電磁波低下・
悪臭分解・
免疫力向上
（空間制御）
第23回日本抗加齢医学会総会（2022.6.17-19 大阪、2023.6.9-11 東京）、
日本統合医療学会 第27回年会（2023.12.16–17 静岡）
発表内容
― 共同研究先：株式会社 小名細胞アッセイ技術研究所 ―
― 共同研究先：株式会社 ユニコン ―
開発のきっかけ
最近、「イライラする」、「体がだるい」、「何もする気にならない」、「色々なことが心配」、ということを解消するため、パワースポットが人気です。神社、仏閣や霊山、滝や森林などが多く取り上げられています。家の中に簡単にパワースポットが作れたら…というのが開発のきっかけです。
パワースポットとは？
パワースポットを訪れる人は、特別な力が得られる、癒される、やる気が出るなど、「気」を求めているようです。これを科学的に考えてみると、
１．温泉など地中から物質が出ており、ラドンなどが多く発生している所
２．磁場、電位、熱などのエネルギーが発生している所
３．滝、川などの水が砕けて、自然のマイナスイオンが発生している所
４．樹木が多く、森林を形成し、自然のマイナスイオンが発生している所
が多く見られます（図１）。
ラドンは、治療効果（ホメオシス効果）があり、理に適っています。また、自然の マイナスイオンも免疫が上がるなどの効果が認められており、これも頷けます。
人は、これらを「気」と捉えて、パワースポットを呼んでいるようです。ところが、職場や家に戻ると、また同じような状況になる、という話があります。この原因として、環境過敏症が考えられます。
図１ パワースポット
環境過敏症とは？
環境過敏症は、空気中のマイナスイオンの不足、電磁波、化学物質（VOCやにおい）、など様々な外部環境の変化に対して、普段であれば問題ないレベルなのに、心身が耐えられない状態になること、とされています。
最近の住居は断熱材を使い、アルミサッシで気密性を高めたため、冷暖房効果は格段と高まりましたが、自然換気の回数が減り、空気の交換は減ることになりました [1-4]。また悪臭に対して芳香剤などを使うケースが多いため、化学物質が室内にこもりがちです（図２）。このため、冬でもダニの繁殖、結露によるカビなどの菌類の繁殖や、家具、壁紙、殺虫剤などからのVOC（揮発性有機化合物）などの室内空気汚染による、シックハウス症候群（化学物質過敏症）などの新たな健康被害も報告されています [1-6]。これらの多くは空気中でプラスに帯電しています[6-8]。
さらに、エアコン、空気清浄機、ホットカーペット、電子レンジなどの家電から発生する電磁波は、種々の健康被害を生むことが知られています [9-12]。
このように、現代の住宅は、プラスイオンリッチな環境と言えます。プラスイオンも多くの健康被害が報告されており [14]、全て解決しなければならない課題です（図１）。
これに対して、空間除菌を行う装置やマイナスイオンを発生する装置の設置 [15-18]、各家電の電磁波のシールドなど、多くの方法が提案されています [19]。しかし、電気代や薬剤代がかかる、無害とは言えない、また非常に多数の対策が必要な状況です。
環境過敏症の発症は、環境ストレスに過敏な体質（酸化ストレス発生）への変化により、免疫低下、精神病、炎症、老化、高血圧、がんなどの問題が発生することです。遺伝的に弱い方もいますが、なんと3人に1人が環境過敏症を発症する可能性があります。
図２ 最近の居住環境
室内空気汚染によるシックハウス症候群
1970年代以降、世界的に省エネ対策による住宅の高気密化と、化学物質を放出する建材等の使用量の増加が進みました [20]。1980 年代に入ると、めまい、吐き気、頭痛、眼、鼻やのどの痛み、皮膚の乾燥、アレルギー、全身倦怠感、嗅覚過敏、ぜんそくや呼吸器系の症状が多数報告され始めました [20, 21]。これらから、「建物内環境における化学物質の関与が想定される皮膚・粘膜症状や、頭痛・倦怠感等の多彩な非特異的症候群」として、シックハウス症候群が定義されました。 シックハウス症候群を診断する基準は、①発症の要因が、転居、建物の新築、増改築、改修、新しい日用品（家具など）の使用などである、②特定の部屋、建物内で症状が出現する、③問題になった場所から離れると、症状が全快するか改善する、④室内空気汚染物質が認められる、の4 条件が提案されています [22]。
室内空気汚染は、①化学的因子：トルエン、キシレンなどの揮発性有機化合物、フタル酸エステル類、ビスフェノール A、テキサノール類、ノニルフェノール、臭素系難燃剤などの半揮発性有機化合物、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物などの燃焼生成物、殺虫剤、ホルムアルデヒド、有機リン化合物、ポリ塩化ビフェニル化学物質、粒子状物質（PM）など、②生物的因子：ウイルス、細菌、真菌、カビ、ダニなど、が複雑に関与しています［20, 23, 24］。これらが、建材、生活用品、暖房や調理器具、居住者の生活など、多数から発生し、様々な健康への影響を引き起こします。
例えば、塩化ビニル樹脂の床材が使用された湿気の多い建物において、フタル酸エステル類が加水分解して生じる物質と考えられる喘息症状が報告されています［25］。このように、湿気やカビが喘息や呼吸器系の症状を30~ 80%増加させるとも言われています［26］。また、PM1.0、PM2.5は、呼吸器・循環器疾患、血糖値の上昇、血管内皮機能の悪化、アレルギーの発症を引き起こします [27, 28]。PM1.0やPM2.5のような微細なPMは、肺に深く浸透し、肺胞壁を刺激・腐食し、結果として肺機能に影響を与え [29]、肺がんになる可能性もあります [30]。この際、電荷を持つ粒子が特に問題になっています [31]。
電磁波とは？
