〈県学生科学賞６

科学教育振興委員会賞〉

マウスにおける茶と血糖値変化の関係
静岡県立清水東高等学校
３年

実験Ⅰ

自然科学部

第３報
生物班

理数科

ネズミ班

田中信太朗・大石克哉・澤部史一・平野智也
新間晴基・山﨑太嗣・犬塚佑希浩

茶抽出液投与実験

１．実験動機一般的に血糖値を下げる効果のあると言われている茶を投与したところ、マウスが全て死亡するということが起きた。死亡直前の血糖値の値は50㎎前後と非常に低い値となっていた。
そこで、今回は前回の失敗を踏まえ、改めて茶の血糖値に対する効果を調べるとともに、その具体的な原因を追究することにした。
２．仮説
前回の実験では茶を投与したマウスは血糖値が下がり続け、１週間以内に全て死亡するという事が起きた。このことから、茶には血糖値を下げる効果があると考えられる。
それを参考にし、予備実験として前回よりも低濃度の茶粉末抽出液をマウスに皮下注射したところ血糖値は減少したが死亡することはなかった。以上より、茶は濃度によらず血糖値を減少させる効果があるという仮説を立てた。
３．材料と方法⑴材料
・ハツカネズミMus musculus（日本SLC株式会社） 24匹
人間と同じ哺乳類で小型のため実験に用いやすく、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。
・血糖計、血糖試験測定チップ（テルモ株式会社）・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。
⑵飼育方法
プラスチック製の容器にシュレッダーをかけた紙を敷き詰めて、容器１つに対して最大４匹のマウスを飼った。えさは市販の固形飼料（lab diet）を使用した。水・えさともに充分与え、週３回掃除した。
⑶茶抽出液投与実験の方法①マウスを２ｇ･ ３ｇ･ ４ｇの３つの実験群と対照群に分ける。各群のマウスは６匹ずつ。
②実験前８時間絶食させる。
③各マウスの血糖値の初期値を計測する。
④粉末状の茶２ｇ・３ｇ・４ｇに水を加えメスフラスコで100mlにして混和し３種類のお茶抽出溶液を作る。
⑤各マウスの体重を量り、体重１ｇにつき0.02mlの茶抽出液を皮下注射する。
⑥対照実験として0.9％の生理食塩水を体重１ｇにつき0.02ｍｌ皮下注射する。
⑦短期間の影響を調べるため、血糖値を注射後10分ごとに９回測定する。
⑧長期間の影響を調べるため、血糖値を注射後24時間ごとに４回測定する。
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⑷タンニンの公定分析①茶サンプル２ml、酒石酸鉄試薬20ml、リン酸Buffer 60mlを100mlメスフラスコで混和し、少量を専用のセルに入れ、分光光度計にかける。
②分析値からタンニン含有量を計算し、タンニン濃度を算出する。
４．結果⑴茶抽出液投与実験
ア

短期的影響：10分ごとの結果
実験群・対照群の初期値および10分ごとの血糖値の平均値を出し、各群の初期値を０として、それらを基準にした血糖値の増減を出し、出た各群の値から対照群の値を引いたものを、表１に表す。以下同様の処理をしたものを表として表す。
表１

茶２g
茶３g
茶４g

初期値00010分-2.8
20.332.5

各群の値から対照群の値を引いた値

20分-10.8-7.0-9.5

30分-2.20.026.7

40分-43.2-19.2-0.17

50分-29.3-8.7-20.5

60分-28.0-15.3-19.5

70分-19.0-24.5
-4.8

80分
-3.2
7.22.5

各群

ｎ＝６［単位90分-18.5-2.5-8.5㎎ /dl］

茶３ｇ・４ｇ抽出液を投与した実験群の血糖値は、いったん上昇するものの、40分を過ぎた辺りから減少に転じる。茶２ｇは常に対照群の生理食塩水よりも低い値を示しており、40分を過ぎた辺りから大きく減少に転じた。
80分にはどの茶抽出溶液も生理食塩水の血糖値の値に近付いた。
イ

