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浦上財団研究報告書

Vol.23（2016）Ųű=＜平成 25 年度助成＞

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頭髪中安定同位体比と微量元素の分析による¯  =­dÎ ¥§)¤¹®©·¯f;\§>®ÂËÁ+·º

栄養状態の評価と医療への応用研究¹²¦¯b­6¤¹¡ª©µ8w´$:©¹¯/

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遠 藤 哲 也ǉǒ¢^źƀBk`ŚƀõöÞ®°ńǕ6  Y6 ǖ_ǌĔ^ġöŴŹ\ÆŤJ（北海道医療大学薬学部）«®_(±¨¹®7#^`­<´|£¦ÆÃu9©¹

oW?n9½ƙŴŹ\km|s_Úå^Ā8ǓïǌƋjşŠŅĨ_Ú8ğǌŬjǍǏŞęX_Ā\ÄĂMnHYD【目的】

êâJoW?n9   Ŭ²Ĥ_ü[?DťƦ
臨床検査の多くは血液を用いて行なわれていƋ^HoeX^ƄķCl8ǕǖĺǎŞę^Ė?

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るが、血液から得られるデータは現時点のものでƎŮƵƠĕƋ_¹ăƋ^Ā\ÄĂKR9Ǖ ǖある。採血は痛みを伴う侵襲的採取であり、感染¢ĐǆƑXĺǎżŢǕwy^ĝ ǖqなどへの注意も必要である。ヒト頭髪は1 月に約
ØGW?RĕƋ_8¹ăƋ^Ú\ÄĂKR9１cm
Ǖ ずつ伸張するので、頭髪からは経時的かつǖŉůqØGW?nžýūĕƋ_¹ăƋ^
長期間のデータが得られる。また頭髪は簡単に採ÄĂè^ĀÑÄ Ǖ¯wǖ\ÄĂKR9取することができ、保存や搬送も容易である。頭ÒTǉǒ¢^6  ·Y6  ·qKR!'()*$%&!

髪は「食性（何をどの程度食べているか）の推定研
å_8ĺǎŞę\ƭäMnŪūIY\ŝďű[究」に最も適したヒト試料である。
ÄĂqŶMYƊAlon9å

頭髪中の窒素および炭素安定同位体比（δ15 N とǉǒ¢^6  Y6  ^íÎ

図1

頭髪中のδ15N とδ13C の変化5）は食性の推定研究に利用されている。先行δ13 C）。しかしこ（V）、Zn 濃度が低いとの報告もある
Ka­4/OX/V0¼5§¾ÉËÊW0h¯4/\¬
D Q3­¸ÀÈÊ

研究によりベジタリアンは図1 の左下、魚多食者
れらの患者の頭髪中のSe や Zn を分析した報告例
FX¢º¨¹iZxs0h©´µ ¬«®FX¢ºや狩猟民族は右上、拒食症や飢餓状態では左上には見当たらないし、これらの患者の頭髪中の安定¨¹²¦c&W0h©¯®¾ÉÇÅÄ¿½ÇN( ª®1,2,3,4）。症例数は分布することが報告されている同位体比は測定されていない。
 µ ¼@£¦ ¯r*¦·¬£¡´¹Í ££¡º·®0h®®

少ないが申請者のこれまでの結果から、栄養本申請研究の目的は、頭髪中の安定同位体比とº·®0h®®"# （1）G¯M#¢º¨¬
状態の悪い胃瘻造設患者は健常者の左上に分布し?Uv^`®]\¯®"#

微量元素の分析結果から、「食」に関連する疾病
Gª,~e®@gA·­た。
（2）中心静脈で栄養管理©D（フルカリックの投与）（経腸栄養剤で栄養管理を受けている患者、クローy¤¹VWÌfjD
aS¼ ¨¹0h¾ÉËÊW0hc&W0h¬«Í
を受けていた患者は、健常者の右下に分布した。

