鉄欠乏及び貧血の程度が簡の代謝・収縮特性及び全身運動能力に及ぼす影響
一強度の鉄欠乏が筋及び脳の代謝に及ぼす影響ー

宣彦渉

子二昇太子雄智美善中田

日本女子体育大学教授

田里山

鹿児島純心女子短期大学講師

健聡浩

田充文

平谷井発原柳林

大刈安開菅小小荻

鹿屋体育大学助教授

栄養又は摂取カロリー不足などによる鉄欠乏性貧血は、我が国ではほとんど見られなくなったが、特に開発途上国においては依然として深刻な健康問題の一つである。
ところが、先進諸国でも特に女性や運動選手における鉄欠乏又は貧血は重大な関心事である。鉄欠乏性貧血が運動能カ(特に持久カ)を抑制することは数多く報告されている(1ー7l。鉄欠乏は血中ヘモグロビン (Hb) のみならず、組織における鉄含有タンパク質の合成も抑制するので、血液による酸素運搬のみならず、組織における酸素利用能も制限されてしまうのが、その主たる原因である。鉄欠乏性貧血者に鉄を投与すると血中日b濃度が次第に増加していくが、それに伴い運動能力も向上する(6。
)
この場合、 Hbのみならず組織における鉄含有タンパク質も改善される。しかしながら、農度を輸血により一気に上昇させた場合、筋中などの鉄欠乏は鉄欠乏性貧血者の Hbi濃度の増加度と平行して上昇するすぐには改善されない。ところが運動能力は Hb(3)。このような結果は、運動能力を抑制する因子は組織における鉄欠乏よりも、主に貧血(血中 Hb濃度の低下)であることを示唆するものである。しかしながら、‑199貧血の程度は同じであっても鉄欠乏の程度が異なる人で運動能力を比較すると、鉄欠乏がより強度である方が運動の持続時間が短かったり、一定負荷運動中の心拍数が高いという結果も得られている (5.6.8)0 しかも貧血ではなくても鉄欠乏が進行した女性が慢性疲労を訴えることも知られている(9)。更には、鉄欠乏は行動(10)や学習能力(11)にも影響を及ぼすという報告もある。従って、鉄欠乏は筋のみならず、脳の機能や代謝に影響を及ぼすことが示唆される。そこで、本研究では、ラソトの筋及び脳の代謝が強度の鉄欠乏及び貧血に如何に影響されるのか検討してみた O しかし、まだ全ての分析は終わっていないので、本稿では主に貧血の程度、血液ガス、及び高エネルギーリン酸含有について述べたい。

方 法
生後 3週齢のウィスター系雄性ラット 16匹を任意に 2群(各群n =8) に分け、 2匹ずつステンレススチール製のケージ内で飼育した。一群には鉄含有量が約 2昭 /kgの餌 (Teklad.Madison.Wisconsin) 、もう一群には同ーの鉄欠乏餌に 1kg当り∞ferriccitrateとしての鉄を 1 mg添加した飼料を同一量ずつ与えた。餌の量は発育に応じて漸増し、 3週間日から一匹当り 20g/日ずつ与えた。水は脱イオン水を与えた。
飼育舎の温度及び湿度はそれぞれ約 23C及び55%に保ち、明暗のコントロールは 12時0間毎に実施した。
こうして 8‑9週間飼育した後、 sodiump
entobarbitalの腹腔内注入(5mg/100E体重)により麻酔し、後肢筋(ふくらはぎ部)及び脳の高エネルギーリン酸含有を "Pー核磁気共鳴 (NMR)装置を用いて分析した。筋での測定は弟j
毛し、脳での測定は、頭皮を開いて実施した。使用機器は静磁場強度4.
7teslaの横型動物実験用 BEM

0皿、 2170/200スペクトロメーター(大塚電子社製)である。表面コイルは直径 2trunの送受信兼用で、コイルの中心を測定部に合わせた。
測定に先立ち、付属のウェーブテックを用いて用手的にコイルのチューニング/マッチングを行い、次いで 'Hの信号により静磁場均一度調整 (shimming)を行った。チューhimmingi
ま各測定毎に最適化を図った O
ニング/マッチング及びs31P‑NMRの測定条件は、共鳴周波数81.4MHz、繰り返し時間3.0秒、 rfパルス幅200‑

