식이 단백질과 calcium 수준이 흰쥐의 cadmium 중독 및 해독에 미치는 영향

Abstract

This study was performed to investigate effect of dietary protein and calcium level on cadmium intoxication and detoxication in rasts. Two animal experiments were conducted and objectives and results of each experiment were as follows. Experiment I was undertaken to determine effect of dietary protein and calcium levels on the cadmium intoxication. Adult Sprague-Dawley male rats(245 ± 21g) were blocked into 18 groups of 7 animals according to body weight. Nine experimental diets different with protein(40%, 15%, 7%) and calcium(1.3%, 0.6%, 0.1%) levels were prepared. Nine groups of animals were fed each diet with 50ppm cadmium in drinking water, and the other 9 groups without cadmium for 30days. Body weight gain, F.E.R.(Food Efficiency Ratio) and weights of liver, kidney and femur were higher in high protein groups among cadmium exposed groups. Cadmium contents in liver and intestine were higher in rats fed high protein diet or low calcium diet among cadmium exposed groups. Fecal cadmium excretion was highest in high protein ? high calcium diet group among cadmium exposed animals. Metallothionein contents in liver, kidney and intestine were higher in animals exposed to cadmium and fed high protein diets. Gel filtration of cytosolic solution showed that the higher dietary protein and calcium levels were, the more cadmium was found in the metallothionein fractions. No gross histopathological change was seen in liver, kidney and intestine of cadmium exposed rats. However a significant increase of smooth endoplasmic reticulum, which was alleveated by high protein ? high calcium diet, was observed. Experiment II was designed to determine effect of high protein and high calcium diets on the detoxication of cadmium in the rat. Forty two male Sprague-Dawley rats(208 ± 19g) were blocked into 6 groups of 7 animals according to body weight. Five groups were fed 15% protein ? 0.6% calcium diet with 100ppm cadmium in drinking water for first 15 days. And one group fed same diet without cadmium in drinking water for same period and served as initial control. After this 15-day intoxication period, one of cadmium intoxication groups and initial control group were sacrificed and the rest 4 groups were fed each of 4 detoxifying diets different with protein(40%, 15%)and calcium(1.3%, 0.6%) levels without cadmium in the drinking water for following 15 days of detoxifying period. Body weight gain. F.E.R. and weights of liver, kidney and femur were increased by detoxifying diets and high protein diet was most effective. When cadmium and metallothionein contents of initial intoxication group and those of all detoxication groups were compared, cadmium and metallothionein contents in the liver were not changed, those in kidney increased, and those in intestine decreased markedly. Only dietary protein level affected cadmium and metallothionein distributions among organs, and cadmium contents of whole blood, liver and femur were lower in high protein diet, but metallothionein contents in liver were higher in high protein diets. Gel filtration chromatogram showed that most cadmium in the cytosol was bound to metallothionein fractions in high protein ? high calcium group. Results obtained from 2 experiments indicated that not only high protein diet but also high calcium diet showed preventive effect on cadmium intoxication by increasing the induction of metallothionein synthesis and decreasing the cadmium absorption. High protein diet was also effective in cadmium detoxication. But high calcium diet did not play a role in cadmium detoxication. ; 본 연구에서는 식이 단백질과 calcium 수준 변화가 음료수 형태로 장기간 경구투여한 cadmium의 중독과정 및 이미 cadmium으로 중독된 이후의 해독과정에 미치는 영향을 알아보기 위해 2차에 걸친 동물실험을 실시하였다. 각 연구의 목적과 결과는 다음과 같다. Experiment I에서는 평균체중 254g인 Sprague-Dawley종 수컷 흰쥐에게 음료수의 형태로 50ppm의 cadmium을 공급하면서 식이 단백질 수준을 40%, 15%, 7%로 달리하고, 식이 calcium수준을 1.3%, 0.6%, 0.1%로 달리한 식이로 30일간 사육하였다. 이 기간 중 cadmium대사 그리고 간, 신장 및 소장의 metallothionein 함량과 metallothionein-cadmium profile 그리고 이들 조직의 형태학적 변화를 조사하였고, 이에 의해 식이 단백질과 calcium수준이 cadmium중독에 미치는 영향을 알아보았다. Cadmium 공급으로 높아지는 경향을 보인 혈액과 대퇴골의 cadmium함량은 식이 calcium수준이 낮은 경우 더 높은 결과를 나타냈다. 간, 신장, 소장등 연조직의 cadmium함량은 cadmium공급군에서 모두 현저히 높았으며, 간의 경우에는 식이 단백질 수준이 높을수록 그리고 반대로 식이 calcium 수준은 낮을수록 높은 경향을 보여 고단백-저calcium군(CHL)에서 가장 높았으나, 신장과 소장의 경우에는 식이 단백질과 calcium수준이 낮을수록 높은 경향을 보여 저단백-저calcium군(CLL)에서 가장 높았다. Cadmium 배설량은 뇨보다 변에서 유의적으로 높아졌으며 식이 단백질과 calcium 수준이 높을수록 증가하여 특히 고단백-고calcium군(CHH)에서 가장 높았다. 뇨의 cadmium배설량도 cadmium공급군에서 높은 경향을 보였으나 식이 요인에 따른 차이를 나타내지 않았다. 간, 신장, 소장의 metallothionein함량은 모두 cadmium공급에 의해 합성이 유도되어 증가되었으며, 식이 단백질 수준이 높은 경우 더 높은 경향을 나타냈다. 특별히 소장의 metallothionein만이 식이 단백질뿐 아니라 calcium 수준에 의해 영향을 받아 고단백-고calcium군(CHH)에서 유의적으로 높았다. 고단백-고calcium식이를 공급한 경우에는 간, 신장, 소장 조직의 cytosol에서 cadmium과 metallothionein이 결합하는 비율이 증가하였다. Cadmium 공급은 세포의 형태를 변화시켰으며, organelle중 특히 rough endoplasmic reticulum에 손상을 주어 ribosome이 떨어져 나오고 smooth endoplasmic reticulum은 증가하는 경향이 뚜렷하였으나, 고단백-고calcium식이 군에서는 비교적 손상이 덜하였다. Experiment II에서는 평균체중이 208g인 Sprague-Dawley종 수컷 흰쥐에게 음료수의 형태로 100ppm의 cadmium을 공급하면서 15% 단백질과 0.6% calcium이 함유된 식이로 15일간 사육하여 cadmium중독을 유도한 후, 이후 15일간은 cadmium공급을 중단하며 단백질 수준은 40%와 15%로 달리하고, calcium수준은 1.3%와 0.6%로 달리하여 사육하였다. 초기 중독기간과 후기 해독기간중 cadmium의 대사와 간, 신장 및 소장의 metallothionein함량 그리고 metallothionein-