酸素と健康 "酸素の力”をより有効活用し、健康を維持・増進する！
東海大学名誉教授
岩垣丞恒先生
私たち生命体は酸素がなければ生存できないことは、子供でも知っています。しかし、日常では体の不調が起きない限り、呼吸を意識することはありません。まして酸素は、「酸欠」、「酸欠」とわめいたりはしても実際には、水や食べ物とは異なり、無味無臭で目には見えず、酸素を意識することは不可能です。
岩垣丞恒・東海大学名誉教授（医学博士）は、スポーツ医学の立場から長年、酸素について研究され、酸素博士とも呼ばれています。
酸素という目に見えないものが──いかにして生命を維持しているのか、いかにして健康効果をもたらすのか、効率よく酸素を健康活用するにはどのような方法があるのか──などについての知識を科学的な裏付けを基に啓蒙し、酸素への理解を一般の人々に深め、健康により有効に酸素を活用できる知識を広めています。
岩垣丞恒先生に、地球温暖化等で酸素不足が心配されている今、生命を支える酸素と健康への有効利用について、お話をうかがいました。
生命体と酸素
「酸素」と「好気的生命体」の誕生
岩垣 地球が誕生した46億年前には大気中に酸素はなく、原始の大気は高温の二酸化炭素・水蒸気・窒素が主だったと考えられています。
約38億年前に海に浮かぶ有機物をエネルギーにして酸素を必要としない生命体「原核生物（嫌気性菌）」が出現し、約25億年前に「光合成生物（ラン藻‥シアノバクテリア）」が出現し、酸素光合成（二酸化炭素＋水＋日光→グルコース＋酸素）によって大気中に酸素が放出されました。
15億年前には酸素を利用してエネルギーを効率よく作る「好気性菌」が出現、その後、核を持つ「真核生物」が出現して、９〜10億年前頃には「多細胞生物」が誕生し、ラン藻類の増殖で酸素が増えると、地表には有害な紫外線を遮断するオゾン層が形成され、生命体は地上に進出し、５億年前に「陸生植物」が出現しました。それによりさらに酸素は増え、４億年前には「脊椎動物」が誕生し、約６５００万年前に我々のご先祖となる「霊長類」が出現したといわれます。
酸素が欠乏すれば
直ちに命を失う
岩垣 酸素は無味無臭の気体で、触ることも見ることもできませんが、命と密接に関係し、酸素がなくなれば直ちに生命は失われます。
生命維持には酸素以外にも、水や食物（栄養）が必須ですが、それらは液体や固体であるため、体内での利用には長時間の消化が必要です。一方、空気中の酸素（Ｏ２）はすでに分子状態にあるので、生体内に取り込まれれば直ちに生命反応（エネルギーの産生）を起こします。
空気中の酸素濃度は20・９％ですが、酸素濃度が18％未満になると酸素不足（酸素低下症）を来たし、10％以下では一呼吸で失神を起こし、８％で昏睡、６％で呼吸が停止します。
ちなみに、体内で酸素不足に対して最も敏感なのは、酸素消費量が全身の約25％におよぶ脳です。酸素が不足すると、脳は機能低下から機能喪失、さらに脳細胞の破壊へとつながります。
酸素は、細胞の死と再生をコントロールする
──人体は60兆個の細胞の集団
岩垣 我々生命体は60兆個あるといわれる細胞の集団で、心筋と脳の神経細胞を除けば、全ての細胞集団では常に細胞の死と誕生が繰り返されています（毎日およそ１兆個）。
その細胞の死と再生を調整しているのが酸素で、酸素が少なくなると細胞死が増え、酸素が高まると細胞再生が高まります。例えば、手足などをギプスで固定すると、固定された筋群では血流が減少して酸素供給が不十分になり、筋群の萎縮が起きます。逆に、老人でも筋力トレーニングにより毛細血管が増加し、筋肥大が起きます。
酸素はエネルギーの産生に必須ですから、生命活動（運動）でエネルギー利用が大きくなれば酸素不足となり、細胞の分解・崩壊が起き、逆に、休養・睡眠で酸素状態（酸素飽和度）が高まれば細胞の再生や物質合成が高まり、生命体の再生（remodeling）が起こります。
この大原則が生命体の存続を確かなものにしています。
酸素の生体内での多彩な役割
第一は、エネルギーの産生
岩垣 酸素の生体での役割の第一は、エネルギーの産生を担っていることです。
呼吸（図１）により肺に取り込まれた酸素は、静脈血のヘモグロビンと結びついて（酸化ヘモグロビン）、血液によって全身の細胞に運ばれて、細胞内に存在するエネルギーの産生工場（代謝器官）「ミトコンドリア」で、食物の栄養（糖質・脂質・蛋白質）を、酸化（燃焼）させて、エネルギー放出物質の「ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）」を産生します（図２）。
