Acute Oral Toxicity of Root of Polygala teunifolia Willd. Extract

원지(Root of Polygala teunifolia Willd.) 추출물의 급성 경구투여 독성 연구

Abstract

Objectives: In this study, it was carried out to evaluate the acute oral toxicity of Root of Polygala teunifolia Willd. in Sprague-Dawley (SD) rats. Methods: Male and female rats were administered orally with Root of Polygala teunifolia Willd. water extract of 1,000 mg/kg (low dosage group), 2,000 mg/kg (middle dosage group) and 4,000 mg/kg (high dosage group). We daily observed number of deaths, clinical signs and gross findings for 7 days. After 7 days, we measured body and organs weight. Also we analyzed hematological changes. Results: No dead SD rats and no clinical signs were found during the experiment period. Also other specific changes were not found between control and treated groups in hematology and serum biochemistry. But we found out histopathological changes in liver fat tissues of female. In addition, there were no significant changes of gross body and individual organs weight. Conclusions: These results suggest that water soluble extract of Root of Polygala teunifolia Willd. has not acute oral toxicity and oral $LD_{50}$ value was over 4,000 mg/kg in SD rats.

I. 서론

생활수준이 향상되고 경제적으로 안정된 사회계층이 증가함에 따라 건강과 질병예방에 대한 관심이 사회적으로 증가하고 있으며, 이에 따른 건강관련 제품도 다양한 수요에 따라 증가하는 추세에 있다1,2). 오늘날의 건강과 웰빙에 대한 각계의 관심은 한약 및 생약에 대한 일반적인 관심뿐만 아니라 전통적인 한약 처방과 배합에 대해서도 전문가와 일반인을 막론하고 관심의 대상으로 떠오르고 있다3). 이러한 관심으로 인한 다양한 한약과 생약을 원료로 하는 기능성 식품 및 천연 의약품 시장이 날로 증가하고 있으며4), 이에 따른 부작용과 오남용으로 인한 문제 또한 증가하고 있는 추세이다5,6). 그러나 천연물 유래 식품원료로써의 생약과 한약은 오랜 기간 사용되어 왔기에 안전할 것이라는 인식이 일반적이며, 그 독성과 부작용에 대한 과학적인 근거가 확보되지 않아 국민 건강을 위협하는 잠재적 요소로 내재되어 있다7). 뿐만 아니라 잘못 전달된 한약 및 천연물에 대한 지식으로 부작용 등 피해 사례가 점차 증가하고 있다. 따라서 천연물 유래 식품원료인 생약과 한약에 대한 과학적 검증을 실시하고 이를 통하여 안전성과 유효성을 확보함으로써, 이에 대한 체계적인 관리 시스템을 구축할 필요가 있다8).

특히 원지는 일찍이 고대 한의 처방에서 다양하게 응용되어 왔을 뿐만 아니라 오늘날에도 제한적 식품원료로 사용되고 있어 그 활용빈도가 점차로 증가하고 있는 추세이다9). 최신의 연구에 따르면 원지는 뇌 신경세포를 보호하고 염증을 억제하는 효과를 가지는 것으로 밝혀졌으며10), 치매나 뇌혈관질환으로 인한 증상에도 일부 효과가 입증되고 있다11,12). 이와 같이 원지의 뇌신경 및 뇌질환에 대한 치료효과는 전통적인 치료법에서도 자주 사용되었던 적응증에 정확하게 부합하는 것이다. 또한 최근에는 염증매개 물질인 TNF-a, IL-1, NO, ROS 등을 억제함으로써 대사증후군을 예방하는 효과가 있는 것으로 알려지고 있어 더욱 관심의 대상이 되고 있다10-12).

원지는 원지과(Polygalaceae)에 속한 다년생 식물인 원지(Polygala teunifolia Willd.) 또는 시베리아 원지(P. sibirica L.) 및 신강 원지(P. hybrida DC.)의 뿌리를 사용하며, 細草, 棘菀, 葽繞, 小草根, 醒心杖, 小鷄腿, 小鷄眼 등의 이명으로 불린다9,13). 원지의 성질은 미온(微溫)하고, 맛은 신고(辛苦)하며, 폐, 심장, 신장 등에 주로 작용하여 영심안신(寧心安神), 거담개규(祛痰開竅), 해독소종(解毒消腫) 하는 작용이 있어 심신불안, 경계실면, 건망 등의 긴장성 신경질환을 치료하는 효능이 있으며, 해수담다(咳嗽痰多), 옹저발배(癰疽發背), 유방창통(乳房脹痛) 등의 장부 기능저하로 인한 염증성 질환에도 효과가 있는 약물로 알려져 있다9). 주요 약리활성 성분으로는 tenuigenin, tenuifolin, onjisaponin, polygalitol 등을 함유하고 있으며, 중추신경안정, 항경궐, 혈압강하 등의 효능이 알려져 있다14). 이와 같이 원지는 오늘날에도 다양한 한방질환에 단방 또는 복방으로 사용되고 있으며, 전통적 활용방법에 대한 현대적 해석과 연구가 다양하게 이루어지고 있으므로, 안전성에 대한 기초자료의 확보가 시급하다고 할 수 있다.

