山﨑賞

４０

糖の種類によるマウスの血糖量変化の違い

１ はじめに血糖値の変化は私たちの健康と密接な関わり合いを持っている。例えば、低血糖は、目眩や昏睡などを引き起こす。また、糖の過剰摂取による慢性的な高血糖によって、現在社会問題となっている糖尿病が引き起こされる。そこで私たちは、血糖値の変化に注目し、摂取する糖の種類によって血糖値の変化に違いが見られるのかどうかを調べた。
多くの食品に含まれ、私たちの摂取する機会の多いグルコース(ブドウ糖)、フルクトース（果糖）、スクロース（ショ糖）、マルトース（麦芽糖）の 4種類の糖の水溶液をハツカネズミに皮下注射し、その後 20 分ごと 2 時間にわたって血糖値の測定をした。その結果、グルコースとマルトースは山型のグラフになった。グルコースは開始 40 分後に最高値をとり、グルコースが 2 つ結合したマルトースは少し遅れて最高値をとった。それに対してフルクトースはいくつかの比較的小さな山が連続するグラフになった。また、グルコースとフルクトースが結合したスクロースは、両方の特徴をもつグラフであった。
この結果から、同じ単糖類のグルコースとフルクトースの違いに注目した。フルクトースのひとつひとつの山は、グルコースと類似していることから、この 2 つに何らかの関係があると考えた。
調べたところ、体内に入ったフルクトースは、肝臓でグルコースに変化することがわかった。肝臓までの経路はいくつかあり、その長さによって吸収までの時間が異なる。その結果としてこのようないくつかの小さな山が連続するグラフとなると考えることができた。
また、糖尿病のひとつの原因として、血糖値を下げる働きを持つインスリンの分泌が一度にたくさん行われないことが挙げられる。しかし、フルクトースは血糖値の上昇が緩やかなため、糖尿病患者でも安心して摂取することができるのではないかと考えた。

２ 仮説
フルクトース、グルコースは単糖類に属しているのですぐに吸収される。すなわち、急激に血糖値が上がり、その後、急激に下がるだろう。それに対し、マルトース、スクロースは二糖類なので、体内で単糖類に分解されるため、吸収されるのに時間がかかるが、血糖値の最高点はかわらないだろう。
３ 研究方法
（１）実験動物・ 生後 2 ヶ月のハツカネズミ Mus musculus(日本 SLC 株式会社)（おす３０～３５g，めす２５～３０g）…人間と同じ哺乳類で小型のため実験に用いやすい。
また飼育が容易なので多く飼うことができ、データがたくさん得られる。
（２）実験道具・血糖計、血糖試験測定チップ(テルモ株式会社)…血中のグルコース濃度（mg/dl）を測定する機器。測定には 1.2μℓの血液が必要
・ 注射器(テルモ株式会社) 予防注射用・最大容量１ml…皮下注射に使用した。
・ その他
メスフラスコ、ビーカー
・糖(グルコース、スクロース、マルトース、フルクトース)…多くの食品に含まれている代表的な単糖類と二糖類

グルコース

二糖類や単糖類を構成する主要な糖。体内でこの形で消費される。

フルクトース

糖類で最も甘い。果汁、蜂蜜などに存在する。

スクロース

グルコースとフルクトースが結合した糖。サトウキビなど植物中に広く存在する。

水、飼料ともに絶やさないようにした。週 2 回掃除した。
（４）予備実験
目的
・大まかな血糖値の推移を把握する。
・糖濃度の確認。
（人間点滴用のグルコース濃度は５%だがマウスも同じ濃度でよいのか調べる。
）
方法
マウスを４時間絶食させグルコースを体重１㎏につき 1g 皮下注射し血糖値変化を 20 分ごと測定した。計測は尾静脈に注射器の針を刺し血液を流出させて計測した。

結果
5%で血糖値が上昇し、その後２時間で血糖値が元に戻った。その後生命活動に支障は出なかった。
よって５%は適切であった。
予備実験の結果をふまえて以下のように実験方法を設定した。
マルトース

グルコースが二分子結合した糖。
水あめの主成分。発芽中の種子などに含まれる。

（３）飼育方法
おす、めす 16 匹ずつ飼育した。プラスチック製の容器にシュレッダーにかけた紙をしきつめて容器 1 個につき 4 匹のマウスを飼った。えさは市販の固形飼料（lab diet）を与えた。水も与えた。