長期的影響：24時間ごとの結果
実験群・対照群の初期値および24時間ごとの血糖値の平均値を処理したものを表２に示す。
表２
茶３ｇ
茶４ｇ
茶２ｇ

各群の値から対照群の値を引いた値

初期値
000

１日後
-23.2-53.3-38.7

２日後-21.7-48.2-30.2

３日後-17.8-75.8-28.0

４日後
3.0-41.8-23.7

茶２ｇ・３ｇ・４ｇ抽出液を投与した実験群はどれも血糖値の減少が見られた。特に、茶３ｇ抽出液を投与した実験群の血糖値の減少は著しい。しかし、全体的に血糖値は増加し、４日後には生理食塩水を投与した実験群の値に近付いている。
⑵タンニンの公定分析
各濃度の茶抽出液を分光光度計にかけて、算出したタンニン濃度を表３に示す。
表３
茶濃度
タンニン濃度茶抽出液のタンニン濃度

２ｇ140ppm

３ｇ180ppm

４ｇ250ppm※ppm＝mg/kg５．考察⑴短期的影響：10分ごとの実験の考察
茶２ｇ抽出液の実験群では全体で常に対照群の血糖値の値よりも低い値を示しており、一部では大きな減少も見られる。しかし、茶３ｇ・４ｇ抽出液の実験群では初め血糖値が大きく増加した。
最後の90分ではそれぞれの群の値は収束しているようである。
茶２ｇ抽出液の実験群と茶３ｇ・４ｇ抽出液の実験群の違いについて、茶の主な成分の一つであるカフェインが考えられる。低濃度の茶２ｇ抽出液ではその影響が現れず、茶３ｇ・４ｇ抽出液では、カフェインがある一定量を超えて自律神経の交感神経を刺激して血糖値を上昇させたのではないかと考えられる。しかし、40分後には効果がなくなっていることから持続性はないと考えられる。
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⑵長期的影響：24時間ごとの実験の考察
初期値計測後は通常通りエサを与えたため、血糖値は増加するのが正常である。
茶２ｇの抽出液の実験群では、対照群との差はわずかであり、あまり効果がないように思われる。
茶３ｇ・４ｇ抽出液の実験群においては、対照群よりも血糖値は減少傾向である。特に茶３ｇの抽出液の実験群においては大きく減少が認められる。このことから、茶の濃度が濃ければ濃いほど血糖値減少の効果が大きいというわけではないようである。つまり血糖値減少に適した濃度が存在すると考えられる。今回の実験では公定分析法により、タンニンの濃度180ppmのときが血糖値を減少させる最適の濃度である事が分かった。
⑶全体の考察茶２ｇ抽出液の実験群の結果から、10分ごとの実験も24時間ごとの実験も大きな増加・減少は見られないため、効果は認められないと考えられる。
他方、濃度の濃い茶３ｇ・４ｇ抽出液の実験群においては、10分ごとでは血糖値の増加・24時間ごとでは血糖値の減少が見られた。その中でも茶３ｇ抽出液（タンニン濃度180ppm）の効果のほうが大きかったことから、茶３ｇ抽出液の濃度が長期的な血糖値減少の効果があると考えられる。
茶濃度に関わらず血糖値を下げる効果があるという仮説を立てたが、血糖値を下げる効果を顕著に表す適した濃度があることがわかった。
また、10分ごとの実験での血糖値上昇は交感神経を刺激するカフェインの効果によると考えられる。また24時間ごとの実験での血糖値減少はタンニンの効果であると考えられる。
実験Ⅱ

