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慢性関節リウマチに対する砂糖および黒糖摂取の効果:モデル動物を用いての研究

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最終更新日:2010年3月6日

砂糖類ホームページ/国内情報

今月の視点
[2006年2月]

【調査・報告〔砂糖/健康〕】

鹿児島大学理学部生命化学科   助教授 笠井 聖仙

はじめに
調査方法
調査結果
要約
考察
参考文献


 本研究は、関節炎によって引き起こされる低亜鉛状態が砂糖(黒糖)摂取で改善することから、リウマチ予防法としての砂糖および黒糖の効果を明らかにすることを目的としたものである。
 実験では、無処置ラットおよび関節炎誘起処理ラットを用いて、対象群、砂糖無添加食群、砂糖水摂取群、黒糖長期投与群の4つのグループに分けて行い、体重、摂食量および亜鉛等の血中濃度と後肢容積の測定を行った。
 その結果、砂糖および黒糖を餌との同時に摂取した場合、関節炎発症を抑制する作用が認められた。また、砂糖および黒糖摂取により、関節炎における血中亜鉛濃度の低下を抑制する作用が確認されたことから、関節炎に伴う各種症状の悪化の予防に有効であると考えられる。
 本研究を基に、今後は、炎症時におけるサイトカイン産生に対する砂糖摂取の効果や脳に対する効果、また、関節炎発症と亜鉛との関係についても調査を行う必要がある。さらに、例数を増やして検討していく必要があり、砂糖と黒糖を餌に混ぜるとともに、飲料水の中に入れて摂取させた場合などについても検討の余地があると考えられる。


【はじめに】

 ヒト慢性関節リウマチのモデル動物の1つであるアジュバント関節炎ラットはこれまで多くの研究者により用いられ、その病態の特徴は体重減少や投与部位から離れている後肢の腫れが観察される、というような全身性の炎症である(Freund, 1951)。アジュバント関節炎ラットにおける体重減少や後肢の腫れは、鎮痛剤であるモルヒネやカプサイシンの投与により減弱する。しかしながら、いずれもその抑制効果は少なく、それら薬物投与による副作用が予測される。
 ヨーロッパでは砂糖(ショ糖)は胃腸によく、腎臓や膀胱の痛みを和らげる薬として古くは用いた。日本でも砂糖は保存剤として古くから用いられ、今でも褥創(床擦れ)の治療に使われている。また砂糖は脳細胞の細胞死の防止に有効であるという報告がある(Aghajanian, 1989)。また筆者は、砂糖水および食塩水の自由摂取でアジュバント関節炎ラットの発症率が抑えられることを示唆する結果を得た(未発表)。さらに、慢性関節リウマチのモデル動物を用いて、黒糖摂取による関節炎発症率および血中物質の濃度変化に対する効果を調べた。その結果、1)体重減少と後肢の腫れを指標とした関節炎発症率では黒糖摂取は予防効果はなかったが、2)関節炎によって引き起こされる血中亜鉛の低下は、黒糖摂取で抑えられ、3)関節炎によって引き起こされる低血糖が黒糖摂取で抑えられる可能性がある、こともわかった(笠井、2004)。
 黒糖は貧血防止にも効果の高い鉄分や血中の糖の上昇を抑制するクロムなどのミネラル類を多く含み、血清コレステロールや中性脂肪を低下させる作用や抗酸化作用をもつと言われている(仲宗根ら、1994;Nakasone et al., 1996)。黒糖にはこれらミネラルとともに砂糖も含まれているので、関節炎の予防薬としての効果が期待される。また、さとうきびの種類や土壌、さらに製法の違いにより黒糖の中に含まれるミネラル成分等も異なる(和田、1993;岩屋ら、1998)。そこで本研究では慢性関節リウマチのモデル動物の1つであるアジュバント関節炎ラットにおいて体重、摂食量、血中物質の変化およびアジュバント関節炎発症率に対する砂糖および3種類の黒糖摂取の効果について調べた。

