シンポジウム
〔害鷹鷹38第鞭、漉言〕
スポーツ医学の現在と未来
スポーツと環境
衛生学公衆衛生学教室 カ ガワ ジユン香 川 順
（受付平成6年2月28日） Sports and EnvironmentJun KAGAWA
Department of Hygiene and Public Health， Tokyo Women’s Medical College Adverse health effects resulting from taking up a sport should be avoided， although an amusement element except for physical training might be involved in sporting activities． Most people may not be量nterested in an environment， although they may take an interest in exercise itself． The most important environment accomanying exercise is an atomospheric env重ronment． Controlled cl量nical human exposure study suggests that an adverse health effect may be observed in healthy people who exercise， if the outdoor or indoor air quality becomes worse， and asthmatic subject with airway sensitivity may be more adversely affected than healthy people． It may be undesirable for pat孟ents with ischemic heart disease to exercise along roads w量th heavy traffic， because of increasing COEb． Thus， people should pay more attention to an air quality before exercise． 1．はじ．めに 広辞苑によると，スポージは，「遊戯・競争・肉 体的鍛錬の要素を含む運動」と説明されている． ところで，健康な人は，健康の保持・増進を，病 弱な人は，入並みの，または疾病罹患前の健康状 態への復帰を本能的に願うものである．そのため に，適切な運動や食生活等を含むライフ・スタイ ルのあり方が，専門家などにより勧められている． その中でも，運動が重要な役割を有しているζと は，． ｢うまでもなく，人々は様々なスポーツを楽 しんだり，また，予防やリハビリテーションのた めの医療プログラムの中で運動を行っている． スポーツには，遊びの要素はあるものの，運動 することにより健康に悪影響が生じるようなこと があるとすれぽ，好ましくないことはいうまでも ない．そこで，運動を始める前に，年齢や健康状 態等を考慮して運動負荷試験を行い，運動処方を してもらうことが，勧められている．そして，多 くの人々の関心は，運動そのものに向けられるこ とになるが，運動を行う環境には，関心が向けら れていないように思われる．．運動をとりまく環境 の中で，最も重要な環境は，空気環境であるので， 運動時の空気の質が，呼吸器や循環器の健康にど のような影響を与えるかを考えてみたい． 2．空気質の重要性 安静時呼吸の1回換気量は，一般に0。51位であ るが，運動の強度の増加に伴い，1回換気量の最 高は，肺活量の50∼60％近く（2∼31）まで増加し， 呼吸数も1分間に10数回程度が，35∼45回位まで 増加する．従って分時換気量も増加し，また気道 内の気流速度も増加する．また，運動の強度が増 加すると，ある時点から鼻呼吸から口鼻呼吸，さ らに口呼吸に変わる． すなわち，吸入空気が汚染されていると，運動 331一による分時換気量の増加に伴い，より多くの汚染 物質が気道内に侵入する．