식이유도 비만 생쥐의 체중조절 시 식이제한 및 운동처치에 따른 희생양상
계명대학교 체육학과, 충남대학교 스포츠과학과(1)
김기진*․이왕록(1)․안나영․홍창배․김상현․고진호
Tendency of Death Following Dietary Restriction and Exercise Interventions for Body Weight Control in Diet-induced Obese Mice
Kijin Kim*, Wanglok Lee(1), Nayoung Ahn, Changbae Hong, Sanghyun Kim, Jinho Ko
Department of Physical Education, Keimyung University; and Department of Sports Science, Chungnam National University(1)
요 약
연구배경: 체중조절 관련 연구를 수행하는 과정에서 가장 보편적으로 이용되는 식이유도에 의한 비만 생쥐를 대 상으로 식이와 운동프로그램에 의한 비만처치방법을 적용한 한 사례에서 안전성과 관련된 특이한 결과를 얻게 되 었다.
방법: 본 연구의 대상은 4주령 된 수컷 C57/BL6 생쥐 64마리(오리엔트바이오, 한국)를 식이에 의한 비만을 유도 한 후 약 50% 이상의 식이제한(DR 그룹), 유산소운동(EX 그룹), 50% 이상의 식이제한과 유산소 운동의 병행 (DREX 그룹) 등과 같이 세 가지 방법을 각각 적용하여 8주간의 비만처치를 실시하였다. 식이섭취량과 체중의 변 화양상은 그룹 및 시기 간의 이원반복변량분석을 적용하였으며, 상호작용효과가 나타날 경우 사후검증으로 시기별 그룹 간 사후검정은 Bonferroni 테스트를 적용하였으며, 그룹별 시기 간 변화는 일원변량분석 및 Contrast 분석을 적용하였다. 통계적 유의수준은 5%를 기준으로 하였다.
결과: 비만처치과정에서 DR그룹 및 DREX그룹은 식이제한에 따른 사료섭취량이 현저하게 감소하였다. 비만처 치 2주부터 DR과 DREX 그룹은 9주에 이르기까지 지속적으로 체중이 감소하였으며, Control 및 EX 그룹의 체중 은 비만처치 2주와 3주에서 감소하였으나 4주부터는 다시 유지 및 증가하였다. DR그룹에서는 처치 6주에 1마리, 7주에 2마리, 8주에 2마리가 각각 희생되었으며 9주후에 11마리만이 생존하였다. DREX 그룹에서는 처치 6주에 2마리, 7주에 5마리, 8주에 6마리, 9주에 1마리가 각각 희생되었으며 9주 후에는 2마리만이 생존하였다. 그러나 Control그룹 및 EX그룹은 희생된 생쥐가 없었다.
결론: 식이제한 및 운동처치를 통한 비만처치과정에서 나타난 생쥐들의 희생에는 과도한 식이제한으로 인한 부 정적인 요소, 심장의 과도한 스트레스, 면역기능 저하 및 산화스트레스 등의 복합적인 요인들이 영향을 미친 것으 로 간주된다. 따라서 비만처치과정에서는 개인의 특성을 신중하게 고려하고, 과도한 식이제한과 운동으로 인하여 나타나는 체중감소의 부정적인 영향에 대한 정확한 원인을 분석해야 한다.
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접수일자: 2009년 9월 17일, 통과일자: 2010년 3월 17일
교신저자: 김기진, (704-701) 대구시 달서구 신당동 계명대학교 체육학과
Tel: 053-580-5256, Fax: 053-580-5314, E-mail: [email protected] , Mobile: 010-9003-5256
* 이 논문은 2007년도 정부재원(교육인적자원부 학술연구조성사업비)으로 한국학술진흥재단의 지원을 받아 연구되었음(KRF-2007-313 -G00013).
서 론
최근 비만이 가진 건강상의 부정적인 문제점들이 다양하 게 알려지면서 비만이 건강에 미칠 수 있는 위험성이 널리 강조되고 있으나 일반인들이 체중만 감소하면 건강이 일방 적으로 향상된다는 편견을 가지게 하였다. 또한 야윈 몸이 아름답다는 인식이 팽배해지고, 성공적인 체중조절이 개인 의 가치를 평가하는 기준으로 간주되면서 체중 감소에 대한 무조건적인 선호와 동경을 더욱 가중시키게 되었다. 여중생 의 과반수 이상이 자신을 뚱뚱하다고 인식하고 있으며, 정 상체중 이하의 야윈 여성도 무분별하게 다이어트를 시도하 고 있다.3,5,7) 여고생의 49%가 다이어트 경험이 있다고 응답 하였으며1), 정상체중 여대생의 약 68%와 저체중 여대생의 약 33%가 다이어트 경험이 있는 것으로 나타났다.4) 이와 같이 체중감소에 대한 무분별하고 지나친 관심은 심각한 건 강위협요인으로 간주되고 있다.
물론 비만인의 적절한 체중 감소는 사망률을 감소시키고, 혈압 및 비정상적인 고지혈증을 개선시키며, 당뇨병의 위험 도 감소시키는 것으로 알려져 있다.32) 또한 40~64세의 성인 여성의 경우 체중감소 후 20~25%의 사망률이 감소된 것으 로 나타났으며33), 체중 5~10% 감량 후 혈압이나 중성지방 농도도 감소되면서 적절한 범위의 체중감량이 건강 위험요 인을 의미 있게 개선시키는 것으로 나타났다.20,32) 이와 같이 적절한 체중조절은 신체에 긍정적인 영향을 미치는데 반해 서 부적절한 체중조절은 오히려 건강을 위협할 수 있다는 것을 체중조절을 시도하는 대상자들에게 정확하게 알려 줄 필요가 있다.