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【調査方法】

1)実験動物
 実験動物はSPF/VAFラット{系統LEW/Crj(Lewis)}の体重60−80g前後の雄を日本チャールス・リバー株式会社から購入した。飼育実験室は12時間明、12時間暗(7時light on)の条件下で室温24±1℃に維持し、1ケージ(220×390×150 mm)に1匹で飼育した。通常食はオリエンタル酵母社製マウス・ラット標準配合固形飼料(AIN−93M)を用い、砂糖無添加食(10%砂糖含)はオリエンタル酵母社製砂糖無添加飼料(粉末)を与えた。水は蒸留水を給水瓶で与えた。
 実験は対照群、砂糖無添加食群、砂糖水摂取群、黒糖長期投与群の4つのグループに分けて行い、それぞれのグループで無処置と関節炎誘起処理(関節炎)を行った(表1)。対照群では通常食、水を自由摂取させ、砂糖無添加食群では1)砂糖無添加食と水、2)砂糖無添加食に砂糖含有が20%になるように添加したもの(20%砂糖食)、3)砂糖無添加食に沖縄A産の黒糖を20%含有になるように添加したもの(20%黒糖食)の3にわけて実験をおこなった。砂糖水摂取群では通常食、水と0.1Mもしくは0.3M砂糖水を自由摂取させた。これらの実験群では実験開始後体重が100 g前後になる4日前後に結核死菌を投与した。黒糖長期投与群では3種類の黒糖(A産、B産、C産)のうちいずれか1つを30日間与えその後に結核死菌を投与した。長期黒糖投与群のコントロールとして週齢による発症程度の差の可能性を考慮し、30日間黒糖を与えず結核死菌を投与したものを作成した。

2)アジュバント関節炎ラットの作成
 フロイント完全アジュバント(Complete Freund Adjuvant:CFA)には、ウシ型結核死菌(Mycobacterium. Butyricum, DIFCO)を流動パラフィンに懸濁したものを使用した。体重100g前後まで成長したラットをエーテル麻酔下でウシ型結核死菌(1.0mg)を流動パラフィン(0.1ml)に溶かしたものを尾部中央に皮内注射した。この量はルイスラットで100%関節炎を発症させるものである(Tanaka, et al., 2000)。


表1 実験動物のグループ分け
○は左の縦の項目を満たしていることを示している。結核死菌を投与しないものを無処置、投与したもの
を関節炎とした。A産黒糖添加ではミキサーで細かく砕いた黒糖を砂糖無添加食に混ぜ合わせ、A、B、C
産黒糖は数cm程度の塊を餌(通常食)とは別に与えた。nの数字は調べたラットの匹数を表している。


3) 体重、摂食量の測定
 1日から3日ごとにラット1匹ずつの体重、摂食量を測定し、1日当りの摂食量に換算し、さらに体重100gあたりで表示した。

4)血中濃度の測定と後肢容積の測定
 結核死菌投与35日後にエーテル麻酔下で断頭・採血を行い、亜鉛、グルコース、ナトリウム、塩素、リン、カリウムの血中濃度を測定した。後肢容積は後肢の毛の生え際からつま先までの容積を実験終了後に測定した。

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【調査結果】

1)血中亜鉛濃度と血糖値
 結核死菌投与35日後に血中亜鉛濃度、血糖値などを測定した。いずれの群における無処置ラットの血中亜鉛は平均で140から170μg/dlであり群間による差は特になかった(図1)。関節炎ラットではいずれの群においても無処置群と比較して低下していた。砂糖水摂取および黒糖長期投与群の関節炎ラットは、対照群の関節炎ラットより低下が抑えられる傾向があった。しかし、砂糖無添加食群での砂糖および黒糖添加による亜鉛濃度低下の改善効果はみられなかった。
 血糖値も同様にいずれの群の関節炎ラットも無処置と比較して低下していたが、砂糖添加、砂糖水摂取、黒糖摂取による血糖値低下の改善はみられなかった(図2)。
 ナトリウム、塩素、リン、カリウムの血中濃度は関節炎ラットいずれの群でも変化はみられず、群間における差もなかった。

