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pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36819697
Effects of molecular hydrogen supplementation on fatigue and aerobic capacity in healthy adults: A systematic review and meta-analysis
Front Nutr.2023; 10: 1094767.
オンライン公開 2023年2月2日
GPT-4+Alzhacker 解説
- このメタアナリシスは、健康な成人において、H2サプリメントが疲労を緩和するが、有酸素運動能力を向上させないという中程度のエビデンスを提供する。
- 健康な若年成人で、運動前10分以内に500mLの水素豊富水を摂取すると、最大酸素摂取量(VO2max)が増加し、自転車漸増運動中の主観的疲労が減少したことが観察された。
- 一方、トレッドミルランニング運動前に290mLの水素水を2回に分けて摂取しても、持久系アスリートにおいてそのような効果は得られなかったと報告されている。
- 水素サプリメントの影響は、個人のトレーニング状況や問題のある運動の種類を含む他の要因だけでなく、投与量にも依存する可能性があることが示されている。水素摂取の効果は、安静時の酸化還元状態に依存する可能性がある。
メカニズム
- 高強度運動時の細胞内および細胞外の緩衝能を調節する。水素摂取は、運動時アシドーシスに対する正の効果を誘発し、血中乳酸濃度を低下させることが報告されている。
- 水素は酸化ストレスと神経炎症を軽減することにより、神経細胞の酸化損傷の回復を促進する神経保護剤である。
効果
- 訓練されていない人で効果が大きいことが観察された。
- 水素の日中滞留率が低いため、運動直前に1回だけ水素を摂取した場合と比較して、H2の実施期間が長いこと、または水素を複数回摂取したことは、より大きな疲労の軽減とは関連していなかった。
- サブグループ分析の結果、水素(H2)の補給は、連続的な運動に比べて、断続的な運動によって引き起こされる疲労に対してより効果的である可能性が明らかになった。この理由は、間欠的な運動は通常、より大きな身体への負荷がかかるため、細胞内のミトコンドリアが呼吸機能を通じて水素ガスをより効率的に取り込むことができると考えられる。さらに、筋肉内の活性酸素の濃度が上昇し、活性酸素と水素分子間の酸化還元反応が促進されるため、疲労軽減効果が現れる可能性が高まる。
要旨
背景
高負荷の運動では、活性酸素が大量に発生するため、疲労が蓄積され、機能低下(有酸素運動能力など)や怪我のリスクが高まることが知られている。抗酸化作用や抗炎症作用のある水素分子は、疲労回復や有酸素運動能力の向上に有効であるとの研究結果が報告されている。しかし、そのような効果は包括的に特徴付けられていない。
目的
健康な成人において、H2の摂取が疲労と有酸素運動能力に及ぼす影響を系統的に評価する。
メソッド
検索は2022年8月に5つのデータベースで実施した。知覚疲労度(RPE)、最大酸素摂取量(VO2max)、ピーク酸素摂取量(VO2peak)、持久力パフォーマンスを調査したランダム化比較デザインまたはクロスオーバーデザインの研究が選択された。含まれる研究からデータ(平均値±標準偏差、サンプルサイズ)を抽出し、標準化平均差(SMD)に変換した。ランダム効果メタアナリシスを実施した。介入期間、トレーニング状況、運動の種類による異質性の潜在的な原因を分析するために、サブグループ分析を行った。
結果
402人の参加者からなる17の出版物(19の研究)が含まれた。RPE(SMDpooled= -0.38, 95%CI -0.65 to -0.11,p= 0.006,I2= 33.6%,p= 0.149)および血中乳酸(SMDpooled= -0.42, 95% CI -0.72 to -0.12,p= 0.006,I2= 35.6%,p= 0.114)に対するH2のプーリング効果量は小さいが有意で異質性も少なかった。VO2maxとVO2peakに対するH2のプールされた効果量(SMDpooled= 0.09, 95% CI -0.10 to 0.29,p= 0.333,I2= 0%,p= 0.998 )と持久力パフォーマンス(SMDpooled= 0.01, 95% CI -0.23 to 0.25,p= 0.946,I2= 0%,p> 0.999 )が、不均一性なく、つまらなく、有意ではなかった。サブグループ解析の結果、H2の疲労に対する効果は、トレーニング状況(未トレーニングとトレーニング済み)、H2実施期間、運動タイプ(連続運動と間欠運動)により大きく影響されることが明らかになった。
結論
このメタアナリシスは、健康な成人において、H2サプリメントが疲労を緩和するが、有酸素運動能力を向上させないという中程度のエビデンスを提供する。
システマティックレビュー登録
www.crd.york.ac.uk/PROSPERO/、識別子を表示する:CRCD42022351559である。
キーワード 水素分子、疲労、有酸素運動能力、知覚労力評価、最大酸素摂取量
1.はじめに
有酸素運動能力は、長時間、および/または身体的負荷に対して身体を繰り返し動かす必要がある日常的な活動(例:運動)の遂行を可能にする(1)。このような活動によって引き起こされる疲労は、パフォーマンスの低下や疲労困憊、衰弱の大きな要因となっている(2–5)。そのため、スポーツと非スポーツの両方の場面で、疲労を効果的に軽減し、ひいては有酸素運動能力を向上させるための安全な戦略を開発するために、相当な努力が払われてきた。
