日温気物医誌第6 4巻 3号2 0 0 1年 5月 1 2 3 長期マイナスイオン暴露がヒトの生理機能・免疫機能に与える影響渡部一郎，員野行生北海道大学リハビリテーション科 ImmunologicalE f f e c to f Long-termExposureo fN e g a t i v eA i rI o n sonHuman l c h i r oWATANABE,YukioMANO R e h a b i l i t a t i o nandp h y s i c α IM e d i c i n e ,H o k k α i d oU n i v e r s i t y Summary Al a r g enumbero fn e g a t i v ea i ri o n sh a v eb e e nd e t e c t e di nf o r e s t s ,a ts p a s ,a n dne訂 w a t e r f a l l s . Thea i ri o nhadb e e nr e p o r t e dt oi m p r o v et h ef e e l i n g so fc o m f o r t ,f e e l i n g so ff a t i g u e ando c c u p a t i o n a le f f i c i e n c y . Almosta l lt h es t u d i e swerer e p o r t e dbyt h es h o r t t e r me x p o s u r eo ft h ea i ri o n s( 2 5h o u r s )onhuman. Wea n a l y z e dt h ep h y s i o l o g i c a le f f e c t sandl a b o r a t o r yf i n d i n g so ft h el o n g t e r me x p o s u r eo fn e g a t i v ea i ri o n( c a .5 0 0 0 / c c ,5h o u r s / d a y3 w e e k s )i nd o u b l e b l i n dm e t h o d s . F o rt h i ss t u d y ,wemadet h en e g a t i v ea i ri o np r o d u c i n gm a c h i n e s ,i nwhicht h es t e a mwas combinedw i t he l e c t r i cd i s c h a r g ebyh i g h v o l t a g ee l e c t r o d e s . Them a c h i n e sc o u l dc o n s t a n t l yp r o d u c eh i g hamounto fn e g a t i v ei o n s( c a .5 , 0 0 0c o u n t s / c c ) .Wes e tt h e s em a c h i n e s i nt h er e s troomso ft e nv o l u n t e e randprogrammedt os p o u tn e g a t i v ea i ri o n swhent h e y weres l e e p i n ga tm i d n i g h t( A M I : 0 0 6 : 0 0 )f o r3 w e e k s .A f t e r3weekse x p o s u r eo fn e g a t i v e a i ri o n so rshamc o n d i t i o n ,wec h e c k e dt h ep h y s i c a landm e n t a lt e s t sandsampledt h eb l o o d . I nt h ee x p o s u r eo fn e g a t i v ea i ri o n s ,someo ft h ed e p r e s s i v es c a l e sands u b j e c t i v ef e e l i n g s ( s c o r e sfromA r t h r i t i sI m p a c tMeasurementS c a l e s(AIMS2))wereb e t t e