ン病患者、糖尿病患者など）の治療効果や病状の（3）治療を受けている糖尿病患者は健常者の分布 1評価に寄与し、医療へ応用することである。

域の左半分（低カロリー）に分布した。即ち頭髪中のδ15 N 値とδ13 C 値をプロットした図は、栄養状態に起因する疾病ごとに特徴的な分布を示すと考えられる。

【方法】

札幌北成病院、札幌東徳州会病院、町立長沼病院、室蘭日鋼病院、伊達聖ヶ丘病院および函館渡

消化管に慢性炎症性疾患を持つクローン病患者

辺病院から、胃瘻造設患者、クローン病患者およは、慢性的な低栄養状態にあり、セレン（Se）欠び糖尿病患者などの頭髪、約 50 - 100 mg を収集し、乏症が報告されている。胃瘻造設患者でも亜鉛安定同位体比と微量元素を測定した。窒素安定同（Zn）や Se などの欠乏症が報告されている。また位体比（δ15 N）と炭素安定同位体（δ13 C）は IR-MS

糖尿病患者では頭髪中のクロム（Cr）、バナジウムにて測定し、微量元素は ICP-MS で測定した。な頭髪中安定同位体比と微量元素の分析による栄養状態の評価と医療への応用研究

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お本研究は北海道医療大学の倫理審査委員会の承群の左上に分布した。この分布は長期間の飢餓状認を得ている。また当該病院の倫理審査員会ある態や絶食などで認められる現象で、EN 患者の栄いはそれに相当する委員会の承認も得ている。

養状態が悪く、窒素バランスが負であることを示している1 ）。一方、TPN 患者の場合、健常者群に【結果と考察】比べて、δ15 N が極めて低くδ13 C が極めて高い値を示した。頭髪のδ15 N とδ13 C について多くの報1. 経腸栄養剤と中心静脈栄養剤で栄養管理を受けている患者告例があるが 6 , 7 ）、この TPN 患者のδ15 N はこれ

本研究における健常者は 119 名（男性 49 名、女性 70 名 ）で、 平 均 年 齢 41.0 ± 22.8 歳 で あ っ た。

まで報告された値のなかでも最も低い値であり、
δ13 C は極めて高い値である。

頭髪中のδ15 N とδ13 C はそれぞれの平均は 9.3 ±結果を示さないが、EN 患者の頭髪中のδ15 N と0.5 ‰と -19.1 ± 0.6 ‰であった。なお頭髪中のδ­%£[°.T¤¹¡ª©¹
15N とδ13 C は加齢による大きな変化および顕著な各栄養素（総エネルギー、タンパク質、炭水化物性差が認められない 3 ）。

および脂質）の投与量との間には負の相関関係が認められ、頭髪中のδ13 C と各栄養素との間には経腸栄養剤で栄養管理を受けていた患者（ENĵĎÿ¬ūǃ8ŧŻƿŊūǃ8÷ƗĪƾūǃ8«Ʒƌ¡ūǃ患者）は男性 7 名と女性 13 名で、平均年齢は 81.4l8ƎŮƵƠĕƋ8yūĕƋBk`žýūĕƋ[Z^ǉ正の相関関係が認められた。これは投与した栄養± 18.3 歳であった。なおこれらの患者は CZ1.5、
ǅK8õöÞ®°ńYčƼ¼ƀqŕöKR9źƀõöÞ®°ń

ることを示している。即ち、各栄養素の投与量が°Ǖδ ǖ_K-4S、
 E-7II、アイソカルプラス、\WŕöK8čƼ¼ƀ_ アイソカル
 XŕöK2K、多いほど、そのδ15 N とδ13 C は図 2 に示した健常ƶÐůðô^¸ŢúĹòã¬^ĜƥqČW?n9eRĊƣūǃ
ラコールなどの栄養剤で栄養管理を受けていた。
_Po\ųĊMnòã¬^ĜƥiČW?n9
また 1 名は経腸栄養剤で栄養管理を受ける以者群の中心方向へ移動する。健常者の分布域内に前にフルカリック１号と ２号輸液による静脈栄投与を受けていたが、健常者の分布域から外れた剤の量が多いほどδ15 N が減少し、δ13 C が増加す

分 布 し た 9 名 の EN 患 者 は 25 ± 6kcal/kg/day の養（total parental nutrition : TPN）を受けていたƑĺǎÉXĺǎżŢqØGW?nĕƋ
（TPN 患者）。
Ƌ_  ßŦĔß8ñĔ ßX8ąçĆǔ 5 