酸素の新たな役割
── 「酸素添加酵素」の発見と体内物質の合成
岩垣 これまで生体での酸素の役割は生命エネルギー「ＡＴＰ」の産生が決定づけられていましたが、故・早石修博士が１９９５年に「酸素添加酵素（oxygenase‥オキシゲナーゼ）」を発見したことにより、酸素が生体内で生命維持に必須なさまざまな物質の合成に関与していることが明らかになりました。
酸素添加酵素の働きは、空気中の酸素が細胞物質に添加され、酸素が移動することで物質が合成されます。
酸素添加酵素が介在する物質合成は──エネルギー源の分解・合成、ステロイドホルモンの合成、胆汁酸の合成、血色素の合成・分解、解毒作用、発がん物質の代謝──など、極めて高領域の働きを持っています。
この他に、プロスタグランジン・コラーゲン（ヒドロキシプロリン・ヒドロキシリジン分子）・コレステロール（細胞膜の材料）・一酸化窒素（ＮＯ‥血流改善）、神経伝達物質合成（アセチルコリン・ドーパミン・セロトニン、ノルアドレナリン・アドレナリン）、ホルモンやホルモン様物質（ステロイドホルモン・副腎皮質ホルモン・成長ホルモン・メラトニン・カルニチン）──等々のさまざまな物質の合成にも酸素添加酵素の働きが見出され、酸素という気体が生命体の構造と機能に大きく関係していることが明らかになりました。
このように、酸素は生体内でとてつもない領域の役割を持ち（表１参照）、生命体の基盤を構築しています。
その理由は、我々生命体は酸素が作りあげた好気的生命体で、酸素にその原始的機構があるためです。呼吸で酸素を取り入れることも、ヒトの自然の一部であることなのです。
生命活動（運動）と酸素
生命活動（運動）と酸素の取り込み
岩垣 空気中から生体内への酸素の取り込み（酸素摂取）は、酸素濃度の高い所から低い所へ受動的に移動することで受動的に拡散します。この酸素の受動拡散現象の特徴は、酸素が移動にエネルギーを必要としないことにあり、生きている限りこの働きは継続し、酸素が生体内に取り込まれます。
したがって、空気中の酸素濃度が低くなれば、生体内の酸素が空気中に移動して、命取りとなります。酸素濃度が低い高地では、限界領域の登山はとんでもなくスローペースになりますが、これは筋力や筋持久力に依存する現象ではなく、脳への酸素不足が大きな原因です。
運動時には、運動神経刺激は電気的信号で筋肉を刺激するので、信号伝達と筋収縮は極めて速く起きます。一方、ミトコンドリアでの酸素を利用したＡＴＰ産生は、生化学的に行われるので電気的刺激に比較すれば極めて遅く、さらに酸素輸送は受動的拡散のために酸素不足が起きます。
したがって、運動強度が強いほど酸素消費量が高まり、酸素不足になりやすく、一方、歩行など運動強度が低い場合は酸素不足が起きにくいのでエネルギー産生をしながらの長時間の運動が可能になります。
有酸素運動の意義
──軽い運動では「酸素化」が高まる
岩垣 運動強度が低くなるほど酸素摂取量が高まるのは、酸素摂取量には運動エネルギー生成のために摂取される酸素と、運動エネルギー以外に利用される酸素が存在しているからです。
これを証明する、軽い運動後の血液の色を比較した実験が行われています。
血液の色は、静脈血は暗紫色で、動脈血は鮮紅色ですが、運動後の静脈血は鮮紅色になります。全身に高濃度の酸素が巡り、酸素供給が高められているからです。静脈血の鮮紅化は余分な酸素の摂取を意味し、酸素摂取はエネルギー産生に必要な酸素だけが摂取されているのではなく、特に軽い運動では余分な酸素摂取が起きていることを意味しています。
酸素摂取量は、窓口となる肺胞（８頁・図１参照）と血液中の赤血球ヘモグロビン酸素飽和度で決定されます。
肺胞では静脈血の赤血球ヘモグロビン（Hb）が酸化ヘモグロビン（HbO2）となり、酸素が血液中に取り込まれます（８頁・図１）。空気中の酸素濃度は20・９％で一定であり、我々は好気的生命体ですから、そのときに応じてあらゆる細胞が酸素を必要としています。
そのため、身体の大きさに合わせた赤血球が必要で、体重が重いほど息切れしやすくなりますが、これは酸素供給を高めるためです。適正体重は赤血球数と体重との関係で決まるのです。
尚、子供の酸素摂取量が高いのは、一般に活動量で説明されますが、赤血球が物質合成を高め、このことが発育を促しています。
