Key messages
- 본 연구는 국내 자생 식물에서 추출한 9종 정유를 조합하여 항우울 효과를 중심으로 흡입독성실험, 개방장실험, 꼬리현수시험을 통해 수행하였다. 흡입독성결과 시료 모두 일차피부자극지수 0.0으로 비 자극성으로 확인되었다. 개방장실험결과 1.5% (F=10.387, p<.001) 농도에서 대조군과 비교하여 평균 154.2±21번으로 우울증모델보다 유의하게 보행활동이 높아짐을 확인하였다. 꼬리현수실험결과 0.5% (F=10.582, p<.001) 농도에서 대조군과 비교하여 평균 142.33±18.31초로 우울증모델보다 유의하게 부동시간이 짧아짐을 확인하였다. 본 연구결과를 토대로 향후 사용성 평가, 인체적용시험 등을 진행하여 우울증 완화에 효과적인 시제품 개발에 도움이 될 것으로 사료된다.
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중심단어: 우울증, 향기요법, 흡입독성실험, 개방장실험, 꼬리현수실험
Abstract
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Background
- This study used inhalation toxicity experiments, open field experiments, and tail suspension tests to investigate the antidepressant effect of a combination of nine types of refined oils extracted from domestic native plants.
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Methods
- Non-irritability was confirmed through an inhalation toxicity test, locomotor activity was measured using an open field test, and the antidepressant effect was assessed by measuring immobility time during a tail suspension test.
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Results
- The inhalation toxicity test confirmed that both samples were non-stimulated with a negative stimulation index of 0.0. In the tail suspension experiment, the floating time was significantly shorter than the depression model, with an average of 142.33±18.31 seconds compared to the control group at 0.5% concentration (F=10.582, p<.001).
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Conclusions
- This study’s results suggest that combining refined oils extracted from domestic native plants could be used to develop prototypes that effectively alleviate depression. Future studies should include usability evaluation and human application tests to further investigate these potential benefits.
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Keywords: Depression, Aroma therapy, Inhalation toxicology, Open field test, Tail suspension test
서 론
- 우울증은 세계적으로 흔한 정신 질환이며 질병 부담에 대한 주요 원인으로 여겨진다[1]. 특히 급변하는 사회로 인해 이미 많은 현대인들이 스트레스로 인한 우울증을 경험하고 있으며[2], 이에 대해 WHO (World Health Organization)에서 2020년에는 우울증이 세계질병과 보건문제의 부담에 있어 두 번째로 큰 문제가 될 것이라는 예측을 내놓은 바 있다[3].
- 우울증은 슬픔과 무기력감 등의 주관적 정서와 함께 신체기능 및 인지기능 이상을 동반하는 심각한 정신장애이다[4]. 우울증의 가장 핵심적인 증상은 보상적인 자극에 대한 흥미와 즐거움의 상실이며 그밖에 식욕 감퇴와 체중 감소, 불면증, 활동력 저하, 주의 집중 장애 등의 증상을 포함한다. 우울증은 신경증적 우울증과 정신병적 우울증으로 나눌 수 있는데 신경증적 우울증은 반응성으로 외부의 정신사회적 스트레스에 의해 발병하며 사회적 기능장애가 적고, 정신병적인 우울증은 망상, 환각, 혼돈 등의 증세를 보이며 현실감의 상실 및 정신기능 장애가 수반되는 것으로 설명되고 있다[5,6].
- 항우울제는 초기 모노아민(monoamine) 가설을 기반으로 이미프라민(imipramine), 클로미프라민(clomipramine)을 비롯한 삼환계 항우울제를 사용했으나, 효과나 안정성 측면에서 만족스럽지 못했다[7,8]. 그 이후 노르에피네프린(noradrenaline) 혹은 세로토닌(serotonin)의 부족이 우울증을 유발[9], 코르티솔(cortisol)의 분비를 자극하여 우울증을 유발한다는 가설[10]이 보고되어, 선택적 세로토닌(serotonin) 재흡수 억제제와 코르티솔(cortisol) 합성 억제제 등이 개발되어 상용되고[11] 있으나 졸음, 진정, 항콜린 효과, 몸무게 증가, 분노 등의 부작용이 다수 보고되고 있다[12]. 화학적 합성 항우울제제들의 낮은 회복률과 부작용으로 최근에는 안전성이 입증되어진 약용식물을 통한 천연물 항우울제 개발에 많은 학문적 연구들과[13] 천연물질의 자연치유능력에 대한 관심도가 높아지면서 식물에서 추출한 에센셜 오일의 효과에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[14]. 100%의 천연식물성 물질이 인체의 중추신경계와 내부조직에 작용하여 치료적 반응을 일으킨다는 사실이 밝혀지면서 특히 유럽과 북미의 각 의과대학 및 병원에서 이에 대한 연구가 집중되고 있다[15]. 또한 2010년 나고야 의정서가 채택되면서 자국의 자생 식물들에 대한 효능과 성분들의 과학적인 증명을 통한 생물 주권을 확보하는 것 자체가 매우 중요하게 되었다[16].