11 名の患者は 17±3kcal/kg/day であった。

健常者と EN 患者の安定同位体比の分析結果を6  Y6  _PoQo^ąç_ 5 7Y5 7X
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2 にプロットしたが、多くの EN 患者は健常者
6  Y6  図_Ëǔ\knðE[íÎBk`Ǌƕ[ĔāDƥh

結果に 51 種類の栄養剤と 19 種類アミノ酸のδ15 N

図 3 は図 2 に示した EN 患者と TPN 患者の分析とδ13 C の分析結果を加えたものである。TPN 患者が投与を受けていたアミノ酸製剤であるフルカŢqØGWリック 1 号と 2 号のδ15 N 値は乳タンパクと大豆タŦĔ  ßY

ンパクを含む一般的な EN 剤と比べて顕著に低く、

ǔ_  5

δ13 C 値は高かった。これは配合されている各種Hol^ĕ

アミノ酸のδ15 N 値はタンパク質より低いものが8st 8{

多く、δ13 C 値が高いものが多いことに起因する。

ǎżŢqØそのことがフルカリックの投与を受けた患者の頭ƃƓĺǎÉ髪中のδ15 N 値の低値とδ13 C 値の高値の原因と考

È\w

えられる。

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栄養状態の評価として BMI や血清アルブミン濃-320)2).-

度が汎用されているが、頭髪中のδ15 N とδ13 C を

 ĕƋǖ
9組合せることで、より正確に患者の栄養状態をå

図2

健常者、EN 患者および TPN 患者のδ N とδ C
1513推定できると考えられる。ただしアミノ酸を多量¹ăƋ8 ĕ ƋBk` ! ĕ Ƌ^6   Y 6  öÞ®°ń^ÄĶƄķqåǘ\KRD8ïF^  ĕ

ÄĂKR9H^ÄĂ_ƿıǀ^ǍǏŞęjƆǌ[ZXƥhloqágƔű[  ÉYńbWǊƕ\¯F86  ·_ǑCUR9Ho_ƹÝJoW?
nÜŸsƺ^6  ·_yƬkm¯?i^DïF86  ·DǑ?i^Dï
14?HY\ƭäMn9P^HYDwy^ĝqØGRĕƋ^ǉǒ¢^6  ·浦上財団研究報告書 Vol.23（2016）^¯·Y6  ·^Ǒ·^ÓäYƊAlon9åĺ ǎ É Y s   ƺ15^
CY 6
各種栄養剤とアミノ酸のδ
N6とδ13図Ü3 Ÿ

に含む栄養剤の影響を受けるので注意が必要で 3足するエネルギーとタンパク質（アミノ酸）を主にある。

エレンタールなどの成分栄養剤で確保している。

なお、EN 患者の頭髪中微量元素を測定したが、アミノ酸を窒素源として含むエレンタールの測定したすべての必須元素および有害元素（Hg、δ N とδ13 C は - 2.9‰と - 12.7‰で、同じくアミノCd、As など）の濃度は健常者より低い傾向が認酸を窒素源とするフルカリックと同じレベル（図 2）められた。しかし、Zn や Se などの欠乏症と思わである、これらはタンパク質を窒素源とする一般れる患者はいなかった。健常者における Hg や Cd的な経腸栄養剤と比べて、極めて低いδ15 N 値との主たる摂取源は魚介類と米であるが、窒素源と極めて高いδ13 C 値である。一方タンパク質を窒して汚染の少ない乳タンパクや大豆タンパクが、素源として含むラコールのδ15 N とδ13 C は 4.5 ‰またエネルギー源としても汚染の少ない糖や脂肪と - 21.3‰であった。

が配合されているので、EN 患者の有害元素濃度15

本研究では、8 名のクローン病患者（すべて男は低値を示すと考えられる。

性）の頭髪を分析した（図 4）。そのうち 5 名の患

2. クローン病患者

者はエレンタールを服用し（900 - 1500 kcal/day）、クローン病は異常な免疫反応のため、小腸、大1 名はラコールを服用（800 kcal/day）、2 名は食事腸を中心とする消化管に炎症を起こし、びらんや摂取のみであった。食事摂取のみで必要なエネル潰瘍を生じる慢性の疾患である。クローン病患者

