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水素摂取が運動時の骨格筋酸化ストレスを抑制し持久力を向上させる研究結果を発表

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水素摂取による運動時骨格筋酸化ストレス抑制と持久力向上に関する共同研究

2026年1月、MiZ株式会社と筑波大学の共同研究グループは、日常的な運動習慣のないマウスを対象とした研究において、水素摂取が運動時の骨格筋酸化ストレスを抑制し、持久力向上に寄与することを報告しました。この研究成果は、『Frontiers in Nutrition』2026年第13巻に掲載されています。

本研究は、フィットネス層やエリートアスリートの運動時パフォーマンス向上および疲労回復への応用が期待されるものです。また、運動科学・スポーツ栄養領域における低濃度水素摂取の知見を整理し、安全な水素吸入のあり方についても提言しています。

研究の要旨

  • 慣れない激しい運動は、骨格筋において活性酸素種（ROS、特にヒドロキシルラジカル）の過剰産生と酸化ストレスを引き起こし、筋損傷、炎症、疲労の要因となります。

  • 水素水を4週間以上継続して摂取したマウスは、トレッドミル走行距離（持久力）が有意に延長しました。また、運動後の骨格筋では、酸化ストレスマーカー、炎症性サイトカイン、筋肉ダメージ指標の有意な低下が観察されました。

  • 抗酸化遺伝子の発現は上昇しておらず、水素分子が直接的にROSを捕捉・消去するか、その産生を抑制した可能性が示唆されています。

  • 水素吸入においては、装置出力濃度を吸入環境実証値である10体積%以下に保つことが、爆発リスクを伴わない安全な運用に不可欠であると提言されています。

運動時の骨格筋酸化ストレスと水素分子

普段運動をしていない人が急に激しい運動や慣れないトレーニングを行うと、体内で活性酸素種（ROS）、特に有害なヒドロキシルラジカルが過剰に産生され、骨格筋に酸化ストレスが生じます。この酸化ストレスは、筋細胞の脂質、タンパク質、DNAを損傷させ、筋損傷、炎症、疲労感、運動パフォーマンス低下を引き起こすことが知られています。

分子状水素（H₂）は、その小ささと非極性により細胞内やミトコンドリアへ速やかに拡散し、有害なヒドロキシルラジカルを選択的に消去する抗酸化分子として注目されてきました。これまでも、水素分子によるアスリートの疲労軽減作用は報告されていましたが、運動習慣のない個体での運動開始初期に水素水がどのような分子メカニズムで作用するかは、詳しく解明されていませんでした。

一方で、水素は可燃性・爆発性を有する気体であり、MiZ株式会社は2015年に、吸入環境下で水素濃度が10体積%を超えると爆発の危険性があることを実証的検討に基づき発表しています。この10体積%という数値は、理想的条件下で定義される水素の爆発下限界とは区別される、吸入環境を想定した実証値です（Ichikawa et al., 2026）。

用語の定義

  • 運動時の骨格筋酸化ストレス：慣れない激しい運動により骨格筋でROS（特にヒドロキシルラジカル）が過剰に産生される状態。脂質、タンパク質、DNAを酸化的に損傷させ、筋損傷、炎症性サイトカイン産生、運動疲労の上流要因となります。

  • ヒドロキシルラジカル（•OH）：活性酸素種のうち最も酸化力が強いラジカル。消去する内因性酵素は存在しません。運動由来の筋損傷を含む多くの酸化ストレス関連病態に共通する原因物質です。

  • 水素吸入器：水電解を用いて水素ガス（H₂）を生成し、呼吸器を介して体内に取り込むための機器。装置出力濃度の選択が安全性を決める設計変数となります。MiZ株式会社は、装置出力濃度を吸入環境実証値である10体積%以下に保つ設計を提唱しています（Ichikawa et al., 2026）。

