高浓度氢氧吸入对下肢血流动力学、肌肉柔韧性、关节活动范围和垂直跳高影响的单盲交叉研究《日文》

目的：本研究探讨了吸入高浓度氢气和氧气混合气体后，下肢血流动力学、下肢柔韧性、关节活动范围和垂直跳高之间的关联。

方法：我们调查了健康成年男性吸入高浓度氢气（约68%）和氧气（约32%）混合气体及空气（安慰剂）对血液流动和身体功能的影响。测量了下肢血管直径、血流速度、直腿抬高角度、脚跟-臀部距离、踝关节活动范围、小腿前倾角度和垂直跳高。使用两因素方差分析进行统计分析，这两个因素是吸入的气体和时间点。此外，计算并检查了气体吸入前后各测量项的比率，使用了Wilcoxon秩和检验、独立样本t检验和Welch检验；p<0.05表示统计显著性。

结果：在主要效应和/或任何测量项之间没有观察到交互作用。关于气体吸入前后各测量项的比率，只有在吸入高浓度的氢气和氧气混合气体后，血流速度比率显著增加（p=0.02）。

结论：吸入高浓度的氢气和氧气混合气体可能会提高下肢的血流量。

介绍

氢气研究始于Ohsawa等人让脑缺血后的大鼠吸入高浓度氢气+氧气，并研究其效果1)。在这项研究的结果中，人们发现氢气表现出强大的抗氧化作用，选择性地去除活性氧。此外，Hayashida等人在大鼠中创建了心肌阻塞模型，并报告了与Ohsawa等人相同的结果1）2）。此后，人们对氢气的抗氧化作用进行了研究，氢气的作用包括：1）强大的抗氧化作用，2）优异的细胞渗透性，3）正常细胞的抗凋亡特性，4）抑制炎症反应3）4）。着眼于这些效果，报道了缓解术后佛痛、促进癌细胞凋亡、对糖尿病的效果等5–7)。Miura等人报告了通过摄入氢气改善外周血流的效果，Matsuoka等人报告了氢气对重症失血性休克的效果，即复苏后2小时内血压稳定和代谢稳态的维持8)9)。因此，研究表明，吸入氢气也可能影响血流和血流动力学，并报告了对血流量的影响。

关于下肢血流量与下肢灵活性和关节活动范围之间的关系，有报道称下肢温水浴后皮肤血流量增加，踝关节背屈活动范围改善10)。此外，Hatakayama等人报道称，经皮二氧化碳吸收疗法可增加外周血流量并降低半尾肌的肌肉硬度11)。这样，虽然下肢血流的改善可以改善下肢柔软性和关节可动范围，但没有调查吸入氢气对下肢血流动力学和下肢柔软性、关节可动范围、垂直跳跃高度的影响的报告。如果吸入高浓度氢气改善血流，改善肌肉灵活性和关节活动范围，则垂直跳跃等下肢功能被认为很重要的运动表现也可能得到次要改善。

综上所述，如果吸入高浓度氢气对血流、身体功能和运动表现产生上述影响，那么氢气吸入疗法和物理疗法在运动功能和心肺功能方面可能会产生协同效应。换句话说，我们认为这可能是物理治疗所涵盖的各个领域的有用信息，并可能成为研究吸入高浓度氢气和氧气的影响的理由。本研究的目的是探讨吸入高浓度氢氧气体后下肢血流动力学与下肢柔韧性、关节活动范围和垂直跳跃高度的关系。假设是吸入氢气会增加下肢血流，增加下肢灵活性、关节活动范围以及垂直跳跃高度。

