npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2024; 74: 344-348

Published online March 29, 2024 https://doi.org/10.3938/NPSM.74.344

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

A Pilot Study on the Correlation Between Electrons and Antioxidant Phenomenon Using an Electron Producing Apparatus (EPA)

전자발생장치(EPA)를 이용한 전자와 항산화 현상과의 상관관계에 대한 예비 연구

Dong-Hyun Lee1*, Chang-Woo Seon2

1Department of Korean Medicine, Sangji University, Wonju 26339, Korea
2Department of Acupuncture and Moxibustion Medicine, Sangji University, Wonju 26339, Korea

Correspondence to:*b8015@sangji.ac.kr

Received: September 15, 2023; Revised: December 14, 2023; Accepted: December 14, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

The aim of this study was to evaluate the correlation between electrons injected through an electron producing apparatus (EPA) and redox reactions of human body. The onset of the disease is directly related to changes in acid-base metabolism in the blood. When the balance of acid-base metabolism in the blood is broken due to various factors, inflammation occurs due to metabolic disorders in the cells and tissues that make up each organ. Based on this theory, it was necessary to develop a apparatus to control acid-base balance and verify its effectiveness. This study was based on the pilot study which means for one subject. The redox reaction of human body was measured by pH/ORP meters after sampling in the urine and blood of the subject. EPA generates minus electron that works for reduction which means neutralizing hydrogen ions of oxidized metabolites. It is expected that lots of study can be perfomed about the relation between redox reaction of human body and disease status.

Keywords: Redox reaction, pH, ORP, Electron producing apparatus (EPA)

이 연구의 목적은 전자발생 장치를 통해 주사되는 전자의 체내에서의 역할, 특히, 신체의 산화환원 반응에 대한 연관성을 보고자 함이다. 질병의 시작은 혈액내 산염기 대사의 변화와 직접적으로 관련이 있다. 여러 요인에 의해 혈액내 산염기대사의 균형이 깨지면서 각 장기를 이루는 세포와 조직의 대사 장해로 염증이 생기게 되고 이것이 반복되면 질병이 생기게 된다. 이 이론에 기초하여 산염기 대사 균형을 조절하는 장치를 개발하여 효과 검증이 필요하였다. 이 연구는 소규모로 조사 대상에 대해 연구실험해보는 선행연구에 바탕을 두고 있다. 피실험자의 소변, 혈액을 이용하여 수소이온 농도와 산화환원전위를 각각 측정했다. 이 장치는 음전자를 발생시켜 경피를 통해 혈액내로 진입하여 체내 대사후 생긴 산화 물질내의 수소이온 농도와 결합하여 수소원자로 변환시켜 환원효과를 가진다고 본다. 이 연구를 기반으로 향후 신체의 질병 상태와 산화환원 상태와의 연관성에 대한 많은 연구가 진행될 것으로 보인다.

Keywords: 산화환원 반응, 수소이온농도, 산화환원전위, 전자발생 장치

산화 스트레스는 이른바 산화제 또는 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS)이라고 불리는 자유 라디칼과 반응성 대사 산물들의 생성과 항산화제에 의해 이것들이 제거되는 것 사이의 불균형으로 정의된다[1]. 이러한 불균형은 중요한 생체분자와 세포의 손상을 가져오고 유기체 전체에 잠재적인 영향을 미칠 수 있다[2]. 불완전한 산소의 환원으로 인해 발생되는 활성산소에는 O 2-, H2O2, NO, HO 등의 다양한 종류가 있다[3]. 활성산소종은 미토콘드리아 및 세포 성분의 부산물로 세포 내에서 생성되며 정상적인 세포내의 신호전달물질로 작용하지만, 약물, 바이러스 및 세균 감염, 담배 및 외부로부터의 자외선 등에 의해 지속적으로 노출되어, 세포내의 활성산소종(ROS) 발생이 증가하게 되면 세포의 유전자를 변형시키거나 지방산, 단백질, 효소 등을 산화시키거나 비활성화시킨다[4,5]. 이 현상은 노화, 면역시스템의 이상 그리고 비정상적인 산화 환원 시스템 작동의 주요 원인으로 밝혀져 있다[6]. 그밖에, 활성산소종의 증가는 산화적 스트레스를 유발하여 세포에 손상을 입히며 그 결과 심혈관 질환, 신경계 질환, DNA손상에 따른 암 유발 및 노화를 촉진하는 다양한 형태의 병리적 이상을 초래한다[7]. 따라서 세포는 활성산소종의 항상성을 조절하기 위해 활성산소를 생성하는 유전자들과 이를 효과적으로 제거하는 항산화 유전자를 가지고 있으며, 이들을 조절하는 정교한 기전을 가지고 있다.