- 본 연구에 사용되는 국내산 소재 9종 중 6종은 본 연구자의 선행 연구[17]를 통해 향기 성분과 항산화 및 항염효과를 확인하고 밝힌 바 있으며 3종 또한 우울 완화에 도움이 되는 약리작용을 하는 것으로 보고된 식물[16,18,19]과 성분 분석을 통해 항우울 성분이 함유된 식물을 선정하였다. 각 대표적인 성분으로는 배초향(Agastache rugosa O. Kuntze)의 Estragole, 적송(Pinus densiflora Sieb. et Zuccarini)의 à-Pinene, 강황(Curcuma longa, Curcuma domestica)과 생강(Zingiber officinale Roscoe)의 Zingiberene, 산미나리씨(Foeniculum vulgare Miller)의 Anethole, 불수감(Citrus medica var. sarcodactylis)의 D-limonene 그 외 황칠(Dendropanax morbiferus)의 Caryophyllene, 탱자(Poncirus trifoliata)의 á-Myrcene, 쥐오줌풀(Valeriana fauriei)의 Bornyl acetate등이 포함되어 있다. 본 실험의 9종 오일 혼합 근거는 각 에센셜 오일 내 화학성분들이 혼합됨으로써 오일들이 갖는 효능을 더욱 배가시키는 상승효과(synergistic effect, synergism)와 각 구성 성분들을 혼합했을 때 효과와 단일 성분의 합이 같은 가산효과(additive effect), 상반되는 2가지 성분이 동시에 작용하여 효과를 서로 상쇄시키는 길항작용(antagonism), 그리고 두 가지 이상의 오일 혼합 시 생길 수 있는 잠재적 부작용을 다른 에센셜 오일 성분들이 억제시켜 발현하지 못하게 하는 완화 효과(quenching effect)가 있다[20,21].
- 따라서 본 연구는 선행 연구를 기반으로[15,22-28] 우울에 효과가 입증된 국내 자생 식물을 선정하여 각각의 향기 성분을 분석한 결과 항우울 효과가 확인된 9종의 정유를 조합한 혼합 정유의 향기 성분 분석 결과를 토대로 이를 사용한 우울증의 개선 또는 예방에 대한 효과를 검증하고 항우울 효과를 중심으로 흡입독성실험, 개방장실험, 꼬리현수실험을 통해 확인하여 과학적 효능 및 성분 연구가 상호 협력적으로 이루어져 항우울제제 개발에 기여하고자 한다.
연구방법
- 1. 실험동물
- 모든 절차는 원광대학교 동물실험윤리위원회의 허가(승인번호: WKU22-49)를 받아 동물보호지침에 따라 진행하였으며 실험에 사용된 동물은 Charles river technology company로부터 입수한 7∼9주령 Sprague Dawley (SD) 수컷 쥐로 체중은 220 g±20 g이며 정상적인 실험실 조건(온도: 21∼23℃, AM 6:00에 조명을 켜고 12시간 명암 주기)에서 유지하며 무제한으로 음식과 식수를 이용할 수 있도록 사육한 후 실험하였다.
