Journal of Biomedical Engineering Research (대한의용생체공학회:의공학회지)

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Effects of Ultraviolet Blood Irradiation in a Type 1 Diabetic Rabbit

제1형 당뇨토끼에서 자외선 혈액 조사 효과

  • Received : 2019.01.29
  • Accepted : 2019.05.27
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

The purpose of this study is to evaluate the effects of ultraviolet blood irradiation on the blood when a low dose of ultraviolet (UV) C is directly irradiated to the blood in a diabetic rabbit model and to evaluate the effects on treatment for diabetes. This study results indicate that the reduced body weight is increased and blood glucose levels are significantly reduced after the UBI treatment is performed when compared to those prior to the UBI treatment. In addition, $HCO_3{^-}$ levels and blood pH were elevated and lowered, respectively. When the UBI treatment is performed in a diabetic rabbit model, in this result indicate that blood glucose levels are reduced.

Keywords

I. 서론

인류의 의학역사상 20세기 이후 가장 획기적인 발명은 감염병을 근본적으로 치료할 수 있는 페니실린으로 대표되는 각종 항생제, 스테로이드 제재와 예방 백신이라 할 수 있다. 그러나 항생제와 스테로이드 제재의 발명은 급성 염증 질환에서 아주 큰 효과를 보였으나 항생제에 의한 내성균의 발생과 스테로이드 호르몬의 역효과 등의 부작용 발생하고 있다. 현재 21세기의 의학은 유전자 분석과 줄기 세포를 이용하여 치료하기 어렵던 난치병과 희귀한 질환을 치료할 수 있는 고도화된 전문적 치료법들이 개발되고 있으나 이와 같은 전문적 치료법으로도 해결할 수 없는 여러 질병들 또한 여전히 많이 존재하고 있으며 이전에는 없었던 새로운 질병들이 많이 발생하여 어떠한 항생제에도 듣지 않는 내성균의 발현 및 현대 의학으로도 잘 규명되지 않고 치료되지 않는 여러 증후군들이 발생하고 있다[1-5]. 이와 같이 약물 치료와 유전적 치료 방법의 한계가 드러나자 새로운 치료방법에 대한 관심이 부상되기 시작하였다. 새로운 치료법으로 자외선을 이용한 치료법은 1950년대까지 미국을 비롯한 서방국가에 서 연구되고 임상 치료까지 시도하였으나 페니실린으로 대표되는 항생제와 스테로이드 호르몬제제의 발명 이후 미국 등 서방국가에서는 사장되었으나 독일과 러시아 등에서 활발한 연구와 임상시험을 통하여 의료기술의 한 분야로 자리 잡고 있다[6-10]. 1980과 1990년대에 이후 감염병과 만성자가면역질환 등에서 항생제나 스테로이드 치료의 한계가 드러나게 되자 자외선을 이용한 치료 방법에 대한 받게 되었으며 최근 독일, 미국, 러시아, 중국 등 여러 국가에서는 이 치료법에 대한 연구를 진행하며 임상 치료법으로 개발하고 있는 상황이다[11-15]. 세계적으로 이 치료법에 대한 연구는 활발히 진행 중에 있으나 치료법의 근원적인 단일 기전에 대한 결론은 아직까지는 전무한 실정이며 다만 치료자체에 대한 임상적 연구는 아주 많이 진행되어 왔고 수 천 건 이상의 연구 논문이 발표되고 있다[16-21].

당뇨병은 인슐린과 글루카곤(glucagon), 글루코코르티코이드(glucocorticoid) 등 당질의 대사에 관여하는 호르몬의 이상이나 작용경로의 비정상적 반응으로 당질대사 장애가 초래되어 고혈당을 나타내는 질환이다[22,23]. 당뇨병은 고혈당이 특징이지만 탄수화물, 단백질 및 지방 및 전해질 등의 대사조절기능의 광범위한 이상을 초래하여 각종 만성 퇴행성질환의 증가와 밀접한 연관이 있다[24]. 당뇨병은 대표적인 만성대사성질환으로 유병율이 매우 높기 때문에 사회적 문제점을 야기할 수 있는 질환으로 대두되어 있다. 당뇨병은 특정지역(endemic) 한계를 넘어 세계 전역의 유행병(epidemic)상태에 이르고 있다[25,26]. 한국인 당뇨병의 발생률은 서양에 비하여 매우 낮은 편이나, 최근 식생활, 환경 및 생활 습관의 변화로 점차 발생 빈도가 증가하고 있다[26,27]. 허 등의 연구 결과를 보면 한국인의 최대 인슐린 분비능은 서구인에 비해 절반 정도에 불과하여 혈당 인슐린 반응 곡선에 있어서 더 낮은 농도의 혈당치에서 인슐린 분비감소가 시작되며 한국인은 인슐린 분비능이 선천적·후천적으로 서양인보다 적어 경한 인슐린저항성 상태에서도 극복 못하고 쉽게 당뇨병으로 이환 된다고 보고하였다[28,29]. 당뇨병 환자에서 고혈당이 지속되면 당뇨병성 망막병증, 신경병증 및 신증 등 이차 합병증을 초래하는 것으로 알려져 있어서 당뇨병환자의 치료에서 혈당의 조절이 가장 중요한 요소라 할 수 있다[30,31]. 현대 의학의 발달에도 불구하고 당뇨병에 대한 완치법이 아직까지 개발되지 못하고 있으며, 식사요법, 운동요법, 약물요법 및 인슐린 주사요법 등이 당뇨병 치료 방법으로 이용되고 있으며, 새로운 당뇨병 치료 개발을 위한 많은 연구가 진행 중에 있다[32-34]. 이와 같이 당뇨병 치료를 위한 경구혈당강하제와 인슐린 제형이 꾸준히 새롭게 개발되고 있으나, 한번 병에 이환 되면 완치가 되지 않는 만성질환으로서 심각한 문제를 야기하고 있다[35].

이에 본 연구에서는 심각한 문제를 야기하는 당뇨병을 극복하기 위하여 인슐린 등과 같은 약물요법을 이용하지 않고 자외선을 이용한 물리적 방법을 이용하여 자외선 혈액 조사가 당뇨에 미치는 영향을 평가하고자 하였다.