電磁波は、周波数によって様々な種類があります [9, 10, 32-35]。放射線（ガンマ線、エックス線）、光（紫外線、可視光線、赤外線）、電波があり、テレビ放送、ラジオ放送、電子レンジ、携帯電話などの電気製品にも使われています。電磁波は、送電線等の電力設備や家電製品のまわりといった電流の流れるところにも発生し、電場と磁場が相互に作用しながら遠くの空間へと波のように伝わっていきます。
電場とは、例えば電力による力がプラスからマイナスに向かう時など、電気的な（プラスとマイナスの間での）力が働く空間のことをいいます。静電気の周り、送電線・家電製品の周りなどに発生します。磁場とは、磁気の力（ＮとＳ極がくっつく力）が働く空間のことをいい、磁石、地磁気（地球そのものが巨大な磁石）、送電線、家電製品の周りなどに発生します。
電磁波の伝わる場所を電磁場といいます。現代の住環境では、調理器、冷・暖房器具から、WIFI、携帯電話に至るまで、ありとあらゆる機器から電磁場が発生しています。電気使用量は増加しており [6]、さらに、住環境における電気機器の増加に伴い、建物内部の配線使用量もまた急増しています。近年、私たちの生活は年々便利になっていますが、電磁場環境は増々過密になり、電磁場が持つ生体への影響について懸念する声も大きくなってきています。
電磁波の生体への影響
電磁波による生体への影響に関しては非常に多くの報告があります [32, 33, 35-68]。住環境では、配線などに由来する極低周波電磁場（50および60Hzの電源周波数を含む、30から300Hz）に関心が集まっています [60-63]。極低周波磁場は、発がん性の可能性があるとされ [37-41]、国際がん研究機関（IARC）は、極低周波磁場をグループ2B（ヒトに対して発がん性がある可能性）に分類しています [69]。この他にも、パーキンソン病、アルツハイマー病、筋萎縮性側索硬化症、ナチュラルキラー（NK） 細胞数の減少 [44-48]または増加 [42, 49-51]、睡眠障害や頭痛などの非特異的な身体症状 [36]から、乳がん [55]、精子の質への悪影響 [70]が報告されています。免疫系はがんの発生を制御する上で主要な役割を担っているため、免疫系が磁場の標的である可能性が示唆されています [38, 42]。少なくとも 1mGを超える長期暴露では、NK 活性を低下させる可能性があり、0.2mG以下では、全く影響はないことが示唆されています [51-53]。
電磁場では、皮膚のかゆみ、ほてり（頭部を含む）、乾燥、刺激（チクチクする）や、目への刺激（チカチカする）、神経衰弱、慢性疲労も多く発生している状況です [32, 33, 71]。
空気イオンとは？
空気イオンは、エネルギーがある中性の気体分子から電子を切り離し、別の分子に与えることで形成される、プラスまたはマイナスに帯電した空気粒子をいいます [74]。このイオン化のためのエネルギーは、放射線、宇宙線、電磁波の太陽波、滝、雷、放射エネルギー、紫外線からもたらされます [74]（図３）。空気イオンは、森林や滝などの自然の場所に特に多く存在し、その場所にいると体調が良くなったり、気分が良くなったりする、潜在的なメカニズムの一つとされています [74-76]。
自然界における空気イオンの発生は、主に土壌や大気中の宇宙線や放射性物質などの自然電離物質の作用によって引き起こされます [76, 77]。また、上層大気では、光電離の過程も行われますが、大気中の空気イオンの生成において、光電離や放電が果たす役割は小さいことが判明しています。電離の際には、両符号の空気イオンが形成され、プラス・マイナスイオンの平均生成頻度は約10個/cm3 sです [77]。地表付近では、1cm3の純空気中の空気イオンの定常濃度は、約800-3,000個/cm3です。リゾート地では12,000個/cm3に達することもありますが、一般住宅内では、数100から数1000個/cm3程度で、工業地帯では300個/cm3以下にまで低下します [13]。これらのレベルは、自然要因（例えば、放射線のレベル、短波長のUVA光）と環境要因（例えば、産業による大気汚染より存在する固体および液体：エアロゾル、空調）の両方によって変化します。特に、エアロゾルとのランダムな衝突と電荷移動によってイオンレベルは低下します [78]。住環境は、イオンが少ない特徴があり、屋内の空気イオンの濃度は屋外の10%程度しかありません [75, 79, 80]。
空気中のマイナスイオンは相対湿度と正の相関があり、その濃度は都市環境と比較して自然環境において高いことが知られています [81-83]。このことは、室内汚染や湿度などの要因を考慮することの重要性を示しています。また、静電的に帯電した表面の存在は、反対電荷のイオンを「抽出」（引力と接触による中和）することによって、周囲のレベルに大きな影響を与えることがあります。この例としては、空調ダクト、カーペット、合成繊維の布地や家具、ディスプレイやテレビ画面などがあります。さらに、人間（または動物）は、特に地面から絶縁された状態で合成素材と接触すると、かなりの静電表面電荷を蓄積する能力があります。この表面電荷現象は、空気が乾燥しているときに合成素材の服を着て、ドアノブに触れて「ビリッ」ときたときに、ほとんどの人が体験したことがあるのではないでしょうか。このスパークは、体内の電荷が地面や反対方向に帯電している物体に移動することを意味します。つまり、人体に蓄積された表面電荷の極性によって、空気イオンは人体に吸着したり反発したりできるのです。
大気の電場がマイナス極性であるため、プラスイオンの数がマイナスイオンの総数より通常10-20％多くなっています [78, 84, 85]。さらに、住空間では、エアコン、オーディオ製品、電子レンジなどの家電製品とそのコンセントやコード、さらにガスコンロなどの調理器具からもプラスイオンが数1000個/cm3レベルで発生することが知られています [13]。屋内の平均的なイオン極性比（プラスイオン／マイナスイオン）は2.7で、屋外の2.5倍と高いことも報告されています [86]。このように、住空間は、対策をしなければ、プラスイオンリッチな空間になることが知られています。
