산불대응력 제고를 위한 산불관리자원에 대한 ERP 적용 방안 연구

김동현 전주대학교 문화산업대학원 2023 국내석사

최근 대형산불이 국내뿐만 아니라 세계적으로 빈번하게 발생하고 재난의 수준으로 다가오고 있다. 그동안은 기후적인․지형적인 여건 등으로 일부 지역에서 일정 시기에 국한되어 발생하였던 대형산불이 이제는 발생기간과 지역적 환경의 영향 없이 재난 수준으로 나타나고 있다. 산불관리 기술에 있어 선진국인 캐나다의 경우, 2023년 여름철 산불에 대해 통제불능을 선언하고, 미국을 비롯한 우리나라 등 이웃 나라들의 도움을 받아 산불진화에 나서고 있는 상황이다. 이미 아시아, 유럽, 호주, 북미, 남미지역 등 어느 지역도 산불으로부터 안전지대는 없는 상황이며, 우리나라도 작년 3월의 경북 울진․강원 삼척산불과 강원 강릉 옥계산불, 올해 3~4월 경북, 경남, 충남지방에서 동시다발적으로 발생하였던 대형산불로 인해 산림피해와 더불어 이재민까지 발생하여 산불의 위험함을 산림관련 공무원뿐만 아니라 모든 국민들이 더욱 심각하게 느끼게 되었다. 이렇게 재난수준의 산불이 확대되는 상황에서 산불예방 및 진화에 대한 체계적인 준비와 대응으로 산불의 발생을 억제하고, 발생한 산불은 그 피해를 최소화 하기 위한 노력이 필요하다. 본 논문은 지금까지 산림청을 중심으로 하여 관계부처와 지방자치단체에서 진행하고 있는 산불 예방과 진화자원에 관하여 법령에서부터 산림현장에서 추진한 사업들을 분석하고, 발전적인 방향으로 개선을 위해 전사적자원관리(ERP, Enterprise Resource Planning)의 관점에서 다음의 세 가지 방법으로 분석하여 대안을 제시하였다. 첫째, 레질리언스 공학(RE, Resilience Engineering)은 재난관리에서 예견할 수 있거나 예견할 수 없는 사고들에 대해 예측, 모니터링, 사전대응, 안전학습 4단계로 이루어진 요구된 동작을 계속할 수 있도록 조건변화와 장애발생 전·후 또는 자체 재난관리 기능을 조절할 수 있는 본질적인 능력으로 정의된다. 레질리언스 공학(Resilience Engineering, RE) 기법을 이용한 산불관리의 예측, 모니터링, 사전대응, 안전학습 분야에 대해 역량진단을 하였다. 그 결과, RE를 이용한 산불관리 역량진단의 결과, 그림 2-10과 같이 예측(4.6/5), 모니터링(4.35/5), 사전대응(4.7/5), 안전학습(4.15/5)으로 평가되었고 여기서 사전대응분야에서 자원에 대한 해당평가 항목인 자원동원 평가 결과는 2/5.0으로 사전대응 전체 항목 중 가장 낮게 평가되었다. 둘째, 현재 운영․확보하고 있는 산불 예방 및 진화자원을 ERP시스템에 맞게 인적자원, 장비자원, 시설자원으로 분류하는 것을 처음으로 시도하였다. 그렇게 분류한 자원들에 대하여 6개의 분석항목을 선정하였다. 분석항목 6개는 ①관리지침 등의 구체성은 해당 자원의 구입 기준, 설치 기준, 확보 기준 등을 구체적으로 정한 관리지침 등을 확보하고 있는지에 대하여 분석하였고, ②세부사양의 적정성은 해당 자원이 갖추어야 할 세부사양의 기준을 구체적으로 정하고 있는지, ③유지보수의 적정성은 해당 자원의 유지보수를 위한 예산 확보, 점검 주기, 점검 주체 등을 구체적으로 정하고 있는지, ④내구연한의 구체성은 조달청에서 정한 내용연수가 없는 자원에 대하여 해당 자원의 내구연한을 자체적으로 정한 규정이 있는지, ⑤능력치 검증의 적정성은 해당 자원이 목표로 하는 것에 실재 자원이 보유하고 있는 능력이 얼마인지 측정한 값이 있는지, ⑥운영교육 프로그램의 유무는 해당 자원이 정상적으로 기능하게 하기 위한 운영 교육 프로그램 규정의 준비와 실제 운영여부에 대한 사항이다. 분석항목별로 각 항목별 자원관리에 대한 구체성․적정성․검증․유무 등을 평가하였다. 구체적이고 적정한 경우(○), 구체적이지 않거나 적정하지 않으나 운영은 원활한 경우(△), 규정 등이 없고 운영이 되지 않는 경우(×), 해당없는 경우(-) 등 4가지로 표기하는 방식으로 분석을 실시하였다. 각 항목의 분석은 해당자원을 관리하는 산림청 담당부서(산불방지과, 산림자원과, 목재산업과)의 담당자 의견을 받는 방법으로 하였다. 그 결과, 산불 예방 자원은 해당 자원의 구입 기준, 설치 기준, 확보 기준 등을 구체적으로 정한 관리지침에 대하여는 13개 자원 중 6개 자원에서 있어야 하는데 없는 상태였다. 장비자원 중 산불재난안전통신기, 시설자원 중 산불감시탑, 산불감시초소, 산악기상관측시설, 산불방지ICT플랫폼이 이에 해당된다. 또한 세부사양의 적정성 평가에서도 산림재해드론, 산불감시탑, 산불감시초소가 적정하지 않은 것으로 평가되었으며, 특히 능력치 검증의 적정성은 해당되는 자원 9개 중 적정하다고 평가된 것이 하나도 없는 것으로 평가되었다. 특히, 산불예방 자원은 공통적으로 각 자원별로 세부적인 관리지침을 제정하여야 할 필요가 있고, 세부사양도 적정하게 제시하여 같은 자원이면 동일한 성능을 갖추고 동일한 정도의 능력을 발휘할 수 있도록 해야 하는 것으로 분석되었다. 산불진화 자원의 분석에서 가장 심각한 문제를 가진 자원은 진화대원의 안전장비이다. 안전장비 자원은 관리지침, 세부사양, 유지보수, 내구연한, 능력치 검증 등 분석항목 모두에서 적정하지 않거나 갖춰지지 않은 것으로 분석되었다. 사회전체적으로 중대재해처벌법 제정 등 안전관리에 대한 인식이 높아지는 최근의 상황을 감안하여 시급하게 기준들을 정해야 할 필요가 있다고 판단된다. 셋째, 사고지휘체계(ICS, Incident Command System)의 재난관리 계획 사이클은 사전계획 단계부터 완료에 이르기까지 ICS 세부 코드에 따라 위원회 및 전문가들의 규정상 회의를 통하여 계획-준비-실행-피드벡 과정을 “P” 형태로 거치는 것에 착안하여 산불관리자원의 ERP-ICS Logistics “L”모델을 개발하여 제안한다. “L”모델은 재무, 제조, 구매, 물류공급체인, 인적자원, 서비스, 연구개발 및 개선, 자산관리, 이용의 9단계에서 각각 5점 척도의 평가 단위로 해당 산불관리자원을 평가하여 각각의 자원이 가지고 있는 부족한 영역을 파악하고 이를 보완할 수 있는 모니터링 및 평가체계로 구성하였으며, 모든 자원에 대하여 평가의 틀로 사용될 수 있을 것이다. 결론적으로 본 연구에서는 RE 공학적 역량분석과 자원항목분류에 대한 전문가 인터뷰 분석 내용 그리고 ERP 한국형 산불관리자원모델 분석 결과를 토대로 ①산불관리자원 분류, ②산불관리자원에 대한 ERP 적용 분석, ③ERP체계에서의 산불진화자원 분석, ④ICS 자원시스템에 대한 분석과 정의, ⑤ERP-ICS 산불관리자원 “L”모델을 개발하였다. 앞으로 우리나라 산불관리자원에 대한 보다 효율적인 운영과 사용을 위해서는 ERP 적용의 필요성과 현재 우리가 보유하고 있거나 부족한 부분들에 대한 보완과 함께 산불관리 기관들이 운영하는 인적, 장비, 시설자원에 대하여 통일적이고 표준화된 자원모델의 제시하고 이를 통한 전사적자원관리체계를 구축하는 것이 필요하며, 각 자원들을 어떠한 기준으로 표준화할 것인지에 관해 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