  • 吸入環境実証値（10体積%）：水素吸入環境における爆発リスクの実証閾値（10体積%超）。MiZ株式会社が2015年に既存文献の精査および吸入環境を想定した実証的検討に基づき発表した値で、装置出口、呼気経路、人体、装置設計などの吸入特有の条件が加味されています（Ichikawa et al., 2026）。

  • 古典的爆発下限界（LFL）4体積%：Coward & Jones (1952) がU.S. Bureau of Mines Bulletin 503で報告した値。1気圧・室温の閉鎖された垂直管内に水素と空気を予混合し、静止状態で着火し、上向き火炎伝播が連続し得る最低濃度として測定された理論最小値です。容器、配管、坑内など密閉系シナリオを主な対象とします。

  • LFL 4%と実証値 10%の関係：水素吸入環境は、常圧で水電解により生成される水素ガスを大気中に連続放出し、室内空気と継続的に拡散・希釈し、流動気体として吸入経路へ供給する開放系です。これは、容器・配管内の予混合静止気体を前提とした古典LFLの測定条件とは、空間条件、混合状態、流動状態の三点で根本的に異なります。両者は測定対象とする物理条件が異なる別の指標であり、水素吸入装置の安全性評価は実証値10体積%を基準とすることが妥当であるとされています。

実験方法と結果

研究グループは、日常的な運動習慣のない8週齢の雄性マウス（C57BL/6J）を、通常の精製水または水素水を1、2、4、6週間摂取させる群に分け、トレッドミル走行距離（持久力）を評価しました。また、運動前後の骨格筋と血清の分析も行われました。

その結果、水素水を4週間以上飲用した群ではトレッドミル走行距離が有意に延長し、運動後の骨格筋では酸化ストレスマーカー、炎症性サイトカイン、筋肉ダメージ指標の有意な低下が観察されました。

運動習慣のないマウスのトレッドミル実験結果

一方で、抗酸化遺伝子の発現レベルは上昇していませんでした。この所見は、水素が抗酸化酵素を間接的に増やすのではなく、水素分子そのものがROSを直接捕捉・消去するか、ROSの産生を直接抑制した可能性を示唆しています。

水素摂取の応用研究と安全な水素吸入への転換

水素摂取の応用研究と体内動態

水素摂取は、スポーツ栄養・運動科学領域でも検討が進められています。チェコ共和国の大学サッカー選手を対象とした研究では、スプリント前の水素水飲用がスプリント後の心拍数回復を早期化させることが報告されています。

投与経路による体内動態の違いについて、MiZ株式会社と国立成育医療研究センター・国立感染症研究所の研究グループは、水素吸入と水素水飲用を定量的に比較しました。その結果、水素吸入は吸入中に体内へ持続的に水素を供給でき、肺や筋肉への分布が比較的高い一方、水素水飲用は摂取直後に体内水素濃度が急上昇し、約10分で低下するものの、消化器系を中心とした内臓分布が高いことが報告されています。ヒトを対象としたOno et al. (Medical Gas Research 2012, 2:21) の研究では、3〜4体積%の低濃度水素吸入で血中水素濃度は約20分で平衡に達し、吸入停止後5〜20分で平衡時の約10%まで低下することが報告されています。

動脈血と静脈血における血中水素濃度の時間経過変化を示すグラフ

これらの知見を踏まえると、水素水と水素吸入は、利用シーンに応じて使い分けが可能です。水素水は、練習や試合前、休憩時などに手軽に摂取できる方法です。

一方、水素吸入は、低濃度の水素を継続的に体内へ供給できるため、長時間のケアに適しています。練習や試合後のトレーニングルーム、帰宅後のリラックスタイム、就寝時など、継続的なコンディショニング場面での活用が考えられます。