- 2. 추출 및 혼합
- 원물 배초향(경북 청송), 적송(경남 의령), 강황(전남 진도), 생강(경남 함양), 산미나리씨(경북 영천), 불수감(전남 순천), 황칠(전남 장흥), 탱자(전북 고창), 쥐오줌풀(충북 제천)을 구입하여 잘게 부순 후 각 부위별 시료 500 g과 증류수 3 L를 혼합하여 동시 연속식 수증기증류 추출(Hanil Lab Tech, Korea) 장치에 투입한 후 100℃에서 30분, 65℃에서 210분 실시하였다. 본 연구에 사용되어진 9종 조합 정유는 기존 문헌을 통해 우울완화 효과를 확인 후 선정된 식물의 대표적인 유효성분인 Estragole (91.93%), à-Pinene (41.34%), Zingiberene (47.94%), Anethole (48.98%), D-limonene (61.58%)[17], Nerol (60.84%), Bornyl acetate (47.88%)를 사용하였으며 원물의 추출 수율과 관능적인 부분을 고려하고 향후 시제품 개발 시 경제성 부분을 반영하여 아래와 같은 비율로 조합하여 사용하였다(Table 1).
- 3. 향기 성분 분석
- 동시 연속식 수증기증류 추출 장치에서 추출한 시료의 성분 분석은 DB-5MS column (60 m×0.25 mm, 0.25 um)이 장착된 Trace 1310 (Thermo scientific, USA)을 사용하여 실시하였다. 50℃에서 분당 5℃로 승온하여 300℃에서 15분 유지하였다. 시료 주입구 온도와 검출기 온도는 각각 200℃로 하였고 carrier 가스는 헬륨을 사용하여 1분당 1 ml 속도로 흘려보냈다. Electron impact/mass spectrometer (EI/MS)의 조건으로 ionization energy를 70 eV, MS source와 MS quad 온도는 각각 230℃와 150℃로 하여 진행하였으며, EM voltage는 200으로 설정하였다. 시료는 splitless mode로 1 L를 주입하여 분석을 실시하였다. GC-MSD (ISQ LT single quadrupole Mass Spectrometer, Thermo scientific, USA)로 각 peak의 total ion chromatography (TIC)를 얻은 후 Wiley/NBS library와 문헌상에 보고된 데이터와 비교하여 각각의 성분을 동정하였다[29-37].
- 4. 흡입독성 관찰시험(inhalation toxicology)
- 흡입독성시험은 호흡기를 통하여 흡입된 물질들이 생체에서 일으키는 독성작용을 평가하는 시험 분야로 본 시험에서 적용한 생체에 흡입되는 형태는 미스트(mist), 가스(gas)이며 동물(설치류)에 흡입 노출시키는 방법으로 비부 노출, 전신 노출을 수행하였다.
-
Table 2와 같은 기준으로 비부주위자극 및 피부자극이 있는지를 평가하였다. 시험동물은 적어도 노출 5일 전에 사육실에 반입하여 비부(nose-only)로만 노출되는 경우 고정 틀에 동물을 적응시킨 후, 에어로졸에 전신으로 노출되는 경우 개별적으로 수용하여 다른 동물의 털을 통해 시험물질이 제거되지 않도록 하였다. 각 농도별 3마리씩 군별로 총 3일 하루 4시간 주기로(10시, 14시, 18시) 1회 분사하여 총 3회 분사하여 일차피부자극지수가 가장 높은 쥐의 결과 값으로 기록하였다.
- 5. 스트레스 유발 및 개방장실험(open field test)
- 본 실험에 사용될 스트레스 유발 시험용 쥐를 물을 채운 수조안에 넣으면 수조에서 빠져나오기 위해서 안간힘을 쓰며 헤엄을 친다. 동물은 직경 24.5 cm, 높이 35 cm의 투명한 대형 비커에 23 cm의 높이로 수온 23℃의 물을 채운 뒤에 15분간 동물을 물에 빠뜨린 후(post-swim) 행동을 관찰하며, 발이 닿지 않는 원통수조에서 초기수분간은 적극적인 탈출의지를 보이나 곧 부동자세로 움직이지 않는다. 그렇게 수없이 시도해도 도저히 수조에서 빠져나올 가능성이 없다는 걸 알게 된 쥐는 헤엄을 포기한다. 무기력감이 학습되어 우울증에 빠지게 된다. 본 연구에 사용된 방법은 Detke 등[38,39]에 의해 고안된 방법으로 실험군은 각 군당 10마리를 이용하였다. 5일 동안 하루 15분씩 주기적인 강제수영을 통한 스트레스 노출로 우울증 모델을 제작하였고 이렇게 스트레스가 유발된 동물을 이용하여 Hall [40]이 개발한 개방장실험을 통해 향기치유로 활동량에 미치는 행동을 관찰하였다. 실험에 이용된 open field는 50×40×40 cm 규격의 아크릴로 만든 상자이며, 바닥에는 10 cm 간격의 가로, 세로선으로 바둑판 모양(4×3)의 구획으로 나누었다. 향기치유는 원광대학교 한방피부과학연구소 실내에서 1일 4시간 주기로 스프레이 분사용기를 이용하여 약 0.5 ml씩 3회 분사(9시, 13시, 17시)하였고 총 5일간 향기치유 후 6분 동안 open field에서의 행동을 관찰하여 보행활동을 기록하였다. 보행활동은 개방장 안에서의 움직인 바둑판의 칸으로 계상하였다.