疲労の発生メカニズムの1つは、高強度の運動がミトコンドリア内で大量の活性酸素種(ROS)を誘発し、それがヒトの炎症および神経内分泌系内の調節不全につながることだと考えられている(6–10)。そのため、ビタミンやレスベラトロールなどの抗酸化栄養素を導入して、疲労の緩和や疲労からの回復を促進する研究が登場している(11、12)。これらの研究は有望であるが、これらの栄養素の適切な摂取量が重要であり、過剰に摂取すると酸化ストレスや骨格筋および心血管系における運動誘発性の生理的適応の阻害などの副作用を引き起こす可能性があることも強調されている(12–16)。
大沢が水素分子の選択的な抗酸化機能を発見して以来、水素分子の摂取が運動による酸化ストレスや炎症を緩和する無害な戦略として有望であることが研究により示唆されている(17–19)。吸入ガスや経口水から投与されたH2分子は、細胞膜を伝染して小器官に速やかに拡散し(20)、OHやONOO-を選択的に還元することが報告されている(21、22)。最近、多くの比較的小規模な研究により、水素豊富水(HRW)または水素豊富ガス(HRG)によるH2の摂取が疲労を軽減し、有酸素運動能力を高める可能性があることも示されている(23–27)。しかし、これらの研究の結果は一貫していない。例えば、ある研究では、健康な若年成人において、運動前10分以内に500mLの水素豊富水を摂取することで、最大酸素摂取量(VO2max)が増加し、自転車漸増運動中の主観的疲労が減少したことが観察された(25)。一方、別の研究では、トレッドミルランニング運動前に290mLの水素水を2回に分けて摂取しても、持久系アスリートにおいてそのような効果は得られなかったと報告されている(28)。これらの研究や他の研究は、H2サプリメントの影響は、個人のトレーニング状況や問題のある運動の種類を含む他の要因だけでなく、投与量にも依存する可能性があることを示唆している(23、29、30)。
本研究の目的は、H2摂取が疲労と有酸素運動能力に与える影響を調べることであり、このテーマに関する利用可能な査読付き出版物の系統的レビューとメタ分析を実施した。また、摂取量、トレーニングの状態、運動の種類がH2サプリメントの影響に影響を与えるかどうかについての洞察を提供することにより、今後の研究の指針となることを期待して、サブグループ分析も実施した。私たちの包括的な仮説は、健康な成人において、運動前または運動中にH2サプリメントを摂取すると、疲労が大幅に軽減され、有酸素運動能力が向上するというものだった。
2.方法
本研究は、Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-analyses(PRISMA)ガイドライン(31)に従って実施された。本研究はPROSPERO(CRD42022351559)に登録された。
2.1.データソース、検索、研究選択
2名の著者(KZとML)が、包括的な検索戦略(e表Table )を用いて、創刊から2022年8月5日までのPubMed、Web of Science、Medline、Sport-Discus、PsycINFOデータベースを独立して検索した。関連する出版物の参考文献リストの手動検索も実施した。
研究は以下の場合に含まれる:(1) 参加者は平均年齢18歳以上の健康な成人であり、栄養補助食品や薬剤を一切使用していない。(2) 参加者による水素分子の摂取が介入である。(3) プラセボを用いた対照群 (4) RPE、血液乳酸、VO2max、ピーク酸素摂取(VO2peak)、耐久運動のパフォーマンス(例:サイクリングの疲労回復時間、レースタイムなど)から少なくとも1つを含む成果 (5) ランダム化比較または交差デザイン。
研究は、以下の場合に除外された:(1) 動物実験、(2) 英語以外で書かれたもの、(3) 特定のデータがないもの、(4) 総説や会議記事、(4) 繰り返し発表されたもの。
2.2.データ抽出、アウトカム、バイアスリスク評価
2人の独立した査読者(MLとYW)が、含まれる各研究(32)から、著者、出版年、サンプルサイズ、参加者の特徴、H2投与プロトコル、運動のデザイン、結果測定を含む関連データを抽出した。2人の著者間の意見の相違は、コンセンサスが得られるまでJZとDBに相談した。
疲労の主要評価項目はRPEスコアで、有酸素能力の評価項目はVO2max、VO2maxが得られない場合はVO2peak(33、34)であった。疲労の副次評価項目は血中乳酸値、好気性能力の副次評価項目はサイクリングでの疲労困憊までの時間やレースタイムなどの持久力運動の成績であった。各研究のテスト後の各アウトカムの平均値と標準偏差を抽出した。各研究の試験後のアウトカムのデータは、e表Tableに要約されている。
2名の研究者(KZとML)が、以下の基準を含むCochrane Collaborationのツール(35)を用いて、含まれる研究のバイアスのリスクを独立して評価した:(1) 選択バイアス、(2) パフォーマンスバイアス、(3) 検出バイアス、(4) 減少バイアス、(5) 報告バイアス、(6) その他のバイアス発生源。これらの項目のうち1つ以上バイアスのリスクが高いものを高バイアス、これらの項目のすべてがバイアスのリスクが低いものを低リスクと定義し、研究を行った。それ以外の場合は、中程度のリスクと定義した。
2.3.統計解析とエビデンスの評定
