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크롬식이와 유산소성 트레이닝의 항당뇨 및 항다이어트 효과
  • 연구자가 한국연구재단 연구지원시스템에 직접 입력한 정보입니다.
사업명 협동연구지원 [지원년도 신청 요강 보기 지원년도 신청요강 한글파일 지원년도 신청요강 PDF파일 ]
연구과제번호 2004-042-G00027
선정년도 2004 년
연구기간 1 년 (2004년 12월 01일 ~ 2005년 11월 30일)
연구책임자 김수근
연구수행기관 동신대학교
과제진행현황 종료
공동연구원 현황 김계엽(동신대학교)
권태동
과제신청시 연구개요
  • 연구목표
  • 크롬(chromium)은 정상적인 생활을 영위하기 위한 필수 무기질로서 성인권장량은 약 50-200ug이지만 일반적으로 200mg정도가 1일 섭취 안정량으로 알려져 있다. 크롬은 정제되지 않은 대다수 곡물류에 소량으로 함유되어 있는데 최근 크롬과 관련된 상업적인 형태도 chromium picolinate, chromium nicotinate, chromium chloride형태로 다양하게 판매되고 있다. 그러나 아직까지 크롬의 생리학적 기능면에서 논란의 대상이 되고 있으며, 다른 형태의 것보다 더 효과적이라는 증거는 아직 부족하다(ACSM, 1997). 또한 크롬은 섭취에 따른 독성이나 부작용은 매우 낮으며(Moshtaghie et al., 1992; Stearns, et al., 1995), 장기적인 복용에 따른 생물학적 영향도 아직은 미흡한 실정이다(Campbell et al., 1999). 일반적으로 이상식단에서 많은량을 섭취할 위험성은 상대적으로 적지만 철(iron)이나 마그네슘(magnessium)과 같은 무기질로 대체하는 방법도 연구 중에 있으며, 마그네슘이나 아연(zinc) 등과 같은 미네랄 부족에 대한 연구결과는 많지만 부적절한 크롬섭취에 관한 연구결과 또한 매우 부족하다(ACSM, 1997; Henry, 2000). 지금까지 크롬은 여러 가지 생물학적, 생리학적 기능면에 대한 연구가 진행되고 있지만 정확하게 규명된 내용은 많지 않으며, 단지 혈당조절에 관여하는 인슐린(insulin)호르몬 작용을 촉진 시키는 것으로 알려져 있다(ACSM, 1997). 즉 크롬 보충의 효과로서 글루코스 내성검사(glucose tolerance test)를 통해 인슐린의 작용이 촉진됨으로서 체내 혈중 글루코스(glucose)의 사용이 증가한다는 것이다. 그 외의 기능으로서 첫째, 크롬보충은 근질량(lean body mass)을 증가시키고(Evans, 1989; Page, et al., 1993), 둘째, 체지방 감소로 인한 체중감소(weight loss)를 일으키고(Evans, 1989; Hasten, et al., 1992), 셋째, 혈중 글루코스 수준과 지질수준을 향상(Anderson, et al., 1991, 1997)을 들 수 있다. 즉, 크롬보충이 근질량을 증가시킨다는 주장에 대한 기전을 보면, 아미노산의 경우, 단백질의 building block으로서 근육으로 아미노산의 운반을 증가시키는 근단백질을 증가시켜 근질량이 증가한다는 것이다. 그러나 근질량의 측정시 직접적인 측정보다는 피지후법(skinfold measure)을 이용한 간접적 방법을 사용했다는 이유와 근질량의 변화를 유도하지 않았다는 상반된 보고(ACSM, 1997; Clancy, et al., 1994; Hallmark, et al., 1996; Lukaski, et al., 1996; Stell et al., 2001; Wayne, et al., 1984)로 신뢰성에 문제가 제기된 바 있다. 크롬 보충에 따른 체지방의 감소에 따른 체중감소는 긍정적인 가능성을 시사하고 있다. 즉, 일부 연구에서 크롬보충을 실시한 사람에게서 지방 감소가 보고(Boleman, et al., 1995)되었기 때문이다. 그러나 ACSM(American College of Medicine)은 이러한 결과에 대해서 지방량의 감소가 매우 소량이며, 매일 행한 운동의 양을 통제하지 못하였고 대다수의 연구에서 간접법에 의한 체지방의 측정이 이루어졌다는 점을 지적하였다. 또한 크롬보충의 부정적인 결과(Clancy, et al., 1994; Hallmark, et al., 1996; Henry, 2000; Stell et al., 2001)도 보고된 바 있다.