적절한 체중조절방법은 에너지섭취량과 소비량의 균형 을 근거로 하되 생리적 및 영양학적 요인에 의해서 그 적 절성이 검토되어 왔으며, 체중조절이 신체에 어떠한 영향 을 미치는가에 대한 분석들이 널리 진행되고 있다. 동물실 험에서 20~30%의 칼로리 섭취 제한은 지방량 감소, 혈압 저하, 염증지표 및 혈중지질 변인 농도 등의 긍정적인 변화 를 유도하는 것으로 나타났으며14), 대부분의 설치류 연구 에서 필수 영양소의 결핍이 없는 25~50%의 장기간 칼로리 제한 섭취는 노화와 관련된 질병 및 생리학적 변화를 지연 시키고 최대수명을 연장시키는데 이것은 증가한 DNA 복 구능력, 변화된 유전자 발현, 감소된 대사율 및 산화스트레 스 등에 의한 것이라 보고하였다.40) 특히 Weindruch 등39) 은 65%의 식이제한 그룹이 25 및 55%의 식이제한 그룹보 다 더 오래 살았다고 보고하였다. 이것은 필수 영양소의 결 핍이 없는 50~65% 칼로리 제한 섭취가 수명연장과 관련하 여 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 그러나 초저 열량 식이는 심부정맥, 기초대사율 감소에 따른 체중의 재 증가, 담석 형성의 증가, 체단백 손실, 탈수, 케톤산 증가, 저혈당증, 뇨산증, 중요 기관의 섬유질 증가, 빈혈, 탈모,
변비, 설사, 두통, 피부건조, 월경불순 등과 같은 다양한 문 제점이 초래될 수 있기 때문에10) 체중조절을 위한 식이제한 은 섭취량과 적절한 영양소의 균형을 고려하여 신중하게 진 행되어야 한다.
체중 조절과정에서는 일반적인 지표로서 체중을 일정한 기간 동안 어느 정도씩 감소시킬 것인가에 관해서 주로 관 심을 가져 왔는데, 예를 들어 일정한 절식을 적용하는 경우 초기에는 하루에 체중 1 kg을 감량하고 일정기간 후에는 하 루에 0.5 kg씩 감량하는 것과 같이 감량범위의 적정한계를 제시하면서 에너지섭취량을 일정하게 감소시키는 방법이 제시되어 왔다.12) 식이내용을 조절하는 체중조절 방법이 이 용되기도 하는데, 탄수화물의 함량을 감소시키는 방법, 지방 함량을 낮추는 방법, 상대적으로 단백질의 함량을 늘이는 방법 등이 제시되어 왔다.36) 또한 체중조절과정에서 가장 널리 이용되는 에너지섭취량의 감소방법에는 1일 섭취량을 300~400 kcal로 낮추는 방법을 이용하기도 하는데13), 이 과 정에서 가장 중요하게 고려되어야 할 요소는 역시 무엇보다 도 안전성을 들 수 있다.
적절한 운동은 제지방 체중의 증가를 통해서 에너지 대 사를 증가시키며, 비만으로 인한 다양한 대사성 질환을 예 방하거나 개선시키는데 효과적인 것으로 간주되고 있다. 그 러나 부적절한 운동량과 강도를 개인에게 적용하면 질병을 유발하거나 심지어 생명을 단축시킬 수도 있다. 즉 지나친 운동은 만성피로, 체중감소, 안정 시 심박수와 혈압의 증가, 신경내분비와 면역장애, 소화 및 수면장애, 정서적 혼란 등 의 다양한 증상을 유발할 수 있으며15,18), 노화와 암 발생을 증가시킬 수 있다.23) 철인 3종경기와 같은 고강도 운동은 활성 산소종(reactive oxygen species, ROS)의 과도한 생성 을 통하여 인체에 산화적 손상을 증가시키지만25), 최대산소 섭취량의 75% 이하 수준에서 실시하는 중등도의 규칙적인 운동은 항산화계 및 산화손상 치료계를 강화시키는 것8,19,24) 으로 나타났는데, 이러한 결과들은 적절한 운동강도의 중요 성을 제시하고 있다. 또한 마라톤과 같이 장시간 운동 후에 일시적으로 백혈구 수가 현저하게 증가되어28) 일시적인 면 역조절장애를 유발할 수 있으므로 운동시간 또한 신중하게 고려하여야 한다. 따라서 운동프로그램의 적용과정에서 운 동강도와 시간을 개인에게 적합하게 적용하여 위험한계 및 효과한계 범위를 신중하게 고려한 안전성에 대한 적극적인 관심이 요구된다.
이러한 관점에서 체중조절 관련 연구를 수행하는 과정에 서 가장 보편적으로 이용되는 식이유도에 의한 비만 생쥐를 대상으로 식이와 운동프로그램에 의한 비만처치방법을 적 용한 한 사례에서 안전성과 관련된 특이한 결과를 얻게 되 어 보고함으로서 이와 관련된 차후 연구에서 도움을 주고자 한다.