이러한 활성산소종을 포함한 모든 산화 스트레스를 측정하기 위한 다양한 검사법이 있다. 예를 들면 소변, 혈청을 통한 8-OHdG, SOD (SuperOxide Dismutase), oxidized LDL, GPx(Glutachione Peroxidase), MDA(Malone DiAldehyde) 기타 잘 알려진 NK세포량의 평가를 통한 검사법이 많이 존재한다[8].

본 연구에서는 좀 더 간편한 ORP (Oxidation Reduction Potential) 측정기를 통한 산화 스트레스에 대한 평가를 하기로 하였다[9]. 그리고 이러한 산화 스트레스를 감소시키기 위해 본인이 고안한 장치를 이용하여 평가를 해보고자 하였고 기기의 명칭은 전자 발생 장치(Electron Producing Apparatus, EPA)라고 하였다. 본 기기의 원리에 대한 간략한 설명으로는 고전압 발생기를 통해 나오는 전류의 양을 가변 전압계를 통해 조절하여 인체에 무해한 전류 약 10 μA 이하의 전류, 특히 음전자를 발생시켜 신체의 다양한 부위에 투여하는 방식이다.

서론에서 소개한 전자 발생 장치(EPA)를 이용하여 그 유용성을 보고자 하였다. 본 연구 대상 수 산출에 있어서 소규모로 조사대상에 대해 연구실험 해보는 선행연구(pilot study)에 바탕을 두고 있다. 이에 따라 피실험자 1명의 동의를 얻어 실험을 수행하였다. 실험에 참여한 피실험자인 55세 여성의 기본 신체 정보는 키 158 cm, 몸무게 65 kg 로 체질량 지수(bodymass index, BMI) 가 26 kg/m2 으로 과체중 소견에 평상시 혈압약과 고지혈증약을 복용 중이며 실험 전 수축기 혈압 (systolic blood pressure, SBP)은 125 mmHg이었고 이완기 혈압 (diastolic blood pressure, DBP)은 82 mmHg이었다. 이 장치의 유용성을 검정하기 위해 평소 지병으로 약을 복용하는 일반인을 대상으로 하였다.

Figure 1(a)는 상기 장치를 신체에 주사하기 전의 신체 내의 산화, 환원 정도를 평가하기 위해 피실험자의 소변과 혈액 채취를 하였다. 소변은 다른 처치 없이 그대로 사용하였고 혈액은 상지 푸른의원의 임상병리사의 도움을 받아 4 cc 정도를 뽑은 후 같은 장소의 임상병리실에서 원심분리기를 돌린 후 (3000 rpm, 8분) 튜브내 가장 상층의 혈청성분(Serum)을 추출하였다. Figure 1(b)는 소변 샘플에 대한 pH, ORP를 측정하였다. 이때 사용한 측정기 종류로써 pH meter/ORP 측정기의 각 모델명은 pH 측정은 SANXIN 사의 펜 타입의 SX-620 모델을 사용하였고 ORP 측정은 SANXIN 사의 펜 타입의 SX-630 모델을 사용하였다. Figure 2(a),(b)는 신체에 주사하기 전 상태의 혈액 샘플의 산화 환원도를 보기 위해 측정된 pH /ORP 수치이다. 그 후 상기의 장치를 이용하여 Fig. 3의 그림처럼 피실험자의 수부에 투여부를 부착하고 반대편에 대전판의 plate를 부착한 후 장치의 timer에 20분을 세팅 후 투여하였다. 그리고 일정한 시간이 경과한 오후 시간에 상기 설명과 똑같은 방식으로 다시 주사하여 총 2회 시행 후 다시 피실험자의 소변과 혈액 채취를 하였고 각각 샘플의 pH, ORP를 측정하였다. Figure 4(a),(b)는 장치를 통한 피실험자에 2회 투여 후의 혈액 샘플이며 동일한 방식으로 원심분리기 (3000 rpm, 8분)를 시행후 추출한 혈청을 이용한 측정결과를 보여주는 것이며 Fig. 5는 2회 시행 후의 피실험자의 소변 검체를 추출하여 각각 pH, ORP를 측정하였다.

Figure 1. (Color online) (a) Tube in sampled blood 4cc and the yellowish colored serum that was used in this study, was seen in the top layer. (b) ORP/pH level was shown in the urine sample of the subject before experiment.

Figure 2. (Color online) (a) ORP level was shown in the centrifused serum sample of the subject before experiment. (b) pH level was shown in the centrifused serum sample of the subject before experiment.

Figure 3. (Color online) Cathode and anode pads through the apparatus were applied on the subject’s hand. Applying pads on human body are available everywhere in the body but It is recommended that the distance between two pads is within 5 cm.