본 연구에서는 한약 및 제한적 식품원료로 사용되는 원지의 안전성에 대한 과학적 근거를 확보하기 위해 식품의약품안정청 ‘비임상시험관리기준(식약청고시 제2012-61)’ 및 ‘의약품등의 독성시험기준(식약청고시 제2012-86)’에 따라 단회 투여독성시험을 수행하였다.

 

II. 재료 및 방법

1. 실험용 약재 선정

본 연구에 사용된 원지(Polygala teunifolia Willd.)는 (주)퓨어마인드(yongchoen, Korea) 에서 구입하였으며, 한약 생약규격집을 근거로 중앙약사심의원회 한약분과 감별위원의 감별을 받아 사용하였다.

2. 실험용 추출물 제조

본 연구에서는 원지의 일반적인 경구 투여에서 가장 빈번하게 나타나는 열수추출물에 대한 실험을 진행하였으며, 이를 위하여 원지 500 g을 추출기에 넣고 증류수를 4 L를 넣은 후, 약 110℃로 4시간동안 추출하고 나온 추출액을 병에 담았다. 열이 적당히 식으면 여과지로 여과하여 냉동으로 보관하고 추출액을 감압농축기로 농축을 실시하였다. 농축된 시료를 동결건조기로 약 3일 동안 동결건조 하여 실험에 사용하였다.

3. 실험동물

동물은 생후 주된 150~180 g의 SD(Sprague-Dawley) Rat를 (주)오리엔트 바이오에서 구입하여 2주간 안정시킨 뒤 실험동물로 사용하다. 사료(실험동물용 고형사료)와 물은 자유롭게 먹도록 유지하며, 사육장의 온도는 21~24℃, 상대습도는 40~80%로 유지하고, 12시간마다 낮과 밤이 반복되도록 사육장 내 빛을 조절하여 사육하였다.

4. 시험군 구성 및 투여량 설정

1) 시험군의 구성(Table 1)

Table 1.Configuration of the Test Group

2) 투여량 설정

본 시험은 ‘비임상시험관리기준(식약청 고시 제2012-61)’ 및 ‘의약품등의 독성시험기준(식약청고시 제2012-86)’을 바탕으로 실험을 수행하였다. 이에 따르면 강제 경구 투여 시 기술적으로 투여하는 용량은 1,000~2,000 mg/kg이나, 예외적인 경우에는 5,000 mg/kg까지 투약이 가능하다. 생약의 경우 합성약과는 다르게 다량으로 오랫동안 섭취하기 때문에 최고용량을 2,000 mg/kg의 배수인 4,000 mg/kg으로 설정하였고, 용량결정시험에서는 4,000 mg/kg 을 포함하여, 저용량 1,000 mg/kg과 중용량 2,000 mg/kg으로 설정하여, 총 3단계의 용량을 처리하기로 하였다.

3) 군분리 잔여동물 처리

순화기간 중 건강한 것으로 판정된 동물들의 체중을 측정하고, 평균체에 가까운 동물들을 암수 각각 48마리씩 선택하였다. 선택한 동물들은 순위화한 체중에 따라 ‘시험군의 구성’표에 명시된 동물수가 되도록 하였다. 군 분리 후 잔여동물은 안락사 시켰다.

5. 시험 방법

1) 본 시험물질은 임상 적용 시 경구를 통하여 섭취하고 있으므로, 시험물질과 용매대조물질을 존데를 이용하여 경구로 투여하였다.

2) 시험물질 및 용매대조물질은 투여전 체중을 측정하여 투여량(10 ml/kg)을 환산하여, 1일 1회, 단회 투여 후 일주일 동안 관찰하였다.

3) 시험물질을 투여한 모든 동물에 대하여 1일 2회(오전 10:00 이전, 오후 14:00 이후) 빈사동물 및 사망여부를 확인하고, 외관적 이상 및 임상증상, 이상 징후의 발생여부와 그 정도를 관찰하였다.