目标和方法

1.目标 研究对象为同意本研究的10名成年男性（以下，平均值±标准差，年龄：25.7±2.9岁，身高170.3±3.1 cm，体重：63.5±5.8 kg，BodyMassIndex：21.9±1.4 kg/m2）。惯用手有8名右撇子，2名左撇子。右脚9人，左脚1人。选择标准是：1）四肢无佛痛或运动障碍，无下肢手术史的成年男性；2）无内脏疾病或循环器官疾病，身体健康。仅限于男性的原因是为了尽可能减少受试者之间的偏见和混淆因素。排除标准是测量时下肢有佛痛、全身状态疲惫不堪、既往有下肢手术史、骨折史等伤害史。本研究是在昭和大学人类研究伦理委员会的批准下进行的（批准号：22-122-A）。此外，在进行本研究时，使用伦理委员会批准的文件向受试者解释了研究内容，并获得了受试者的书面同意。

2.研究设计

为了减少受试者之间的偏倚，研究高浓度氢气+氧气吸入是否会改变下肢血流量、关节活动范围和肌肉灵活性，采用了交叉设计。在第一次测量中，受试者被随机分配到高浓度氢气+氧气吸入组（n=5）和安慰剂气体（大气）吸入组（n=5）。经过一周或更长时间的洗脱期（8.1天[7-14天]，平均值[最小-最大]）后进行第二次测量。在第二次测量中，通过更换各组吸入的气体来进行类似的测量，并将各组的总人数分配为10人（图1）。 

3.实验程序

在气体吸入前后测量了腘动脉的血管直径、血流速度、下肢伸展举上（straight leg raising：以下简称SLR）角度、跟臀部间距离（heel buttock distance：以下简称HBD）、踝关节活动范围（背屈、底屈）、小腿前倾角、垂直跳跃高度（图1）。根据过去的报告，骨骼肌的氢浓度比大脑和器官等其他器官更晚达到平台期，大约需要30分钟12)。因此，本研究中的气体吸入时间设定为1小时，此时骨骼肌中的氢气浓度已充分达到平台期。在吸入气体过程中，为了避免自主神经过度兴奋，指示受试者保持仰卧位或俯卧位的放松状态，吸入气体后尽早开始测量。

4.吸入气体

研究中使用的高浓度氢气+氧气是使用氢气+氧气发生器（Helix Japan Co.,Ltd.，Hycellvator ET100）产生的。生成的气体成分约为68.0%的氢气和32.0%的氧气。生成的高浓度氢气+氧气或安慰剂气体（大气）用鼻插管经鼻吸入。虽然氢气是易燃的，但设备制造商已经进行了安全检查，保证在非密封房间内具有很高的安全性。另外，在气体吸入过程中，氢氧气体发生装置周围严禁明火。

5.血流測定方法

血管直径和血流速度的导出使用超声波诊断装置（佳能医疗系统公司，Aplio400）和线性探头（频率：7.5 MHz）。测量部位为双侧腘动脉，以俯卧位进行测量。在横断面扫描中结合彩色多普勒方法识别腘动脉的部位，在纵断面扫描中描绘血管走行，并使用脉冲多普勒方法记录血流速度波形（图2）。此时，超声波束的测量角度被绘制为小于或等于60°13)14)。根据获得的血管截面图像测量血管直径，并根据血流速度波形测量收缩期最大血流速度（图3）。收缩期最大速度测量5个脉冲，第一个和第五个脉冲将除去眼睛的中间3个脉冲的平均值作为收缩期最高血流速度（解析值）。测量在两侧进行，测量收缩期最高血流速度的肢体作为分析对象，在所有分析方法中都使用该值。测量是由一名物理治疗师进行的。预先计算了表示测量可靠性的类内相关系数（intra-class correlation coefficients：以下简称ICC（1，1））15–17）和测量的标准误差（standard error of the measurement：以下简称SEM）17）18）。结果显示，血管直径的ICC(1,1)为0.75，SEM为0.47，血流速度的ICC(1,1)为0.77，SEM为8.35。与其他家庭的报告相比，评价为OK~good 16)17)。6.关节活动范围、肌肉灵活性和垂直跳跃高度的测量方法踝关节活动范围（背屈、底屈）和SLR角度使用神中式测角仪（村中医疗器械株式会社，MMI测角仪）根据日本骨科学会和日本康复医学会的标准进行测量。小腿前倾角是参考Bennell等人的方法，用神中式测角仪测量负载位置垂直线与小腿长轴之间的夹角（图4a）19）。HBD参考Ito等人的报告，用卷尺测量了俯卧位、小腿远端负重3公斤的重物弯曲膝盖时脚后跟和臀部之间的最短距离（图4b）20)。垂直跳跃高度使用数字垂直跳跃测量仪（TOEILIGHT公司制造，Jump Meter MD）测量（图4c）。测量时的条件是允许摆动手臂，并指示他们尽量跳到正上方，不要向前或侧向跳跃。关于关节活动范围、肌肉灵活性和垂直跳跃高度的测量，测量者由一名物理治疗师进行。