カフェインおよびタンニン溶液投与実験

１．実験動機実験Ⅰの茶抽出液投与実験において、10分ごと・24時間ごとの血糖値の測定を行い、茶３ｇ・４ｇ抽出液では、10分ごとで血糖値上昇、24時間ごとで血糖値減少という結果が得られた。10分ごとの原因としてカフェイン、24時間ごとの影響としてタンニンの効果が関係していると考えた。茶の主成分にはカフェインとタンニンが存在する。つまり、茶抽出液を投与した時の血糖値の変動はこの２つの成分に依存していると考えられる。
そこで、２つの成分を単独投与することで、それぞれの成分の血糖値の変動に関わるはたらきを確かめるべくこの実験を行った。
２．仮説
カフェインの効果として交感神経を刺激するため、短期間の10分ごとの90分間の実験においては血糖値が上昇すると予想される。茶抽出液を投与した実験では、茶２ｇ抽出液において血糖値の上昇は見られず、茶３ｇ・４ｇ抽出液において血糖値が上昇したので、カフェインでは茶３ｇ・４ｇ抽出液分のカフェインを投与した実験群の血糖値が上昇すると考えられる。よって10分ごとの実験では、茶３ｇ・４ｇ抽出液中のカフェインを投与した実験群の血糖値が生理食塩水を投与したマウスよりも高い値を示す。
また長期的な24時間ごとに血糖値を測る実験群においては、カフェインの効果はなくなり、生理食塩水を投与した実験群とほぼ同じ値を示す。
タンニンについては、血糖値を減少させる効果があるため24時間ごとにおける値が生理食塩水を投与した実験群の値よりも低い値を示す。10分ごとの実験では、対照群とほぼ同じ値を示す。
以上のように仮説を立てた。
３．材料と方法
実験Ⅰと同様。 ハツカネズミ

カフェイン、タンニンの投与実験にそれぞれ24匹ずつ。
−28−

４．結果
⑴カフェイン投与実験
ア

短期的な影響：10分ごとの結果
実験群・対照群の初期値および10分ごとの血糖値の平均値を処理したものを表４に示す。
表４

カフェイン２g
カフェイン３g
カフェイン４g

初期値
000

10分
3.2-13.512.5

各群の値から対照群の値を引いた値
20分
14.318.223.330分-5.7-1.2-3.7

40分
-0.67
4.3
5.5

50分
16.0
2.8
28.7

60分
11.8
-19.8
8.0

70分
4.8-29.5
-3.7

80分
28.2
-8.2
27.8

90分
16.7
6.8
16.5

茶２ｇ・３ｇ・４ｇ抽出液中のカフェインの量を投与した実験群は、カフェイン２ｇ・４ｇ溶液を投与した実験群が血糖値を上昇させた。一方、カフェイン３ｇ溶液を投与した実験群は60分以降血糖値減少が大きく見受けられる。また、いずれの濃度においても30分周期で増減を繰り返している。
イ

長期的な影響：24時間ごとの結果
実験群･対照群の初期値および24時間ごとの血糖値の平均値を処理したものを表５に示す。
表５

各群の値から対照群の値を引いた値

初期値
000

カフェイン２g
カフェイン３g
カフェイン４g

１日後
-20.2
-18.0
-6.7

２日後-36.2-10.80.5

３日後
-27.3
-18.8
-9.7

４日後
-15.7
-4.8
10.0

カフェイン２ｇ・３ｇ・４ｇ溶液を投与した実験群の方が、生理食塩水投与した実験群よりも血糖値は減少していた。また、減少の下げ幅は、カフェイン２ｇ・３ｇ・４ｇ溶液の順に大きくなっている。しかしいずれも、血糖値を一旦減少させた後は、対照群に近づいてきている。
⑵タンニン投与実験
ア

短期的な影響：10分ごとの結果
実験群・対照群の初期値および10分ごとの血糖値の結果を処理したものを表６に示す。
各群の初期値を０として、それらを基準にした血糖値の増減を出し、出た各群の値から対照群の値を引いたものを、表11・グラフ５に表す。
表６

タンニン２ｇ
タンニン３ｇタンニン４ｇ

初期値
000

10分
-19.8
18.4-4.1

各群の値から対照群の値を引いた値
20分
-11.1
28.5
15.430分
-1.5
25.0
3.5

40分
0.3
13.5
25.2

50分
5.8
35.0
19.2

60分
-22.5
50.4
20.0

70分
-3.4
35.0
37.8

80分
4.8
14.1
53.6

90分
4.1
57.0
33.8

タンニン３ｇ・４ｇ溶液を投与した実験群の血糖値の値は大きく上昇している。一方、タンニン２ｇ溶液を投与した実験群は若干血糖値の減少傾向がある。
イ

長期的な影響：24時間ごとの結果
実験群・対照群の結果を処理したものを表７に表す。
表７
タンニン２ｇ
タンニン３ｇタンニン４ｇ

各群の値から対照群の値を引いた値

初期値
000

１日後
-5.7
27.3
23.0

２日後
-3.7
35.8
21.2

３日後
-22.5
7.2
-35.7

４日後
-19.7
33.0
33.0

タンニン２ｇ溶液を投与した実験群では全体通して血糖値を減少させているが、タンニン３ｇ・４ｇ溶液を投与した実験群では上昇傾向が顕著である。しかし、３日目においては大きく減少している。

