臨床環境医学（第25巻第2号）

総説69

特別講演2

ヒト皮膚から放散する微量生体ガスと臨床環境
関根嘉香

東海大学理学部化学科

Trace biogas emanating from human skin surface
in Clinical Ecology
Yoshika Sekine
Department of Chemistry, School of Science, Tokai University要約

近年の機器分析法の発展に伴い、ヒト体表面から発せられる微量生体ガス（皮膚ガス）の存在が明らかになりつつあり、ヒトの身体的・生理的状態や種々の疾病との関連に注目が集まっている。皮膚ガスは、体表面から放散される揮発性の有機・無機化合物の総称であり、代謝生成物や外来因子、皮膚表面における生物的・化学的反応生成物などから構成される混合ガスである。本稿では臨床環境医学の観点から、室内空気汚染物質としての皮膚ガス、および皮膚ガスと化学物質曝露の関係について考察し、皮膚ガスに着眼した新たな研究視座を提案する。
（臨床環境 25：69－75，2016）《キーワード》皮膚ガス、室内環境、化学物質

Abstract
Recent advances in instrumental chemical analysis revealed that trace gases emanating from humanskin consist of numerous kinds of volatile organic and inorganic compounds, and some of which areassociated with various diseases, physical conditions, and physiological changes. This paper aims topropose new insights in Clinical Ecology focusing on the human skin gas by reviewing possible formation mechanisms and emission routes of the human skin gases, and by discussing the following subjects:
1) Human skin gases as a potential indoor air pollutant and 2) Relationship between chemical exposureand dermal emission
(Jpn J Clin Ecol 25 : 69－75, 2016)

受付：平成28年９月10日，採用：平成28年９月12日
別刷請求宛先： 関根 嘉香
東海大学理学部化学科〒259-1292 平塚市北金目4-1-1

Jpn J Clin Ecol（Vol.25 No.2 2016）

70《Key words》skin gas, indoor environment, chemicals

Ⅰ. はじめに1990年代後半ごろからガスクロマトグラフ－質量

生命活動に伴い産生するガスは生体ガスと呼ば分析計（GC-MS）等を用いた皮膚ガス成分の定性れ、広義では森林の香り、湿地から発生するメタ分析（検出された物質の同定）が試みられ、ここンガス、生ごみ腐敗臭なども含むが、狭義ではヒ

数年では皮膚ガスの放散速度（mol s－1）や放散フトの体内や体表面で産生されるガスを指す１）。狭ラックス（mol cm－2 s－1）に関する定量的研究がい義の生体ガスとしては、呼気に含まれるガス、腸くつか報告されるようになり、皮膚ガス測定は非内ガス、尿由来ガス、血液中のガス、および体表侵襲・非観血的な検査手法として期待が高まって面から発せられる皮膚ガスが挙げられ、近年の機いる。一方、皮膚ガスが居室の臭気や空気汚染の器分析法の発展に伴い、これら狭義の生体ガスの原因となることも指摘されており4）、快適な室内種類や量が明らかになり、ヒトの身体的・生理的空気質の維持・管理の観点からも皮膚ガス研究は状態との関連に注目が集まっている。

重要になっている。

2－3）

ヒトの体表面から放散される皮膚ガスの存在

本稿では、皮膚ガスの種類、生成機構および放は、誰もが「体のにおい」として認知しているが、散経路に関して総括し、臨床環境医学（Clinical

極微量であるために測定が難しく、皮膚ガスを構Ecology）の観点から室内空気汚染物質としての成する化学物質の種類や量について、その実態は皮膚ガス、皮膚ガスと化学物質曝露の関係についほとんど分かっていなかった。しかしながら、て述べる。

