大豆 피니톨과 淸麴醬의 抗糖尿 效果 = Antidiabetic Effect of Soy Pinitol and Chongkukjang : Animal Studies and Clinical Trials

국문 초록 (Abstract)

현재 우리나라 당뇨환자는 전 국민의 10% 정도인 것으로 추정되고 있으며, 고령화, 생활습관의 서구화에 따라 당뇨병 유병률이 급격히 증가하고 있다. 당뇨병의 치료법은 식사요법, 운동요법, 약물요법이 실시되고 있으나, 약물요법을 실시할 경우 부작용이 나타날 수 있어, 현재 천연물로부터 혈당강하 물질을 탐색하고자 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 콩은 식이섬유, 올리고당, 이소플라본 등의 성분이 함유되어 있어 당뇨와 심혈관질환 치료에 효과가 있다고 알려진 식품이다. 또한 콩은 피니톨(3-O-methyl-chiro-inositol)의 주요 급원으로 알려져 있는데, 체내에서 insulin sensitizer로 작용하는 물질이다. 전통 콩 발효식품인 청국장은 원료인 콩이 가지는 생리활성 물질 외에 발효과정 중 생성되는 새로운 생리활성 물질로 당뇨치료, 지질대사 개선, 혈압 강하 및 항균작용 등이 기대되는 식품이다. 그러나 대두 피니톨 및 청국장의 당뇨치료 효과에 대한 체계적인 연구는 미비한 실정이다.
이에 본 연구에서는 당뇨 동물모델 및 제2형 당뇨환자를 대상으로 하여 대두 피니톨과 청국장의 당뇨병 개선효과 및 당뇨합병증 예방효과를 조사하였다.
제2형 당뇨동물인 10주령 Otsuka Long-Evans Tokushima fatty(OLETF) 흰쥐(n=18)에게 대두 피니톨(100 mg/kg)을 30주간 섭취시킨 후 포도당(1 g/kg) 용액을 사용하여 경구 당부하 검사를 실시한 결과, 피니톨군의 혈당 증가가 대조군에 비해 포도당 부하 후 30분, 60분, 90분에 유의적으로 낮았으며(p＜0.05), 식후 혈당증가 곡선의 면적(area under the gucose response curve, AUC)도 피니톨군에서 대조군에 비해 유의적으로 감소되었다(p＜0.05). 피니톨의 섭취로 혈장 프락토사민 및 혈당, 혈장 유리지방산 농도가 유의적으로 감소하였으며(p＜0.05), 당화헤모글로빈과 혈장 인슐린농도는 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 제2형 당뇨동물에 있어서 피니톨의 섭취는 내당능을 개선하고, 당뇨병 예방에 도움이 되는 것으로 사료된다.
청국장의 당뇨증세 개선효과를 조사하기 위하여 생후 5일째에 스트렙토조토신(100 mg/kg BW)을 투여하여 제2형 당뇨병을 유도한 흰쥐(n=18)를 10주령 때 두 군으로 나누어, 대조군에게는 casein을 단백질 급원으로 하는 AIN-93G 식이(basal diet)를, 실험군에게는 동결 건조한 청국장(40.1%)을 단백질 급원으로 하는 식이를 8주간 섭취시켰다. 경구 당부하 검사를 실시한 결과, 포도당 용액(1 g/kg) 투여 후 60분에 청국장군의 혈당증가가 대조군에 비해 유의적으로 낮았으며(p＜0.05), 청국장군의 식후 혈당증가 곡선의 면적 또한 대조군에 비해 유의적으로 감소되었다(p＜ 0.05). 청국장의 장기간 섭취는 혈당 및 혈장 인슐린 농도를 유의적으로 감소시켰으며(p＜0.05), 혈장 중성지방 및 콜레스테롤 농도 또한 유의적으로 감소시켰다(p＜0.05). 대조군에서는 간 조직의 지방변성이 관찰되었으나, 청국장군에서는 지방변성이 나타나지 않았다. 제2형 당뇨동물 모델인 db/db mouse(4주령)에게 대조식이 또는 동결건조한 청국장을 단백질 급원으로 하는 식이를 6주간 섭취시킨 결과 혈당 및 인슐린 농도를 유의적으로 감소시켰다(p＜0.05). 청국장군이 대조군에 비해 혈당 콜레스테롤 농도가 유의적으로 낮았으며(p＜0.05), HDL-콜레스테롤 농도는 유의적으로 높았다(p＜0.05). 간 조직의 지질 과산화물 농도는 청국장군이 대조군에 비해 유의적으로 감소하였고(p＜0.05), 청국장군의 superoxide dismutase(SOD) 활성은 유의적으로 증가하였다(p＜0.05). 따라서 청국장은 제2형 당뇨동물에 있어서 혈당조절 및 지질농도와 항산화능을 개선하여 당뇨증세 개선 및 당뇨합병증 예방에 도움을 줄 것으로 기대된다.
