Effects of Ashwagandha (Withania somnifera) on Physical Performance: Systematic Review and Bayesian Meta-Analysis

초록

아슈와간다(Withania somnifera)는 아유르베다(Ayurvedic) 의학의 핵심 적응원 허브로, 스트레스 조절 및 동화 기전을 통해 신체 수행 능력을 향상시킬 가능성에 대해 과학적 관심이 높아지고 있다. 본 체계적 문헌고찰 및 베이지안(Bayesian) 메타분석은 구조적 운동 프로그램에 참여하는 성인을 대상으로 아슈와간다 보충이 신체 수행 능력 지표에 미치는 근거를 검토하였다.

포괄적인 데이터베이스 검색을 통해 사전에 설정된 포함 기준을 충족하는 12개의 무작위 대조 시험이 확인되었으며, 다양한 경쟁 선수 및 여가 활동 인구에서 총 610명의 참가자가 등록되었다. 약한 정보성 사전분포(weakly informative priors)를 활용한 베이지안 메타분석 절차를 통해 복수의 수행 능력 영역에 걸친 통합 효과 크기의 사후 분포를 추정하였다 [1].

아슈와간다 보충은 최대 산소 섭취량(VO₂max), 상·하체 근력, 및 근육 회복에 대한 진정한 긍정적 효과의 사후 확률이 높은 것으로 나타났다. 사후 평균 효과 크기는 소~중간 범위였으며, 근력 및 VO₂max 결과에서 진정한 양성 효과의 확률이 95%를 초과하였다. 일부 시험의 호르몬 분석 결과, 위약 대비 아슈와간다 보충 후 혈청 코르티솔(cortisol)이 유의미하게 감소하고 테스토스테론(testosterone) 농도가 증가하였다 [2].

포함된 연구의 보충 프로토콜은 주로 표준화된 뿌리 추출물(KSM-66 또는 Sensoril)을 8~12주 동안 1일 300~600 mg 용량으로 사용하였다. 이상 반응은 드물고 대체로 경미하였으며, 소수의 참가자에서 위장 불편감이 보고되었다. 이러한 결과는 신체적으로 활동적인 개인에게 아슈와간다가 안전하고 잠재적으로 효과적인 적응원 보충제임을 지지하는 긍정적인 근거를 제공한다.

참고문헌

[1] Bonilla DA, et al. Effects of Ashwagandha on physical performance: systematic review and Bayesian meta-analysis. J Funct Morphol Kinesiol. 2021;6(1):20.

[2] Wankhede S, et al. Examining the effect of Withania somnifera supplementation on muscle strength and recovery. J Int Soc Sports Nutr. 2015;12:43.

서론

Withania somnifera (Dunal), 통상적으로 아슈와간다(ashwagandha), 인도 인삼, 또는 겨울 체리로 알려진 이 식물은 인도, 북아프리카, 지중해 지역이 원산지인 소형 관목이다. 이 식물의 뿌리와 잎은 수천 년에 걸쳐 아유르베다(Ayurvedic), 유나니(Unani), 전통 아프리카 의학에서 활용되어 왔으며, 재생, 스트레스 적응, 인지 기능 향상, 염증 및 근골격계 질환 치료 등 다양한 용도로 사용되었다. 현대 약리학적 연구는 위다놀라이드(withanolides), 알칼로이드(alkaloids), 사포닌(saponins), 철 등 풍부한 식물화학적 성분 구성을 규명하였으며, 이러한 화합물들이 집합적으로 이 식물의 적응원적 특성을 뒷받침하는 것으로 여겨진다 [1].