7.統計学的解析

统计学分析使用统计软件JMP®pro17.0.0（SASIn stitute），针对血管直径、收缩期最高血流速度、踝关节活动范围（背屈、底屈）、小腿前倾角、SLR角度、HBD、垂直跳跃高度，针对吸入气体及吸入时间两个因素，进行2元配置重复测量方差分析。此外，计算吸入后相对于吸入前的变化率，并在高浓度氢气+氧气吸入组和安慰剂吸入组中进行比较。进行了Shapiro-wilk检验，在假设正态分布的情况下，使用Levene检验进行了等方差研究。方差相等时采用t检验，方差不相等时采用Welch t检验。另一方面，在不假设正态分布的情况下，使用Wilcoxon的秩和检验。

2元配置重复测量方差分析和Wilcoxon的秩和检定及t检定均以危险率小于5%为条件进行了讨论。此外，效应量是作为不受样本量影响的数值指标计算的21)。通过二元方差分析计算效应量η 2，通过Wilcoxon秩和检验和t检验计算效应量r。作为效应量的标准，η 2为small(0.01)、medium(0.06)、large(0.14)，r为small(0.10)、medium(0.30)、large(0.50)21)。结果对吸入气体及吸入时间两个因素进行了二元配置重复测量方差分析。结果，在所有项目中，两组之间或两个水平之间均未观察到主效应或相互作用（表1）。

效应量η2在血流速度（因素：吸入气体）中表现出最大值（0.05），但在所有项目中都很小。在吸入后与吸入前的变化率比较中，高浓度氢气+氧气体吸入组的血流速度比与安慰剂气体吸入组相比显著增加（p=0.02）。其他项目没有显著差异（表2）。效果量r在血流速度比中为0.71（large），在SLR角度中为0.45（medium）。此外，吸入高浓度氢氧气体未发生不良事件。

讨论

本研究的目的是调查吸入高浓度氢气+氧气对下肢血管直径及血流速度、下肢柔韧性、关节活动范围、运动表现的影响。结果显示，在血管直径、血流速度、下肢柔韧性、关节活动范围、垂直跳跃高度等方面，没有发现吸入高浓度氢气的因素的主要效果。关于血流速度比，在吸入高浓度氢气前后观察到了显著差异。首先，考虑用超声波诊断仪测量的下肢血管直径、血流速度、血管比和血流速度比的结果。在这项研究中，假设吸入高浓度氢气+氧气会增加血管直径，增加血流速度，但没有观察到血管直径和血流速度的主要影响。但是，与吸入高浓度氢气+氧气之前相比，吸入后的血流速度比有显著差异。Miura等人研究了30名意识到自己对寒冷敏感的女性单次摄入氢水的影响，并在摄入后1至3分钟观察到毛细血管直径扩张、流速和流量增加。8)。这次的结果显示，腘动脉的血管直径和血流速度没有变化，但在毛细血管水平上可能发生了血管扩张。

也就是说，为了增加外周血流量，腘动脉水平的血流速度增加，血流速度比出现了差异。此外，大鼠严重失血性休克后吸入高浓度氢气+氧气的效果是，与对照组相比，高浓度氢气+氧气吸入组在2小时后的平均血压稳定，6小时后的存活率明显较高9)。尽管尚未得出结论，但高浓度氢气+氧气进入血流的一种机制可能影响血管内皮细胞释放的一氧化氮（NO）的消失速度22)。

