日本福祉大学スポーツ科学論集

第1巻

原著論文

高濃度人工炭酸泉浴による疲労回復効果−睡眠深度および心拍変動を指標として−Effect of bathing on artificial carbon dioxide-rich water on recovery
from fatigue as an index of sleep depth and heart rate variability

西村直記

Naoki NISHIMURA

日本福祉大学

スポーツ科学部

Faculty of Sport Sciences, Nihon Fukushi University

Abstract : To examine the effects of bathing in artificial carbon dioxide-rich water (CO2) on recovery from fatigue as an index of sleep depth and heart rate variability, six healthy men were immersed in a CO2 (1000 ppm)
bath at a water temperature of 39°C up to the shoulder for 10 min. As a control, each subject bathed in freshwater (FR) under the same conditions. After bathing, each subject slept 7 hours in a climatic chamber set at anambient temperature of 26°C and relative humidity of 50%. After CO2 bathing, the rectal temperature declined
more rapidly than after FR bathing, especially in the early stages of sleep. The high frequency (HF) componentof heart rate variability as an index of parasympathetic nervous activity during sleep was higher after CO2 bathing than after FR bathing. Sleep latency after CO2 bathing tended to be faster than after FR bathing, and thesubjective interrupted sleep time was also reduced following CO2 bathing. Furthermore, the subjective evaluation of sleep quality was higher after CO2 bathing. These results suggest that CO2 bathing induces greater fatigue recovery effects than FR bathing.
キーワード：高濃度炭酸泉, 疲労回復, 睡眠深度, 心拍変動, 深部体温
Keywords : carbon dioxide-rich water, recovery from fatigue, sleep depth, heart rate variability, body temperature

1. 緒言

的な製造装置を用いることで, 自宅でも天然温泉と炭酸ガス (二酸化炭素) が豊富に溶け込んでいる
高濃度炭酸泉は強力な皮膚血管拡張効果があることほぼ等しい高濃度炭酸泉を得ることが可能になった6, 7).

が知られている. 特にヨーロッパなどでは天然の高近年, 炭酸泉が有する血管拡張効果が皮膚血管濃度炭酸泉が豊富に存在していることから, 高血圧(皮膚血流) のみではなく, 深部組織 (筋血流) を症者や末梢循環障害を有する患者などに対する温泉も増加させる可能性が示唆されており5), 国立スポー療法として適用されており, その効果についても国ツ科学センターを始めとする多くの施設において,

1-5)

内外で多くの報告がみられる . 日本では, 天然の筋疲労の回復効果を期待した炭酸泉への入浴が推奨

高濃度炭酸泉は数少ないが, 現在では入浴剤や人工されている. 実際に, レジスタンス・トレーニング―5―日本福祉大学スポーツ科学論集第1巻

2018 年 3 月

後の人工炭酸泉への入浴時には, さら湯への入浴時
8)

日, 午後 10 時に実験室に集合させた後, 再度, 実と比較して筋硬度が 24％低下した ことや, 5 分間

験内容についての説明を行い, 水分摂取を行わせたの人工炭酸泉への入浴により関節可動域が増加す

後に, 湯温 39℃に設定した高濃度人工炭酸泉 (炭る9)などの報告がみられる. 炭酸泉への入浴による酸泉濃度：1000 ppm) へ 10 分間の炭酸泉浴 (全身筋疲労の回復効果が広まりつつある中, 2012 年の浴) を行わせた. 入浴後に水分摂取と排便・排尿をロンドン五輪でのマルチサポートハウス内および行わせた後, 半袖シャツと半ズボンの着用と直腸温2016 年のリオ五輪でのハイパフォーマンスサポーセンサの装着を行なわせた. 午後 11 時に室温 26℃,トセンター内には人工炭酸泉を用いた入浴施設が設

湿度 50％に設定した人工気候室内に移動させ, 簡置され, 多くの選手が疲労回復を目的とした炭酸泉

易ベッド上にて心電図電極, 脳波電極, および皮膚10)への入浴を行っていた . しかしながら, これらの温センサ (前頭部, 前胸部, 足背部) を装着した後施設での疲労回復効果を表す指標としては, 主観的に消灯・入眠させ, 午前 6 時に起床させた. 対照実評価が主である.

験として同じ条件下 (湯温 39℃) でのさら湯浴を睡眠前の入浴は疲労を回復させる方法の一つであ行わせ, 同一時刻に入眠および起床を行わせた. 炭り, 研究目的のみならず一般家庭でも日常的な炭酸酸泉浴とさら湯浴の順はランダムで行い, 両実験は泉への入浴が行われつつあるが, 疲労回復の評価と少なくとも 2 日以上の間隔をあけて実施した.