UPLC-QTOF/MS Based Metabolomics Approach to Search Colistin-Induced Nephrotoxicity Biomarkers in the Rat

김가빈 인제대학교 일반대학원 2016 국내석사

국문초록 Rat에서 UPLC-QTOF/MS를 이용한 대사체 분석을 통한 colistin신독성 바이오마커 연구 김가빈 (약리학 전공) (지도교수: 김동현) 의학과 인제대학교 대학원 목적 Colistin (polymyxinE)은 polypeptide계 항생제로 다제내성 그람음성균에 우수한 항생효과를 보여주지만 약물에 의한 신장독성 유발로 인하여 임상적 사용에는 한계가 있었다. Colistin의 주요 신장독성 유도 기전은 사구체 여과의 저해와 신장 손상에 의한 급성 요세관 괴사이다. 하지만 상세 기전은 아직까지 완전히 밝혀지지 않았다. 최근의 연구에 의하면 colsitin은 활성산소를 생성하고 이로 인하여 신장 세포의 사멸이 유도되어 신독성이 유발된다고 알려져 있다. 우리는 UPLC-QTOF/MS를 기반으로 하여 colistin methanesulfonate (CMS)를 단회 또는 1주 반복 투여한 rat의 소변과 신장조직에서의 내인성 대사체의 변화를 대사체학 분석을 통하여 확인하였고 이 연구를 통하여 colistin에 의한 신장 독성을 추측할 수 있는 잠재적 대사체 지표를 규명하고 독성반응의 기전을 밝히고자 하였다. 방법 12.5mg/kg, 25mg/kg, 50mg/kg 의 colistin methanesulfonate (CMS)를 단회 또는 일주일 동안 흰쥐에게 복강투여 후에 마지막 투여 시점으로 부터 24시간 후, 내인성 대사체 분석을 위하여 소변과 신장 조직을 채취하였다. 샘플내의 내인성 대사체의 분석을 위하여 UPLC-QTOF/MS를 사용하였고, 샘플내의 colistin 정량 분석을 위하여 LC/MS 시스템을 사용하였다. 그리고 다변량 분석, 대사 경로 분석, heatmap분석, ROC 분석을 진행하였다. 결과 소변 샘플에서는 79개의 대사체를, 신장조직 샘플에서는 97개의 대사체를 확인하였다. 소변에서 아미노산 대사, 지방산 β-Oxidation, creatine 대사, GSH합성과 관련된 대사체들의 유의한 증가를 확인하였다. 반면에 TCA cycle, purine 대사, cofactor, 비타민과 관련된 대사체들은 소변에서 유의하게 감소함을 확인하였다. 신장 조직의 경우, TCA cycle과 purine 대사에 관련된 대사체들의 유의한 변화가 확인되지 않았고 지방산 β-Oxidation과 tryptophan 대사에 관련되는 대사체들이 약간 변하는 것을 확인하였다. 그리고 riboflavin의 유의한 감소가 신장조직에서 확인되었다. 결론 본 연구에서는 고전적 생체지표인 BUN과 혈청 creatinine의 농도의 변화가 있었고 colistin 투여 rat의 소변 및 신장 조직에서의 대사체들의 변화를 확인하였다. 특히 소변 샘플에서의 아미노산 대사, 지방산 β-Oxidation, creatine 대사와 관련된 대사체의 유의한 변화를 확인하였으며 이러한 유의적 변화를 pathway 분석 등을 통하여 신독성 유발 기전을 유추하였다. 결과적으로 소변의 creatine 과 tryptophan이 colistin의 신독성 예측 생체지표가 될 가능성을 확인하였다. 색인어 : Colistin, 항생제, 그람 음성 세균, 신독성, 대사체학, 대사 경로 ABSTRACT UPLC-QTOF/MS based Metabolomics Approach to Search Colistin-Induced Nephrotoxicity Biomarkers in the Rat Gabin Kim (Pharmacology) (Advisor: Prof, Dong-Hyun Kim) Department of Medicine Graduate School, Inje University Objectives Colistin is known to be very effective for multidrug-resistant gram-negative bacteria. But clinical use of colistin has been limited in the last two decades due to its nephrotoxic effects. The main mechanism of colistin induced nephrotoxicity are acute tubular necrosis, a reduction in glomerular filtration and a renal failure. But the detailed mechanism of colistin-induced nephrotoxicity is not fully known. In the present study, we used UPLC-QTOF/MS based metabolomics analysis to evaluated changes in endogenous metabolites found in rat urine and kidney after single and one-week treatment of colistin methanesulfonate. The main purpose of the study was identifying the potential metabolite biomarkers to predict colistin-induced nephrotoxicity and to elucidate the mechanisms of toxic response. Methods Colistin methanesulfonate (12.5, 25 and 50mg/kg) was intraperitoneally given daily to rats for one week and Urine was collected for 24hr after lasting dosing and Kidney was taken for the analysis of endogenous metabolites. In addition, analysis of endogenous metabolites were conducted in the UPLC-QTOF/MS, Quantification of colistin was conducted in the LC/MS system. And then, multivariate analysis, metabolic pathway analysis, heat map analysis, and ROC analysis were performed. Results 79 metabolites in the Urine samples and 97 metabolites in the kidney samples were identified. Colistin result shows the significant and dramatic increase in urinary metabolites that associated with amino acid metabolism, fatty acid β-oxidation, creatine metabolism, and GSH synthesis. However, urinary metabolites that associated with TCA cycle, purine metabolism, Cofactors and vitamins were significantly decreased. In the case of kidney, there were no significant changes of metabolites associated with the TCA cycle and purine metabolism. Instead, slight increases in the metabolites associated with fatty acid β-oxidation and tryptophan metabolism and significant decrease of riboflavin in the Kidney. Conclusions In the present study, Classical biomarkers changes such as BUN and serum creatinine, were observed along with substantial metabolic profile changes in urine and kidney collected from the colistin treated Rats. We found that metabolites associated with amino acid metabolism, fatty acid β-oxidation, and creatine pathway were significantly changed. This study suggest that a UPLC-QTOF/MS based metabolomics platform is useful revealing various urinary an renal metabolic changes of colistin exposure and also offer a better understanding of the mechanisms of the colistin-induced nephrotoxicity. Key words : Colistin, antibiotics, gram-negative bacteria, nephrotoxicity, metabolomics, metabolic pathway