- 6. 꼬리현수실험(tail suspension test)
- 꼬리현수실험에 의한 항우울 효과는 Steru 등[41]의 방법으로 실험군은 각 군당 18마리로 개방장실험과는 다른 동물모델로 실시하였다. TST (tail suspension test) 실험의 동물들은 스트레스 환경에서 수동적인 반응의 적응에 기초하며 좋은 예측 타당도를 가진다[42,43]. 꼬리가 매달린 쥐는 처음에는 활동적으로 움직이다가 스트레스로 우울해지면 가만히 있는 부동자세를 보이며 이러한 움직임을 교대로 나타내는데 향기치유를 시행하면 부동자세를 보이는 시간(부동시간; duration of immobility)을 감소시키므로 이 시간을 측정하여 항우울 효과를 확인할 수 있다. 향기치유는 개방장실험과 동일한 조건에서 1일 4시간 주기로 3회 분사(9시, 13시, 17시)하였고 총 5일간 향기 치유 후 흰쥐의 꼬리를 무통 테이프로 실험봉에 부착시키고 조명하에 소음이 차단된 상태에서 6분 동안 꼬리현수법을 시행하여 부동자세를 보이는 시간을 측정하였다.
- 7. 통계 처리
- 수집된 자료의 통계처리는 SPSS v.25.0 통계 패키지 프로그램을 활용하여 분석하였으며, 각 집단에 따라 차이가 있는지를 알아보기 위하여 일원변량분석(one-way ANOVA) 및 사후검정 방법으로 Tukey test를 실시하였다.
결 과
- 1. 9종 조합 정유 향기 성분 분석
- 우울증 완화에 효과적인 대표 향기 성분은 Table 3과 같다. 이하 9종 조합 정유는 BEO (blending aroma essential oils)로 칭한다. 모든 실험에 사용한 시료의 농도는 distilled water/BEO (%)로 희석 후 사용하였다. 모노테르펜류 성분인 D-limonene (38.44%)이 단일오일 대비 혼합 후 높은 증가율(98%)로 가장 많은 비중을 차지하였다. 또한 선행 연구에서 불수감(18.47%), 배초향(0.4%), 적송(0.2%), 탱자(0.06%), 산미나리씨(0.6%)[17]에 함유된 성분으로 중추신경의 흥분을 진정시켜주는 효능으로 알려져 있고[34], 주요 약리작용은 항우울, 항스트레스, 진정 등이 있다[44].
- 불수감(6.9%)등에 함유된 ç-Terpinene (8.9%)은 다른 지방산의 과산화를 지연시키는 항산화 작용을 한다고 알려져 있으며[45] 혼합 후 약 30.8% 증가하였고, 테르펜계 알코올 성분인 Estragole (5.18%)은 혼합 후 약 74.4% 증가하였으며 산미나리씨(0.21%)와 배초향(2.75%)에 주로 함유되어 있다.
- 이는 우울증이나 신경증상 치료, 식욕조절 등 통증 완화 작용으로는 화학적으로 유도된 통증에 대항하는 작용이 있었고, 신경 진정 작용으로는 쥐의 발열로부터 유래한 통증에 유용하였다[46]. 또한 스트레스에 지친 뇌의 진정 작용과 체내 독소 중화 작용을 한다[47]. 그 밖에 á-Pinene(1.73%)은 대뇌피질에서 인지기능을 회복[48], L-linalool(0.75%)은 두통, 편두통의 감소 효과와 항우울제, 신경안정제와 같은 기능이 있다고 알려져 있다[49].
