大気汚染は粒子状物質（PM）—PM１０（直径１０ µm以下の粗大粒子）、PM２.５（２.５µm以下の微細粒子で燃焼と関連）、超微細粒子（PM0.1、0.1 µm未満）にサイズ別に分類され、一酸化窒素（NO）、二酸化窒素（NO2）、亜酸化窒素（N2O）を含む窒素酸化物（NOx）、さらにオゾン（O3）、二酸化硫黄（SO2）、一酸化炭素（CO）、揮発性有機化合物（VOCs）といった複雑な汚染物質から構成されている。車両排出、産業活動、バイオマス燃焼、および塵や山火事といった自然発生源など様々な発生源に由来し、複数の生物学的システムに悪影響を加えることで世界的な疾患罹患率と死亡率の増加と関連する。
呼吸器系は大気汚染物質への主要な曝露経路で、吸入された粒子（特に直径2.5ミクロン以下（PM2.5）の粒子）は上気道防御を回避して肺胞に到達し、酸化ストレス、炎症、および肺組織への構造的損傷を引き起こす。これらの反応は肺機能を損ない、喘息や慢性閉塞性肺疾患（COPD）などの呼吸器疾患を悪化させる。
健常者における短期間の汚染曝露は努力性呼気量（FEV1）、努力肺活量（FVC）、および最大呼気流量（PEF）を減少させる。慢性曝露は小児における肺発達の障害、成人における肺の老化加速 および肺がんリスク増加と関連する。
大気汚染の影響は肺に限定されない。全身性の炎症と酸化ストレスは、内皮機能不全、高血圧、心血管疾患、乳がんおよび前立腺がんに影響する。最近のデータでは汚染物質の神経毒性効果が強調されており、慢性的な大気汚染曝露と認知機能低下、統合失調症スペクトラム障害、うつ病、不安障害との関連も観察されている。また環境汚染に曝露された人々で、疲労、頭痛、睡眠障害、気分変化といった症状が一般的に報告されている。
その根底にあるメカニズムは、超微細粒子の嗅覚神経を介した脳への直接輸送、または全身性炎症経路を介した中枢神経系への影響が関与している可能性が高いとされている。
アスリートにとっても、大気汚染は明確な課題となる。
運動は分時換気量と呼吸深度を増加させる結果として汚染物質の吸入量を増やし、肺への浸透を高める。屋外アスリート、そして一部のケースではアイスホッケー選手や水泳選手といった屋内アスリートも汚染環境で長時間または高強度の活動に従事する場合に脆弱である。
屋外アスリート集団における汚染の累積的影響は、反復的曝露と呼吸器需要の亢進の組み合わせによって特に有害となる。アスリートは汚染レベルが最も高い都市環境でトレーニングや競技を行うことが多く、地上のO3レベルなど特定の汚染物質がピークに達する早朝または夕方のセッション中に曝露される可能性がある。
短期間の大気汚染曝露でさえアスリートのパフォーマンスを損ない、呼吸器症状を増加させ、回復を遅らせることが示されている。
リンクのレビューは、大気汚染が健康およびサッカー選手のパフォーマンスに与える影響に関する現在の証拠を要約し、悪影響の根底にある潜在的メカニズムを解明し、アスリートの健康とパフォーマンスを保護するための効果的な緩和戦略を特定することを目的としたもの。
サッカー以外の屋外競技の選手もぜひ最後まで目を通して欲しい。
【レビューの結論】
・大気汚染はサッカー選手の健康、パフォーマンス、および回復に対する過小評価されがちで増大しつづけている脅威である。
・酸化損傷、全身性炎症、心肺機能障害といったメカニズムを通じて生理学的ストレスを及ぼす。
・PM2.5、PM10、NO2、O3を含む主要汚染物質への曝露が、汚染物質濃度が現在の規制限界内であっても有酸素能力、技術的精度、認知能力および回復に有害な影響を与えることを強調する。
・VO2maxの減少、筋損傷マーカーの上昇、高強度パフォーマンスの障害、汚染条件下での意思決定および運動協調における欠陥に関連している証拠がある。