Ginsenoside Rh1 inhibits adipocyte differentiation in 3T3-L1 cells and high fat diet-treated mice

구완 경희대학교 대학원 2013 국내석사

Ginseng (Root of Panax ginseng C.A. Meyer), which contains protopanaxadiols and protopanaxatriols as its main constituents, has been used for many disorders, such as cancer, diabetes, inflammation, and hyperlipidemia. Of these ginsenosides, protopanaxadiol ginsenoside Rh2 alone is reported to inhibit adipogenesis in 3T3-L1 ex vivo. Therefore, we investigated the effect of protopanaxatriol ginsenoside Rh1, on adipogenesis in 3T3-L1 cells and high fat diet-induced obesity (DIO) mice. Treatment with ginsenoside Rh1 inhibited adipocyte differentiation, as evidenced by Oil Red O staining and lipid droplet extraction assay. RT-PCR analysis revealed that ginsenoside Rh1 decreased the expression of adipogenesis-related genes, PPAR-γ, C/EBP-α, fatty acid synthase, and adipocyte fatty acid-binding protein. Furthermore, oral administration of ginsenoside Rh1 (20mg/kg) exhibited potent anti-obesity effects, such as body weight, fat storage, and plasma triglyceride, that has been observed in the DIO mice model. Furthermore, ginsenoside Rh1 inhibited adipogenesis-related genes, PPAR-γ, C/EBP-α, fatty acid synthase, adipocyte fatty acid-binding protein, as well as F4/80, CD68, TNF-α, IL-6, and IL-1β in DIO mice by real time PCR analysis. Based on these findings, ginsenoside Rh1 may ameliorate obesity, by inhibiting adipocyte differentiation and via controlling chronic inflammation. Protopanaxadiol 과 Protopanaxatriol 을 그 주성분으로 함유하고 있는 인삼( Panax ginseng C.A. Meyer 의 뿌리)은 암, 당뇨병, 염증성질환, 그리고 고지혈증과 같은 다양한 질병을 치료하는데 사용되어왔다. 이런 ginsenoside 들 중에서, ginsenoside Rh2 만이 3T3-L1 cell 을 이용한 ex vivo 실험에서 지방생성억제 효과가 보고 되었다. 그러므로, 우리는 protopanaxatriol 계열의 성분인 ginsenoside Rh1 의 지방생성에 미치는 효과를 3T3-L1 과 DIO mice 에서 측정하였다. Ginsenoside Rh1 이 지방세포의 분화를 억제하는 효과를 Oil Red O staining 방법과 lipid droplet 을 추출하는 방법으로 증명하였다. RT-PCR 결과에서는 ginsenoside Rh1 이 PPAR-γ, C/EBP-α, fatty acid synthase, 그리고 adipocyte fatty acid-binding protein 과 같은 지방세포생성에 연관된 유전자의 발현을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 게다가, ginsenoside Rh1 (20mg/kg) 을 DIO mice model 에서 경구 투여한 결과 몸무게, 지방조직의 무게감소, 혈중 TG 농도의 감소와 같은 강력한 항 비만효과들을 나타내었다. 또한, ginsenoside Rh1 은 DIO mice model 에서 RT-PCR 로 분석한 결과, PPAR-γ, C/EBP-α, fatty acid synthase, 그리고 adipocyte fatty acid-binding protein 과 같은 지방세포생성에 연관된 유전자의 발현을 억제하였으며 F4/80, CD68, TNF-α, IL-6 그리고 IL-1β 와 같은 marker 에서도 그 억제효과를 나타내었다. 이런 결과를 바탕으로, ginsenoside Rh1 은 지방세포의 분화억제와 만성적 염증상태를 조절함으로 써 비만을 개선할 수 있다고 보여진다.

