중 arginine 농도에미치는영향을측정한결과 (Table 5) 군과 Ovx 군모두에서 arginine 첨가식이는혈장 arginine 농도에유의적인영향을미치지않았다. 골형성및골용해지표난소절제쥐에서 arginine 첨가식이가골형성지표인 ALP 농도와 osteocalcin 농도에미치는영향을 Table 6에나타내었다. 군내에서혈청 ALP 농도는대조군이 34.2 ± 9.1 IU/l, arginine 군이 39.2 ± 7.1 IU/l 로유의적인차이가없었고, Ovx군에서대조군이 49.5 ± 9.6 IU/l arginine 첨가군이 61.0 ± 19.4 U/l 로높은경향을보였다. 그러나 Table 2. Body weight change and food intake of experimental rats Control (n = 10) Arginine (n = 10) Control (n = 10) Arginine (n = 10) Initial body weight (g) ± )a2) ± 10.9 a ± 13.7 a ± 8.2 a Final body weight (g) ± 42.6 a ± 37.2 a ± 33.6 b ± 36.7 b Food intake (g/d) ± )b2) ± 1.21 b ± 1.11 a ± 1.88 a FER ± 0.03 b ± 0.02 b ± 0.03 a ± 0.03 a Table 3. Serum calcium and phosphorus of rats fed experimental diets Ca (mg/dl) 11.3 ± 0.4 1)a2) 11.5 ± 0.2 a 10.1 ± 0.3 b 11.0 ± 0.4 a P (mg/dl) 08.5 ± 2.50 a 06.9 ± 0.62 a 08.5 ± 0.40 a 07.8 ± 0.87 a

4 312 / Arginine 첨가와골밀도 혈청 osteocalcin 농도는 군내에서대조군이 4.4 ± 0.4 ng/ml, arginine 첨가군이 4.3 ± 0.2 ng/ml 로두군간에유의적인차이가없었고, Ovx 군내에서도대조군이 4.9 ± 0.9 ng/ml 와 arginine 첨가군이 4.9 ± 0.3 ng/ml로서유의적인차이가없었다. Table 7에서는 arginine 첨가식이가골용해지표인 DPD 와 crosslink value에미치는효과를나타내었는데 crosslink value 는 Ovx군이 군에비하여유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 군에서는대조군식이에비하여 arginine 군의골용해지표가낮은경향을보였고, Ovx군내에서대조군과 arginine 군간에유의적인차이가없었다. 골대사관련호르몬에미치는영향난소절제쥐에서 arginine 첨가식이가혈중부갑상선호르몬 (parathyriod hormone; PTH) 과 calcitonin 농도에미치는효과를 Table 8에제시하였다. 혈중 PTH 농도는 군에서는대조군식이군이 19.1 ± 6.7 pg/ml, arginine 군이 23.4 ± 8.8 pg/ml 로실험군간에유의적인차이는없었고 Ovx군내에서도대조군식이군은 19.5 ± 8.7 pg/ml, arginine 첨가군이 20.4 ± 4.2 pg/ml 로유의적인차이가없었다. 혈중 calcitonin 농도는 3.03 pg/ml 에서 3.53 pg/ml 범위로 군과 Ovx군간에또한각군내에서식이에따른차이는없었다. Arginine 첨가식이가성장호르몬분비와인슐린유사성장인자 (insulin-like growth factor-1; IGF-1) 농도에미치는효과를 Table 9에나타내었다. 여성호르몬의분비가왕성한 군에서는대조군과 arginine 첨가군의성장호르몬의농도가각각 0.19 ± 0.02 ng/ml 0.19 ± 0.01 ng/ml로유의적인차이가없었고, Ovx군내에서는대조군과 arginine 첨가군이각각 0.18 ± 0.01 ng/ml 0.20 ± 0.01 ng/ml 로유의적으로 (p < 0.05) 높았다. IGF-1 의경우 군에서는 arginine 첨가군이대조군에비하여높 Table 4. Effect of arginine supplementation on urinary calcium and phosphate excretion in Ovx rats Ca (mg/day) 0.67 ± )a2) 0.60 ± 