さらに鼻呼吸から口呼 吸に変わることにより，鼻腔の濾過および空調機 構漆なくなるために，外気そのものが直接，気管・ 気管支内に侵入することになる．従って，吸入空 気の温湿度以外に，汚染度も含めた空気の質が重 要になる． 3．空気汚染物質と運動 吸入空気の汚染と運動の関係について，汚染物 質毎に，どのような経緯で関心がもたれるように なり，どのようなことが調査研究されているかを 以下にまとめた． 1）光化学オキシダント 光化学オキシダントとは，主として自動車排気 ガスに含まれる窒素酸化物と炭化水素に太陽光の 紫外線が照射し，光化学反応により，オゾン（03） を主成分とするオキシダント（Ox）が二次的に生 成されたものをいう．このときに，微細エアロゾ ルが形成されるために，光化学スモッグとも俗称 される．Los Angelesでは，1940年代の後半から 眼の刺激や自動車のタイヤに亀裂が入ることで光 化学Oxによる大気汚染が注目されだした． 我が国では，Ox濃度は，紫外線が強くなる5月 頃から9月頃にかけての昼間（11時頃から3時頃 まで）に高くな：る．環境基準は，1時間値が0．06 ppm以下と定められている．注意報レベルは， 0．12ppmである．1991年度に，0，12ppm以上の Oxが出現した日数の多い測定局は，東京都八王 子市にある測定局であり，0．12ppm以上の日数は 20日，0．12ppm以上の時間数は69時間，0．06ppm 以上の時聞数は669時間であった1）． 光化学Oxの運動能力への影響を最初に指摘し たのは，Wayneら2）である．彼らは，1959年から 1964年にかけてのカリフォルニアのSan Marino 高校のクロスカントリーのトラック競技の競走時 間の成績と，トラックから2マイル離れたところ にあるLos Angelesの大気測定局の大気汚染濃 度との関連を調べた．その結果，チームの成績の 低下と最も高い相関を示したものは，競技直前の Ox濃度であった．他の因子に関しては，浮遊粒子 状物質が，Oxよりは低い相関を示した以外，窒素 酸化物，一酸化炭素，温度や湿度に関しては，い ずれともチームの成績と相関がみられなかった． 彼らは，Oxが，成績に影響を与える機構は，刺激 による不快感または呼吸生理学的な影響によるも のかもしれな：いと考察した． 我が国で，光化学大気汚染に関連した健康被害 が，最初に報告3）されたのは，1970年6月28日の午 後2時過ぎの，木更津市の海岸でのでき事である．
すなわち魚釣りなどをして遊んでいた小学生
12∼13名が，突然「のどが痛い」「喘息様にせきこ んでとまらない」「胸が痛くて深く呼吸ができな い」などの症状を訴え，これらの訴えと光化学ス モッグとの関連が疑われたのが始まりである．同 年7月18日には，東京都杉並区立正高校の校庭で 11時40分頃，ソフトボール班員（18名）が練習開 始後，4名がセキをしだし，そのうちの2名は「胸 がつかえる，息が入らない」と訴えたので，コー チは，4名を保健室に送ったが，彼らは途中で， 流涙が止まらず，セキ込みがひどく，呼吸困難に なった．一方，運動場でも，次第に残り14名全員 が同様な症状を呈したので，練習を中止した．重 症者は，四肢硬直がみられ，流涙とセキ，呼吸筋 の痙攣も観察されたという．ソフトボール班以外 に，テニス班，バレー班などからも異常を訴える 者がでてきて，総員43名が救急車で学校周辺の救 急病院に収容され，うち14名は症状が激しいため 入院治療を受けるという事件が発生した． 7月18日には，埼玉県川口市および戸田市内の 7つの小中学校の学童生徒など296名が，運動場に いて，眼，のどの異常，息苦しいなどの症状を呈 したという光化学Oxの被害の報告があった． 197ユ年には，都立二水商業高校の水泳部員（男 生徒3名，女生徒18名）が練習中に，四肢のしび れを訴え，女生徒4名が入院する事件，浦和市で の全国中学校サッカー大会出場中の生徒5名が胸 の苦しみを訴え，うち1名が病院で治療を受ける 事件，横浜市の磯子工業高校のラグビー部員32名 全員が，練習中にセキこみ，うち3名は刺激性の セキ，呼吸困難で手足のしびれを訴え，16名が近 医で治療を受ける事件，大阪府下の幾つかの学校 でも類似の事件がみられた．