介入の効果量(ES)を決定するために、アウトカムの標準化平均差(SMD;Hedgesのg)を計算し、95%信頼区間(CI)を付けた。ESは、trivial(<0.2)、small(0.2~0.49)、moderate(0.5~0.79)、large(>0.8)に分類された(36)。メタ分析は、Stata v15.1 (STATA Corp., College Station, TX)を用いて、逆分散法を用いて行った。異質性は、試験間の介入効果の矛盾(I2統計量)を測定することで評価した。異質性のレベルは、Cochrane Collaborationのガイドラインに従って解釈した:trivial(<25%), low(25~50%), moderate(50~75%), high(>75%)(37).参加者や介入特性の違いによる研究間の異質性を見越して、プール効果の推定にはランダム効果モデルを使用した。出版バイアスは、ファネルプロットとEggerの検定によって評価した。介入期間、トレーニング状況、運動の種類による異質性の潜在的な原因を分析するために、サブグループ分析を用いた。有意な非均質性が検出された場合、結果の感度分析にTrim and Fill法を用いた(38)。統計的有意性はすべてp<0.05とした。
さらに、アウトカムに関するエビデンスの質は、研究の限界、不正確さ、矛盾、間接性、出版バイアスに関するエビデンスを特徴づけるGRADE(Grading of Recommendations Assessment, Development and Evaluation)を用いて評価した(39、40)。
3.成果
スクリーニングの流れ図を図 1に示す。合計605件の関連出版物が検索され(PubMedn= 50, Web of Sciencen= 305, Medlinen= 210, Sport-Discusn= 36, PsycINFOn= 3, Manual searchn= 1)、タイトルと要旨を確認した結果、577件の出版物が除外された。全文を評価した結果、28の出版物のうち11が除外されたため、19の研究(すなわち、15のランダム化クロスオーバーデザインおよび4のランダム化対照試験)からなる17の出版物が以下の分析に含まれた(表1)。1つの出版物(25)には2つのランダム化比較試験が含まれ、もう1つの出版物(23)にはランダム化クロスオーバー試験とランダム化比較試験が含まれていた。
図1 研究のフローチャート。
表1
収録された研究(n= 19)の特徴。
研究内容 | デザイン | 参加者総数 | 年齢、平均±SD、y | 男女別参加者数(%) | トレーニング状況 | H2投与プロトコル | エクササイズ・プロトコル | アウトカムメジャー |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
青木他(42) | さいしょくじゅう | 10 | 20.9 ± 1.3 | 男性:10人(100人) 女性:0(0) |
エリートサッカー選手 | HRW (H2濃度:0.92~1.02 ppm) 運動前に500mlを3回服用 |
75%VO2maxで30分間のサイクリングと最大限の膝伸展運動 | ファティーグである:BLA↓である。 その他:d-ROMs → ; BAP → ; CK → ; Peak torque → ; MF↓; MPF↓。 |
ドリッドら(43) | さいしょくじゅう | 8 | 21.4 ± 2.2 | マーレ:0(0) 女性:8名(100名) |
柔道選手 | エッチアールダブリュー 運動前30分以内に300mL |
柔道特別体力測定 | ファティーグである:BLA↓である。 エアロビック・キャパシティパフォーマンス指数→(以下略 その他:pH↓;重炭酸↓;HRmax→;安静時HR→;回復時HR→。 |
ダ・ポンテ他(44) | さいしょくじゅう | 8 | 41 ± 7 | 男性:8(100) 女性:0(0) |
よく訓練されたサイクリスト | HRW(pH:9.8、ORP:-180mV、FH:450ppb、TDS:180mg/L) 1日2リットル、運動前2週間分 |
30分間の間欠的なサイクリング試験で疲労困憊 | 疲労がある:RPEc→ ;BLA→となる。 エアロビック・キャパシティPm→ その他VO2→ ; RER → ;HRavg→ ;HRmax→ ;Pmax→ ; 疲労指数 → ;Pmaxまでの時間 → ; 血液pH → ; 重炭酸 [HCO- 3]→塩基過剰 → ;pO2→ ;pCO2→ ; ヘモグロビン → ; ヘモグロビンSat → ; グルコース →]。 |
ルバロンら(45) | さいしょくじゅう | 19 | 25.0 ±8.9 | 男性:15(79) 女性:4(21) |
訓練を受けていない健康な参加者 | HRW (TDS:13.1 mg/L) | トレッドミルによる疲労困憊までの漸増走破試験 | エアロビック・キャパシティVO2peak→(ピーク その他HRavg↓、HRmax→、RER →、RR →。 |
運動前日と当日に500mlの摂取量 | ||||||||
Botekら(26) | さいしょくじゅう | 12 | 27.1 ± 4.9 | 男性:12(100) 女性:0(0) |
レクリエーションで鍛えたスポーツ科学の学生 | HRW (pH:7.4; ORP:-400 mV; Temp:22°C;H2conc:0.5 ppm) | 疲労困憊するまでのインクリメンタルサイクリングテスト | 疲労感である:RPE↓、BLA↓。 その他VE → ;VO2→ ; VE/VO2↑、HRavg→ ; RQ →。 |
運動前30分以内に600ml | ||||||||
ヤヴォラックら(27) | さいしょくじゅう | 20 | 22.9 ± 1.5 | 男性:10(50) 女性:10(50) |