- 2. 흡입독성 관찰시험 결과
- 노출형태를 미스트, 가스로 진행한 결과 군별로 일차피부 자극지수가 가장 높은 쥐의 결과 값으로 기록하였고 BEO_0.5%, BEO_1.0%, BEO_1.5% 샘플 모두 일차피부 자극지수 0.0으로 비 자극성으로 확인되었다(Table 4).
- 3. 개방장실험 결과
- 5일간 스트레스 노출(강제수영)을 통해 활동성이 유의성 있게 낮아진 동물을 대상으로 향기치유를 진행하였고 5일 이후 6분간 개방장실험을 통해 보행활동을 측정하여 향기농도별 항우울 효과를 확인하였고 0.5%, 1.5% 농도에서 대조군과 비교하여 유의하게 보행활동이 높아짐을 확인하였다.
- 향기시료에 따라 활동성이 개선되는지 알아보기 위해 일원변량분석을 실시하였다. 분석결과 통계적으로 유의미한 차이가 나타났으며(F=10.387, p<.001), 이에 대한 사후 검정 결과 대조군은 평균 122.4번, BEO_0.5%는 146.7번, BEO_1.5%는 154.2번으로 우울증 모델보다 BEO_0.5%, BEO_1.5% 군에서 활동성이 상대적으로 높은 평균 횟수로 나타났다. 즉, BEO_0.5%나 BEO_1.5% 군의 경우 normal 군과 가장 가까운 효과가 있는 것으로 볼 수 있다(Fig. 1).
- 4. 꼬리현수실험 결과
- 5일간 환경적 스트레스로 무기력해진 우울증 동물모델들을 대상으로 향기치유를 진행하였고 5일 이후 6분간 꼬리현수실험을 통해 부동자세를 측정하여 향기농도별 항우울 효과를 확인하여 0.5%, 1.5% 농도에서 대조군과 비교하여 유의하게 부동시간이 짧아짐을 확인하였다.
- 분석결과 통계적으로 유의미한 차이가 나타났으며(F=10.582, p<.001), 이에 대한 사후검정 결과 대조군은 평균 164.7초, BEO_0.5%는 142.33초, BEO_1.5%는 148.21초로 우울증 모델보다 활동성이 상대적으로 높은 평균 시간으로 나타났다. BEO_0.5%나 BEO_1.5% 군의 경우 normal 군과 가장 가까운 효과가 있는 것으로 볼 수 있다(Fig. 2).
고 찰
- 약용식물에서 향기 성분을 지닌 아로마 에션셜 오일을 활용하는 아로마테라피는 스트레스 해소와 관리에 오래전부터 사용해왔으며 그 작용기전은 후각신경, 변연계, 시상 하부, 뇌하수체 통로를 통한 정신, 감정적인 문제해결과 신체적인 증상 개선으로 설명하고 있다. 아로마 에센셜 오일의 항스트레스 효과[4] 보고에 의하면 18종의 에션셜 오일을 혼합한 2가지 향에서 향을 흡입하고 난 후의 항불안과 항스트레스 효과 모두에서 유의미한 결과는 본 연구에서 나타난 항우울 효과를 지지한 것으로 보여준다. 이는 에션셜 오일들의 그 주된 작용이 중추신경계를 진정시켜 주면서 안정상태를 균형적으로 유지시켜 주는 효과를 가지고 있다고 볼 수 있다.
- 이에 본 실험에서 향기 성분을 지닌 9종 정유를 사용하여 흡입독성실험, 개방장실험, 꼬리현수시험을 통해 항우울 효과와 흡입독성시험을 진행한 결과 샘플 모두 일차피부자극지수 0.0으로 비 자극성으로 확인되었다. 개방장실험 및 꼬리현수실험의 향기농도별 항우울 효과에서는 BEO_0.5%, BEO_1.5% 군에서 대조군과 비교하여 유의하게 상대적으로 활동성이 높아지고 부동시간이 가장 짧아짐을 확인하였다. 개방장실험과 꼬리현수실험 모두 농도의존적이 아닌 1.0%에 대한 효과가 현저히 낮은 결과는 각 개인별 향취 선호도에 따른 결과로 보인다. 추후 항우울증에 관련된 메커니즘적인 변화에 대한 결과와 실험 전 농도별 향취 분석을 통한 체계적인 연구가 추가된다면 더욱 완성도 높은 연구가 될 것이며 또한 이번 연구결과를 통해 향기의 유효성분뿐만 아니라 개인 향기 선호도에 대한 맞춤형 향 배합기술 연구의 중요성을 알 수 있었다. 향후 BEO_0.5%, BEO_1.5% 군으로 사용성평가, 인체적용 시험 등을 진행한다면 우울증 완화에 효과적인 시제품 개발에 도움이 될 것으로 사료된다.