・個人の感受性は性別および遺伝的背景によって影響を受け、女性および特定の遺伝的多型を持つ者は感受性が高い。
・屋内トレーニング環境における空気ろ過や換気システムの改善といったインフラへの投資は、汚染物質曝露を軽減する可能性がある。
・個人の感受性プロファイルに合わせた抗酸化物質補給を組み込んだ栄養戦略は、酸化損傷と炎症に対する回復力を高めることができる。
Air Pollution and Its Impact on Health and Performance in Football Players
大気汚染が人間の健康とパフォーマンスに与える影響のメカニズム
・全容は未だ完全に解明されていないが、中心的なメカニズムとして、粒子状物質（PM）、特に超微細粒子によって引き起こされるミトコンドリア損傷がある。PMは細胞内に浸透してミトコンドリアに蓄積し、そこで電子伝達系（ETC）を阻害する。この阻害はスーパーオキシドラジカル（O2•−）や過酸化水素（H2O2）を含む活性酸素種（ROS）の過剰な産生を引き起こす。結果として生じる酸化ストレスはミトコンドリアDNA（mtDNA）を損傷し、シトクロムCの放出を引き起こし、最終的にアポトーシス性細胞死を開始させる。さらにPM中に存在する特定の遷移金属（例：鉄、銅）は、フェントン反応を通じて酸化ストレスをさらに悪化させ、高反応性のヒドロキシルラジカル（•OH）を生成する。これらのラジカルは、脂質、タンパク質、DNAを酸化することで細胞損傷を増幅させ、炎症および組織損傷に寄与する。
・大気汚染は、エピゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、メタボロームの変異といった分子レベルの変化を誘発し、細胞、組織、臓器、そして全身レベルへと連鎖的に影響を及ぼす。これらのメカニズムは集合的にパフォーマンス障害および様々な疾患の発症・進行に寄与する。
・大気汚染曝露はエピジェネティックマーカー、特にDNAメチル化（DNAm）の変化と関連付けらる。DNAmはシトシン残基、主にCpGジヌクレオチドへのメチル基の付加であり、遺伝子制御において重要な役割を果たす。大気汚染はこれらのパターンを乱すようで、頻繁に全体的な低メチル化を引き起こす。
・曝露期間と汚染物質濃度は影響度の関連し、平均期間が長く、汚染レベルが高いほどより強い関連が見られる。大気汚染のエピジェネティックな影響は時間依存的性質を浮き彫りにしており、一部のメチル化変化は長期曝露後にのみ現れる。 メカニズム的には、酸化ストレスがメチル供与体を枯渇させるか、またはDNAメチルトランスフェラーゼ（DNMTs）やTen-Eleven Translocation酵素（TETs）のような酵素を調節し、メチル化バランスを偏らせる可能性がある。ビタミンB補給はこれらの影響を緩和する有望性を示している。
・最近の研究で、小児におけるPM2.5曝露が遺伝子発現の変化と関連し、２つの独立したコホートにおける遺伝子セット濃縮解析によりインターフェロン関連および微生物感染応答経路を抑制することが明らかになった。卵白アルブミン感作喘息マウスにおける環境粒子状物質への曝露は好酸球性および好中球性気道炎症を誘発し、気管支過敏性亢進を引き起こした。マイクロアレイ解析では４日目までに４３６の差次的発現遺伝子が明らかになり、自然免疫、アレルギー性炎症、走化性、補体活性化、宿主防御の関連経路が示唆され、粒子状物質の炎症促進作用および喘息増悪作用を補強している。