    혈중 글루코스와 지질과의 관계는 크롬 보충에 따른 글루코스 내성검사(glucose tolerance test)를 실시한 결과, 혈중 글루코스 사용이 증가되었고, 인슐린의 기능을 향상시키며, 혈중지질과 글루코스 수준을 낮추는데 효과가 있다는 연구 보고(Anderson, et al., 1991, 1997)가 있다. 이 역시 부정적인 결과(Abraham, et al., 1992; Lefavi, et al., 1993; Hermann et al., 1994; Stell et al., 2001)도 보고된 바 있다. 만일 크롬섭취가 부족하면, 남자의 경우 혈중 콜레스테롤(cholesterol)과 저밀도지단백(LDL)이 증가되고, 심혈관계 질환이나 성인 초기 당뇨(Diabetes)의 위험성이 증가한다고 한다. 특히 미국인의 경우 섭취한 음식의 양은 많으나 층분한 양의 크롬섭취가 이루어지지 못함을 지적한 바 있다. 이상의 선행연구들을 조합하면 크롬 보충에 따른 인체의 생리학적 반응과 기능측면에서 논란이 지속되고 있음을 알 수 있다.
    본 연구주제와 관련된 국내의 선행연구는 전무한 상태이다.
    따라서 본 연구에서는 아직까지도 논쟁이 지속되고 있는 크롬 보충과 트레이닝에 따른 항당뇨와 항다이어트의 생리학적 효과를 규명하는데 본 연구의 목적과 목표을 두고 있다.

  • 기대효과
  • 1) 학문 발전 기여도
    ■ chromium 보충 효과에 대한 국외 연구가 진행되고 있으나 명확하게 규명되지 않고 있는 상태이며, 국내 연구 또한 전무하여 chromium 보충에 따른 국내 연구결과가 절실히 필요하다.
    ■ 운동향상보조물로서 chromium의 효과에 대한 최근 연구 흐름과 맞는 주제로서 운동기능향상 분야에 국내 기초자료를 제공한다.
    ■ chromium 보충에 따른 항당뇨 효과를 규명하여 당뇨 치료와 예방에 관한 기초 자료를 제공한다.
    ■ chromium 보충에 따른 항다이어트 효과를 규명하여 비만의 치료와 예방에 관한 기초 자료를 제공한다.
    ■ chromium 보충에 따른 생리학적 요인 변화에 대한 검증의 실시로 보충의 유무와 필요성에 대한 기초 자료를 제공한다.

    2) 사회발전 기여도
    ■ 최근들어 상업적으로 판매되고 있는 chromium 형태 관련 상품들의 효능 및 효과 검증이 이루어져 무분별한 섭취에 따른 부작용을 억제한다.
    ■ 운동향상보조물로서 효과와 효능 검증으로 chromium에 대한 이해와 올바른 섭취 방법 등에 관한 정보를 제공한다.
    ■ 심혈관계질환과 당뇨의 예방을 위한 기초자료로 활용되어질 수 있다.
    ■ 항다이어트 효과를 규명하여 비만치료에 기여한다.
  • 연구요약
  • 본 연구는 chromium섭취와 유산소성 트레이닝에 의한 항당뇨와 항다이어트 효과를 규명하고자 한 것으로 최근들어 논란의 대상이 되고 있는 chromium의 생리학적 효과를 규명하고자 한것이다. 지금가지 밝혀진 연구중에서 인슐린 저항성과 체내 지방 및 지질속성에 관한 연구가 주를 이루고 있으나 찬반의 논란은 지속되고 있다. 따라서 본 연구에서는 rat를 대상으로 인체에 직접적으로 시험할 수 업는 세부적인 항목을 선정하여 그 효과를 규명하고자 한다. 특히 본 연구에서는 항당뇨와 항다이어트 효과를 중심으로 세밀한 실험설계를 계획하여 알아보고자 한다. 이러한 연구는 차후 당뇨질환자와 비만자들의 새로운 치료 및 예방 방법을 모색하는데 도움을 주고자 한다.