図３ 自然界でのマイナスイオンの生成
自然界での空気イオンの生成
私たちが呼吸する大気中には、プラスとマイナスのイオンが含まれています。イオンは自然界において、二酸化炭素、酸素、水、窒素などの分子に十分なエネルギーが作用して、分子から電子が放出され、正電荷のイオンになったときにプラスイオンが形成されます。放出されたばかりの電子は、約100n秒または10n秒以内に中性の分子にくっつき、その結果負に帯電したマイナスイオンになります。生成したイオンの多くは10n秒程度で再結合しますが、電場中に存在すると、プラスイオンは一方に、マイナスイオンは他方に引っ張られ、互いに分離されるものもあります [87]。これらのプラス空気イオンとマイナス空気イオンは、大気中でランダムに動きます（ブラウン運動）。毎秒100億回の割合で他の空気分子と衝突し、その間に何らかの変化を起こすことが多いとされています。
電気的移動度を用いた直径への変換によるサイズ分類によると [88, 89]、空気イオンは以下のように分類されます。
- 小型クラスターイオン 36〜0.85 nm (3.14-1.28 cm2/V s)
- 大型クラスターイオン85〜1.6 nm (1.280.5 cm2/V s)
- 中型イオン6〜7.4 nm (0.034-0.5 cm2/V s)
- 大型イオン4〜79 nm (0.034-0.00041 cm2/V s)
中型イオンと大型イオンはエアロゾルイオンとも呼ばれます [90]。
自然界の大気中におけるクラスターイオンの平均寿命は、エアロゾルの含有量によって異なりますが、地上付近では約50秒から250秒です [87, 88, 91-93]。クラスターの中心イオンは、1つの無機分子を含むこともでき、1層の水分子で囲まれることもあります。エアロゾルイオンの場合は、一般的に吸入可能なほど長く、おそらく数日になるでしょう [94, 95]。
窒素、酸素、水蒸気、二酸化炭素だけを含む大気では、地上付近で1μ秒足らずでプラス空気イオンの化学組成はH3O+(H2O)nとなります。ここで、nは気圧、湿度、温度によって変化し、その平均値は約5です。マイナスイオンはスーパーオキシドイオンO2●− (H2O)mまたは四酸化炭素イオンCO4−(H2O)mである可能性がありますが、自然の大気には他の多くの気体が含まれているため、これらには限りません。たとえ微量であっても、衝突頻度が非常に高いので、生まれたてのイオンはそれらに出会い、変化する可能性があります。その結果、原子がさまざまに組み合わされ、非常に複雑な分子になってしまうのです。電荷がなければ存在しないような分子もあります。
自然界でのマイナスイオンは大きく分けて、電気的マイナスイオンと水によるマイナスイオンの2種類があります。電気的に発生するマイナスイオンは、雷の放電、放射エネルギー、紫外線などによって発生します。これらのエネルギー源は、空気中の分子から電子を放出させます。これが、酸素原子と結合し、マイナスイオンを発生させます。電気的に生成されたマイナスイオンは高電圧を放ち、空気中の分子をオゾン、酸素ラジカル、窒素酸化物、硫黄酸化物などのマイナスに帯電した粒子に変化させます [96]。また、空気中のちりは、マイナスイオンによってマイナスに帯電し、壁などに付着します。水が生成するマイナスイオンは、滝の周辺などでレナード効果によって水が電離することで発生します [97]。
水分子の自己電離、電荷の流動化、表面突起、衝突で形成された液滴の蒸発、クーロン爆発などの要因が、クラスターイオンの主な生成源であると同時に、エアロゾルイオンの追加生成源にもなります [94, 95, 98]。水滴は生成される際に電荷の再分配を受け、マイナスに帯電した表面を持つ「水袋」となり双極子を形成します。この現象は、水しぶきや泡による水面の乱れ、移動する液体が障害物や水面でエアロゾル化するとき、あるいは自由落下中の水滴の空力的分裂の結果として起きます。水のせん断による分解後、小さなフラグメント（またはクラスター）はマイナスに帯電したヒドロキシイオン（OH−）イオンを持ち、残りの大きなフラグメントはプラスに帯電する、とされています。
(H2O)n → H3O+(H2O)n-m + OH−(H2O)m-2
ここで、m>>nの場合は、大きなプロトンクラスターはH3O+(H2O)20として知られています [94, 98-101]。液滴表面電位が正の値（+0.1V）である場合、水の双極子はマイナスの極が気相に、プラスの極が液相に優先的に配向していることを示します [102]。OH–イオンが4つのH2O分子と水和し、水素原子に近いところに弱く結合した5番目の水分子の存在が示唆されています [103]。マイナスに帯電した粒子は空気中に残り、水と周囲の空気の温度差によって生じる冷たい空気の流れによって、熱的に分散されるようになります。正電荷を帯びた大きな水滴は、地面、すなわち池に沈みます。その結果、滝の近くでは、マイナス空気イオン濃度が1cm3あたり数万個に達することがあります。滝に関連するマイナス空気イオンの直径は1.5-10 nmであり、2 nmサイズのマイナス空気イオンが最も多く報告されています [94]。降雨時のレナード効果によるイオンの生成と移動度分布を調査し、これらのイオンの移動度は0.1〜0.5cm2 /V s (1.6-4.0 nm)で、分布の最大値は0.20〜0.27 cm2 /V s (2.22-2.64 nm)と報告されています [89]。
