Effect of red ginseng on osteoporosis in ovariectomized rats

Abstract

골량의 감소를 동반하는 골다공증은 세계적인 건강문제로 인식되고 있다. 주로 네 번째 요추와 경골에 인접해 있는 골에서의 골절에 의해 잘 나타난다. 나이의 증가와 더불어 나타나는 골량의 감소의 원인은 골형성이 감소되고 골 흡수가 증가되기 때문이다. 약리학과 영양학적인 요소들은 아마도 나이의 증가와 더불어 증가되고 있는 골손실을 예방할 것이다. 최근 연구들에서 홍삼과 같은 식품과 식물에서의 화학적인 성분이 골 대사의 조절과 골다공증의 예방에서 역할을 한다고 보고 있다. 홍삼은 주로 중국, 한국, 일본과 아시아의 여러 나라에서 경구적으로 섭취되는 전통적인 약제로 사용되어왔다. 또한 홍삼의 주요 성분인 진세노사이드는 다양한 생물학적 활성, 면역학적 효과, 항암효과, 골손실 예방 효과 등이 있다고 알려져 왔다. 홍삼은 골다공증을 앓고 있는 여성과 흰쥐 모델에서 골 손실을 예방한다고 보고되고 있다. 그러나 결체조직에서 미세구조 특성에 대한 홍삼의 역할은 더 연구되어야 한다. 본 연구의 목적은 에탄올 추출된 홍삼엑기스가 난소절제 수술로 유도된 골손실 모델에 미치는 예방 효과에 대해 알아보고자 한다. 4주령 암컷 Sprague-Dawley (SD) 흰쥐를 일주일 동안 적응시킨 후, 난소 절제 수술을 시행하였다. 수술 시행 일주일 후, 실험군을 증류수 투여군 (대조군), 난소절제 후 증류수 투여군 (실험대조군), 난소절제 후 홍삼 투여군 (100 및 500mg/kg)으로 나눈 후 12주 동안 경구투여 하였다. 홍삼 경구 투여 후 6주째, 12주째에 혈청에서의 calcium, alkaline ALP 및 IP를, 뇨에서의 칼슘, DPD 및 DPD/creatinine 비율을, 골에서 Micro CT촬영을 통해 그 각각의 값을 측정했다. 또한 12주째에 조직 적출 시행 후 H&E 이중염색을 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 홍삼을 투여한 군에서의 체중 증가량은 실험 기간 동안 실험대조군과 거의 같은 양상을 보였다. 그러므로 난소절제 수술을 시행한 군에서 홍삼의 투여는 과다한 체중 증가를 예방하지 못했다. 또한, 난소절제 수술은 흰쥐에서 대조군과 비교했을 때 자궁 무게를 유의적으로 감소시켰다. 홍삼 투여군에서는 실험대조군과 비교했을 때 자궁무게가 유의적으로 증가되었으나 대조군의 자궁 무게보다는 낮은 결과를 얻었다. 2. 실험 대조군에서의 혈청의 ALP와 칼슘은 대조군 보다 유의적으로 증가되었으나 홍삼 투여 군에서는 실험 대조군과 비교 했을 때 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 또한 뇨의 칼슘은 난소절제 후 OVX+LRG 군에서 54.7%, OVX+HRG 군에서 35.8% 감소되었다. 홍삼 OVX+LRG 군에서 뇨의 DPD 수준은 실험대조군에 비해 21.5% 감소되었다. 3. 네 번째 요 척추골에서 OVX+LRG 군은 실험대조군에 비해 BV/TV와 BMD가 증가되는 경향을 보였다. 또한, 요추에서 OVX+LRG 군의 Tb.Sp와 BS/BV는 감소되는 경향을 보였다. 4. 경골에서 OVX+HRG 군은 실험대조군에 비해 Tb.N이 증가되는 경향을 보였다. 또한, 경골에서 OVX+HRG 군에서는 BS/BV, Tb.Pf, SMI는 감소되는 경향을 보였다. 위의 결과를 종합하여 보면 다음과 같다. 이 연구를 통하여 흰쥐에서 난소절제 수술 후 골손실이 일어난다는 사실을 확인하였다. 이런 골다공증에서 일어나는 골손실은 홍삼 투여 후에 감소하였다. 특히, OVX+LRG 군에서는 네 번째 요 척추골에서 골손실 보호 효과를 나타내었고 OVX+HRG 군에서는 경골에서 골손실 보호 효과를 나타내었다. 따라서 본 연구의 결과는 골다공증의 발병과 관련된 골손실에 대해 부분적으로 홍삼의 보호 작용이 있음을 제시하고 있으며, 이는 골다공증 예방에서 홍삼의 이용에 관한 기초자료가 될 것으로 생각된다.; 1. Increase in the body weight of rats treated with OVX+LRG and OVX+HRG groups were almost the same as that OVX control group during the experimental period. Hence, body weight gain of ovariectomized groups was not prevented by red ginseng administration. Ovariectomy induced uterus atrophy was decreased significantly compared to Sham. Uterine weight was significaltly increased in red ginseng treated groups compared to OVX control group but remained significantly lower than that of the Sham group. 2. The serum alkaline phosphatase (ALP) and calcium in OVX group were increased when compared to Sham group. But ALP and Calcium did not represent significant differences in red ginseng treatment groups. In the urinary calcium of OVX+LRG and OVX+HRG groups was respectively decreased in 54.7%, 35.8% compared to OVX control group but remained higher than that of the Sham group. Also DPD in the OVX+LRG group was decreased in 21.5% compared to OVX control group but remained higher than that of the Sham group. 