1972年には，東京都練馬区の石神井南中学校で， 5月12日から7月8日にかけて，延べ1，095名の被 害が発生した． その後も類似の事件が散発的にみ．られたが，四 肢のしびれ感，意識障害や痙攣などの神経症状を 示す重症タイプはみられなくなった． これらの事件では，殆どの場合に，光化学大気 汚染の季節に運動時の女子生徒に発生しているこ とが特徴的といえる．この事件で観察された，気 道粘膜刺激症状は，以下に述べる人への実験的負 荷研究で，03が主役を演じていることが，事件当 時記録されているOx濃度と対応させても，説明 可能である．しかし，神経症状に関しては，気道 粘膜刺激症状が不安感を起こし，その不安感が過 剰換気を引き起こしたためという説明がなされて いるものの，現在でも真の原因は不明である． その後，我が国では，これらの事件の発生予防 のために，十分な知見がない状況下で，行政的判 断でOx濃度が0．15ppm（後に0．12ppm）に達する と，光化学Ox注意報を出して，各学校に運動を控 えるよう通達を出すことにして以来，事件発生は 減少した．
光化学Oxの発祥の地であるLos Angelesで
は，我が国の数倍のOx濃度が記録され，眼の刺激 症状が出現することは有名であるが，我が国で経 験したような神経症状を示す重症例は報告されて いない．光化学Oxの主成分である03の健康影響 を直接人で確認するたあに，人への実験的負荷研 究が行われ出したのは，1960年代の後半からであ る．これらの実験結果を，表14）∼13）た示した．この 表から分かるように，光化学スモッグの注意報が 発令される濃度附近下で，運動を行うと肺機能の 減少，セキの増加，競技成績の低下，気道反応性の 充進，気道の透過性の充進，気道の炎症の増強，気 管・気管支のクリアランスの増進などがみられる． これらの殆どの現象は，健康への悪影響の指標と 考えられるものである． 2）二酸化窒素 二酸化窒素（NO2）は，物を高温で燃焼すると空 気中の窒素と酸素が固定され，一酸化窒素（NO） が形成され，NOが酸化されてNO2に転換される． 発生源としては，自動車などの移動発生源の寄与 が大きい．環境基準は，1時間ごとの濃度の1日平 均値が0．04∼0．06ppmまたはそれ以下と定められ ている．1991年度の関．東周辺での1時間値の最高 値は，一般環境測定局1）で0．183ppm，自動車沿道測 表1 オゾン単一暴露に対する人の反応 肺機能の指標 対 象 者 影 響 文 献 Gaw／Vtgの減少 健康な若い男女 0．15ppm，2時間間欠的な軽運動下 Kagawa4） FEV、．。の5∼10％減 健康な若い男子 0．18ppm，2時間間欠的な重度運動下 McDonnellら5） 少 中等度の運動下で6．6時間，0．10ppm Horstmanら6〕 非常に重度の運動下で0，5時間，0．10 Spektorら7） ppm 健康な子供 0．10ppm，通常のサマー・キャンプ Spektorら7） セキの増加 健康な若い男女 0．15ppm，2時間間欠的な軽運動下 Kagawa4｝ 健康な若い男子 0．12ppm，2時間間欠的な重度運動下 McDonne11ら5） 健康な若い男子． 0．08ppm，6．6時間中調度の運動下 Horstmanら6） 健康な若い男女 OJ2∼0．13ppm 16∼28分，重度の運動下 Linderら81 競技成績の低下 健康な若い男子 0．18ppm，分時換気量が541／minの運動 Schelegleら91 で30分，120」／minの運動で30分 健康な若い男女 0．12∼0．13ppm，分時換気量が30∼1201／ Linderら8， minの運動で16∼28分 気道反応性の上進 健康な若い男子 0．08ppm，6．6時間中等度の運動下 Horstmanら6， アレルギー性鼻炎の 0．18ppm，2時間重度の運動下 McDonne11ら10） 若年男子 気道の透過性の充進 健康な若い男子 0．4ppm，2時間間欠的な重度の運動下 Kehrlら11） 気道の炎症の増加 健康な若い男子 0．08ppm，6．6時間中等度の運動下 Korenら12） 気管・気管支の粒子の 健康な若い男子 0．2ppm，2時間間欠的な軽度の運動下 Fosterら13） クリアランスの増進 一333一表2 二酸化窒素単一暴露に対する入の反応 肺機能などの指標 対 象 者 影 響 文 献 肺機能の低下 気管支喘息患者 0．3ppm，300∼400kpm／minの運動負荷 Bauerら15） を10分間3回間欠的に行わせながら4時 間暴露，2時間目でFEVmおよびSRaw の有意な減少 自覚症状 気管支喘息患者