연구방법 1. 연구대상
본 연구의 대상은 4주령 된 수컷 C57/BL6 생쥐 64마리 (오리엔트바이오, 한국)를 이용하였다. 모든 생쥐는 1주간의 예비사육을 통해 환경에 적응시킨 후 5주간의 비만유도와 8 주간의 처치를 실시하였다. 비만유도는 지방이 45% 포함된 고지방식이(D12451, Research, Inc.)를 자유롭게 섭취토록 하였다. 사육기간 동안 1일 명암주기는 12시간으로 하였으 며, 사육실 온도와 상대습도는 각각 24 ± 1℃와 60% 내외 로 유지하였다.
비만처치를 위한 그룹 구성은 Table 1과 같이 무작위로 4개의 그룹으로 구분하였다. 5주간의 비만유도 후 Control 그룹은 일반 식이를 실시하면서 아무런 처치도 않은 그룹(n
= 16), EX 그룹은 일반 식이를 하면서 운동을 실시한 그룹 (n = 16), DR 그룹은 일반 식이를 하면서 식이제한을 실시 한 그룹(n = 16), 마지막으로 DREX 그룹은 일반 식이의 식이제한을 하면서 운동을 실시한 그룹(n = 16)으로 구분하 였다.
2. 비만처치 프로그램
비만처치에 적용된 프로그램은 약 50% 이상의 식이제한 (DR 그룹), 유산소운동(EX 그룹), 50% 이상의 식이제한과 유산소 운동의 병행(DREX 그룹) 등과 같이 세 가지 방법 을 각각 적용하여 8주간의 비만처치를 실시하였다.
운동처치는 EX 그룹과 DREX 그룹을 대상으로 트레드 밀 운동을 적용하였는데, 비만처치 1주일 전에 주 3회 1회 30분 동안 10~18 m/min의 속도로 적응운동을 실시한 후, 주 5일의 빈도로 하루 35~65분간 트레드밀 운동을 8주간 실시하였다. 비만 처치방법에 적용된 운동의 강도는 선행연
구를 수정 보완하여 최대 심박수의 약 60~75% 정도의 중강 도 수준으로 설정하였다.11) 트레드밀 운동의 속도와 시간은 Table 2에서 나타난 바와 같다.
64마리의 생쥐 중 32마리(Control, EX)에게 10% 지방이 포함된 일반사료(D12450B, Research, Inc.)를 원하는 만큼 섭취할 수 있도록 하여 섭취량을 계산하였으며, 식이제한을 적용한 그룹은 다른 32마리(DR과 DREX 그룹)로서 10%
일반사료를 비만유도기간 중 측정한 1일 평균 사료 섭취량 (약 2.4~3.0 g/마리)의 약 50%(1.4~1.5 g/마리)를 섭취토록 하였다. 비만유도 및 식이제한 기간동안 각각 이용된 고지 방 식이 및 일반식이의 구성내용은 Table 3에서 나타난 바 와 같다.
3. 통계처리
모든 자료는 SPSS 12.0 통계프로그램을 이용하여 식이섭 취량 및 체중에 대하여 각 집단별 평균과 표준편차를 산출하 였다. 식이섭취량과 체중의 변화양상은 그룹 및 시기 간의 이원반복변량분석을 적용하였으며, 상호작용효과가 나타날 경우 사후검증으로 시기별 그룹 간 사후검정은 Bonferroni 테스트를 적용하였으며, 그룹별 시기 간 변화는 일원변량분 석 및 Contrast 분석을 적용하였다. 통계적 유의수준은 5%
를 기준으로 하였다.
결 과 1. 사료섭취량의 변화
사료섭취량의 변화는 Table 4에서 나타난 바와 같은데, 그룹 및 시기 간에 대한 이원반복변량분석결과 그룹과 시기 간에 유의한(P < 0.001) 차이를 나타냈으며, 그룹 및 시기 간에 유의한(P < 0.001) 상호작용이 있는 것으로 나타났다.
사후 검정 결과 그룹별 시기 간 비교에서 2주에 모든 그룹 이 2주에 1주보다 유의하게(P < 0.01) 감소하는 것으로 나 타났으며, 3주에는 2주보다 유의하게(P < 0.05) 증가되는 것으로 나타났으나 4주부터 9주까지는 직전 주와 동일하게 섭취하는 것으로 나타났다. 또한 시기별 그룹 간 비교에서 는 3주부터 9주에 이르기까지 식이제한을 적용한 DR 및 DREX 그룹이 Control 그룹 및 EX그룹보다 유의하게(P <
Table 3. Composition of the normal and high-fat diets Product
Normal Diet (D12450B)
High-fat Diet (D12451)
gm% kcal% gm% kcal%
Protein 19.2 20 24 20
Carbohydrate 67.3 70 41 35
Fat 4.3 10 24 45
Total 100 100
kcal/gm 3.85 4.73
Table 2. Treadmill exercise program of eight weeks Weeks
Warming up Main exercise Speed
(m/min)
Time (min)
Speed (m/min)
Time (min)
1 8 5 18 30
2 8 5 18 40
3 8 5 18 50
4 10 5 18 60
5 10 5 18 60
6 10 5 22 60
7 15 5 22 60
8 15 5 22 60
Table 1. Numbers of mice in groups
Group Control EX DR DREX
Number 16 16 16 16
0.05) 낮은 것으로 나타났다. 따라서 DR그룹 및 DREX그 룹은 식이제한에 따른 사료섭취량이 현저하게 감소하였음 을 의미한다.