4) 부 검

계획도살 동물에 대하여 혈액학적 검사를 실시하였다. 동물을 하룻밤 절식시킨 후 동물전용 마취제(Zoletil 50, (주)버박코리아)로 마취 후 개복하여, 복대 동맥을 방혈 및 치사시켜 장기조직을 육안으로 검사하였다.

6. 검사항목

1) 혈청생화학적 검사

혈액학적 검사를 실시한 동물에 대하여 혈청생화학적 검사를 실시하였다. 복대동맥으로부터 채혈된 혈액을 3,000 rpm, 15분간 원심분리하여 얻은 혈청을 이용하여 다음과 같은 항목에 대해 측정하였다(Table 2).

Table 2.Serum Biochemical Value Test Items

2) 혈액학적 검사

계획도살 동물에 대하여 혈액학적 검사를 실시하였다. 동물을 하룻밤 절식시킨 후 동물전용 마취제(Zoletil 50, (주)버박코리아)로 마취 후 개복하여, 복대동맥으로부터 채혈한 혈액을 이용하여 다음의 항목을 측정하였다(Table 3).

Table 3.Hematological Value Test Items

3) 장기중량 측정

부검 후 다음의 장기를 적출하여 전자저울을 이용하여 측정하였으며, 실측치(절대중량)를 측정하고, 체중에 대한 비(상대중량)도 계산하였다. 또한, 양측정 장기는 모두 측정하였다(Table 4).

Table 4.Organ Weights Test Items

7. 통계처리 및 결과 판정

본 시험에서 얻은 측정치들은 ANOVA 분석을 실시한 후, 유의성이 인정될 경우 Dunnett’s t-test를 실행하여 대조군과 각 용량군 간의 통계학적 유의성을 검정하였다(p<0.05).

 

III. 결 과

1. 사망률 임상증상 관찰

원지 물추출물을 이용한 단회투여 독성시험에서, 단회 투여 후 일주일 동안 관찰한 결과 시험물질로 인한 폐사 및 특이적인 임상증상은 관찰되지 않았다.

2. 음수율 및 사료섭취량

시험 전 기간 동안 대조군과 비교하여 시험물질 투여로 인한 유의성 있는 음수율 및 사료섭취량 변화는 관찰되지 않았다.

3. 체중 및 장기중량 측정

순화기간 후 Rat를 군 분리하여 0, 1.0, 2.0, 4.0 g/kg의 원지 물추출물을 각각 단회 경구투여한 후, 일주일 뒤 부검을 실시하였다. 수컷 Rat의 부검 시 체중은 대조군은 220.40±14.66 g, 1.0 g/kg 군은 217.34±20.52 g, 2.0 g/kg군은 208.14±8.20 g, 4.0 g/kg 군은 211.33±9.32 g이며, 시험물질 투여로 인한 유의성 있는 체중변화는 관찰되지 않았다. 또한 부검 시 장기중량 및 상대중량을 측정한 결과, 대조군과 시험물질 투여군 간에 통계학적인 유의성을 관찰할 수 없었다(Table 5-1, 5-2).

Table 5-1.Values are Presented as the Means±Standard Deviations.

Table 5-2.Values are Presented as the Means±S.D. Relative Weight; Ratio to Body Weight × 100 (%)

암컷 Rat의 부검 시 체중은 대조군은 165.00±12.67 g, 1.0 g/kg군은 158.84±8.08 g, 2.0 g/kg군은 166.79±1.71 g, 4.0 g/kg군은 164.90±10.86 g이며, 시험물질 투여로 인한 유의성 있는 체중변화는 관찰되지 않았다. 또한 부검 시 장기중량 상대중량을 측정한 결과, 대조군과 시험물질 투여군 간에 통계학적인 유의성을 관찰할 수 없었다(Table 6-1, 6-2).

Table 6-1.Values are Presented as the Means±Standard Deviations.

Table 6-2.Values are Presented as the Means±S.D.Relative Weight; Ratio to Body Weight × 100 (%)

4. 혈액학적 검사

수컷 Rat에 0, 1.0, 2.0, 4.0 g/kg의 원지 물추출물을 각각 단회 경구투여한 후, 일주일 뒤 부검을 실시하였다. 부검 후 복대동맥으로부터 채혈한 혈액을 이용하여 적혈구수(WBC), 적혈구수(RBC), 혈색소량(HGB) 등을 측정하였다. 그 결과 대조군과 시험물질 투여군 간의 통계적인 유의성을 관찰 할 수 없었다(Table 7).