rt h a ni nt h o s ei n t h eshamc o n d i t i o n ,andt h el o c a lp e r s p i r a t i o no fp a l m ,whichr e f l e c t e ds y m p a t h e t i cn e r v e f u n c t i o n ,a l s od e c r e a s e dbym e n t a landp h y s i c a l拙 e s si nt h ee x p o s u r ei o n smoret h a ni nt h e shamc o n d i t i o n .T h i sshowedt h a tt h en e g a t i v ea i ri o nd e c r e a s e dt h es t r e s so ft h esympat h e t i cn e r v ef u n c t i o n .I nl a b o r a t o r yf i n d i n g s ,t h e r ewerenos i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sbetween t h ec l i n i c a ld a t aw i t hi o n sandw i t h o u ti o n s ,andi twasshownt h a ti o nwash a r m l e s si nt h e r a n g eo f5 , 0 0 0c o u n t s / c c5 h o u r s / d a y . Thep e r c e n t a g eo fn a t u r a lk i l l e r(NK)c e l l sw i t ht h e e x p o s u r eo ft h ei o n swasl o w e rt h a nw i t h o u ti o n s .T h i sa l s oi n d i c a t e dt h ea i ri o nd e c r e a s e d t h es t r e s so fhuman. I twasshownt h a tt h en e g a t i v ea i ri o nm i g h ti m p r o v ehumana c t i v i t i e sandremovet h e s t r e s s . Themechanismo ft h en e g a t i v ea i ri o n sf o rhumani sn o tc l e a r ,s ot h a tf u r t h e rs t u d i e sw i l lben e e d e d . ラ渡部一郎他 1 24 ~w ords Negat ivea i ri o n s ,Naturalk i l l e rc e l l s ,Immt はじめに自然界で森林・温泉地・滝の周辺，噴水の周りで多く認める空気中のマイナスイオンはヒトの仕事能率，快適度，疲労度に良い影響を与えるとされている。温泉地など｜の保養地療法・タラソテラピーなどはヒトの健康上有益な結果をもたらすことが知られているが，その機序についてはなお解明されていない。マイナスイオンは上記などの自然環境で多数存在し，逆に都会ではプラスイオンの増加，マイナスイオンの減少が観察されている。最近，この自然療法の科学的根拠に空気中マイナスイオンとの関連が考えられてきた。我々は，これまで 2時間程度のマイナスイオン短期暴露下で生理学的な検討を行，局い，フリッカ一計，脳波周波数分析 I）所発汗量，運動量2）などを検討し，疲労度，交感神経緊張度の低下，作業能率の改善を報告し，空気中マイナスイオンの存在がヒトに有用な生理作用をもたらすことを示してきた。今回， 3週間の長期暴露試験による生理作用，生化学，免疫学的検討をした。 I 方法タイマー設定により自動的に夜間 AMI:00∼ AM6:00の 5時間マイナスイオンが発生する気化＋放電式発生器を 3台作成し，健常人ボランティアの自宅の寝室に設置した。マイナスイオン発生有無の順序を 3週間ずつ二重盲検で入替え暴露した。対象は， 1 0 例で男性 9例，女性 1例で ∼5 1歳であった。ある。その年齢は29 今回用いた気化＋放電式マイナスイオン発生器の構造を F i g .lに示す。