Lancemaside A isolated from Codonopsis lanceolata and its metabolite echinocystic acid protect scopolamine-induced memory and learning deficits in mice

정일훈 경희대학교 대학원 2013 국내석사

The rhizome of Codonopsis lanceolata (family Campanulaceae), which contains lancemaside A as a main constituent, have been used as herbal medicine to treat inflammation, insomnia, and hypomnesia. Lancemaside A and echinocystic acid, which is its metabolite by intestinal microflora, potently inhibited acetylcholinesterase activity in a dose-dependent manner, with IC50 value 13.6 µM and 12.2 µM, respectively. Its inhibitory potency is comparable with that of donepezil (IC50 = 10.9 µM). Lancemaside A and echinocystic acid significantly reversed scopolamine-induced memory and learning deficits on passive avoidance task. Lancemaside A orally administered 5 h before treatment with scopolamine reversed scopolamine-induced memory and learning deficits more potently than one orally administered 1 h before. Echinocystic acid more potently reversed it than lancemaside A. Lancemaside A and echinocystic acid significantly reversed scopolamine-induced memory and learning deficits on the Y-maze and Morris water maze tasks. Lancemaside A and echinocystic acid also increased the expression of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and phosphorylated cAMP response element binding protein (p-CREB). Based on these findings, orally administered lancemaside A may be metabolized to echinocystic acid, which may be absorbed into the blood and protect memory and learning deficits by inhibiting AChE activity and inducing BDNF and p-CREB expressions. 더덕의 뿌리줄기는 lancemaside A라는 주성분을 함유하고 있고, 예로부터 염증이나 불면증, 그리고 기억력 감퇴 등의 치료에 사용되어 왔다. 주성분인 Lancemaside A와 장내미생물에 의한 그 주 대사체 Echinocystic acid의 acetylcholinesterase의 활성을 억제하는 농도를 측정 비교한 결과, 13.6 μM와 12.2 μM 의 농도에서 50% 억제효과를 보였다. 이 억제효과는 AChE의 활성을 억제하므로써 현재 치매치료제로 사용되고 있는 도네페질의 10.9 μM의 억제중간값과 비교할 만한 값이다. Passive avoidance task에서 lancemaside A와 echinocystic acid를 투여한 결과 기억력 회복효과를 보였다. Lancemaside A를 실험을 수행하기 5시간 전에 투여한 그룹이 1시간 전에 투여한 그룹보다 더 좋은 기억력 회복효과를 보였다. 그리고 대사체인 Echinocystic acid가 주성분인 Lancemaside A보다 더 좋은 기억력 회복효과를 보였다. Lancemaside A와 주 대사체인 Echinocystic acid는 다른 기억력 관련 행동실험인 Y-maze task와 Morris water maze task 실험에서도 기억력 회복효과를 보였다. 그리고 Lancemaside A와 Echinocystic acid는 뇌유래신경영양인자(BDNF)와 p-CREB의 발현을 증가시켰다. 이런 결과를 토대로, 경구로 투여된 더덕의 주성분 Lancemaside A는 Echinocystic acid로 대사되고, 이 대사체가 혈중으로 흡수되어 acetylcholinesterase의 활성을 억제하고 BDNF와 p-CREB의 발현을 증가시킴으로써 기억력 회복효과를 나타낸다.

Inhibitory effect of fimasartan and olmesartan on the efflux of statins mediated by multidrug resistance protein 2

임다은 인제대학교 대학원 2015 국내석사

목적 고지혈증 치료제인 statin 계 약물은 OATP1B1 수송체를 통해 간으로 이행되며, Mrp2와 BSEP과 같은 배출 수송계를 통해 담즙으로 배설 된다. 그러나 약물의 흡수와 배출에 있어서 각각의 수송체의 기질특이성과 상대적인 기여도가 statin계 약물에 따라 다르게 나타난다. 또한 AII 수용체 길항제인 고혈압치료제 sartan계 약물도 유사한 수송체를 통하여 간으로 이행 및 배설이 된다. Sartan계 약물과 statin계 약물의 병용 처방 빈도를 고려하여, 본 연구에서는 흡수, 배출 수송계인 OATP1B1과 MRP2를 매개한 atorvastatin과 rosuvastatin의 수송에 있어서 fimasartan과 olmesartan의 저해성을 분석하여 두 그룹 약물간의 상호작용 가능성을 규명하고자 하였다. 방법 MRP2가 과발현 된 MDCKⅡ 세포를 이용하여 statin약물의 bidirectional 수송 활성에 대한 fimasartan과 olmesartan의 저해성을 확인하였다. 또한 OATP1B1에 의한 statin약물의 흡수 수송 활성에 대한 fimasartan의 저해성 평가는 OATP1B1 과발현한 Xenopus laevis oocytes사용하였다. Statin약물의 농도는 liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LS-MS/MS)를 이용하여 분석하였다. 결과 MDCKII-MRP2 과발현 세포에서 MRP2 특이적인 기질인 calcein AM의 세포내 축적을 fimasartan과 olmesartan은 100 μM 농도에서 각각 약 2배 증가시켜, MRP2 활성 저해 효과를 확인하였다. MRP2-MDCKII 세포에서 MRP2 기질로 알려진 atorvastatin의 수송 속도에 fimasartan과 olmesartan은 저해 활성을 보여주지 않았으나, fimasartan과 olmesartan의 경우 rosuvastaitn의 수송 활성을 억제하였으며, IC50 값은 36.71 μM과 51.13 μM로 계산되었다. Fimasartan은 흡수 수송계인 OATP1B1에 의한 rosuvastatin과 atorvastatin의 수송 활성을 저해하였으며, IC50 는 각각 9.6 μM과 3.9 μM로 계산되었고, olmesartan의 경우, IC50는 각각 41.15 μM과 10.43 μM로 계산되었다. 결론 MDCK-MRP2 과발현 세포주와 OAPT1B1이 과발현된 xenopus oocytes를 이용하여 rosuvastatin과 atorvastatin의 배설과 흡수 수송에대한 fimasartan과 olmesartan의 저해성을 규명 하였다. Fimasartan과 olmesartan은 MRP2를 통한 rosuvastaitn의 수송을 약하게 저해하는 반면, MRP2에 의한 atorvastatin의 수송 저해하지 않았다. 또한 fimasartan과 olmesartan은 OATP1B1 흡수 수송체에 의한 rosuvastatin과 atorvastatin의 수송활성에 저해성을 보였다. 실제 혈 중 약물 농도를 기반으로 인체에서의 약물 상호 작용 가능성을 평가한 결과 fimasartan과 olmesartan과 statin계 약물과의 상호 작용은 없을 것으로 추정된다.