Table 7.Values are Presented as the Means±Standard Deviations.WBC : White Blood Cell Count, RBC : Red Blood Cell Count, HGB : Hemoglobin Concentration, HCT : Hematocrit, MCV : Mean Corpuscular Hemoglobin, MCH : Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration, CHCM : Cellular Hemoglobin Concentration Mean, CH : Cellular Hemoglobin, RDW : Red Cell Distribution Width, HDW : Hemoglobin Distribution Width, PLT : Platelet, MPV : Mean Plasma Volume

암컷 Rat에 0, 1.0, 2.0, 4.0 g/kg의 원지 물추출물을 각각 단회 경구투여한 후, 일주일 뒤 부검을 실시하였다. 부검 후 복대동맥으로부터 채혈한 혈액을 이용하여 적혈구수(WBC), 적혈구수(RBC), 혈색소량(HGB) 등을 측정하였다. 그 결과 대조군과 시험물질 투여군 간의 통계적인 유의성을 관찰 할 수 없었다(Table 8).

Table 8.Values are Presented as the Means±Standard Deviations.WBC : White Blood Cell Count, RBC : Red Blood Cell Count, HGB : Hemoglobin Concentration, HCT : Hematocrit, MCV : Mean Corpuscular Hemoglobin, MCH : Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration, CHCM : Cellular Hemoglobin Concentration Mean, CH : Cellular Hemoglobin, RDW : Red Cell Distribution Width, HDW : Hemoglobin Distribution Width, PLT : Platelet, MPV : Mean Plasma Volume

5. 혈액생화학적 검사

수컷 Rat에 0, 1.0, 2.0, 4.0 g/kg의 원지 물추출물을 각각 단회 경구투여한 후, 일주일 뒤 부검을 실시하였다. 부검 후 복대동맥으로부터 채혈한 혈액을 원심분리하여 얻은 혈청을 이용하여 아스파테이트 아미노기전이효소(AST), 알라닌 아미노기전이효소(ALT), 젖산 탈수효소(LDH) 등을 측정하였다. 그 결과 대조군과 시험물질 투여군 간의 통계적인 유의성을 관찰 할 수 없었다(Table 9).

Table 9.Values are Presented as the Means±Standard Deviations.AST : Aspartate Aminotransferase, ALT : Alanine Aminotransferase, LDH : Lactate Dehydrogenase, ALP : Alkaline Phosphatase, BUN : Blood Urea Nitrogen, CREA : Creatinine

암컷 Rat에 0, 1.0, 2.0, 4.0 g/kg의 원지 물추출물을 각각 단회 경구투여한 후, 일주일 뒤 부검을 실시하였다. 부검 후 복대동맥으로부터 채혈한 혈액을 원심분 리하여 얻은 혈청을 이용하여 아스파테이트 아미노기전이효소(AST), 알라닌 아미노기전이효소(ALT), 젖산 탈수효소(LDH) 등을 측정하였다. 그 결과 대조군과 시험물질 투여군 간의 통계적인 유의성을 관찰 할 수 없었다(Table 10).

Table 10.Values are Presented as the Means±Standard Deviations.AST : Aspartate Aminotransferase, ALT : Alanine Aminotransferase, LDH : Lactate Dehydrogenase, ALP : Alkaline Phosphatase, BUN : Blood Urea Nitrogen, CREA : Creatinine

6. 병리학적 독성평가

원지 물추출물을 단회투여한 후, 부검을 실시하였다. 부검 후 적출한 모든 장기를 조직병리로 판독한 결과, 수컷에서는 특이적인 병변을 관찰할 수 없었다. 모든 암컷에서는 간세포의 지방변화를 관찰할 수 있었으며(Fig. 1), 그 정도는 미약하지만 대조군의 간 조직에서는 나타나지 않는 특이적인 변화로 주목할 필요가 있다. 또한 암컷 한 예에서는 신장의 Nephropathy가 관찰되었으나 이는 비특이적인 병변으로 사료된다.

