본 연구는 食品衛生과 環境衛生상 주요 危害因子중의 하나인 카드뮴에 대하여 식품으로서 섭취기회가 많은 마늘성분과 비타민 A를 이용한 危害 경감 혹은 방어효과를 평가하고, 카드뮴暴露에 대한 細胞水準의 反應으로서 HSP(Heat Shock Protein, 熱衝擊蛋白質 혹은 스트레스蛋白質)의 發顯時期와 發顯程度를 관찰하고자 실시하였다. 실험동물로는 Wistar계 SPF 수컷 랫드 483마리를 사용하였으며, 對照群, 카드뮴投與群(Cd, CdCl₂20 ㎎/㎏), 카드뮴과 마늘유 (diallyl disulfide) 投與群(Cd+Dds, diallyl disulfide 50 ㎎/㎏), 카드뮴과 비타민 A(retinol acetate) 投與群(Cd+Ra, retinol acetate 50,000 I.U./㎏)으로 구분하였다. 시험물질은 시간 간격에 따라 1, 2, 4, 8, 16, 24시간, 2, 4. 7일, 2, 4, 8, 16주에 投與하였으며, 관찰한 결과는 다음과 같다. 1. 카드뮴投與 後 4시간에 血中 카드뮴含量이 0.972∼l.256 ㎍/g으로 對照群의 0.004㎍/g에 비하여 높아졌으며, 投與 2주까지는 肝臟의 카드뮴含量이 23.76∼24.84 ㎍/g으로 腎臟의 20.53∼22.03 ㎍/g보다 높았으나, 8주 후부터는 肝臟의 카드뮴含量(82.48∼86.37 ㎍/g)보다 腎臟의 카드뮴含量(98.0∼109.8 ㎍/g)이 더 높았다. 따라서, 카드뮴은 投與 後 4시간에 혈액 중에 높게 나타나고, 점차 肝臟으로 이동하며 다시 肝臟에서 腎臟으로 이동함으로써, 8주 이후에는 肝臟보다 腎臟의 카드뮴 蓄積量이 많아지는 것으로 나타났다. 2. 카드뮴投與에 의한 血淸중의 酸素 變化에서 ALT(Alanine Aminotransferase), AST(Aspartate Aminotransferase) 活性度는 投與 後 1주일부터 각자 60.3∼73.0 U/ℓ, 135.5∼149.8 U/ℓ로 증가했지만 肝臟 毒性을 일으키는 정도는 아니었으며, glucose는 投與 8주에 對照群(113.8 ㎎/㎗)에 비하여 Cd+Ra群을 제외한 모든 群에서 72.8∼77.5 ㎎/㎗의 낮은 결과를 보여 대조군과 투여군간의 통계학적 有意性(p<0.05)을 보였다. BUN(blood urea nitrogen)은 投與 4주에 對照群의 19.3 ㎎/㎗에 비하여 Cd, Cd+Dds群에서 24.8∼25.8 ㎎/㎗ 有意한 증가를 보였으나, Cd+Ra群에서는 投與 16주에, Cd群의 33.2 ㎎/㎗에 비하여 27.3 ㎎/㎗으로 有意하게(p<0.05) 낮았다. Creatinine은 모든 試驗群에서 投與 8주에 對照群의 0.77 ㎎/㎗에 비하여 0.98∼1.38 ㎎/㎗로 높은 증가를 보였으며(p<0.05), 16주에는 Cd群의 1.20 ㎎/㎗에 비하여 Cd+Ra群은 1.02 ㎎/㎗로 有意하게 낮은 결과를 보였다(p<0.05). 3. 病理組織學적 檢査 결과 Cd群과 Cd+Ra群에서는 投與 8주부터 腎臟細尿管의 內腔에 好酸性顆粒이나 尿圓柱(urinary cast)가 관찰되었으며, Cd+Dds群은 腎臟 近位細尿管 上皮細胞에 顯著한 變性壤死가 나타났다. ??丸은 카드뮴投與 8주부터 精細管(seminiferous tubule) 사이의 間質組織이 好酸性 液體의 貯留에 의해 확장되어 주위의 精細管이 심하게 萎縮되는 등의 소견을 보였다. Cd+Dds群과 Cd+Ra群에서는 Cd群보다 病變이 微弱하였다. 카드뮴을 2주동안 投與한 랫드에서 腎臟의 電子顯微鏡 所見은 近位曲細尿管 細胞의 細胞質 腫脹, 미토콘드리아의 變性, 蛋白質 小球의 증가, 毛細血管 內皮細胞의 細胞質 腫脹과 空砲形成등이 관찰되기 시작하였으며, 投與 8주에 나타난 腎臟細尿管 內腔의 無形質 小球는 탈락된 變性 上皮細胞인 것으로 확인되었다. 4. HSP_(70)은 카드뮴投與 後 2시간부터 發顯이 증가되어, 48시간까지 持續되며, 이후에 原狀態로 恢復되는 것으로 나타났다. 위와같은 HSP_(70)의 發顯은 diallyl disulfide와 retinol acetate 投與에 의해 영향을 받지 않았다. 腎臟에서의 HSP_(70) 發顯은 絲球體와 細尿管上皮細胞에서 주로 發顯되는 것으로 나타났다. 이상의 결과로부터, 랫드에 카드뮴을 投與하였을 때 HSP_(70) 發顯은 投與 後 2∼4시간 내에 나타나는 迅速한 反應임을 알 수 있었고, 마늘유(diallyl disulfide) 投與는 카드뮴에 의한 腎臟損傷을 促進시키나, 비타민 A(retinol acetate) 投與는 카드뮴에 의한 腎臟損傷을 抑制시키는 효과를 보였다. 카드뮴에 의한 ??丸손상은 마늘유(diallyl disulfide) 흑은 비타민 A(retinol acetate)를 投與함으로써 損傷 防禦效果를 보였다.

Department of Environmental Health, Yongin University, Yongin city, 449-71 4 ABSTRACT-Garlic occupies a special position among the many foods of vegetable origin be- cause it is the sole food for Koreans during the their lives. And vitamin A has been ingested by forms of food or additives. Cadmium has been described as 'one of the most dangerous trace ele- ments in the food and environment of man and livestocks'. Since the de novo synthesis of