図1 結核死菌投与35日後における血中亜鉛濃度
白抜きバーは無処置ラット、色バーは関節炎ラッ トの血中亜鉛濃度の平均をそれぞれ標準偏差ととも に表している。各グループはグラフの下に示すよう な処置をおこなったものを示す。関節炎ラットにお いていずれのグループも亜鉛濃度の低下がみられた。
図2 結核死菌投与35日後における血糖値
白抜きバーは無処置ラット、色バーは関節炎ラッ トの血糖値の平均をそれぞれ標準偏差とともに表し ている。関節炎ラットにおいていずれのグループも 血糖値の低下がみられ、砂糖無添加食摂取の関節炎 ラットにおける低下がもっとも著しい。

2)後肢容積
 結核死菌投与35日後における後肢容積はいずれの群でも1.9ml前後であった(図3)。対照群、砂糖水摂取群、長期黒糖投与群の関節炎ラットの後肢容積は3ml前後と増大したが、砂糖無添加食摂取群の砂糖添加および黒糖添加した関節炎ラットでは平均で2.1ml、1.9mlと腫れが抑えられた。


図3 結核死菌投与35日後における後肢容積
白抜きバーは無処置ラット、色バーは関節炎ラッ
トの血糖値の平均をそれぞれ標準偏差とともに表し
ている。砂糖添加および黒糖添加した砂糖無添加食
摂取においては、関節炎ラットにおける後肢容積の
増大が抑えられていた。

3)砂糖無添加食群における体重、摂食量
 後肢容積増大を押さえた砂糖無添加食群における体重変化、摂食量の変化についてまとめた。無処置ラットの体重変化は通常食摂取ラット(図4A、緑丸)と比較していずれも顕著な差は見られなかったが、砂糖無添加食ラット(図4B黒丸)で若干軽いようであった。関節炎ラットでは砂糖無添加食(図4B黒丸)で結核死菌投与2日に起こる体重増加の抑制が顕著で、むしろ体重が減少していた。結核死菌投与10日前後に見られる体重減少は通常食(図4B緑丸)と砂糖無添加食(図4B黒丸)で顕著で、砂糖添加(図4B青丸)および黒糖添加(図4B赤丸)したものでは体重減少は抑えられた。
 無処置ラットの摂食量はいずれの群においても差は見られなかった(図5A)。関節炎ラットでは、通常食摂取のもので結核死菌投与2日目と11日目前後に摂食抑制が見られた(図5B緑丸)。砂糖無添加食摂取(図5B黒丸)の関節炎ラットでもばらつきはあるものの通常食摂取と同様であった。砂糖添加(図4B青丸)および黒糖添加(図4B赤丸)の関節炎ラットでは、11日目前後での摂食抑制の時期が16日目へと遅れていた。



図4 砂糖無添加食摂取群における体重変化
Aは砂糖無添加食摂取群における無処置ラット、
Bは砂糖無添加食摂取群における関節炎ラットの体
重変化を標準偏差とともに示している。黒丸は砂糖
無添加食、青丸は20%砂糖を添加したものは、赤丸
は20%黒糖を添加したものを示している。比較のた
め通常食(10%砂糖含有)での体重変化を緑で示す。
横軸は結核死菌投与後の日数を表している。無処置
群において砂糖無添加食で若干の体重の低下がみら
れるものの、大きな差はなかった。関節炎ラットに
おいて、20%砂糖添加および20%黒糖添加したもの
は体重減少が抑えられていた。