訓練を受けていない身体活動参加者 | HRG (%4H2) 1日1回20分吸入を7日間行う。 |
トレッドミルによる疲労困憊までの段階的なランニングテスト | 疲労感である:BLA(ブーラ) → エアロビック・キャパシティVO2max→ ; TTE → である。 その他脚MVIS → ;YMCA持久力 → ;安静時血圧 → ;安静時HR → ;MRS↑;インスリン → ;グレリン → ;IGF-1↑; CK → ;ミオグロビン → ; C反応タンパク↑ ; フェリチン↑ ; ESR →。 |
大井ら(28) | さいしょくじゅう | 14 | 34 ± 4 | 男性:14(100) 女性:0(0) |
トレーニングされたランナー/トライアスロン選手 | HRW(H2濃度:2.60 ppm) 運動前5~10分以内に1回290mLを2回服用する。 |
トレッドミルによる疲労困憊までの漸増走破試験 | 疲労がある:RPE → ;BLA→の順 エアロビック・キャパシティVO2max→ ; TTE → である。 その他RE → ; OBLA時の速度 → ; HRmax → ;VEmax→ ; RER → ; 血中グルコース → ; 血中HCO- 3→血液pH |
三上ら(25)a | RCT | H:52 | 51.2 ± 6.9 | 男性:23(44) 女性:29(56) |
訓練を受けていない身体活動参加者 | HRW(H2濃度:0.8 ppm) 運動前30分以内に500mL |
75%HRmaxまでのインクリメンタルサイクリングテスト | ファティーグRPE↓になる。 有酸素運動能力:VO2max→。 その他安静時HR↓、VAS↓。 |
P:47 | 51.5 ± 7.9 | 男性:20(43) 女性:27(57) |
||||||
三上ら(25)b | RCT | H:30 | 43.6 ± 13.3 | 男性:15(50) 女性:15(50) |
フィットネストレーナー | HRW(H2濃度:1.0 ppm) 運動前10分以内に500mL |
HRmaxまでのインクリメンタルサイクリングテスト | 疲労のことである:RPE↓になる。 エアロビック・キャパシティVO2max↑の場合 |
P:30 | 43.2 ± 14.4 | 男性:15(50) 女性:15(50) |
||||||
土橋ら(47) | さいしょくじゅう | 8 | 19.4 ± 0.85 | 男性:8(100) 女性:0(0) |
訓練を受けていない身体活動参加者 | HRW(温度:4℃、H2濃度:5.14 ppm) | 6分間の繰り返しスプリントサイクリングエクササイズ | 疲労感である:BLA(ブラー) → その他CMJ → ;MVIC → ;Pmax;Pmfor 10-s → ;d-ROMs → ;BAP →。 |
運動前後5分以内に500mLを3日間服用 | ||||||||
Botekら(30) | さいしょくじゅう | 16 | 31.6 ± 8.6 | 男性:16(100) 女性:0(0) |
鍛え抜かれたランナー | HRW (pH:7.8;H2濃度: 0.9 ppm) 運動24時間前、3時間前、2時間前、40分前に420mLを投与。 |
4.2kmのアップヒルレース | 疲労を感じる:RPE → エアロビック・キャパシティレースタイム→(1 その他HRmax→である。 |
柴山ほか(48) | さいしょくじゅう | 8 | 20.9 ± 0.3 | 男性:8(100) 女性:0(0) |
トレーニングを受けていない身体活動参加者 | HRG (68%H2) 運動後60分 |
30分トレッドミルランニング(75%VO2max)、スクワットジャンプ5×10rep. | エアロビック・キャパシティPm→ その他CMJ↑; MVIC → ;Pmax→ ; d-ROMs → ; BAP → ; U8ER↓; CKa → ; LDa → ; 白血球→。 |
堀ほか(29) | さいしょくじゅう | 12 | 21.8 ± 5.8 | 男性:12(100) 女性:0(0) |
訓練を受けていない健康な参加者 | HRG (1%H2) 運動中30分 |
60%VO2peakで30分間サイクリングする。 | エアロビック・キャパシティVO2peak→(ピーク その他VCO2↑; VE↑; HRavg → ; Vacetone↑;VO2rest → ;VCO2rest → ; VE rest → ; Recovery HR → ; Vacetone rest → ; d-ROMs → ; BAP →。 |
堀ら(23)a | さいしょくじゅう | 9 | 19.9 ± 1.2 | 男性:6(67) 女性:3(33) |
未経験の大学生 | HRW(H2濃度:4.3 ppm) | 疲労困憊するまでのインクリメンタルサイクリングテスト | 疲労がある:RPE → ;BLA→の順 エアロビック・キャパシティVO2peak→(ピーク その他安静時HR → ;Pmax→ ; CDO → ; RER → ; VE → ; HRmax → ; d-ROMs → ; BAP → ・・・。 |
運動前35分に500mLを投与する。 | ||||||||
堀ほか(23)b | RCT | H:10 | 20.3 ± 1.3 | 男性:20(100) 女性:0(0) |
未経験の大学生 | HRW(H2濃度:5.9 ppm) 500mLを2週間、平日の全日程で使用する。 |