0.31 a 0.53 ± 0.23 a ± 0.26 a P (mg/day) 8.90 ± 0.73 a 9.36 ± 2.94 a 9.79 ± 3.06 a ± 3.23 a Table 5. Effect of arginine supplementation on plasma arginine concentration in Ovx rats Arginine (μmol/l) ± )a2) ± a ± a 73.4 ± a Table 6. Serum ALP and osteocalcin of rats fed experimental diets ALP (IU/L) 34.2 ± 9.1 1)b2) 39.2 ± 7.1 b 49.5 ± 9.6 ab 61.0 ± 19.4 a Osteocalcin (ng/ml) 04.4 ± 0.4 a 04.3 ± 0.2 a 04.9 ± 0.9 a 04.9 ± 0.3 a ALP: alkaline phosphatase Table 7. Creatinine, DPD and crosslink value of rats fed experimental diets Creatinine (nm) ± )a2) ± 3.74 a ± 2.21 a ± 6.13 a DPD (mm) ± a ± a ± a ± a Crosslink value (nm/mm) ± 33.6 ab ± 34.6 b ± 66.7 a ± 99.0 a DPD: deoxypyridinoline

5 한국영양학회지 (Korean J Nutr) 2009; 42(4): 309~317 / 313 은경향을보였으나, Ovx군내에서는유의적인차이가없었다. 척추및대퇴골밀도와골함량 Arginine 첨가식이가척추골밀도에미치는효과를식이섭취후 5주째본결과 (Table 10) 군에서는 arginine 군이대조군에비해높은경향을보였으나유의적으로차이는없었다. 그러나 Ovx군의경우 arginine 군의척추골밀도는 ± g/cm 2 로대조군의 ± g/cm 2 에비하여유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 척추골함량은 군과 Ovx군모두에서 arginine 첨가에따른유의적인차이는없었다. Arginine 첨가식이가대퇴골밀도에미치는효과를식이섭취후 5주째본결과 군의경우 arginine 첨가시유의적으로 (p < 0.05) 높은경향을보였다. 난소절제쥐에서도 arginine 군이대조군에비하여대퇴골밀도가유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 대퇴골함량은 군내에서 arginine 군과대조군간에차이가없었으며, Ovx군에서는 arginine 군이대조군보다높은경향을보였다. Arginine 의첨가식이가척추골밀도에미치는효과를식이섭취후 9주째본결과 (Table 11) 군내에서는 arginine 군이 5주째와같이대조군과유의적인차이를보이지않았다. Ovx 군내에서는 arginine 군의척추골밀도가 ± g/cm 2 로대조군의 ± g/cm 2 보다유 Table 8. The effect of arginine on parathyroid hormone and calcitonin in Ovx rats PTH (pg/ml) 19.1 ± 6.7 1)a2) 23.4 ± 8.8 a 19.5 ± 8.7 a 20.5 ± 4.2 a Calcitonin (pg/ml) 3.12 ± 1.07 a 3.03 ± 1.11 a 3.21 ± 0.95 a 3.53 ± 1.11 a Table 9. The concentrations of GH and IGF-1 of rats fed experimental diets GH (ng/ml) ± )a2) ± 0.01 a ± 0.01 a ± 0.01 b IGF-1 (ng/ml) ± b ± 72.0 ab ± 44.6 a ± 75.6 a GH: growth hormone, IGF-1: insulin-like growth factor-1 Table 10. Effect of arginine supplementation on spine and femur BMD and BMC of rats fed experimental diets at 5 week SBMD (g/cm 2 ) ± )a2) ± a ± c ± b SBMC (g) ± a ± a ± b ± b FBMD (g/cm 2 ) ± )b2) ± a ± c ± b