地表オゾンの健康リスク：研究データでわかったこと
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地表オゾンの健康リスク：研究データでわかったこと

執筆：Seung Hyoun Kim

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  • 米国の95都市では、前の週のオゾンが10ppb上がるごとに、1日の死亡が0.52%増えていました。
  • 長期的な影響ははっきりしません。米国の大規模コホートでは10ppbあたり呼吸器疾患による死亡リスクが12%高かった一方、2016年のメタ解析では年平均のオゾンと全死因死亡との関連は見られませんでした。
  • 世界疾病負荷（GBD）のモデルは、2021年の約48万9,518人の死亡を長期のオゾン曝露によるものとしています。これはモデルによる推計で、数えた数ではありません。
  • 窒素酸化物を減らすと、都市では最初にオゾンが増えることがあります。2020年のロックダウン中、ローマ、ニース、トリノ、武漢でオゾンは14〜36%上がりました。

目次

  1. 地表オゾンとは何か
  2. オゾンの多い日と1日の死亡
  3. 長期の影響という問題
  4. 死者数はどう算出されるか
  5. 70ppbという基準
  6. 空気がきれいになるとオゾンが増えるとき
  7. 暑さと「気候ペナルティ」
  8. マスク、空気清浄機、屋内にいること
  9. 根拠から言えること
  10. よくある質問
  11. まとめ
  12. 参考文献

成層圏の高いところにあるオゾンは、紫外線から私たちを守っています。地表のオゾンは気道に炎症を起こす汚染物質で、人がいちばん外に出たくなる日、つまり暑く、風がなく、晴れた夏の午後に最も多くなります。すすと違って目に見えず、誰かが直接出しているわけでもありません。ほかの汚染物質から日光の中で作られるのです。

見出しになる数字は大きなものです。世界規模のモデルは年に50万人近い死亡を長期のオゾン曝露によるものとし、米国では1億2,900万人を超える人が、2026年に米国肺協会（ALA）からオゾンで不合格の評価を受けた郡に住んでいます。その数字の裏にある根拠は、短期の害については強く、長期の害についてはずっと不確かです。

この記事では、主な研究が何を見つけたか、死者数がどう計算されるか、交通をきれいにするとなぜオゾンがいったん悪化することがあるのか、暑さがオゾンをどう増やすのか、そしてマスクや空気清浄機といういつもの身の守り方がなぜオゾンにはほとんど効かないのかを見ていきます。

点描画：淡くかすんだ夏の空の下に、簡素な箱型の高層ビルが並ぶ街並み。かすみの向こうに低い太陽があり、手前に誰も座っていない公園のベンチ。ベンチに小さな琥珀色の光が一つ。
澄んで見える午後でも、オゾンの日でありうる。

地表オゾンとは何か

地表オゾンは、主に自動車のエンジンや発電所から出る窒素酸化物（NOx）が、燃料や溶剤、そして樹木からも出る揮発性有機化合物（VOC）と、日光のもとで反応してできます。光と暖かさが必要なため、オゾンはふつう午後と夏にピークになり、原料が出た都市から風下へ遠くまで流れることがあります。郊外や農村部のほうが都心より高い値になることもあります。

オゾンは強い酸化剤です。吸い込むと、その大部分は肺の奥まで届く前に気道の表面の液で反応します。管理された曝露実験と数十年の大気の研究から、米国環境保護庁（EPA）はオゾンを呼吸の問題の原因として扱っており、特にぜんそくのある人、子ども、高齢者、屋外で運動や仕事をする人が影響を受けやすいとしています。

オゾンの多い日と1日の死亡

短期の影響についての画期的な研究は、2004年に Michelle Bell らが『JAMA』に発表したものです。全米罹患率・死亡率・大気汚染研究（NMMAPS）を使い、1987〜2000年の米国の大都市圏95か所の1日の死亡を、粒子状物質、天候、季節を調整して分析しました。前の週のオゾンが10ppb上がると、1日の死亡は0.52%、心臓と肺の病気による死亡は0.64%増えていました。

オゾンと1日の死亡

オゾンが10ppb上がるごとの1日の死亡率の増加（研究と指標別）。

公表された39都市研究のメタ解析0.87%
米国95都市、心臓・肺の病気、前の週0.64%
米国95都市、全死亡、前の週0.52%
米国95都市、全死亡、当日0.25%