疲労困憊するまでのインクリメンタルサイクリングテスト | 疲労感である:RPE → ;BLAc→ エアロビック・キャパシティ(Aerobic Capacity):VO2peak→(ピーク その他Pmax→ ; CDO → ; RER → ; VE → ; Resting HR → ; HRmax → ; d-ROMs↑; BAP↑。 |
P:10 | 20.4 ± 4.7 | |||||||
ティモン他(41) | さいしょくじゅう | 27 | 25.5 ± 5.5d | アン | 訓練されたサイクリスト(n=12)、訓練されていない参加者(n=15)。 | HRW(pH:7.5、H2濃度:1.9ppm、ORP:-600mV)。 1日あたり1920mlと2240mlを7日間投与 |
疲労困憊するまでのインクリメンタルサイクリングテスト | 疲労がある:RPE → ;BLA→の順 エアロビック・キャパシティVO2max↑、TTE↑。 その他Pmax↑; HRmax → ; VT2 %VO2max↑; 疲労指数↓。 |
26.3 ± 5.9e | ||||||||
アルハービほか(49) | さいしょくじゅう | 18 | 21 ± 1 | 男性:18(100) 女性:0(0) |
レクリエーションで鍛えられた参加者 | HRC(0.636μg/カプセル) 2.544 μg/日 3日間 |
疲労困憊するまでのインクリメンタルサイクリングテスト | 疲労感である:BLA(ブーラ) → エアロビック・キャパシティVO2peak(ピーク) → ; TTE(Time Time)→(ピーク)。 その他電解質(Na+ → ; K+→ ;Ca2+→ ;Cl-→ ; AGap↑; AGapK →); VE↑;VO2↑;VCO2↑; 血液ガス(pH↑;PO2→;PCO2→; HCO- 3 ↑である。); RF/VLにおけるTR-NIRS (Total [Hb+Mb] → ; Deoxy [Hb+Mb] ↑;StO2↑); HRmax → ;HRavg→ ;Pmax→。 |
Dongら(46) | RCT | H:9 | 23.2 ± 1.1 | 男性:6(67) 女性:3(33) |
ドラゴンボートの選手たち | HRW(FH:1600ppb)。 1日1000mL、8日間 |
ローイングダイナモメーター漕ぎ出しテスト | エアロビック・キャパシティPm → である。 その他Pmax↑;HRmax↓;リカバリーHR↓。 |
s | P:9 | 22.7 ± 0.9 | 男性:6(67) 女性:3(33) |
|||||
Botekら(24) | さいしょくじゅう | 16 | 18.8 ± 1.2 | 男性:16(100) 女性:0(0) |
プロサッカー選手 | HRW (pH:7.9 ORP:-652 mV; Temp:20°C;H2conc:0.9 ppm) 運動前120分、60分に420mL、運動前15分、5分に210mL。 |
反復スプリント(30mトラックスプリント×15回、リカバリー20秒) | 疲労がある:RPE → ;BLA→の順 エアロビック・キャパシティ30m反復スプリントの平均タイム↑。 その他:0〜15mスプリントタイム → ;15〜30mスプリントタイム → … |
a出版物のStudyI、AGapはAniongap、AGapKはAniongap potassiumです;
b出版物のStudyII; BLA, Blood lactate; BAP:Biological Antioxidant Potential; conc.、濃度;
cOutcomedata was not available by contacting corresponding author and other authors on the publication; CK, Creatine kinase; CKa, Creatine kinase activity, CMJ, Countermovement Jump; CDO, Carbon Dioxide Output;
dcyclists; d-ROMs, diacron-Reactive Oxygen Metabolites;
ESR, Erythrocyte Sedimentation Rate; FH, Free Hydrogen; H,H2group; HRW, Hydrogen-Rich Water; HRG, Hydrogen-Rich Gas; HRC, Hydrogen-Rich Calcium powder; HRG:Hydrogen-Rich Gas; HR, Heart Rate;HRavg, average Heart Rate;HRmax, maximum Heart Rate; LDa, Lactate Dehydrogenase activity; MF, Median frequency; MPF, Mean Power Frequency; MVIS, Maximal Voluntary Isometric Strength; MRS, Maximal Running Speed;ORP、酸化還元電位、OBLA、4mmol-L-1での血中乳酸蓄積の開始;P、プラセボ群;Pm、平均パワー;Pmax、最大パワー;RCD、ランダム化クロスオーバーデザイン;RCT、ランダム化比較試験;RE、ランニングエコノミー;rep.,反復;RER、呼吸交換比;RR、呼吸数;RQ、呼吸指数;RPE、知覚疲労度評価;RF、大腿直筋;SCKa、血清クレアチンキナス活性;SLDa、血清乳酸脱水素酵素活性;Tmp、温度;TTE、時間-疲労度;TDS、全溶解固体;TR-NIRS、時間分解近赤外線スペクトロスコープ;U8ER, Urinary 8-hydroxydeoxyguanosine Excretion Rate; Un, Unreported; u, untrained;VO2max, Maximum Oxygen Uptake;VO2peak, Peak Oxygen Uptake;VO2, Oxygen Uptake;VT2 % VO2max、換気性嫌気性閾値における最大酸素摂取量の割合;VE、換気量;VAS、Visual Analog Scales;VL、Vastus Lateralis muscle; ↓、H2有意(p < 0.05)はプラセボと比較して結果を低下させた;↑、H2はプラセボと比較して結果を有意に(p<0.05)改善させた;→、H2とプラセボの間に有意差はない(p>0.05)。
