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第三種郵便物認可

平成 1
1年 5月 1日

農 業 と 科 学

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京都大学名誉教捜

高 橋 英
動物とケイ素高等動物に対するケイ素の作用
動物には骨格成分にシリカを利用するグノレープ

されて)，繊維芽細胞による謬原繊維の生成が起のあることを前回紹介しました。これらのグルーこり，繊維増殖が進行します。そしてそれは次第

プの存在は原生動物と海綿動物内限られており，に太い謬原繊維になり，ついに結節(ケイ肺結節)それ以上のより高等な動物には知られていませを形成します。

ん。それでは高等動物に対するケイ素の作用につこの結節は肺胞内の血管の周りにできるため，いてはどのような知見が得られているでしょう

血管は次第に圧迫され，

Si02) 微粒子と水か。これには，国体のシリカ (くなります。また肺胞壁や小気管支も結節に圧迫に溶けているケイ酸 (H4Si04) で作用が異なるのされて肺気腫注 3)を引き起こし，で，二つに分けて紹介します。

機能に重大な障害をもたらします。

1 シリカ微粒子の作用

アスベスト症 (Asbestosis)31)

シリカ微粒子には鉱物起源のものと生物起源のアスベスト(石綿)というのは加水ケイ酸塩のものとがあります。前者の作用としてはケイ肺症

細し、繊維状集合体に対する総称で，大きく分けてとアスベスト症が有名です。

角閃石アスベストと蛇紋石アスベストの二つがあケイ肺症(S iIicosi~) 29，30)

石工や鉱夫のような鉱石を砕く仕事をする労働者の多くが，呼吸機能を害し，結核に感染し易い

しまいには血液が流れな
それらの結果肺ります。アスベストは屈曲性があり，また不燃性であるので，建築用や耐火，断熱材などとして広く利用されていました注 4)。

ことは古くから知られていました。しかしこの職アスベスト症の最初の報告は， 1
907年にイギリ業病が，シリカの微粒子の吸入によることが指摘

スのアスベスト工場の労働者についてのものでされたのは 1915年でした。

す。アスベスト粉鹿も肺に繊維増殖を起こす作用

一般に粉塵が肺に入ると組織に繊維増殖が起こがあります。職業柄アスベストを吸入する機会のりますが，石英のような結晶性シリカによって引多い人は，肋膜の石灰沈着や気管支癌を引き起こ

き起こされる繊維増殖は，その量が多いだけでなし易いといわれていますが，その作用機作はよくく進行性であるという特徴があります。したがっ分かっていません。最近アスベストは使用禁止にてケイ肺になって職場を辞めても病症が進み，戦なり，大気中の排出規制も強化されています。

前はもちろん戦後もしばらくの間，ケイ肺は労災病の大きな部分を占めていました。
ケイ肺症は次のようなフロセスで起こると考えられています。'.
肺胞注 1)にある大食細胞がシリカ微粒子を取り込むと，細胞内のリソソームの膜が壊れ，分解酵

以上の他に BiogenicSilica すなわち生物起源のシリカについても，発癌牲が疑われています。
後で述べるように，植物の中にはケイ素を集積するものがあり，とくにイネ科のものに多いですが，これらは広く集約的に栽培されるので問題になることがあります。

素が漏れ出て大食細胞注 2)は死にます。するとそ

たとえばイランには食道癌が多発する地域があれが刺激となって(おそらく何等かの因子が放出りますが，住民が食するノマンに混じっているクサ

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第三種郵便物認可(7)
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(1ヨシ属 (Phalaris) の植物のケイ酸質 の毛(のぎ)豊富 に存在するので，無 ケイ素で動物を飼育 するが原因の一つではな いかと疑われていま す。動物ことは大変困難です。

実験によると，それ はハツカネズミに皮 膚癌 を引

filter をそなえた室 内で，き起こします。ほかにも， 穀物由来の繊維状シ リカの食事 への混入が原因 と思われる 食道癌 の多発

有 量の極めてすくない 食餌でヒヨコを育て ，ケイが，中国北部や 南 アフリカの地域で 報告 されてい素欠 之症を発現させるこ とに成功しました。

しかし Carlisle らはa1r

ケイ素をほとんど含 まないプラスチック性 の飼育器を使って， ケイ素含ます。またアメリカ やインドのサトウキ ビ畑の 労

すなわち， 食餌べのケイ酸(ケ イ酸ナトリウム)働者が，収穫時に大 気 中に飛散するシリカ 繊維の添加の効 果は 1~ 2週間であらわれ，体 重増にか吸入によっ一て，アスベスト症類 似の障害 を受けるなりの 差 (30‑‑50%) が生じました(表 3)。さらとし、う報告 もあります 32)。にケイ酸を与えられ なかったグループは ，写真 12 溶存ケイ酸の作用に見られるように骨 格の発育が悪く，頭 蓋骨は小ヒ卜の血液には 2ppm前後のケイ素が含ま れてさく奇形を呈しまし た 33。
)

います。この濃度は ほぼ一定で，ケイ酸 投与 量 を多くすると尿中のケ イ酸濃度が 高 まります。飲料水や食物からのケイ 酸は吸収されるが， それは 腎臓によって尿中に排 池され，濃度が 高 まらないよ

表 3 食餌へのケイ酸添加 に対するヒ当コの生育反応(CARLISLE，E.M. 1981)33)
実験回数

う調節されているようです。

23日間の 1日当り
平均体重増加 (g)
差(%)
ヒヨコの数
ケイ酸欠除ケイ酸添加
326.
37:
t0.
11 3.
10:
t0.
10 30.
0
供 試