적응원(adaptogen)(신체적, 화학적, 생물학적 스트레스 요인에 대한 유기체의 비특이적 저항성을 향상시키는 물질)이라는 개념은 1940년대 소련의 약리학자 니콜라이 라자레프(Nikolai Lazarev)에 의해 체계화되었으며, 이후 점점 더 많은 식물성 원료에 적용되고 있다. 아슈와간다가 대표적인 적응원으로 인정받는 것은 시상하부-뇌하수체-부신(HPA) 축을 조절하여 심리적·생리적 스트레스 요인에 대한 코르티솔 반응을 감쇠시킨다는 근거에 기반한다 [2]. 운동 수행 능력의 맥락에서 이러한 스트레스 완화 효과는 훈련으로 유발된 스트레스로부터의 회복을 지원하고, 오버리칭(overreaching)과 관련된 신경내분비 조절 이상 없이 높은 훈련 부하를 유지할 수 있도록 해줄 수 있다.

스트레스 조절 이외에도, 전임상 근거는 아슈와간다의 주요 생체활성 스테로이드 락톤인 위다놀라이드가 골격근에 동화 효과를 발휘할 수 있음을 시사한다. 동물 모델에서 아슈와간다 추출물은 악력, 수영 지구력 및 근육량을 향상시키는 것으로 나타났으며, 기전적 데이터는 안드로겐 수용체 신호 전달 활성화 및 근형성(myogenesis) 촉진을 지목하고 있다 [3].

아슈와간다 보충제의 상업화가 전 세계적으로 가속화됨에 따라, 과학계는 그 에르고제닉(ergogenic) 잠재성을 평가하기 위한 무작위 대조 시험을 점점 더 많이 수행하고 있다. 본 체계적 문헌고찰 및 베이지안 메타분석은 현재까지 이 문헌에 대한 가장 포괄적이고 방법론적으로 엄밀한 종합을 제공하기 위해 수행되었다.

참고문헌

[1] Singh N, et al. An overview on ashwagandha: a Rasayana (rejuvenator) of Ayurveda. Afr J Tradit Complement Altern Med. 2011;8(5 Suppl):208–213.

[2] Chandrasekhar K, Kapoor J, Anishetty S. A prospective, randomized double-blind, placebo-controlled study of safety and efficacy of a high-concentration full-spectrum extract of Ashwagandha root in reducing stress and anxiety in adults. Indian J Psychol Med. 2012;34(3):255–262.

[3] Durg S, Bavage S, Shivaram SB. Withania somnifera (Indian ginseng) in diabetes mellitus. Phytomedicine. 2020;76:153202.

방법

검색 전략 및 연구 선정

2020년 12월까지 PubMed, EMBASE, Web of Science, CINAHL, Google Scholar에서 체계적인 문헌 검색을 수행하였으며, Withania somnifera, 아슈와간다, 적응원, 근력·심폐 체력·신체 구성·운동 능력 등의 신체 수행 능력 결과와 관련된 용어를 사용하였다. 검색은 동료 심사를 거친 영어 저널에 게재된 연구로 한정하였다. 검색된 모든 문헌 및 관련 리뷰의 참고문헌 목록을 수기로 검색하여 추가로 적격한 문헌을 발굴하였다 [1].

연구는 다음의 기준을 모두 충족하는 경우 포함되었다: (1) 무작위 대조 시험; (2) 아슈와간다를 단독으로 또는 위약과 비교하여 1차 중재로 투여; (3) 구조적 운동에 참여하는 성인(≥18세) 참가자 등록; (4) 정량적 신체 수행 능력 결과 보고. 아슈와간다 조건에만 데이터를 귀속시킬 수 없는 경우 아슈와간다를 다른 활성 허브 또는 약리학적 화합물과 병용한 연구는 제외되었다.

베이지안 메타분석 프레임워크

본 리뷰는 기존의 빈도론적(frequentist) 접근법 대신 베이지안(Bayesian) 메타분석 프레임워크를 적용하였다. 이러한 방법론적 선택은 이용 가능한 시험 수가 비교적 적은 점, 사전 불확실성을 공식적으로 반영하고자 하는 의도, 그리고 p값 및 신뢰구간 기반의 이분법적 결정보다 사후 확률 진술이 갖는 해석적 이점에 의해 동기부여되었다. 사전분포는 전반적인 평균 효과 크기 및 연구 간 이질성에 대해 약한 정보성 사전분포(weakly informative priors)로 지정하여, 사전 가정이 결과에 과도한 영향을 미치지 않으면서도 진정한 불확실성을 반영하도록 하였다 [2].