3.1.参加者の特徴
平均年齢が18.8歳から51.5歳の健康な参加者402名を対象とした(表1)。トレーニング状況については、210人が未トレーニング、192人がトレーニングを受けていた。性別の情報は、1つの研究(41)で欠落していた(表1)。
3.2.H2投与プロトコル
すなわち、水素豊富水(HRW)(n=13)(23-26,28,30,41–47)、水素豊富ガス(HRG)(n=3)(27,29,48)、水素豊富カルシウム粉末(HRC)(n= 1)(49)である。水素濃度は、これらの研究間でかなり異なっていた(例えば、HRW:0.5~5.9ppm、HRG:1~68%)(表1)。8つの研究(23、25、26、28、30、42、43、50)では、運動前24時間以内にH2を1回摂取した場合の効果を調べた。7つの研究(23、27、41、44–46、49)は、運動の2~14日前からH2を繰り返し摂取するプロトコルを実施した。1つの研究(47)では、運動前後にHRWを3日間摂取する方法を採用し、別の研究(48)では、運動直後にHRGを60分かけて1回吸入する方法を採用した。H2の具体的な量は、表1に示した。これらの研究で使用されたプラセボは、サプリメントの種類によって異なり、水を飲むか、通常の空気を吸入するか、カプセル(カルシウム粉末を含むカプセルなど)を飲み込むかであった。
3.3.エクササイズ・プロトコル
疲労を誘発するために、2種類の運動タイプ(連続運動と間欠運動)が使用された。具体的には、8つの研究(23、25-28、41、45、49)が連続負荷増加運動(すなわち、トレッドミル走行試験、自転車走行試験)を、4つの研究(29、42、46、48)が連続固定負荷運動を、1つの研究(30)が4.2kmの上り坂レースを、3つの研究(24、44、47)が間欠スプリント運動を、もう1つ(43)が間欠柔道体力テストを用いている。
3.4.アウトカム測定
9つの研究(23-25、28、30、41、43、44、49)は、運動直後の疲労と有酸素能力の両方を評価した。3つの研究(26、42、47)は、運動直後の疲労度のみを評価したものである。4つの研究(29、45、46、48)は、有酸素運動能力のみを評価した。さらに、心拍数、爆発力、呼吸循環、血液代謝物、筋機能などの他の結果も評価された(表1)。
3.5.バイアスのリスク
対象となった。19 件の研究の品質評価結果を図 2に示す。そのうち4件(23、29、44、47)はランダム化単盲検プラセボ対照デザイン、その他はランダム化二重盲検プラセボ対照デザインであった。バイアスリスクが高いと評価されたのは1件(23)、低リスクは11件、中リスクは他の7件(23、25、29、44、46、47)であった。
図2 含まれる研究のバイアスのリスク。
3.6.メタアナリシス(Meta-analysis
異質性に基づき、トレーニング状態(未トレーニングとトレーニング済み)、介入期間(24時間以内の1回と運動前の複数日)、運動モード(連続運動と間欠運動)を変数として比較し、RPEと血中乳酸値のサブグループ解析を実施した(表2)。
表2
H2が疲労に及ぼす影響に関するサブグループ解析結果
成果 | バリアブル | 研究件数 | SMD (95%CI) | P-値 | 異質性の検定 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
χ2 | P値 | I2(%) | |||||
RPE | トレーニング状況 | ||||||
未経験者 | 4 | -0.47 (-0.78, -0.16) | 0.003 | 1.70 | 0.637 | 0 | |
トレーニング済み | 6 | -0.36 (-0.75, 0.12) | 0.161 | 11.40 | 0.044 | 56.1 | |
H2実施期間 | |||||||
運動前の1回で摂取H2 | 7 | -0.44 (-0.77, -0.12) | 0.007 | 10.11 | 0.120 | 40.6 | |
運動前の複数日にわたる摂取H2 | 2 | -0.12 (-0.58, 0.33) | 0.606 | 0 | 0.976 | 0 | |
エクササイズの種類 | |||||||
継続的なエクササイズ | 8 | -0.32 (-0.59, -0.06) | 0.017 | 9.69 | 0.207 | 27.8 | |
間欠的な運動 | 1 | -0.96 (-1.70, -0.22) | 0.011 | 0 | – | – | |
血中乳酸値 | トレーニング状況 | ||||||
未経験者 | 4 | -0.30 (-0.69, 0.09) | 0.132 | 0.77 | 0.856 | 0 | |
トレーニング済み | 8 | -0.49 (-0.92, -0.06) | 0.025 | 14.73 | 0.040 | 52.5 | |
H2実施期間 | |||||||
運動前の1回で摂取H2 | 6 | -0.62 (-1.19, -0.05) | 0.032 | 12.56 | 0.028 | 60.2 | |