しては, ｢疲れが取れた気がする｣ や ｢ぐっすり眠脳波 (Neurofax, 日本光電) の測定は, ペースれる｣ などの主観的評価が主であり, 自律神経機能トを塗布した銀電極を国際 10-20 法11), に基づいてを指標とした疲労回復効果を検討した報告はみられ頭部に配置して連続記録した (図 1). 得られた脳ない.

波データは, 高速フーリエ変換 (FFT) による周本研究は, 炭酸泉への入浴による疲労回復の生理波数スペクトル解析を 1 分毎に行い, δ波 (1〜3学的効果を明らかにする目的で, 脳波測定による夜Hz), θ波 (4〜8 Hz), α波 (8〜13 Hz) β波 (14間睡眠中の覚醒レベルと睡眠深度, 心拍変動から算Hz 以上), の含有率を算出した. また, スペクト出した自律神経機能および体温変動を観察し, さらル解析で得られた結果から, 各睡眠深度 (ステージ湯浴への入浴後と比較・検討した.

Ⅰ：低電位波とα波の減少, ステージⅡ：紡錘波,K 複合波の出現, ステージⅢ：δ波が 20〜50％,

2. 方法

ステージⅣ：δ波が 50％以上, Rapid eye move-

被験者
健康な男子大学生 6 名 (年齢 22.1±4.5 歳, 身長171.4±4.4 cm, 体重 69.9±3.5 kg) を被験者とした.
実験を行うにあたり, すべての被験者には実験の目的, 方法, 予測される利益と危険性およびそれに対する安全対策についての十分な説明を行い, 被験者として実験参加の同意を得た. また本研究は, 愛知医科大学医学部倫理委員会の審査を受け, 承認を得た上で, ヘルシンキ宣言に示されたヒトを対象とする医学研究の倫理的原則に従って行った.
実験手順
すべての被験者には, 実験前の数日間は生活リズムを一定にさせ, 過度の飲酒を控えさせた. 実験当―6―

図1

国際 10-20 法に基づいた脳波電極の配置

日本福祉大学スポーツ科学論集

第1巻

ment (REM)：θ波と急速眼球運動の出現) を求

温 (下段) の変化を 6 名の平均値で示した. 睡眠のめた. また, 覚醒状態 (β波) からステージⅡに入開始に伴って直腸温の低下がみられたが, 炭酸泉浴るまでの所要時間を入眠潜時とした. 各睡眠深度心後では睡眠初期の低下がさら湯浴後よりも大きい傾拍変動 (アクティブトレーサー, GMS) の測定は,向がみられた. 同様に, 睡眠初期の前頭部皮膚温の胸部双極誘導法により得られた心電図波形の心拍数低下も炭酸泉浴後がさら湯浴後よりも大きい傾向が(R-R 間 隔 ) か ら 解 析 プ ロ グ ラ ム (MemCalc ,みられた.

GMS) を用いて LF 成分 (0.04〜0.15 Hz), HF 成

図 3 に睡眠中の心拍数の変化 (上段) および睡眠分 (0.15〜0.40 Hz) および LF/HF 成分を算出する

開始前 10 分間の平均値に対する変化率 (下段) をとともに, 毎分平均心拍数を求めた. 直腸温 (ST-6 名の平均値で示した. 心拍数は, 睡眠開始約 6025S, センサテクニカ) の測定は, 直腸温センサに分後まで大きく減少したが, それは炭酸泉浴後がさ専用ゴムカバー (日機装サーモ) を装着した後, 直ら湯浴後よりも明らかであった. さら湯浴後では,腸温センサを肛門から 4〜5 cm 挿入して連続記録し睡眠開始後約 120 分後以降から起床時まで緩やかなた. 皮膚温の測定は, 皮膚温センサを前頭部, 前胸漸減傾向を示したのに対し, 炭酸泉浴後ではほぼ定部, 足背部の皮膚に両面テープで固定して連続記録常状態を維持した.

した. さらに, OSA 睡眠調査票 (一般社団法人

図 4 に睡眠中の心拍変動 HF 成分 (上段) および日本睡眠改善協議会) を用いた疲労回復 (第 4 因子)

LF/HF 比 (下段) の変化を 6 名の平均値で示した.

