6.光、運動とセロトニン

著者:有園正俊 公認心理師

ポイント
・日光(雨・曇の日も含め)、運動が、脳での感情・衝動のコントロールに関係すると考えられています。

・セロトニンは、トリプトファン、ビタミンB6によって合成されますが、これらを含む食事を多く摂っても、直接、脳の中の神経伝達物質のセロトニンが増えることにはなりません。

あらまし
脳神経では、セロトニンという神経伝達物質が、感情、記憶、衝動、攻撃性、食欲、睡眠、体温などをコントロールに関わっています。セロトニンがうまく働かないと、これらのコントロールが難しくなると考えられます。
強迫性障害(OCD)、うつ病、不安障害、PTSDなどの治療では、脳神経でのセロトニンに働きかける抗うつ薬が用いられています。しかし、この薬が効くには、そもそも脳内のセロトニン神経が働きだすことが必要です。セロトニン神経が働きだすには、日光と運動が関係しているのでは、考えられていますが、人の脳神経で使われるセロトニンは、直接、測定できないため、科学的にわかっていないことが多いのです。
科学的に分かっている範囲のことを、まとめました。

目次

[1]セロトニンとメラトニン
[2]脳のセロトニン神経を活性化するには
[3]食事と脳神経のセロトニン
[4]精神疾患との関連
[5]注釈

[1]セロトニンとメラトニン

1-1)セロトニンとは

セロトニン(serotonin、*1)は、動物の体内では、神経伝達物質と、ホルモンとがあります。
人体でのセロトニンの総量は約10mg。

神経伝達物質(*2)―――神経細胞のシナプスから放出され情報伝達に使われるもの。
脳神経で神経伝達に使われるセロトニンは、総量の1~2%、[1]約0.1-0.2mg。
ホルモン(*3)―――血液・体液によって運ばれ、血管の収縮、腸管での蠕動運動、血小板の凝縮などに使われるもの。人体のセロトニンの99~98%はホルモンで、腸内に約90%、血液中に約8%(*4)、腎臓にもあるそうです。[2]

・ホルモンとして体内を流れるセロトニンは、直接、脳内で神経伝達物質として用いられません。
脳内で神経伝達物質として働くセロトニンは、脳内の縫線核(ほうせんかく、複数あり)から伸びるセロニン神経系の中で合成されます。そして、神経細胞の突起(シナプス)から放出され、隣接する神経細胞の受容体で受け取ることで、情報が伝達されます。

セロトニン神経系

1-2)脳神経でのセロトニンの作用

1.精神
感情、記憶、衝動、攻撃性、などに関連し、コントロールする働きをすると考えられています。しかし、科学的に明らかでない面もまだ多いです。

2.睡眠と覚醒
脳内のセロトニンは、24時間周期のリズムに関わっていて、セロトニンがうまく働かないと、睡眠・覚醒のリズムに影響します。[3]また、目が覚めると、セロトニン神経は、活動(インパルス信号を継続的に出す)を始め、心身が睡眠の状態から活動できるような状態に移ります。[4]

3.痛覚
知覚神経の終末部を刺激して、かゆみ、痛みに関連します。

4.その他
体温、食欲、嘔吐、性、疲労に関係します。

1精神で、脳神経のセロトニンの働きが弱まると、
じっとしていられない、
イライラする、
キレやすい(攻撃的)、
抑うつ、
強迫症状、
依存症的な行動(ゲーム、ギャンブル、飲酒、買い物、暴力、自傷、過食など)、
などに、つながる場合があると考えられています。[1,4,5]

1-3)メラトニン

生物の体内時計、睡眠に関連して重要な働きをするホルモンです。
メラトニンが多くなると、体が睡眠の状態に移っていきます。多くの動物では、メラトニンは、睡眠中に主に合成されます。起きて活動しているときは、ほとんど合成されません。
24時間の周期で、量が変化し(概日リズム)、季節による日照時間の変化にも反応します(光周性)。[6]

メラトニンは、脳の松果体(上図)でセロトニンから合成されます。[7]メラトニンは、夜間、目の網膜が光(数百ルクス程度でも)を感じると抑制されます。日中、光にさらされる量が少ないと、夜の光への感受性が高まり、メラトニンを抑制する率が高くなります。[24]