Dynamic hysteresis behavior in Co/Pt multilayers

Djati Handoko 충북대학교 2015 국내박사

The dynamic hysteresis behavior in Co/Pt multilayers has been intensively investigated, with a particular focus on the hysteresis loop shape change with variation of the sweep rate and the maximum strength of applied fields. The present study is divided into three main discussions; comparison of scaling behavior between discrete and continuous applied field, scaling behavior and its relation with structure ordering, and domain structure observation. The hysteresis loop shape changes have been observed by applying discrete and continuous magnetic field for Co/Pt multilayers with a perpendicular magnetic anisotropy by measuring a polar magneto-optical Kerr effect. The loop area has been observed to increase rapidly with an increase of the field step size as well as the sweeping frequency until the area attains a maximum. The increase of the loop area has been discussed based on the Steinmetz law, where a loop area scaling exponent examined from discrete field sweeping is compared to a scaling exponent from continuous field sweeping. The dynamic coercivity behavior with respect to discrete and continuous field sweeping is analyzed together with the loop area scaling behavior, suggesting that details of magnetic structures disorders do not change the loop area scaling exponent. For a further detailed study on the dynamic hysteresis behavior, the nucleation, saturation and coercive field have been investigated. We have observed that there exist dynamic scaling behaviors for the nucleation and the saturation field as well as the loop area and the coercivity in hysteresis loop of Co/Pt multilayer thin films. The dynamic hysteresis measurement was examined with variation of sweeping rate of cycling fields, which exhibits that, not only the coercivity and the loop area, well known as the Steinmetz law, but also the nucleation and the saturation field reveal similar scaling behaviors. The coercivity scaling factor determined by scaling analysis is observed to be greater than that of nucleation but smaller than the scaling factor of saturation. Local structural disorders depending on the Co sublayer thickness were determined by extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), implying that structural disorders affects the coercivity scaling factor but does not considerably stimulate the change in nucleation and saturation scaling factors. To make comprehensive study on dynamic hysteresis behavior, the investigation on the magnetic-domain structure of a Co/Pt multilayer with perpendicular magnetic anisotropy under a horizontal in-plane field by using a high-resolution scanning transmission X-ray microscope (STXM) developed at Pohang Accelerator Laboratory have been reported. The rugged-shaped striped magnetic-domain structure that was initially formed under a field cycle along the out-of-the plane magnetic easy axis was found to be stretched and elongated along the direction of the horizontal in-plane field. As the in-plane field was strengthened, the striped pattern exhibited an anisotropic domain growth with further stretching and aligning, as well as with a modification of the magnetic-domain’s width.

강자성 Co/Pt 다층박막의 초고속 자기냉각효과

심제호 충북대학교 2015 국내박사

The magnetocaloric effect has been well known to be originated from a large amount of entropy change by the forced magnetization alignment particularly around the magnetic phase transition at the Curie temperature. Here, we first report that a giant magnetic cooling phenomenon exists, not only around the Curie temperature but also during the laser-induced demagnetization and remagnetization phenomena, due to the forced alignment by an external magnetic field even on a femtosecond time scale. The cooled spin temperature by the magnetic field was found to be proportional to the external magnetic field strength before full saturation, as in the case of the conventional magnetic cooling effect. Observed results are consistently explained based on pump-beam modulation time-resolved measurements of changes of a coercivity, a remanence, a saturation of magnetization, and a hysteresis loop area. 자기냉각효과란 자기장으로 자화를 강제로 정렬시켜 커다란 엔트로피 변화를 일으켜 얻는 현상으로서, 특히 퀴리온도 근처에서 자성구조의 상전이가 일어나는 구간에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 그래서 우리는 자기냉각효과가 퀴리온도 근처의 상전이 현상에서 일어나는 것 외에도, 펨토초 시간 스케일에서 빛으로 유도된 자화소거 및 회복 과정 중 외부자기장에 의해 강제자화정렬로 인해 일어나는 거대 자기냉각효과가 존재한다는 사실을 최초로 보고한다. 초고속 자기냉각효과로 인해 감소한 스핀온도는 외부자기장이 포화자기장이상으로 가면 더 이상 감소하지 않으며, 이것은 일반적인 자기냉각효과의 현상과 동일하다. 관측된 초고속 자기냉각효과는 펌프 빔 변조 시간분해능 히스테리시스 곡선에서 보자력장, 잔류자화, 그리고 룹의 넓이의 변화를 토대로 설명하였다.