イオン化針の放電により発生したマイナスイオンは水の加熱・気化により産生された水蒸気を荷電させ，大量のマイナスイオン加水蒸気が安定して供給できる九 1 . 循環動態の検討として，一体型手首血圧計（松下電工製 EW284P）を被験者全員に支給し全期間において毎日早朝I 血圧を自己記録させた。解析は，暴露最終週（第 3週目）の 7回分のデータを平均化して比較検討した。 2.各暴露 3週間前・後に，その日の気分などの主観的評価を行った。項目は，リウ I o n i z e r L o c a lP e r s p i r a t i o n 1S u b j e c t i v es c al es 1S a m p l i n gb l o o d -1w ↓I s t a r t 10c a s e s − ・ F i g. 1 Timec our s eandi o n iz er 1 2 5 長期マイナスイオンのヒト生理効果 T a b l e . 1 S u b j e c t i v es c a l e sfromAIMS2( a r t h r i t i sImpactmeasures c o r e ) Q u e s t i o n s N e g a t i v eI o n s W i t h o u tI o n s P ( p a i r e d η 2 . 8土 0 . 7 8 3 . 2士0 . 9 1 0 . 0 8 3 3 . 1土 0 . 5 6 3 . 2土 0 . 7 8 0 . 2 9 3 . 0士 1 . 0 5 3 . 0 ± 0 . 6 7 0 . 5 2 . 7士 1 . 0 5 2 . 8 ± 0 . 7 9 0 . 3 9 3 . 2 ± 0 . 6 3 26土 0 . 5 1 勺 0 1 1 3 . 1土 0 . 8 7 2 . 7 ± 0 . 6 7 勺 0 1 8 3 . 0士 0 . 9 4 3 . 1± 0 . 7 3 0 . 3 3 QB＇うまくいかない’と感ずる 3 . 4 ± 0 . 8 4 3 . 6 ± 0 . 6 9 0 . 2 5 Q10 楽しいことがない’とふさぎ込む 4 . 1 ± 0 . 7 3 3 . 6土 0 . 5 1 勺 0 4 7 3 . 1± 0 . 3 1 2 . 8土 0 . 6 3 勺 0 4 0 Q 1 1おっくうと感じる仕事が気になり眠れない 3 . 4土 0 . 5 1 3 . 5 ± 0 . 9 7 0 . 3 3 9 Q12 ストレスを感じる 2 . 7土 0 . 9 4 3 . 0士0 . 6 7 0 . 0 9 6 Q13 精神的な疲労感 2 . 5 ± 0 . 8 4 2 . 9士0 . 8 7 0 . 0 5 1 Q14 仕事が気になり朝早く目覚める 3 . 1士0 . 9 9 2 . 9士0 . 9 9 0 . 2 7 015 Worse→ →2→ →3 → →4 → →5B e t 悔 rM ean土 SD . ( n = 1 0 ）可＜0 . 0 5 Q 1精神的緊張状態 Q2神経過敏になって困る Q3リラックスできること Q4のびのびとした精神状態 Q5静かで落ち着いた平和な気分 Q6物事を楽しくやれる Q7沈滞した、基うつな気分マチなどで用いられる AIMS 2 ( a r t h r i t i simpactmeasure scale）のうち，欝状態，気分，緊張度を示す項目について 5段階評価をした（Table1 。） 3.各暴露 3週間前・後に，局所発汗計（スズケン杜 Perspilo）を用いて生理学的検討を行った。これは，精神的・身体的ストレスによる交感神経緊張の程度を，リアルタイムに発汗量の連続測定で記録できるものである 21。この機器を持参し，検者が被験者の職場・家庭を早朝（ A M7 : 30-8 :30）に訪問し，就業直前に①逆算計算試験（ 3桁の数字から 7を減算させる），②数字逆唱試験（ 4桁のランダムな数字を聞かせ逆唱させる），③名称想起試験（野菜名を 10個以上列挙させる），④深呼吸試験（ 5秒吸気呼気の規則的深呼吸）をそれぞれ 1分づっ負荷し連続的に母指球での局所発汗量を記録した。 4 . また各暴露 3週間前・後の前述の局所発汗検査の直後に採血し一般生化学，白血球，白血球分画，リンパ球分画を測定した。リンパ球分画の測定は，フローサイトメト）リーを用いて全血二重染色法で、行った 4。 5. 統計学的検討は MicrosoftExcel2000 の組み込み関数paired t-testで、行い，有意水準を 0.05とした。目 T a b l e . 