대두 피니톨이 제2형 당뇨환자에 있어서 식후 혈당조절에 미치는 영향을 15명의 제2형 당뇨환자(남자 7명, 여자 8명; 평균연령 60.3 ± 3.1 년)를 대상으로 조사하였다. 제2형 당뇨환자에게 쌀밥만 섭취시키고, 또는 쌀밥과 피니톨 0.6 g을 쌀밥 섭취 1시간 전에 섭취시키고, 또는 쌀밥과 피니톨 1.2 g을 쌀밥과 동시에 또는 쌀밥 섭취 1, 2, 3시간 전에 섭취시킨 후, 식후 모세혈관 혈당을 측정하였다. 그 결과 피니톨 1.2 g을 쌀밥 섭취 1시간 전에 섭취한 경우의 식후 90분, 120분의 모세혈관 혈당 증가치가 쌀밥만 섭취한 경우 또는 피니톨을 2시간 또는 3시간 전에 섭취한 경우에 비해 유의적으로 작게 나타났다(p＜0.05). 피니톨을 쌀밥 섭취 1시간 전에 섭취한 경우 혈당 증가곡선의 면적이 유의적으로 작게 나타났다(p＜0.05). 쌀밥 섭취 1시간 전에 대두 피니톨을 섭취한 경우 식후 60, 90, 120, 180분의 정맥 혈당증가치가 쌀밥만 섭취한 경우에 비해 유의적으로 낮게 나타났으며(p＜0.05), 식후 정맥혈당 증가곡선 면적도 유의적으로 낮았다(p＜0.05). 따라서 대두 피니톨은 식후 혈당의 급격한 상승을 억제하여 당뇨병 예방 및 치료에 효과가 높은 것으로 사료된다.
제2형 당뇨환자에게 대두 피니톨의 장기간 섭취효과를 조사하기 위해 무작위 이중맹검 위약비교 시험(randomized, double-blinded, placebo controlled study)를 실시하였다. 30명의 제2형 당뇨환자(남자 14명, 여자 16명; 평균연령 61.7 ± 2.0 세)를 두 군으로 나누어 피니톨군에는 대두 피니톨(1.2 g/day)을, 대조군에게는 위약(placebo)을 13주간 제공하였다. 피니톨 섭취 13주 후 공복 혈당, 혈장 인슐린, 프락토사민 및 혈액 당화헤모글로빈 농도는 섭취 전에 비해 유의적으로 감소되었다(p＜0.001). 피니톨 섭취 13주 후 혈장 콜레스데롤 및 LDL-콜레스테롤 농도가 섭취 전에 비해 유의적으로 낮았으며(p＜0.05), HDL-콜레스테롤 농도는 유의적으로 높았다(p＜0.05). 동맥경화지수인 LDL-콜레스테롤/HDL-콜레스테롤은 피니톨군이 대조군에 비해 유의적으로 낮았다(p＜0.01). 피니톨의 섭취는 수축기 몇 이완기 혈압을 유의적으로 감소시켰다(p＜0.05). 대조군은 혈당 관련 지표 및 혈액 지질 profile이 실험 전, 후 유의적 차이가 없었다. 본 연구 결과 대두 피니톨은 내당능을 개선시켜 혈당 조절 및 당뇨로 인한 심혈관계 합병증 예방에 기여할 것으로 기대된다.
