Effects of Gastrodia Rhizoma Extracts on Global Coronary Circulation in Rats

천마 Extracts가 백서의 국소적 관상순환기능에 미치는 영향

Gastrodia (G) Rhizoma has been used clinically as an oriental herbal medicine with sedative, anticonvulsive, and depressor effects. The present study tested effects of G. Rhizoma extracts on the coronary circulation and myocardial oxygen consumption in perfused rat hearts. Sprague Dawley rats (SD) and spontaneously hypertensive rats (SHR) were employed as experimental animals and nonworking Langendorff heart perfusion technique introduced for heart experiments. G. Rhizoma extracts were prepared from grinding G. Rhizoma into powder, extracting in water and 50% ethanol for 4 or 16 hr and diluting with Krebs-Henseleit bicarbonate perfusion buffer to be 70%. Hearts were perfused with bicarbonate buffer oxygenated with 95% $O_{2}:$ 5% $CO_{2}$ at constant coronary perfusion pressure of $90cmH_{2}O$. The diluted extracts were infused into coronary arteries in a concentration of $1{\sim}5\;{\mu}M$ for $7{\sim}8 min. While in SD water- or ethanol-extracts of G. Rhizoma extracted for 16 hr increased coronary perfusate flow (CPF) and decreased coronary vascular resistance (CVR), ethanol-extracts in SHR produced coronary vasoconstriction associated with enhanced CVR. G. Rhizoma extracts-induced increase in CPF reduced myocardial oxygen extraction, and thus myocardial oxygen consumption ($MVO_{2}$) remained at that observed prior to infusion of extracts. In SD and SHR 16 hr-water-extracts markedly altered coronary venous effluent pH and $Pco_{2}$ and evoked metabolic acidosis, which could be a coronary vasodilator mechanism decreasing CVR. In this study, the extracts decreasing CVR in SD and SHR did not augment the lactate production. Therefore, although the effects of the extracts on cardiac function and coronary circulation depended on solvents and duration for extraction, the 16hr-water-extracts, at least, exhibited coronary vasodilation in SD and SHR. Conversely, ethanol-extracts constricted coronary arteries in SHR. G. Rhizoma extracts-induced vasodilation might be due to the metabolic acidosis rather than due to the increased lactate production. The results indicate that G. Rhizoma extracts obtained from proper extracting procedures can be used as a safe and clinically applicable herbal medicine in the cardiovascular diseases such as coronary artery disease and hypertension for vasodilatory and antihypertensive actions.

본 연구는 고혈압을 비롯한 순환기 질환의 예방이나 치료의 목적을 위해 민간요법으로 전수되어 사용되고 있는 천마의 효능에 대한 사실성을 확인하고, 나아가서는 이러한 효능에 대한 천마의 작용기전을 유추하려고 하였다. 현재까지 천마 extracts에 대한 유효성분의 분석이 이루어져 있지 않기 때문에, 본 연구는 SD 실험쥐와 선천성 고혈압의 소질을 지닌 SHR 실험쥐를 이용하여 천마의 water-extracts나 ethanol-extracts의 심장 및 관상 순환기능에 대한 약리적인 효능을 과학적으로 구체적인 실험방법을 통해서 조사하였다. 천마 extracts는 추출과정에 사용된 용매, 추출기간 및 실험쥐 model에 따라 관상 순환기능에 대한 작용효과가 상반된 현상으로 나타났다. 물이나 50% ethanol에 16시간 추출된 extracts는 사용된 농도에서 SD 실험쥐의 관상 혈관저항을 저하시켜 혈관확장의 효과를 가져왔지만, SHR 실험쥐에서는 ethanol에 추출된 extracts는 사용된 농도에서 심장기능 그 자체에 유의적인 독성효과를 주지 않는다는 것을 말해준다. 본 연구결과는 천마의 water-extracts에 의해서 나타난 혈관확장작용이 일반적으로 국소적인 혈관확장에 관여한다는 lactate 생성의 증가에 기인하는 것보다는 오히려 extracts에 의한 대사적 acidosis 현상에 기인한다는 사실을 제시하고 있다. 본 연구에서 천마의 수용성 extracts가 혈관확장작용 또는 혈압강하작용을 나타낸다는 사실이 제시된 것은 심장이나 순환기 질환을 예방하고 치료하기 위한 천마의 임상적인 활용측면에서 매우 중요한 성과이다. 그러나, 천마의 순환기능에 대한 약리적 효능을 나타내는 성분추출은 조사되어야 할 과제로 아직 남아 있다. 또한, 천마를 한방에서 약재로써 이용되는 반면에 천마를 식이로 이용하기 위해서 식이성 천마에 대한 효능을 연구해야 할 필요가 있다. 이러한 연구결과로써, 천마는 혈관순환기질환의 예방이나 치료에 이용되는 생약으로써 활용될 뿐만 아니라 안전성을 가진 건강식품으로 개발되어 국민보건 향상에 이바지하리라 기대된다.