健康な成人における水素分子補給の疲労と有酸素運動能力への効果：システマティックレビューとメタアナリシス
Effects of molecular hydrogen supplementation on fatigue and aerobic capacity in healthy adults: A systematic review and meta-analysis

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。