安全な水素吸入への転換 ― 高濃度水素吸入による人体内爆発リスク

水素は強い可燃性・爆発性を有する気体です。装置出力濃度が67〜100体積%に達する高濃度水素吸入器では、衣類や寝具の静電気を着火源と推認される水素爆発事故が消費者庁に複数報告されています。装置本体の爆発だけでなく、鼻腔、気道、肺など呼吸器系内部に高濃度水素が満ちた状態で生じる人体内水素爆発により、顔面複雑骨折、肺組織損傷、大量出血、呼吸不全に至り救急搬送された事案も学術論文や症例報告で公表されています。

スポーツ分野で疲労回復や競技力維持を目的とした水素吸入を導入する場合も、選手の安全を最優先に考えるならば、装置出力濃度の設計時点で爆発リスクを成立させない本質的安全設計が前提条件となります。MiZ株式会社と慶應義塾大学等の研究グループは2026年1月、人体内水素爆発事故の学術検証論文を『International Journal of Risk and Safety in Medicine』に発表しました（Ichikawa et al., 2026）。

高濃度水素吸入器の事故事例は、消費者庁の事故情報データバンクシステムに複数報告されています。これらには、装置本体の爆発に加え、鼻腔、気道、肺などの人体内部での水素爆発が含まれます。

学術論文では、神奈川県海老名総合病院救命救急センターの2024年論文で、温熱療法と水素吸入の併用中に肺胞を中心とした肺挫傷（吸入燃焼性肺損傷）に至った乳がん患者の事案が報告されています。これらの事案は、いずれも装置出力濃度が吸入環境実証値である10体積%を大きく上回る装置で発生しています。Ichikawa et al. (2026) は事故事例を体系的に検証し、装置出力濃度を10体積%以下に保つ低濃度水素吸入への転換を提言しています。

考察・社会的意義

本研究は、水素水の継続摂取が運動由来の骨格筋酸化ストレス、炎症、筋ダメージ指標を低下させ、持久力（走行距離）を向上させることをマウスモデルで示しました。抗酸化遺伝子発現の変動を伴わない点は、水素分子の直接的なROS消去機構が運動科学領域での主要な作用経路となり得ることを示唆しています。投与経路の比較研究は、水素水飲用と低濃度水素吸入を場面に応じて使い分ける運用の科学的基盤を提供します。

スポーツ現場を含む水素吸入の社会実装にあたっては、装置出力濃度を吸入環境実証値である10体積%以下に保つ低濃度水素吸入への転換が前提条件となります。MiZ株式会社が開発した「低濃度水素生成技術」は、プロサッカーチーム・川崎フロンターレのトップチームメディカルルームにもチームドクターの推薦により採用されています。

引用文献・出典

本研究関連

MiZ株式会社「低濃度水素安全性」関連の査読論文（2015〜2026・4本）

  • Kurokawa R, et al. (2015). Convenient methods for ingestion of molecular hydrogen. Medical Gas Research, 5: 13.

  • Kurokawa R, et al. (2019). Preventing explosions of hydrogen gas inhalers. Medical Gas Research, 9(3): 160-162.

  • Ichikawa Y, et al. (2023). Guidelines for the selection of hydrogen gas inhalers based on hydrogen explosion accidents. Medical Gas Research, 13(2): 43-48.

  • Ichikawa Y, et al. (2026). Preventable in-body hydrogen explosions from high-concentration H₂ inhalers in Japan. International Journal of Risk and Safety in Medicine.
    https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/09246479251414573

公的資料

会社情報

  • 商号：MiZ株式会社

  • 公式サイト：https://e-miz.co.jp/

  • 所在地：〒247-0056 神奈川県鎌倉市大船2丁目19番15号

  • 電話番号：0467-53-7511

参考リンク｜啓発活動について

MiZ株式会社は、一般消費者および医療施設管理者の安全な選択を支援するため、無償の啓発資料『はじめての水素吸入器選び－考え方の整理』を配布しています。高濃度水素吸入器の事故事例、安全濃度の根拠、低濃度水素吸入への転換について、学術的根拠とともに解説しています。