水素吸入とビタミンCの抗酸化効果—どちらが運動後の回復に最適？

2021年、中国のChaoqun教授が率いる研究チームは、運動後の酸化ストレスとミトコンドリア新生における水素吸入とビタミンCの影響を比較する画期的な研究を発表しました。この研究は、これまでの常識を覆すもので、スポーツ科学の分野に新たな可能性を示唆しています。

激しい運動と酸化ストレス

激しい運動は、筋肉で活性酸素種（ROS）の過剰産生を引き起こします。これが細胞にダメージを与えるだけでなく、健康を維持する重要なシグナル伝達にも影響を及ぼすことがあります。抗酸化物質であるビタミンCは、こうしたROSを抑える作用がありますが、その一方で、ミトコンドリアの新生を妨げる可能性が指摘されています。一方、水素吸入は特定の活性酸素を選択的に除去し、重要な細胞シグナルには影響を与えないとされています。

研究の目的と方法

この研究では、ラットを対象に、水素吸入とビタミンC摂取が運動後の回復に与える影響を比較しました。8週齢のSprague-Dawleyラット81匹を以下の3グループに分けて実験を実施しました：

1. 運動のみ（CE群）
2. 運動＋ビタミンC（VCE群）
3. 運動＋水素吸入（HE群）

各グループのラットは、運動後の血液サンプルを3つのタイミング（運動前、運動直後、運動4時間後）で採取し、以下の指標を測定しました：

• 酸化ストレスマーカー（MDA、AGEs）
• ミトコンドリア新生マーカー（PGC-1α、NRF-1、TFAM遺伝子発現レベル）
• 筋肉のミトコンドリア複合体IV濃度

水素吸入は、運動開始の30分前から1時間、4%濃度の水素ガスを吸入する形で行われました。

驚きの研究結果

1. 酸化ストレスの低減
   • 水素吸入とビタミンCの両方が、運動直後の血清MDAレベル（p<0.01）および運動4時間後のAGEsレベル（p<0.05）を有意に低下させました。
2. ミトコンドリア新生への影響
   • ビタミンC摂取群では、ミトコンドリア複合体IV濃度やPGC-1α、NRF-1、TFAMの遺伝子発現レベルが有意に低下しました（p<0.01）。一方、水素吸入群ではこれらの減少は見られませんでした。
   • 水素吸入は、複合体IV濃度の増加、PGC-1αの活性化、TFAMとNRF-2遺伝子の転写増加をもたらし、運動後のミトコンドリア新生を促進しました。
3. 抗酸化酵素の発現
   • 水素吸入群では、運動4時間後のCAT（カタラーゼ）mRNAのレベルが、ビタミンC摂取群よりも有意に高値を示しました（p<0.01）。

結論

この研究から、水素吸入はビタミンC摂取と同様に酸化ストレスを効果的に低減するだけでなく、ミトコンドリア新生を妨げることなく、むしろ促進することが明らかになりました。一方、ビタミンCは酸化ストレスを抑える反面、ミトコンドリア新生を妨げる可能性があるため、回復期の抗酸化戦略としては水素吸入の方が優れていると言えます。

用語解説

• ROS: 活性酸素種。細胞内で生成される反応性の高い酸素を含む分子。
• PGC-1α: ミトコンドリア新生の主要な調節因子。
• NRF-1, NRF-2: 核呼吸因子1、2。ミトコンドリア遺伝子の転写を制御。
• TFAM: ミトコンドリア転写因子A。ミトコンドリアDNAの複製と転写を制御。
• MDA: マロンジアルデヒド。脂質過酸化の指標。
• AGEs: 糖化最終産物。タンパク質の酸化損傷の指標。

水素吸入は、アスリートやフィットネス愛好家にとって、酸化ストレスと運動後の回復を管理する新しい選択肢となるかもしれません。この研究の成果は、スポーツ科学だけでなく、日常生活における健康管理にも大きな影響を与える可能性があります。

参考文献

Frontiers | A Comparison of the Antioxidant Effects Between Hydrogen Gas Inhalation and Vitamin C Supplementation in Response to a 60-Min Treadmill Exercise in Rat Gastrocnemius Muscle