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結論
有酸素運動時の水素吸入によって、脂質代謝が亢進する。
研究の背景と目的
有酸素運動は、脂肪代謝のための有用な手段として広く認識されている。一方、脂質代謝はミクロな視点では、脂肪酸をエネルギー源として利用する過程といえる。水素分子は、ミトコンドリアでの酸化的リン酸化を増強するとされているため、脂質代謝が促進される可能性があり、これを明らかにすることを目的とした。また、ミトコンドリアの酸化的リン酸化はROSを増加させ、酸化ストレスを増強することが知られているため、同時に悪影響がないかを調査した。
研究方法
健康な男性12名を対象としたランダム化単盲検プラセボ対照クロスオーバーデザインを用いた研究。20分間の中等度のサイクリング運動中に1%水素吸入か対照ガスの吸入を行った。座位安静45分間に1%水素吸入か対照ガスの吸入を実施した。（参加人数 サイクリング運動：10名、座位安静：6名）
呼気中のアセトンレベルと血中の酸化ストレスマーカーを比較した。
研究結果
Appendix（用語解説）
- 呼気アセトンレベル：脂質代謝の指標の一つ。アセトンは脂肪酸の代謝産物であり、脂肪燃焼が活発に行われている状態では、呼気中のアセトン濃度が上昇する。呼気アセトンレベルを測定することで、脂質代謝の状態を非侵襲的に評価できる。
- 酸素摂取量：運動中に体内に取り込まれる酸素の量。酸素摂取量は、有酸素運動の強度や持久力を反映する指標である。酸素摂取量が高いほど、エネルギー産生に必要な酸素を多く取り込んでいることを示す。
- 脂質代謝：脂肪酸をエネルギー源として利用する代謝過程。脂質代謝は、体内の脂肪を分解し、エネルギーを産生するために重要な役割を果たす。運動や食事制限によって脂質代謝が促進されると、体脂肪が減少する。
- ミトコンドリア：細胞内小器官で、エネルギー産生に重要な役割を果たす。ミトコンドリアは、脂肪酸や糖質を分解し、ATPを合成する。ミトコンドリアの機能が低下すると、エネルギー産生が減少し、細胞の機能不全につながる。
- 酸化的リン酸化：ミトコンドリアでのATP合成過程。酸化的リン酸化は、電子伝達系と呼ばれる一連の酵素反応によって駆動される。この過程で、酸素分子が電子を受け取り、水分子に還元される。酸化的リン酸化の効率が高いほど、より多くのATPを産生できる。
- ROS：活性酸素種。酸素分子から派生した化学的に反応性の高い分子やイオンの総称。ROSは、生体内で様々な役割を果たすが、過剰に産生されると酸化ストレスを引き起こし、細胞や組織にダメージを与える。
- 酸化ストレス：ROSと抗酸化システムのバランスが崩れた状態。酸化ストレスは、細胞の損傷や炎症、老化などに関与する。適度な酸化ストレスは、生体の恒常性維持に必要だが、過剰な酸化ストレスは様々な疾患の原因となる。
- ランダム化単盲検プラセボ対照クロスオーバーデザイン：被験者をランダムに2群に分け、一方の群には実薬を、もう一方の群にはプラセボを投与し、一定期間後に実薬とプラセボを入れ替えて投与する研究デザイン。このデザインは、被験者内比較が可能であり、個人差の影響を最小限に抑えられる利点がある。
- d-ROMs：酸化ストレスマーカーの一つ。d-ROMsは、活性酸素代謝物（Reactive Oxygen Metabolites）の略称で、血中の過酸化物質の濃度を反映する。d-ROMsが高値であるほど、酸化ストレスが高いことを示唆する。
- BAP：抗酸化活性マーカーの一つ。BAPは、生物学的抗酸化能（Biological Antioxidant Potential）の略称で、血漿中の抗酸化物質の総量を反映する。BAPが高値であるほど、抗酸化能が高いことを示唆する。
論文情報
タイトル
Inhalation of molecular hydrogen increases breath acetone excretion during submaximal exercise: a randomized, single-blinded, placebo-controlled study（水素吸入は運動中の呼気アセトン濃度を高める）
引用元
Hori, A., Ichihara, M., Kimura, H., Ogata, H., Kondo, T., & Hotta, N. (2020). Inhalation of molecular hydrogen increases breath acetone excretion during submaximal exercise: a randomized, single-blinded, placebo-controlled study. Medical gas research, 10(3), 96–102. https://doi.org/10.4103/2045-9912.296038
専門家のコメント
三國ユウジ 先生
本研究では、水素吸入によって運動時の脂質代謝が促進されることが示されました。さらに、本来は酸化的リン酸化の促進によって酸化ストレスが増強すると考えられますが、この点は水素吸入の抗酸化作用が効果的に働くことで解消されているようです。過剰な脂質は、肥満はもちろん、脂質異常症、糖尿病の他、血管系疾患のリスクになることが知られており、それらへの寄与という視点からもさらなる研究に期待が高まります。