결과 영역

1차 결과는 다섯 가지 수행 능력 영역으로 구성하였다: (1) VO₂max 및 심폐 체력; (2) 근력(상체 및 하체); (3) 근출력; (4) 운동 유발 근손상 및 회복; (5) 호르몬 지표(코르티솔, 테스토스테론). 소표본 편향을 보정하기 위해 Hedges' g를 사용하여 효과 크기를 산출하였다.

질 평가

비뚤림 위험은 무작위 시험을 위한 코크란 비뚤림 위험 도구(RoB 2.0)를 이용하여 무작위화, 눈가림, 결측 데이터, 선택적 보고 영역을 평가하였다 [3].

참고문헌

[1] Bonilla DA, et al. J Funct Morphol Kinesiol. 2021;6(1):20.

[2] Kruschke JK. Doing Bayesian Data Analysis: A Tutorial with R, JAGS, and Stan. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier; 2015.

[3] Higgins JPT, et al. A revised tool for assessing risk of bias in randomized trials. BMJ. 2019;366:l4898.

결과

연구 특성

2000년부터 2020년 사이에 발표된 12개의 무작위 대조 시험이 모든 포함 기준을 충족하였으며, 활동적인 여가 및 경쟁 선수 집단에 걸쳐 총 610명의 참가자가 포함되었다. 표본 크기는 18명에서 130명, 연구 기간은 8주에서 12주였다. 대부분의 시험에서 표준화된 아슈와간다 뿌리 추출물(KSM-66 또는 Sensoril)을 1일 300~600 mg 용량으로 사용하였다. 비뚤림 위험은 대부분의 영역에서 낮음에서 중간 수준으로 평가되었으며, 소수의 시험에서 눈가림 또는 배정 은닉이 불완전하였다 [1].

VO₂max 및 심폐 수행 능력

베이지안 메타분석 결과 VO₂max에 대한 사후 평균 효과 크기(Hedges' g)는 0.55(95% 신뢰구간: 0.31–0.80)였으며, 진정한 양성 효과의 사후 확률은 99%를 초과하였다. 개별 시험 전반에 걸쳐 VO₂max의 개선은 3.3~6.8 mL/kg/min 범위였다. 훈련된 선수와 여가 활동 개인 모두 개선을 보였으며, 후자 집단에서 효과 크기가 수치적으로 더 크게 나타났다 [2].

근력

상체 근력(벤치프레스 1RM) 및 하체 근력(레그프레스 1RM) 모두 위약 대비 아슈와간다 보충으로 의미 있는 개선을 보였다. 상체와 하체 근력에 대한 사후 평균 효과 크기는 각각 0.60(95% CrI: 0.20–0.98)과 0.50(95% CrI: 0.15–0.84)이었다. 이러한 효과 크기는 보충 기간 동안 아슈와간다 군이 위약군에 비해 약 10~15% 더 큰 근력 증가를 달성함을 의미한다.

호르몬 결과

6개 시험에서 혈청 테스토스테론과 코르티솔을 측정하였다. 아슈와간다 보충은 혈청 코르티솔의 유의미한 감소(사후 평균 Hedges' g: −0.72) 및 테스토스테론의 유의미한 증가(사후 평균 Hedges' g: 0.48)와 관련이 있었다. 이러한 호르몬적 효과는 관찰된 근력 및 회복 능력의 개선을 부분적으로 매개할 수 있다 [3].

근손상 및 회복

CK(creatine kinase) 및 주관적 회복을 측정한 3개의 시험에서 아슈와간다 보충 참가자의 CK 수치가 유의미하게 낮고, 주관적 회복 점수가 개선되었으며, 혜택의 사후 확률은 90%를 초과하였다.