FBMC (g) ± a ± a ± ab ± b BMD: bone mineral density, BMC: bone mineral content Table 11. Spine and femur BMD and BMC of rats fed experimental diets at 9 week SBMD (g/cm 2 ) ± )a2) ± a ± c ± b SBMC (g) ± a ± a ± b ± b FBMD (g/cm 2 ) ± )b3) ± a ± d ± c FBMC (g) ± a ± a ± b ± b BMD: bone mineral density, BMC: bone mineral content

6 314 / Arginine 첨가와골밀도 의적으로 (p < 0.05) 높았다. 그리고 arginine 식이는 Ovx 군에서노출기간에따라척추골밀도에미치는영향은다르게나타났는데식이노출 5주째는대조군식이에비해척추골밀도가 11.2% 높았으나 (0.149 ± g/cm 2 vs ± g/cm 2 ) 9주째는척추골밀도가 18.9% (0.157 ± g/cm 2 vs ± g/cm 2 ) 높았다. 그러나난소절제쥐에서척추골함량은 5주째와같이식이군간에유의적인차이가없었다. Arginine 의첨가식이가대퇴골밀도에미치는효과를식이섭취후 9주째본결과 군에서는 arginine 군이대조군에비하여유의적으로 (p < 0.05) 높았고 (0.193 ± g/cm 2 vs ± g/cm 2 ) Ovx군내에서도 arginine 군이대조군보다유의적으로 (p < 0.05) 높았다 (0.159 ± g/cm 2 vs ± g/cm 2 ). 고찰 Arginine 은비필수아미노산으로분류되지만 nitrioc oxide, ornithine, creatine, polyamines 등의전구체로이용되며여러가지중요한기능을가지고있어여러질병의경우는보충해야하고, 15) 면역능력향상과, 16) 상처의회복을돕는다는기능이보고되었다. 17) 그러나 arginine 과골대사와관련한연구보고는거의없는실정이다. 최근성장기암컷쥐에서 arginine 첨가식이를섭취시켰을때골형성에유리한것으로보고되었다. 9) 성장기의암컷쥐는성호르몬의분비가미약하다가점점성호르몬의분비가왕성해지는시기인데성호르몬의분비가부족한난소절제쥐에서는 arginine 의첨가식이가골밀도에유리한효과를나타내는지검증된바없다. 따라서성장기암컷쥐에게섭취시킨동량의 arginine 첨가식이를난소절제쥐에게섭취시켜골밀도와골대사관련지표및호르몬에미치는효과를알아보았다. Arginine 첨가식이가체중에미치는영향을본결과 군과 Ovx군모두유의적인영향을미치지않았는데이것은 arginine 첨가식이가성장기쥐에서체중에영향을미치지않았다는선행연구결과와, 9) 또한본연구와몸무게가비슷한 9주령 Sprague-Dawley 수컷쥐에서 arginine 첨가식이 (0.64% arginine) 를섭취시킨경우체중에영향을미치지않았다고보고한연구결과와 18) 일치하였다. 그러나최근 Sprague-Dawley 수컷쥐에서 arginine 의섭취는체중증가를낮춘다는보고가있었는데 18) 이것은본연구결과와다르다. 그러나그이유는본연구에서실험동물이섭취한 arginine 의량은체중 1 kg 당약 0.5~0.6 g으로선행연구에서실험동물이 arginine 을섭취한량인체중 1 kg 당 1.4 g의약 30~40% 수준에달하므로 arginine 의 섭취수준이다르므로추후연구가요망된다. Arginine 첨가식이가식이섭취량에미치는영향은 군과 Ovx 군모두에서유의적인차이는없었으며식이 군은평균 14.5 g/d 로서약 300 g의수컷쥐에서 arginine 을첨가시킨경우하루평균섭취량이 17.0 g ( 혹은 56.7 g/kg.d) 으로보고한것 18) 에비하여낮은편인데이것은성별의차이로보인다. Arginine 첨가식이가혈중칼슘농도에미치는영향을본결과 군과 Ovx군모두혈중칼슘농도는정상범위내에있었지만 (7.2~13.0 mg/dl) 19) 대조군식이시 Ovx군의혈중칼슘도 군에비하여유의적으로 (p < 0.05) 낮았다. 그러나난소절제쥐에서대조군의혈중칼슘농도는 10.1 ± 0.3 mg/dl이었으나 arginine군은 11.0 ± 0.4 mg/dl 로 arginine 첨가식이는혈중칼슘농도를높여 군의대조군의혈중칼슘농도 11.3 ± 0.4 mg/ dl와비슷한수준을유지하였다. 