マスク着用時の運動リスク:マスク意味無しリスト30より④
「フェイスマスクを使ったエクササイズ、悪魔の剣を扱っていませんか？- 生理的仮説
Baskaran Chandrasekaran et al. Med Hypothes.2020 Nov.
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アブストラクト
座りっぱなしの生活から脱却することは、特に世界的な大流行という問題を抱えている今、先に述べたような健康リスクに伴う悪影響を回復するためには不可欠である。免疫系への影響や、インフルエンザやCovid-19の予防の観点から、フェイスマスクなどの保護具を着用して、世界的に中程度から活発な運動を行うことが推奨されている。WHOはCovid-19患者にのみフェイスマスクを推奨していますが、健康な「社会的運動者」もカスタマイズされたフェイスマスクやN95を着用して激しい運動をしており、これはより重大な健康リスクをもたらし、様々な生理学的システム、特に肺、循環、免疫システムに負担をかけると考えられています。フェイスマスクを着用して運動すると、利用可能な酸素が減少し、空気の閉じ込めが増えて、二酸化炭素の交換が大幅に妨げられます。過呼吸による低酸素状態は、酸性環境、心臓への負担、嫌気性代謝、腎臓への負担を増加させる可能性があり、慢性疾患の基礎となる病理を大幅に悪化させる可能性があります。さらに、以前の考えに反して、運動中のフェイスマスクがウイルスの飛沫感染からさらに保護することを主張する証拠はありません。したがって、運動時にはフェイスマスクよりも社会的な距離を置いた方がよく、運動時にはフェイスマスクを利用するよりも最適な利用方法を推奨します。
キーワード心血管リスク、合併症、運動、フェイスマスク、免疫、生理学
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「フェイスマスクを使ったエクササイズ、悪魔の剣を扱っていませんか？- 生理的仮説
バスカラン・チャンドラセカラン、シフラ・フェルナンデス
追加記事情報
アブストラクト
座りっぱなしの生活から脱却することは、特に世界的な大流行という問題を抱えている今、先に述べたような健康リスクに伴う悪影響を回復するためには不可欠である。免疫系への影響や、インフルエンザやCovid-19の予防の観点から、フェイスマスクなどの保護具を着用して、世界的に中程度から活発な運動を行うことが推奨されている。WHOはCovid-19患者にのみフェイスマスクを推奨していますが、健康な「社会的運動者」もカスタマイズされたフェイスマスクやN95を着用して激しい運動をしており、これはより重大な健康リスクをもたらし、様々な生理学的システム、特に肺、循環、免疫システムに負担をかけると考えられています。フェイスマスクを着用して運動すると、利用可能な酸素が減少し、空気の閉じ込めが増えて、二酸化炭素の交換が大幅に妨げられます。過呼吸による低酸素状態は、酸性環境、心臓への負担、嫌気性代謝、腎臓への負担を増加させる可能性があり、慢性疾患の基礎となる病理を大幅に悪化させる可能性があります。さらに、以前の考えに反して、運動中のフェイスマスクがウイルスの飛沫感染からさらに保護することを主張する証拠はありません。したがって、運動時にはフェイスマスクよりも社会的な距離を置いた方がよく、運動時にはフェイスマスクを利用するよりも最適な利用方法を推奨します。
キーワードフェイスマスク、運動、合併症、生理、心血管リスク、免疫力
はじめに
2020年は、間違いなく歴史の教科書に残る年です。2020年6月6日現在、世界で6,535,354人が感染し、387,155人が死亡しています[1]。健康な人は自宅で待機し、地方自治体や世界保健機関（WHO）が定めた自己検疫規則に従うように勧告されています[2]。地域社会への感染を防ぐため、屋外のトラックへのアクセスは禁止され、フィットネスセンターも閉鎖されています。家にいる時間が長くなると，体を動かさなくなり，さらに健康を害する可能性があります。座りがちな行動（リクライニングまたは座位でのエネルギー消費が1.5メッツ未満であることを特徴とする起床時の行動）は、肥満、冠動脈疾患、高血圧、がん疾患などの心代謝疾患リスクの多面的な危険因子であるとされている[3]。