2 Bloodp r e s s u r eandl o c a lp e r s p i r a t i o n W i t hI o n s (mmHg) . 1 s y s t o l i cBP 124士 9 . 9 5 d i a s t o l i cBP 7 9 . 2土 9 H R ( J m i n ) 6 6 . 3土 6 . 8 8 B .L o c a lp e r s p i r a t i o n ( m g / m i n ) c a l c u l a t i o n 0 . 4 4士 0 . 6 2 . 7 r e v e r s enumbers 0 . 4 3± 0 . 2 6 r e c a l l 0 . 2 3± 0 deepb r e a t h 0 . 3 8± 0 . 5 2 W i t h o u tI o n s A . 124± 1 0 . 1 8 0 . 1± 9 . 7 2 . 8 6 6 5 . 8± 6 . 5 9 0 . 4± 0 . 7 8 0 . 4 5± 0 . 8 6 0 . 3 7± 0 0 . 4± 0 . 7 1 n=10 川結果 1 . 検討症例で脱落症例はなく，不快な症状や問題となる自覚症状を訴える例はなかった。血圧・脈拍数などの循環動態の検討では，統計学的に有志；の差はなかった (Table2A 。） 2. 主観的な評価所見の結果を示す (Table 1）。統計学的にイオン暴露群がイオン非暴露群より有意に増悪するアンケート項目はなかった。イオン暴露群がイオン非暴露群より有意に良好であるアンケート項目が 4項目に認められた。 3. 局所発汗量の検討を Table28に示す。イオン暴露群は，名称想起試験による発汗量が少なく，イオンが交感神経緊張を減少させ，ストレスを軽減させる傾向が示された。渡部一郎他 126 T o b i巴. 3 B e f o r e T o t a lp r o t e i n 7 . 0 9士 T o t a lb i l i r u b i n 0 . 5± GOT(AST) 25β 士 GPT(ALT) 2 8 . 5士 LDH(LD) 392士 VGTP 3 2 . 3士 Ch-E 377士 T .C h o l e s t e r o l 190土 Na 139土 4.84± K C l 104土 WBC 6980士 487土 RBC Hb 1 5 . 1土 H t 44.4士 P l a t e l e t 24土 MCV 9 1 . 9士 MCH 3 4 . 3士 MCHC 3 4 . 1± B a s o p h i l ( % ) 1士 Eosino(%) 2.89土 Seg(%) 5 9 . 4土 Lym(%) 3 2 . 2士 Mono(%) 5士 Lymphocytesubsets 3 9 . 6土 CD4 CD8 3 2 . 6士 6 6 . 4土 CD3 Suplnd(CD45RA) 1 9 . 3土 B(DR) 1 4 . 8土 CD8DR 7 . 3 1士 y δ 0 . 0 6土 2 0 . 9士 N盟主E 笠i 幽 LaboratoryFindings 0 . 5 7 0 . 1 9 4.97 1 4 . 3 70.6 1 5 . 4 8 2 . 6 36 3 . 3 0 . 4 6 1 . 8 5 1394 6 4 . 1 1 . 3 3 . 5 3 3 . 3 6 7.27 8 . 8 5 0 . 4 5 。 1 . 4 5 7.65 7 . 6 1 1 . 0 5 8 . 9 2 6 . 8 2 8 . 9 7 5 . 5 3 . 5 8 3 . 6 5 0 . 0 5 7 . 8 40.6土 3 1 . 8土 69土 2 0 . 5士 1 4 . 8土 7.47土 0 . 0 7土 1 8 . 6土 1 0 . 7 8 . 3 2 9 . 5 7 6目 22 4 . 1 4 4 . 1 9 目。08 6 . 3 3 WithoutI o n s 7 . 1 3士 0 . 5 5 目。5土 0 . 2 1 2 7 . 5士 5 . 0 8 2 7 . 8土 1 5 . 2 418士 9 0 . 5 33.2土 1 6 . 3 4 381土 83目 8 . 3 194土 3 . 4 6 143土 2 4 . 6 8土 0 . 5 7 106土 1 . 7 5 7210士 1717 480± 6 1 . 3 1 4 . 9土 1 . 2 1 43.7士 3 . 7 2 3 . 4± 3 . 3 4 9 1 . 