2. 체중의 변화
비만처치과정에서 그룹별 체중의 변화는 Table 5에서 나 타난 바와 같은데, 이원변량분석결과 그룹과 시기 간에 유 의한(P < 0.01) 차이를 나타냈으며, 그룹 및 시기 간의 상호 작용효과도 유의하게(P < 0.01) 나타났다. 사후검증결과 그 룹별 시기 간 비교에서 Control 그룹은 2주, 3주 및 4주에서 직전시기보다 유의하게(P < 0.01) 감소하였으며, 6주, 7주 및 8주에서 직전시기보다 유의하게(P < 0.01) 증가하였다.
EX그룹은 2주 및 3주에서 직전시기보다 유의하게(P <
0.01) 감소하였으며, 6주, 7주 및 9주에서 유의하게(P <
0.01) 증가하였다. DR그룹은 2주에서 8주에 이르기까지 연 속적으로 직전시기보다 유의하게(P < 0.01) 감소하였으며, DREX그룹은 2주에서 6주에 이르기까지와 8주에 직전시기 보다 유의하게(P < 0.01) 감소하였다. 시기별 그룹 간 비교
에서 3주 이후 모든 시기에서 DR그룹과 DREX그룹은 Control그룹과 EX그룹보다 유의하게(P < 0.05) 낮은 체중 을 나타냈다. 즉 DR그룹 및 DREX그룹은 비만처치과정에 서 거의 연속적으로 현저한 체중감소현상을 나타낸데 반해 서 Control 그룹 및 EX그룹은 비만처치과정에서 거의 체중 이 일정하게 유지되는 것을 확인하였다.
3. 비만처치 중 생쥐의 희생양상
비만처치 2주부터 DR과 DREX 그룹은 9주에 이르기까 지 지속적으로 체중이 감소하였으며, Control 및 EX 그룹의 체중은 비만처치 2주와 3주에서 감소하였으나 4주부터는 다시 증가하였다. 비만처치과정에서 희생된 생쥐수를 살펴 보면 Fig. 1에서 나타난 바와 같이, DR 그룹에서는 처치 6 주에 1마리, 7주에 2마리, 8주에 2마리가 각각 희생되었으 며 9주후에 11마리만이 생존하였다. DREX 그룹에서는 처 치 6주에 2마리, 7주에 5마리, 8주에 6마리, 9주에 1마리가 각각 희생되었으며 9주 후에는 2마리만이 생존하였다. 그러 나 Control그룹 및 EX그룹은 희생된 생쥐가 없었다.
Table 4. Comparisons of food intake volume among groups
Weeks Control EX DR DREX
1 week 2.41 ± 0.12 2.39 ± 0.14 2.40 ± 0.11 2.28 ± 0.10##
2 week 1.37 ± 0.22## 1.06 ± 0.14## 1.14 ± 0.13## 1.13 ± 0.15##
3 week 2.32 ± 0.19## 2.28 ± 0.38## 1.51 ± 0.01##*$ 1.51 ± 0.01#*$
4 week 2.52 ± 0.08# 2.42 ± 0.31 1.50 ± 0.01*$ 1.51 ± 0.01*$
5 week 2.57 ± 0.11 2.57 ± 0.21 1.50 ± 0.01*$ 1.50 ± 0.01*$
6 week 2.63 ± 0.15 2.52 ± 0.33 1.51 ± 0.01*$ 1.51 ± 0.01*$
7 week 2.61 ± 0.07 2.53 ± 0.41 1.50 ± 0.01*$ 1.51 ± 0.01*$
8 week 2.68 ± 0.09 2.48 ± 0.25 1.47 ± 0.11*$ 1.48 ± 0.08*$
9 week 2.64 ± 0.13 2.53 ± 0.24 1.34 ± 0.37*$ 1.45 ± 0.19*$
2-way repeated ANOVA (F value)
Group: 120.74***, Period: 59.41***, Group × Period: 9.78***
Values are mean ± SD.
Comparison of among groups: * P < 0.001 Compared to Control group, $ P < 0.001 Compared to EX group.
Compared to immediately before: # P < 0.05, ## P < 0.01.
Table 5. The comparisons of body weight among groups
Weeks Control EX DR DREX
1 week 27.81 ± 1.79 28.35 ± 1.97 27.68 ± 1.59 27.53 ± 2.41
2 week 26.71 ± 1.55## 25.59 ± 1.79### 26.09 ± 1.78### 25.06 ± 1.95###
3 week 25.69 ± 1.62### 25.19 ± 1.65# 23.49 ± 1.83###* 22.67 ± 1.41###*$
4 week 26.49 ± 1.62### 25.78 ± 2.57 21.28 ± 2.14###*$ 20.94 ± 0.93###*$
5 week 26.81 ± 1.93 25.83 ± 2.04 19.47 ± 2.04###*$ 18.96 ± 0.91###*$
6 week 28.03 ± 2.16### 26.72 ± 1.99### 18.22 ± 1.61###*$ 17.81 ± 1.04##*$
7 week 28.82 ± 2.36## 27.57 ± 2.26## 17.09 ± 1.81###*$ 17.59 ± 1.91*$
8 week 29.87 ± 2.46### 27.73 ± 2.23* 15.93 ± 1.56#*$ 15.12 ± 0.61#*$
9 week 29.79 ± 2.50 28.59 ± 2.59## 15.78 ± 0.90*$ 14.10 ± 0.28*$
2-way repeated ANOVA (F value)
Group: 48.13***, Period: 93.88***, Group × Period: 93.63***
Values are mean ± SD.
Comparison of among groups: * P < 0.001 Compared to Control group, $ P < 0.001 Compared to EX group.
Compared to previous periods: # P < 0.05, ## P < 0.01.