18명의 제2형 당뇨환자(남자 13명, 여자 5명; 평균연령 65.9 L 3.3세)에 있어서 청국장의 당뇨치료 효과를 조사하고자 교차연구(cross-over study)를 실시하였다. 18명의 제2형 당뇨환자를 두 군으로 나누어 4주간의 run-in period 후, 청국장을 섭취하는 군에게는 청국장 100 g을, 대조군에게는 동량의 단백질을 동물성 식품으로부터 공급하는 식사(대조식이)를 13주간 제공하였다. 4주간의 wash-out 기간이 지난 후 청국장을 섭취하던 군에게는 동량의 단백질을 동물성 식품으로부터 공급하는 식사를 제공하였고, 대조식이를 섭취하던 군에게는 청국장 100 g을 13주간 섭취하도록 하였다. 실험 전 기간동안 각 군의 콩 섭취량은 10 g/day로 제한하였다. 청국장의 섭취는 혈당, 혈액 당화헤모글로빈, 혈장 프락토사민 농도를 유의적으로 감소시켰고(p＜0.01), 인슐린 농도와(p＜0.05) 인슐린 저항성 지표인 HOMA-lR 또한 유의적으로 감소시켰다(p＜0.01). 혈장 중성지방, 콜레스테롤 및 유리지방산 농도 또한 청국장의 섭취로 유의적으로 감소되었으며(p＜0.01), HDL-콜레스테롤 농도는 청국장 섭취시 유의적으로 증가하였다(p＜0.05). 청국장의 섭취는 동맥경화지수인 중성지방/HDL-콜레스테롤 및 HDL-콜레스테롤/LDL-콜레스테롤을 유의적으로 감소시켰고 (p＜0.01), 수축기 및 이완기 혈압 또한 유의적으로 감소시켰다(p＜0.05). 따라서 청국장은 인슬린 저항을 감소시켜 혈당 조절효과 및 지질대사 개선효과를 나타낼 수 있을 것으로 사료된다.
이상의 결과에서 대두 피니톨 및 대두 발효식품인 청국장은 제2형 당뇨동물 및 제2형 당뇨환자에 있어서 혈당조절 및 지질농도를 개선시켜, 당뇨증세 개선 및 당뇨합병증 예방에 효과가 우수한 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Prevalence of diabetes mellitus among Koreans is estimated about 10%. Type 2 diabetes mellitus, which constitutes 85 ~ 95% of diabetes worldwide, results from defects in insulin action. Cardiovascular disease is a major complication and the leading cause of premature death among patients with diabetes mellitus. The pathophysiology of cardiovascular complications of type 2 diabetes involves elements of hyperglycemia, dyslipidemia, hypertension, and obesity.
Soybean is known to be beneficial to diabetes since its glycemic index is low. Soybean is also a good source of protein and phytochemicals such as dietary fiber, isoflavones and phenols. Soybean is also a good source of D-pinitol (D-3-O-methyl-chiro-inositol) which has been reported to exert insulin-like effects. Chongkukjang, a fermented soybean product contains metabolites produced during fermentation in addition to the compounds contained in soybean which could elicit health promoting effects.
The purpose of this study is to elucidate the antidiabetic effects of soy D-pinitol and Chongkukjang in animal models of diabetes and patients with type 2 diabetes mellitus.
The effect of chronic feeding of D-pinitol was studied in Otsuka Long-Evans Tokushima fatty (OLETF) rats. Ten-week-old OLETF rats were randomly divided into two groups and were offered water or water containing soybean-derived pinitol (100 mg/kg BW) for 30 weeks. There were no significant differences in body weight and food intake between the pinitol and the control group. The incremental blood glucose levels were lower in the pinitol group than in the control group at 30, 60, and 90 min after oral administration of glucose (1 g/kg, p＜0.05). The area under the glucose response curve of the pinitol group (6,670 ± 401 mg · min/dL) significantly decreased compared with the control group (10,831 ± 1,466 mg · min/dL, p＜0.05). The fasting plasma glucose and fructosamine levels of the pinitol group were significantly lower than those of the control group (p＜0.05). Glycated hemoglobin level of the pinitol group tended to decrease compared with the control group. Pinitol significantly decreased plasma free fatty acid level compared with control group (p＜0.05).
We studied the effect of chronic feeding of Chongkukjang on carbohydrate and lipid metabolisms in neonatal streptozotocin-induced diabetic rats. To induce type 2 diabetes a single dose of streptozotocin (STZ, 100 mg/kg) was injected intraperitoneally to 5-day-old Sprague-Dawley rats. Ten-week-old rats (n=18) were randomly divided into two groups and were fed basal diet or Chongkukjang-containing diet for 8 wk and glucose tolerance was tested. The incremental blood glucose level of Chongkukjang group was lowered than that of the control group at 60 min after oral administration of glucose (1 g/kg, p＜0.05). The area under the curve for glucose of the Chongkukjang group (12,015 ± 1,308 mg · min/dL) significantly decreased compared with the control group (14,980 ± 1,144 mg · min/dL, p＜0.05). fasting plasma glucose and insulin levels of Chongkukjang group were significantly lower than those of the control group (p＜0.05).