5士 6 . 4 8 3 1 . 3士 2 . 2 3 . 4 4 3 4 . 3± 0 目。88± 0 . 3 5 3 . 8 9土 2 . 4 7 5 6 . 3土 7 . 3 9 3 3 . 9士 6 . 5 1 5 . 6士 2 . 4 6 3 9 . 5士 3 2 . 3土 68士 20士 1 5 . 2士 7 . 2 1土 0 . 0 9士 2 2 . 4士 1 0 . 4 8 . 3 9 8 . 8 5 5 . 9 2 3 . 7 9 3目 76 0 . 0 9 8 . 7 5 球分画ではCD16陽性NK細胞がマイナスイオン暴露後18.6±6.3%，イオン非暴露後は 2 2 . 4 ±8 . 8とマイナスイオン暴露後の低下が i g . 2 。）示された（ F WithoutI o n s W i t hI o n s 。 WithI o n s . 4 7 7 . 1土 0 . 1 8 0 . 5土 0 . 7 2 2 5 . 7土 5 7 . 5 29土 1 361士 5 4 . 4 5 . 4 3 3 . 2士 1 2 . 7 377士 8 2 . 5 193土 4 . 2 3 144土 2 。43 4 . 5土目 106士 1 . 7 8 7580土 1944 482士 5 5 . 8 . 0 6 1 5 . 1土 1 . 1 2 43.7土 3 36 2 3 . 4士 3目 9 1 . 2土 6 . 6 8 . 4 3 3 1 . 5土 2 。55 3 4 . 6土目。 1土 83 3 . 1 1士 1目 . 9 6 6 0 . 7土 5 3 0 . 9士 6 . 6 9 . 0 5 5士 2 ( % )30 20 10 円 b FU 一＋ n a E Q J V M 4Et I l e c r e − − lE l a r U a 勺L N rFE o u 4 . 血液検査所見を示す（T a b l e3）。生化学，白血球数，リンパ球数に差異を認めず，イオン暴露により，肝機能，腎機能などへの障害作用がないことが示された。リンパ I V 考案竜などでは激しい水粒自然界において， j 子の衝突によりマイナスイオンが発生し， 5000個／ cc以上の大量のマイナスイオンが発生することが観察される。この効果はレナード効果といい純粋な放電式による空気中イオンの発生に比べ人体に有害なオゾンの発生もなく，この水破砕式マイナスイオ長期マイナスイオンのヒト生理効果ンは肺胞の深部まで拡散する特徴を有する。 4 ) マイナスイオンの効果については，白験例を含め過去の報告のほとんどは数時間以内の短期暴露試験により検討されてきた I,2, h 従来の研究では，数時間の暴露でも作業能率の改善ペ拡張期血圧の低下などの交感神経緊張度低下が示されている九今回， 3週間の長期に及ぶマイナスイオン暴露試験を行い，アンケート評価による自覚症状の改善が示され，過去の報告に矛盾しない結果を得た。自覚症状スケールは多数あるが，多くは検査に時間がかかりその検査自体が心理的ストレスとなる。今回採用したスケールは関節炎疾患用の AIMS 2を改変したものであり簡便で、あるが，二重盲検にてマイナスイオンのヒトへの有意な心理的な作用が示されたことは有意義である。今後の検討によりさまざまな方面への応用が期待されるものである。快適性の改善については白験例で、マイナスイオンの脳波 α波の増加で報告した I) が，同様に森林浴や温浴の快適性についてもマイナスイオンの関与が考えられる c われわれは広い銭湯での入浴が，狭い浴室での入浴より快適で脳波 α波の高い発現性を示した S) i f , これもマイナスイオンが関与している可能性がある。循環動態や発汗に示される交感神経緊張の改善などは，従来の短時間暴露の検討に比べればその差異は少なかった。今回の検討は，マイナスイオン暴露は深夜に行われ，これらの生理学的検査の測定は時刻 A M 7 :30-8 :3 0のマイナスイオンの暴露終了後であることが関係しているものと忠われる。これら生理学的な指標はマイナスイオン暴露中に出現し暴露終了後マイナスイオンの影響は減少するものと考えられる。過去，短期暴露で検討できなかった人体への障害牲については，血液生化学的に検 1 2 7 討した。一般的な肝臓，腎臓機能などの血液生化学検査での異常は認められなかったことより長期マイナスイオン暴露による障害はないと考えられる。