水で生成したマイナスイオンの寿命は5分以上と長いが、コロナ放電で生成したマイナスイオンは20秒程度と短いことが知られています [104]。コロナ放電で生成したマイナスイオンは、10-4m2/V sがピークで、水で生成したマイナスイオンは、前述のようにこれより大きいことが判ります [105]。このように、この2種類のマイナスイオンは明確に異なることが示されました。これらの結果は、水で生成されたマイナスイオンは数個から最大20〜30個の水分子によってガードされており、大きな粒子はゆっくりと移動していることを裏付けています。このため、空気中の他の粒子と衝突する確率が低くなり、空気中で安定していると考えられています。
自然の空気中のイオン濃度やイオン極性比が生理的影響をもたらすことが報告されています [86, 106]。
マイナスイオンの化学種
大気中、発生源がコロナ放電、またはレナード効果によるマイナス空気イオンの組成と、酸素系マイナスイオンの生成経路を図４に示します [94, 101, 107-119]。
大気中では、下部対流圏のマイナスイオンの大部分はO2●−、三酸化炭素イオン（CO3−）、三酸化窒素イオン（NO3−）とそれらの(H2O)nクラスター、および硫酸水素イオン（HSO4−）コアイオンに加え、OＨ−、NO2−、HCO3−とそれらの水クラスターなどの付加的なイオンも含んでいることが示されている [101, 110-113, 120]。マイナスイオンは、複数の負電荷を帯びた分子で構成され、これらのマイナスイオンが数個あるいは最大20〜30個の水分子と結合して、CO3−(H2O)nといったマイナスイオンクラスターを形成しています [108, 109, 121] 。
コロナ放電で生成されるマイナスイオンの大部分はCO3−であり、その他のマイナスイオンには一酸化イオン（O−）、オゾンイオン（O3−）、NO3−などがあり、その構成比は10%未満です [17, 108, 110, 119, 122-125]。一方、コロナイオン化の反応時間によってマイナスイオン組成が異なることが提案され [17]、NO3−が主要なイオンであり、HCO3−などがそれに続く説もあります。いずれにしても、コロナ放電によって生成されたマイナスイオンは、 O2− が主要な生成物ではなく、ヒドロキシラジカル（OH●）を含むことを示しています [16, 17]。
レナード効果による自然タイプのマイナスイオンは、O2●−とO−の両方から生成されます [101]。OH−の濃度が高い特徴があります。これらが、さらに他の種類のイオンに変化します。その結果、NO2−、HCO3−、O2●−、OＨ−、NO3−が主要なイオン種として形成されます。
マイナスイオンは、あるマイナスイオンから別のマイナスイオンを生成します。例えば、酸素分子（O2）が電子を獲得すると、O−が形成されます。O−は、同じ空間に他の分子が存在すると、衝突によって電子が付着し、NO2−、HCO3−、O2●−、OＨ−、NO3−といった他のマイナスイオンが生成されます [104, 114]。実際、マイナスイオンは周囲の大気組成と関連しており、空気中の分子と衝突することで絶えず変化しています。このため、組成が流動的で、イオン化ポテンシャルと電子親和性、プロトン親和性、双極子モーメントと分極率、さらに分子の反応性に依存します [126]。
O2は、異なる軌道に2つの不対電子を持つバイラジカルであり、最大で4つの電子を受け入れることができます [127, 128]。O2●−は、1個の電子を受け入れて形成されます。酸素の酸化状態は、O2、ジオキシゲニルイオン（O2+）、スーパーオキシド（O2●●）、過酸化物ジアニオン（O22−）など、少なくとも4種類が確認されています。O2が1価に還元されると、ラジカルとマイナスイオンを兼ねるO2●−が生まれるため、ラジカル記号「●」が付加されます。このため、O2●−は一種のマイナス酸素イオンであることが判明しています [84, 96, 129, 130]。O2●−は自然大気やレナード効果（滝）によって生成される主要なマイナスイオンであり [84, 130, 131]、他のマイナスイオンよりも安定であることが報告されています [96, 132]。
図４ 生成方法による酸素系マイナスイオン化学種の違い
自然タイプ空気イオンの生体への影響
人口の約1/3は空気イオン、特にマイナスイオン枯渇に敏感であり [16, 84, 133]、シロッコ（イタリア）、シャルキジェ（エジプト）、サンタアナ（カリフォルニア）、ハムシンまたはシャラフ（中東）、フェーン（中央ヨーロッパ）などの暖かい乾燥した風が高いプラスイオン濃度と低いマイナスイオン濃度をもたらすと、うつ、倦怠感、偏頭痛、過敏症、無気力、吐き気、不眠、呼吸困難の症状の上昇が発生しています [14]。また、ヒューマンエラーが増加すると言われています（図５）。
コロナ放電により、30万個を超える大量のマイナスイオンを照射すると、O2●−とHO●が発生し、モルモットやウサギの組織が障害を受けることが報告されています [16] 。空気中のあらゆる物質をマイナスに帯電させ、また副産物としてオゾンを発生させます。さらに、自由電子により活性酸素種（ROS）が生成されることが実証され [96]、これらも生体に悪影響を及ぼすと考えられています。
生理的、心理的な面から調査した結果、環境中の自然タイプのマイナス空気イオンを浴びることにより、作業効率、精神状態の改善が報告されています [134-136]。マイナスイオン暴露により血液中の酸素量が増加し、心拍数が減少すること、運動中のマイナスイオン暴露下では、プラスイオン存在下に比べ心拍数や労作感が有意に減少することが報告されています [16, 137-139]。また、運動後のマイナスイオン暴露下では、最低血圧が下がり、セロトニンとドーパミンが有意に減少し、回復が早くなることも示されています [140]。さらに、自然タイプのレナード効果によるマイナスイオンは、温感効果と注意力を高め、オフィスワーカーの息苦しさ、吐き気、めまい、頭痛の発生を50%減少させることも報告されています [80]。滝は、免疫を活性化し、長期ストレスを緩和することも知られています [141]。コロナ放電ではこのような効果はありません [14, 142]。