  • 한글키워드
  • anti-diet.,anti-diabetic,chromium picolinate,aerobic training
결과보고시 연구요약문
  • 국문
  • 본 연구는 고지방식이로 유도된 비만 랫트와 Streptozotocin으로 유도된 당뇨 마우스에서 Chromium picolinate 보충과 유산소성 트레드밀 운동의 항비만 및 항당뇨에 미치는 효과를 알아보기 위하여 체중, 고환주위 지방량, 혈당, 혈중 지질 및 leptin 농도, AST와 ALT, GLUT-4 단백질 발현과 병리 조직학적 변화를 살펴보았다.

    1. 트레드밀 운동과 Chromium picolinate의 항비만 효과
    비만은 실험 시작 전 6주 동안 32마리에게 고지방 식이로 비만을 유도하여 각각 5그룹으로 나누었다. 일반 대조군(정상 랫트; n=8), 실험군 Ⅰ(비만 유도군; n=8), 실험군 Ⅱ(비만 유도 후 Chromium picolinate 보충군; n=8), 실험군 Ⅲ(비만 유도후 트레드밀 운동군; n=8), 실험군 Ⅳ(비만 유도후 Chromium picolinate 보충과 트레드밀 운동군; n=8)으로 나누었다.
    비만 랫트에 있어 체중 증가량은 일반 대조군에 비하여 실험군 Ⅰ에서 유의성 있게 체중이 증가하였고, 실험군 Ⅲ과 실험군 Ⅳ에서는 유의성 있는 체중 감소 효과를 보였다(p<0.05). 고환주위 지방량 무게에서 일반 대조군에 비하여 실험군 Ⅰ에서 유의성 있게 체중 증가를 보였으며 실험군 Ⅳ에서는 유의성 있게 감소하였다(p<0.05). 혈청 중성지방 및 총콜레스테롤 농도는 실험군 Ⅰ에 비하여 실험군 Ⅲ과 실험군 실험군 Ⅳ에서 유의성 있게 감소하였다(p<0.05). HDL-콜레스테롤 농도는 일반 대조군에 비하여 실험군 Ⅰ에서 유의성 있게 낮게 나왔다(p<0.05). 혈청 leptin 농도 또한 일반 대조군에 비해 실험군 Ⅰ에서 높게 나왔으며, 실험군 Ⅰ에 비하여 실험군 Ⅳ에서 유의성 있게 감소하였다(p<0.05).

    2. 트레드밀 운동과 Chromium picolinate의 항당뇨 효과
    당뇨 유도는 마우스에게 Streptozotocin을 이용하여 1일 1회 일정한 시간에 2일간 연속 복강 내에 주사하여 당뇨를 유도하였으며 각각 5그룹으로 나누었다. 일반 대조군(정상 마우스; n=12), 실험군 Ⅰ(당뇨 유도군; n=12), 실험군 Ⅱ(당뇨 유도 후 Chromium picolinate 보충군; n=12), 실험군 Ⅲ(당뇨 유도 후 트레드밀 운동군; n=12), 실험군 Ⅳ(당뇨 유도 후 Chromium picolinate 보충 및 트레드밀 운동군; n=12)로 분류하였다.
    당뇨 마우스에 있어 체중 증가량은 일반 대조군보다 실험군 Ⅰ에서 유의성 있게 감소하였는데, 특히 3, 4주째 유의성 있게 낮았고(p<0.05), 실험군 Ⅲ과 실험군 Ⅳ에서는 실험군 Ⅰ에 비하여 유의성 있는 체중 감소 효과를 보였다(p<0.05). 혈당 변화에 있어서 일반 대조군에 비하여 실험군 Ⅰ에서 유의성 있게 혈당이 증가하였으며(p<0.001), 실험군 Ⅱ와 실험군 Ⅲ에서는 혈당이 약간 감소하였으나 유의성이 있지는 않았고, 실험군 Ⅳ에서는 유의성 있는 혈당 감소를 보였다(p<0.05). 실험군 Ⅰ에서 총콜레스테롤과 중성지방, AST와 ALT의 경우, 일반 대조군보다 유의성 있게 높았으며(p<0.05) 실험군 Ⅰ에 비해 실험군 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ에서는 유의성 있게 낮았다(p<0.05). GLUT-4 발현에 있어 일반 대조군 보다 실험군 Ⅰ에서 GLUT-4의 발현이 감소하였으며, 실험군 Ⅱ, Ⅲ Ⅳ에서는 감소 억제가 보였다. 조직학적 변화에서는 간에서 공포 형성이 현저히 감소하였고, 신장의 사구체 기저막은 Streptozotocin을 투여한 실험군 Ⅰ에서 국소적으로 기저막이 비후 되었으나 실험군 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ에서는 많이 호전됨을 볼 수 있었다.