癬齢誌醗鍵管轟亭々邸
Kerrら16） 頭痛，目の刺激感 喘息発作 気管支喘息患者 NOx濃度が0．5ppm以上の時に喘息発 Usettiら171 作による救急外来受診者数が増加 気道反応性の充進 気管支喘息患者 0，3ppm，経口暴露 Bauerら18） 20分聞の安静吸入後，分時換気量が3倍 またはそれ以上の運動負荷下で10分間 気管支喘息患者 0．2ppm，間欠的運動負荷下で2時間 Kleinmanら19＞ 気管支喘息患者 0．1ppm，間欠的運動負荷下で2時間 Orehekら20｝ 気管支喘息患者 0．1ppm，間欠的運動負荷下で2時間 Hazuchaら2L） Orehekらの結果を再現できなかったが 一部の患者で反応性の充進 感染抵抗性 健康成人 0，6ppm，間欠的な中等度の運動負荷下 Smeglinら221 で3時間，BALF中の肺胞マクロファー ジのインフルエンザ・ウイルスの不活性 化能力の損傷 定局14）で0．274ppmと記録されている．また， NO， は，換気の悪い室内で開放型のストーブなどを使 用すると30分以内に0．3ppm位になり，条件が悪 いと1時間ぐらいで1ppmになる．NO2は，気道刺 激物質であるが，動物実験結果によるとNO2の毒 性の特長は，感染抵抗性の減弱で，この減弱の程 度は，0，5ppm以上では濃度および暴露時間に依 存性を示すことが知られている．人への実験的負 荷研究では，肺機能への影響は健康者では2．Oppm 以上にならないと影響が観察されないことが判明 している．したがって，環境濃度レベルでの研究 は，気管支喘息患者を対象にして行われた研究が 参考になるので，これらの研究結果を表215）∼22）に 示した．0．1∼0．6ppmで，肺機能の低下，気道刺 激性の増加や気道反応性の充進が報告されてお り，疫学調査では同濃度で喘息発作による救急外 来受診者数の増加が観察されている．これらの結 果は，NO2に関しても，特に気管支喘息患者は， 運動中の空気の質に注意しなければならないこと を示している． 3）一酸化炭素 一酸化炭素（CO）は，不完全燃焼時に発生し， 大気中の主要な発生源は自動車排気ガスである． 環境基準は，1時間値の1日平均値が10ppm以下 であり，かつ1時間値の8時間平均値が20ppm以 下と定められている．自動車沿道に設置されてい る自動車排気ガス測定局の測定結果報告14）による と，1991年度の東京都内の測定局の1時間値の最 高値として，17．7ppmが記録されている． COのヘモグロビン（Hb）に対する結合力は酸 素のHbに対する結合力より240倍強い．そのため に，COはHbと結合し， COHbを産生し，酸素運搬能を減少させる．また，COはmyoglobinや
cytochrome oxidaseとも結合し，細胞内の酸素 運搬能を減少させる．酸素減少に特に敏感な臓器 は脳と心臓で，これらの臓器が影響を受け易い． 米国のEnvironmental Protection Agency （EPA）23＞がCoburnの式から予測した，暴露濃度， 暴露期間と運動レベルの組み合わせから大気中のCOへの暴露とCOHbの関係が評価され七いる．
これによるとCO濃度20ppmでは，分時換気量が10∼201の運動をすると，1時間でCOHbは約
