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汗は健康監視の未来か？

By Natalie Sabin

2022年9月13日 - これを読んでいる間にも、あなたの身体はバランスを保とうと働いている--「転ばないように」という意味だけでなく。あなたの体内では、膨大な数の化学反応が起こっており、エネルギーを生産し、老廃物を処理し、健康を維持しているのです。その過程で、あなたの体はあなたの健康状態についてシグナルを放出しています。

ウェアラブル・テクノロジーは、心拍数や睡眠サイクルなど、これらのシグナルの一部を明らかにすることができます。しかし、あなたの健康状態を知る重要な手がかりは、血液中にたくさんあります。問題は、ほとんどの人が注射針を刺されるのを嫌がることです。(糖尿病患者なら、1日に何度も指を刺されるのは嫌だろう。）

しかし、別の方法があるかもしれない。科学ジャーナリストで、『The Joy of Sweat: The Strange Science of Perspiration』の著者であるサラ・エヴァーツは、汗は血液中の水分から発生するものであり、「血液を見る窓のようなもの」だと言う。

汗は血液よりも簡単に手に入るため、研究者たちは、汗が痛みを伴わない方法で、私たちの健康状態をよりよく知ることができるかどうかを調べているのです。

私たちの汗には何が含まれているのでしょうか？

汗は何世紀にもわたって科学者の興味を引いてきました。紀元2世紀には、ローマ帝国の著名なギリシャ人医師ガレノスが、体脂肪を毛穴から発汗させるか、発汗によって血液を解毒するかを研究していた、とエバーツは言う。

脂肪組織は毛穴から染み出ることはありませんが、他の物質は染み出ます。汗は99％が水ですが、少量のナトリウム、塩化物、乳酸、グルコース、コルチゾール、アンモニア、尿素、エタノール、小さなタンパク質が含まれています。

汗には、重金属やビスフェノールA（BPA）など、微量の化学物質や毒素が含まれていることもあるが、それは血液中に含まれていた場合のみである。(エバーツ氏はかつて、看護婦が赤色色素の入ったポテトチップスを大量に食べたために汗が赤くなったという珍しいケースを報告している）。

健康な人であれば、肝臓と腎臓が体内の毒素を排出しようとする働きのほとんどを担っており、サウナに入る必要はないのである。

汗のモニタリングは現在どのように使われているか？

医療や警察では、すでにいくつかの方法で汗のモニタリングが行われています。

嚢胞性線維症

嚢胞性線維症は、肺の細胞の正常な働きを阻害することによって病気を引き起こす遺伝性疾患です。1950年代後半に、汗の塩化物検査がCFの乳児診断の一部となり、今日、ゴールドスタンダードと考えられています。

しかし、この検査では、乳児の皮膚にプローブを貼り付け、軽い電気パルスを送ることで患者に発汗を促します。汗はコイル状のプラスチックチューブに集められ、塩化物について評価されます。

ノースウェスタン大学マコーミック工学部のジョン・ロジャーズ教授は、「汗の塩化物検査は日常的に行われているが、不器用なものだ」と言う。そこで、ロジャーズ教授と彼のチームは、汗のステッカーを開発した。色が変わるこのステッカーには、小さなチャネル、バルブ、リザーバーがあり、皮膚の表面に貼り付けると、出てきた汗を捕まえて保存し、収集と分析を容易にすることができるのである。ロジャースと彼のチームは、最近の研究で、この装置が子供のCFの診断にいかに有効であるかを示しました。

ロジャーズ氏は、「このスクリーニング検査を、そのような施設を利用できない人々にも提供するために、人々に郵送し、家庭で行うことができる汗の検査が構想されています」と述べています。「訓練された職員や高価な実験室用の機器は必要ないのです。

アルコールのモニタリング

血液中のアルコール濃度と汗に含まれるアルコール量には、強い相関がある。

2003年から、SCRAM CAM（SCRAM Continuous Alcohol Monitoringの略）と呼ばれるものが作られ、警察や裁判所がリスクの高い飲酒運転者や家庭内暴力事件を対象に、継続的にアルコールを監視するのに役立っています。

まるで、足首に飲酒検知器を装着して、常に汗の中にアルコールが含まれていないかどうかを調べているようなものです。

汗のモニタリングで他にできることは？

汗をモニタリングするウェアラブルがさらに進化した世界では、理論上、次のようなことが可能になります。

• コルチゾール生成によるストレス測定。ある研究では、ウェアラブルパッチを通じてコルチゾールを検出することが可能であることが示されました。しかし、この研究は非常に初期段階にあり、意味のある臨床評価には使用されていません。

• 酒飲みに帰りの時間を知らせる。柔軟性のあるパッチ（SCRAM CAMよりもはるかに快適なもの）は、血流中のエタノールを検出できることを示す研究結果がある。つまり、ハッピーアワーで飲み過ぎたときに、携帯電話にプッシュ通知を送る小さなパッチを装着することを想像してみてください。