表1 主な皮膚ガスの生成機構と放散経路
表1 主な皮膚ガスの生成機構と放散経路（推定を含む）
分類
無機化合物

有機化合物
炭化水素

物質名
二酸化炭素
水素
一酸化窒素
アンモニア

CAS No.
124-38-9
1333-74-0
10102-43-97664-41-7

メタン
74-82-8
エタン
74-84-0エチレン
74-85-1ケトン
アセトン
67-64-16-メチル-5-ヘプテン-2-オン 110-93-0
ジアセチル
431-03-8アルデヒド
アセトアルデヒド
75-07-0
2-ノネナール
2463-53-8
ベンズアルデヒド
100-52-7
n-ノナナール
124-19-6n-オクタナール
124-13-0n-ヘプタナール
111-71-7
n-ペンタナール
110-62-3有機酸
酢酸
64-19-7アルコール
2-エチル-1-ヘキサノール
104-76-7芳香族炭化水素 ベンゼン
71-43-2
トルエン
108-88-3
キシレン
1330-20-7
p -ジクロロベンゼン
106-46-7
その他
ニコチン
54-11-52-メチルフラン
534-22-53-メチルフラン
930-27-82-ペンチルフラン
3777-69-32,5-ジメチルフラン
625-86-5生成機構（推定含む）
細胞呼吸
腸内細菌の作用アルギニンの酵素反応
タンパク質代謝､筋肉AMPの脱アミノ化等放散経路（推定含む）
文献
血液9）
血液10）
血液11）
血液、汗腺
2）12）

腸内細菌の作用
腸内細菌の作用
腸内細菌の作用
脂質代謝
皮脂（スクワレン）の酸化分解
汗中乳酸の常在菌による代謝
エタノール代謝
皮脂（ω-7不飽和脂肪酸）の酸化分解
不明
皮脂（オレイン酸）の酸化分解
皮脂（オレイン酸）の酸化分解
皮脂（パルミトレイン酸等）の酸化分解
皮脂（リノール酸）の酸化分解
生体内代謝、発汗等
外来因子（化学物質曝露）
外来因子（化学物質曝露）
外来因子（化学物質曝露）
外来因子（化学物質曝露）
外来因子（化学物質曝露）
外来因子（喫煙）
外来因子（喫煙）
外来因子（喫煙）
外来因子（喫煙）
外来因子（喫煙）血液13）血液13）
血液13）血液10）14）
表面反応5）
表面反応15）
血液、汗腺4）
表面反応15）不明5）
表面反応5）
表面反応5）
表面反応5）
表面反応5）
血液､汗腺､表面反応 16）
血液17）
血液17）
血液17）
血液17）
血液17）
血液6）
血液5）
血液5）
血液5）
血液5）

臨床環境医学（第25巻第2号）

71

Ⅱ. 皮膚ガスとは何か

絶食、減食（ダイエット）、飢餓などにより糖質の皮膚ガスとは、体表面から放散される揮発性の供給やその利用が不十分になると脂質の分解が促

有機・無機化合物の総称であり、代謝生成物や外進され、肝臓においてケトン体（アセト酢酸、β-来因子、皮膚表面における生物的・化学的反応生ヒドロキシ酪酸、アセトン）が生成し血中に移行成物などから構成される混合ガスである。表 1 にする。ケトン体の中で揮発性の高いアセトンは、現在までに確認されている主な皮膚ガスとその生血中から直接揮発して体表面から放散される10, 14）。

成機構および放散経路を示す（表１）。

図 2 は健常者 2 名が49時間絶食した時のアセトン

皮膚ガス成分の数は未だ十分に把握されていな放散フラックスの経時変化を示す。絶食開始直後

いが、Mochalski ら は健常者31名の手掌から64では、アセトンの有意な放散は認められないが、

種 類 の 揮 発 性 有 機 化 合 物（Volatile Organic

絶食して20時間後から顕著にアセトンの放散が認Compounds, VOCs）を確認し、また木村ら は能められた。糖尿病患者の場合、血中グルコース濃動喫煙者の前腕部から放散される VOCs を測定し度が上昇するが、細胞内のグルコースは不足する

た結果、喫煙直後に53種類の VOCs 成分の放散量ため、飢餓状態と同様に脂質代謝が促進される。

は、男したがって皮膚ガス中のアセトンの測定は、糖尿5）6）が増加すると報告している。Bernier ら7－8）

性被験者 4 名の手掌から346種類の成分を同定し病の診断にも応用できる可能性がある。

たと報告しており、200～300種類あると言われる呼気ガスとほぼ同等の数の成分が存在すると考え600られる。
来、②皮膚腺（汗腺・脂腺）由来、③表面反応由来に大別できる（図１）。