혈중인의농도는실험군간에유의적인차이가나타나지않았으며 6.9 mg/dl 에 서 8.5 mg/dl 범위로모두정상수준 (3.11~11.0 mg/dl) 내에포함되었고 19) 이들의농도는선행연구결과와 20-23) 유사하였다. Arginine 첨가식이가뇨중칼슘배설에미치는영향을본결과 군과 Ovx군모두에서 arginine 군은대조군에비하여요중칼슘배설량이약간낮은경향을보였으나통계적유의성이없었다. 이것은성장기암컷쥐에서요중칼슘배설량이대조군 0.73 mg/day 이고 arginine 첨가식이군 0.39 mg/day 로 arginine 첨가식이군이대조군보다 유의적으로 (p < 0.05) 낮았다는보고와 9) 차이가있다. 따라서뇨중칼슘의배설을유의적으로낮추기위하여난소절제쥐는성장기쥐에비하여 arginine 의첨가함량이더필요한지추후연구가요망된다. 단백질급원을 casein 에서콩단백질로대치하는경우에콩단백질에함유한 arginine 함량만큼첨가한 arginine 첨가식이가 (6.6 g arginine/kg diet) 의혈중 arginine 농도에미치는영향을알아본결과 군과 Ovx군모두 arginine 의첨가식이는혈장 arginine 의농도에통계적으로유의적인차이를나타내지않았다. 이결과는혈중 arginine 농도가 65.3 ± 19.3 μmol/l로 Sprague-Dawley 쥐를대 상으로혈중아미노산을측정한연구결과와 18,24,25) 비교하였을때혈중 arginine 의농도는 Choi 등 24) 의연구 56.2 μ mol/l 와비슷하고, Lee 등 25) 의연구결과 μmol/l 보다는낮은농도이다. Arginine 첨가식이가난소절제쥐에서골형성지표에미치는효과를본결과 arginine 첨가식이군은대조군보다 alkaline phosphatase (ALP) 농도가높은경향을보였으나

7 한국영양학회지 (Korean J Nutr) 2009; 42(4): 309~317 / 315 통계적인유의성이없었고 (49.5 ± 9.6 mg/dl vs 61.0 ± 19.4 mg/dl) 혈중 osteocalcin 농도는유의적인차이가없었는데이것은성장기암컷쥐에서도혈중 ALP와 osteocalcin 농도에도유의적인차이가없었다는결과와 26) 와일치하였다. 골용해지표를보면 군내에서는 arginine 첨가시낮은경향을보였고, Ovx군내에서는 arginine 첨가에의한 crosslink value 가유의적인차이가없었다. 이것은선행연구에서성장기쥐를대상으로연구하였을때 arginine 이풍부한콩단백질군과 casein 식이군간에 crosslink value 는차이가없다고보고한것과 26) arginine 을첨가한경우에도 crosslink value 는차이가없었다고보고한것과 9) 일치한다. 난소절제쥐에서도 arginine 첨가식이는골형성지표와골용해지표에유의적인영향을미치지않았다. 혈중 PTH는 군내에서대조군 19.1 pg/ml, arginine 첨가군 23.4 pg/ml 그리고 Ovx군내에서대조군 19.5 pg/ml, arginine첨가군은 20.5 pg/ml로군간에유의적인차이는없었다. 혈중 PTH 농도는연령증가와함께증가하였다고보고하였는데늙은수컷쥐의경우 27) 콩단백질이연령증가로인한부갑상선기능항진 (hyperparathyroidism) 을감소시켜골손실을부분적으로예방해줄수있다고제안하였다. 그러나본연구의경우 PTH 농도가유의적으로낮지않았는데그이유는콩단백질섭취대신 casein 에 arginine 을첨가한것과동물의성별과주령차이와콩단백질의아미노산조성외다른성분의기능이역할을하는것으로사료되어더욱연구가필요하다. 혈중 calcitonin 농도는 군내에서대조군식이와 arginine 첨가군의농도는각각 3.12 pg/ml 와 3.03 pg/ml, Ovx 군내에서대조군식이와 arginine 식이군은각각 3.21 pg/ml, 3.53 pg/ml 으로군간에유의적인차이는없었다. 이결과는 Choi 등 26) 의연구에서콩단백질의섭취시혈중 calcitonin 농도에유의적인차이가없었다고보고한것과일치한다. 성장호르몬은골밀도에긍정적영향을미치는데 arginine 이풍부한콩단백질섭취시혈중성장호르몬의농도가높았고, 28) 성장기쥐에서도 arginine 첨가식이섭취시혈중성장호르몬의농도가 arginine 첨가군이대조군에비하여유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 9) 또한성장호르몬이부족한성인남성에게성장호르몬을 5년간장기투여한결과골밀도가증가되었으며 trabecular bone 보다는 cortical bone에더영향을미친다고보고하였다. 