II. 실험방법

본 연구에서 혈액에 대한 자외선 조사가 당뇨유발동물모델에서 미치는 영향을 파악하기 위하여 자외선혈액조사기(ultraviolet blood irradiation (UBI) device)를 자체 제작하였다. 그림 1은 제작한 자외선혈액조사기의 간단한 개략도와 사진을 보여주고 있다. 장치를 간단히 설명하면 중앙에는 수정관을 고정하기 위한 고정 지그를 설치하였으며 지그의 좌우 양쪽에 자외선램프(ultraviolet lamp)를 설치하였다. 좌우 양쪽의 자외선램프는 중앙의 지그로부터 5 mm에서 최대 120 mm까지 거리 조절이 가능하도록 설계하였으며 지그 양쪽의 자외선램프는 지그와 평행하게 설치하였다. 그 이유는 램프로부터 조사되는 광원의 강도를 측정하였을 때 램프와 180° 수평일 때 광원의 강도는 최고를 보이기 때문이다. 사용한 자외선램프는 260 nm 영역의 파장대(UV-C)를 갖는 G4T5 TUV 4W Germicidal Fluorescent Light Bulb(Philips, USA)를 사용하였으며 수정관은 길이가 150 mm, 두께가 1 mm 그리고 내경이 2 mm가 되도록 원형관을 제작하여 사용하였다. Cuvette의 양쪽 끝부분에는 주사기를 연결할 수 있도록 하였으며 채혈한 혈액에 자외선을 조사하기 위하여 수정관의 한쪽에는 유입 주사기 연결부에 연결하고 정량펌프를 사용하여 일정한 유속으로 관을 통과하도록 하였다. 수정관에서 자외선 혈액 조사가 이루어지도록 하였으며 자외선 조사를 마친 혈액은 관의 다른 한쪽에는 주사기에 모아지도록 하였다. 거리에 따른 자외선램프로부터 조사되는 광원의 강도와 수정관의 두께에 따른 자외선 투과 강도를 측정기 위하여 수정관 두께는 1 mm에서 4 mm로 하였으며 램프와 수정관의 거리를 5 mm 부터 100 mm까지 간격을 조절하여 각각의 지점에서 자외선 투과 강도를 측정하였다. 자외선 투과 강도를 측정하기 위하여 수정관 표면에 ST-512 UV Light meter (Sentry Optronics Corp. Taiwan)를 사용하여 투과 강도를 측정하였다.

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그림 1. 자외선 혈액 조사기의 개략도 및 사진.

Fig. 1. Schematic illustration and photographic of the ultraviolet blood irradiation device.

본 연구에서는 체중이 2-2.5 kg New Zealand white 토끼 25마리를 사용하였다. 모든 토끼는 전용 사육 케이지에 사육하고 습도, 온도(22 ± 2°C) 및 12 시간의 명암주기 조건을 유지했다. 음식과 물은 자유롭게 제공되었다. 모든 실험은 전북대학교 실험동물윤리규정(CBU2013-0010)에 의하여 진행하였다. 실험에는 총 4개의 군으로 첫 번째 군으로는 10마리의 당뇨군으로 자외선혈액조사 시술군, 두 번째 군으로는 6마리의 당뇨군으로 자외선혈액조사 미시술군, 세 번째 군으로는 5마리의 정상군으로 자외선혈액조사 시술군과 네 번째군으로는 4마리의 정상군으로 자외선혈액조사 미시술군으로 구분하였다. 당뇨를 유발시키기 위하여 알록산(alloxan monohydrate, A7413, Aldrich) 110 mg/kg을 귀 정맥을 통하여 주사하였으며 2시간 경과 후, 5% Dextrose을 귀 정맥을 통하여 주사하였다. 알록산 주사 72시간이 경과 후 혈액을 채혈하여 당뇨유발 유무를 확인하였다. 알록산 주사 72시간이 경과 후, 당뇨가 유발된 것을 확인한 후 1주일 후부터 자외선혈액조사 시술을 실시하였다. 처음 2주 동안은 주2회 시술을 시행하였으며 3주부터는 주1회 시술을 시행하며 총 8회의 시술을 시행하였다. 자외선혈액조사 시술을 간단히 설명하면, 10 ml의 혈액을 채혈한 후, 채혈한 혈액에 10.290 J/cm2 강도의 자외선을 10초 동안 조사한 다음 채혈한 토끼에 다시 자가 수혈하였다. 이 때 혈액의 변성을 방지하기 위하여 항응고제인 Sodium Citrate 용액(BOIN ACDA SOLN, SBD Co., Ltd.)을 사용하였다.

혈액 분석을 실시하기 위하여 자외선혈액조사 시술을 시행하기 전, 채혈한 혈액 1 ml을 혈액가스분석기(Nova Stat Profile® pHOx® Ultraanalyzer, NOVA Biomedical Corp., Waltham, MA, USA)를 사용하여 혈액 내 가스분압 (pCO2, pO2, SO2), pH와 혈액 내 이온 농도(Mg2+, Ca2+, K+ , Cl-)를 측정하였으며 anion gap 농도는 Na+ - (Cl- + HCO3-) 식을 이용하여 계산하였다[46]. 또한 혈액 내 생화학분석을 실시하기 위하여 혈액생화학분석기(Model 7020 auto analyzer, Hitachi, Tokyo, Japan)를 사용하였다. 혈청을 분리하기 위하여 2000 G, 5분 동안 원심 분리하였다. 혈액생화학분석기를 사용하여 혈청의 글루코오스(glucose, Glu), 알라닌 아미노전이효소(alanine aminotransferase, ALT), 아스파르테이트아미노전이효소(aspartate aminotransferase, AST), 알카리포스포테이즈(alkaline phosphatase, ALP), 젖산탈수소효소(lactate dehydrogenase, LDH), 크레아티닌 키나제(creatinine kinase, CK), 알부민(albumin), 총 콜레스테롤(total cholesterol, TC), 총 단백질(total protein, TP), 중성 지방(triglyceride, TG), 고밀도 지질 단백질(high-density lipoprotein, HDL), 저밀도 지질 단백질(low density lipoprotein, LDL), 크레아티닌(creatinine, CRE), 혈액 요소 질소(blood urea nitrogen, BUN)과 요산(uric acid, UA)를 측정하였으며 삼투질농도(Osmolality, Osm)는 1.86 × Na+ + (Glucose/18) + (BUN/2.8) + 9) 식을 이용하여 계산 하였다[36].

데이터는 평균의 평균±표준 오차(SEMs)로 표현하였으며 그룹 간의 차이는 Bonferroni post hoc test를 이용한 분산 분석(ANOVA) Prism 5.03 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA)을 사용하여 Spearman의 순위 상관 계수를 계산하여 평가하였다. 통계적 유의성은 p<0.05로 설정하였다.

III. 결과 및 고찰

그림 2는 다양한 두께의 수정관과 자외선램프와의 간격에 따른 자외선 투과 강도를 측정한 결과이다. 그림과 같이 수정관이 없는 상태에서 자외선램프로부터 조사되는 자외선 강도는 광원으로부터 멀어질수록 다음과 같은 함수(Intensity of illumination = 14.476 × exp(-x/19.6) + 0.98 (R2 : 0.99738))로 감소하는 경향을 보였다. 자외선 램프로부터 10 mm 간격의 지점에서의 투과강도를 측정한 결과, 수정관이 없을 때에는 자외선 강도는 9.531±0.2759 mW/cm2 이었으나 1 mm 두께의 수정관을 통과하는 자외선 강도는 8.575±0.3563 mW/cm2 로 10% 감소하였으며 2, 3와 4 mm 두께의 수정관을 통과하는 자외선 강도는 각각 8.358±0.3132, 7.959±0.3137, 7.853±0.3209 mW/cm2 로 유의성 있게 감소하였다.