（５）実験方法①各糖に８匹のマウスを使用した。
（おす、めす 4匹ずつ）②４時間絶食させた後、初期値を測る。
③各マウスの体重を測る。
④体重１㎏につき１g の糖を５％溶液にして皮下注射する。つまりこの場合、体重１g につき０．
０２ml 溶液を注射するのである。
⑤糖を注入してから２０分おきにマウスの血糖値を計６回測定する。測定には予備実験と同じ方法を用いた。
⑥ネズミに注射をしたダメージ緩和のため数日おきに、各糖おすめす４匹ずつ計３回の計測を行４ 結果
各糖の２４回分のデータを、平均し、以下の表にした。
表 1 糖投与後 20 分ごとの血糖値
020 4060 80 100 120
グルコース 131 164 172 157 149 139 131
フルクトース 142 166 162 174 168 155 158
マルトース
124 161 175 177 164 153 145
スクロース
137 140 152 136 128 129 135
各糖の変化を見やすくするためにグラフにした。

164.4

グルコース

156.5

148.5

4060
時間（分）

80

100

グラフ１よりグルコースの場合は、４０分後に最高値をとる上昇が見られ、０分～２０分にかけて大きく上昇する。その後はおだやかな下降をし続け、１２０分後には初期値へと戻る。

血糖値（mg/dl）

フルクトース

166.4

162.2

フルクトース
173.5

167.9

154.9 158.3

141.8

020

151.6
136.5

0136140

129.3

135.4

128.1

20

4060
時間（分）

80

1001204060
時間（分）

80

100

グラフ３よりスクロースは、４０分後に最高値をとる。上昇が見られ、２０分～４０分にかけて大きく上昇する。その後８０分まで下降し、１００分～１２０分で再び上昇した。

120

グラフ１．グルコース投与後の時間ごとの血糖値変化

210200190180170160150140130120
110
1009080706050

スクロース

グラフ３．スクロース投与後の時間ごとの血糖値変化
139.3130.8202102001901801701601501401301201101009080706050

171.8131.10

スクロース

120

グラフ２．フルクトース投与後の時間ごとの血糖値変化

グラフ２よりフルクトースの場合は、投与後０分～４０分と４０分～１００分で上昇と下降が見られ、２つの山があることがわかる。
（山とは上昇

マルトース

マルトース

血糖値（mg/dl）

血糖値（mg/dl）

グルコース210200190
1801701601501401301201101009080706050し下降する一連の流れを言う）
また、６０分後に最高値をとる。そしてグルコースと違い、１２０分で元の値に戻らず、再び上昇した。

血糖値（mg/dl）

った。（各糖２４回）

210200190180170160150
1401301201101009080706050

175.2

177.1
164161.2152.8144.5124.2

0204060時間（分）80100120

グラフ４．マルトース投与後の時間ごとの血糖値変化

グラフ４よりマルトースの場合は、６０分後に最高値をとる上昇が見られ、０分～２０分にかけて大きく上昇する。
その後１２０分後までゆるやかな下降をし続け、元の値へと近づいていく。

210200190
1801701601501401301201101009080706050

フルクトース
166.4
141.8

171.8 173.5

164.4 162.2 156.5

グルコース
167.9
148.5

131.1

154.9 158.3
139.3

130.8

グラフ６．３つの時間帯に区分したフルクトース
0204060時間（分）80100120

グラフ５．グルコースとフルクトースの血糖値変化

グラフ５よりグルコースとフルクトースは、同じ単糖類の糖であるが、グラフの形は大きく異なることがわかる。
実験に用いた測定器を、グルコースとフルクトースにそれぞれ反応させてみると、グルコースには反応するが、フルクトースには反応しないことがわかった。つまり、フルクトースのグラフの変化はグルコースによるものである。よって、フルクトースは体内でグルコースに変換されることがわかる。
文献で調べた結果、下の図のようにフルクトースが肝臓でグルコースに至るまでの経路が多数存在することがわかった。