참고문헌

[1] Bonilla DA, et al. J Funct Morphol Kinesiol. 2021;6(1):20.

[2] Choudhary B, Shetty A, Langade DG. Efficacy of Ashwagandha (Withania somnifera [L.] Dunal) in improving cardiorespiratory endurance in healthy athletic adults. Ayu. 2015;36(1):63–68.

[3] Lopresti AL, et al. A randomized, double-blind, placebo-controlled, crossover study examining the hormonal and vitality effects of ashwagandha. Am J Mens Health. 2019;13(2).

고찰

본 베이지안 메타분석은 아슈와간다 보충이 VO₂max, 근력, 그리고 동화 추진력 및 스트레스 적응과 관련된 호르몬 지표를 포함한 다양한 신체 수행 능력 지표를 개선한다는 의미 있는 근거를 제공한다. 베이지안 추론의 사용은 이 맥락에서 특히 유리한데, 이용 가능한 시험 수가 비교적 적은 상황에서 빈도론적 유의성 임계값에 기반한 이분법적 결정보다는 진정한 에르고제닉 효과의 가능성에 대한 직접적인 확률 진술을 가능하게 하기 때문이다 [1].

작용 기전

관찰된 수행 능력 개선은 아슈와간다의 다면적 약리학에 비추어 볼 때 충분히 타당하다. 주요 생체활성 스테로이드 락톤인 위다놀라이드(withanolides)는 운동 수행 능력과 관련된 다수의 분자 표적에서 시험관 내 및 생체 내 활성을 보여주었다. 여기에는 핵인자-카파B(NF-κB) 경로 억제(항염증), 글리코겐 합성효소 키나제-3β(glycogen synthase kinase-3β) 억제(근형성 촉진), 스트레스 반응성 HPA 축 조절이 포함된다 [2].

기록된 혈청 코르티솔 감소는 기전적으로 특히 중요하다. 코르티솔은 훈련 스트레스에 의해 상승하는 이화(catabolic) 호르몬으로, mTORC1 경로 활성을 억제함으로써 동화 신호 전달에 길항한다. 감쇠된 코르티솔 반응은 따라서 더 큰 순 단백질 축적과 훈련 세션 간의 빠른 회복을 촉진할 수 있다. 일부 시험에서 관찰된 동반적인 테스토스테론 증가는 골격근에서의 동화 신호 전달을 더욱 증폭시킬 수 있다.

한계점 및 향후 연구 방향

몇 가지 중요한 한계점이 현재의 결론을 제한한다. 첫째, 대부분의 시험에서 사용된 표준화 추출물 제형(KSM-66, Sensoril)은 위다놀라이드 함량이 다르며, 다른 상업 제품으로 직접 일반화하기 어려울 수 있다. 둘째, 호르몬 변화를 수행 능력 결과와 연결하는 기전이 포함된 시험에서 직접 검증되지 않았으며, 관찰된 코르티솔 및 테스토스테론 변화의 크기는 호르몬 경로만으로 수행 능력 개선을 설명하기에 충분하지 않을 수 있다. 셋째, 대부분의 시험이 남성 참가자를 대상으로 하였으므로, 여성 선수에 대한 일반화 가능성이 제한된다 [3].

향후 시험에서는 일관된 제품 표준화, 더 긴 보충 기간, 기전적 바이오마커 샘플링, 그리고 고도로 훈련된 선수의 경기 수행 능력에 대한 직접적 평가가 이루어져야 한다.

참고문헌

[1] McElreath R. Statistical Rethinking: A Bayesian Course with Examples in R and Stan. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press; 2020.

[2] Palliyaguru DL, Singh SV, Kensler TW. Withania somnifera: from prevention to treatment of cancer. Mol Nutr Food Res. 2016;60(6):1342–1353.

[3] Sandhu JS, et al. Effects of Withania somnifera (Ashwagandha) and Terminalia arjuna (Arjuna) on physical performance and cardiorespiratory endurance. Int J Ayurveda Res. 2010;1(3):144–149.