Anti-stress effects of saponins derived from the rhizomes of Panax ginseng and Astragalus membranaceus in mice

오현아 경희대학교 일반대학원 2015 국내박사

The rhizomes of Panax ginseng C.A. Meyer (Araliaceae), which contain ginsenosides as the main components, have been shown to have various biological effects, including the anti-inflammatory, anxiolytic, anti-stress, and anti-tumor effects. Orally administered ginsenosides are metabolized to the aglycones 20(S)-protopanaxadiol (PPD) and 20(S)-protopanaxatriol (PPT) by gut microbiota. These metabolites have many pharmacological activities similar to ginseng. Therefore to understand the biological effect of ginseng, understanding the pharmacological activities of two metabolites, PPD and PPT, of various ginsenosides is very important. Nevertheless the pharmacological effects of the ginsenoside metabolites have not been studied thoroughly. In the present study, to clarify the anti-stress effects of constituents derived from ginseng, the anti-fatigue activities of ginseng saponin (GS) and polysaccharide (GP) were compared with the weight-loaded swimming (WLS) test and the anti-stress activities of ginsenoside metabolites, PPD and PPT were investigated in the WLS test and immobilized mice. As a result, GS induced the significant increase on swimming time in WLS test. However GP did not cause any significant change. Also PPT caused a significant increase on the WLS time of the mice, but not PPD. Nevertheless PPD and PPT inhibited the WLS-induced increase of serum corticosterone, lactate, LDH, FFA and creatinine levels as well as the reduction in glucose level. Also, treatments with GS, PPD and PPT in immobilized mice increased time spent in open arms (OT) and open arms entries (OE) in the elevated-plus maze (EPM) test. This anxiolytic effect of PPD was significantly blocked by flumazenil and bicuculline as GABAA receptor antagonists, and the effect of PPT was blocked by WAY-100635 as a 5-HT1A receptor antagonist. PPD also potently suppressed immobilization stress-induced serum levels of corticosterone and IL-6. Therefore ginseng may exhibit the anti-stress effect, which is attributable to the activity of GS, but not GP. And final metabolites of ginsenosides, PPD and PPT, may ameliorate immobilization stress-induced anxiety via GABAA receptors and serotonergic receptors, respectively and PPD also may ameliorate more potently stress-induced inflammation than PPT. The rhizomes of Astragalus membranaceus Bunge (AM, Leguminosae) have been used in traditional herbal medicine to enhance the body’s defense system, reinforce skin, drain abscess, generate tissue and reduce a variety of stresses. Astragaloside IV, a representative saponin constituent of A. membranaceus, possesses the anti-oxidative, anti-inflammatory, anti-infarction, anti-fibrotic and immune-regulatory effects. However the anti-stress effect of astragaloside IV has not been studied, yet. Treatments with the AM extract and astragaloside IV in immobilized mice increased dose-dependently OT and OE of the EPM test, and their anxiolytic effects were blocked by WAY-100635, a 5-HT1A receptor antagonist. The AM extract and astragaloside IV also reduced dose-dependently immobilization stress-induced serum levels of corticosterone, IL-6 and TNF-α, and especially astragaloside IV revealed the anti-inflammatory effect more potently than the AM extract. Therefore A. membranaceus, particularly its representative saponin, astragaloside IV, may ameliorate immobilized stress-induced anxiety via serotonergic receptors and stress-induced inflammation. On the basis of these findings, P. ginseng and A. membranaceus may exhibit the anti-stress effects, which are attributable to the activities of their saponins, but not their polysaccharides. Therefore saponin-rich herbal medicines may exhibit potent the anti-stress effect and can improve stress-related disorders such as anxiety, depression and inflammatory disease. 인삼의 뿌리는 주성분으로 ginsenosides를 함유하고 있으며, 항염증, 항불안, 항스트레스 및 항종양 효과를 포함한 다양한 생물학적 활성을 갖고 있다. 경구로 투여된 ginsenosides는 장내 미생물에 의해 비당체인 20(S)-protopanaxadiol (PPD)과 20(S)-protopanaxatriol (PPT)로 대사된다. 이러한 대사 산물은 항종양, 항당뇨, 항염증 효과를 포함하여 인삼과 유사한 많은 약리학적 활성을 갖고 있다. 따라서 인삼의 약리학적 효과를 이해하기 위해 다양한 ginsenosides의 대사체인 PPD과 PPT의 생물학적 활성을 이해하는 것은 매우 중요하다. 그럼에도 불구하고 ginsenosides 대사체의 약리적 효과는 충분히 연구되지 않았다. 본 실험에서는 인삼으로부터 분리된 성분들의 항스트레스 효과를 규명하기 위해, 인삼 사포닌과 다당체의 항피로 활성을 중량 부하 유영 실험에서 비교하였으며, 또한 인삼 사포닌의 대사체인 PPD와 PPT의 항스트레스 효과를 중량 부하 유영 실험과 구속 스트레스를 가한 마우스 모델에서 연구하였다. 그 결과 인삼 사포닌은 중량이 부하된 마우스의 유영 시간을 유의성 있게 증가시켰다. 하지만 인삼 다당체는 유의한 변화를 야기하지 못했다. 또한 PPT는 중량이 부하된 마우스의 유영 시간을 유의하게 증가시켰으나, PPD는 증가시키지 못했다. 그럼에도 불구하고 PPD와 PPT는 중량 부하 유영으로 유도된 혈당의 감소 뿐 아니라 혈청corticosterone, lactate, lactate dehydrogense, free fatty acid 및 creatinine의 증가를 억제시켰다. 또한 구속 스트레스를 가한 마우스에서 인삼 사포닌, PPD 및 PPT의 처리는 Elevated-plus maze test (EPM) test의 open arm에 머문 시간과 횟수를 증가시켰다. 이러한 PPD의 항불안 효과는 GABAA 수용체 길항제인 flumazenil와 bicuculline에 의해, PPT의 항불안 효과는 5-HT1A 수용체 길항제인 WAY-100635에 의해 차단되었다. 또한 PPD는 구속 스트레스로 유도된 혈청 corticosterone와 IL-6의 농도를 강하게 억제시켰다. 따라서 인삼은 스트레스를 개선하는 효과를 발휘하며, 이것은 인삼 다당체가 아닌 사포닌 성분으로 기인한다. 그리고 인삼 사포닌의 최종 대사체인 PPD 와 PPT는 구속 스트레스로 유도된 불안을 각각 GABAA 수용체와 serotonin 수용체를 거쳐 개선하며, 또한 PPD는 스트레스로 유도된 염증을 PPT보다 강력히 개선한다. 황기의 뿌리는 예로부터 신체의 방어 시스템을 강화시키고 피부 장벽을 강화하며 농양을 배출하고 조직을 생성하며 다양한 스트레스를 감소시키기 위한 목적으로 중국의 전통 의학에서 사용되어 왔다. Astragaloside IV는 황기의 대표적인 사포닌 성분으로 항염증, 항산화, 항섬유화, 항경색 및 면역 조절 효과를 갖고 있다. 그러나 astragaloside IV에 대한 항스트레스 효과는 아직 연구되지 않았다. 구속 스트레스를 가한 마우스 모델에서 황기 추출물과 astragaloside IV의 처리는 EPM test에서 open arm에 머문 시간과 횟수를 농도 의존적으로 증가시켰으며, 이들의 항불안 효과는 5-HT1A 수용체 길항제인 WAY-100635에 의해 차단되었다. 또한 황기 추출물과 astragaloside IV는 구속 스트레스로 유도된 혈청 corticosterone, IL-6 및 TNF-α의 농도를 감소시켰으며, 특히 astragaloside IV는 황기 추출물보다 더 강한 항염증 효과를 나타냈다. 따라서 황기, 특히 대표적 사포닌인 astragaloside IV는 serotonin 수용체를 거쳐 구속 스트레스로 유도된 불안을 개선하며 또한 이로 인한 염증을 개선할 수 있다. 이러한 결과에 근거하여 인삼과 황기는 항스트레스 효과를 발휘하며, 이것은 이들의 다당체 성분이 아닌 사포닌 성분에 기인한다. 그러므로 사포닌이 풍부한 생약이 강력한 항스트레스 효과를 발휘하여 불안, 우울증 및 염증성 질환과 같은 스트레스성 질환을 치료 및 개선할 수 있을 것이다.