Figure 4. (Color online) (a) ORP level was shown in the centrifused serum sample of the subject after 2nd experiment (7 mV). (b) pH level was shown in the centrifused serum sample of the subject after 2nd experiment (7.16).

Figure 5. (Color online) ORP/pH level was shown in the urine sample of the subject after 2nd experiment.

Figure 3(a) 사진에서 볼 수 있는 전자 발생장치에서 내부에서 만들어져 나온 전자는 Fig. 3(b)의 모식도의 캐소드 전극부위는 손바닥부위에 그리고 애노드 전극부위는 손등부위에 위치하여 진행하였다. 캐소드, 애노드 전극부위는 위치가 바뀌어도 상관이 없고 신체의 모든 부위에서 가능하지만 실험진행을 편하게 하기 위해 손부위에서 진행하게 되었다. On/off 전원 스위치와 가변 전압조절 장치를 통해 전압조절이 가능하게 하였다. 전류 전압의 원리상 많은 전자의 주입이 필요한 경우는 전압계를 상승시키면 된다. 하지만 전압계를 올리더라도 내부 장치중 가변저항계를 통해 피검자에 주입되는 전류는 대개 10 μA 이하의 전류가 흘러 피부 자극증상을 느끼지는 못한다. 또한 피검자의 피부의 저항계수 정도에 따라 흐르는 전류의 양, 혹은 전자의 양도 차이가 있을 것으로 사료된다. 그리고 하루에 어느 정도의 시간과 횟수를 주사할지에 대한 정설은 없지만 이 연구에서는 회당 20분씩, 2회 주사하기로 하였다. Figure 1(a),(b) 사진에서 사용한 소변은 다른 전처치 없이 그대로 측정하였고 혈액 검사에서 전혈(whole blood)은 다양한 혈구세포가 분포하여 그대로 사용할 시 측정에 오차를 초래할 가능성이 있어 원심 분리기를 통해 혈장성분만 측정에 사용하였다. 전자 발생기를 사용 하기 전 상태의 혈장(Fig. 2)과 전자 발생기로 20분간, 2회의 주사 후의 혈장 검체(Fig. 4)의 그림이다.

주사 전 후의 결과치는 Table 1과 같았다. 주사 전의 체내 소변의 pH /ORP 수치는 4.86/81 mV, 혈액 샘플의 pH치는 7.10 ORP 수치는 51 mV였다. 2 차례의 피실험자의 수부에 투여후 나온 결과 수치는 체내 소변의 pH /ORP 수치는 5.58/39 mV, 혈액 샘플의 pH치는 7.16 ORP 수치는 7 mV였다. 투여 후의 수치가 소변검사에서도, 혈액검사에서도 공히 환원화 경향의 소견을 보였다.

Table 1 . Comparison of changes in pH & ORP levels before & after applying electron producing apparatus (applying time 20 mins, 2 times).