自然タイプである水のせん断（レナード効果）によるマイナスイオンが、赤血球の変形を改善し、好気性代謝を好転させること、小児アレルギー性喘息を抑制すること、肺機能と粘膜免疫反応の向上に効果があることも報告されています[95, 121, 143]。
レナード効果を利用したマイナスイオンの生成においては、水のマイクロクラスターに付着したO2●−を多く発生させるため、これが自然タイプのマイナス空気のイオン源と考えられています [17, 131]。
図５ 自然タイプの空気イオンの生体への影響
スーパーオキシドイオン（O2●−）と活性酸素種（ROS）
体内でのスーパーオキシドイオンO2●−は、好気性代謝であるミトコンドリアの呼吸の副産物であり、この活性酸素の自然発生源に対処するため、好気性生物は高度な抗酸化防御システムを備えており、高い活性酸素レベルを打ち消し、制御して生理的な恒常性を維持しています [144]。生体分子の不適切な酸化は、すべての好気性生物にとって危険物です。有害な酸化は、ミトコンドリア呼吸や酵素的、非酵素的化学反応など、広範な生物学的プロセスによって生成される活性酸素種（ROS）が媒介することが多く見られます。
ROSは、O2●−、過酸化水素（H2O2）、OH●とともに、通常の酸素分子とは電子のスピン状態が異なる一重項酸素（1O2）と定義されていますが、その他の一酸化窒素（NO●）、O3なども含まれて言われることが多いです [145-148]。
O2●−は細胞毒性を持ち、DNAに損傷を与えるROSと定義されてきました [149, 150]。O2●−は、パーキンソン病などの神経変性疾患、感染症、動脈硬化、関節炎や呼吸器などの炎症性疾患、糖尿病やがんなどを引き起こし、さらに老化の原因となっていることが報告されています [151-153]。
しかし最近は、O2●−は弱い酸化剤であり、いくつかの有機物質と反応して、種々のROSとなる中間種を生成するが、ラジカルとしての反応性は低く、酸化障害に重要な寄与はしない、と考えられています [154]。H2O2は様々なターゲットと反応し、レドックス金属（フェントン反応）またはO2●−（ハーバー・ワイス反応）の存在下で、多く蓄積した場合のみ、強力な酸化剤として知られ、様々な細胞高分子の構造と機能に変化をもたらす毒性を示す、OH●を生成します [155]。
ROSが、細胞シグナル伝達、遺伝子調節、ホルモン作用の調節など、いくつかの生理的プロセスにおいて重要な役割を果たすことができるのは、その酸化能力のおかげです [156]。さらに、ROSは免疫系を調節することができ [157, 158]、活性化した好中球やマクロファージ（免疫参照）は、ROSを利用して酸化バーストを起こし、ウイルスや隣接する細胞を破壊します [159]。しかし、酸化ストレスがかかると、活性酸素は細胞の抗酸化防御能力を圧倒し、細胞死を引き起こす可能性があるため [160]、ROSは、タンパク質の変性や脂質の過酸化など、いくつかの有害な生物学的プロセスに確かに関与しています [161]。O2●−は、通常、生体系ではスーパーオキシドジスムターゼ (SOD) という酵素を放出し、O2●−濃度を最適なレベルに維持していると考えられています [152]。
事実、すべての哺乳類（ヒトを含む）は、SODの3つのアイソフォーム、Cu/ZnSOD（SOD1）、ミトコンドリアのMnSOD（SOD2）、細胞外のCu/ZnSOD（SOD3）を持っています。これらの抗酸化機能の低下、あるいは毒性のある未知の機能の増加は、SOD1異常と関連しているダウン症 [162]、パーキンソン病 [163]、がん [164]、筋萎縮性側索硬化症（ALS） [165]、SOD2異常に関連する動脈硬化症 [166]、SOD3異常に関連する糖尿病性網膜症 [167]などと、詳細に機能解析されてきています。過剰なROSによる疾病を図６にまとめました[168, 169]。
H2O2を消去する酵素としては、カタラーゼとグルタチオンペルオキシダーゼが細胞内に存在します [145, 147]。
しかし、細胞とROSの相互作用の複雑さは、細胞が意図的に少量のROSをシグナル伝達分子として働かせるために生成したり [170]、免疫防御機構の一部として働かせるために意図的に大量のROSを生成したりすることから明らかになってきています [171]。実際、健康増進に最も効果的な2つの方法であるカロリー制限と運動が、ミトコンドリア由来のROSを逆に誘導するためであることが判明しています [172]。
このため、O2●−の強度が低いとSOD活性が上昇し、強すぎるとSOD活性が低下するという報告があります [107]。その生物学的作用がフリーラジカルと何らかの関係があることが示唆されており [173]、マイナス空気イオンは「火花」として機能し、高次の電子励起の生成を伴うROSが参加するプロセスを開始し持続させていると考えられています。このエネルギー（によるROSの生成）は、生体エネルギーや生体調節機能に利用することができると考えられています [84, 96, 174-176]。
このように、生命に不可欠なあらゆるROSの生成とその毒性に対して、体はバランスをとっています。
図６ 過剰な活性酸素種（ROS）による疾病
自然タイプのマイナスイオンの室内環境に対する効果
レナード効果を利用した自然タイプのマイナスイオンにより、効果的にちりや細菌を除去できることが報告されています [28, 31]。マイナスイオンにより、電気的に中和させることにより、大腸菌、黄色ブドウ球菌、結核菌などの有害な細菌、ウイルス、カビを死滅させる、または増殖を抑制することが知られています [30, 5]。
また、同様に空気中のVOC、ホルムアルデヒド、PMと結合し、地面へ落とし空気中から除去し、シックハウス症候群を低減します [177]。コロナ放電では、このような汚染低減効果はないことが判明しています [178]。
