Effect of Chlorella intake on Cadmium metabolism in rats

Abstract

본 연구는 식이내 클로렐라수준이 카드뮴에 의한 제독에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실시되었다. 이를 위해 카드뮴대사, MT합성, 카드뮴에 의해 손상 받기 쉬운 신장의 기능을 측정하였다. 생후 평균체중이 399.03 ± 0.84g인 14주령 Sprague-Dawley rats종 수컷 60마리를 난괴법에 의하여 6군으로 나누어 식이내 카드뮴 (0,160 ppm, CdCl2 : 0, 325 ppm), 클로렐라(식이 무게의 0%, 3%, 5%)수준을 달리하여 식이로 10주간 사육하였다. 또한, 카드뮴 흡수율과 보유율 측정을 위해 희생 전 2주간 매일 10,000 ppm의 0.2 ml (Cd: 0.2 mg) CdCl2을 경구투여하였다. 그 결과 Cd(+)군의 식이섭취량 및 체중, 섭취 열량 100kcal당 체중 증가량 (열량효율) 이 Cd(-)군에 비하여 유의적으로 낮았다. Cd(+)군, Cd(-)군 모두에서 클로렐라를 공급하지 않은 군보다 클로렐라를 공급한 군이 식이 섭취량이 낮아지는 경향을 보였으나. 열량효율은 클로렐라를 공급하지 않은 군보다 클로렐라를 공급한 군이 증가하는 경향을 보였다. 또한 간과 소장, 신장의 무게는 식이내 카드뮴의 영향을 받아 Cd(-)군보다 Cd(+)군이 유의적으로 감소했다. 그러나 클로렐라의 수준에 따른 변화는 나타나지 않았다. 대퇴골의 무게는 카드뮴의 영향, 클로렐라의 수준별 차이가 나타나지 않았다. 카드뮴공급으로 혈액 및 간, 신장, 소장 등의 조직에 카드뮴이 축적되었으나, 클로렐라공급군이 카드뮴만 공급한 군에 비하여 유의적으로 낮았다. 뇨로 배설된 카드뮴함량은 카드뮴공급에 영향을 받아 Cd(-)군에 비하여 Cd(+)군에서 많았고, 클로렐라의 수준이 높아질수록 유의적으로 배설량이 많았다. 변으로 배설된 카드뮴함량은 카드뮴공급유무에 의한 영향, 클로렐라 수준에 의한 영향이 유의적이어서 Cd(-)군보다 카드뮴공급군이 많았으며, 클로렐라를 공급한 군에서 변으로 배설된 카드뮴함량도 많았다. 카드뮴의 흡수율 및 보유율은 식이내 클로렐라의 영향으로 클로렐라의 수준이 높을수록 낮았다. 또한 Cd공급은 간, 신장, 소장 MT 합성을 유도하였다. 특히, 클로렐라의 수준에 따른 차이가 뚜렷하여 클로렐라의 수준이 높아지면 높아질수록 간과 신장 및 소장에서 MT의 농도가 유의적으로 낮았다. Cd공급으로 인한 신장기능변화를 보기 위해 측정한, 뇨 및 혈청 creatinine 함량은 카드뮴의 영향이 나타나지 않았으나 뇨 creatinine 배설량은 클로렐라의 수준별 차이가 나타나 Cd(+)-5% 클로렐라군이 가장 배설량이 많았으며, 혈청 creatinine 함량은 카드뮴만 공급한 군과 비교하여 Cd(+)-5% 클로렐라군이 가장 적었다. 이상의 결과를 종합하여 보면, 식이내 클로렐라를 섭취하였을 때 변을 통한 카드뮴의 배설량이 증가되어 카드뮴의 흡수를 감소시켰으며, 뇨 카드뮴 배설량이 증가되고, 간, 신장 및 소장의 카드뮴농도가 클로렐라의 수준이 높아질수록 감소함으로써 흡수된 카드뮴의 배설을 증진하는 효과를 가져왔다. 그러므로 카드뮴으로 인해 유도되는 MT의 양이 클로렐라의 수준이 높아질수록 낮아진 것으로 생각된다. 또한, 만성적인 카드뮴 중독 시 체내에서 가장 큰 손상을 받는 신장기능에 이상은 나타나지 않은 것으로 보인다. 그러므로 카드뮴에 노출되었을 때 카드뮴의 흡수저하를 통해 조직의 손상을 현저하게 감소시키는 중금속 제독효과가 있는 기능성 소재로 클로렐라 섭취가 제안된다.;This study was performed to investigate the effect of chlorella on cadmium toxicity in cadmium (Cd)-administered rats. Sixty male Sprague-Dawley rats (14week-old) strain weighing 399.1 ± 0.8g were blocked into 6 groups by body weight, and were raised for 10 weeks. Cadmium chloride was given at levels of 0 or 325 ppm (Cd: 0, 160 ppm), and chlorella powder at levels of 0, 3 and 5%. For the purpose of this study, this study analyzed Cd concentration in tissues (liver, kidney and small intestine) and blood, urinary and fecal Cd excretions, MT concentration in tissues (liver, kidney and small intestine) and kidney damage. In addition, rats were orally administered by gavage every other day with 10,000 ppm CdCl2 (Cd: 0.2 mg) for 2 weeks in order to assess the Cd retention ratio. The results are summarized as following. Food intake, body weight gain, calorie intake and the food efficiency ratio of the Cd-exposed groups were lower than those of the Cd-free groups. However, they were influenced by the different level of dietary chlorella diet. Specially, food efficiency was slightly increased in chlorella diet mixed 325 ppm CdCl2 compared with basic diet mixed 325 ppm CdCl2. Liver and kidney weights of Cd-exposed groups were lower than those of the Cd-free groups. But, femur weight was not affected by both Cd and chlorella and weights of all tissues were not all affected by chlorella. Cadmium was accumulated in blood and tissues (liver, kidney and small intestine) in the Cd-exposed groups, while the accumulation of Cd was decreased in the Cd-exposed chlorella groups. Fecal Cd excretions and urinary Cd excretions were remarkably increased in Cd-exposed chlorella groups. Thus, Cadmium retention ratio and absorption rate were decreased in the Cd exposed chlorella groups. In addition, Metallothionein(MT) synthesis in tissues was increased by Cd administration. Especially, there is an obvious difference along with various chlorella levels. The Cd-exposed chlorella groups indicated lower MT concentration compared to the Cd-exposed groups. Morerover, glomerular filtration rates (GFR) was not changed by dietary chlorella and Cd administration. In conclusion, the fecal Cd excretions were significantly greater in the chlorella-fed rats than in controls, thereby the result indicated that chlorella inhibited Cd absorption. Also, in the rats fed chlorella mixed Cd, excretions of Cd in urine were greater than in controls. Cd-exposed chlorella groups decreased Cd accumulation in the liver, kidney and small intestine. Thus, MT concentration in tissues was decreased with an increasing dietary chlorella level in Cd exposure. Moreover, there was not found renal dysfunction. According to the results above, this study could suggest that Cd toxicity can be alleviated by increasing Cd excretion through feces. Therefore when exposed to Cd, chlorella is an appropriate source which counteracts poison of heavy metals, to decrease the damage of tissues through decreasing the absorption of Cd.