논 의
비만은 심혈관 질환, 고혈압, 당뇨병 등을 비롯한 대사성 증후군에 대한 독립적인 위험요인이라는 것은 이미 널리 알 려진 사실이다. 비만인의 체중감소는 대사성 증후군의 위험 요인을 감소시키고 질병을 개선시키거나 완화시킬 수 있다.
최근의 많은 연구들은 5~10%의 체중감소로도 신체적 및 심리적으로 크게 긍정적인 도움이 될 수 있다고 하였다.41) 그러나 부적절한 체중감소로 인한 부작용이 널리 지적되고 있으며, 보다 현저한 체중감소과정에서 더욱 심각한 문제점 을 초래하는 것으로 나타났다.31) 이러한 관점에서 본 연구 는 비만 생쥐를 대상으로 비만처치를 위해 가장 보편적으로 이용되는 식이섭취 제한과 운동프로그램을 처치하는 과정 에서 나타난 비만 생쥐의 수명과 관련된 문제점이 제시되어 보고하고자 한다.
비만처치 2주에 정상식이를 실시한 Control 그룹과 EX 그룹에서도 사료섭취량이 유의하게(P < 0.01) 감소한 것은 사료의 영양소 구성성분이 달라져서 생쥐들이 예민하게 반 응한 것으로 간주되며, 비만처치 3주부터 식이를 제한한 DR과 DREX 그룹이 정상식이를 실시한 Control과 EX그룹 보다 사료섭취량이 유의하게(P < 0.001) 감소한 것은 식이 섭취의 제한효과가 현저하게 나타난 것으로 생각된다.
고지방식이로 비만을 유도한 후 정상식이로 체중조절을 실시한 Control그룹과 EX그룹은 2주와 3주에 체중이 감소 하는 경향을 나타냈으나 4주부터는 다시 증가하는 것으로 나타났는데, 이와 같은 결과는 두 그룹이 2주와 3주에 사료 섭취량이 1주보다 감소하였다가 4주부터 1주보다 섭취량이 다시 증가하였기 때문으로 간주된다. 또한 모든 시기에서 EX그룹이 Control그룹보다 다소 낮은 체중을 나타냈으나, Control그룹과 EX그룹 간에 유의한 차이는 없는 것으로 나
타남으로서 비만처치를 위해 식이제한 없이 운동만 실시하 는 것은 체중감소의 효과가 다소 미흡한 것으로 간주된다.
DR그룹과 DREX그룹은 처치 2주부터 체중이 현저하게 감소하기 시작했으며 3주부터는 다른 그룹과 현저한 차이를 나타내기 시작하였다. 특히 4주부터는 DR과 DREX그룹의 체중이 Control과 EX그룹보다 유의하게(P < 0.001) 감소하 여 식이제한 및 운동프로그램이 체중을 감소시키는데 매우 효과적인 것으로 나타났다. 또한 모든 시기에서 DREX그룹 이 DR 그룹보다 체중이 더욱 크게 감소한 것으로 나타났으 나 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다. 따라서 체중감소를 위한 운동효과는 미흡한 것으로 나타났다.
식이제한과 식이제한 및 운동을 병행 처치한 DR그룹과 DREX그룹에서 6주부터 생쥐들이 희생되는 현상을 나타냈 다. DR그룹은 6주에 1마리, 7주와 8주에 각각 2마리씩 희 생되었다. 이러한 결과는 6주에서 34.16%, 7주에서 38.24%
와 8주에서 42.46%의 체중이 각각 감소하여서 50%의 식이 제한으로 인한 단기간의 급격한 체중감소가 생쥐의 희생에 가장 큰 영향을 미친 것으로 생각된다. 이러한 결과는 50%
의 식이제한이 안정성에 문제가 있을 수 있음을 의미하는 것이며 50% 또는 65%의 식이제한이 수명을 연장시킨다는
선행연구39,40)의 결과와는 대조적이다. 이와 같이 급격한 체
중감소로 인한 생쥐의 희생에 대한 정확한 원인을 제시하기 에는 어려움이 있으나, 초저열량 식이는 심한 심장 부정맥 을 초래할 수 있으며21,37), 이들 중 몇 명은 치료의 효과가 나타나지 않고 사망한 것으로 보고된 바 있다34)는 것과 관 련지어 볼 수 있다. 이러한 기전은 명확하게 밝혀지지 않았 으나 초저열량 식이에 따른 체내 제지방의 손실이 심장근육 손실과 전해질 이상을 초래하여 심장 부정맥의 원인이 될 수 있는 것으로 나타나서31,38), 본 연구의 결과에서 나타난 50%의 식이제한에 의한 저열량 식이도 이러한 원인에 의하 Fig. 1. Change of body weight and number of died mice.
여 생쥐들이 희생되었을 가능성이 있다. 따라서 50%의 식 이제한에 의한 식이요법을 실시할 때에도 안정성을 충분히 고려하여야 할 것으로 생각된다.