Feeding of Chongkukjang significantly decreased plasma triglyceride and cholesterol levels compared with control group (p＜0.05). Genetically diabetic mice (db/db mice, C57BL/Ks, BW 30.9 ± 3.1g, n=14) were fed AIN-93G diet or Chongkukjang-containing diet for 6 wk. Fasting plasma glucose and insulin levels were significantly lower than those of control group (p＜0.05). Plasma cholesterol level of Chongkukjang group was significantly lower than control group (p＜0.05) and HDL-cholesterol of Chongkukjang group significantly increased (p＜0.05). Hepatic thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) of Chongkukjang group was significantly lower than control group (P＜0.05). Feeding of Chongkukjang significantly increased hepatic superoxide dismutase (SOD) activity compared with control group (p＜0.05).
To study the effect of soy pinitol on postprandial blood glucose 15 subjects with type 2 diabetes mellitus (7 males,8 females; age 60.3 ± 3.1 yr) ingested cooked rice containing 50 g of available carbohydrate alone or rice with pinitol (1.2 g) at the same time, 60 min, 120 min and 180 min after consumption of pinitol (1.2 g). Ingestion of pinitol (1.2 g) 60 min before consumption of cooked rice was the most effective in controlling postprandial capillary blood glucose level. Pinitol (1.2 g) administered 60 min before consumption of cooked rice significantly decreased postprandial increase of plasma glucose at 60, 90, 120 and 180 min (p＜0.05) compared with consumption cooked rice alone. Incremental area under the plasma glucose response curve of patients consumed pinitol and rice was significantly lower than that of the patients consumed rice alone (p＜0.05).
To study effect of chronic consumption of soy pinitol 30 subjects with type 2 diabetes mellitus (14 males, 16 females; age 61.7 ± 2.0 yr) were randomly assigned to receive an oral dose of 600 mg soy D-pinitol or placebo twice daily for 13 weeks. Pinitol significantly decreased plasma glucose, insulin, fructosamine, blood glycated hemoglobin and HOMA-IR, an indicator of insulin resistance (p＜0.001). There was significant decrease in plasma cholesterol, LDL-cholesterol, and the LDL/HDL-cholesterol ratio (atherogenic index, p＜0.01) and a significant increase in HDL-cholesterol concentration as a result of pinitol treatment (p＜0.05). Pinitol significantly decreased systolic and diastolic blood pressures (p＜0.05).
Eighteen patients with uncomplicated type 2 diabetes (13 men and 5 women; mean age 63.8 ± 3.9 yr) participated in a controlled crossover trial. The patients were randomly assigned to consume Chongkukjang (100 g/d) or animal protein sources which contain the same amount of protein of Chongkukjang for 13 wk. After 13 wk of the assigned regimen, there was a 4 wk wash-out period, and then patients were crossed over to the other arm of the study for another 13 wk. Consumption of Chongkukjang significantly decreased fasting plasma glucose, fructosamine, blood HbA_(1c) levels and HOMA-IR (p＜0.01). Plasma insulin was significantly decreased by Chongkukjang intake (p＜0.05). Plasma triglyceride, cholesterol and free fatty acid levels were significantly decreased (p＜0.01) and HDL-cholesterol level (p＜0.05) was significantly increased by Chongkukjang Consumption of Chongkukjang significantly decreased triglyceride-cholesterol (p＜0.01) HDL-cholesterol/ LDL-cholesterol (p＜0.01). Chongkukjang significantly decreased systolic and diastolic blood pressures (p＜0.05).