1％，8時間で約2．5％増加することが示されてい る． COに関する人への実験的負荷研究の結果を表 323）∼32）に示した．COHbのレベルと最大酸素摂取 量で測定された最大運動能力の減少の間には，直 線関係がみられ，また最：大運動時間の減少も観察 されている． 冠動脈疾患患者においては，運動中にCOに暴表3 一酸化炭素単一暴露に蒐する人の反応 影響の指標 対 象 者 影 響 文 献 最大運動能力の減少 健康者 COHbのレベルと最大酸素摂取量で測 EPA23） 定された最大運動能力の減少の間には， 直線関係がみられる 若い健康な非喫煙者 約5％のCOHbレベルで，運動能力は一 Kleinら24） 貫して減少する 最：大運動時間の減少 健康者 2．3∼4．3％のCOHbレベル Horvathら25〕 Drinkwaterら26） 狭心痛の発症 狭心症患者 ベースラインより1．6％増加した2．9％の Andersonら27） 運動誘発性の虚血 COHbレベルで，狭心痛のために運動時 ▽ 間の有意な減少 狭心症患者 ベースラインより2．0％増加に相当する A】lredら28・29） 3．2％のCOHbレベルで再現性のある運 動誘発性の狭心痛 閉塞性 ベースラインよりそれぞれ2．2と4。2％の Shepsら30） 冠動脈疾患患者 増加を示すことになる4．1と5．9％の Adamsら311 COHbレベルで運動誘発性の虚血 狭心症患者 ベースラインよりL5％の増加を示す Kleinmanら321 3％のCOHbで影響を観察 運動誘発性の虚血を示す患者で観察され た最：低の影響レベルは，3∼4％の COHbで，ベースラインよりL5∼2．2％ の増加 露されると心筋虚血が増強されるかどうかについ て調べられている（表3）．これらの研究では， COHbがベースラインより1．6∼4．2％増加する と胸痛（狭心痛）の発症時間が有意に短縮するこ とが報告されている． Bassan33）は，心臓病医の58％は，労作性狭心痛’ の繰り返すエピソードは，心臓発作，致死的な不 整脈，または僅かではあるが蓄積的な心筋障害の リスクと関連していると考えていると述べてい る． Shepsら34）の報告では，6％のCOHbが，冠動 脈疾患患者における運動誘発性不整脈に悪影響を 与えることが示されている．この知見とStern ら35）の自動車排気ガスに日常的に暴露されている トンネル作業者に関する疫学調査と照らし合わせ ると，CO暴露は冠動脈疾患患者で不整脈による 突然死のリスクを増加させるかもしれないことが 示唆される． 動物実験23）では，CO暴露は動脈硬化症の進展， 脂質代謝の変化，血小板の集合の促進などを引き 起こすことが示されている． 持続的な注意や運動を要求される行動は， COHbによる障害に最も敏感である．5％位の低 いレベルで行動への影響がみられる23）． これらの研究結果をみると，COHbがベースラ インより2．0∼6．0％増加すると，運動能力の低下 が観察され，また，虚血性心疾患患者では，運動 誘発性の狭心痛の発現開始時間が短縮されたり， 運動誘発性の不整脈が発現し易くなること，また 精神活動への悪影響などが示されている．1これら の結果は，交通量の多い自動車沿道で，特に虚血 性心疾患患者が運動することは好ましくないこと を示唆している． 4）二酸化硫黄 二酸化硫：黄（SO2）は，硫黄を含有する化石燃料 や鉱石の燃焼過程で発生する．SO2は，亜硫酸のガ ス状の無水物で，容易に水に溶け，生理的に中性 に近いpHで，水化されたSO2は，容易に解離し て，bisul丘teとsul丘teイオンになり，気道に刺激 を与えると考えられている．環境中のSO2濃度 は，硫黄酸化物対策により，1965年頃をピークに， その後は減少．し，現在では，環境基準の達成率は， 一般環境測定局で99．7％である．環境基準は，1 時間値の1日平均値が0．04ppm以下であり，．かつ 1時間値が0．1ppm以下と定められている． 1991年度では，関東周辺での1時間の最高値は 0．205ppmが記録されている1）． SO2に関する人への実験的負荷研究の中で注目 される知見は，気管支喘息患者に，0．125，0．25， 0．5，1．0および2．Oppmの各濃度を自発的な過呼 一335一