• アスリートが休憩を必要としていることをコーチに伝える。乳酸値の情報を収集する吸収性のパッチを皮膚に貼り、その結果をサイドラインのコーチのコンピュータ・スクリーンに瞬時に送信し、選手の交代時期を知らせることを想像してください。

• 糖尿病を患っている人を、多くの指を刺す作業から解放する。その他の初期の研究では、非侵襲的な包帯のようなウェアラブル技術が、汗を通してグルコースを測定できる可能性があることが示されています。最近、オハイオ州立大学の研究者は、装着している人のグルコースレベルを監視できる「スマートネックレス」を作成しました。ニュースリリースによると、このセンサーは「汗に含まれる他の重要な化学物質のモニタリングにも使える」ことが示唆されています。

しかし、これらを実現する科学と技術は、まだそこまで到達していません。また、汗が、私たちが気になるであろうあらゆるものを追跡する信頼できる方法であるかどうかを証明する証拠も、相反するものがあります。

もうひとつの問題。汗は、体内で何が起こっているかを垣間見せてくれるかもしれませんが、必ずしも現実を完璧に反映しているわけではありません。例えば、アスリートと運動についてですが、血液中の乳酸濃度は、筋肉がどれだけ頑張っているかを示しています。しかし、汗をかくという行為自体も乳酸を発生させます。

つまり、激しい運動をしている人は、汗をたくさんかき、汗の中の乳酸値が高くなる可能性があるのです。しかし、その余分な乳酸は、筋肉の疲労や労作を正確に表していないかもしれません。

ワークアウト中の汗の化学的構成に関するフィードバックが得られるのは素晴らしいことですが、発汗量が多い人の場合、そのデータはそれほど役に立たないかもしれません。

汗のモニターを阻むものは何か？

汗の化学的性質から学ぶには、2つの大きな障壁があります。

まず、データを取得することである。ロジャースの汗拭きステッカーやその他のウェアラブルデバイスなど、バイオモニタリングパッチの進歩により、汗のデータ取得はより現実的なものとなっている。

しかし、2つ目の課題は、取得したデータに意味があるのかどうかを理解することだ。

「汗にはさまざまなバイオマーカーがありますが、これまでは汗を採取するクリーンで再現性の高い方法がなかったため、あまり慎重に研究されてきませんでした」と、ロジャーズ氏は説明する。

そこで、研究者が汗に関するデータをより多く、より良く取得できるようにすることで、汗シールなどのマイクロ流体デバイスの価値がさらに高まるとロジャーズは考えています。

汗のモニタリング以上に役立つ可能性があるものは？

汗には有用な情報が含まれていますが、「身体は、内部の情報を内部に、外部の情報を外部に保つように進化してきたため、皮膚に何かを叩きつけて（バイオマーカーに）アクセスすることは容易ではありません。

ハイケンフェルドは、ウェアラブルでフレキシブルな電子機器の研究開発者である。彼は、多くの人が汗のモニタリングに可能性を見出す理由も理解していますが、実用的かどうかはあまり自信がないようです。

「私たちが汗の研究に多くの時間を費やしたのは、汗が体内の物事に非侵襲的に連続的にアクセスできる聖杯だったからです」と、彼は言います。しかし、「測定できる項目には限りがあります。汗は、正確にモニターするのが非常に難しいことがわかりました。全身の血液はよく緩衝されており、pHは変化しません。汗の塩分とpHは、発汗量によってあちこちに変化し、センサーの診断に狂いが生じてしまいます。

そのため、ハイケンフェルドは、化学モニタリング用ウェアラブルの未来は、汗のモニタリングではなく、むしろ間質液（ISF）のセンシングにあると信じています。

間質液は、皮膚の下、すべての細胞の間に存在する。血液から漏れる物質が含まれているため、汗以上に血液に近い存在です。

ISFセンシングに必要なのは、マイクロニードル状のパッチかワイヤーベースのセンサーだけです。この技術は、腕の裏に装着して皮膚を貫通するセンサーでグルコースを継続的にモニタリングするなど、一部のバイオマーカーではすでに実用化されています。

ハイケンフェルドは、「大きな未来は、私たちが最近最も注目している間質液のセンシングです」と言う。「血液で測りたいことのほとんどが、間質液で測れるようになるのです」。

彼のチームは、この主張を裏付ける論文を発表する準備がほぼ整ったと言っています。

しかし、だからといって、汗に居場所がないわけではない、とハイケンフェルドは言う。ハイケンフェルドは、ストレス、セックス、睡眠を制御するホルモンレベルの追跡や、体内の薬物レベルのモニタリング、その薬物がどの程度早く分解されるかの追跡などに汗を使う機会があると見ている。

しかし、今のところ、間質液も汗のモニタリングも、大量に利用できるようになるには、もっと多くの研究が必要である。