29) 난소절제쥐에서 arginine 첨가가혈중성장호르몬농도에미치는효과를본결과대조군식이군과 arginine 첨가식이군의성장 호르몬농도가각각 0.18 pg/ml 와 0.20 pg/ml 로유의적 으로 (p < 0.05) 높은경향을보였다. 이결과는 arginine 첨가식이시성장호르몬분비가증가하였다는선행연구와 같은결과를나타내었다. 9) Arginine 이 somatostatin 분비 를억제시켜성장호르몬의분비가증가한다고보고되었으 나그기전에대하여확실히규명된것이없다. 30,31) 성장 호르몬은연령증가에따른신체기능저하와골격성장과 골다공증의병인과관련이있는것으로알려져있는데 32) 특 히 arginine 은성장기쥐에서성장호르몬의분비에영향을 주어골형성에유리한것으로보고되었다. 33) Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) 은합성펩타이드 로서골밀도와상관성이있고연령이증가할수록혈중 IGF- I 농도는감소되고골밀도도감소한다. 34) Arginine 첨가식 이가혈중인슐린유사성장인자 IGF-1 농도에미치는효 과를본결과 군내의 IGF-1 농도는 arginine 첨가 식이섭취시높은경향을보였으나난소절제쥐의경우는 실험군간에유의적인차이는없다. 혈중 IGF-I 은또한 IG- FBP-3 (IGF-binding protein-3) 과함께골함량을유지하 는데매우중요하여골다공증환자에서골절과관련하여골 다공증의심각성을예견하는임상적지표로서도이용이가 능하다고보고하였다. 35) 혈중 IGF-1 의농도는성인남성 에서척추와대퇴부의골밀도와양의상관성이있었다고보 고하였다. 36) 본연구결과에서여성호르몬의분비가왕성한 군에는 arginine 의첨가가 IGF-1 의농도가높아져서 IGF-1 의분비에더상승효과를나타내는것으로보이나여 성호르몬의분비가거의없는경우그효과가없었다. 따 라서난소절제쥐에서는 IGF-1 의농도에영향을미치는 arginine 섭취량이더필요한지추후연구가요망된다. 사람의경우여성호르몬의결핍상태는현저한골밀도감 소를가져오는데특히폐경후처음몇년동안골밀도감소 가더욱현저하다는것을고려하여 34) 폐경여성모델인난 소절제쥐를실험식이노출기간에따라 5 주째와 9 주째의골 밀도를측정하여여성호르몬결핍노출기간에따른 arginine 의골밀도에미치는효과를측정하였다. 실험식이노출 5 주째척추골밀도와골무기질함량을측 정한결과척추의골밀도는 군의경우는 arginine 군 의척추골밀도가대조군에비하여높은경향을보였으나 유의적인차이가없었다. 이것은성장기암컷쥐에서성호 르몬이안정적으로분비되는시기인경우 arginine 의첨가 식이는척추골밀도에유의적인차이를보이지않았다는 결과와일치하였다. 9) 그러나인위적성호르몬의결핍을유 도한난소절제쥐의경우 arginine 의첨가식이에 5 주간노 출시킨경우척추골밀도가유의적으로 (p < 0.05) 증가하 였다. 따라서이것은성장기암컷쥐에서성호르몬의분비 가미약한경우본연구에서사용한동량의 arginine 첨가

8 316 / Arginine 첨가와골밀도 식이는척추골밀도가증가되는경향을보였다는보고와일치하였다. 9) Arginine 첨가식이노출 5주째대퇴부골밀도를측정한결과 군에서는 arginine 군이높은경향을보였다. 그리고난소절제한쥐에서 5 주간의 arginine 식이를섭취시킨경우대퇴골밀도가유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 이것은성장기암컷쥐에서성호르몬의분비가왕성하지않은시기에 arginine 첨가식이를 6주간섭취시킨경우대퇴골밀도가유의적으로높았다고보고한것과비슷하다. 따라서 arginine 첨가식이는여성호르몬이결핍된상태에서대퇴골밀도에유리한효과를보였다. 난소절제기간이더길어진실험식이노출 9주째에 arginine 첨가식이가골밀도에미치는영향을본결과척추골밀도는 군에서는역시유의적인차이가없었다. 이것은성장기암컷쥐의경우에 arginine 식이섭취 6주째는척추골밀도가대조군에비하여 arginine 군이높았으나 9주째의척추골밀도는유의적인차이가없었다고보고한것과일치하는데, 본연구의 군의암컷쥐는성호르몬의분비가안정된시기이므로 arginine 의효과가상쇄되었다고보고한것과일치한다. 