出典：Bell ML ほか、JAMA 292(19):2372–2378（2004）、Bell ML、Dominici F、Samet JM、Epidemiology（2005）、doi:10.1097/01.ede.0000165817.40152.85。メタ解析は39研究の144の推定値を統合。

1日あたりの数字なので小さく聞こえますが、年に何日も、人口全体にかかる数字です。同じグループによる2005年のメタ解析は、公表された39の都市研究から144の推定値を統合し、10ppbあたり0.87%というより大きな効果を見つけました。全国研究の当日の推定値は0.25%です。著者らはこの差を出版バイアスのしるしと読んでいます。目立つ結果の出た都市の研究ほど論文になりやすかったということです。

その後の研究は対象を広げました。20か国406都市、4,500万人の死亡を対象にした2020年の『BMJ』の研究は、国によってばらつきのある、より小さな関連を見つけ、それらの都市で背景レベルを超えるオゾンによる超過死亡を年8,203人と推計しました。短期の害は、オゾンをめぐる話のなかで最もよく裏づけられた部分です。

長期の影響という問題

点描画：縦長の窓の向こうに淡くかすんだ空と遠くの屋根が見える。薄いカーテンが片側に寄せられ、窓台に鉢植えがある。やわらかな横からの光。窓の留め金に琥珀色の点が一つ。
家の中で吸い込んできた、何年分もの夏。

何年もオゾンを吸い続けることが寿命を縮めるのかどうかは、もっと難しい問いです。鍵となる研究は2009年に Michael Jerrett らが『New England Journal of Medicine』に発表したもので、米国がん協会のがん予防研究II（CPS-II）の成人44万8,850人を18年間追跡し、その間に11万8,777人が亡くなりました。オゾンは全死因死亡とは有意に関連せず、心臓病との関連は微小粒子を考慮すると弱まりました。呼吸器疾患による死亡との関連は残り、夏のオゾンが10ppb上がるごとの相対リスクは1.040、約4%の上昇と推定されました。

同じコホートを2016年に Michelle Turner らがより大規模に再分析し、2004年までの66万9,046人、23万7,201人の死亡を、自宅ごとのより良い曝露推計で調べました。関連はより強く、微小粒子と二酸化窒素も調整したモデルで、呼吸器疾患による死亡のハザードは10ppbあたり約12%高く、循環器疾患による死亡とも関連していました。どちらの研究も、主にボランティアの友人や親族を通じて集められた一つのコホートにもとづいており、米国人の無作為な標本ではありません。

長期のオゾンと死亡：研究によって結果が違う

長期のオゾンが10ppb高いごとの死亡の相対リスク。1.00は差がないことを意味する。

研究結果10ppbあたりのリスク
Jerrett 2009、米国の1コホート呼吸器疾患による死亡1.040
Turner 2016、同じコホートをより大規模に呼吸器疾患による死亡1.12
Atkinson 2016、コホートのメタ解析、年平均オゾン全死亡0.96
Sun 2022、メタ解析、暖候期のオゾン全死亡1.014
Sun 2022、メタ解析、暖候期のオゾン呼吸器疾患による死亡1.025

出典：Jerrett M ほか、NEJM 360(11):1085–1095（2009）、Turner MC ほか、Am J Respir Crit Care Med 193(10):1134–1142（2016）、Atkinson RW ほか、BMJ Open 6(2):e009493（2016）、Sun Z ほか、The Innovation（2022）。曝露の指標は研究ごとに異なる。

ほかの分析はそれほどはっきりしていません。Richard Atkinson らによる2016年の『BMJ Open』のメタ解析は8つのコホートを統合し、年平均のオゾン濃度と、全死因、心臓病、肺の病気による死亡との関連の根拠は見つかりませんでした。暖候期のオゾンと呼吸器疾患による死亡の関連はより説得力がありました。25の研究を共通の曝露の尺度にそろえた2022年のメタ解析は、小さいながら有意な統合リスクを見つけ、北米のコホートは欧州のものより一貫して正の関連を示していました。