26μsec、観測帯域5，000Hz、サンブリング間隔は 200μsecで、 1，024ポイント測定した。通常 100~150 回の FID (freeinductiondecay) を加算平均したスペクトルを 20Hzのexponentialwindow
関数にてノイズ軽減を行った後、フーリエ変換してスペクトルを得た。
その後、へパリンコーテイングしたシリンジに頚静脈より採血し、直ちに血液ガス(Corning社製 pH/
血液ガスアナライザ一、 Model158) 、乳酸 (YSI社製ラクテート3L) 及びHb、赤血球 (RBC) へマトクリフト (Hct) 、平均
アナライザ一、 Model2
赤血球容積 (MCV) 、平均赤血球 Hb量 (MCH) 、平均赤血球Hb濃度 (MCHC) を分析した(日本テクニコン社製血液自動分析装置、 H‑l)。なお、肩甲骨聞の褐色脂の高JI腎を採取し、質重量を測定した。
肪組織 (BAT)及び両倶u
結果及び考察
強度な鉄欠乏食の摂取により、有意な発育抑制が見られ、コントロール群に比べ、T
able1.pく 0.
05) 。ところが BAT重量は鉄欠乏群の体重は有意に低値であった (pく 0.
05) 。副腎の絶対重量はむしろ鉄欠乏群が低い傾向
逆に鉄欠乏群が多かった (にあり (p>0.05) 、体重比の相対重量にも差は認められなかった。従って、 BAT
重量の増大はストレスによるものではなく、代謝の充進に起因していることが示唆される。

able 2に示しであるが、 Hbi
農度、 Hct
値、 RBC
数共に鉄欠乏群
貧血の程度は T∞1) 、血球容積もpく 0ω1) 0 更には MCVも低値であり (p<Oが顕著に低かった (小さいことがわかる。 MCVとほぼ平行して MCHも鉄欠乏ラットが低く (pく 0.
001)、しかも MCHCには両群問に差がなかったことより、血球容積の縮小は血球内 Hb量の低下と深く関係していると推察される。安静時血中乳酸値は、コントロール群より鉄Tablenler‑sc旬 ularbrow
nadi
pos
etissue，
Theweightofw
holebody，i
血 dadr四，)，Body weight

BATAdrenals

(，)

(mg)

(回g)

100 ppm Fe21 5土 8210土 2047. 6土 3.42 ppm Fe183土 9

*343i
:35

*

40. 0士 2. 5

Mean士 SEM

本p<O.05 by unpaired t‑test vs. 100 ppm Fe (normalcontrol) group. BAT:BrormOOi凹 5etissue.Theweightofadrenalsi
sthesumfr
叩 bot
hsides‑201ーTable 2
日開alologicalcharacleristics

100ppm FeHbHctRBCMCVMCHMCHCLA(g/dl)(見)(xl0~/田.ヨ)

(μ')

(pg)

(%)

(四日 1(1).
8 40.
9士1.6
12.
8士0
ヰキキ2 ppm Feキキネ

3.
4土0.
4 14.
1土1.3

Mean士SEM.

652士5559.
0土1.4 20.
0士0.
534.
0士日 .
62.
2
9士0.
43

***
305土問

キ**
***
36.
6士0.
8 11.2士0.
5

日.日土1.8
36.
00土0.
3
3*水本

***:pく 0.001 by unpaired [‑test vs. 100 ppm Fe(normal control) group. Hb:Hemoglobin，Hct:Hemalocril，RBC:Redblocxl.cell，MCV:Hean"
凹 scularh lobin，MCHC :Heancorpuscularhemoglobinconcenlration，andLAllS
凶 larvolu回， MCH:H田ncorP

四叫

Laclaleinwholeblocx:l

欠乏群が 2.
6倍も高かった (p<O.OOl) 。安静時ですら解糖系代謝が充進していることが示唆される。
貧血の影響は、血液ガスにおいても顕著であった (Table 3) 。低い傾向にあったがPO，レベルには有意差が認められなかったものの、 0，飽和度は鉄欠乏群が有意に低かった (p<0.05) 0 PCO，(p<0.05) 及び0.
031xPCO，
十 HC03 によって算出されたTotalC02 (p<O.OOl) も鉄欠乏群の方が有意に低値であった。静脈血中の 0，飽和度はコントロールより低くても、 PO，はcriticallevelを下回るものではなく、 0，欠乏が乳酸産生を高めているのではないと言える。似たような結果は、 JobsisとStainsby(12) によっても報告されている O ところが貧血が強度な場合、静脈血中の CO，レベ
Table 3
吋耳目Thecharaclerislicsofblo，

PO(冊目 g)

02 SatpCO~

TC02(%)(聞，)(rrmol/l)

100 ppm F巴37.
5士3.
4.
365.
3士 657.
3士1.7

2 ppm Fe25.
8士4.
5

*
38.
8土 7.
4

*
50.
1士1.9pHHCOョBE(醐ol!l)(刷。1/1)

33.
9土日 .
37.
3
6士 0.
0
2 32.
1土0.
35.
2
5:
t0.60

***.
927.
1土 0

**キ*
***
tO.83
0.
96:
7.
3
2士0.
0
1 25.日土 0.
9 ‑tSEM. 半。 pく O.05and*キ * : p<O. 001 by unpairedMean:t‑test vs. 100

ppm Fe (n0rma1 C0ntr01) gr0up. p02and PC02:Thepartialpressureof0畏ygenandcarbondioxide，02 Sat :Uxygensaluration，TC02:TolalC
02，HC03‑:Bicarbonale，and BE:Baseexcess202