ギーを摂取しているクローン病患者 2 名のδ15 N、は高エネルギー、低脂肪、低渣の食事を基本とす

δ13 C および BMI はそれぞれ 8.5 ‰、- 19.5 ‰およる。タンパク質は脂肪を多く含み、また抗原となび 19.0 と 8.9‰、- 18.3‰および 20.3 であった。こるためにその摂食も制約されている。このため不の２名の患者のδ15 N とδ13 C 値は既に報告されて頭髪中安定同位体比と微量元素の分析による栄養状態の評価と医療への応用研究いるベジタリアンの値 6 , 7 ）にほぼ相当することか例数を増やし、検討中である。

ら、2 名の患者は低タンパクの食事をしていたと考えられる。

15

クローン病患者の頭髪中の微量元素の測定結果であるが、EN 患者の場合と同様に、測定したすエレンタール服用患者のδ15 N とδ13 C は 7.5 ±べての元素が健常者より低い傾向が認められた

1.8‰と - 17.2 ± 2.5‰で、服用量が多い患者ほどが、Zn 欠乏や Se 欠乏と思われる結果は得られな

δ N は低下し、δ C は増加する明らかな相関関かった。

係が認められた。これらの値は健常者からは測定3.

1513

糖尿病患者されたことのない値であり、δ15 N あるいはδ13 C糖尿病患者（HbA1C : 7.7±1.9, n = 29）のδ13 C との値からエレンタールの服用量の推定が可能でδ15 N はそれぞれ - 19.6 ± 0 . 6 ‰と 9.4 ± 0.7 ‰である。エネルギー摂取量が少ない EN 患者（17 ±あった。横軸と縦軸にそれぞれδ13 C 値とδ15 N 値

3kcal/kg/day、図 2 参照）は健常者の分布域を左をとった分布図で、糖尿病患者のすべてが、健常上方向に外れていたことも考え合わせると、頭髪者の分布域の左半分、即ち栄養状態が比較的低い中のδ15 N とδ13 C の変化は、定性のみならず定量と推定される分布域に局在した（図 1 参照）。そ性も兼ね備えていると思われる。の原因として、糖代謝異常、食事制限あるいは投結果を示さないが、血液検査において栄養状態薬などの影響が考えられる。しかし HbA1C 値との指標となる総タンパク値、ヘモグロビン値、コδ13 C 値あるいはδ15 N 値との間には有意な相関関リンエステラーゼ活性はエレンタールの服用量の係は認められなかった。現在症例数を増やし、糖増加に伴い減少した。即ち病状が重くエレンター

尿病患者のδ15 N あるいはδ13 C と HbA1C との関係

ルによる栄養補給に依存する割合が高い患者ほを詳細に検討中である。

ど、これらの数値が低く、栄養状態が悪いと思われる。現在症例数を増やし、検討中である。

結果を示さないが、糖尿病患者の Na と K 濃度（n = 28）は健常者（n = 16）より高値であったが、窒素源としてタンパク質を含むラコールを服用

Cr と Zn 濃度は低値であった。有害元素であるカしている患者は、一般に病状が安定したクローンドミウム（Cd）、鉛（Pb）およびヒ素（As）は糖尿病病患者であるが、患者のδ15 N、δ13 C および BMI患者で高値を示した。糖尿病の 3 大合併症の 1 つは 7.91 ‰、- 20.6 ‰および 17.8 で、健常者と比べに糖尿病腎症があり、腎機能の低下に伴い、頭髪ていずれも低く、この患者の栄養状態の低さを示中の微量元素の一部が増加することが予想されてしている。ラコール服用患者の場合についても症いる。頭髪中の Pb 濃度や Cd 濃度の増加は腎機能が未発達の幼児にも観察される。腎機能の指標として、血清中のクレアチンから推定される eGFRが汎用されているが、この方法での腎機能障害の評価は感度が低く、軽度の腎機能障害を検出することができない。頭髪中の微量元素分析による糖尿病患者の腎機能評価について検討中である。
【結論】