座りっぱなしの生活から脱却することは、特に世界的な大流行という問題を抱えている今、前述のような健康リスクに関連する悪影響を回復させるためには不可欠である。低強度であっても運動をすることで、筋肉量や心肺機能を維持することができ、座位生活による骨量の減少を防ぐことができます[4]。現在の世界情勢を考慮して、Covid-19ロックダウン期間中、特にリスクの高い人や慢性疾患のある人を対象とした特定の運動ガイドラインが提案されています[5]。運動トレーニングは、Covid-19に伴う急性呼吸窮迫症候群（ARDS）の発生を食い止める、あるいは軽減することが期待されています[6]。Zhan Yan 2020はシステマティックレビューの中で、運動トレーニングに伴う抗酸化作用のある細胞外スーパーオキシドディスムターゼ（EcSOD）がCovid-19 ARDSに対して保護的である可能性を見出しました[7]。中等度から激しい運動トレーニングは免疫系を改善すると提案されていますが[8]、この提案を否定する研究は少なく、激しい運動や慣れない運動を長時間（1日2時間以上）行った後のCD4細胞の減少など、免疫抑制のウィンドウピリオドを示唆しています。座り仕事をしている人が、慣れない激しい運動をすると、細胞傷害性T細胞が劇的に減少することが予想されます[9]。
相反するエビデンスがあるにもかかわらず、米国疾病対策センター（CDC）や米国スポーツ医学会（ACSM）では、世界中の人々の心血管や筋骨格のフィットネスを維持するために、座り仕事をしている人には低強度の運動を、活動的な人には中程度の運動を推奨している[10]。
仮説
世界各国の政府は、事件の数が増え続けているにもかかわらず、国家的なロックダウンを徐々に緩和しています。気になるところではあるが、アスリートや社会運動をしている人たちにとっては、トレーニングやフィットネスを再開することができ、フェイスマスクをしている姿があちこちで見られるようになってきた。しかし，小説「Covid-19」の社会的拡散を防ぐためにフェイスマスクを着用すること自体は，この問題に関する限られた証拠を考慮すると，議論の余地があります[11]．WHOはCovid-19の患者にのみマスクを推奨していますが、地域住民の間ではマスクの使用は道徳的に「悪用」されています[12]。今回の生理学的仮説論文は、答えの出ていない疑問を探る試みです。1）今回のパンデミックにおいて、フェイスマスクを使用することで「ソーシャル・エクササイズ」にメリットはあるのか、2）フェイスマスクを着用して運動することで、運動に対する通常の生理学的反応が変化するのか、3）フェイスマスクを着用して運動することで、コロナウイルスの犠牲になるリスクが高まるのか、4）「ソーシャル・エクササイズ」を行う人は、どのように生理学的変化に対抗できるのか。
仮説の進化
フェイスマスクは運動時に効果があるのか？
コロナウイルスは飛沫を介して感染し、ARDSを伴う上気道感染症を引き起こすことが知られています。レスピレータ・フェイスマスク（N95）は、微細な空気中の粒子をろ過して呼吸器系への到達を防ぐとともに、特にインフルエンザやコロナウイルスなどの個人間感染を防ぐ個人防護具としての役割を果たしています[13]。現在の傾向では、コロナウイルスは体幹に比べて温度が低いため、鼻腔や口腔に好発することがわかっています。Guptaらは2020年に、フェイスマスクが「治療的」環境（温度95度、湿度80度）を提供し、鼻腔・中咽頭領域におけるこれらのウイルス感染に対するバリアとして機能することを提案しました[14]。
フェイスマスクと運動時の生理変化
カスタマイズされたタイトなフェイスマスクでの運動は、過呼吸低酸素環境（不十分な酸素（O2）と二酸化炭素（CO2）の交換）を誘発する[15]。この肺胞と血管の両レベルの酸性環境は、フェイスマスクで運動する際に多くの生理学的変化を引き起こす。1) 代謝の変化、2) 心肺のストレス、3) 排泄系の変化、4) 免疫機構、5) 脳と神経系。図1に、フェイスマスク装着時の生理的変化を示す。