ルが低いことでもわかるように、 C02運搬能の抑制が起こることはヒトを対象とした)。
我々の以前の研究でも認められている(13静脈血中 pHはコントロールより鉄欠乏群が低かった (Table3. p<0.05) 。しかし、上述したように C02レベルは鉄欠乏群が低い訳であるから、 pHの低下は C02レベルの充進によるものではない。 Bicarbonate 及ひ~Base excess値も鉄欠乏により低下しており (p<O.OO1)、これらに加え乳酸値の上昇が pH低下に大きく関与しているものと思われる。
クレアチンリン酸 (PCr) の相対的値を示す PCr/ (PCr十日)比は脳より筋の方
p<O.001) 0PCr/totalATP比 (ATP:adenosinetriphospha‑が高かった (Fig.1，te) も筋の方が顕著に高値であった (Fig.2，p<O.001)。逆に Pi/PCr
比 (Pi:inor‑01)。
ganic phosphate) は筋より脳の方が高かった (Fig.3.p<O.0， 口 100ppmFe1.
0

圃

0.
82.
0
口 100ppmFe2ppmFe1.5.2ppmFe0.
61.00.
40.
50.
20.
0Brain。OMuscleFiι1NMR
Aベヲトルより求めたPCr/(PCr+Pi)比.Mean士SEM.
↑↑↑ p<O.001vs.Brainbyunpaユredt‑test

BrainMuscle

Fig.
2N
M
RAペヲトルより求めた PCr/totalAT
Plt，Mean士S
E
M
行j:P<O.OOl V5. Brainand*:p<O.05 V5100ppmFe(Normalcontrol)groupbyun~
pairedt‑test

強度な鉄欠乏性貧血によっても、脳におけるエネルギーリン酸レベルにはほとんど変化がなかった (Fig.1‑ 3)。ところが筋では鉄欠乏群 ‑PCr/total ATPが有意に低く (p<0.05) 、PCr/ (PCr十日)比もコントロールより低い傾向にあった(p>0.05) 。逆に Pi/PCr比は鉄欠乏による上昇傾向が認められた (p>0.05) 。生化

学的に分析した我々の以前の研究では、遅筋であるヒラメ筋ではこのような変化が有) 0 鉄欠乏の影響は、速筋意であったが、速筋である足底筋では有意でなかった(14203‑

よりも遅筋の方が受けやすいと言える。今回の NMR による測定は、 M~ 腹筋表層部で実施したため、おそらく排腹筋における高エネルギーリン酸値を反映していると思われる。排腹筋も速筋であるため、有意な変化は認められなかったものと恩われる O しかし、ヒラメ筋と似たような傾向が認められたということは、遅筋ではより顕著な変化が起きたものと推察される。

NMRスペクトルにおける PCr及び、Piのピーク高を用い、 1/(1十 0.
6xPCr/Pi)によって求めた V/Vmax(15，ATP合成速度を示唆する)は脳の方が筋よりも高かった (Fig.
4，p<O.OO1) 0 ATPやPCr含有は低いにもかかわらず、脳における ATP産生又は turnoverが活発であることが示唆される。脳における V/Vmax~ま鉄欠乏の影

響を受けなかったが、筋では上昇する傾向が見られた (p>0.05) 。クレアチンアナログである(3‑guanidinopropionicacidを経口投与し、 ATPや PCr含有が低下した
ラットの筋で、は V/Vmaxが上昇するように(16) 、強度の鉄欠乏でも骨格筋には似たような反応が起こることが示唆される。ところが鉄欠乏の場合、鉄に依存したミト) 0 従って、 ATP合成は刺激されても、効コンドリア酵素活性が抑制されている(14率よくは進行しないために、 V/Vmax{i直の変化が有意で、はないものと推察される。

0.80.
6・

口 100ppmFe

0.
6

ロ 100ppmFe

0.
52ppmFe.2pPmFe

0.
40.
30.
40.
20.
20.
10.0

Braln

0.
0Muscle，比 Mean土日 E~ι 州.
Fig.
3 NMRAベケトルよりま由た Pi/PCrBrainMuscle『正 4NMRA
ペケトルより求めた V/Vmax目 Mean土SEM.

ttt

pく0.001 v
s. Brainbyunpaユred t‑test.

pく0.001 vs. Brainbyunpaired {‑testまとめ
生後 3週齢のラットに約 2mg/kgの鉄を含む餌を 8‑ 9週間与えた場合、血中 Hb濃度が約3.
4g/dl(コントロール群は約 12.8g/dl)に達する強度の貧血が発生した。
204←その場合、 MCV及びMCHもコントロール群より有意に低値であった O 文、静脈血中、， Tota!C
02 、pH、Bicarbonate、Base excessもコントの安静時 0，飽和度、 PCO
ロール群よりも有意に低かった。乳酸濃度は逆に高レベルであった。能における高エTP
ネルギーリン酸レベルはコントロールと変わらなかったが、骨格筋では減少し、 A合成は逆に充進していることが示唆された。骨格筋には、鉄欠乏及び貧血に対しある種の適応が起きているものと思われる。

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