このため、現在、マイナスイオンは、空気清浄度を測定するための不可欠な指標であり [179, 180]、空気の清浄化、人体の心理的・生理的機能の促進において重要な役割を果たす、様々な抗菌作用や生物作用を及ぼすこと、が知られています [181]。このため、マイナスイオンは、「空気のビタミン」と言われています [182]。コロナ放電ではこのような効果はありません [14, 142, 178]。
空気イオンは肺から吸収される？
空気中にマイナスイオンが存在していても、体の中まで届かなければ効果は望めません。このため、呼吸からマイナスイオンを取り込むためには、肺の中の肺胞という、細気管支からつながる外気と血液のガス交換を行う器官まで、マイナスイオンが到達する必要があります [15]（図７）。
トリチウム・チミジン（3H-6-thymidine）で標識したレナード効果により生成したマイナスイオンと、従来のネブライザーで生成した蒸気をマウスに吸入させ、その動態が検討されています [183, 184]。この結果、水蒸気を吸入したマウスの肺胞には、トリチウム・チミジンが検出されませんでした。これに対し、吸入したマイナスイオンは、細気管支を経由して肺胞の深部まで到達し、ガス交換の際に入上皮細胞と近接する肺繊維芽細胞から、直接静脈に吸収され、リンパ管に拡散して行くことが示唆されています。このため、肺繊維芽細胞からさらにリンパ球に生物作用が及ぶと考えられています。
図７ 肺の構造
環境過敏症を避けるための住環境の改良方法と問題点
環境過敏症は、化学物質や電磁波などのさまざまな外部環境要因に対して、通常であれば問題のないレベルにもかかわらず、身体が耐えられない病状になるといわれています [185]。
シックハウス症候群（化学物質過敏症）においては、イライラ感、疲労感、不安感、抑うつ感などの悪化した心身の状態が、化学物質に対する感受性を高める強い要因になること、適度な運動や規則正しい生活が化学物質高感受性の改善に寄与することなどが示唆されています [185]。このため、化学物質過敏症の発症や症状の悪化には、免疫系、中枢神経系、嗅覚系、呼吸器系、代謝能力の変化、行動条件付け、感情調節などの関与が示唆されています [186, 187]。
環境過敏症の病態メカニズムは、三つの段階、遺伝子、暴露と引き金（発症）で説明できる考え方が提案されています [185, 188, 189]。まず、先天的に決定された遺伝的要因があります。外部環境や内部環境への曝露に対するストレス応答（視床下部、視床下部下垂体副腎、大脳辺縁系）や自然免疫、血栓系の応答に関連する遺伝的要因が、環境過敏症の発症しやすさを制御すると考えられています。つまり、遺伝的に強いか、弱いかがあります。次に、環境的な発症要因に曝露されることにより、環境ストレス過敏の体質が獲得され、過敏に応答する体質になってしまいます。最後には、一般健常人では通常感じないようなレベルの環境変化でも、全身的な体調不良がみられ、過敏に反応するようになると推測されています。
これらは、体内のSODやグルタチオンペルオキシダーゼなどの抗酸化酵素や、グルタチオンなどの抗酸化物質の量と関係していると考えられます。その理由としては、例えば、電場やホルムアルデヒドへの暴露は、SOD活性を下げると報告されていること、がまず挙げられます [190, 191]。これによりROSの消去能力が下がります。次に、ROSを消去するグルタチオンは、ホルムアルデヒドや50Hzの電磁波への暴露によって消費されることです [192, 193]。さらに、ミトコンドリアのカルシウムイオン（Ca2+）が増加すると、ROS生成酵素が活性化され、ROSが生成されます [194]。これは、Ca2+は正電荷であるため、電場の影響を受けやすいのではないかと考えられています [195, 196]。カルシウムのシグナル伝達は、細胞内外のカルシウム透過性チャネルの活性化と不活性化により制御されるため [197, 198]、電位依存性アニオンチャンネルが、このキーとして提案されています [199, 200]。
シックハウス症候群（室内空気汚染）の重症者は、人口の約6％いると考えられています[189]。
このような外的環境要因によって生じる感覚系の乱れによる病態は、化学物質に限らず、電磁波、空気イオンでも生じます。
電磁波過敏症では、引越しやリフォームといった住環境の変化により発生することが多く、化学物質過敏症と同時に発生する例も多く見られます [34]。電磁波に過敏な人は、人口の3-5%程度です [34, 36, 201]。
これに対し、人口の約1/3は空気イオン、特にマイナスイオン枯渇に敏感です [16, 84, 133]。マウスを、空気イオンを除去した環境で生育させると、早死にすることが知られています [106]。
環境過敏症では、マイナスイオンの枯渇の影響が3人に1人発生するように、一番大きいと考えられます。いずれにしても、アレルギーと同じように今後増える可能性もあり、環境過敏症への対応は急務であるといえます。
しかし、室内空気汚染の原因を特定し、取り除くことは、時間もお金もかかります。また、これまでの自然タイプのマイナス空気イオンを出す装置は、電力消費を伴い、大規模な工事を必要とする場合も多い状況です。さらに、購入・設置済みの家電それぞれに電磁波の対策を施すことは大変なことです。そこで、電磁波を吸収する可能性があり、電力を必要としない壁紙を利用する方法を発想しました。
図７ 表面酸化物を有する金属粒子の様々な活性酸素種（ROS）生成経路
電気化学的な腐食反応による活性酸素種（ROS）の生成（図7 青色）