フェイスマスクを使用した運動時に関連する病態生理学的変化。免疫系、筋肉系、腎系、脳系、心血管系、代謝系に起こる不安や抑うつの原因となる潜在的な変化。GFR-糸球体濾過量、PaCO2-炭酸ガスの分圧、PaO2-酸素の分圧、↓-減少、↑-増加。
代謝の変化 筋肉の代謝は、酸素の供給と大気との二酸化炭素の交換が途絶えないことに大きく依存している。筋代謝の効率は、口蓋垂の開存性、自律神経の安定性、心体力、筋血液供給量に依存する [16]。脂肪の代謝は、安静時や低～中強度の運動時には、グルコースを温存して行われる。しかし、中～高強度の運動では、嫌気性代謝が優位となり、乳酸の変換のために活動停止後にかなりの酸素供給を必要とします。マスクは吸気と排気の閉回路を形成しているが、完全な気密性はない。呼気の再呼吸は、動脈血中CO2濃度を上昇させ、酸性環境での酸性度を高める [17]。したがって、マスクをつけて運動する個人は、不快感、疲労、めまい、頭痛、息切れ、筋力低下、眠気など、慢性閉塞性肺疾患（COPD）の人が運動するのと同様の生理的影響を受けることになる[18]。その上、MET値2のウォーキングのような軽い活動は、吸入されるCO2量を増加させ、N95マスク経由のO2量を減少させ、呼吸の仕事を増加させる可能性があります。したがって、仕事量の多い有酸素運動やレジスタンス運動を行うと、この効果は拡大すると考えられる。吸気・呼気流に対する抵抗が長時間（10分程度）続くと、呼吸性アルカローシス、乳酸値の上昇、早期疲労を引き起こす可能性があります[9]。前述の症状は、運動している人に心理的な影響を与えるだけでなく、筋損傷、筋繊維交代、速筋繊維のサイズなどの生理的な変化をもたらす。
さらに、運動強度が高くなるとCO2分圧が上昇するため、ヘモグロビンの飽和度が低下することが予想されます[19]。図2は、オキシヘモグロビン解離曲線の極端な右シフトを示しており、これは、運動中に予想されるよりも高いものである。この酸性環境は、筋肉レベルではより速くO2をアンロードするが、心拍数の上昇と肺胞接合部での親和性の低下により、O2分圧が大幅に低下し、すべての重要臓器に対して低酸素環境を作り出すことになる。
Bohrのオキシヘモグロビン解離曲線は、二酸化炭素の再呼吸（PaCO2）と利用可能な酸素量の不足（PAO2）により、極端な右シフトを示している。赤の点線は、マスクなしの運動による曲線の右シフト（↑PaCO2、PH、温度）を示しています。紫色の点線は、マスクを装着して運動したときの極端なカーブの変化を示しています（↑↑↑↑PaCO2、PH、温度）。(この図の凡例にある色の説明については、この記事のウェブ版を参照してください)。
免疫反応の低下 運動の長期的な効果と適応免疫の改善に関しては、かなりの証拠が存在します [20]。適度な運動は、長期的にはナチュラルキラー細胞数を増加させ、腫瘍壊死因子などの炎症因子を抑制することがわかっていますが、一時的に激しい運動を行うと、これらの変化に悪影響を及ぼす可能性があります。フェイスマスクをして運動すると、酸性の環境になるため、低酸素状態のナチュラルキラー細胞が標的細胞に移動するのに影響が出て、パンデミック時の感染の可能性が高まります。上気道の湿度と温度がさらに変化すると、無節操繊毛症候群が発生し、口腔咽頭細菌叢の深部播種により下気道感染症にかかりやすくなります[21]。
心肺ストレスの増加 O2とCO2の利用率が低下すると、低い作業負荷でも心拍数と血圧が急激に上昇する。この生理的変化は、大動脈圧と左心室圧を上昇させ、心臓の過負荷と冠動脈の需要を急増させる[22]。さらに、「バルブ呼吸」に対する呼吸負荷が増加すると、呼吸筋の負荷と肺動脈圧が上昇し、心臓の過負荷に拍車がかかる。これらの変化は、健康な人が運動をしているときには微妙なものかもしれません。しかし、慢性疾患を患っている人では、これらの変化が基礎となる病態生理を悪化させ、入院や投薬の増加につながる可能性があります。