[2]脳のセロトニン神経を活性化するには

脳のセロトニン神経に影響すると考えられているのは、太陽光(曇り、雨の日でも)と運動です。
多くの人は、日中、外に出て、職場や学校に通うことで、外の明るい光を目が感じ、運動をすることが、自動的に行えています。また、昔の農業が中心の生活では、人々が自然に行ってきたことです。[8]
しかし、自宅にひきこもりがちになり浴びる光の照度が足りない、体を動かす機会が減ることが、脳での感情・衝動などのコントールの問題と関係するのではと考えられています。

明るい光

明るい光(日光)については、「5.心身に必要な日光」のページをご覧ください。

外の日光が、うつ病などの治療に有効なことは、明らかなのですが、その要因としてセロトニン神経に関連しているということは、間接的な証明しかできません。[8](研究例は、下記*5)

運動

・イギリスのガイドラインでは、軽度のうつ病への対処として、認知行動療法の他にグループでの身体活動プログラムが推奨されています。[14]
・運動が、海馬や皮質を含むさまざまな脳領域で細胞外セロトニンと5-HIAAを増加させている。[8]
・有田先生の学説*6[4,23]によるとリズム運動を続けると、セロトニン神経での電気信号(インパルス)の発生頻度が増えて、セロトニン神経の働きを高められるそうです。
書籍[4]によると、
運動:歩く、走る、足踏み、自転車、水泳
呼吸法を含むもの:腹筋呼吸、ヨガ、太極拳
音楽を使った:ダンス、エアロビックス、太鼓・楽器演奏


ポイント
①リズムを意識して行う。ただ漠然と歩くのでは、効果がないそうです。
②セロトニンの活性化は、開始後、5分くらいから起こります。リズム運動の継続時間は、15~30分が適当。
③セロトニン神経の働きは、疲労物質(乳酸)によって、弱められます。そのため、疲れない範囲で行う。
④なるべく毎日続ける。セロトニン神経の活動レベルが恒常的に上がるには、約100日かかる。

以上から、リズム運動を、毎日、続けるには、自分にあった方法を選ぶといいと思います。

[3]食事と脳神経のセロトニン

セロトニンは、トリプトファンという必須アミノ酸(*7)と、ビタミンB6により作られます。

しかし、これらを含む食事を多く摂っても、直接、脳の中の神経伝達物質のセロトニンが増えることにはなりません。
脳内の血管には、血液中から脳神経に移動できる物質を制限し、影響が起こりにくいようなしくみ(血液脳関門)があるためです。[14]血液脳関門には、下図の血管の内皮膜での密着結合があり、一部の内接着した皮細胞には、ペリサイト(周皮細胞)が関わります。これらによって血液から脳に移動できる物質は限られ、不要物質が排出されます。[15]

血液脳関門の説明図

血液脳関門があるため、動物は飢餓や感染症になっても、精神への影響を受けにくいようになっています。また、SSRIのような抗うつ薬が、腸で吸収された後、すぐに効果が現れず、効果が見られるには、数週間ほどかかるのも、血液脳関門が影響しています。
血液中のトリプトファンは、血液脳関門を通過できますが、それにはLアミノ酸トランスポーター(LAT-1)を用いるなどしくみは複雑です。[16]
炭水化物を採ることで、脳でのトリプトファンの取り込みを促進するそうです。[17]
また、精神の病気のために、食べるのはお菓子だけというように、栄養があまりに偏っている場合は、栄養のバランスを整えることで、精神症状にも効果が見らるかもしれません。

[4]精神疾患との関連

4-1)セロトニンとOCD

人の脳神経でのセロトニンの濃度は、直接、測れませんし、生きている人の脳を解剖できないため、脳内のセロトニンがどのよう働いているかわからないことが多いのです。
そのため、強迫症/強迫性障害(OCD)やうつ病(MDD)のような精神疾患が、セロトニンが原因であるかどうかも、科学的に推測されるだけで、断定できていません。

1980年代、抗うつ薬のうちセロトニンに働きかける薬(SRI)クロミプラミンが、OCDに効果をもたらすことがあるとわかり、その後、セロトニンに働きかける新薬SSRIが開発され、OCDの治療に用いられています。SRI、SSRIが人の脳の中で、実際にどう作用しているかを観察できませんが、セロトニンがOCDに関係していると考えられるようになりました。[18]

2009年、日本の放射線医学総合研究所によると「OCD患者の脳内の大脳外側部位(島皮質)で、神経細胞から放出されたタンパク質(セロトニントランスポーター*8)が減少している。」という研究がありました。 [19]