グラフ６よりフルクトースのグラフには、結果から①０分～４０分、②４０分～１００分と２つの山が見られる。また、０分～２０分、４０分～６０分、１００分～１２０分と、時間がたつにつれ、上昇の傾きは小さくなっている。
それに対し、
２０分～４０分、６０分～１００分と、下降の傾きは時間がたつにつれて大きくなっている。よって、１２０分以降のグラフは、いくつかの山を繰り返しながら、元の値へと戻っていくと考えられる。それぞれの山がグルコースのグラフにおいての上昇・下降であると考えると、フルクトースのグラフは、グルコースの変化が繰り返されてできたものと考えられる。山ごとに、上昇・下降する時間にズレが生じるのは、フルクトースからグルコースに変換される過程で要する時間の違いがあるからだと考えた。
（２）グルコースとマルトースのグラフの比較

血糖値（mg/dl）

血糖値（mg/dl）

５ 考察（１）グルコースとフルクトースの比較

2102001901801701601501401301201101009080706050

マルトース
164.4
131.1

161.2

グルコース

175.2
171.8

177.1
156.5

124.2

0204060

164148.5

80

152.8
139.3

100

144.5
130.8

120

時間（分）

グラフ７．グルコースとマルトースの血糖値変化

グラフ８よりグルコースより血糖値の最高値を示すまでに時間がかかる。測定器はマルトースに反応しないが、血糖値は糖注入後より上昇していることから、マルトースは血中でグルコースに分血糖値（mg/dl）

解されていると考えられる。また、マルトースは２つのグルコースに分解されるためブドウ糖よりも上昇が緩やかで元の血糖値に戻るのに時間がかかるので持続性があると考えられる。
（３）スクロースと（グルコース＋フルクトース）の比較
210200190180170160
1501401301201101009080706050

グルコース＋フルクトース

153139136157

スクロー

155
14814212812980100・・147・

135・

152
140136・
0204060
時間（分）

120

グラフ８．
※上の（グルコース＋フルクトース）のグラフとはグルコースとフルクトースの値の平均値を出し、グラフ化したものである。
グラフ８からグルコースとフルクトースをあわせたグラフは４０分で最高値をとり、４０分～１００分まで下降し、１００分～１２０分で再び上昇という点で、スクロースのグラフに近似している。
合成した結果、変化の仕方が近似していることと、スクロースは血糖値測定器に反応しないことから、スクロースはグルコースとフルクトースに分解し、またグルコースとフルクトースの両方が作用していると考えられる。よって、スクロースはグルコースとフルクトースに分解されて、体内で吸収されると考えられる。
６ まとめ・ フルクトース、グルコースは単糖類に属しているから、急激な血糖値の上昇、下降がみられると考えたが、グルコースは、確かに二糖類のマルトースと比べて、上昇・下降が激しかった。一方フルクトースは予想に反し上昇・下降を繰り返すグラフとなった。
・ 各糖の最高点は変わらないと考えたが、表１から、スクロースだけ低くなった。このことは、分解されて生じたフルクトースが肝臓で分解するまでの時間の差が原因であることがわかった。
マルトース、スクロースは実際に血糖値が上がることから、血中でもグルコースに分解されることがわかった。
グルコースは血糖値を急激に上げるので、低血糖状態に陥った場合など、緊急に血糖値をあげる必要があるときには役に立つ。
すべての糖は最終的にはグルコースへと分解されることがわかった。
フルクトースは上昇が緩やかなため、インスリンは一度に大量に出ない。よって糖尿病患者の体にも負担が少なく、安心して摂取できることがわかった。
マルトースは 2 つのグルコース分解されるため、最高値となるまでに時間がかかった。

７ 感想
はじめは、二糖類が単糖類に分解されると仮説を立てたが、この実験を通してフルクトースから、グルコースへの変換も行われることがわかった。
地球上にはたくさんの種類の糖が存在するが、体内に取り入れられると、最終的には、すべてグルコースに変化して吸収されることがわかった。これによってグルコースは生命活動のためには重要な物質であることを改めて感じた。グラフに示したように、グルコースに変化するまでの様子は、糖の種類によって大きく異なるので、糖それぞれの特徴を生かして用いることで、血糖値のコントロールも可能になるのではないかと思った。
８ 参考文献・実験生物講座 12 ホルモン生物学：江上信夫、石井進（1982）
・ 果糖の代謝
http://hobab.fc.2web.com/sub4-Fructose_Metabolish.htm