および睡眠時間 (第 5 因子) の聞き取りを, 起床直副交感神経活動の指標である心拍変動 HF 成分につ後に行った. 直腸温および皮膚温については, 1 秒いて, 炭酸泉浴後ではさら湯浴後と比較して, 睡眠毎のデータをパーソナルコンピュータに取り込み,中を通して高値を示した. また, 交感神経活動の指1 分毎に平均値±標準偏差を求めた. 平均値の有意標である心拍変動 LF/HF 比については, 特に睡眠差の検定は paired t-test を用い, 危険率 5％未満

前半 (約 180 分後まで) において, 炭酸泉浴後がさを有意とした.

ら湯浴後よりも低値を示したが, 睡眠後半ではむしろ上昇傾向が認められた.

3. 結果

図 5 に脳波波形から算出した夜間睡眠中の入眠潜図 2 に睡眠中の直腸温 (上段) および前頭部皮膚時, 中途覚醒および睡眠深度を 6 名の平均値で示し

図3
図2

睡眠中の心拍数の変化 (上段) および睡眠前

睡眠中の直腸温 (上段) および前頭部皮膚温10 分間の平均値に対する変化率 (下段).

(下段) の変化. 平均値 ± 標準偏差.

平均値 ± 標準偏差.
―7―日本福祉大学スポーツ科学論集第1巻

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た. 入眠潜時は炭酸泉浴後がさら湯浴後よりも早い傾向にあり, 中途覚醒についても炭酸泉浴後がさら湯浴後よりも有意に少なかった (P＜0.05). また,炭酸泉浴後ではさら湯浴後よりも, 深い Non-rapid
eye movement (NREM) 睡眠ステージであるステー
ジ 3 と 4 が多く含まれていた.
図 6 に起床直後に実施した OSA 睡眠調査票を用いた睡眠感の主観的評価を示した. 疲労回復の指標については, 炭酸泉浴後では ｢疲れがとれている｣や ｢さわやかな気分である｣ との申告がさら湯浴後よりも多く, また, 自己申告による睡眠時間は, 炭
図4

睡眠中の心拍変動 HF 成分 (上段) および LF/HF 比 (下段) の変化. 平均値 ± 標準偏差.

酸泉浴後の方が長いという結果であった.

4. 考察
温泉療法の効果は, 泉質 (薬理作用) や湯温 (温熱作用) による直接的作用因子と地形などの環境(心理的作用) による間接的作用因子が, 複合的に自律神経系や内分泌系などに作用することで得られると考えられる. 炭酸泉が有する皮膚血管拡張効果については, 神経切除を行ったラットの皮膚においても観察される12)ことや, 浸漬部位のみに明らかな皮膚の紅潮 (皮膚血管拡張) が認められることから,神経系を介した全身性のものではなく, 経皮的に吸図 5 睡眠中の入眠潜時､ 中途覚醒および睡眠深度.
平均値 ± 標準偏差.

収された CO2 の薬理的作用をうけた微小循環領域での局所性の効果であると考えられる6, 7).

＊P＜0.05

本研究において, 炭酸泉浴後では睡眠初期の直腸温の低下がさら湯浴後よりも大きい傾向がみられ,わずかではあるが睡眠初期の前頭部皮膚温の低下も炭酸泉浴後でより大きい傾向が認められた (図 2).
睡眠時には体温の基準値 (セットポイント) が低下することにより基礎代謝が低下し, 体内での熱産生が少なくなるため体温は低下することが知られている13). また NREM 睡眠時や徐波睡眠時などの深い睡眠へと移行する際には全身の発汗量が増加するため, 体温の低下はさらに大きくなる14, 15). つまり,睡眠時のより大きな体温低下は, より深い睡眠を行っている指標になると考えられる. 更に, 睡眠前の入浴によって体が温められた際には, 末梢 (皮膚) 血管の拡張による体表面からの熱放散が増えるため,
図 6 OSA 睡眠調査票を用いた睡眠感の主観的評価.

体温がより低下しやすくなる. 本研究では, 入浴中―8―

日本福祉大学スポーツ科学論集第1巻の深部体温は測定していないが, 炭酸泉浴中にみらた. 大崎ら21) は, 湯温 38℃で 10 分間の炭酸泉浴れる皮膚血管拡張は, 体内への熱の流入をさらに増(260 ppm) を行った際の入浴後の自律神経機能に加させることが考えられることから, 入浴中の深部ついて検討している. その結果, 浴後 50 分後にお体温の上昇がさら湯浴よりも大きかった可能性が考いても心拍数は入浴前と比較して有意に低値を示し,えられ, これが睡眠初期の直腸温の低下を大きくしまた副交感神経活動の 1 指標とされる心電図 R-Rたと推察される.