死者数はどう算出されるか

オゾンによる死者を数えた人はいません。世界の推計は3つのものを組み合わせます。地球全体のオゾン濃度のコンピューターモデル、上のようなコホート研究から得たリスクの推定値、そしてこれより低ければ害がないとみなす濃度の選び方です。世界疾病負荷研究にもとづく State of Global Air の報告は、2021年のオゾン関連の死亡を世界で48万9,518人とし、そのうち米国のCOPDによる死亡を約1万4,000人としています。

数えたのではなく、モデルで推計したオゾンの死者

オゾンによるとされる年間の推計死亡数（研究別）。リスクの推定値、年、閾値はそれぞれ異なる。

世界、長期曝露、2021年489,518
世界、呼吸器、人為起源のオゾン（範囲14万〜90万）470,000
406都市、背景レベルを超える短期曝露8,203

出典：Health Effects Institute, State of Global Air 2024（世界疾病負荷2021を使用）、Silva RA ほか、Environmental Research Letters 8:034005（2013）、Vicedo-Cabrera AM ほか、BMJ（2020）。406都市の数字はそれらの都市の短期影響だけを含む。

答えは入力しだいで動きます。2013年の複数モデルの研究は、人為起源のオゾンによる呼吸器疾患の死亡を年47万人、95%の範囲で14万〜90万人と推計し、大気モデル同士の違いよりもリスクの推定値の不確かさのほうが大きく効くことを見つけました。世界の推計の多くは同じ米国のコホートからリスクの数字を借りているため、Jerrett と Turner のどちらの分析を使うか、どの濃度以下を安全とみなすかが、結果の大部分を決めています。

70ppbという基準

米国では、オゾンは8時間平均で測る全国大気環境基準（NAAQS）で規制されています。EPAは2015年に基準を75ppbから70ppbに厳しくし、2020年には70ppbのまま据え置きました。EPAの独立した科学諮問委員会は2023年6月に55〜60ppbの範囲を勧め、70ppbではリスクを過小評価するとしました。2023年8月、EPAはその再検討を取りやめて新たな全面見直しを始め、基準は今も70ppbのままです。

どこまで厳しければ十分か

米国の8時間オゾン基準と2023年の諮問委員会の勧告（ppb）。

2008年に定めた米国の基準75
2015年以降の米国の基準（2020年に据え置き）70
科学諮問委員会の範囲、2023年（上限、範囲55〜60）60

出典：US EPA のオゾンNAAQS規則（2015、2020）、科学諮問委員会（CASAC）の書簡（2023年6月）。Harvard Environmental & Energy Law Program の規制トラッカーによる要約。

基準を上回る空気を吸っている人は大勢います。2022〜2024年を対象にしたALAの「State of the Air 2026」報告は、オゾンで不合格の評価を受けた郡に1億2,900万人を超える人が住み、健康に悪いオゾンの影響を受けた人は過去5回のどの報告よりも多かったとしています。ロサンゼルスは報告の27年のうち26年でオゾンの最悪都市になっています。

空気がきれいになるとオゾンが増えるとき

点描画：明るい日曜の朝、両側に簡素な建物が並ぶ、車のいない広い大通り。長い影と淡くかすんだ空。遠くの街灯に琥珀色の光が一つ。
車は減ったのに、なぜかオゾンは増えた。

オゾンの化学には、少し意外な面があります。交通の多い都心では、排気ガスに含まれる新しい一酸化窒素が、オゾンができるのとほぼ同じ速さでそれを壊します。これを滴定と呼びます。窒素酸化物に比べて揮発性有機化合物が少ない場所では、交通を減らすとその場所のオゾンがかえって増えることがあります。カリフォルニアでは数十年にわたり「週末効果」として知られ、南海岸大気盆地では、似た天候でも週末のオゾンが平日より最大55%高くなることがありました。排出は少ないのにです。

2020年のロックダウンは、この実験を大規模に行うことになりました。2017〜2019年の同じ時期と比べ、都市の観測局での1日平均オゾンは武漢で36%、トリノで27%、ニースで24%、ローマで14%上がり、二酸化窒素は半分以上減りました。欧州34か国246地点を調べた研究では、制限が最も厳しかった時点で、オゾンは予想より21〜30%高くなっていました。

2020年ロックダウンの逆説

ロックダウン中の都市観測局での1日平均オゾンの変化（2017〜2019年の同時期との比較）。

武漢+36%
トリノ+27%
ニース+24%
ローマ+14%
バレンシア+2.4%
二酸化窒素、欧州の都市観測局−53%

出典：Sicard P ほか、Science of the Total Environment（2020）、COVID-19ロックダウン中の都市でのオゾン汚染の増幅。