・セロトニン神経は、中脳の縫線核から、脳神経の広い領域(大脳、小脳、脊髄など)に、軸索というケーブルを使って情報を送っています。
画像研究で、OCDの患者の脳では、前頭前野、線条体、視床での活動が、一般人に比べ高まっているという報告があり、CSTC系ループ説が考えられています。CSTC系ループは、セロトニン神経系の強い支配を受けます。[20](参照:強迫性障害の案内板>5-1.OCDと脳

・ 以前、小学生のOCDが、リズム運動で効果があったと言う方が2人いました。あるお母さんは、エレクトーンのメトロノームを使って、子どもにリズム運動をさせたそうです。

・約30年前、私もOCDが治る過程で、歩き、自転車、腹式呼吸、どれも試してみたことがあります。当時の私は、リズムを意識することはなかったので、そのせいかもしれませんが、OCDに対しては補助的な効果でしかなかった感じです。それでも、日中、外に出て、散歩やサイクリングをすることは、どこかリハビリに役立っているような手ごたえは感じていました。

4-2)セロトニンとうつ病

・セロトニン神経系は、大うつ病性障害(MDD)の病因に関与していると考えられています。

4-3)セロトニンと自閉症

自閉症の人の、脳では神経伝達物質のセロトニンが減少しているという報告があります。
自閉症では、15番染色体が重複している人が多いため、理化学研究所では15番染色体を重複させたマウスを用いた実験が行いました。その結果、脳内セロトニンが減少していること、セロトニン神経の発端となる縫線核の働きが低下していること、セロトニン神経が枝を伸ばす大脳皮質(体性感覚皮質バレル野)で感覚刺激に対する応答の異常が発見されました。[21]

4-4)抗うつ薬SRIが効くには

セロトニンに働きかける抗うつ薬(SRI:セロトニン再取り込み阻害薬)は、セロトニンを直接、増やすのではなく、脳の神経細胞から放出されたセロトニンが、再び神経細胞に取り込まれて減ってしまうのを妨害することで、細胞外のセロトニンが減りにくくさせると考えられています。そのため、太陽光を感じる、運動する機会がないと、元のセロトニンの放出自体が十分なのか疑問です。
脳神経での元々のセロトニンが少ないと、SRIを服薬しても効果が現れにくい場合が考えられます。
Holckら(2019年)の研究では、うつ病患者で、SSRIの一種のセルトラリンによる薬物療法をした患者のうち、効果が現れなかった患者は、薬物療法を始める前から血漿中のセロトニンが、効果が現れた患者に比べ有意に低かったそうです。この報告では、薬物療法の前に、血漿セロトニンを測定することで、治療効果が現れるかの予測につながると提案しています。[22]

[5]注釈

*1 セロトニンーーー物質名:5-ヒドロキシ(水酸化)トリプタミン、略称:5-HT

*2 神経伝達物質ーーー神経細胞が、他の神経細胞とつながっている部分をシナプスと言います。シナプスで、一方の神経細胞で合成した物質を放出して、もう片方の神経細胞の受容体が受け取ることで、情報が伝わりるのですが、ここで使われる物質が神経伝達物質です。神経伝達物質は、セロトニンの他にも多くの種類が発見されています。

*3 ホルモンーーー体内で合成、分泌されて、血液など体液によって体の中を流れ、それを受け取る細胞・組織に働きかけます。

*4 血液中に約8%ーーー血液中のセロトニンのほとんどが、血小板中に取り込まれています。
・血小板に取り込まれずに血液中に遊離している血漿(けっしょう、血液中の液体)でのセロトニン基準値、0.04ー0.35μg/mL。(FALCO臨床検査案内サイト>セロトニン
・血中濃度:100-200μg/L。(日本血栓止血学会>用語解説>セロトニン

*5脳内セロトニンの間接的な研究例:
死後の脳のセロトニンを比較した研究(Carlssonら、1980)では、日照時間が長い夏に亡くなった人の方が、冬に亡くなった人より多かった。ただし、セロトニン代謝が変化した場合、セロトニンと5-HIAA濃度は逆方向に変化するため、5-HIAA濃度はセロトニン濃度を必ずしも反映しないとも言われています。
静脈に脳から流出した5-HIAA(5-ハイドロキシインドール酢酸、セロトニンの主な代謝物で、尿中の濃度を測定できる)を測定して評価した研究(Lambertら、2002)でも、日照時間とセロトニン合成レベルには正の相関がみられたそうです。