초저열량식이는 제지방 체중의 감소, 통풍, 담석, 심근 위 축 등의 합병증을 일으킬 수 있으며 일부 환자에서 섭식장 애가 나타날 수 있다는 문제점이 지적된 바 있으며9), 초저 열량식이는 일반 식이와 비교해서 긍정적인 결과를 제시하 지 못하였기 때문에9) 미국 국립보건원(National Institute of Health, NIH)에서는 하루에 최소한 800 kcal 이상의 식이섭 취방법을 권장하고 있다. 또한 식이내용을 조절하는 체중조 절 방법이 이용되기는 하는데, 최근 유행했던 고단백 저탄 수화물 식이에 의한 황제 다이어트 같이 고도의 단백질 식 이에 비해서 비타민과 무기질 섭취의 결핍이 지적될 수 있 으며, 심장, 신장, 뼈, 간 등에 부정적인 영향을 미칠 수 있 다.35) 또한 한국인은 전통적으로 탄수화물 위주의 식사를 하기 때문에 체중감량을 위해 저열량식이를 적용하는 경우 단백질 부족이 올 수 있으며, 과일 위주의 식이처치과정에 서 단백질 섭취가 부족하여 체지방보다 근육의 감소, 체내 대사율 감소에 의한 요요현상 등의 부정적인 현상이 초래될 수 있기 때문에 보다 세심한 주의가 요구된다. 많은 역학 연 구들17,27,29,30)
은 체중감소를 나타낸 그룹보다 안정된 체중을 유지했던 그룹의 수명이 더욱 연장되는 것으로 보고하였다.
특히 Pamuk 등29)은 미국 성인을 대상으로 한 연구에서 일 생 중 최고 체중의 15%범위에서 감소한 사람들이 5%범위 의 감소를 나타낸 사람보다 사망률이 약 2배 높다고 보고함 으로서 체중의 급격한 감소는 건강 및 수명에 부정적인 영 향을 미칠 수 있음을 제시하였다. 본 연구의 대상인 생쥐는 사람과는 차이가 있을 수 있으나 짧은 기간에 체중이 급격 히 감소하는 것은 건강에 대한 위험요소가 될 수 있으므로 체중감소처치는 장기적인 목표를 세우고 진행하는 것이 바 람직하다.
DREX그룹은 6주에 35.30%, 7주에 36.10%, 8주에 45.09%와 9주에 48.79%의 체중이 감소하였으며, DREX그 룹이 DR보다 더욱 많은 희생현상을 나타낸 것은 과도한 식 이제한에 의한 급격한 체중감소를 나타냄으로서 심장을 비 롯한 중요기관에 장애요소가 발생하였거나 불안정한 신체 에서 운동에 의해 나타나는 다양한 생리적인 반응이 부정적 인 영향을 미쳤기 때문이라고 생각된다. 즉 저열량 식이로 인한 심부전이나 저혈압이 동반된 심혈관계의 불안정한 상 태에서 운동에 의한 심장의 과도한 스트레스가 생쥐들의 희 생을 가속화 시켰을 가능성이 있다. 또한 음식 섭취를 제한 하고 신체적으로 격렬한 훈련을 받은 군인들의 T 림프구 반 응이 억제되고26), 식이제한과 운동을 적용한 장기간 체중감 소가 억제 T 세포와 단핵구수를 감소6)시킨 것처럼 본 연구 에서 과도한 식이제한과 운동을 병행한 생쥐들의 면역력 감 소로 인하여 희생되었을 가능성도 배제할 수 없다.
추가로 제시될 수 있는 생쥐들의 사망원인은 산화스트레 스를 들 수 있다. 세포막의 지질 과산화(lipid peroxidation) 는 막의 구조와 기능을 변질시키고, 막의 유동성을 감소시 키며, 이온 구성요소들을 무능하게 만들어서 결국은 세포의 죽음을 유도하게 된다.16,22) 이와 관련하여 심장은 신생아 후 에는 유사분열이 거의 일어나지 않는 조직으로서 손상을 입 으면 다른 조직에 비하여 단백질 재생이 느리며, 특히 앞서 언급한 산화스트레스에 의한 심장 세포 손상과 이를 회복시 키기 위한 시간적 부족과 식이제한으로 인한 영양의 부족이 심장의 수축에 부정적인 영향을 미쳐 생쥐들이 사망했을 가 능성도 있다. 이와 같이 생쥐들의 희생에는 위에서 제시한 과도한 식이제한으로 인한 건강에 부정적인 요소, 심장의 과도한 스트레스, 면역력 감소 및 산화스트레스와 같은 단 일 효과에 의한 영향보다는 여러 가지 복합적인 원인들에 의해 나타난 것으로 생각된다. 따라서 필수 영양소의 결핍 이 없는 50%의 식이제한과 60~75% 수준의 운동강도는 각 각 체중감소를 위해 일반적으로 많이 이용되고 있는 방법이 지만 이 수준의 처치들을 병행하는 것은 안정성과 관련하여 50%의 식이제한만 실시하는 것보다 더 큰 문제를 나타낼 수 있으므로 신중하게 제고할 필요가 있고, 식이와 운동 프 로그램을 병행실시할 때 어느 정도의 수준이 안정성과 관련 하여 적합한지 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.
본 연구의 결과에서 비만처치방법 중 식이를 제한하는 방법이 운동보다는 체중을 감소시키는데 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 50% 식이제한으로 인한 급격한 체중감소 는 수명과 관련하여 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 체 중감소에 의한 긍정적인 영향과 부작용을 잘 고려하여 개인 의 특성을 신중하게 고려하여야 할 것이다. 또한 50% 식이 제한과 60~75% 중강도 수준의 운동프로그램을 병행 실시 했을 때 나타날 수 있는 체중감소의 부정적인 효과에 대한 정확한 원인을 분석하는 시도가 요구된다.
결 론
본 연구는 체중조절 관련 연구를 수행하는 과정에서 가 장 보편적으로 이용되는 식이유도에 의한 비만 마우스를 대 상으로 식이와 운동프로그램에 의한 비만처치방법을 적용 한 한 사례에서 다음과 같은 특이한 결과를 얻게 되었다.