・ヒト曝露研究では、交通関連大気汚染（TRAP）モデルであるディーゼル排気が、３４２の血漿タンパク質、特にフラクタルカイン（CX3CL1）、アポリポタンパク質（APOB、APOM）、IL18R1、MIP-3（CCL23）、およびMMP-12を有意に変化させ、TRAP誘発性心血管疾患における炎症経路（IL-6/IL-18シグナル伝達）と脂質代謝（APOB媒介性アテローム性動脈硬化症）への影響を示唆した。別の大規模なプロテオーム解析では、２９の環境曝露と６５００以上の循環タンパク質が関連付けられ、心代謝性/呼吸器疾患および死亡率を予測するDNA損傷（TP53、BRCA1）、線維化（TGF-β、COL1A1）、炎症（IL-6、TNF-α）、およびミトコンドリア機能（PPARGC1A）を含む重要なシグネチャーが明らかになった。
５０,５５３人の参加者を対象としたプロテオーム研究では、大気汚染がCDHR5、TNFRSF13C、ICAM5およびHSD11B1を含む主要な血漿タンパク質と相互作用し、神経炎症性、内分泌（ステロイド生合成）、および代謝（脂質消化）経路を介してうつ病リスクを調節することが明らかになり、薬物-タンパク質相互作用は抗精神病薬（リスペリドン）およびホルモン（プロゲステロン）が汚染誘発性うつ病の潜在的修飾因子であることを示唆した。
大気汚染が健康と運動関連形質に与える影響
・メンデルランダム化研究では大気汚染、特にPM2.5、PM10、NO2、NOxが健康および運動関連形質に広範な因果効果を持つという堅固な証拠を提供されている。付加体除脂肪量、歩行速度、握力、ビタミンDレベル低下、肺機能（FEV1、FVC）の低下といった運動関連転帰では筋骨格系および心肺機能の低下が示唆されている。
・大気汚染物質は心筋梗塞、心不全、脳卒中、高血圧、心房細動を含む心血管疾患とも強く関連している。喘息、COPD、肺炎などの呼吸器疾患は粒子状汚染物質およびガス状汚染物質と関連している。さらに、代謝性疾患（2型糖尿病、肥満、高コレステロール血症）、神経学的および精神医学的疾患（アルツハイマー病、パーキンソン病、うつ病、不安症、統合失調症）、癌（乳がん、結腸直腸がん、子宮内膜がん、頭頸部がん）、自己免疫疾患（例：関節リウマチ、ループス）、口腔健康問題（歯周炎、歯肉炎）との因果関係も特定されている。
大気汚染とサッカー選手の健康、パフォーマンスおよび回復への影響
サッカーのような屋内スポーツはアスリートを大気汚染に曝露させ、選手の健康とパフォーマンスに大きな影響を与える可能性がある。高強度運動を日常的に屋外で行うアスリートにとってその影響はより深刻。運動中の換気量増加は吸入される汚染物質の量を増大させ、生理学的負荷を強める。様々な研究で、大気汚染がアスリートのパフォーマンス、回復および全体的な健康に悪影響を与えるという証拠が増加している。
・Yo-Yo間欠的回復テストレベル1（YYIRT1）後のサッカー選手における嫌気性パフォーマンス、心血管機能および血液パラメーターの日内変動に対する汚染された空気と清浄な空気の影響を評価した研究では、１１人の健康なサッカー選手が汚染された環境と非汚染環境の両方で１日の2つの時間帯（08:00と18:00）に評価された。その結果、パフォーマンス、心血管指標、および血液学的マーカーは汚染された環境下で有意に損なわれた。汚染された環境下では敏捷性、最大酸素摂取量（VO2max）、赤血球、ヘモグロビン、pH、および重炭酸塩レベルが著しく減少した。同時に、心拍数、収縮期血圧、白血球、好中球、リンパ球、および二酸化炭素分圧が有意に上昇し、生理学的ストレスの亢進を示した。これらの影響は特に夕方のセッションで顕著で、心血管および代謝反応の概日変動に起因すると考えられる。