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그림 2. 다양한 두께의 수정관과 자외선램프 사이의 거리에 따른 자 외선 투과 강도를 측정한 결과. No: no quartz crystal, Q1: 1 mm thickness quartz crystal, Q2: 2 mm thickness quartz crystal, Q3: 3 mm thickness quartz crystal, Q4: 4 mm thickness quartz crystal.

Fig. 2. The results of measuring the UV transmission intensity based on the distance between the UV lamp and quartz crystal cuvette with various thicknesses. No: no quartz crystal, Q1: 1 mm thickness quartz crystal, Q2: 2 mm thickness quartz crystal, Q3: 3 mm thickness quartz crystal, Q4: 4 mm thickness quartz crystal.

Wiesner과 Bernschein[37]의 연구에서 약 1 mm 두께의 quartz crystal cuvette을 개발한 이후부터 자외선혈액조사 시술에 사용되는 수정관의 두께를 1 mm로 사용하는 것이 효과적이라고 하였다[38,39]. 이와 같은 기존 연구들을 토대로 본 연구에서는 수정관과 광원과의 간격을 10 mm, 사용하는 수정관의 두께는 1 mm로 선정하였다.

자외선혈액조사 시술을 받지 않은 토끼 중 5 마리 중 3마리가 당뇨병 발병 2 주 이내에 사망하였으며, 자외선혈액조사 시술을 받은 토끼 중 10 마리 중 2 마리가 3 주 후에 사망하였다.

그림 3은 당뇨유발토끼에서 자외선혈액조사시술 전후 당뇨유발토끼의 체중과 글루코오스 농도변화를 보여주고 있다. 실험결과, 알록산 주사 3일이 경과되었을 때, 체중은 감소하지 않았다. 그러나 8회의 자외선혈액조사 시술을 받을 때까지 당뇨유발토끼의 체중은 감소하는 경향을 보였으며 자외선혈액조사 시술 중단하고 8주가 경과하였을 때까지도 감소하였다. 그러나 당뇨가 유발되지 않은 정상군의 체중은 증가하는 경향을 보였다. 또한 글루코오스 농도의 변화를 살펴보면 알록산 주사 3일이 경과한 후 자외선혈액조사 시술 전, 글루코오스 농도는 600±74.73 mg/dl이었으나 8회의 자외선혈액조사 시술을 진행할 때까지 글루코오스 농도는 471.1±102.5 mg/dl로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였으며 자외선혈액조사 시술 중단 이후 8주가 경과한 후의 글루코오스 농도는 433.3±118.3 mg/dl 자외선혈액조사 시술전과 비교하여 유의성 있게 감소한 상태를 유지하고 있었다.

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그림 3. 당뇨유발토끼모델에서자외선혈액조사시술전후당뇨유발토끼의체중(A)과글루코오스농도변화(B). BD; Before alloxan-induced diabetes, NUBI: After diabetes induction, before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A'number'; After 8th times treatments procedure number weeks later. 'number'W; After diabetes induction procedure number weeks later.

Fig. 3. Changes in body weight and glucose concentration in diabetic rabbits before and after ultraviolet irradiation in diabetic rabbit model. BD; Before alloxan-induced diabetes, NUBI: After diabetes induction, before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A'number'; After 8th times treatments procedure number weeks later. 'number' W; After diabetes induction procedure number weeks later.

자외선혈액조사에 의한 환자치료는 1930년대부터 시작하였으나 항생제등과 같은 약제들의 개발로 사용이 줄었다가 1980년대 이후부터 독일, 러시아, 중국 등 많은 나라에서 자외선 치료법을 다시 임상에 응용하면서 여러 가지 질병에 대해 그 사용이 증가하는 추세이다[40]. 폐나 늑막의 감염, 췌장염, 골근염, 패혈증, 혈전증 등 외과적 질환이나 고혈압성 심혈관 질환, 폐렴, 천식 등의 내과적 질환에도 적용 가능하다[39,41,42]. 또한 산부인과적 감염성 질환이나 당뇨, 갑상선 질환 같은 내분비계통의 질환, 뇌졸중, 뇌 손상 등의 신경과적인 치료에도 사용되고 있다[38]. 자외선 혈액조사는 효과가 다양한 반면 그에 대한 부작용은 거의 없는 것으로 보고되고 있다. 다만 다량의 자외선 조사는 피부 홍반이나 발적, 수포를 형성시키고 혈구의 파괴와 괴사, 산소 전달능의 감소 등 부작용이 있을 수 있으나 자외선 혈액 조사기를 이용한 치료과정에서는 부작용이 없다고 보고되고 있다[43].

Neumann & Scherf의 연구에서는 Ultramed B1에서 조사되는 UV 램프의 에너지 중 78.6%가 수정관과 혈액에서 반사되고 적혈구에서 14.2%, 혈청에서 7.1%가 흡수되며 조사된 에너지의 99.9%가 수정관의 표면으로부터 0.044 mm 이내에서 흡수되며, 1.8×1017양자의 0.1%인 1.8×1014양자만이 좀 더 깊이 침투한다고 보고하였다[44]. 또한 수정관의 표면 조도와 아주 작게 달라붙어 있는 공기 기포들에 의해 일련의 소용돌이 현상이 나타나고, 이는 모든 혈액 성분들이 단기적으로 놓은 유동 양자 층을 형성하도록 유도한다고 보고하였다. 현재 유럽 등지에서 사용되고 있는 IZOLD나 EUPHOTON에서는 1 mm 두께의 수정관을 혈액이 통과하는 동안 자외선을 조사한 후 다시 환자의 몸 속으로 재주입하게 되면 다양한 질병에 치료적 효과를 나타낼 수 있다고 보고되고 있다[45].

알록산은 C4H2N2O4의 강한 산화력화합물로 췌장의 세포를 파괴하고 세포의 면적을 감소시켜 인슐린의 분비를 선택적으로 차단하여 당뇨병을 유발시키는 물질로 1943년 이후 널리 사용되어 왔다[46]. Cooperstein 등[47]은 알록산의 당뇨유발기전으로 알록산이 β-cell 세포막에서 글루코오스와 결합되거나 이동되는 부위 또는 그 주위에 존재하여 β-cell의 전반적인 기능에 중요한 역할을 할 것으로 예상되는 sulfhydryl protein과 알록산이 결합하여 세포막 투과성이 증가되고 이로 인해 β-cell이 파괴되어 당뇨병이 유발된다고 하였다[48-50]. 결국 알록산과 같은 강한 산화력화합물은 β-cell에서 인슐린의 생성과 분비를 차단하는 특징을 갖는 인슐린 의존성 당뇨병인 1형 당뇨병(insulin-dependent diabetes mellitus, IDDM)을 유발시키게 된다.