間隔変動係数 (CVRR) が上昇 (リラックス効果)

炭酸泉浴後では, さら湯浴後と比較して睡眠初期したことから, 炭酸泉浴による疲労回復は, 自律神での心拍数の減少が多く (図 3), 副交感神経活動経機能の改善によると報告している. 本研究においの指標である心拍変動 HF 成分は, 一晩の睡眠を通ても, 先行研究と同様に炭酸泉浴が自律神経機能にしてさら湯浴後よりも高値を示した (図 4). ヒト作用した可能性が示唆され, これらが夜間睡眠時のの自律神経活動は, 間接的ではあるが心電図の R-入眠潜時の短縮や中途覚醒の有意な減少につながり

R interval を解析することにより定量的に分析す(図 5), より深い睡眠が得られたことが, 起床後の16)ることができ , また睡眠状態については脳波と眼17)

球運動のパターンから把握することが可能である .

睡眠感の主観的評価を上昇させた (図 6) ものと考えられる.

急速眼球運動を伴う REM 睡眠期では, 視床での情以上の結果より, 夜間睡眠前の炭酸泉浴は入眠時報伝達が遮断され脊髄レベルで筋肉への情報伝達がの体温低下を促進させ, 自律神経機能に作用するこ遮断されるため, 骨格筋が弛緩して身体は休息状態とでより質の高い睡眠を取ることが可能となり, 積18)にあるが, 脳は活動して覚醒状態にある . 他方,極的な疲労回復効果を促すことができる入浴方法で急速眼球運動を伴わない NREM 睡眠期では, 大脳あることが示唆された.

皮質を含めたほとんどの脳の活動が低下し, 副交感神経が優位となる18) . NREM 睡眠は, 睡眠深度によりステージ 1 から 4 に分類される. 睡眠段階と心文

献1 ) Stein ID and Weinstein IW (1942) The value of carbon

拍変動の周波数成分のパワー値との関係については,

dioxide baths in the treatment of peripheral vascular

軽睡眠期である NREM 睡眠ステージ 2 の時期に

disease and allied conditions. Am Heart J 23: 349-361.

HF 成分のパワー値が最大になることが知られてい2 ) Diji A (1959) Local vasodilator action of carbon diox-19)

る . 本研究において, 炭酸泉浴後では心拍変動

ide on blood vessels of the hand. J Appl Physiol 14:

HF 成分が一晩の睡眠を通してさら湯浴よりも高値

414-416.

を示し (図 4), 総睡眠時間に対するステージ 2 や3 ) Komoto Y, Kohmoto T, Sunakawa M, Eguchi Y,

中等度もしくは深睡眠期であるステージ 3 と 4 の割

Yorozu H, Kubo Y (1986) Dermal and subcutaneous

合は, 炭酸泉浴がさら湯浴よりも高かった (図 5)

tissue perfusion with a CO2-bathing. Z Physiother 38:

ことから, 炭酸泉浴後はより効果的な睡眠が行われ103-112.ていることが明らかとなった. また, 交感神経活動4 ) Schmidt KL. (1989) Kohlensaurewasser (Sauerlinge).
In: Kompendium der Balneologie und Kurortmedizin.の指標である心拍変動 LF/HF 比については, 特にSteinkopff Verlag Darmstadt, Darmstadt, pp 171-

入眠期 (睡眠開始約 180 分後まで) において, 炭酸泉浴後がさら湯浴後よりも低値を示したが, 睡眠後

180.
5 ) Hartmann BR, Bassenge E, Pittler M (1997) Effect of

半では上昇傾向が認められた (図 4). LF/HF 成分carbon dioxide-enriched water and fresh water on theについては, 起床時に先立つ早朝の時間帯においてcutaneous microcirculation and oxygen tension in the

REM 睡眠の出現に伴って上昇する20)ことが明らか

skin of the foot. Angiology 48: 337-343.となっており, 炭酸泉浴での睡眠後半での LF/HF6 ) Nishimura N, Sugenoya J, Matsumoto T, Kato M,

比の上昇と REM 睡眠の発現が一致する結果となっ

Sakakibara H, Nishiyama T, Sakamoto (Inukai) Y,―9―日本福祉大学スポーツ科学論集第1巻

2018 年 3 月

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