運動前の複数日にわたる摂取H2 | 5 | -0.26 (-0.57, 0.06) | 0.107 | 1.95 | 0.746 | 0 | |
エクササイズの種類 | |||||||
継続的なエクササイズ | 7 | -0.37 (-0.74, 0.00) | 0.052 | 10.73 | 0.097 | 44.1 | |
間欠的な運動 | 4 | -0.56 (-1.12, 0.01) | 0.053 | 4.37 | 0.224 | 31.3 |
3.6.1.H2が疲労に与える影響
3.6.1.1.RPEスコア
2つの論文(25、26)は、H2がプラセボと比較してRPEスコアを有意に低下させることを示したが、別の6つの論文(23、24、28、30、41、44)は、H2がRPEスコアを有意に低下できないことを示した(表1)。
RPEスコアのプールESは小さく有意であり(SMDpooled = -0.38, 95% CI -0.65 to -0.11,p= 0.006,Figure 3),異質性は低かった(I2= 33.6%,p= 0.149).ファネルプロット(図7A)およびEggerの検定(t= 0.98,p= 0.358)により、出版バイアスはないことが示された。
図3 H2摂取による覚醒度評価に対するプールされた効果量。
サブグループ解析の結果、参加者のトレーニング状況がH2の効果に大きく寄与していることがわかった。具体的には、トレーニングを受けていない参加者のESは、有意かつ小さかった(SMD = -0.47, 95% CI -0.78 to -0.16,p= 0.003)。訓練された参加者のESは、有意ではなく、小さかった(SMD = -0.36, 95% CI -0.75 to 0.12,p= 0.161)。運動前のH2単回摂取では有意かつ小さなES(SMD = -0.44, 95% CI -0.77 to -0.12,p= 0.007)が観察され、複数日のH2摂取ではわずかなES(SMD = -0.12, 95% CI -0.58 to 0.33,p= 0.606 )しか観察されていない。運動の種類については、間欠的な運動ではESが大きく(SMD = -0.96, 95% CI -1.70 to -0.22,p= 0.011)、連続的な運動では小さく有意だった(SMD = -0.32, 95% CI -0.59 to -0.06,p= 0.017).
3.6.1.2.血中乳酸値
3つの論文(26、42、43)は、H2がプラセボと比較して血中乳酸値を有意に低下させることを示したが、別の8つの論文(23、24、27、28、41、44、47、49)は、H2が血中乳酸値を有意に低下できないとの反対の結果を示した(表1)。
血中乳酸値のプールESは有意に小さく(SMDpooled= -0.42, 95% CI -0.72 to -0.12,p= 0.006,図4)、異質性は低かった(I2= 35.6%,p= 0.114).ファネルプロット(図7B)およびEggerの検定(t= -3.64,p= 0.005)は、出版バイアスの潜在的なリスクを示したが、感応解析のTrim and Fill法により、プールしたES(固定:SMDPooled= -.362,p= 0.002; ランダム:SMDPooled= -0.418,p= 0.006 )は頑健であることがわかった。
図4 血中乳酸に対するH2摂取のプールされた効果量。
サブグループ解析の結果、参加者のトレーニング状況がH2の効果に大きく寄与していることがわかった。具体的には、訓練された参加者のESは有意で中程度に近かったが(SMD = -0.49, 95% CI -0.92 to -0.06,p= 0.025)、訓練されていない参加者では小さく、有意ではなかった(SMD = -0.30, 95% CI -0.69 to 0.09,p= 0.132).運動前のH2単回摂取では有意かつ中程度のESが観察されたが(SMD = -0.62, 95% CI -1.19 to -0.05,p= 0.032)、複数日のH2摂取では小さなESしか観察されなかった(SMD = -0.26, 95% CI -0.57 to 0.06,p= 0.107).運動の種類については、間欠的な運動ではESが中程度(SMD = -0.56, 95% CI -1.12 to 0.01,p= 0.053)、連続的な運動では小さい(SMD = -0.37, 95% CI -0.74 to 0.00,p= 0.052) ことが示された。
3.6.2H2による有酸素運動能力への影響
3.6.2.1.VO2max/VO2peakの場合
3つの論文(25、29、41)では、H2がプラセボと比較してVO2maxまたはVO2peakの有意な改善を誘導したと報告され、6つの論文(23、25、27、28、45、49)ではそのような効果がなかったと報告された(表1)。
VO2maxとVO2peakのプールESは、異質性(I2= 0%、p= 0.996)なく、有意ではなく些細なものだった(SMDpooled= 0.09,95% CI -0.10 to 0.29,p= 0.333,Figure 5).ファネルプロット(図7C)とEggerの検定(t= 0.01,p= 0.990)により、出版バイアスはないことが示された。
図5 VO2max(VO2peak)に対するH2摂取量のプールされたエフェクトサイズ
3.6.2.2.エンデュランス性能