腎機能の変化 過呼吸による低酸素状態は、腎血流量や糸球体濾過量を減少させ、腎機能を低下させる危険性があります。したがって、酸尿とそれに伴う尿細管の損傷は、慢性疾患を持つ患者の腎機能低下を悪化させる可能性がある[23]。さらに、自律神経失調症と免疫反応の低下は、C反応性タンパク質、インターロイキン（IL-6、IL-12）などの炎症性物質を増加させ、慢性腎不全患者の全身性腎炎を引き起こします[24]。さらに、腎動脈の流れが悪くなると、ネフロンに低酸素血症が起こり、腎機能低下の病態生理を永続させます。
脳代謝と心の健康 急性の過呼吸は、頭蓋内圧を上昇させ、脳灌流を低下させ、脳虚血を誘発する一方で、興奮性アミノ酸を減少させ、脳代謝を最小化する神経保護作用があることがわかっている両刃の剣です[25]。閉塞性睡眠時無呼吸症候群の研究[26]は、低酸素血症が姿勢の安定性、プロプリオセプション、歩行速度の変化、転倒に影響を与えるという反論の余地のない証拠を示している。上記の所見は、高齢者だけでなく、確立された呼吸器疾患を持つ人がN95レスピレーターマスクを使用して運動する場合にも外挿することができます。
フェイスマスクはコロナウイルスのリスクを高めるか？
マスクはエアロゾルの気道への沈着を防ぐバリアであると認識されていますが、現実にはマスクはより深い気道感染症のリスクを高めるという厳しい現実があります。Perencevichらが2020年に発表した論文によると、「平均的な健康人は、誤った安心感を与え、マスクをしていない場合に比べて顔を触ることが多いため、マスクをすべきではない」[27]とされています。サージカルマスクは、ウイルスを含んだ飛沫を内部に閉じ込め、感染のリスクを低減するどころか増大させると議論されています。
考えられる軽減策
保護用のフェイスマスクを使用しても、屋外で運動する際には社会的な距離を置くことが不可欠です。フェイスマスクを着用して運動することによる悪影響を避けるためには、まず自分の運動限界を認識することが必要です。低～中強度の運動が有効で、マスク呼吸の悪影響を軽減することができます。めまい、平衡感覚の喪失、過度の疲労感 [13] 、息切れなどの症状がある場合は、症状が治まるまで中断して休憩することをお勧めします。人が密集していない場所では、マスクをしないで大気呼吸を間欠的に行うことで、呼吸の正常性を回復し、心肺系へのストレスを軽減することができる。慢性疾患をお持ちの方は、屋外での運動を避けてください。慢性疾患のある方は、屋外での運動は避け、医療従事者の指導の下、自宅での運動を行うことが好ましい。
結論
フェイスマスクを着用して運動することは、基礎的な慢性疾患の病態生理学的リスク、特に心血管リスクと代謝リスクを高める可能性がある。社会的運動者は、フェイスマスクを着用しているときは、激しい運動ではなく、低～中程度の強度の運動を行うことが推奨される。また、慢性疾患をお持ちの方には、フェイスマスクを使用せずに、必要に応じて監督のもと、自宅で一人で運動することをお勧めします。このようなリスクを考慮すると、この世界的な危機の中では、フェイスマスクを着用して運動するよりも、社会的に距離を置いて自己隔離する方が良いと思われます。
資金調達
なし。
利害の衝突
ありません。
CRediTの著者の貢献度に関する声明
Baskaran Chandrasekaran:Conceptualization（概念化），Data curation（データキュレーション），Methodology（方法論），Supervision（監督），Validation（検証）．Shifra Fernandes：視覚化、執筆-原案、執筆-レビュー・編集。
謝辞
著者は、Manipal College of Health Professions, Manipal Academy of Higher EducationのExercise and Sports Sciences学科長であるFiddy Davis博士に、研究に対する継続的なサポートとモチベーションを与えてくれたことに感謝します。
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