Heat-processed ginseng ameliorates scopolamine-induced memory impairment and adenine-induced chronic renal failure

김은진 경희대학교 대학원 2013 국내박사

예로부터 많은 나라에서 암, 염증, 스트레스 등의 치료를 위해 사용 되어 온 인삼의 주요 성분은 ginsenoside Rb1, Rb2, Rc, Re 그리고 Rg1 등이다. 인삼의 약리학적인 활성을 변화 또는 증대시키기 위해 인삼을 찌거나 열처리하는 과정을 처리하게 되는데, 이와 같은 가공 과정은 인삼의 화학적인 성분이나 약리활성을 나타내는 성분들을 변화시키게 된다. 인삼을 98-100 ℃에서 두 세시간 가열한 홍삼은 인삼과 비교했을 때 새로운 ginsenoside Rg3, Rg5, Rg6, Rh2, Rh3 그리고 F4와 같은 성분들이 나타나게 된다. 그리고 홍삼은 백삼에 비해 약리학적 활성이 증가한다고 보고되어 있다. 특히 열처리 인삼은 홍삼보다 더 높은 온도에서 인삼을 가열하는 것으로서, ginsenoside Rg5와 같은 홍삼 특유의 성분을 증가시킨다고 보고되어 있다. 이러한 ginsenoside는 항암, 항염증, 항산화, 혈소판 응집 억제, 라디컬 제거, 항당뇨 그리고 뇌보호 효과 등 다양한 활성을 보여주고 있다. 인삼의 뇌보호 효과와 관련하여, ginsenoside Rg1, Rg3 그리고 Rg5/Rk1 mixture 등에서 기억력 결핍에 대한 보호효과가 보고되어 있다. 또한 ginsenoside Rg3의 대사체인 ginsenoside Rh2에서도 스코폴라민으로 유도된 기억력 결핍을 보호하는 효과가 있었다. 그런데 ginsenoside Rg5의 대사체인 ginsenoside Rh3에 대한 연구결과는 아직 없다. 따라서 우리는 먼저 수동회피 실험과 Y-maze 실험을 통해 스코폴라민이 처리된 기억력 결핍 생쥐 모델에서 열처리 인삼과 열처리 인삼의 사포닌 분획물의 뇌보호 효과에 대해 알아보았다. 그 결과, 열처리 인삼과 그 사포닌 분획물은 스코폴라민이 처리된 생쥐의 기억력 결핍을 억제하는 효과를 보여주었으며, 그 효과는 사포닌 분획물에서 더 강하게 나타났다. 따라서 다음으로 열처리 인삼의 주요 사포닌 성분인 ginsenoside Rg5와 그 대사체인 Rh3의 기억력 결핍에 대한 뇌보호 효과에 대해 조사하였다. Ginsenoside Rg5와 Rh3는 아세틸콜린 에스테라제의 활성을 억제하였으며, 수동회피 실험, Y-maze 실험과 모리스 수중미로 실험 등에서 스코폴라민이 처리된 생쥐의 기억력 결핍을 억제하는 효과를 보여주었다. 또한 생쥐의 뇌에서 적출한 해마조직을 관찰한 결과, 스코폴라민에 의해 감소된 CREB의 인산화와 BDNF의 발현을 증가시켰다. 그리고 그 효과는 ginsenoside Rg5의 대사체인 ginsenoside Rh3가 더 강력하였다. 한편, 인삼은 당뇨의 합병증으로 야기되는 신장 질환과 만성 신부전의 치료에 좋은 효과를 보인다는 연구 결과들이 있다. 그러나, 열처리 인삼과 그 사포닌의 신부전에 관한 연구는 아직 진행된 바가 없다. 그러므로 우리는 아데닌으로 유도한 신부전 흰쥐에서 열처리 인삼의 효능을 연구했다. 그 결과, 열처리 인삼은 BUN과 혈중 크레아티닌의 농도를 감소시켰으며, 저칼슘혈증의 개선을 의미하는 혈중 칼슘 농도를 증가시켰다. 또한 과인산혈증의 개선도 관찰되었다. 열처리 인삼은 아데닌 투여에 의해 야기된 신장 비대증과 부종도 억제하였다. 뿐만 아니라, 혈중 GOT, GPT, LDH 의 수치도 감소시켜 간기능 개선 효과도 있음을 보여주었다. 따라서 열처리 인삼은 아데닌 식이에 의한 신독성 상태에서 renal clearance를 개선시킬 수 있다. 그리고, 이러한 열처리 인삼의 만성 신부전 개선 효과는 ginsenoside Rg5와 같은 열처리 인삼의 사포닌 성분에 의존한다. 이와 같이 열처리 인삼 및 그 사포닌은 알츠하이머와 만성 신장 질환 등을 치료 및 개선할 수 있을 것이다. The major components of ginseng (the root of Panax ginseng C.A. Meyer, Araliaceae), which has been frequently used in many countries against cancer, inflammation, stress, etc, are ginsenoside Rb1, Rb2, Rc, Re and Rg1. To alter or enhance the pharmacological activities of ginseng, steaming and heating process have been adopted for ginseng, and these processes alter its chemical compositions and pharmacological ingredients. Red ginseng (RG), which is produced by steaming ginseng at 98-100 ℃ for 2-3 h, has different ginsenosides, ginsenoside Rg3, Rg5 Rg6, Rh2, Rh3 and F4 compared to ginseng. RG is reportedly more pharmacologically active than white ginseng. Especially heat-processed ginseng (HG) is prepared by heating fresh ginseng at a higher temperature than RG. And when ginseng has been heated at a higher temperature, it was reported that the yield of RG specific components such as ginsenoside Rg5 can enhance. These ginsenosides showed many kinds of pharmacological activities, such as anticance, anti-inflammatory, antioxidant, platelet anti-aggregating, radical scavenging, anti-diabetic and neuroprotective activities. Related to the memory