    이상의 결과들로 고지방 식이로 유도된 비만 랫트와 Streptozotocin으로 유도된 당뇨 마우스에 있어 Chromium picolinate의 보충과 유산소성 트레드밀 운동은 지질 대사 및 당대사에 영향을 미쳐 체지방 형성 및 혈당 증가를 억제함으로써 항비만 및 항당뇨 효과를 나타내는 것으로 생각되며 이러한 효과는 Chromium picolinate 보충과 유산소성 트레드밀 운동이 비만 및 당뇨에 효과가 있을 것으로 사료된다.
  • 영문
  • The aims of this study was to examine the effects of treadmill exercise and supplement with Chromium picolinate on the obesity rats and diabetic mouse. It is to analysis changes in body weight, epididymis fat weight, blood glucose, serum lipid and leptin concentration, AST, ALT, GLUT-4 expression and histological findings.
    Before obesity experimental period, Sprague-Dawley rats was fed high-fat diet(n=32) and basal diet(n=8) for 6 weeks. Obesity rats were divided into 5 different experimental groups including an control group (n=8), experimental group Ⅰ(obesity; n=8), Ⅱ(Chromium picolinate supplement; n=8), Ⅲ(treadmill exercise; n=8), and Ⅳ(Chromium picolinate supplement and treadmill exercise; n=8). And, Diabetic mouse were divided into 5 different experimental groups including an control group (n=12), experimental group Ⅰ(STZ-induced diabetic mouse; n=12), Ⅱ (Chromium picolinate supplement; n=12), Ⅲ(treadmill exercise; n=12), and Ⅳ(Chromium picolinate supplement and treadmill exercise; n=12).
    Body weights of obesity rats were significantly increase in experimental group Ⅰ than control groups. The level of total cholesterol, LDL-C and TG were significantly higher in experimental group than control group. Leptin level of serum was experimental group higher in control group. Only Chromium picolinate supplement was tended to body weight change but not significantly different between experimental group. Body weights of diabetic mouse were significantly decrease in experimental group Ⅰ than control groups. In the experimental group Ⅰ, the blood glucose concentration was increased and experimental group Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ was decreased by Chromium picolinate supplement and exercise. The total cholesterol levels of experimental group Ⅰ was significantly higher than those of diabetic-experimental groups. AST and ALT activities of diabetic experimental groups were significantly lower than that of experimental group Ⅰ(p<0.05). The experimental group Ⅰ also had the lowest level of the GLUT-4 expression while the experimental groups had the highest level of the GLUT-4 expression. Histopathological studies of liver and kidney shown decrease in the intensity and incidence of vacuolizations, cellular infiltration and hypertrophy of STZ-induced diabetic mouse.
    These results suggested that the regular endurance treadmill exercise and the Chromium picolinate supplement made the increase of anti-obesity effect in obesity rat induced high-fat diet and improve the peripheral insulin sensitivity in type Ⅰ diabetic mouse. Also, Chromium picolinate supplement and exercise could play an important role in the long term management of obesity and diabetic mellitus.
연구결과보고서
  • 초록
  • 본 연구에서는 크롬식이와 유산소성 트레이닝 운동이 당뇨와 비만에 미치는 생리학적 효과를 규명하는데 목적이 있다.
    1. 당 대사에 관여하는 Cr-Pic 보충과 유산소성 트레드밀 운동에 대한 항당뇨 효과를 알아보기 위하여 STZ로 유도된 당뇨 마우스에 Cr-Pic 보충과 유산소성 트레드밀 운동을 실시한 후 혈당, 혈청 지질, GLUT-4 단백질 발현, 간과 신장조직을 관찰하여 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다.
