激しい運動の前の水素吸入をすると運動疲労が軽減される

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結論

運動前の水素吸入は運動疲労を軽減し、機能的パフォーマンスを維持する新しい戦略となる可能性がある。

研究の背景と目的

激しい運動や長時間の運動は、活性酸素種（ROS）の大量産生を引き起こし、酸化ストレスの増大により運動疲労の原因となる。酸化ストレスは筋収縮に関与するタンパク質を阻害し、筋力低下（疲労）を引き起こす。水素分子は選択的な抗酸化能力を持ち、細胞膜を透過して細胞内小器官に素早く拡散し、有害なヒドロキシルラジカルを選択的に還元することが知られている。本研究は、運動前の水素吸入が運動疲労、機能的パフォーマンス、血液マーカーに与える影響を初めて検討することを目的とした。

研究方法

• 対象者: 健康な成人男性24名（21±3歳、177±5cm、71±7kg）。週2回以上1時間以上の中強度から高強度運動習慣があり、6ヶ月以内の下肢外傷歴がない者
• 介入方法: 水素発生装置により1,800ml/分の水素酸素混合ガス（水素：酸素＝2：1）を生成し、鼻カニューレで60分間吸入。推定吸入水素濃度は約4.08%、酸素濃度は約21.66%。対照群は周囲空気を吸入
• 対照群の設定: ダブルブラインド、ランダム化クロスオーバーデザインで、各参加者が水素吸入と対照（空気吸入）の両方を7日以上の間隔で実施
• 評価方法:
• 疲労感：視覚的アナログスケール（VAS）、主観的運動強度（RPE）
• 機能的パフォーマンス：カウンタームーブメントジャンプ（CMJ）、サイクリング頻度
• 血液マーカー：乳酸、ヒドロキシルラジカル抑制能力、グルタチオンペルオキシダーゼ活性

研究結果

• 疲労感の軽減: 運動直後のVAS値が水素群で有意に低値（p=0.008）、RPE値も水素群で有意に低値（p<0.001）
• 機能的パフォーマンスの維持: 疲労モデリング最終段階の最後30秒間のサイクリング頻度が水素群で有意に高値（65.38±3.96 rpm vs 53.45±3.97 rpm、p<0.001）
• 血中乳酸の回復促進: 運動後30分（2.60±1.08 vs 3.46±1.02 mmol/L、p<0.028）および60分（1.95±0.75 vs 2.49±0.85 mmol/L、p<0.028）で水素群が有意に低値
• 抗酸化能力の向上: 運動直後のヒドロキシルラジカル抑制能力が水素群で有意に高値（637.06±222.43 vs 434.69±201.67 U/ml、p=0.009）
• CMJの結果: 統計的有意差はなし（p=0.113）だが、水素群で高い傾向（35.01cm vs 32.53cm）
• 考察の要点: この研究は運動前水素吸入の効果を初めて検討した研究である。水素の抗酸化作用により運動誘発性の酸化ストレスを軽減し、ミトコンドリア機能を保護することで疲労軽減効果を発揮したと考えられる。また、水素が乳酸の中和や有酸素代謝の促進に寄与した可能性も示唆される。
• 研究の限界: 水素発生装置は酸素も同時に産生するため、水素単独の効果を完全に分離できない点、最適な用量と投与タイミングが未確定である点、比較的少ない被験者数などが挙げられる。

Appendix（用語解説）

• 活性酸素種（ROS）: 酸素から生成される反応性の高い分子で、過剰になると細胞を傷害し疲労の原因となる
• ヒドロキシルラジカル: ROSの中でも特に反応性が高く有害な物質で、水素が選択的に還元する標的分子
• カウンタームーブメントジャンプ（CMJ）: しゃがみこみから跳躍する動作で、神経筋機能や疲労状態を評価する指標
• 視覚的アナログスケール（VAS）: 10cmの線上に疲労度を主観的に示すことで疲労感を定量化する方法
• 乳酸: 激しい運動時に筋肉で産生される代謝産物で、疲労と関連する指標

論文情報

タイトル

Inhalation of Hydrogen-rich Gas before Acute Exercise Alleviates Exercise Fatigue: A Randomized Crossover Study（急性運動前の水素吸入が運動疲労を軽減する：ランダム化クロスオーバー研究）

引用元

Dong, G., Wu, J., Hong, Y., Li, Q., Liu, M., Jiang, G., Bao, D., Manor, B., & Zhou, J. (2024). Inhalation of Hydrogen-rich Gas before Acute Exercise Alleviates Exercise Fatigue: A Randomized Crossover Study. International journal of sports medicine, 10.1055/a-2318-1880. Advance online publication. https://doi.org/10.1055/a-2318-1880

専門家のコメント

木村香菜 先生

本研究は、高強度運動前に水素吸入をすることで、運動による疲労軽減や酸化ストレスの改善に効果を示すか調査した初めての試みです。人を対象にしている研究であり、信頼性の高い結果ではないかと思われます。
特に、水素吸入による疲労感の軽減や、運動後の乳酸回復の加速、ヒドロキシラジカル抑制能力の向上が確認されました。これにより、水素ガスが酸化ストレスを抑制し、運動後の回復を促進する可能性が示唆されます。
しかし、サンプルサイズが24名と少ない点は本研究の限界であり、特にCMJに有意差が見られなかったことは、統計的パワーの不足による可能性が考えられます。今後の研究では、より大規模なサンプルサイズを用いた試験が必要でしょう。