그림 4는 당뇨유발토끼에서 자외선혈액조사 시술이 당뇨에 대한 유효성을 평가하기 위하여 혈청의 알라닌아미노전이효소(alanine aminotransferase, ALT), 아스파르테이트아미노 전이효소(aspartate aminotransferase, AST), 젖산 탈수소효소(lactate dehydrogenase, LDH)와 알카리포스포테이즈(alkaline phosphatase, ALP) 등 간 기능 검사를 실시한 결과를 보여주고 있다. ALT, AST, LDH, ALP 수치는 알록산 주사 전, 각각 47.53±5.25, 27.25±3.65, 210.3±29.22, 213.3±45.3 IU/L이었으나, 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼에서는 각각 135.1±17.05, 107.6±11.74, 255.9±31.87, 628.7±88.59 IU/L로 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 각각 106.0±21.08, 91.92±4.19, 189.7±28.47, 344.7±120.6 IU/L로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 각각 100.5±17.26, 88.50±6.63, 210.2±29.66, 423.0±205.4 IU/L로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 현재까지의 결과들은 알록산 주사 전의 ALT와 AST 수치보다는 상대적으로 매우 높은 경향을 보여주고 있으나 알록산에 의하여 증가하였던 ALT와 AST 수치들은 8회의 자외선혈액조사 시술을 받는 동안 21.6%, 14.6% 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에는 25.8%, 17.8% 감소하였으며, LDH는 8회의 자외선혈액조사 시술을 받는 동안 26% 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에는 알록산 주사 전과 유사 하였다. 또한 ALP는 8회의 자외선혈액조사 시술을 받는 동안 45.2% 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에는 33.8% 감소하였다.

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그림 4.알록산유도당뇨토끼에서혈청대사효소분석을통한간기능에대한자외선혈액조사의효과. (a); AST, aspartate aminotransferase (b); LDH, lactate dehydrogenase (c); ALP, alkaline phosphatase (d). Data are reported as means ± SEMs. *: p < 0.05; **: p < 0.01; and ***: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following oneway ANOVA versus the BD (Before alloxan-induced diabetic); #: p < 0.05; ##: p < 0.01; and ###: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following one-way ANOVA versus NUBI. BD; Before alloxan-induced diabetes, NUBI: After diabetes induction, before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A'number'; After 8th times treatments procedure number weeks later. 'number' W; After diabetes induction procedure number weeks later

Fig. 4. Effect of the ultraviolet blood irradiation treatments on the liver function by serum metabolic enzymes analysis in alloxan-induced diabetic rabbits. ALT, alanine aminotransaminase (a); AST, aspartate aminotransferase (b); LDH, lactate dehydrogenase (c); ALP, alkaline phosphatase (d). Data are reported as means ± SEMs. *: p < 0.05; **: p < 0.01; and ***: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following oneway ANOVA versus the BD (Before alloxan-induced diabetic); #: p < 0.05; ##: p < 0.01; and ###: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following one-way ANOVA versus NUBI. BD; Before alloxaninduced diabetes, NUBI: After diabetes induction, before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A'number'; After 8th times treatments procedure number weeks later. 'number' W; After diabetes induction procedure number weeks later.

Lactate dehydrogenase (LDH)는 세포기질 효소로서 젖 산과 피루브산의 산화 환원반응을 조절하는 효소로 병리학 적 염증에 의해 유도되는 세포의 정상적인 활동 방해를 예측하는 인자로서 역할을 한다. 특히 LDH는 당을 세포가 사 용할 수 있는 에너지로 변환하는 과정을 촉진시키는 효소로 서 LDH는 간, 심장, 췌장, 신장, 골격근, 뇌 및 혈액세포를 포함하여 몸 전체의 다양한 기관과 조직에 존재한다[51-53]. LDH는 다양한 세포에 존재하기 때문에 LDH 농도가 높은 것은 다수의 병태 중 하나의 징후일 수 있다. 또한 LDH 동 종효소의 농도 증가는 여러 가지 질병의 징후이지만 특히 췌장염의 징후이기도 하다[54]. 손상된 세포는 세포막 파열 이 발생하여 이로 인해 세포 내에 존재하는 LDH 방출이 증 가되며[55] LDH 활성은 당뇨 합병증 등에 의한 지질 대사 장애로 간에 지방의 축적으로 인하여 증가되는 것으로 판단 된다[56]. 실험결과에서도 확인하였듯이 당뇨유발토끼에서 LDH 수치가 증가되는 것을 확인할 수 있었다. LDH의 증가는 세포괴사 증가에 따라 세포사멸이 증가한 것에서 기인 한 것으로 판단되다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 받은 당 뇨유발토끼에서 LDH 수치가 감소되는 것을 확인할 수 있었다.

Alkaine phospatase (ALP)는 알칼리성 pH에서 인산화합물을 가수분해하는 효소로서 ALP를 측정하면 간에서 십이지장에 이르는 담즙의 유출경로에 이상이 있는가를 알 수 있고, 골의 새로운 형성상태나 간 기능, 태반기능의 정상 여부를 알 수 있다. ALP 활성은 당뇨와 그 합병증 등에 의한 간 조직이나 담관의 폐쇄에 의해서 증가된다고 한다[57]. 실험결과에서도 확인하였듯이 알록산에 의한 당뇨유발토끼에서 혈중 pH는 감소하였다. 그러므로 알칼리성 pH에서 인산화합물을 가수분해하는 효소인 ALP는 그 기능을 수행하지 못하므로 높은 수치를 보였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 받은 당뇨유발토끼에서 ALP 수치는 감소하였다. 그 이유는 자외선혈액조사 시술에 의하여 혈중 pH는 증가하였으며 ALP의 활성을 증가시켜 인산화합물의 가수분해를 촉진시키게 되므로 ALP 수치가 감소되는 것이라 판단된다. 또한 알록산에 의한 당뇨유발토끼에서 간 기능의 지표인 ALT, AST, LDH 수치는 증가하였으나 자외선혈액조사 시술에 의하여 증가하였던 수치는 감소하는 경향을 보였다. 그 이유는 알록산을 처리에 의하여 간 조직의 손상이 발생하여 ALT, AST, LDH 수치는 증가하였지만, 자외선혈액조사 시술에 의하여 간 조직의 사멸을 억제함으로서 ALT, AST, LDH, ALP 수치를 감소시킬 수 있었을 것으로 판단된다.

그림 5는 당뇨유발토끼에서 자외선혈액조사 시술의 유효성을 평가하기 위하여 혈청의 크레아틴(creatinine, CRE), 혈액 요소 질소(blood urea nitrogen, BUN)과 요산 (uric acid, UA) 등 신장 기능 검사를 실시한 결과를 보여주고 있다. CRE, BUN, UA는 알록산 주사 전, 각각 0.925±0.097, 27.03±3.75, 2.675±0.496 mg/dL이었으나, 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼에서는 각각 1.383±0.175, 40.43±5.77, 4.608±0.897 mg/dL로 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 1.025±0.198, 34.73±7.76, 3.042±0.629 mg/dL로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 0.958±0.173, 33.31±4.11, 3.075±0.245 mg/dL로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다.