−29−

７．考察
⑴短期的な影響：10分ごとの実験の考察
実験Ⅰの茶抽出液を投与する実験では、茶３ｇ・４ｇ抽出液で血糖値が増加する原因としてカフェインの効果をあげた。しかしながら、カフェインを投与してみると、カフェイン２・４ｇで血糖値増加、カフェイン３ｇで減少するという結果になった。しかし、90分間の間で血糖値が増減を繰り返すことが見られ、特に２ｇ、４ｇの実験群において20分後、50分後、80分後で上昇が認められた。
これは、カフェインが自律神経を刺激することが知られていることから、まず、交感神経が刺激され血糖値が上昇し、その後、フィードバック作用で副交感神経が刺激され血糖値が急激に下がったと考えられる。そして、急激に下がったことで再び交感神経が刺激されるという繰り返しが起こったと考えられる。
実験Ⅰの茶投与実験でも同様の傾向が見られる（グラフ１）。しかし、カフェイン単独投与の方が上下動が激しくそれが90分後まで続くのに対し、茶投与では50分後以降は収束傾向が見られることから、カフェイン以外の物質が50分以降関与していることが示唆される。
一方、タンニン溶液を投与した実験群の血糖値は３ｇ・４ｇ溶液において大きく上昇した。しかしながら、カフェイン溶液、タンニン溶液を投与したそれぞれの実験群の結果から、茶抽出液を投与した実験群の血糖値がカフェイン溶液、タンニン溶液をそれぞれ投与した実験群の血糖値が単純に合わさったものではないと分かる。また、茶抽出液を与えた実験群の血糖値とカフェイン溶液を投与した実験群の血糖値が類似していることから、短期的な影響としてカフェインの影響が大きくタンニンの影響はほとんど無いと考えられる。
⑵長期的な影響：24時間ごとの実験の考察
茶抽出液を投与した実験と同じく、カフェイン溶液を投与した実験群の血糖値は生理食塩水よりも減少している。このことから、当初は予想していなかったカフェインの血糖値減少効果が存在すると考えられる。しかしながら、お茶抽出液では３ｇ抽出液が血糖値を最も減少させているのに、カフェイン溶液では２ｇ溶液が血糖値を最も減少させているなど、血糖値の減少の下げ幅の大小の順が異なることから、お茶の血糖値減少の効果とカフェインの血糖値の減少の効果を直接は結びつけられないと考えられる。
タンニン溶液を投与した実験群において、３ｇ・４ｇ溶液の血糖値が３日目に大きく減少しているのにもかかわらず、茶抽出溶液を投与した実験群の血糖値は３日目まで下がり続けていることから、タンニン独自の血糖値への影響は無いと考えられる。
⑶全体の考察カフェイン溶液を投与した実験の結果において、茶抽出溶液を投与した際に得られた結果から推測されるきれいな結果は得られなかった。しかし、短期的な影響において、血糖値の上下動を引き起こす作用が見られたことは新たな発見で興味深かった。また、タンニン溶液を投与して10分ごとに血糖値を測定する実験の結果から、お茶とタンニンとの関係は明らかにならなかった。よって、茶抽出液を投与した実験群の結果は、カフェイン・タンニンという２つの成分が単独の作用によるものではないことが分かった。よって、カフェイン・タンニンの成分が合わさることで、血糖値への影響が変わってくるのではないかと考えられる。
しかしながら、24時間ごとに計測した実験においては血糖値を減少させるという点においては茶抽出液とカフェイン溶液を投与した実験群の結果は類似した。このことから、長期間においては、お茶とカフェインの効果において何らかの関係性があると考えられる。
一方、タンニン溶液を投与した実験群の３日目の急激な血糖値の減少が、茶抽出液に影響していないことから、タンニンという成分と血糖値は関係が無いと考えられる。

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