経腸栄養剤で栄養管理を受けている患者、ク
図4

クローン病患者とエレンタールの 15N とδ13C

ローン病患者および糖尿病患者の頭髪中のδ15 N

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浦上財団研究報告書とδ13 C、 お よ び 微 量 元 素 を 測 定 し た。δ15 N と
δ13 C は疾病ごとに、また投与した栄養液のδ15 Nとδ13 C を強く反映して、特徴的な値（分布）を示した。この変化には定量性も認められたので、診断や治療効果の判定に応用が可能である。頭髪中の微量元素は欠乏症の推定のみならず、早期の腎機能低下の指標としても利用できる可能性がある。なお本研究の一部は「医療薬学」の掲載されている 8 ）。
謝辞
本研究を遂行するにあたり、多大な研究助成金を賜りました（公財）浦上食品・食文化振興財団に心より感謝の意を表します。
文献1) Petzke KJ, Fuller BT, Metges CC (2010) Advance in natural
stable isotope ratio analysis of human hair to determine
nutritional and metabolic status. Curr Opin Cli Nutr MetabCare 13: 532-540.
2) Buchardt B, Bunch V, Helin P (2007) Fingernails and diet:
Stable isotope signatures of a marine hunting community

Vol.23（2016）
from modern Uummannaq, north Greenland. Chem Geol
244: 316-329.
3) Endo T, Hayasaka M, Hisamichi Y, Kimura O, Haraguchi
K (2013) Carbon and nitrogen stable isotope ratios andmercury concentration in the scalp hair of residents fromTaiji, a whaling town. Mar Pollut Bull 69: 116-121.
4) Endo T, Hayasaka M, Ogasawara H, Kimura O, Kotaki
Y, Haraguchi K (2015) Relationships among mercury
concentration, and stable isotope ratios of carbon andnitrogen in the scalp hair of residents from seven countries:
Effects of marine fish and C4 plants consumption. PLOS
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5) Wolowiec P, Michalak I, Chojnacka K, Mikulewicz M(2013) Hair analysis in health assessment. Clinica Chimica
Acta 419: 139-171.
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7) Nardoto GB, Silva S, Kendall C, Ehleringer JR, Chesson
LA, Ferraz ESB, Moreira MZ, Ometto JPHB, Martinelli LA(2006) Geographical patterns of human diet derived fromstable-isotope analysis of fingernails. Am J Phys Anthropol
131: 137-146.
8) 早坂 敬明、木村 治、倉 敏郎、遠藤 哲也「経腸栄養剤投与患者の頭髪中窒素および炭素安定同位体比を用いた栄養状態の評価」『医療薬学』42；151-159（2016）.

Estimation of nutritional status using stable isotope ratios of carbon and nitrogen and trace elements in human hair

Estimation of nutritional status using stable isotope ratios ofcarbon and nitrogen and trace elements in human hair
Tetsuya Endo
School of Pharmaceutical Sciences
Health Sciences University of Hokkaido
Abstract
Stable isotope ratios of carbon (δ13 C) and nitrogen (δ15 N) and trace elements in scalp
hair were analyzed to estimate the nutritional status and use as the index of treatment.
The δ13 C and δ15 N values who received the nutrition by the enteral nutrition (EN) werelower and higher than those who ate the normal meal, respectively, suggesting the lower
nutritional conditions with negative nitrogen balance.
The δ13 C and δ15 N values of Elental ®, which is an elemental diet for the Crohn’sdisease (CD) patients including amino acids as N-source, were lower than the proteins andcereals because of the lower values of δ13 C and δ15 N in amino acids included.
The δ13 C and δ15 N values in the CD patients were lower and similar levels ofvegetarian, and the δ13 C and δ15 N values in the CD patients ingesting the Elental wereincreased and decreased, respectively, depending on the amount of Elental ingestion.
The average value of δ13 C in the hair of diabetes mellitus (DM) was lower than that ofhealthy persons, but the δ15 N value was similar.
Most of essential and no-essential (toxic) elements analyzed in the hair of EN andDM patients were tended to lower than those of healthy persons, but some toxic elements
such as（Cd, Pb and As）were higher in DM, probably due to the nephrotoxicity as thecomplications of DM.

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