deficit-protecting effects of ginsenosides, ginsenoside Rg1, Rg3 and ginsenoside Rg5/Rk1 mixture showed memory enhancing effects in scopolamine-treated mice. Ginsenoside Rh2, which is main metabolites of ginsenoside Rg3, also protected scopolamine-induced memory deficit in mice. Nevertheless, the neuroprotective effect of ginsenoside Rh3, which is metabolites of ginsenoside Rg5, has not been studied yet. Thus I studied the protective effects of HG and its saponin on scopolamine-induced memory deficit model through the passive avoidance and Y-maze tasks. The result, HGW and HGB suppressed scopolamine-induced memory impairment, and the effects of HGB were more potent. Therefore I investigated the memory impairment-protecting effects of ginsenoside Rg5 and its metabolite ginsenoside Rh3, main saponin ingredient of HG. Ginsenosides Rg5 and Rh3 inhibited AChE activity like donepezil as positive control. And they reversed scopolamine-induced memory impairment on the passive avoidance, Y-maze and Morris water maze tasks. These ginsenosides also reversed hippocampal BDNF expression and CREB phosphorylation reduced by scopolamine. Of them, ginsenoside Rh3 more potently protected memory impairment. On the other hand, it is reported ginseng has the ameliorating effect on renal disease caused by complications of diabetes, and has a good therapeutic effect for the treatment of chronic renal failure. However the effects of HG and its saponin on renal failure were not studied. Therefore I studied the efficacy of HG in adenine-induced chronic renal failure rats. As a result, HG significantly decreased the levels of both blood urea nitrogen and serum creatinine, indicating an improvement of renal function. And it increased serum calcium level, indicating an improvement of hypocalcemia. Improvement of the hyperphosphatemia was also observed. Furthermore treatment with HG inhibited adenine-induced kidney hypertrophy and edema. HG saponin reduced serum GOT, GPT and LDH activities increased by adenine. These experimental results indicate that HG improves the renal clearance in the uremic state induced by adenine feeding. HG may ameliorate chronic renal failure, and the effect may be dependent on its main ingredient, HG saponin such as ginsenoside Rg5. These beneficial effects of HG saponin can give us a new insight into therapeutic drug development for Alzheimer’s disease and chronic renal failure.

디지털 유방촬영장치에서 관전압과 타깃-필터조합 변화에 따른 영상분석

김도형 부산가톨릭대학교 2015 국내석사

유방촬영술은 유방암의 조기진단에 매우 중요하다. 하지만 환자에게 방사선량을 과다하게 피폭하는 경우에는 환자에게 유방암의 발생확률을 증가 시킬 수 있다. 본 연구에서는 팬텀과 선량계를 이용하여 관전압과 타깃-필터의 변화에 따른 흡수선량률과 신호, 노이즈, 대조도, 신호 대 잡음비를 분석하여 흡수선량률과 영상화질측면에서 최적의 관전압과 타깃-필터조합을 찾아 환자의 피폭선량 경감효과를 확인하고자 하였다. 더 나아가 최적의 필터 조합인 경우에 환자의 피폭선량 경감효과를 확인하고자 하였고 제조사별 흡수선량률은 GE장비가 Siemens와 Hologic장비보다 높았다. 타깃-필터조합에 따라 측정한 흡수선량률에서는 타깃-필터의 재질이 Mo/Mo를 사용할 때 흡수선량률이 다른 타깃-필터 조합보다 가장 낮게 측정되었다. 대조도는 Mo/Rh를 사용할 때 조금 우수하게 나타났으며, SNR은 각기 장비마다 타깃-필터별로 불규칙한 결과가 나타났다. Siemens장비의 SNR은 Mo/Mo를 사용하였을 때 높게 나왔으며, 반면에 나머지 두 장비는 Mo/Rh를 사용하였을 경우 SNR이 높게 측정되었다. 결론적으로 제조사별 장비마다 환자선량측면에서는 Mo/Mo를 사용하여야 한다. 더 나아가 디지털 유방촬영 영상의 질적 측면에서는 Mo/Rh를 사용하는 것이 효과적이라는 결론을 얻었다.