9) 그러나본연구에서 Ovx 군에서는실험식이섭취후 9주째의척추골밀도는 arginine 군이유의적으로 (p < 0.05) 높았으며대조군과의차이는 5주째보다더크게나타나장기적인 arginine 의섭취는더유리한것으로나타났다. Arginine 첨가식이가대퇴골밀도에미치는효과에서 군내에 arginine 군이유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 이것은성장기암컷의경우에도성호르몬의분비량이왕성한노출 9주째에도대퇴골밀도가유의적으로 (p < 0.05) 높은것과일치한다. 따라서대퇴골밀도는척추골밀도와달리성호르몬의분비가왕성하여도 arginine 의효과가나타나골에따라효과가다르게나타났다. 최근연구에서 Sprague-Dawley 흰쥐에서 arginine 을섭취시킨경우 (1.4 g arginine/kg body weight) 인슐린의분비증가로골격근으로혈류증가로포도당과아미노상의흡수량이증가되었다고보고하였다. 14) 그리고사람의경우척추의골절은연령이증가하면서증가를보이는데반하여대퇴골의골절은폐경까지는서서히증가하다가그때이후로는기하급수적으로증가한다는보고에근거하여 32) 본연구의난소절제쥐에서척추골밀도는 arginine 군이대조군에비하여 5주째보다 9주째유의적인증가율이더높았으나, 대퇴골밀도는난소절제후 5주째는보다 9주째에그증가율이낮아여성호르몬이결핍된상태에서대퇴부의골밀도감소를지연시키기위하여더많은 arginine 함량이요구되는지추후연구가요망된다. 이상의결과에서난소절제쥐에서 arginine 군은대조군에비하여척추및대퇴골밀도가유의적으로 (p < 0.05) 높아여성호르몬의분비가부족한경우 arginine 첨가식이는골밀도감소지연에유리함을확인하였다. 요약및결론 난소절제쥐에서 arginine 첨가식이가골밀도에미치는영향은아래와같다. 1) Ovx군에서체중증가량, 식이섭취량, 식이효율은실험군간에유의적인차이가없었다. 2) Ovx군에서혈중칼슘의농도는 arginine 군이대조군에비하여유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 3) 칼슘배설량은 arginine 군이낮은경향을보였으나통계적유의성은없었다. 4) 혈장아미노산, 혈청 ALP, osteocalcin 농도는 arginine 첨가에따라유의적인차이가없었다. 5) 골용출지표인 DPD crosslinks value 는실험군간에유의적인차이는없었다. 6) 혈중 PTH, calcitonin, IGF-1 농도는 arginine 첨가에따라유의적인차이가없었다. 7) 난소절제쥐에서성장호르몬농도는 arginine 을첨가군이유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 8) Ovx군에서 arginine 군은대조군에비하여척추골밀도와대퇴골밀도가실험식이노출 5주째와 9주째모두유의적으로 (p < 0.05) 높았다. 결론적으로, 난소절제쥐에서 arginine 첨가식이는성장호르몬의분비를증가시켰고척추및대퇴골밀도에유익한것으로나타나골밀도감소지연에유익할것으로사료된다. 감사의글 본연구를위하여 casein을공급해주신주 ) 매일유업에감사를드립니다. Literature cited 1) Greendale GA, FitzGerald G, Huang MH, Sternfeld B, Gold E, Seeman T, Sherman S, Sowers M. Dietary soy isoflavones and bone mineral density: results from the study of women s health across the nation. Am J Epidemiol 2002; 155(8): ) Ho SC, Chan SG, Yi Q, Wong E, Leung PC. Soy intake and the maintenance of peak bone mass in Hong Kong Chinese women. J Bone Miner Res 2001; 16: ) Setchell, KD, Lydeking-Olsen E. Dietary phytoestrogens and their effect on bone: evidence from in vitro and in vivo, human observational, and dietary intervention studies. Am J Clin Nutr

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