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그림 5. 알록산 유도 당뇨 토끼에서 혈청 대사 효소 분석을 통한 신장 기능에 대한 자외선 혈액 조사의 효과. CRE, creatinine (a); BUN, blood urea nitrogen (b); UA, uric acid (c). Data are reported as means ± SEMs. *: p < 0.05; **: p < 0.01; and ***: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following oneway ANOVA versus the BD (Before alloxan-induced diabetic); #: p < 0.05; ##: p < 0.01; and ###: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following one-way ANOVA versus NUBI. BD; Before alloxan-induced diabetes, NUBI: After diabetes induction, before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A'number'; After 8th times treatments procedure number weeks later. 'number'W; After diabetes induction procedure number weeks later.

Fig. 5. Effects of ultraviolet blood irradiation treatments on the kidney characteristics by serum analysis in alloxan-induced diabetic rabbits. CRE, creatinine (a); BUN, blood urea nitrogen (b); UA, uric acid (c). Data are reported as means ± SEMs. *: p < 0.05; **: p < 0.01; and ***: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following oneway ANOVA versus the BD (Before alloxaninduced diabetic); #: p < 0.05; ##: p < 0.01; and ###: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following one-way ANOVA versus NUBI. BD; Before alloxan-induced diabetes, NUBI: After diabetes induction, before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A'number'; After 8th times treatments procedure number weeks later. 'number'W; After diabetes induction procedure number weeks later.

크레아티닌(creatinine, CRE)은 근육이 수축하는데 사용하는 에너지로서, 크레아틴(creatine)이 근육에서 비효율적으로 탈수될 경우 생성되는 대사 최종 산물로 혈중으로 유출되어 신장에서 배설된다[58-60]. CRE은 신장의 사구체에서 여과된 후 일부는 세뇨관으로 배설되며 재흡수되지 않는다. 그러므로 혈중 CRE은 신장 기능의 지표로 사용되고 있으며[54] CRE 농도가 증가하면 신장장애가 크다는 것을 의미한다[61]. 실험결과에서도 당뇨유발토끼에서의 혈중 CRE는 높은 수치를 보였으나 자외선혈액조사 시술을 받은 당뇨유발토끼에서의 혈중 CRE는 감소하는 경향을 보였다.

정상인에서는 섭취된 단백은 체내에서 대사되어 대부분이 신장에서 최종적으로 요소로서 배설된다. 요소는 단백질과 아미노산 대사의 최종산물로 신장을 통해 배설되며, BUN은 요소에 포함된 질소 성분으로 혈중 BUN은 신장의 사구체에서 대부분 여과되어 배설되지만 일부는 체내 수분량에 따라 재흡수가 되고 이는 단백 섭취량, 소변량, 소화관출혈 등의 영향을 받는다. 신장 기능이 나쁘면 혈중 요소의 농도가 높아지므로, 혈중 BUN 농도는 신장 기능을 평가하는 지표 중 하나이다[62]. 실험결과에서도 당뇨유발토끼에서의 혈중 BUN 농도는 높은 수치를 보였으나 자외선혈액조사 시술을 받은 당뇨유발토끼에서의 BUN 농도는 감소하는 경향을 보였다. 또한 세포의 핵에 함유된 핵산(DNA, RNA등) 성분 중의 하나인 푸린체가 체내에서 분해되어 생기는 최종 대사 산물이 UA이다. 주로 신장에서 여과되어 소변으로 배출되는데 UA가 과잉 생산되거나 제대로 배출되지 않아 혈액 내에서 그 수치가 상승하면 요산염이 관절 및 주위 연부 조직에 침착되어 신장 기능이 저하되어 혈액을 걸러주는 기능이 줄어들어 UA 수치가 증가하여 통풍이 발생하게 된다. 그러나 본 연구에서는 알록산에 의한 당뇨유발토끼에서 UA 수치가 상승되는 것을 확인할 수 있었으나 UA 수치 상승에 한 통풍이 발생된 것은 확인할 수 없었다.

실험결과에서 알록산에 의한 당뇨유발토끼에서 신장 기능의 지표인 CRE, BUN, UA 수치는 높게 나타났으나 자외선혈액조사 시술을 받은 토끼 모델에서는 그 수치들이 감소하였다. 그 이유는 당뇨유발 초기에는 신장 조직의 일부가 소실되었으나 자외선혈액조사 시술에 의하여 조직의 손실을 차단할 수 있었기 때문이라 판단된다. 또한 실험모델들의 신장을 적출하여 육안으로 확인하였을 때 자외선혈액조사 시술을 받지 않은 모델에서는 신장 내부 조직의 많은 부분에서 손상이 발생하였으나 자외선혈액조사 시술을 받은 모델에서는 신장 손상이 발생하지 않았다. 이와 같은 결과를 통하여 우리는 자외선혈액조사 시술이 당뇨에 의한 신장 조직의 손실을 차단하는 것으로 추측된다.

표 1은 당뇨유발토끼에서 자외선혈액조사 시술이 당뇨에 미치는 영향을 평가하기 위하여 혈청의 총 콜레스테롤(total cholesterol, TC), 고밀도지질단백질(high-density lipoprotein, HDL), 저밀도 지질 단백질(low density lipoprotein, LDL), 중성 지방(triglyceride, TG), 총 단백질(total protein, T-PRO), 알부민(albumin, Alb) 수치 변화를 보여주고 있다. T-CHO, LDL와 TG는 알록산 주사 전, 각각 86.33±11.02, 38.42±10.52와 69.08±7.12 mg/dL이었으나, 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼에서는 각각 367.2±19.36L, 59.42±16.26와 156.4±21.93 mg/dL로 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 각각 231.8±121.4, 45.33±11.92와 125.7±10.18 mg/dL로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 175.5±76.47, 44.58±11.58와 107.7±8.56 mg/dL로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 알록산에 의하여 증가하였던 T-CHO, LDL와 TG는 8회의 자외선혈액조사 시술을 받는 동안 각각 약 37, 24과 25% 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에는 각각 약 52. 20와 31% 감소하였다. 반면에, HDL, T-PRO와 Alb은 알록산 주사 전에는 각각 34.0±4.49, 6.825±0.77와 4.633±0.5 g/dL이었으나, 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼에서는 각각 26.08±3.26 mg/dL, 5.025±0.694 g/dL와 3.85±0.408 g/dL로 주사 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 각각 30.33±3.47, 6.517±0.694와 4.438±0.368 g/dL로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 각각 32.67±3.73, 6.517±0.694와 4.438±0.368 g/dL로 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 알록산에 의하여 증가하였던 HDL, T-PRO와 Alb은 8회의 자외선혈액조사 시술을 받는 동안 약 각각 16%, 30%와 15% 증가하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에는 각각 25, 15와 12% 증가하였다.