    당뇨 마우스의 혈당 변화에 있어서 일반 대조군에 비하여 실험군 Ⅰ(당뇨군)에서 유의성 있게(p<0.001) 혈당이 증가하였으며, 실험군 Ⅱ(크롬투여 당뇨군)와 실험군 Ⅲ(크롬투여 트레드밀군)에서는 혈당이 낮아지긴 하였으나 유의성 있지는 않았고, 실험군 Ⅳ(크롬투여 및 트레드밀운동 당뇨군)에서는 실험군 Ⅰ에 비하여 유의성 있는 혈당 감소를 보였다(p<0.05). 총콜레스테롤(TC) 경우 실험군 Ⅰ에 비하여 실험군 Ⅳ에서 유의성 있게 감소되었고, 중성지방의 경우도 실험군 Ⅰ에 비하여 실험군 Ⅲ과 실험군 Ⅳ에서 유의성 있게 감소하였다(p＜0.05). 혈청 AST와 ALT에서는 일반 대조군에 비하여 실험군 Ⅰ에서 유의성 있게 높았으며, 다른 실험 군들에서는 유의성 있게 감소하였다(p<0.05). GLUT-4 발현에 있어 실험군 Ⅰ에서는 GLUT-4의 발현이 감소하였으며, 모든 실험 군들에서도 감소 억제가 보였다. 당뇨 마우스의 조직학적 변화에서 실험군 Ⅰ(당뇨 유도군)에 비해 모든 실험 군들에서는 간에서 공포 형성이 현저히 감소하였고, 신장의 사구체 기저막은 Streptozotocin을 투여한 실험군 Ⅰ에서 국소적으로 기저막이 비후되었으나 모든 실험 군들에서는 많이 호전됨을 볼 수 있었다.
    결론적으로 당뇨 마우스에 있어 Chromium picolinate 보충과 유산소성 트레드밀 운동은 지질 대사 및 당대사에 영향을 주어 체지방 형성 및 혈당 증가를 억제함으로써 항당뇨 효과를 나타내는 것으로 생각되며 이러한 효과는 Chromium picolinate 보충과 유산소성 트레드밀 운동이 당뇨에 효과가 있을 것으로 사료된다

    2. 지질 대사에 관여하는 chromium picolinate(Cr-pic)와 유산소 운동에 대한 효과를 알아보기 위하여 고지방 섭취로 유도된 비만 흰쥐에게 Cr-pic와 유산소 운동을 실시한 후 체중, 지방조직 양, 혈청 지질, leptin, 간조직을 관찰하여 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다.
    체중 증가량은 일반 대조군보다 실험 대조군에서 유의성 있게 높았고, 실험군 Ⅲ(트레드밀 운동 비만군)과 실험군 Ⅳ(크롬보퉁 및 트레드밀 운동 비만군)에서는 유의성 있는 체중 감소 효과를 보였다. 또한 부고환 지방 조직 무게에서 일반 대조군에 비하여 실험대조군에서 유의성 있는 증가를 보였으며 실험군 Ⅳ에서 일반 대조군과 유사하였다. 실험 대조군에 비해 혈청 중성지방 및 총콜레스테롤 농도가 낮았고, 일반대조군에 비해 실험 대조군에서 HDL 콜레스테롤 농도가 가장 낮게 나왔다. 혈청 leptin농도 또한 일반 대조군에 비해 실험대조군에서 높게 나왔고, 유산소 운동 및 Cr-pic투여 시 감소하였다. 결론적으로 고지방식이는 비만을 유도하였으며, Cr-pic와 유산소 운동은 체중 및 지질 대사에 영향을 미쳐 체지방 형성을 억제함으로써 항비만 효과를 나타낼 수 있을 것으로 생각되며 이러한 효과는 Cr-pic와 유산소 운동이 항비만에 효과가 있을 것으로 사료된다.
  • 연구결과 및 활용방안
  • 1. 본 연구결과 얻어진 분자생물학적 연구방법은 기타의 질환을 연구하는 기본적인 자료를 제공할 수 있음.
    2. 최근 논란이 되어온 크롬섭취에 관한 과학적 근거를 제시 할 수 있으며, 향후 제품화 할 수 있는 자료 제공
    3. 운동향상 보조물로서 크롬 섭취의 생체내 생리학적 결과를 제공
    4. 유산소성 트레드밀 운동의 항비만 및 항당뇨 효과의 생리학적 효과 규명
    5. 당뇨질활자와 비만 환자들에게 적용할 수 있는 치료법으로서 응용이 가능할 것임.
    6. 본 연구수행중 얻어진 각종 질환동물 제작 방법 및 최신의 생명공학 기법들은 기타의 질병들을 연구하는데 활용할 수 있음.
  • 색인어
  • 크롬, 트레드밀 운동, 유산소 운동, 비만, 당뇨,
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