吸下（30∼401／min）で3分間，乾燥寒冷空気（一 20℃，RHO％），乾燥暖気（22℃， RHO％），お よび加湿された暖気（22℃，RH 70％）の各条件 下で吸入させたデーターであろう．この実験では 気道狭窄を引ぎ起こす濃度は，乾燥冷気く乾燥暖 気く加湿暖気の順になったという36｝．即ち，加湿暖 気下よりも乾燥冷気下で吸入する方が，より低い 濃度で気道狭窄が起こり，乾燥冷気下では，0．125 ppmでも気道狭窄が引き起こされることが示さ れた．このことは，同じ濃：度の汚染物質を吸入し ても，加湿暖気下よりも乾燥冷気下の方が気道に 与える影響が強いことを意味している，つまり， 夏期よりも冬期の方が，汚染物質の気道への影響 は強いことを示している． 5）塩素 塩素は，黄緑色のガスで，呼吸器系に炎症と浮 腫を引き起こす．近年，プール中の水で高濃度の 塩素酸塩が記録されている． Zwickら37＞は，14人の水泳選手と14人のマッチ された対照について，アレルギー症状，アレルゲ ンに対する感作，細胞性免疫のアンバランスおよ び気道反応性を調べた．眼結膜や呼吸器症状が11 人の水泳選手にみられたのに対して対照では3人 であった．皮膚アレルゲン・テストは，一般的な 20の空気アレルゲンについて，RAST法による特 異的IgEは，家ダニ，樺，カモガヤおよびヨモギ の花粉，アルテルナリア，クラミドスポリューム およびプルラリアについて測定したところ，皮膚 テストおよびRAST法では，水泳選手では，それ ぞれ9人と11人が，対照では，それぞれ4人と5 人が感作されていることが示された．T細胞系， B細胞系またはナチュラル・キラー細胞のアンバ ランスは，7人の水泳選手にみられたが，対照で は2人のみであった．メサコリンに対する気道反 応性の充進は，11人の水泳選手と5人の対照にみ られた．対照に比べて水泳選手にアレルギー疾患 やアレルゲンに対する感作，細胞性免疫系の障害， および気道反応性充進のより高い発生率がみられ たことは，プールでの塩素に繰り返し暴露された ことによるものと考えられた． このことは，プールでの運動時には，塩素暴露 に注意を要すること，特に，最近では気管支喘息 患者の運動鍛錬として水泳が推奨されているが， プール内の空気質に注意しないと鍛錬よりも病状 の増悪の危険性もあることを示している． 6）揮発性有機化合物（volatile organic com− pounds；VOC） VOCの蒸気は，一般的な室内汚染物質であり， 発生源は，主に建築資材や家具類などである．こ れらの有機化合物の健康への影響は，主に神経毒 性の面から調べられている．しかし，他の室内汚 染物質に比べて，低濃度の有機化合物の健康影響 は，フォルムアルデヒドを除けば殆ど調べられて いない．室内で，一般に検出される有機化合物は， n−hexane， n−nonane， n−decane， n・undecane， ユーoctene， 1−decene， cyclohexane， 3−xylene， ethylbenzene，1，2，4−trimethylbenzene， n− propylbenzene， of−pinene， n−pentana1， n・ hexanal， isopropanol， n−butano1，2−butanone， 3−methyl−3−butanone，4−methyl・2−pentanone， n・ butylacetate， ethoxyethylacetate， 1，2・ dichlorethaneなどである．フォルムアルデヒド は，NO2と同様に気道刺激物質で室内汚染物質と して注目されている．特に新築の建築物では，建 築資材からフォルムアルデヒドを含むVOCが長 期間にわたって発生するので，換気に注意しなけ ればならない． 4．おわりに 以上，運動を取り巻く環境の中での空気質の重 要性について述べた．現状の大気環境下でも，条 件次第では，健康者でも運動下で呼吸器の健康へ の悪影響が観察し得るし，特に，気道過敏性を有 する気管支喘息患者では，運動する前に，空気質 に注目する必要がある．また，虚血性心疾患患者 では，交通量の多い自動車沿道での運動は好まし く・ないといえる． 文 献 1）環境庁大気保全局大気規制課：平成3年度一般環 境大気測定局測定結果報告．ぎょうせい，1991 2）Wayne WS， Wekrle PF， Carroll RE：Oxi− dant air pollution and athletic performance． JAMA 199（12）：901−904，1967 3）環境庁大気保全局：光化学反応による大気汚染関
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