Fig. 1.Histopathological Change of Female and Male Rats Treated with Root of Polygala teunifolia Willd. (A, B : Control; C, D : Female 4g/kg; E, F : Male 4g/kg) 【A, C, E(50X), B, D, F(200X)】

 

IV. 고 찰

한약 및 생약은 약용자원으로써 뿐만 아니라 주요한 식품자원으로써 그 범위와 빈도가 점차 증가하고 있다. 특히 국내에서 의약품으로 관리되는 514종 한약재 중 한약과 식품 겸용으로 관리되는 품목은 117종에 달하며15,16), 특별한 규제없이 일반에서 구매와 사용이 가능한 실정이다. 그러나 지금까지 경험적인 사용법과 용량에 의존하여 왔을 뿐, 이들 생약에 대하여 과학적인 근거를 제시하지 못하고 있다. 따라서 천연물 유래 생약 및 한약의 안전성에 대한 지속적이고 체계적인 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.

원지는 뇌혈관 질환을 비롯한 알츠하이머 등 퇴행성 뇌질환에 대한 효과가 속속 입증되고 있다11,12,17). 다만 국내에서는 전통적인 한방처방인 ‘총명탕(聰明湯)’의 주요 구성 약물 중 하나로써, 한약 처방의 명칭으로 인한 오해 때문에 본래의 용도인 뇌혈관질환 및 그로 인한 후유증에 사용되어야 할 약물이 이와 관련 없는 청소년들의 보약으로 오인되어 사용되는 경우가 빈번하게 발생하고 있어 그로 인한 오남용 또한 우려되는 상황에 있다18). 따라서 원지의 안전성에 대한 과학적 검증이 반드시 필요한 상황이라고 하겠다.

본 연구에서는 단회투여독성평가에 따른 사망률, 임상증상, 음수율, 식이율, 체중 및 장기 중량 변화, 혈액학적 검사 및 혈액생화학적 검사, 해부병리학적 조직 검사 등을 암수별 시험군으로 나누어 수행함으로써 연구결과에 대한 근거를 명확하게 제시하고자 하였다.

결과에서 알 수 있듯이 시험기간 중 사망한 개체가 없어 LD50의 산출은 불가 하였으며, 기본적인 임상증상이나 이상 소견은 관찰되지 않았다. 또한 체중의 변화나 개별 장기의 중량변화는 대조군과 비교하여 유의성이 관찰되지 않았으며, 혈액검사 영역에서도 유의성 있는 변화가 관찰되지는 않았으나, AST가 female군에서 농도 의존적으로 증가하는 것을 알 수 있으며, 농도가 4.0 g/kg 이상 일 때는 특정 수준에서 큰 변동이 없는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 원지의 투여량을 결정하거나 최대 사용량을 결정할 때 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 Rat 장기조직에 대한 병리학적 검사에서 일부 간조직의 지방변성이 관찰되었으며, 암컷에 국한되는 결과를 나타내었다. 이 같은 결과는 특히 전통적으로 원지가 귀비탕(歸脾湯), 도담탕(痰湯), 독활탕(獨活湯), 속명자산(續命煮散), 복신산(茯神散) 등의 구성 약물로써 각종 부인과 질환에 자주 활용되어 온 것과도 관련이 있을 것으로 추정되며, 원지의 사용법 및 적응증을 규정하는데 있어서 중요한 기초자료가 될 수 있을 것으로 사료된다20). 이에 대해서는 본 연구를 토대로 이와 관련된 추가적인 연구가 뒷받침 되어야 할 것으로 보인다.

 

V. 결 론

전통적으로 원지는 한의학 처방에서 뇌신경질환, 심혈관질환, 부인과질환 등에서 다양하게 적용되어 왔다. 최신의 연구 성과 에서도 이 같은 효능과 작용기전 등이 속속 밝혀지고 있는 추세이며, 이에 따른 활용도 또한 지속적으로 증가하고 있다. 이에 원지에 대한 안전성과 의약품 및 식품원료로써의 체계적인 관리를 위한 기초자료로써 경구투여 독성에 대한 연구를 진행하였다.

본 연구의 결과로 볼 때 원지가 경구 투여에 있어 비교적 안전한 물질인 것으로 판단할 수 있으며, 일반적인 이상소견이나 해부학적, 혈액학적으로 중대한 이상반응이 관찰되지는 않았다. 그러나 단회 경구투여 급성독성시험만으로 천연물 생약에 대한 독성 유무를 판단하기에는 일정부분 제약이 있다19). 추가적으로 2주(또는 4주) 반복 경구투여 독성시험 및 13주 반복 경구투여 독성시험 그리고 유전독성에 대한 연구들이 순차적으로 수행되어야 할 것이며, 이를 통하여 원지에 대한 체계적인 독성정보를 구축함으로써 보다 정확하고 과학적 근거에 입각한 안전성 자료가 확보될 수 있을 것으로 기대한다.