骨コラーゲンの骨格内同位体組成（δ(13)C、δ(15)N）：非病理学的および病理学的変動

Intraskeletal isotopic compositions (δ(13) C, δ(15) N) of bone collagen: nonpathological and pathological variation.

• Karyn C Olsen
• Christine D White
• Fred J Longstaffe
• Kristin von Heyking
• George McGlynn
• Gisela Grupe
• Frank J Rühli

抄録

古食研究では、生理学的プロセスが変動を生み出す上で何らかの役割を果たしている可能性が高いにもかかわらず、伝統的にはコラーゲン同位体組成（δ(13) C、δ(15) N）の違いを食生活の違いの指標として解釈してきました。この研究では、骨コラーゲンのδ(13) Cとδ(15) Nの値が骨格内で通常どの程度変化するかを調査し、古代の人々に共通するいくつかの疾患がこれらの同位体組成に及ぼす影響を検討する。サンプルは、2つの中世ドイツの墓地と1つのスイスの参考コレクションから得られ、代謝性疾患（くる病/骨軟化症）、変性性関節疾患（変形性関節炎）、外傷（骨折）、感染症（骨髄炎）、および炎症（骨膜炎）の例を含んでいます。ドイツのコレクションから得られた目に見えて病理学的ではない骨格要素の別のサブセットでは、正常な個体内変動が確認された。各疾患タイプについて、骨病変のサンプルと病変部位に近いものと遠いものを比較した。その結果、正常な（病理学的でない）骨格では、炭素および窒素同位体比の骨格内変動が限られていることが示され、古食研究には異なる元素のサンプリングが適切であることが示唆された。対照的に、骨髄炎、治癒した骨折、および変形性関節症を有する個体では、病変部を近くの部位で比較するか、遠くの部位で比較するかに応じて、骨格内の同位体比に有意な違いが見られた。骨膜炎を有する骨格では、窒素同位体の値にのみ有意な骨格内差が認められたが、くる病/骨軟化症を有する骨格では有意な骨格内差は認められなかった。これらの結果に基づいて、我々は古食研究者が病変部位や病変部位に近い場所でのコラーゲンのサンプリングを避けることを提案する。

Paleodiet research traditionally interprets differences in collagen isotopic compositions (δ(13) C, δ(15) N) as indicators of dietary distinction even though physiological processes likely play some role in creating variation. This research investigates the degree to which bone collagen δ(13) C and δ(15) N values normally vary within the skeleton and examines the influence of several diseases common to ancient populations on these isotopic compositions. The samples derive from two medieval German cemeteries and one Swiss reference collection and include examples of metabolic disease (rickets/osteomalacia), degenerative joint disease (osteoarthritis), trauma (fracture), infection (osteomyelitis), and inflammation (periostitis). A separate subset of visibly nonpathological skeletal elements from the German collections established normal intraindividual variation. For each disease type, tests compared bone lesion samples to those near and distant to the lesions sites. Results show that normal (nonpathological) skeletons exhibit limited intraskeletal variation in carbon- and nitrogen-isotope ratios, suggesting that sampling of distinct elements is appropriate for paleodiet studies. In contrast, individuals with osteomyelitis, healed fractures, and osteoarthritis exhibit significant intraskeletal differences in isotope values, depending on whether one is comparing lesions to near or to distant sites. Skeletons with periostitis result in significant intraskeletal differences in nitrogen isotope values only, while those with rickets/osteomalacia do not exhibit significant intraskeletal differences. Based on these results, we suggest that paleodiet researchers avoid sampling collagen at or close to lesion sites because the isotope values may be reflecting both altered metabolic processes and differences in diet relative to others in the population.

Copyright © 2013 Wiley Periodicals, Inc.