Before/AfterUrineBlood
pH4.86 / 5.587.10 / 7.16
ORP81 mV / 39 mV51 mV / 7 mV


정상인의 소변의 pH치는 5에서 8.5까지 매우 다양한 수치를 나타낸다. 편식을 하지 않는 사람은 보통 6.0 정도의 약산성으로 기울어져 있다[10]. 체내 수소이온은 대부분 영양소의 대사 결과 생성된 것이다. 단백질 분자에 포함된 유황(S), 인(P)은 산화되어 황산, 인산이 되고 당질이나 지방질은 불완전 연소에 의해 젖산(lactic acid), 초산(acetic acid) 등의 유기산이 된다. 이렇게 세포내에서 만들어진 수소이온들이 혈액내를 확산하여 혈류에 옮겨지고 혈액의 pH치 7.4±0.05 정도가 된다[11]. 이에 반해 아직 신체의 소변 및 혈액내의 ORP 수치에 관하여는 정상 범위에 대한 정설은 없지만 이 분야에 대한 연구가 활발한 Horiguchi[12]의 논문에 의하면 혈액내 ORP 수치는 110 이하, 111–116, 117–128, 129–134, 135 이상 등 5단계로 분류하여 110 이하일때는 5점, 135 이상일 때는 1점을 주어 체내 신진대사평가를 하는 scale을 보고하기도 하였다. 본 연구에서도 투여전 후의 혈액내 ORP 수치가 51 mV에서 7 mV로의 변화 즉, 훨씬 환원화 경향을 보여줌을 알 수 있다. 국내의 혈액, 타액 등 신체내 분비물에 대한 산화 환원 수치의 기준치는 아직 없지만 본 논문에서 다루고자 하는 것은 본 연구에 사용한 전자방출 장비에 의해 혈액, 소변 등에서 이전보다 환원화 경향을 보이는지, 산화스트레스가 감소하는지를 알기 위하여 시행된 연구이다. 신체내 혈액의 산화 스트레스 상황과 질병과의 연관성은 이미 수년동안 여러 논문들에서 보고되고 있다. Yoo et al.[13]은 산화스트레스와 치매와의 관계에서 뇌신경퇴행성 질환, 알츠하이머 등의 병변에서 Free radical에 의해 혈액내 철분 등이 Fenton reaction 반응에 의해 hyroxyl radical을 만들게 되고 이를 통해 신경세포의 퇴행이 초래되어 iron chelation 및 항산화치료의 필요성을 말하고 있으며, 산화 스트레스와 고혈압과의 관계에서 특정 단백질의 중요성을 동물 모델로 설명하기도 하며[14] 기타 대사증후군과의 연관성 및 만성폐쇄성폐질환, 암 발생과의 연관성에 대한 다양한 논문이 있다[15]. 본 전자 발생장치의 신체작용에 대한 기작으로 설명할 수 있는 것은 전자의 역할이며 기기에서 방출된 다량의 음전자는 경피를 통해 신체내 혈류의 흐름에 합류한 후 조직, 장기내에서 대사후 발생한 산화물질(노폐물)의 분자구조내의 수소이온에 전자를 공여하여 더 환원화 경향의 환경을 만들 것으로 추측하며 그 결과 실험 전 후의 검체의 pH와 ORP의 수치변화가 나타나게 된다. 물론 건강을 유지하는 가장 적절한 수치의 ORP값은 추후 더 연구가 필요한 부분이며 하지만 이 연구는 이 전자방출 장비의 항산화 효과로써의 기능을 검정하기 위한 것이었고 그러한 생화학적 효과를 통해 다양한 질병의 근본원인으로 일컬어지는 활성 산소를 줄이게 되고 또한 이런 기작을 통해 각 질병의 주된 신호인 염증현상에 어떻게 관여하는지에 대한 연구도 기대할 수 있다.

산화 스트레스는 여러 내인성 및 외인성 과정에 의해 생성된 활성산소종(ROS)이 항산화 작용 등에 의해 충분하게 제거되지 못한 상태에 이르게 되면 발생하게 된다. 고농도의 활성산소종(ROS)는 단백질, 지질, 탄수화물 및 핵산과 쉽게 반응하여 비가역적인 기능 변화를 야기한다. 이에 산화 스트레스를 감소시킬 수 있는 다양한 치료법이 필요하다. 가변 전압계를 통해 조절하여 인체에 무해한 약 10 μA 이하의 전류, 즉 음전자를 발생시켜 신체의 다양한 부위에 투여하는 방식을 고안하였으며 인체의 항산화기능을 평가하는 markers로써 pH /ORP를 활용하여 검전자 발생장치 사용 전/후를 기준으로 소변과 혈액 내 pH, ORP을 비교해보았다. 피실험자의 수부에 투여부를 부착하고 반대편에 대전판의 plate를 부착한 후 장치의 timer에 20분을 세팅 한 뒤 투여하였다. 그리고 일정한 시간이 경과한 뒤 이전과 동일한 방식으로 주사하여 총 2회 시행하였다. 이후 피실험자의 소변과 혈액 채취를 하였고 각각 샘플의 pH, ORP를 측정하였다. 주사 전 체내 소변의 pH /ORP 수치는 4.86/81 mV, 혈액 샘플의 pH치는 7.10, ORP 수치는 51 mV 이였으나 두 차례의 피실험자의 수부에 투여후 나온 결과, 체내 소변의 pH /ORP 수치는 5.58/39 mV, 혈액 샘플의 pH치는 7.16, ORP 수치는 7 mV 나타나 환원화 경향의 소견을 보였음을 알 수 있다.

본 연구에서는 저자가 고안한 전자 발생 장치(Electron Producing Apparatus, EPA)를 이용하여 환원화 경향을 일으켜 산화적 스트레스를 감소시키는 긍정적인 치료효과가 있음을 보고하였다는 것에 의의가 있다. 다만, 사례가 1례로 제한되어 있어 본 예비연구의 자료만으로 전자 발생 장치(EPA)가 산화적 스트레스를 낮추는 데 효과가 있다고 결론을 내리기는 부족한 면이 있다. 그러나 다양한 질병과 산화스트레스의 관련성에 대한 연구의 출발점이 되어 향후 더 대규모의 연구에서 얻어지는 데이터를 통해서 이런 결과를 확인해 줄 것으로 생각되며 다양한 질병에 이용되어질 것으로 생각된다.

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