표 1. 알록산 유도 당뇨유발토끼에서 혈청 지질과 단백질에 대한 자외선 혈액 조사의 효과

Table 1. Effects of ultraviolet blood irradiation treatments on serum lipid and protein profiles in alloxan-induced diabetic rabbits

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Data are reported as means ± SEMs. *: p < 0.05; **: p < 0.01; and ***: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following oneway ANOVA versus the BD (Before alloxan-induced diabetic); #: p < 0.05; ##: p < 0.01; and ###: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following one-way ANOVA versus NUBI (Before ultraviolet blood irradiation treatments procedure). BD; Before alloxan-induced diabetes, NUBI: Before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A8; After 8th times treatments procedure 8 weeks later.​​​​​​​

콜레스테롤은 체내에 있는 지질의 일종으로 지방산과 결합되어 있는 에스터형과 유리형 2가지가 있는데 이들을 합한 것을 총콜레스테롤(T-CHO)이라 한다. T-CHO은 동맥 경화의 징후와 진행을 진단하는데 중요한 검사이다. 콜레스테롤은 세포막과 혈관 벽을 구성하고 부신 피질 호르몬 및 성호르몬을 합성하는 원료이며 지방의 소화, 흡수에 필요한 담즙산의 재료가 된다. 이렇게 중요한 역할을 하는 콜레스테롤이라도 그 양이 많아지면 파괴되지 않고 혈관 내벽에 붙어서 혈관을 메우거나 동맥 경화와 고혈압 같은 성인병을 일으킨다[63]. 반대로 너무 적은 경우에는 몸의 기능이 저하되기도 한다. 콜레스테롤 수치가 증가하면 혈관 벽에 대량으로 흡수되어 동맥경화를 일으키고 이것이 원인이 되어 급성 심근 경색이나 뇌경색 등이 생길 수 있다. 또한 당뇨병이나 신증후군(신장 질환) 등에서 높은 수치를 나타낸다. 수치가 낮은 경우는 신장 장애나 뇌혈전, 폐결핵, 갑상선 기능항진증 등을 의심할 수 있다. 혈액 안에 3가지 종류의 기본적인 콜레스테롤이 있으며[64] 콜레스테롤은 혈액 및 조직 속에 있는 콜레스테롤을 제거해 동맥경화를 예방해주는 역할을 하는 HDL-콜레스테롤(high-density lipoprotein cholesterol)과 동맥경화증을 촉진해 심장병과 뇌졸중을 일으키는 LDL-콜레스테롤(low-density lipoprotein cholesterol)과 triglyceride (TG)로 이뤄져 있다. TG 수치는 탄수화물을 너무 많이 섭취하면 증가하게 되고 심장질환, 뇌졸중, 당뇨를 유발한다[65,66]. 당뇨병에서 지방조직에서의 인슐린은 호르몬 민감 라이페이스를 억제하여 TG 대사를 방해한다. 그러므로 당뇨병에서 지질분해가 증가하여 지방산과 글리세롤이 증가한다. 건강한 영양 상태에서 지방조직에서 지질분해 후 유리되는 지방산은 3-인산 글리세롤이 재에스터화되어 TG을 재형성하는 회로과정을 거치게 된다. 당뇨병에서 이 회로가 막히는 것은 글루코오스에서 생성되는 3-인산 글리세롤이 결핍되어 이용할 수 없기 때문이다. 다음에 이 글루코오스는 인슐린에 의하여 지방 세포로 들어가게 되며 지방산의 재에스터화가 감소하기 때문에 혈액으로 유리된다. 또한 당뇨병에서 글루코오스는 세포 밖 액체에 축적되어 고혈당을 유발하는 반면 근육 및 지방세포는 글루코오스 기아 상태가 된다. 인슐린은 글라이코젠 합성을 자극하고 글루코카이네이스 합성을 증가시킨다. 인슐린이 없을 때 글라이코젠 합성은 정지하고 글루코오스를 간에서 혈액으로 외수송하는 글라이코젠 분해가 일어나 고혈당 상태를 만든다[67]. 당뇨병에서 이상지혈증은 대사증후군이 있는 경우와 마찬가지로 LDL 콜레스테롤의 증가, 고HDL 콜레스테롤의 감소, Hypertriglyceridemia와 이로 인한 작은 dense LDL 콜레스테롤이 증가한다. 제1형 당뇨병에서 이상 지질혈증의 기전은 첫째가 고중성 지방혈증이다. 이것은 지방조직의 지단백 리파제(lipoprotein lipase)의 양은 정상인데, 인슐린 결핍에 기인하여 활성이 떨어져 발생한다. 두 번째는 HDL이 감소하는 것으로 HDL이 가지고 있는 콜레스테롤이 중성지방으로 대치되고 이같이 중성지방을 많이 함유하게 된 HDL의 대사가 활발해져 HDL이 감소한다. 세 번째로 제1형 당뇨병에서 LDL 콜레스테롤은 정상인 경우가 흔한데, 죽상 경화증을 잘 일으킬 수 있는 작은 dense LDL이 증가하고, 입자가 큰 buoyant LDL 수치가 감소하는 것이 이상 지질혈증의 기전이 된다. 그러나 이 같은 지질대사의 이상은 혈당이 조절되면 개선된다. 당뇨성 질환에서 당질대사 이상에 따른 지질대사 장애로 T-CHO 농도의 증가와 함께 HDL-콜레스테롤 농도비 또한 감소되며 혈액 중의 지질성분이 증가되는 것으로 보고되고 있다[68,69]. 실험결과에서도 확인되었듯이 알록산에 의한 당뇨유발토끼에서 TG 수치는 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 받은 당뇨유발토끼에서는 혈중 TG의 농도는 감소하였다. 그 이유는 자외선혈액조사 시술이 글루코오스에서 생성되는 3-인산 글리세롤을 증가시켜 재에스터화되어 TG을 재형성하는 회로과정이 촉진되었기 때문이라 판단된다. 또한 알록산에 의한 당뇨유발토끼에서 증가하였던 T-CHO, LDL 수치는 자외선혈액조사 시술에 의하여 감소하였으며 당뇨유발토끼에서 감소하였던 HDL, T-PRO와 Alb 수치는 자외선혈액조사 시술에 의하여 증가하는 경향을 보였다.

표 2는 당뇨유발토끼에서 자외선혈액조사 시술이 당뇨에 대한 유효성을 평가하기 위하여 전혈의 ionized hydrogen concentration (pH), bicarbonate anioncarbon (HCO3-), dioxide partial pressure (pCO2), oxygen partial pressure (pO2), oxygen saturation (SO2), hemoglobin concentration (Hb), and hematocrit value (Hct) 수치를 측정한 결과이다. 혈액 내 pH를 측정한 결과, 알록산에 의하여 유도된 당 뇨유발토끼의 pH는 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 실시한 당뇨유발토끼에서는 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 혈액 내 pH 변화와 밀접한 관계를 갖고 있는 혈중 중탄산염은 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼의 혈중 중탄산염은 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼의 혈액 내 pCO2는 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 또한 혈액 내 산소의 분압(pO2), 산소포화도(SO2), Hb, Hct를 측정한 결과, 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼에서의 수치들은 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다.