金属（Me）の腐食には、金属の酸化反応により電子が流れ、それが還元反応で消費されるという電気化学的な反応があります [128, 210, 211]。酸化された金属イオンは、表面で酸化物を形成するか、溶け出して更なる二次反応が起きます [212-216]。酸素の化学吸着は、d軌道が満たされていない物質、例えば遷移金属が適しています [217] 。酸化の結果としてのH2O2の生成は、AgとCuの両方において，他のH2O由来の中間ラジカルが観察されることなく起こることが示されています。
ミクロンサイズの粒子や巨大なシートなどに比べて、ナノ粒子体（特に20 nm以下）の表面原子の割合が増加すると、一般的に腐食反応が加速され、金属酸化の酸化還元電位の減少として観察されます [218-221]。O2還元をもたらす金属ナノ粒子体の触媒能も同様で、粒子径に依存します [215]。
表面酸化物の触媒特性（材料、粒子径、表面特性）は、腐食時の H2O2の生成に影響を与えることが示されています[214, 222]。腐食反応は、電子移動反応を経て、O2●−、H2O2、HO●の形でROSを生成することができます。
フェントン反応とハーバー・ワイス反応によるラジカル変換
腐食反応などによるH2O2の生成は、HO●やHO2●などの他の反応性酸化種の生成をさらに促進させます。フェントン反応とフェントン様反応（図7 橙色）は、鉄イオン(Fe2+)、マンガンイオン（Mn2+）、コバルトイオン（Co2+）、Cu2+を三価鉄イオン（Fe3+）のようにして、H2O2をHO●とヒドロペルオキシルラジカル（HO2●）に還元できます [213, 223, 224]。Ag、Cu、Feのナノ粒子体は、いずれもH2O2/H2Oよりも低い酸化還元電位を持つため、フェントン様反応を行うことができます [225]。
ハーバー・ワイス反応では、フェントン様反応で酸化された金属イオンが H2O2との相互作用で還元され再酸化されます [213]。ハーバー・ワイス反応は、電子移動によって起こり、中間種（例えば、O2、HO●、OH−）を形成することができます [226, 227]。HO●とO2●−間の電子移動により、O2とOH−が形成されることが提案されています。
光によるROSの生成（図７ 黄色）
表面酸化物またはバルク酸化物を有する金属表面に光が照射されると、吸収された光子は、そのエネルギーが金属酸化物のバンドギャップを超える場合、電子が価電子帯から伝導帯に移動することを促進することができます [228, 229]。
金属酸化物のバンドギャップサイズは、粒子径、表面状態、表面分子の吸着、および他の金属へのドーピングの程度によって変化します [218, 230-232]。また、水溶液中では、静電二重層の形成と配位子の吸着により、バンドギャップが変化します [228, 233]。
Zn/ZnOナノ粒子体は、化学反応性が高いなど、半導体触媒として重要な特性を持っています [234]。ZnOナノ粒子は、化学的に安定、無毒、優れた光学・電気特性、高い酸化電位、などの酸化力を持つ半導体触媒です。難分解性有機汚染物質の分解や酸化に利用されています。
しかし、ワイドバンドギャップ（3.37 eV）を考慮すると、ZnO は紫外線下でのみ光触媒活性を示し [235]、さらに正孔-電子対の急激な再結合も生じるため、ZnO ナノ粒子の利用には限界があります [236]。
一般に、光触媒の性能を向上させ実用化するためには、これらの限界を克服する必要があります。その一つとして近年注目されているのが、ZnO ナノ粒子にマンガン（Mn）、Ag、Fe、金（Au）、Cuなどの遷移金属をドープする方法です [237]（図７ 右上）。ZnOに適切な添加物をドープすると、バンドギャップエネルギーが変化し、電荷キャリア（正孔-電子対）の再結合を防止できるため、有機汚染物質や有害汚染物質の分解効率が促進されることが報告されています [238-240]。多くの遷移金属の状態や還元エネルギー準位は、ZnOのバンドギャップエネルギー内に存在するため、ZnO構造への遷移金属イオンのドーピングは、新たな電子状態を生成します。このような電子準位の生成により、可視光線の吸収と、ドープされた遷移金属のd軌道からZnOの伝導帯または価電子帯への電荷遷移が可能になります [241]。金属イオンは、生成した光電子をZnOの構造中に侵入させ、トラップとして機能し、急激な正孔-電子対の再結合を防止します。このようにして、光触媒活性を向上させることができます [205]。
これらの結果から、遷移金属は、ZnOにおける正孔-電子対再結合の低減、OH●生成の増加、さらにドープしたZnO ナノ粒子体の構造における不純物状態の形成に有効であり、合成したナノ粒子体の光触媒活性が増加することが示されました。
同様に、Ag-Cu/ZnO、TiO2/酸化バナジウム（V2O5）とV2O5/ZnOの各ナノ粒子体において、高い染料の分解能力、つまり高いOH●生成能力が認められています [242-244]（図７ 薄緑色）。
バンドギャップの異なる金属酸化物は、ROS生成反応の酸化還元電位が異なるため、異なる種類のROSを生成する可能性があります。金属酸化物のナノ粒子体に紫外線を照射した結果、HO●、O2、O2●−が生成します [148, 228]。この生成量は、TiO2 > ZnO > V2O5 > Fe2O3 > 酸化セシウム（CeO2） > 酸化アルミ（Al2O3）の順です。TiO2やCeO2の伝導帯準位は、O2●−やHO●の生成反応よりもエネルギーが低く、これらのROSの生成をもたらす反応に電子を提供することができます。光励起された酸化物の価電子帯の位置によっては、光励起時に発生した正孔が、例えば、HO●を生成することもあります [228]。
光照射によるROSの生成の程度と可能性は、金属酸化物のバンドギャップと相関があり、それはナノ粒子サイズとともに変化します [218, 245-248]。
表面触媒反応を介したROS生成