酸素濃度の監視装置は頚動脈と大動脈にあり、ここは肺胞で酸素飽和された血液が出て行く窓口で、最も高い酸素飽和度が監視されています。これは、脳への酸素供給が監視されているためで、それだけ脳は酸素が必要で、貧血状態では脳への酸素不足で全身の機能が失われます。
日常的には、ほとんど呼吸の変化はありませんが、これは脳への酸素供給が十分に行われているためです。しかし、酸素不足を感じることはなくても、入院時などでは脚の筋萎縮が起こり、骨も折れやすくなってしまいます。末梢での酸素不足が起きている証拠で、気がつかないうちにあらゆる部位での崩壊に繋がります。特に、高齢者では運動不足、運動不可が、酸素不足を誘発し、筋並びに骨の自然崩壊を招いています。
最近、高齢者がよく運動していますが、大変意味あることで、酸素を実感している証拠です。
但し、高齢者の運動は歩行中心になりがちですが、高齢者でも筋肉トレーニングで筋群の増加はみられます。両者バランスよくすることがすすめられます。
「高濃度酸素」吸入の健康への意義
今、酸素が不足している！
岩垣 今、現代人の酸素不足が警告されています。
日常的には全く意識されませんが、現状では生体内では酸素不足に陥りやすい状態にあり、60兆個といわれる細胞集団の人体ではさまざまなところで酸素不足が発現しています。
要因として以下のことが指摘されています。
大気中酸素濃度の減少
地球の大気酸素濃度（20・９％‥209,490ppm）は現在、年平均４ppmずつ減少していると報告され、一方、二酸化炭素濃度は年平均２ppmずつ増加しています。
酸素濃度の減少は化石燃料の燃焼によるものが大きいといわれています（燃焼時の酸素消費量は二酸化炭素排出量の１・４倍）。
高齢化社会
20歳をピークにヒトの肺活量は低下し、最大酸素摂取量も低下します。高齢者人口の増大により、呼吸器系疾患の患者や潜在患者数も急増し、日本の在宅酸素療法患者数は17万人、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）患者数は５３０万人もいるといわれます。
生活習慣 ストレス、喫煙、暴飲暴食、運動不足なども酸素不足を招きます。
「高濃度酸素」吸入の効用──ミトコンドリアの活性が鍵
岩垣 「高濃度酸素」とは、空気中の酸素濃度（20・９％）よりも高い割合で圧縮された、自然界には存在しない酸素のことです。
酸素マスクや酸素ボンベなどの医療用機器はもとより、運動選手がよく愛用する酸素カプセル、最近では家庭で手軽で安全に使用できる「高濃度酸素発生器」も普及してきています。
〈高濃度酸素吸入の健康効果〉
ミトコンドリアの活性
生命体の健康は、生命エネルギーを生み出すミトコンドリアが元気であることが鍵です。高酸素吸入はミトコンドリアを元気にし、その数を増やします（図３）。
１個の細胞にミトコンドリアが１０００〜２０００個ありますが、高濃度の酸素を吸入するとミトコンドリアの数が増え、エネルギー物質（ＡＴＰ）の産生が亢進します。
それにより、次のようなさまざまな健康効果が現れます。
体温上昇
エネルギー代謝が亢進すると脂肪の燃焼が高まり、体温が上がります。
免疫物質の増加（図４）
ガンの予防
免疫物質の増加と共に、ガン細胞は酸素を嫌う嫌気性環境を好むので、ガン予防につながります。
脂肪の分解促進→体重減少
高濃度酸素下で飼育したラットでは脂肪分解酵素のリパーゼの活性が高まり、脂肪の分解が亢進することが認められています。
ヒトでは脂肪燃焼の加速により５〜７kgの体重減少が認められ、しかもリバウンド現象が被験者に一切認められませんでした。
疲労回復効果
身体疲労の指標として 乳酸値の上昇、 心拍数の増加、 血圧の上昇、 脳疲労が挙げられますが、高濃度酸素（40％）吸入で乳酸値および心拍数の低下、血圧の正常化（収縮期血圧が２分間で急激に低下）がみられました。
脳疲労の回復・活気を高める
ストレスによる脳疲労の症状として 飽きやすくなる、 眠くなる、 パフォーマンスの低下等が挙げられます。高濃度酸素（40％）吸収ではα波の増加や、自律神経の調整効果（血圧の正常化）等により、ストレスが解消され、リラックスします（図５）。
高濃度酸素吸入では明らかに、活気、やる気が高まります（図５）。
脳は、神経細胞の活動がなければ働きません。神経細胞の働きを決定するのは神経伝達物質です。高酸素吸入では図５に示したように活気が高められ、神経伝達物質の合成が高まっていることを意味しています。酸素が神経伝達物質を合成している証拠です（図６）。
〈睡眠の質の向上〉