另一方面，安慰剂气体吸入组的血管比和血流速度比没有差异。由于使用的安慰剂气体是大气，因此认为血管比和血流速度比没有差异。关于下肢柔韧性、踝关节活动范围和垂直跳跃高度，在吸入氢气前后没有观察到主效应或交互作用，在研究吸入高浓度氢气+氧气前后的比率时也没有变化。由于氢水是液体，不喝水就无法摄入氢，一次能摄入的量是有限的。然而，氢气是一种气体，只要呼吸就可以进入体内。

因此，临床上通过吸入高浓度氢气+氧气，可以将比摄入氢水更多的氢气引入血管内，有望改善血流。作为其结果，我们提出了下肢柔软性和可动区域是否会得到改善的假设。然而，吸入高浓度氢气+氧气并没有改善下肢灵活性和关节活动范围。造成这种情况的原因是，从本研究结果来看，腘动脉的血管直径和血流速度没有明显的差异。通过吸入氢气改善血流的机制被认为是通过去除体内的活性氧，创造一个容易消耗一氧化氮的环境，从而改善血流。

另一方面，广泛用于改善肌肉灵活性和活动范围的伸展运动也能改善外周微血流23)。作为通过拉伸改善血流的机制，肌纤维通过拉伸被拉伸，从而增加机械刺激，例如对目标肌肉的拉伸刺激和对血管的压力刺激。这导致血管内皮细胞释放一氧化氮，从而扩大血管直径并改善血流24)。

在这次的结果中，虽然血流有改善的趋势，但由于没有直接接近肌肉，SLR角度和HBD等下肢灵活性以及踝关节背屈和底屈活动范围没有差异。此外，吸入高浓度氢气对垂直跳跃高度没有影响。关于垂直跳跃高度，据报道与膝关节伸肌力量和踝关节屈肌力量之间存在关系25-27)。这次测量的身体机能方面的参数只有肌肉柔韧性和关节活动范围，没有因吸入氢气而产生变化。

虽然没有测量肌力参数，但很难想象仅仅吸入氢气就能提高肌力值。由于预计活动范围和肌肉力量的身体机能不太可能发生变化，因此推测垂直跳跃高度没有变化。另一方面，血管直径比没有差异，血流速度比有显著差异，因此可以认为吸入高浓度氢氧后血流量立即增加。在体育领域，有报告称，相对于高强度运动后的氧化应激，吸入高浓度氢气+氧气可降低氧化应激标志物28）29）。

在本研究中，吸入高浓度氢氧气体可能会影响疲劳后肌肉灵活性和关节活动范围的恢复，但这是未来研究的问题。本研究的局限性在于无法测量毛细血管水平的血流动力学，以及吸入高浓度氢气和氧气对疲劳问题后肌肉灵活性和关节活动区域恢复的影响尚不清楚。此外，除了吸入高浓度氢气+氧气外，还没有研究物理疗法干预的效果。尽管存在这些限制，但我们认为，能够研究吸入高浓度氢氧后血流动力学的一个方面作为试点研究非常有意义。今后，在进行理疗的基础上，有必要在与伸展运动和肌肉强化练习并用的研究设计中进行讨论，并进一步推进讨论。

结论

以10名健康成年男性为对象，探讨了吸入高浓度氢气+氧气对腘动脉血管直径及血流速度、下肢柔软性（SLR角度，HBD）、踝关节活动范围（背屈、底屈）、小腿前倾角、垂直跳跃高度的影响。结果，血管直径、血流速度、下肢灵活性、关节活动范围、小腿前倾角、垂直跳跃高度没有发现主效应和交互作用。在研究吸入高浓度氢气+氧气后与吸入高浓度氢气+氧气前的比率时，只有血流速度比在吸入高浓度氢气+氧气后显示出显著的高值。吸入高浓度氢气+氧气可能会增加下肢血流速度。