In conclusion, soybean-derived pinitol and Chongkukjang exerted hypoglycemic and hypolipidemic effects in both animal model of type 2 diabetes and patients with type 2 diabetes. Therefore, pinitol and Chongkukjang could be effective in the treatment of type 2 diabetes and in the prevention of cardiovascular complications.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 국문초록 = ⅰ
• ABSTRACT = ⅴ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 연구배경 = 8
• Ⅲ. 실험재료 및 방법 = 27
• A. 실험 design = 27
• 1. 대두 피니톨의 혈당조절 효과 = 27
• 2. 청국장의 혈당조절 및 합병증 위험요인 예방효과 = 30
• B. 대두 피니톨과 청국장 메탄을 추출물의 α-glucosidase 저해활성 = 34
• 1. 대두 피니톨 제조 = 34
• 2. 청국장의 제조 및 청국장 메탄올 추출물 제조 = 34
• 3. In vitro에서 피니톨 및 청국장 메탄올 추출물의 α-glucosidase 저해활성 측정 = 34
• C. 제2형 동물모델에서 대두 피니톨과 청국장의 항당뇨 효과 = 36
• 1. 실험동물의 사육 = 36
• (1) OLETF 흰쥐 = 36
• (2) Neonatal Streptozotocin 유도 당뇨쥐 = 36
• (3) db/db mouse = 36
• 2. 실험식이 조성 = 37
• (1) 피니톨의 공급 = 37
• (2) 청국장 식이 = 37
• 3. 경구 당부하 검사 = 40
• 4. 시료수집 = 40
• 5. 생화학적 분석 = 41
• (1) 혈액 당화헤모글로빈 농도 = 41
• (2) 혈장 포도당 농도 = 41
• (3) 혈장 프락토사민 농도 = 42
• (4) 혈장 인슐린 농도 = 42
• (5) 혈장 중성지방 농도 = 43
• (6) 혈장 콜레스테롤 농도 = 43
• (7) 혈장 HDL-콜레스테롤 농도 = 43
• (8) 혈장 유리지방산 농도 = 44
• (9) 혈장 GOT, GPT 측정 = 44
• (10) 혈장 Blood urea nitrogen (BUN) 측정 = 45
• (11) 혈장 크레아티닌 농도 측정 = 45
• 6. 간 조직의 지질과산화 (TBARS) 측정 = 45
• 7. 간 조직의 항산화 효소계 활성 측정 = 46
• (1) 간 조직의 superoxide dismutase (SOD) 활성 측정 = 46
• (2) 간 조직의 catalase 활성 측정 = 46
• D. 제2형 당뇨환자에 있어서 대두 피니톨 및 청국장의 항당뇨 효과 = 47
• 1. 대두 피니톨의 단기간 섭취가 식후 혈당조절에 미치는 영향 = 47
• (1) 조사대상자의 일반사항 = 47
• (2) 조사대상자의 신체계측, 혈당 및 혈압 측정 = 47
• (3) 실험 디자인 = 47
• 2. 대두 피니톨의 장기간 섭취가 식후 혈당조절에 미치는 영향 = 48
• (1) 조사대상자의 일반사항 = 48
• (2) 조사대상자의 신체계측 및 혈압 측정 = 49
• (3) 실험 디자인 = 49
• 3. 청국장의 항당뇨 효과 = 49
• (1) 조사대상자의 일반사항 = 49
• (2) 조사대상자의 신체계측 및 혈압 측정 = 50
• (3) 실험 디자인 = 50
• E. 통계처리 = 51
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 52
• A. In vitro에서 α-glucosidase 저해활성 = 52
• B. OLETF 흰쥐에 었어서 대두 피니톨의 혈당강하효과 = 54
• (1) 체중 = 54
• (2) 경구 당부하 검사 = 54
• (3) 혈액 당화헤모글로빈 및 프락토사민 농도 = 58
• (4) 혈장 포도당 및 인슐린 농도 = 58
• (5) 혈장 콜레스테롤, 중성지방 및 유리지방산 농도 = 59
• C. Streptozotocin 유도 제2형 당뇨 동물모델에 있어서 청국장의 내당능 개선효과 = 64
• (1) 체중, 식이섭취량 = 64
• (2) 경구 당부하 검사 = 64
• (3) 혈당조절 효과 = 65
• (4) 지질농도 개선효과 = 69
• (5) 간 조직의 지방변성 = 69
• D. db/db mouse에서 청국장의 혈당 강하효과 및 당뇨합병증 예방효과 = 72
• (1) 체중, 식이섭취량 = 72
• (2) 혈액 당화헤모글로빈 및 혈장 포도당 농도 = 72
• (3) 혈장 인슐린 농도 = 73
• (4) 혈장 중성지방, 콜레스테롤 및 HDL-콜레스레롤 농도 = 76
• (5) 간 조직의 지질과산화물 (TBARS) 함량 = 78
• (6) 간 조직의 superoxide dismutase (SOD) 및 catalase 효소 활성 = 80
• E. 대두 피니톨의 단기간 섭취가 당뇨환자의 식후 혈당조절에 미치는 영향 = 82
• F. 당뇨환자에 있어서 피니톨의 장기간 섭취 효과 = 90
• (1) 혈당 조절 효과 = 90
• (2) 혈장 지질농도 및 혈압 개선 = 91
• G. 제2형 당뇨환자에 었어서 청국장의 항당뇨 효과 규명 = 95
• (1) 조사대상자의 신체계측 및 혈압 = 95
• (2) 영양소 섭취량 = 96
• (3) 혈당조절 효과 = 99
• (4) 지질대사 개선효과 측정 = 101
• (5) 간기능 및 신장기능 개선효과 측정 = 104
• Ⅴ. 결론 = 106
• Ⅵ. 참고문헌 = 109