・ドイツのブンデスリーガの４６１選手から８９２７試合の観察データを分析した結果、O3、粒子状物質および二酸化窒素の濃度増加に伴い、総走行距離および高強度運動量が有意に減少することがわかった。この傾向は汚染物質の種類に関わらず一貫しており、わずかな大気汚染への曝露でさえ有酸素性および嫌気性タスクのスペクトル全体でパフォーマンスを阻害する可能性を示唆している。特筆すべきは、パフォーマンスの障害が許容される環境閾値内と見なされるレベルでさえ発生しており、現在の規制基準がアスリートを適切に保護していない可能性を強調している。
・ポーランドのエクストラクラサリーグの選手に対するPM10レベルの影響に焦点を当てた研究では、４２９４試合の観察データから、空気の質が著しく良好なポーランド北部地域では選手がより良いパフォーマンスを発揮したことが明らかになった。逆にPM10レベルが高い中央および南部地域では、総走行距離と高速走行の両方が減少した。この地理的変動は、大気汚染が身体的出力に負の影響を与えることの自然な準実験的証拠を提供し、短期間の曝露でさえ運動効率を低下させ、試合結果に影響を与える可能性を示唆した。
・エリート青年サッカーチームの２６試合と１９７回のトレーニングセッションにわたる外部負荷、内部負荷、およびウェルネス指標を追跡した研究では、PM10およびO3の高濃度が総走行距離の減少、主観的運動強度の増加、および平均心拍数の上昇と有意に関連していることを発見した。さらに高濃度の汚染物質曝露は翌日のウェルネススコアの低下と関連しており、回復の損なわれを示した。
身体的出力に焦点を当てた研究以外では、７９９人のプロサッカー選手を対象に技術的および認知的パフォーマンスを組み込むんだ研究があり、PM10およびO3の高濃度がスプリントおよび方向転換時間の遅延、ならびに技術的精度の低下につながることがわかった。さらに、二酸化窒素への曝露は注意や応答抑制などの実行機能に負の影響を与えた。大気汚染が意思決定、反応時間、スキル実行など、サッカーに不可欠な複数のパフォーマンス領域を損なうことも強調された。この多次元的障害は、エリートアスリートのパフォーマンスに対する汚染の広範な影響スペクトルを示している。
・操作変数アプローチを用いて中国人サッカー選手のパフォーマンスを評価した研究では、大気汚染の認知的影響がさらに強調された。大気質指標の標準偏差が1増加すると、成功したパスの数が2.5%減少し、ファウル数が5.1%増加することが示された。この発見は汚染関連のパフォーマンス低下が、ゲームの認知的に要求される側面に特に顕著であるという仮説を支持している。興味深いことに、走行距離などの身体的パラメーターには有意な影響は見られず、大気汚染が主に神経運動協調、集中力、および戦術的意思決定を損なうという見方を補強した。
大気汚染に対するサッカー選手の緩和戦略
汚染ピークの時間的・空間的回避
・サッカー選手は汚染物質濃度が最も低い時間帯、通常は交通関連大気汚染（TRAP）およびO3レベルが低い早朝にトレーニングすることが推奨される。この時間的戦略は、横浜での世界リレーにおいてNO2濃度に有意な日内変動を報告し、深夜から早朝にかけて最低レベルを示した研究に基づいている。交通量の多い場所から離れたトレーニング場所の選択を含む空間的回避も、推奨される。
・高効率フィルター付きフェイスマスク（例：N95、FFP2）の着用は低強度活動中の吸入される汚染物質負荷を低減する可能性がある。しかし高強度スポーツにおけるその有用性は依然として限られている。運動中のマスク使用が不快感、体感温度の上昇沛然として問題であり、中程度から激しい身体活動中のマスクの有効性を評価する科学的研究は不足している。競技中の使用には適さないものの、ウォーミングアップ、通勤、または汚染された会場への移動中の短期間のマスク使用は、低コストで低リスクの曝露軽減策となりうる。