なお同原理の気化＋放電式マイナスイオン発生機器を用いた 1群 6匹のマウスによる先行動物実験で cの高濃度マイナスイオンは， 100万個／ c 28日間暴露で血液生化学・剖検所見において対照群との差異は認めず安全性は示されていると考える 3)c 一方，リンパ球サブセットによる NK細胞の検討では，マイナスイオン暴露でNK 細胞の減少が認められた。過去の免疫学研究では，感染，温熱物理刺激，過酷な運動などの多くの樟類の負荷に対して非特異的なNK 細胞の増加が示されている 9）。これらのストレス性のリンパ球サブセット変動は，ストレス暴露短時間で現れ，ストレス 0∼ 3 0 分間で前値に復するこが除かれると 2 とが示されている。今回マイナスイオン暴細胞の低下が示されたことは，露により NK 免疫学的にもストレスが少ない状態となっていることを示すものである。マイナスイオンのヒトへの作用機序に免疫学的機構の関与も考えられ，今後の研究の進展が期待されるものである。このマイナスイオンのヒトへの効果発現機序は，現在なお明らかとされていない。前述の免疫学的な差異も，あくまでストレス低下による結果であり，効果発現の機序の解明とはいえない。ヒトと空気中マイナスイオンの接点は，表面積が大きく呼吸器官である肺にあると推測される。マイナスイオンは拡散による肺胞への深達度が大きくヘマイナスイオンサウナも熱伝播作用が高くサウナ効果を高めることが示された 5）。筆者は，エルゴメータによる運動能の検討においてマイナスイオンが最大運動量を増加させへさらに嫌気性呼吸代謝闘値 A Tを増加させることを示しており（未発表），この方面からの検討をさらに進めて 1 2 8 いくつもりである。への取込みに関する研究．医学のあゆみ 1 6 3:623-6 2 4 ,1 9 9 2 . v 5 ) Watanabe,I . ,N a r o ,H . ,OhtsukaY . ,Mano,Y . 結語本研究にあたり，マイナスイオン発生装置を作成していただいた松下電工（株）電 R&Dセンター山内俊幸氏に深謝する。（本論分の概要は 2000年 5月小松市第 58回日本温泉気候物理医学会総会で発表した。）器分社日t i ，丸e andA g i s h i ,Y . :P h y s i c a lE f f e c t sOfNεg A i rI o n sI nA WetS a u n a ,JI n t .B i o m e t e o r o 1 2 ,1 9 9 7 . 1 3 9 ,1 0 71 『 6)HawkinsL .H ., BarkerT . :A i ri o n sandhu 凶 manp e r f o r m a n c e:Ergonomic21:2 7 3 2 7 8 , 1 9 7 8 . 7）琉子友男，北一郎，桜井智野風，安松幹展，参考文献相原康二：運動後の疲労回復に対する大気中 1）渡部一郎，野呂浩史，異野行生：空気中のマ負イオンの生理学的効呆．臨床環境医学会イナスイオンが脳波に与える影響，日温気物 1 (3),1 2 1 1 2 6 ,1 9 9 8 . 医誌6 2）渡部一郎，虞野行生：マイナスイオン空気洗 6.34-4 0 ,1 9 9 7 . 8) Yabunaka,M.,O h t s u k a ,Y .,,V I 「 a t a n a b e ,I ., N a r o ,H.A g i s h i .Y . :I n f l u e n c eo fs i z eo fb a t h 浄機による快適環境の創造．臭気の研究 2 9 ne l e c t r o e n c e ont h ea p p e a r a n c eo f日 wavesi (6),4 3 2 4 3 9 ,1 9 9 8 . phalogramsd u r i n gb a t h i n g .] .] .A.P h y s . M. 3）山内俊幸，渡部一郎：創空気システムと空気マイナスイオンの研究・臭気の研究 31 (6) :3 1 9-3 2 5 ,2 0 0 0 . 4）小口喜三夫，段恵軍，高福禄，永田哲士：超微粒子ネブライザーによる水粒子の呼吸気内 B a i n .C l i m .5 9 ,1 0 5 1 0 9 ,1 9 9 6 . 9）渡部一郎，中馬孝容，員野行生，佐川昭：慢性関節リウマチの温泉浴が未梢血 CD8, NK細胞に与える効果．臨床リウマチ学会誌 4:254-2 5 9 ,1 9 9 6 . 連絡先：〒 0 6 08 6 3 8 札幌市北区北 1 5西 7 ( T e l0 1 1 7 0 6 6 0 6 6 , Fax0 1 1 7 0 6 6 0 6 7 ) 北海道大学リハビリテーション科渡部一郎