金属酸化物ナノ粒子体によって誘導される暗黒条件下でのROS生成は、主に材料と酸化物の特性（例えば、欠陥の存在）に依存することが報告されています [249]。例えば、Zn/ZnOコア／シェル ナノ粒子体は、O2●−（スターター）、H2O2、HO●を高濃度で生成します（図７ 右上）。これは、腐食、生体酸化還元反応との相互作用、光との相互作用、表面フェントン反応やハーバー・ワイス反応のいずれにも関連しない、表面で自発的に起こるROS生成です [249-251]。
このように多くの異なる金属および金属酸化物ナノ粒子体からのROS形成は、照明下、印加電位、またはH2O2添加後など、様々な条件下で報告されています [228, 252-255]。
自然タイプのマイナス空気イオンには、OH−が多く含まれていることが判明しております [101]。このため、まず導電性金属複合体を用いることにより、光が当たらない、もしくは非常に暗い住空間で、自然タイプのマイナス空気イオンの効率的な生成を電磁波により行い、同時に電磁波の吸収（低減）を行えるかどうか検討しました。
金属ナノクラスター担持酸化物半導体の免疫活性化効果（図６）
NK細胞は、自然免疫応答として、最初に異物を攻撃します [262]。一方、獲得免疫応答では、ナイーブT細胞は、異物侵入や感染中に増殖し対応しますが、同じ異物（抗原）や病原体に繰り返し遭遇した際に増殖する、長寿命の記憶細胞を産生します。しかし、最近NK細胞は、体が感染した後に100から1,000倍に増殖し、しかもリンパ系と非リンパ系器官に数ヶ月間存在することが報告されています [262]。これらの自己複製するメモリー NK細胞は急速に再活性化時に脱顆粒し、サイトカインを産生します。これがB細胞とキラーT細胞を活性化し、異物への攻撃を増します。このため、NK細胞は、自然免疫と獲得免疫の両方の強力な防御免疫を行えることが判明し、免疫力の向上のカギとして働いています（図１６）。詳細は、免疫を参照ください。
体に良いマイナスイオンが出ているかの確認を、免疫で非常に重要なヒトのナチュラルキラー（NK）細胞を用いて同様に検討しました。 この結果、MNCSOS導入後は導入前に対して1.15倍の免疫の活性化が認められました
これまでに、マウスを用い2週間、マイナス空気イオンの空間で飼育することで、NK細胞活性化が観察されています [104]。この結果、コロナ放電によるマイナス空気イオンでは効果なく（70000カウント/cm3）、レナード効果を利用した自然タイプのマイナス空気イオンにおいて（8000カウント/cm3）、活性化が認められたことが報告されています。プラス空気イオンの情報はありませんでした。この理由として、レナード効果によるマイナス空気イオンは水分子に囲まれており、長寿命であることを理由にしていますが、これとは別に、前述したようなコロナ放電ではO2●−とHO●が発生すること [16]、空気中のあらゆる物質をマイナスに帯電させ副産物としてオゾンを発生させること、さらに自由電子により活性酸素イオンが生成されること [96]、により生体に悪影響を及ぼしたと考えられます。
また、多孔性の木炭塗料を塗布した壁面の裏側から電圧を掛ける方式により、プラス空気イオンを壁に吸着させマイナス空気イオン環境を作り出す方式でも多くの実験が行われています [15]。この場合は、プラスイオンは300カウント/cm3、マイナス空気イオンは800カウント/cm3程度で、500カウント程度マイナス空気イオンリッチな環境を築けます [15]。空気イオンの濃度は1000カウント/cm3レベルには達しないものの、空気イオン極性比は、0.375と非常に良い数値が出ています。人が一日に2.5時間この環境にいると、若干NK細胞活性が上昇したと報告しています。2週間夜だけこの空間にいる場合では、NK細胞活性が大幅に上昇し [263]、この理由をサイトカインであるインターロイキン-2（ＮＫ細胞の増殖を活性化することが知られている）の上昇としています。
同様に、この装置を3か月ON、3か月OFFを繰り返し、1年9カ月の試験をしたところ、NK細胞活性は少し上昇したと報告しています [264]。ON時：プラス空気イオン0-200、マイナス空気イオン200-700カウント/cm3程度。OFF時：プラス空気イオン200-1300、マイナス空気イオン200-1100カウント/cm3程度。
さらに同様の原理で、ヒトNK細胞を使用したインキュベーター内の実験では、マイナス空気イオン3000カウント/cm3を発生させたところ、活性化が認められたと報告しています [265]。プラス空気イオンの情報はありませんでした。
今回の私たちの結果は、これらの報告と同じようにNK細胞の活性化が認められました。時間も同様の2時間で効果が確認されました。免疫が活性化されると、１．感染症に対する防御、２．老化・疾病の予防、３．健康維持、４．異物の特定と除去、５．抗体の生産、６．炎症とアレルギーの緩和、が期待されます [262, 266-269]（図１９）。
前述のようにマイナス空気イオンを生成することが報告されています [270]。これらから、電場の減少は、イオン量・バランスの変化のみならず、何らかの変調が生じ [271]、変調波が細胞と共鳴し活性化を促したのかもしれませんが、詳細は今後の検討課題です。
図１６ 免疫システム
図１８ 金属ナノクラスター担持酸化物半導体導入によるナチュラルキラー（NK）細胞活性化効果
図１９ 免疫の生体への影響
金属ナノクラスター担持酸化物半導体塗布クロス壁紙の環境過敏症に対する効果（図７）
金属ナノクラスター担持酸化物半導体塗布クロス壁紙を天井に用いることにより、電磁波の低下、悪臭の分解から芳香剤使用の減少、さらに免疫の活性化を確認しました。これらにより、環境過敏症発症を抑え、お部屋をフリーエネルギーで半永久的なパワースポット空間にリフォームすることが期待されます。
図２０ 金属ナノクラスター担持酸化物半導体導入による居住環境改善
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