Notes
-
Conflicts of interest
The author declared no conflict of interest.
-
Funding
This work was supported by the Korea Forestry Promotion Institute (Assignment number: 2021406A00-2123-0102).
Fig. 1.Bar diagram represents antidepressant effect of BEO (0.5%, 1.0%, 1.5%) from open field test. Values represent mean±SD (n=10). a)<.001 as compared with BEO (0.5%, 1.5%) in control group.
Fig. 2.Bar diagram represents antidepressant effect of BEO (0.5%, 1.0%, 1.5%) from tail suspension test. Values represent mean±SD (n=18). a)<.001 as compared with BEO (0.5%,1.5%) in control group.
Table 1.Extraction oil mixing ratio
Extraction oil |
Content (%) |
Agastache rugosa O. Kuntze |
3 |
Pinus densiflora Sieb. et Zuccarini |
20 |
Curcuma longa, Curcuma domestica |
6 |
Zingiber officinale Roscoe |
10 |
Foeniculum vulgare Miller |
6 |
Citrus medica var. sarcodactylis |
30 |
Dendropanax morbiferus |
3 |
Poncirus trifoliata |
20 |
Valeriana fauriei |
2 |
Table 2.Skin reaction rating table and skin irritation determination index
Category |
Irritation index |
Non-irritating |
0.0∼0.5 |
Mild irritant |
0.6∼2.0 |
Moderately irritating |
2.1∼5.0 |
Highly irritating |
5.1∼8.0 |
Erythema and skin formation |
|
Erythema at all |
0 |
Very mild erythema |
1 |
Clear erythema |
2 |
Moderate and severe erythema |
3 |
Difficulty in observing erythema due to severe epidermal formation |
4 |
Edema formation |
|
No swelling at all |
0 |
Very mild edema |
1 |
Mild swelling that is clearly swollen and clearly distinguishable |
2 |
Normal swelling (swollen about 1 mm) |
3 |
Severe swelling that extends beyond the exposed area (swelling of about 1 mm or more) |
4 |
Table 3.Major chemical composition of the volatile oil constituents of BEO determined by GC-MSD analysis
No |
Time (min) |
Content (%) |
Compound name |
1 |
41.58 |
38.44 |
d-limonene |
2 |
44.36 |
8.90 |
ç-Terpinene |
3 |
54.53 |
5.18 |
Estragole |
4 |
32.54 |
1.73 |
á-Pinene |
5 |
54.53 |
5.18 |
Estragole |
6 |
47.43 |
0.75 |
L-linalool |
Table 4.Mist, gas inhalation toxicity test results
Experiment |
Result |
Sample |
BEO (0.5%) |
BEO (1%) |
BEO (1.5%) |
BEO (0.5%) |
BEO (1%) |
BEO (1.5%) |
Acute toxicity |
Inhalation |
Inhalation |
GLP/Non-GLP |
Non-GLP |
Non-GLP |
Year of issue |
2022 |
2022 |
Routes of exposure |
Inhalation/mist |
Inhalation/gas |
Number |
PB220809-1∼3 |
PB220809-7∼9 |
Erythema, edema symptoms |
None at all |
None at all |
Primary skin irritation index |
0.0 (non-irritating) |
0.0 (non-irritating) |
Death |
No fatalities |
No fatalities |
Clinical symptoms |
No unusual general symptoms are observed |
No unusual general symptoms are observed |
Weight |
No abnormal weight changes are observed |
No abnormal weight changes are observed |
Visual findings |
An unusual visual finding is not observed |
An unusual visual finding is not observed |
References
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