血液由来

皮膚腺由来

表面反応由来
常在菌
過酸化物

被験者A

500
放散フラックス（nｇ cm-2 ｈ-1)

皮膚ガスを放散経路で分類すると、①血液由

被験者B
400
←絶食開始

300
200
100
0-15 -10 -5汗腺

化学物質(aq)

10 15 20 25 30 35 40 45 50

皮膚図２

血管（被験者：男性2 名（₂₁・₂₂歳），捕集部位：前腕部、絶食時間：₄₉時間）＊化学物質：代謝生成物、外来因子等

図１

5

絶食時間(ｈ)

脂腺

化学物質(g)0

絶食に伴うアセトン放散フラックスの経時変化

皮膚ガスの放散経路（模式図）②の皮膚腺由来とは、汗腺や脂腺など皮膚腺を①の血液由来とは、血中の成分が揮発して直接通じて放散する経路のことであり、皮膚腺由来成皮膚から放散する経路のことであり、エネルギー分の放散量は発汗や皮脂の分泌に伴って増加す基質（糖質、脂質、タンパク質）の代謝やその他る。血中の成分が汗腺を経由して放散することもの生体内化学反応の過程で生成し、血流によってある。例えば、酢酸は発汗に伴い放散量が増加す運ばれる揮発性成分はこの経路で放散される。しる皮膚ガス成分であり、夜間の酢酸放散量は睡眠たがって、皮膚ガスの放散は血管の分布や血液循深度の変化に対応し、睡眠の質を知るバイオマー環との関係が深い。

カーになると報告されている16）。

例えば、アセトンは脂質の代謝生成物であり、③の表面反応由来とは、汗や皮脂の成分が常在Jpn J Clin Ecol（Vol.25 No.2 2016）

72

菌や過酸化物の作用によって揮発性化合物に変化の放散速度を求め、飲酒後の皮膚からの放散速度し、皮膚表面から放散される経路のことである。

は飲酒後の呼気からの放散速度よりも高く、居室例えば、皮脂腺から分泌される皮脂は、常在菌やの臭気源の一つとして着目すべきと報告してい酸化性物質（過酸化物など）との反応により、臭る。古川ら19）は悪臭物質の一つであるアンモニア気を有するアルデヒド等に酸化される４）。 2 －ノに着目し、仮想居室の在室者から放散する皮膚ア

ネナールは、皮脂に含まれるパルミトレイン酸等ンモニアが室内の臭気に及ぼす影響を推定し、換のω-7 不飽和脂肪酸の酸化生成物 であり、加齢気量が少ない時には皮膚から放散するアンモニアに伴い放散量が増加することから 、香粧品分野だけでも室内臭気に影響する可能性を示唆した。

では「加齢臭」と呼ばれている。従来「体のにおそこで、ジアセチルを対象に簡単な試算を行っい」は、皮膚常在菌の作用によるものと思われてた。

17）

15）

きたが、皮膚ガスの観点から見れば放散経路の一つに過ぎない。

ジアセチルは汗中の乳酸と常在菌の表面反応に由来することが知られており、頭部や首筋など汗なお、汗の蒸発や不感蒸泄（無自覚のまま水分をかきやすい部位から多く放散される。またジアが損失されること）による皮膚表面からの水の放セチルの放散フラックスは、30代～40代の男性で散、香水や化粧品、環境タバコ煙やハウスダスト

特に高く、中年男性に特有のにおい成分として注など、皮膚表面の付着物から放散される非生体ガ目されている。そこで、ある男性がジアセチルをスを皮膚ガスとして扱うかどうかは今後の学界で放散している場合、どの距離まで近づくと臭気をの議論を待ちたい。

感じるかを推定した。

一方、ベンゼンやトルエンなど、通常生体内で室内環境中のジアセチルの拡散濃度の推定にはは産生されない化学物質も皮膚からの放散が認めNear-Field Far-Field model20）を用い、計算を容られている。経口・吸入曝露により体内に侵入し易にするため男性皮膚を点源と仮定した。