비만처치과정에서 DR그룹 및 DREX그룹은 식이제한에 따른 사료섭취량이 현저하게 감소하였다. 비만처치 2주부터 DR과 DREX그룹은 9주에 이르기까지 지속적으로 체중이 감소하였으며, Control 및 EX그룹의 체중은 비만처치 2주 와 3주에서 감소하였으나 4주부터는 다시 유지 및 증가하였 다.
DR그룹에서는 처치 6주에 1마리, 7주에 2마리, 8주에 2 마리가 각각 희생되었으며 9주 후에 11마리만이 생존하였
다. DREX그룹에서는 처치 6주에 2마리, 7주에 5마리, 8주 에 6마리, 9주에 1마리가 각각 희생되었으며 9주후에는 2마 리만이 생존하였다. 그러나 Control그룹 및 EX그룹은 희생 된 생쥐가 없었다.
이와 같은 식이제한 및 운동처치를 통한 비만처치과정에 서 나타난 생쥐들의 희생에는 식이제한으로 인한 부정적인 요소, 심장의 과도한 스트레스, 면역기능 저하 및 산화스트 레스 등의 복합적인 요인들이 영향을 미친 것으로 간주된다.
따라서 비만처치과정에서는 개인의 특성을 신중하게 고려 하고, 과도한 식이제한과 운동으로 인하여 나타나는 체중감 소의 부정적인 영향에 대한 정확한 원인을 분석해야 한다.
ABSTRACT
Tendency of Death Following Dietary Restriction and Exercise Interventions for Body Weight Control in Diet-induced
Obese Mice
Background: Diet-induced obese mice were used as subjects in the course of experimental trial involving weight control. Unusual results were obtained by application of obesity treatment methods as in dietary restriction and exercise intervention.
Methods: Subjects were the male mice C57/BL6 at the age of 4 weeks (n = 64, Orientbio Inc. Korea). Subjects were diet induced obese by consuming a 45% high fat diet (D12451, Research, Inc.) for 5 weeks, subjects were randomly assigned to 4 groups at the beginning of another 8 weeks. The four groups consisted of Control (no intervention), EX (exercise intervention), DR (dietary restriction) and DREX (dietary restriction and exercise intervention).
Results: In the process of obese treatments, the amount of intake was markedly reduced in DR and DREX groups.
Weights of DR and DREX groups went on decreasing from the 2nd week up to the 9th week. Weights of Control and EX groups decreased from the 2nd week continuing to the 4th week. Their weight started to increase, however, from then on. Mice in DR group died on the 6th week (n = 1), the 7th week (n = 2) and the 8th week (n = 2), but other mice lived on until the 9th week (n = 11). Mice in DREX died on the 6th week (n
= 2), the 7th week (n = 5), the 8th week (n = 6) and the 9th week (n = 1), but only 2 mice remained alive on the 9th week. However, all of mice in Control and Ex groups
stayed alive.
Conclusion: Mortality was noted during the course of obesity treatment in both dietary restriction group and in dietary restriction with exercise group. Taking this into consideration, excessive dietary restriction. seems to take part in negatively affecting cardiac overload, decline of immune function and increasing oxidative stress. In conclusion, not only the positive effects but also the negative side effects of weight loss, along with individual characteristics, should be taken into consideration.
Further studies are needed to understand the negative effects of weight loss caused by excessive dietary restriction.
Key words: Body weight control, Obesity, Dietary restriction, Exercise
참 고 문 헌
1. 김상만. 우리나라 비만증 환자의 치료지침. 가정의학회 지 1998;19(5):332-8.
2. 박선주, 박양자. 서울 여고생의 체중조절 시도 여부에 따 른 체중조절 관심도. 동아시아식생활지 2001;11(5):356 -67.
3. 오현주. 서울시내 남녀 중학생의 체중조절 관심과 체위 별 식행동에 관한 연구. 미간행 석사학위 논문, 숙명여 자대학교, 서울, 1997.
4. 임인숙. 다이어트의 사회문화적 환경: 여대생의 외모차 별 경험과 대중매체의 몸 이미지 수용도를 중심으로.
한국사회학 2004;38(2):165-87.
5. 정승교, 박종성. 여중생의 체중조절 실태, 비만도 및 신 체상에 관한 연구. 한국보건교육학회 1997;14(2):1-13.
6. 홍용, 안의수. 레슬링 선수들의 장기간 체중감량이 혈액 성분, 면역세포 및 운동능력에 미치는 영향과 철 투여 의 효과. 한국체육학회 2001;40(2):777-89.
7. 홍은경, 박샛별, 신영선, 박혜순. 일부 도시 청소년 여학 생들의 신체상에 대한 인지와 체중조절 형태. 가정의학 회 1997;18(7):714-21.
8. Alessio HM, Hutchinson KM. Cardiovascular adjusments to high- and low-intensity exercise do not regulate temporary threshold shifts. Scand Audiol 1992;21(3):163-72.
9. American Dietetic Association. Position of the American Dietetic Association: weight management. J Am Diet Assoc 1997;97:71-4.
10. Berg FM. Health risks of weight loss, Third Edition.
Hettinger: ND, Healthy Weight Journal, 1995.
11. De Angelis K, Wichi R, Jesus W, Moreira E, Morris M, Krieger E, et al. Exercise training changes autonomic cardiovascular balance in mice. J Appl Physiol 2004;96(6):2174-8.