図5 砂糖無添加食摂取群における摂食量
Aは砂糖無添加食摂取群における無処置ラット、
Bは砂糖無添加食摂取群における関節炎ラットの体
重100gあたりの摂食量の平均を標準偏差とともに
示している。黒丸は砂糖無添加食、青丸は20%砂糖
を添加したものは、赤丸は20%黒糖を添加したもの
を示している。比較のため通常食(10%砂糖含有)
での摂食量の変化を緑で示す。横軸は結核死菌投与
後の日数を表している。無処置ラットにおける摂食
量には特に差は見られなかった。関節炎ラットでは、
10日前後における摂食量の低下は、20%黒糖添加し
たものではほとんど見られず、20%砂糖添加したも
のでもその時期が遅れていた。

【要約】

  慢性関節リウマチのモデル動物を用いて、砂糖および黒糖摂取による関節炎発症、血中物質の濃度変化、体重、摂食量に対する効果を調べた。その結果、1)砂糖および黒糖を餌に添加して与えたとき、関節炎発症の特徴である後肢の腫れが抑えられた。しかし、餌とは別に砂糖を水に溶かして与えた場合と、餌とは別に黒糖を長期間与えた場合には効果が見られなかった。2)関節炎発症による血中亜鉛濃度の低下は砂糖水と黒糖を長期間与えた場合に効果が見られたが、砂糖と黒糖を餌に混ぜて与えた場合には効果がなかった。3)砂糖と黒糖を餌に混ぜて与えたに場合、関節炎発症に伴う体重低下は抑えられた。以上の結果は、砂糖および黒糖を餌と同時に摂取した場合に関節炎発症が抑えられ、別々に摂取した場合でも生体微量元素である亜鉛の低下をわずかではあるが改善する効果があることを示している。今後さらに例数を増やし検討していく必要があり、また砂糖と黒糖を餌に混ぜるとともに、飲料水の中に入れて摂取させた場合などについて検討したい。
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【考察】

1)砂糖および黒糖の餌との同時摂取で関節炎発症を抑えられる。
 筆者らは以前、砂糖溶液と食塩水自由摂取のラットにおいて、その発症率(後肢の腫れ)は抑えられ、発症したラットにおいてもそれらの体重減少は抑制されることを見出した。今回、砂糖もしくは黒糖と餌との同時摂取により後肢の腫れ(関節炎指標のもっとも大きなもの)が抑えられたことは、砂糖もしくは黒糖の摂取がリウマチ発症抑制効果をもつことを強く示唆している。
 餌とは別に黒糖、黒糖水、砂糖水として与えた場合にはリウマチ発症抑制効果は観察されなかった。餌と同時に与えた場合のみに効果が観察されたのはどうしてだろうか。小腸からの糖の吸収に関与する単糖トランスポーターは3種類あり、そのうちの1つはNa+−グルコースシンポーター(SGLT)で、Na+の駆動力を利用して能率よく細胞内に単糖を取り込む。そこで、砂糖と餌に含まれるNa+−を別々に摂取したのでは糖の吸収は少ないと考えられる。そのため、餌との同時摂取が必要となるのであろう。さて、糖の吸収が促進されたならば、血糖値が上昇すると思われるが、砂糖および黒糖の添加食においてさえも関節炎ラットの血糖値の低下は抑えられていなかった。血糖値の低下が抑えられなかった原因として、1)血糖値の測定は連続したものではなく、測定を摂食をほとんどしない昼間におこなったため、血糖値の上昇が見られなかった、2)吸収された糖はエネルギー源として消費された、3)吸収された糖は酸化により糖酸に変換された、などのことが考えられる。糖酸の一つである2−Buten−4−olideの1日1回の腹腔内投与でコラーゲン関節炎ラットの関節炎発症が抑えられるという報告がある(Takeoka et al., 1993)。今回の砂糖摂取による効果も糖酸によるものかもしれない。さらに砂糖の経口摂取でサイトカインの一つであるIL−5の培養脾細胞での産生が低下するという報告がある(戸井田ら.2004)。関節炎発症にTNF−a、IL1B、IL−6などのサイトカインが関与することはよく知られており、砂糖摂取によりこれらサイトカインの産生が抑えられ、炎症反応を少なくして発症を抑制している可能性が考えられる。これら砂糖摂取による効果の作用機序についてはわかっていないが、糖酸の一つである2−deooxytetronic acidが内分泌および自律神経の中枢である視床下部室傍核の細胞活動を直接抑制する(Inenaga, et al., 1987))ことよりも、今回の砂糖摂取による効果も糖酸が脳に作用したものかもしれない。今後、炎症時におけるサイトカイン産生に対する砂糖摂取の効果や脳に対する効果についても調べていく必要がある。