・大気汚染物質は酸化ストレスを誘発するため、保護策として抗酸化物質補給に関心が集まっている。O3曝露は肺機能を損なう可能性のある活性酸素種を生成するが、食事性抗酸化物質はこれらの影響を軽減する可能性がある。アマチュアサイクリストでこれを調査した最初の研究では、3ヶ月間毎日15mgのβ-カロテン、75mgのビタミンE、650mgのビタミンCを摂取する補給群と対照群で、肺機能検査では対照群で有意なオゾン関連のFVC、FEV1、PEFの低下が見られたが、補給群では見られず保護効果が観察された。38人のサイクリストを対象とした無作為化プラセボ対照研究でもこれらの知見が確認され、平均77µg/m3のオゾンレベルにおいて、抗酸化物質群（ビタミンE 100mg、ビタミンC 500mg）は肺機能の低下が最小限であったのに対し、プラセボ群では有意な減少が観察された。
・汚染地域（PA）および非汚染地域（NPA）の１１人のサッカー選手におけるレッドオレンジジュース補給（ROJS）を調査した研究では、参加者はYo-Yo間欠的回復テストの前に500mLのROJSまたはプラセボを摂取した。ROJSはプラセボと比較して、PAおよびNPAの両方で運動後の筋損傷（クレアチンキナーゼレベル）および酸化ストレス（マロンジアルデヒドレベル）を減少させ、ROJSが汚染関連の損傷を軽減する潜在的な戦略であることが示唆された。
・CASEMおよびカナダ運動生理学会（CSEP）の最近のポジションステートメントによると、O3レベルが高い環境で身体活動に従事する前に、最低1週間、ビタミンC 250～650mg、ビタミンE 75～100mg、β-カロテン25mgを補給することが推奨されている。
屋内の空気質管理
・屋内空気質（IAQ）も運動能力に影響を与える重要な要因であり、特にジム、回復エリア、屋内ピッチで頻繁にトレーニングを行い、時折密閉されたスタジアムで競技するサッカー選手にとっては重要である。しばしば見過ごされがちだが、IAQは屋内スポーツ環境における身体的および認知的パフォーマンスに実質的に影響を与える可能性がある。2500以上の中国バスケットボール協会（CBA）の試合において、屋内AQIレベルが高いほど選手の効率評価（PER）の低下と有意に関連していることを示すデータがあり、屋内環境でさえ大気汚染が具体的な影響を与えることを浮き彫りにしている。粒子状物質、オゾン、揮発性有機化合物などの汚染物質は屋内に蓄積する可能性があり、換気不良や空気侵入により屋外の汚染レベルを反映することが多く、高強度屋内トレーニングセッション、筋力・コンディショニング作業、またはリハビリテーション中の屋外競技選手にとって重要な要因であり、換気量の増加により大気中の汚染物質に対する感受性が高まる。したがって、高効率機械換気システム、定期的なメンテナンスと清掃プロトコル、トレーニング施設における占有率の管理など、堅牢なIAQモニタリングおよび管理措置は、アスリートの健康とパフォーマンスを保護するために不可欠である。屋内トレーニング中の呼吸数の増加と長期曝露を考慮すると、屋内スポーツ環境内での最適な空気質基準の維持はサッカーチームとサポートスタッフにとって優先事項と見なされるべきである。
…筋骨格系やスポーツに関するデータを追っていくとしばしば登場する環境要因というテーマ。
アスリートパフォーマンスとは離れた微に入り細にわたるような話と思われる方もいるかもしれませんが、果たしてこういったデータに基づいて「ちょっとしたことの積み重ね」を徹底しているチーム、または個人はどのくらいいるでしょうか？
このデータのみならず、「ちょっとしたこと」の長期的な累積効果も選手の方は検討しても面白いかもしれません。