た化学物質が血中に移行し、体内を循環する過程で血液から直接揮発して放散されたものと考えられる。

CNF ＝MM＋Q
β…①

ここで、CNF は男性周囲の局所的な空気中ジア

これらのことから、皮膚ガスはヒトの身体的・セチル濃度（μg m－3）、M はジアセチルの放散速

生理的な状態、疾病等の有無、日常の生活行為や度（μg h－1）、Q は想定居室の換気量（m3 h－1）で生活環境などを反映すると考えられる。一方、臨ある。βは男性周囲の局所空気（Near-Field）と床環境医学的な観点から皮膚ガスを捉える場合、他の空間（Far-Field）との空気交換量（m3 h－1）次の二つの命題が浮上する。

であり、居室の気流速度 v（m h－1）、周囲の半球の①皮膚ガスは室内空気汚染に寄与するか？
②皮膚ガスに化学物質曝露はどう関係するか？
以下、これらの命題について考察する。

直径 d（m）から②式により求められる。
β＝1 ⎛ 1 2⎞πd v
⎠2⎝2…②

一方、ジアセチルの臭気閾値は0.20μg m－3（25℃Ⅲ. 室内空気汚染物質としての皮膚ガス換算）21）であることから、男性と隣人の距離 d/2と皮膚ガス成分のいくつかは特有の臭気を有してCNF の関係を求め、CNF が臭気閾値を上回る距離おり、「体のにおい」の原因に成り得る。この「体d/2を推定した。ジアセチルの放散フラックスのにおい」は、特に室内環境において、他者の快・（ng cm－2 h－1）は、Kimura ら15）の報告をもとに各不快感に影響を及ぼす可能性がある。しかしなが年代の男性項部の平均値を用い、放散面積は頭部ら、皮膚ガスが室内の臭気源としてどの程度寄与のみ（体表面積の10.8％，1800cm2）と仮定し、①するかに関する研究例は少ない。高橋ら4）は健常

空調設備のある一般的なオフィス（床面積130m2，者を対象に皮膚から放散されるアセトアルデヒド

天井高2.5m, 換気量520m3 h－1）および②住宅の締臨床環境医学（第25巻第2号）

め切った寝室（床面積15m2，天井高2.4m，換気量

皮膚ガスはこれまで室内の空気汚染物質として18m h ）の場合でそれぞれ推定した。気流速度認知されていなかったが、ガスの種類によってはv はいずれも0.06m s－1と仮定した。

主要な臭気源となると考えられ、今後の研究が期

3－1

図 3 に推定結果を示す。①空調設備のある事務待される。

室の場合、放散フラックスが大きい30代～40代のⅣ. 化学物質曝露と皮膚ガス男性であっても、25cm 以上離れていればジアセ

臨床環境医学において化学物質曝露に起因するチルの臭気を感じることはないと示唆された。一方、②締め切った寝室の場合、30～40代の男性が健康障害の予防・改善は、最も重要な課題の一つ居る場合には 2 メートル以上離れても臭気を感じである。現在、化学物質の健康リスク評価においる可能性があり、すなわち寝室の扉を開いた途端て、化学物質の曝露経路には経口曝露、吸入曝露、に中年男性臭が漂うという結果が得られた。この

経皮曝露があり、体内への摂取量はこれら経路別

結果は、我々の実際の経験則に非常に近い。の摂取量の和と考えられている。しかしながら皮膚からの化学物質の放散は、経皮曝露の逆ルート

1.81.4であり、化学物質の排出経路とも言える。

a) 一般オフィス

20代
30代
40代
50代

1.00.80.60.4

臭気閾値

0.20.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

隣人との距離（m）

空気中ジアセチル濃度（μg/m3）

臭気閾値b) 締め切った寝室

1.41.2b) 締め切った寝室

20代
30代
1.4に皮膚ガスを調査したところ、トルエンや2－エ
40代
1.2チル－1－ヘキサノールなど人工化学物質の放散
50代
1.6

久永ら17）は、化学薬品を取り扱う健常者を対象

1.0を認めた。2－エチル－1－ヘキサノールは、プラ0.8スチック可塑剤（フタル酸ジ－2－エチルヘキシル）の加水分解生成物と考えられる。また梅澤0.6ら22）は有機リン系殺虫剤フェニトロチオンを経口0.4摂取した中毒患者の皮膚からフェニトロチオンお0.2