2)砂糖および黒糖摂取は関節炎による亜鉛低下を抑える。
 昨年の研究により関節炎による血中亜鉛濃度の低下が起り、砂糖および黒糖摂取はその低下を抑えることがわかった。このことは今回の黒糖長期摂取においても再確認され、さらに砂糖水摂取でも同様な効果があることがわかった。亜鉛は生体の数百種類の酵素の組成であり、生体にとって重要な微量重金属である。亜鉛低下はストレスなどにより引き起こされる。亜鉛が欠乏することにより成長の遅延、食欲低下、皮膚などの障害、骨・軟骨の異常、生殖機能の障害、味覚障害・嗅覚・視覚の障害、中枢神経の障害、免疫系の低下などが起きる。関節炎発症に亜鉛がどのように関与しているかは現在のところ不明であるが、関節炎による亜鉛低下は関節炎以外の種々の疾患を引き起こす可能性がある。黒糖摂取は関節炎による亜鉛低下を減弱させることより、関節炎に伴う各種症状の悪化の予防に有効であると考えられる。
 今回用いたルイス系ラットは100%の関節炎発症を引き起こすことが知られているが、60%の発症率を示す(Kasai, et al., 1998)Wistar系ラットを用いて関節炎発症と亜鉛との関係についても調べていきたい。

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【参考文献】

1)Freund, J.:The effect of paraffin oil and mycobacteria on antibody formation and sensitization. Am. J. Clin. Pathol, 21, 645−56, 1951.
2)Aghajanian, GK. And Rasmussen, K., Intracellular studies in the facial nucleus illustrating a simple new method for obtaining motoneurons in adult rat brain slices, Synapse, 3(1989)331−338
3)笠井聖仙:慢性関節リウマチモデル動物を用いた病態発症に対する黒糖摂取の効果について、砂糖類情報97、2004
4)仲宗根洋子ら、:琉球大学農学部学術報告、41 305−308(1994)
5)Nakasone, Y., et al.,:Biosci. Biotech. Biochem., 60(10)1714−1716(1996)
6)和田浩二:沖縄産黒糖の製造工程における化学成分および香気成分の変化、FFIジャーナル、156:58−65、1993
7)岩屋あまね、瀬戸眞治、吉村浩三:黒糖の一般成分に関する研究、鹿児島県工業技術センター、H8.9研究報告
8)Tanaka, T., Kasai, M. and Mizumura, T., Changes in body weight and hindpaw volume of rats after inoculation of various dose of complete Freund’s adjuvant and effects of anti−NGF antibody on these changes, Environmental Medicine, 44(2000)72−74.
9)Kasai, M., Takemoto, Y. and Mizumura, K., Induction of arthritis by complete Freund’s adjuvant in young male Wistar rats., Environmental Medicine, 42(2)1998:103−104
10) Inenaga, K., Oomura, Y., Shimizu, N., Kasai, M. and Yamashita, H., Inhibitory effects of 2−deooxytetronic acid, a putative endogenous satiety factor, on paraventricular neurons of rats, in vitro., Neuroscience Letters, 79(1987)123−127
11)Takeoka, Y., Naiki, M., Taguchi, N., Imai, H., Kurimoto, Y., Morita, S. and Suehiro, S., 2−Buten−4olide(2−B4O) inhibits type 2 collagen−induced arthritis in Lews rats., Int. Immunopharmaclo., 15(1993)803−810
12)戸井田 敏彦、酒井 信夫:サイトカイン産生量を指標とした砂糖の腸管免疫系への影響、砂糖類情報、No.96、 2004

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