3. In fourth lumbar legion, OVX+LRG group represented that trabecular bone volume fraction (BV/TV) and bone mineral density (BMD) was slightly increased compared to OVX control group. Also, trabecular separation (Tb.Sp) and bone surface/bone volume (BS/BV) of OVX+LRG group was slightly decreased in fourth lumbar legion compared to OVX control group. 4. In proximal tibia legion, OVX+HRG group represented that trabecular bone (Tb.N) was slightly increased compared to OVX control group. Also, bone surface/bone volume (BS/BV), trabecular pattern factor (Tb.Pf) and structure model index (SMI) of OVX+HRG group was slightly decreased compared to OVX control group. In conclusion, I confirmed that bilateral ovariectomy induced osteoporotic change in lumbar trabecula and proximal tibia of rats and these osteoporotic change in rats could be prevented by 100 and 500 mg/kg dose of red ginseng. Especially, red ginseng 100 and 500mg/kg administration represented some preventive effects on osteoporotic change of 4th lumbar spine and proximal tibia, respectively. Therefore, these findings suggest that red ginseng may be beneficial in preventing the early stage of osteoporotic change in rats.; Osteoporosis with its accompanying decrease in bone mass is widely recognized as a major public health problem. The most dramatic expression of the decrease is represented by fractures of the fourth lumbar trabecula and proximal tibia. A decrease in bone mass with aging may be due to decreased bone formation and increased bone resorption. Pharmacological and nutritional factors may prevent bone loss with increasing age. Recent studies have shown that chemical compounds in food and plants as red ginseng have a role in the regulation of bone metabolism and in the prevention of osteoporosis. Red ginseng is frequently used as a traditional medicine, taken orally, in China, Korea, Japan and other Asian countries. The major components of ginseng, the ginsenosides, have been reported to show various biological activities, including immunomodulatory and antitumor effects, prevention of bone loss. Red ginseng is reported to prevent bone loss in both osteoporotic women and osteoporotic rat model. However, the role of red ginseng on the trabecular microarchitectural properties needs to be explored. The aim of the present study is to investigate the preventive effect of ethanol extract of red ginseng on ovariectomy (OVX)-induced bone loss in rats. Sprague-Dawley rats were divided into sham-operated (Sham) and ovariectomy-operated (OVX) groups. The OVX groups were divided into three groups, OVX control, low dose red ginseng (OVX+LRG, 100 mg/kg, p.o., 6 times per weeks), high dose red ginseng (OVX+HRG, 500 mg/kg, p.o., 6 times per weeks) for 12 weeks. At week 6 and week 12 after treatment calcium, alkaline phosphatase and inorganic phosphorus in serum and calcium, deoxypyridinoline (DPD), DPD/creatinine ratio in urine were measured. Also, Bone parameters were assayed by microcomputed tomography (micro CT) analysis at 6 weeks and 12 weeks. Histological finding was investigated at 12 weeks. The results were as follows