stress proteins can be detected early after exposure to some agents, analysis of cadmium-induced changes in gene expression, i.e. alterations in patterns of protein synthesis, may be useful to de- velop as biomarkers of exposure and damage for food hygiene. The acute and chronic combined ef- fects of cadmium (Cd, CdC1, 20 mg/kg), garlic oil (Dds : diallyl disulfide 50 mgkg, 3 times a week) and vitamin A (Ra : retinol acetate 50,000 IUkg, 3 times a week) on Wistar male rats were evalu- ated concerning cadmium contents, tissues enzyme activity, HSP expression, histopathological and electron microscopical examinations. The results of the study are as follows : 1. Less cad- mium was absorbed through the digestive tracts, but the ratio of contents in renal to hepatic cad- mium was higher at 8 weeks after treatment. The cadmiun contents in tissue were not changed by the simultaneous administration of diallyl disufide or retinol acetate. 2. ALT (alanine am- inotransferase), AST (aspartate aminotransferase), glucose, BUN (blood urea nitrogen), creatinine, the key indices of the clinical changes in hepatic and renal function were significantly changed by the cadmium treatment after 1 week in liver, after 4 weeks in kidney. 3. Histopathological changes in cadmium treated rats were appeared at 8 weeks after treatment in ludneys. Homo- genous eosinophilic material was accumulated in cortical and collecting tubular lumens at 16 weeks. Degenerated or necrotized tubular cells were observed in cortex and medulla. Degenerated seminiferous tubules and homogeneous eosinophilic material was seen in interstitial tissue of rat treated with cadmium for 16 weeks. Calcium deposits were seen in degenerated seminiferous tu- bules and the tubules showed severe calcification of rat treated with cadmium for 16 weeks. Elec- tron microscopic changes in kidney were observed in rats treated with CdC1, 20 mgkg. Proximal convoluted tubule cells showed swelling of cytoplasm and narrow lumen. Capillary endothelial cells showed cytoplasmic vacuoles and swelling. Degenerated epithelial cells were accumulated in tubular lumen of kidney. 4. Enhanced synthesis of 70 KDa relative molecular mass proteins were detected in 2 hours after cadmium exposure, with maximum activity occurring at 8-48 hours. In- duction of HSP 70 was evident at proximal tubules and glomeruli in kidney. Testicular cells pro- duced enough HSP to be detected normally. From the above results, it could be concluded that HSP,, induction by the cadmium treatment was a rapid reaction to indicate the exposure of xe- nobiotics, and retinol acetate reduced the cadmium induced nephrotoxicity. Key words cadmium, HSP70, diallyl disulfide, retinol acetate

• 김판기(용인대학교 환경보건학과) | Pan-Gyi Kim