표 2. 알록산 유도 당뇨유발토끼에서 혈액의 pH, 중탄산염 농도 (HCO3-), 이산화탄소분압 (pCO2), 산소분압(pO2), 산소포화도 (SO2), 헤모글로빈 농도(Hb)와 헤마토크릿(Hct)에 대한 자외선 혈액 조사의 효과

Table 2. Effects of ultraviolet blood irradiation treatments on the blood ionized hydrogen concentration (pH), bicarbonate anioncarbon (HCO3-), dioxide partial pressure (pCO2), oxygen partial pressure (pO2), oxygen saturation (SO2), hemoglobin concentration (Hb), and hematocrit value (Hct) in alloxan-induced diabetic rabbits

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Data are reported as means ± SEMs. *: p < 0.05; **: p < 0.01; and ***: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following oneway ANOVA versus the BD (Before alloxan-induced diabetic); #: p < 0.05; ##: p < 0.01; and ###: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following one-way ANOVA versus NUBI (Before ultraviolet blood irradiation treatments procedure). BD; Before alloxan-induced diabetes, NUBI: Before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A8; After 8th times treatments procedure 8 weeks later.​​​​​​​

인체는 일정하게 pH 7.4 정도의 중성 상태를 유지한다. 체내에서는 호흡과 대사 등의 활동으로 무수히 많은 산이 생성되어 pH를 낮출 수 있으나 많은 완충계에 의하여 pH 변화를 최소화한다[70-72]. 일반적으로 pH가 0.1씩 증가할수록 H+은 80% 감소하게 된다. H+ 이온을 조절하는 3가지 기전은 첫째, ECF와 ICF에 존재하는 chemical buffer, 둘째, 폐호흡을 통한 이산화탄소제거, 셋째, 신장을 통한 H+ 의 제거이다. 이중 ECF buffer에 의한 H+ 제거가 가장 빨리 일어나며 호흡, ICF buffer, 신장을 통한 제거 순이다. ECF buffer의 대표적인 물질이 중탄산염(HCO3-)이며, ICF buffer는 protein, phosphate 이온 등이다[73]. 이산화탄소는 대부분(60%)이 혈액 속에서 중탄산염 형태로 이동하며, 그 외에 나머지는 혈액 속에 존재하는 여러 가지 단백질이나 혈색소 등과 결합한 형태와 물리적으로 해리된 상태로 폐까지 운송된다. 신체는 이 완충 과정을 적절히 조정하면서 pH를 중성으로 유지한다. 신장에 문제가 생겨 재흡수 능력이 떨어지면 혈중 중탄산염 농도가 감소하며 이 때 신체가 산을 비정상적으로 많이 생성하는 경우가 많아 pH도 감소하게 된다. 실험 결과에서 알록산에 의하여 당뇨가 유발되었을 때 혈중 pH와 중탄산염은 감소하였으며 혈중 pCO2는 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술에 의하여 감소하였던 pH와 중탄산염은 증가하였으며 혈중 pCO2는 감소하였다.

표 3은 당뇨유발토끼에서 자외선혈액조사 시술이 당뇨에 대한 유효성을 평가하기 위하여 전혈 내 이온들의 변화를 측정한 결과이다. 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼의 Na+ , Cl-는 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼의 Mg2+, Ca2+는 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼의 K+는 알록산 주사 전과 비교하여 유의성 있게 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다. 알록산에 의하여 유도된 당뇨유발토끼의 AG와 Osm을 계산한 결과, 알록산 주사 전과 비교하여 증가하였다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 8회 받은 당뇨유발토끼에서는 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였으며 자외선혈액조사 시술을 중단하고 8주가 경과한 후에도 자외선혈액조사 시술 전과 비교하여 유의성 있게 감소하였다.

표 3. 알록산 유도 당뇨유발토끼에서 혈액 이온 균형에 대한 자외선 혈액 조사의 효과

Table 3. Effects of ultraviolet blood irradiation treatments on the blood electrolytic balance in alloxan-induced diabetic rabbits

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Data are reported as means ± SEMs. *: p < 0.05; **: p < 0.01; and ***: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following oneway ANOVA versus the BD (Before alloxan-induced diabetic); #: p < 0.05; ##: p < 0.01; and ###: p < 0.001, Bonferroni post hoc test following one-way ANOVA versus NUBI (Before ultraviolet blood irradiation treatments procedure). BD; Before alloxan-induced diabetes, NUBI: Before ultraviolet blood irradiation treatments procedure, 8th; 8th times treatments procedure of ultraviolet blood irradiation, A8; After 8th times treatments procedure 8 weeks later.​​​​​​​

세포외액의 양이온의 대부분은 나트륨이다. 나트륨은 물과 함께 체액량, 삼투압의 균형을 정상으로 유지하는데 중요한 이온이다. 이것이 결핍되면 탈수증이 되고 반대로 과잉이 되면 혈액량의 증가 또는 부종을 일으킨다. 혈중 나트륨이 증가하는 것은 당뇨와 같이 수분의 감소가 나트륨 감소보다 많을 때 일어난다. 또한 염소 이온은 세포외액에서 가장 풍부한 이온이다. 수분의 재분포, 삼투압 유지와 양이온-음이온 균형을 맞추는 기능을 한다. 섭취된 염소는 장에서 완전히 흡수된 후 신장에서 간접 여과와 재흡수 과정을 거친다. 땀으로 배출되기도 하며 이는 알도스테론 분비로 억제될 수 있다. 일반적으로 산-염기 불균형이 없는 상태에서는 나트륨 농도와 함께 증가하고 감소하는 경향을 보이지만, 아닌 경우로는 대개 중탄산염과 관계되어 반대 방향으로 변화함으로 산-염기 불균형을 의심할 수 있는 정보를 제공한다.

칼슘(Ca)은 체내에서 필수 미네랄로 작용한다. 정상치의 칼슘을 유지하는 경우에는 건강하지만 칼슘의 감소는 허약과 활기저하가 나타나고 질병을 초래한다. 일반적으로 인슐린은 항상 분비되어 혈액중의 당 질량을 적절히 조절하고 있다. 당뇨병 환자는 식사 후 분비되어야 할 인슐린의 분비량에 이상을 일으킴으로써 문제가 야기된다. 이 인슐린 분비는 칼슘과 직접적으로 관계되어 있다. 베타세포의 외측은 세포 속보다 만 배 이상의 칼슘이 항상 존재한다[13,74-80]. 이 때 자극을 받으면 먼저 칼슘이 베타세포 속으로 흘러 들어가 인슐린을 분비를 촉진하도록 작용한다. 독일 세포 생리학자 Erwin Neher와 Bert Sakmann은[81-84] 혈당이 올라갔을 때 췌장에서 인슐린이 분비되지 않는 현상은 통로의 이상으로 베타세포내로 칼슘이온이 이동하지 못하는 현상이라고 규명하였다. 다시 말해 당뇨병의 관건은 칼슘이 원할하게 베타세포 내로 이동해야 하며 이를 용이하게 흡수되게 위해서는 수용성 이온상태를 유지하여야 하다는 것을 의미한다. 후천성 당뇨병의 경우는 소장의 흡수막이 칼슘을 용이하게 흡수하지 못한다. 칼슘이 체내로 흡수되기 위해서는 위장 내에서 분비되고 용해하여 칼슘이온으로 전리되고, 수용성 단백질에 킬레이트된 단백-칼슘이 되어야 만 체내로 흡수된다. 칼슘은 인산과 길항작용에 의해 체내에서 균형을 유지하는데 활발한 생리활동(스트레스, 과음, 흡연, 인스턴트 식품섭취, 운동부족 등)에 의해 소모되는 칼슘을 외부에서 보충해주지 못할 경우 뼈에서 빼내 보충하게 되며, 이를 반복할 경우 당뇨가 발생하게 된다. 뼈에서 나온 칼슘은 스스로 굳어지는 성질에 의해 췌장의 베타세포에 들어가면 빠져 나오지 못하고 축적되어 결과적으로 베타세포가 손상을 입게 된다. 손상된 베타세포가 많아지면 많아질수록 당뇨가 고착화된다. 칼슘을 충분히 섭취하면 인슐린 분비가 좋아져 혈당이 내려가고 당뇨병에 대한 치료효과도 커지고 실제로 당뇨병도 호전된다.