固体シリカは前述の ように 害作用のみであるの1回目に対して，吸収され たケイ酸は脊椎動物 の骨格の2回目

303.
25:
t0.
094.
20:
t0.
0930.
0

形成に必要であることが，3回目

482.
57土0.
093.
85:
t0.
1149.
8Carlisle らによって1970年代に明らかにされ ました。そのためケ イ素は動物の微量必須元 素に加えられていま す。

軟骨はムコ多糖頭の グリコサミノグリカ ンに富シリカは微粉塵などとして環境中に t~ こにでもんでいまーすが，ケイ酸はこの 部分に多く，ケイ酸

写 真1

ケイ素添加およびケ イ素無添加の飼料で 育てた

勝化後二4週間のヒナの生長の ちがいの欠如によって軟骨 のグリコサミそhグリカン 含有 量が 減 少 す る こ と から，ケイ酸はグリコ サミノグリカンの代謝に 関係することが推察 されました。またケイ酸欠 如により謬原繊
維 のコラーゲン 含有 量が減少することを認め，これが頭 蓋骨 の奇形化の一 因ではないかとしています。
骨化はビタミン Dによって促進され，これが不足すると「くる病」になることが知られていますが， Carlisle
はこれとは別個にケ イ酸欠如によって骨化の妨げられる ことを，つぎのよ うな実験結果から明 らかにしまし7こO
造骨細胞は骨生成の際，コラーゲンや グリコサミノグリカ ンなどの有左:ケイ素添加(ケ イ酸ナトリウム 100ppm) 飼料
右 :ケイ素無添加飼料 を与 えたヒナ Carlisle(1972)33)

機骨基質を合成しま すが，骨化(有機骨基質へのリン酸 カルシウムの沈(8)第三種郵便物認可

平成 11年 5月1日

農 業 と 科 学-晶...."，ー ..1\.".-.，..... 企川叩・・国...， tl'P'III....IIII.IUII~..." I' I.I.. ， ...".'III"...'." 圃1'1I 111dl" 司川..・ d・ 1-91".. ， ~U ，圃 F ・・・・ .1. ，・'司司 111.1・ IIII."" ，}，川"P'・lII .n..I I "1 司 ..II ，，'''U喝圃 10'" 11".... ，'""1"・....，"， II"II~困 '''11・1I....."ll' ・s・"‘-'積)がはじまる前の造骨細胞のミトコンドリアに

このように動物細胞は植物よりもシリカに対しは，カルシウムとケイ酸が集積しています。骨組て敏感なところがありますが，この違いは一つに織中のこれらの含有量は骨化が進むにつれて増加

は細胞壁の有無が関係しているように思われましますが，ある時点を越えるとケイ酸の含有量はす。

急激に低下し，カルシウムのみ高くなり，アパタ
イト

参考文献

(リン酸カノレシウム)が出来上がるころには，ケイ酸は痕跡程度になっています。これらのことからケイ酸は骨生成の初期の段階で，重要な役割を果たしていることが分かります。
脊椎動物の骨の成分としてカルシウムとリンのほかにマグネシウムも含まれていることが見いだ
され，さらに微量成分としてフッ素と亜鉛の関与

29) 佐野辰雄:珪肺と塵肺，労働の科学， V OL.10(1955)30) 日本化学会訳編:微量元素一栄養と毒性‑409頁，1975)
丸善 (ationalAcademyofScience，USA31) Asbestos，N(1971)
32) C.O'Neill etal:Silicaandoesophagealcan‑も認められましたが，手れに新たにケイ素が加わnSiliconbiochemistr
yp.214，JohnWileycer，iったわけです。

& Sons (1986)

動物の体を構成している細胞は植物のような丈
夫な細胞壁に囲まれておらずいわば裸であるので，接触したシリカの微粒子に反応しやすいと思われます。たとえばケイ肺症にみられるように，吸気とともに肺胞に入ったシリカ粉慶は，肺胞の隙聞からリンパ管に入札食細胞に取り込まれて繊維増殖を引き起こします。

.M.Carlisle:Siliconin bone formation，文33) E
献 6) の pp.69‑94

注 1) 肺胞:気管支末端の膨らみで，ガス交換の行われるところ

注 2) 大食細胞:異物を捕食消化するアメーパー状の細胞，マクロブァージともいう

注 3) 肺気腫:肺組織が弾力性を失って呼吸が十分にできず，肺が異常に膨らむ症状

一方溶存しているケイ酸は，ある種の原生動物

注 4) アスベスト:すでに石器時代に，焼き物をつくるや海綿動物に取り込まれ，体内でケイ酸質の骨格

際，粘土を強化するために使ったといわれている。

在形成します。この場合はエネノレギーに依存した

ギリシャ・ローマ時代には，その燃えない性質のたケイ酸の膜透過の仕組みが関係しており，つぎに述べるケイ藻のシリカ殻形成と似たところがあります。ニワトリのヒナの骨形成にみられるケイ素めに，魔法の物質として衣服に縫いこまれたりして重宝された。近代になるとアスベストは産業にとって欠かせないものとなり) 1970年代末には全世界で年間 600万トンを越えるアスベストが生産された。の役割払造骨細胞に取り込まれたケイ酸が，有(アン・ナダカプレン著，岡本悦司訳:地球環境と機性の骨基質であるコラーゲンやグリコサミノグ

人間より)リカンの合成を促進することによっています。