*6 有田先生の学説ーーー有田先生の研究では、[23]によると、脳でのセロトニン神経による活動は、直接、測れないが、血中のセロトニン濃度の増加によって間接的に評価してるそうです。
2000年に、ラットを用いた研究で、セロトニントランスポーターはシナプス前膜だけでなく,血液脳関門(BBB)の脳血管内皮細胞にも存在することが明らかにされました。
そのため、脳内のセロトニンが、BBBを介して、血液中に放出されることが考えられます。
ただ、血液中のセロトニンは、ほとんどが血小板中にあり、遊離しているものが少ないこと、脳以外の消化管、腎臓で作られたセロトニンを考慮する必要がありました。
それらを踏まえセロトニン神経の活性化を、血中セロトニン濃度で間接的に評価できると仮定したそうです。
そのような仮説によって、有田先生の研究では、リズム運動でセロトニン神経が活性化されると,血液中のセロトニン濃度の増加が起こると考えています。直接、観察できた結果ではないので、この説は科学的に断定できず、精神医学としてはあまり普及していません。

*7 必須アミノ酸ーーータンパク質は20種類のアミノ酸が結合して作られている。そのアミノ酸のうち、体内で十分な量が合成できないため、食物から摂取する必要があるものが必須アミノ酸。必須アミノ酸は9種類あり、トリプトファンはその1つ。

*8 セロトニントランスポーターーーー神経の端末にあって、神経細胞から放出されたセロトニンを回収(再取り込み)して,神経伝達を終了させる役割をもつタンパク質です。SRIのような薬は、セロトニントランスポーターに働きかけて、再取り込みを妨害します。そのため、神経細胞から放出されたセロトニン量が減りにくくなると考えられます。

参考

[1]鈴木映二「セロトニンと神経細胞・脳・薬物」星和書店2000
[2]脳科学辞典>小林 克典「セロトニン」「セロトニン神経系」2012
[3]理化学研究所、科学技術振興機構「睡眠・覚醒機能と24時間リズムをセロトニンが束ねる-睡眠・覚醒のサーカディアンリズム形成機構を神経活動レベルで解明-」2012年

[4]有田秀穂「セロトニン欠乏脳  キレる脳・鬱の脳をきたえ直す」 NHK出版 093 生活人新書  日本放送出版協会2003
[5]脳科学辞典>谷渕由布子「行動嗜癖」2014
[6]Jamie M. Zeitzer, DerkJan Dijk, Richard E. Kronauer,Emery N. Brown and Charles A. Czeisler.Sensitivity of the human circadian pacemaker to nocturnal light: melatonin phase resetting and suppression. Journal of Physiology (2000), 526.3, pp. 695—702.
[7]脳科学辞典>鳥居 雅樹、深田 吉孝「メラトニン」2013

[8]Simon N. Young. How to increase serotonin in the human brain without drugs. J Psychiatry Neurosci. 2007 Nov; 32(6): 394–399.
[14]Depression in adults: recognition and management. Clinical guideline [CG90]Published date: 28 October 2009

[15]脳科学辞典>立川 正憲、内田 康雄、寺崎 哲也「血液脳関門」2015
[16]山下雅俊、山本隆宣、トリプトファン研究の成果から見た中枢性/精神性疲労の誘発メカニズム、2015、帝塚山大学心理学部紀要, 4, 127-134
[17]武田英二、奥村仙示、他「うつ病と栄養」四国医学雑誌 68(1・2), 3-8, 2012-04-25

[18]原田誠一[編]「強迫性障害治療ハンドブック」金剛出版2006

[19]独立行政法人 放射線医学総合研究所 分子イメージング研究センター:菅野巖、須原哲也、松本良平「陽電子断層撮像装置による強迫性障害の病態解明研究 強迫性障害患者の脳内ではセロトニンを神経細胞内に取り込むタンパク質が減少する」2009年

[20]Dan J.Stein著「不安とうつの脳と心のメカニズム」星和書店原著2003年、訳2007年[21]Pierre Blier and Mostafa El Mansari.”Serotonin and beyond: therapeutics for major depression“.Published:2013.05 April .

[21]理化学研究所、日本医科大学「発達期のセロトニンが自閉症に重要-脳内セロトニンを回復させることで症状が改善-」2017
[22]Holck A, Wolkowitz OM,et al.Plasma serotonin levels are associated with antidepressant response to SSRIs. J Affect Disord. 2019 May 1;250:65-70.
[23]有田秀穂「リハビリテーションにおけるセロトニン神経の役割」Jpn J Rehabil Med 2011 ; 48 : 301.317
[24]樋口重和「光とヒ卜のメラ卜ニン抑制」時間生物学VoI.l4.No.1 (2008)

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