よびその代謝生成物と思われる化合物群を検出0.0し、これら皮膚ガス成分が中毒患者の血中および0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

組織濃度を反映する可能性を示した。Mochalski
隣人との距離（m）
ら5）は健常者64名を対象とした調査の中で、2－メ1.81.6

空気中ジアセチル濃度（μg/m3）

空気中ジアセチル濃度（μg/m3）

1.2

20代
30代
40代
50代

73

20代
30代
40代
50代

チルフラン、3－メチルフラン、2－ペンチルフランおよび2,5－ジメチルフランを検出し、これらはタバコ煙に由来する成分であると報告している。特に2, 5－ジメチルフランは、非喫煙者から1.0も検出されており、受動喫煙の影響ではないかと0.8考察している。

0.6

筆者らの研究例を紹介する。図４は、喫煙者 10.4

名（46歳 , 男性 , 重度喫煙）を対象に、喫煙前後の皮膚ガスを前腕部で捕集し、GC-MS により分0.2析した結果である6）。測定時にタバコ煙が皮膚に0.0
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0の距離（m）

図３付着しないよう、測定部位は被覆した。図 4 から隣人との距離（m）

明らかなように、検出された VOCs の種類と量は居室内の男性から放散されるジアセチルの拡散濃度と隣人との距離の関係

喫煙前後で著しく変化し、アセトアルデヒド、ニ（Near-Field Far-Field model による推定結果）

コチン、 3－エテニルピリジンなど主流煙に含まれる化学物質が多く検出された。また喫煙後に増Jpn J Clin Ecol（Vol.25 No.2 2016）74

加した成分の量は、 5 時間後に喫煙前のレベルにば、いつでも、どこでも、誰でも容易に健康状態回復した。また、この能動喫煙者と生活を共にすをチェックできるようになり、ポイントオブケア

る非喫煙者 1 名（24歳 , 男性 , 非喫煙）の皮膚に検査（POCT）として病院、外来クリニック、移おいてもわずかではあるが VOCs 放散量の増加が動検診、在宅医療などの医療サービスにも貢献で認められ、そのパターンは居室室内に拡散した副きる。これらの検査サービスは、化学物質過敏症

流煙由来の VOCs のパターンに類似した。

やシックハウス症候群の予防・改善にも貢献する

これらの研究報告は、外来因子である化学物質が皮膚表面からも放散されることだけでなく、経と思われる。皮膚ガス研究に多くの英知が結集することを望む。

口・吸入曝露による摂取量が多い場合には、皮膚が排出経路になることを意味しており、曝露量＝

本稿の要旨は第25回日本臨床環境医学会学術摂取量が成立しない可能性を示唆する。この点

集会特別講演 2 ：健康科学と環境技術（2016年 6は、今後の化学物質の健康リスク評価において重月17日，郡山）にて発表した。また、本項で紹介要な課題になると考えられる。

した研究データの一部は、JSPS 科研費17550084、公益財団法人喫煙科学研究財団の助成を受けたもピーク強度

喫煙前のである。
引用文献
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喫煙直後

4-ethenylpyridine
D-limonene
Acetaldehyde
Benzofuran

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Nicotine

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保持時間（分）図４

能動喫煙者の前腕部から捕集した皮膚ガス成分の GC-MS のトータルクロマトグラム（上段：喫煙前、下段：喫煙直後）

Ⅴ. 皮膚ガス研究の今後の動向
本稿では、皮膚ガスについて臨床環境医学の観点から述べてきたが、皮膚ガス研究の本流は、生体情報としての活用にある。
においで病気を知るという概念は紀元前・ヒポクラテスの時代から存在し、最近では英国医学会誌にがんをかぎ分ける犬がいると報告され、大きな話題になった。皮膚ガスの構成成分を疾病と関連づけることができれば、従来から行われている血液検査等の一部を非侵襲的な皮膚ガス検査で代替できる可能性がある。
また、皮膚ガス検査が簡単な道具で実現できれ

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