전해질이란 수분에 녹아 전하를 띠는 물질을 말하며, 체액에 존재하는 모든 이온(ion)이 포함한다. 그러나 일반적으로 전해질로 측정되는 물질은 나트륨, 칼륨, 염소, 중탄산염의 4가지이다. 4 종류의 전해질 검사를 통해서 체내 삼투압 농도 상태, 수분 상태 및 pH 상태를 파악할 수 있다. 전해질은 체액에서 매우 좁은 범위의 농도에서 항상성(homeostasis)을 이루고 있는데, 이 범위 안에서 체내 대부분의 대사과정을 조절하는 기능을 하고 있다. 그렇기 때문에 전해질의 농도를 측정하면 전해질의 불균형으로 발생하는 각종 질병을 진단하는 목적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 전해질 불균형의 크기를 파악하여 전해질의 농도를 교정하는 기준으로 삼기 위해 측정하는 것이다. 앞에서 4 가지 전해질 검사와 더불어 측정된 양이온과 음이온의 차이를 보는 anion gap(AG)도 중요하다. 그 이유는 당뇨병성 케톤산 혈증(Diabetic ketoacidosis; DKA)등과 같은 질병에서 bicarbonate농도의 정상화, pH의 상승 및 anion gap이 줄어드는 것이 치료 효과 판정에 더욱 정확하다고 할 수 있다. 또한 용액 내의 용질의 총합으로 Osmolality (Oam)은 각각의 용질의 농도에 입자 수를 곱하여 표시할 수 있으며 체액내의 이온의 농도(mOsmol/kg)로 Osm을 간접적으로 표시하기도 한다. 혈액의 Osm은 곧 조직액의 Osm과 같고 이것은 세포막 사이의 Osm과 같다. 그러므로 혈중 농도가 가장 높은 나트륨, 염소, 중탄산염이 주를 이루고 다음으로 당, 요소가 영향을 미치게 된다. 그러나 혈관벽 사이의 Osm은 조금 달라 대부분의 이온은 모두 수분과 함께 통과하고 단백과 같은 큰 분자만이 막의 양쪽에 삼투압을 작용하는 물질로 작용한다. 이를 콜로이드 Osm이라 부르며 단백이 가장 큰 영향을 주게 된다. 자외선혈액조사 시술은 에너지를 기반으로 하면서 포도당 대사를 촉진하는 특성으로 볼 때, 이 치료는 당뇨병에 어떤 식으로 든 영향을 줄 것으로 기대된다. 초기 미국 치료자들은 당뇨 환자 치료에 자외선혈액조사 시술을 시행하였다.

Miley의 임상 연구에서는 한 당뇨 환자의 혈당을 두 번의 자외선혈액조사 치료를 통해 350-400에서 140-150까지 떨어졌으나 치료를 중단하고 3-4주가 지나자 다시 원래의 혈당으로 올라가는 것을 관찰할 수 있었다. 그러나 어떤 인슐린 의존 당뇨 환자의 경우, 인슐린을 사용하지 않고 자외선혈액조사 치료만으로 18개월 동안 혈당을 조절하기도 했다. 그는 자외선혈액조사 치료를 할 경우, 인슐린의 용량을 줄여서 저혈당 쇼크가 오는 것을 방지해야 한다고 조언하고도 있다[85]. Frick의 연구에서는 자외선혈액조사 치료를 하면 혈당이 낮아지면서 인슐린의 효율도 올라간다고 보고하였다[38]. 또한 당뇨병성 망막염이 있는 환자 58명을 자외선 혈액조사로 치료해서 좋은 결과를 얻기도 하였다. 그 이유는 적혈구의 응집을 억제하여 얻은 효과였다. 제2기 환자 중 70%가 시력의 개선을 보였고, 3기 환자는 20%에서 개선을 보였다[86]. 최근에는 Zalesskaya 등의 연구에서는 심장 질환환자들을 대상으로 진행한 연구 결과에서도 자외선혈액조사 시술을 통하여 증가하였던 콜레스테롤 수치와 LDL 수치를 감소시킬 수 있었으며 chronic disease 환자들을 대상으로 진행한 연구 결과에서도 자외선혈액조사 시술을 통하여 pO2는 증가시킬 수 있었으며, pCO2는 감소시킬 수 있었다.

IV. 결론

본 연구는 자외선 혈액 조사를 이용한 자가 수혈 요법을 이용하여 1형 당뇨유발토끼에서 자외선 혈액 조사가 당뇨에 미치는 영향을 평가하기 위한 연구로서 자외선혈액조사 시술에 의한 당뇨유발토끼의 혈액학적 분석을 통하여 당뇨에 대한 자외선혈액조사 시술 효과를 평가하였다.

알록산에 의하여 혈중 글루코오스의 농도가 높은 수치를 보였으며 자외선혈액조사 시술을 받은 당뇨유발토끼들은 혈중 글루코오스의 농도가 감소하였다. 이와 같이 글루코오스 농도가 감소되는 것은 자외선혈액조사 시술이 포도당 대사를 촉진하여 글루코오스에서 생성되는 3-인산 글리세롤을 증가시켜 재에스터화 과정이 촉진되었기 때문이라고 할 수 있다. 이와 같은 제에스터화 과정의 촉진은 TG의 소비를 증가시켜 자외선혈액조사 시술을 받은 당뇨유발토끼에서는 그 수치가 감소하였다. 자외선혈액조사 시술을 받은 당뇨유발토끼에서는 중탄산염 농도의 증가와 더불어 혈중 pH는 증가하였으며 ALP의 활성을 증가시켜 인산화합물의 가수분해를 촉진시킬 수 있었다. 또한 포도당 대사에 있어서 신장의 역할도 중요하다. 혈액학적 분석결과에서도 신장 기능을 나타내는 CRE, BUN과 UA 수치도 높게 나타났다. 그러나 자외선혈액조사 시술을 받은 당뇨유발토끼 모델에서는 신장 손상이 발생하지 않아 그 기능을 수행할 수 있었을 것이라 판단된다. 또한 CRE, BUN과 UA 수치는 낮게 나타났다. 그러므로 자외선혈액조사 시술은 혈중 글루코오스 농도를 감소시킬 수 있으며 당뇨에 효과적일 것으로 판단된다.

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