2つの論文(24、41)では、H2がプラセボと比較して、疲労困憊までのサイクリング時間や複数回のスプリントのパフォーマンスを有意に増加させたと報告され、別の8つの論文(27、28、30、43、44、46、48、49)ではそのような効果はなかったと報告された(表1)。
持久力パフォーマンスのプールESは、異質性(I2= 0%,p> 0.999)なく、有意でなく些細なものだった(SMDpooled= 0.01,95% CI -0.23 to 0.25,p= 0.949,Figure 6).ファネルプロット(図7D)およびEggerの検定(t= 1.18,p= 0.278)により、出版バイアスはないことが示された。
図6 H2摂取の持久力パフォーマンスに対するプールされた効果量。
図7 ファネルプロット
3.7.GRADE評価
エビデンスの質は中程度と判断され、GRADEフレームワークによる評価の詳細は、e表Tableに示されている。
4.考察
このシステマティックレビューとメタアナリシスの結果から、H2サプリメントは、高強度運動によって誘発される主観的疲労の緩和と血中乳酸のクリアに有望な戦略であることが示唆された。しかし、H2サプリメントは、有酸素運動能力を高めることはないようだ。現在までに得られているエビデンスの質は、中程度であった。サブグループ分析により、トレーニング状況、H2実施期間、運動の種類はすべて、疲労に対するH2の効果に影響を与える可能性があり、したがって、今後の研究および実践の設計において慎重に考慮する必要があることがわかった。
今回の結果は、健康な成人において、H2が高強度運動後の主観的疲労と血中乳酸値を有意に低下させることを示しているが、その根底にある生体神経生理学的メカニズムに関わる根拠は示されていない。考えられる説明として、H2は酸化ストレスと神経炎症を軽減することにより、神経細胞の酸化損傷の回復を促進する神経保護剤であるようである(51-54)。また、H2摂取は、運動時アシドーシスに対する正の効果を誘発し、血中乳酸濃度を低下させることが報告されており(26)、高強度運動時の細胞内および細胞外の緩衝能を調節する(55)。また、H2摂取の効果は、安静時の酸化還元状態に依存する可能性もある(56)。したがって、これらの潜在的な経路をさらに調査するための今後の研究が必要であり、最終的には、H2を用いた疲労軽減のための適切な戦略の設計に役立つと思われる。
サブグループ分析により、H2補給の疲労に対する効果に寄与すると考えられるいくつかの重要な要因が明らかになった。まず、訓練された人と比較して、訓練されていない人で効果が大きいことが観察された。これは、高強度運動中の抗酸化力が、訓練された参加者に比べて、訓練されていない参加者では比較的低いため(57)、疲労に対するH2の効果を妨害する可能性があり(30)、このコホートでは疲労に対するH2の効果量が比較的小さいことが示されている(42、47)ことによると思われる。第二に、健康な成人において、運動直前に1回だけH2を摂取した場合と比較して、H2の実施期間が長いこと、またはH2を複数回摂取したことは、より大きな疲労の軽減とは関連していなかった。この観察は、H2の日中滞留率が低いためと思われる。例えば、H2の59%以上はHRW摂取後1時間以内に吐き出されることが観察されている(25)。第3に、サブグループ分析により、H2補給は、連続的な運動と比較して、断続的な運動によって引き起こされる疲労に対してより効果的である可能性があることが明らかになった(24、28、30)。これは、間欠的な運動は、通常、より大きな外部身体負荷に対して行われるため、ミトコンドリアの呼吸機能がより効率的にH2を摂取することができ、また筋肉内の活性酸素の濃度レベルが上昇し、活性酸素と水素分子の間の酸化還元手続きが促進される可能性がある(58–60)。
興味深いことに、H2サプリメントは有酸素運動能力を有意に向上させることはなかったようだ。このことは、高強度運動時の疲労に対するH2摂取の影響は、健康な成人の有酸素運動能力の向上には十分でなかったことを示唆している。有酸素運動能力は、呼吸機能、酸素の調節、局所的な筋肉の酸素利用など、複数の基礎的な生物生理学的手順に依存している(61、62)。これまでの研究で、急性H2補給は、有酸素運動能力のこれらの重要な因子を実質的に変化させないことが報告されており(23、26–28、49)、これは、ヒトにおいてこの重要な機能に対する効果がないことの少なくとも一因と考えられる。
4.1.制限事項
いくつかの研究は、少数の参加者(n≦10)を対象に実施されたものであり(23、43、44、47、48)、これが潜在的なバイアスにつながる可能性がある。また、ほとんどの研究は、若年および中年男性にのみ焦点を当てている。そのため、H2補給の効果が年齢や性別によって異なるかどうかを調べるための今後の研究が必要である。後者に関しては、男性と比較して、女性の抗酸化保護機能はエストロゲンにより大きいことが研究により報告されており(63,64)、これは疲労に対するH2の効果に影響を与える可能性がある。最後に、H2と疲労の間の用量反応関係や、H2補給が運動に対する生理学的適応や経時的な傷害リスクに与える影響について、まだかなりの研究が必要である。
5.結論
この解析から、健康な成人において、H2サプリメントは疲労を緩和することはできるが、有酸素運動能力を有意に向上させることはできないことが示された。H2投与の適切なプロトコルや疲労を誘発する運動タイプの選択など、本研究で得られた知見は、最終的には、より厳密なデザイン(例えば、男女の人数を一致させる)でアスリートや未訓練者に対するH2の効果を確認し明示的に検討する今後の研究に役立ち、プロのアスリートや未訓練者の日常における疲労回復のプロトコルを最適化するのに役立つと思われる。