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The Effects of a Vitamin D Deficient Diet on Chronic Cadmium Exposure in Rats
| Title: | The Effects of a Vitamin D Deficient Diet on Chronic Cadmium Exposure in Rats |
| Other Titles: | 低濃度カドミウムを長期暴露されたラットに対するビタミンD欠乏食の影響 |
| Authors: | Uchida, Hideomi1 Browse this author |
| Authors(alt): | 内田, 秀臣1 |
| Issue Date: | 24-Mar-2011 |
| Publisher: | Hokkaido University |
| Abstract: | Itai-itai disease (IID) of humans is one of the most severe forms of chronic Cadmium (Cd) intoxication occurring mainly in post-menopausal women and is characterized by osteoporosis with osteomalacia, renal tubular disorder, and renal anemia. Some researchers insist the major cause of IID is not Cd but malnutrition, especially hypovitaminosis D. This prompted the present study in which the effects of vitamin D deficiency on Cd intoxication were investigated in ovariectomized (OX) female rats.
The effects of vitamin D deficiency on cadmium (Cd) intoxication were investigated in ovariectomized (OX) female rats. We administrated a low concentration of Cd chloride intravenously to OX female rats that were fed a vitamin D deficient diet (< 0.3 IU/g) or a normal diet (3 IU/g) 5 days a week for up to 50 weeks. The vitamin D deficient diet decreased serum concentrations of active and inactive forms of vitamin D, but did not affect the metabolism of the kidney or bone. Cd treatment alone induced a decrease in serum concentrations of vitamin D as well as renal dysfunction, renal anemia and abnormal bone metabolism. Osteoporosis with osteomalacia, tubular nephropathy, fibrous osteitis and bone marrow hyperplasia occurred following Cd treatment. In rats treated with Cd and administered a vitamin D deficient diet, the toxic effects of Cd on kidney, bone and hematopoiesis were enhanced in comparison to rats treated with the Cd and a normal diet. The present experiment demonstrated that hypovitaminosis D did not evoke IID by itself, but enhanced the toxicity of Cd in regard to osteoporosis with osteomalacia, renal tubular nephropathy and renal anemia. | | カドミウム（Cd）は、亜鉛、銅、鉛などと共に普遍的に存在する環境汚染物質である。Cdの健康影響については、電池工場などの職場での曝露や一般環境における過剰摂取により、主に腎、骨ならびに呼吸器などに障害が認められると共に、発癌性も指摘されている。近年世界各地で行われた疫学調査の結果、食物や喫煙等を介した人体へのCd暴露状況が明らかとなり、Cdの体内蓄積と腎尿細管障害や骨萎縮との関連性が指摘されている。すなわち、これらの影響は、本金属を取り扱う職業従事者や本金属に重度に汚染された地域の住民のみならず、一般住民においても認められる。
1968年に我が国最初の公害病として政府から認定を受けたイタイイタイ病（IID）は、最も重篤な慢性Cd中毒症とされている。IIDの骨病変は、低量暴露による腎尿細管障害および破骨細胞増加による骨粗鬆症のリスク増加、更に高量暴露による腎のビタミンD活性化障害、PTHの増加や腎からのリンの漏出がその主な発症メカニズムと考えられている。一方、ビタミンD摂取不足でも骨粗鬆症に骨軟化症を合併することが知られており、IIDの原因に関しては、カドミウム中毒単独説とカドミウム中毒プラス栄養障害、とりわけビタミンD欠乏の重複原因説がある。このことが、本病の発症機序の解明や治療法の開発において大きな障害となったものと推察される。
IIDの多くは閉経後の女性に認められ、本病は尿細管腎症と骨軟化症を伴う骨萎縮、並びに腎性貧血を特徴としている。これまで多くの研究者がこれらの病態を備えたモデル動物の作成を試みてきた。しかし、塩化カドミウムの混餌投与により尿細管腎症の再現には成功したが、腎性貧血および骨軟化症・骨粗鬆症を備えたモデルの作成にはほとんど成功していなかった。Katsuta et al. (1994)は、動物の消化管におけるカドミウム吸収率が0.5%程度とヒトに比べて極めて低いことに着目し、卵巣摘出したラットに塩化Cdを反復静脈内投与することにより、IIDに類似した腎あるいは骨病変を示す慢性Cd中毒症モデルを作出することに成功した。更に、彼らはIID患者が閉経後の女性に多い事から、骨形成あるいは骨量維持に促進的なエストロゲンの欠乏が本病の骨障害の進展に相乗的に働くと考え、動物に卵巣摘出を施した。
本研究では、低濃度Cd長期暴露により発症するラットの尿細管腎症、腎性貧血および骨軟化症・骨粗鬆症が、ビタミンD欠乏食によってどのように修飾されるかを明らかにするため、去勢雌ラットに対し、低濃度Cd長期暴露、低濃度Cd＋ビタミンD欠乏食給餌、あるいはビタミンD欠乏食給餌のみを50週間に渡って行い、経時的に採取した血液および尿を生化学的に分析するとともに、投与25および50週に解剖して骨や腎臓を中心とする病理組織学的検査を実施した。
ビタミンD欠乏食を給餌されたラットの血清中ビタミンD濃度は著しく減少し、重篤なビタミンD欠乏となったが、腎障害のみならず、骨代謝障害を示唆する生化学的および病理学的異常を示さなかった。
一方、Cd単独投与群では、血清中ビタミンD濃度の低下に加え、腎機能異常、腎性貧血および骨代謝異常が見られ、50週間投与終了時には、尿細管腎症、骨軟化症、線維性骨炎および骨髄過形成などの組織学的変化が認められた。
Cd投与+ビタミンD欠乏食給餌群では、Cd単独投与群でみられた腎臓、骨および貧血が軽度に増強される結果を示した。
以上の実験結果から、低ビタミンD血症はIIDの直接的な原因ではないが、その増悪因子の一つであることが示された。 |
| Conffering University: | 北海道大学 |
| Degree Report Number: | 甲第9950号 |
| Degree Level: | 博士 |
| Degree Discipline: | 獣医学 |
| Type: | theses (doctoral) |
| URI: | http://hdl.handle.net/2115/44978 |
| Appears in Collections: | 学位論文 (Theses) > 博士 （獣医学）
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Submitter: 内田 秀臣
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