12. Drenick EJ, Swendseid ME, Blahd WH, Tuttle SG.
Prolonged starvation as treatment for severe obesity. J Am Med Assoc 1964;187:100-6.
13. Fisher MC, Lachance PA. Nutrition evaluation of published weight-reduction diets. J Am Diet Assoc 1985;85:450-4.
14. Fontana L, Meyer TE, Klein S, Holloszy JO.
Long-term calorie restriction is highly effective in reducing the risk for atherosclerosis in humans. Proc Natl Acad Sci 2004;101:6659-63.
15. Foster C. Monitoring training in athletes with reference to overtraining syndrome. Med Sci Sports Exerc 1998;30(7):1164-8.
16. Halliwell B. Free radicals, antioxidants, and human disease: curiosity, cause, or consequence? Lancet 1994;344(8924):721-4.
17. Higgins M, D’Agostino R, Kannel W, Cobb J.
Benefits and adverse effects of weight loss. Ann Intern Med 1993;119:758-63.
18. Hooper SL, Mackinnon LU, Howarh A, Gordon RD, Bachmann AW. Markers for monitoring overtraining and recovery. Med Sci Sports Exerc 1995;27(1):106 -12.
19. Husain K, Hazelrigg SR. Oxidative injury due to chronic nitric oxide synthase inhibition in rat: effect of regular exercise on the heart. Biochim Biophys Acta 2002;1578(1):75-82.
20. Institute of Medicine(IOM). In Weighing the Option:
Criteria for Evaluating Weight-management Program.
National Academy press, 1995.
21. Isner JM, Sours HE, Paris AL, Ferrans VJ, Roberts WC. Sudden, unexpected death in avid dieters using the liquidprotein-modified-fast diet. Observation in 17 patient and the role of the prolonged QT interval.
Circulation 1979;60:1401-2.
22. Jacob RA, Burri BJ. Oxidative damage and defence.
Am J Clin Nutr 1996;63(6):985-90.
23. Jenkins RR, Goldfarb A. Introduction: oxidant stress, aging, and exercise. Med Sci Sports Exerc 1993;25(2):
210-2.
24. Ji LL. Exercise-induced modulation of antioxidant
defense. Ann N Y Acad Sci 2002;959:82-92.
25. Kenz WL, Jenkins DG, Coombes JS. Oxidative stress in half and full Ironman triathletes. Med Sci Sports Exerc 2007;39(2):283-8.
26. Kramer YR, Moore RJ, Shippee RL, Friedl KE, Martinez-Lopez L, Chan MM, et al. Effects of food restriction in military training on T-lymphocyte response. Int J Sports Med 1997;18:84-90.
27. Lee MI, Paffenbarger RS. Change in body weight and longevity. JAMA 1992;268:2045-9.
28. Nieman DC. Immune response to heavy exertion. J Appl Physiol 1997;82:1385-94.
29. Pamuk ER, Williamson DF, Madans J, Serdula MK, Kleinman JC, Byers T. Weight loss and mortality in a national cohort of adults, 1971-1987. Am J Epidemiol 1992;136(6):686-97.
30. Pamuk ER, Williamson DF, Serdula MK, Madans J, Byers TE. Weight loss and subsequent death in a cohort of U.S. adults. Ann Intern Med 1993;119:744 -8.
31. Pi-Sunyer FX. The role of very-low-calorie diets in obesity. Am J Clin Nutr 1992;56(1):240-3.
32. Sjostrom CJ, Lissner L, Sjostrom L. Relationships between changes in body composion and changes in crdiovascular risk factors: The SOS Intervention Study. Obes rese 1997;5(6):519-30.
33. Sjostrom L. Motality in severely obese subjects. Am J Clin Nutr 1992;55(2):516-23.
34. Sours HE, Fratalli VP, Brand CD, Feldman RA, Forbes AV, Swanson RC, et al. Sudden death associated with very low calorie weight reduction regimens. Am J Clin Nutr 1981;34(4):453-61.
35. St Jeor ST, Howard BV, Prewitt TE, Bovee V, Bazzarre T, Eckel RH. Nutrition Committee of the Council on Nutrition, Physical Activity, and Metabolism of the American Heart Association.
Dietary protein and weight reduction: a statement for healthcare professionals from the Nutrition Committee of the Council on Nutrition, Physical Activity, and Metabolism of the American Heart Association.
Circulation 2001;104(15):1869-74.
36. Stillman IM, Baker SS. The Doctor's quick weight loss diet. New York: Dell Publishing Co; 1978. p.
1-204.
37. Van Itallie TB, Yang MU. Cardiac dysfunction in obese dieters: a potentially lethal complication of
rapid, massive weight loss. Am J Clin Nutr 1984;
39(5):695-702.
38. Wadden TA, Van Itallie TB, Blackburn GL.
Responsible and irresponsible use of very-low-calorie diets in the treatment of obesity. JAMA 1990;263(1):
83-5.
39. Weindruch R, Walford RL, Fligiel S, Guthrie D. The retardation of aging in mice by dietary restriction:
Longvity, cancer, immunity and lifetime energy
intake. J Nutr 1986;116:641-54.
40. Weindruch R, Walford RL. The Retardation of Aging and Disease by Dietary Restriction. (Thomas, SpringÞeld, IL), 1988
41. Wolf AM. The health economics of obesity and weight loss. In: Brownell KD, Farirburn CG. editors.
Eating Disorders and Obesity: A Comprehensive Handbook. 2nd ed. New York: The Guildford Press;
2002. p. 453-9.