覚醒と睡眠は酸素が誘導し、いわゆる日内リズムという大切な働きを誘導しています。
睡眠中枢は脳の松果体にあり、細胞でのセロトニン合成とメラトニン合成が覚醒と睡眠を誘発します。
神経細胞ではアミノ酸のトリプトファンに酸素が添加され、セロトニンが合成され、常に覚醒状態が引き起こされます。ところが、夜には光がなくなることでセロトニンがメラトニンへ変化し、睡眠を誘発します。まさに光と酸素が生命体のリズムを形成し、あらゆる回復や修復を引き起こします。
これはきわめて重要な働きで、生命のこのような基板が不安定では健康・体力はありません。生涯にわたる問題ともなりますので、睡眠を時間だけで解決しないことが大切です。
やる気のない人、睡眠障害の人は酸素が不足しているといえます。酸素を高めることで、日常の活動が高まり仕事がはかどります。
集中力の向上・記憶力向上、認知症の予防
末梢組織での酸素不足の解消
高齢化で特に問題なのは、末梢の静脈の酸素不足です。
末梢では酸素不足で筋群が減少し、骨まで脆くなります。酸素不足による分子的な崩壊によるものですが、ほとんどの人が気づいていません。高濃度酸素吸入はこの問題を解決します。
高濃度酸素吸入の安全性
〈高濃度酸素吸入と「血中酸素飽和度」〉
岩垣 「血中酸素飽和度」は血液中の酸素量のことです。血中酸素濃度の飽和度１００％は全赤血球ヘモグロビンに酸素が結合している状態で、生体はそれ以上の酸素は取り込めない仕組みになっています。正常値は99〜96％といわれています。
高濃度酸素の吸入は低下した飽和度の分しか取り込めないので、大気圧下では酸素の吸いすぎによる酸素中毒は起こりません。酸素は赤血球ヘモグロビン中にあるヘム鉄（Fe）の絶対量以外は結合しないので、酸素中毒にはならないのです。
吸気中の酸素濃度（FiO2：吸気に含まれる酸素濃度）は、90％の高濃度の酸素を毎分２ ／minで吸入しても27％の濃度にしかならず、さらに肺胞ではその濃度の３％の濃度に希釈されていくので、酸素発生装置の90％はそのままの濃度で肺胞に送られることはありません。
また高濃度酸素吸入では、体内の酸素飽和度が90％以上もあるので、それほど役に立たないとする意見があります。
ところが、20分程度の吸入で、静脈血は動脈のように鮮紅化し、このような現象が全身的に起きています。
肺胞へ送り込まれるのは静脈血ですから、高酸素吸入では全身的な酸素化が起き、体温の上昇として認識されます。全身的な酸素化が起きている証拠で、この自覚症状がなければ十分な酸素化が起きていません。
血液は動脈に20％、静脈に80％存在していますから、この静脈血の酸素化を高めることが高酸素化の意味になります。
入浴、あるいはアルコール摂取などで、全身に発赤が起きますが、これらは酸素化の状態を示し、日常的にも存在している現象です。古くには、湯治が行われていましたが、入浴が酸素化を高め、酸素がさまざまな病を改善していたためです。
〈活性酸素の問題〉
岩垣 過剰な活性酸素は万病の元といわれ、高濃度酸素吸入では活性酸素増大の心配もされています。
活性酸素増加では、酸化ストレスマーカーとなる尿中８−ＯＨｄＧの増加を引き起こします。
３名の方に、高酸素吸入を１週間継続してもらった結果、図（図７）に示しましたように、ほとんど変化はありませんでした。したがって一般的に考えられるような高酸素吸入による活性酸素の増加は起きないことが確認されています。
実は、類似したさまざまな問題があります。
ミトコンドリアでの水素イオン産生（Ｈ＋）では、酸素が受け皿となって無害の水に変換されます。胃では強酸（ＨＣＬ）が分泌され、腎臓では強アルカリ（ＮＨ３）が産生されますが、いずれも無害な物質に変換され、排出されます。
赤血球膜ではリゾレシチン（ふぐ毒）が産生されますが、これも直ちに無害のレシチンへ変換されています。
以上のように、高濃度酸素吸入では、活性酸素のような有害物質は蓄積することなく、直ちに処理され、我々が心配するような機構にはなっていないことが特徴です。
１日20分を目安に
岩垣 家庭用の「高酸素発生吸入器」20分程度で、手脚に温もりを感じるようになれば、全身の酸素化が起きています。静脈血が鮮紅化し、動脈血のようになります。20分という努力がなければ、酸素効果は達成できません。
睡眠障害のある方は、入浴後、睡眠前の20分が適当でしょう。結果は翌日にわかるはずです。この連続が健康・体力の基盤を作り直してくれるはずで、１ヶ月は継続する必要があります。
健康の維持増進・改善に、高酸素吸入をおすすめします。