これは窒素酸化物を減らすことへの反対論ではありません。広い地域で見れば、その削減はオゾンの生成を減らし、続けていけば最後には効きます。全米の分析では、週末のピークが平日より5%以上高い観測地点の割合は、1997〜1999年の約35%から、排出が減り続けた2008〜2010年には5%未満になりました。逆説は一時的な段階であって、法則ではありません。

暑さと「気候ペナルティ」

暑さはオゾンを作る反応を速め、熱波はしばしば空気のよどみを伴います。研究者はこうして増えるオゾンを「気候ペナルティ」と呼びます。米国東部の農村部で21年間の測定を調べた研究では、2002年以前はオゾンが気温1度あたり約3.2ppb上がっていました。発電所の窒素酸化物の排出が43%削減された後、オゾンは約10%下がり、ペナルティは1度あたり約2.2ppbに縮みました。

気候ペナルティは汚染しだい

気温が1度上がるごとの地表オゾンの変化（ppb）。

米国東部の農村部、2002年の発電所の削減前+3.2
米国東部の農村部、発電所のNOxを43%削減した後+2.2
5つの気候モデルの世界平均（効果は主に汚染源から遠い地域）−0.96

出典：Bloomer BJ ほか、Geophysical Research Letters（2009）、doi:10.1029/2009GL037308、Zanis P ほか、Environmental Research Letters（2022）、doi:10.1088/1748-9326/ac4a34。

温暖化がどこでもオゾンに悪いわけではありません。気候モデルによると、海の上など汚染源から遠い地域では、増える水蒸気がオゾンを壊し、世界平均では1度あたり約0.96ppbの減少になります。ペナルティが効くのは、人と排出が集まっている場所です。これは、2026年の高いオゾン曝露を熱波や山火事と結びつけたコペルニクスの結果とも合っています。

マスク、空気清浄機、屋内にいること

オゾンは気体なので、煙やスモッグのときに人が頼る身の守り方の多くが使えません。米国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、N95、KN95、使い捨てマスク、布マスクは気体や蒸気を防がないとはっきり述べています。家庭用空気清浄機についてのEPAの技術的な手引きも、粒子を取り除くためだけに設計された清浄機は気体を制御できないとしています。

屋内にいることのほうが役に立ちます。オゾンは室内の表面と反応するので、室内の濃度はふつう屋外の10〜50%で、セントラル空調のある住宅ではたいてい10%未満です。それでも『Environmental Health Perspectives』の総説は、人は大半の時間を屋内で過ごすため、1日のオゾン摂取量の25〜60%が屋内で起きると推計しています。活性炭フィルターはオゾンを一部取り除けますが、飽和するので交換が必要です。

役に立つもの、立たないもの

米国の機関と室内空気の研究による、オゾンへの身の守り方。

オゾンを除けない
N95、KN95、使い捨て・布マスク：気体は防げない
粒子だけを除く空気清浄機：気体を制御できない
オゾンを発生させる清浄機はオゾンを増やし、人のいる部屋では使うべきでない
曝露を減らす
室内のオゾン：屋外の10〜50%
セントラル空調あり：10%未満
活性炭は一部を除くが飽和する

出典：CDC/NIOSH, Types of respirators and masks、US EPA, Residential Air Cleaners: A Technical Summary 第3版（2018）、Weschler CJ、Environmental Health Perspectives（2006）、doi:10.1289/ehp.9256。

かえって悪くする機器もあります。オゾン発生器として売られている空気清浄機です。EPAは人のいる空間では使うべきでなく、その用途を承認した連邦機関はないとしています。オゾンは家庭の化学物質と反応してホルムアルデヒドや微粒子も作ります。オゾンの多い日の現実的な守り方は、時間と場所です。屋外の運動はふつう濃度が低い朝にし、午後は窓を閉めておくことです。

根拠から言えること

短期の根拠はしっかりしています。オゾンの多い日には、特に心臓と肺の病気で亡くなる人が増え、その関連は何百もの都市で確認されています。長期の根拠は確かにありますがまだ定まっておらず、一つの米国のコホートに大きく頼っています。世界で約50万人という死者数は、仮定しだいで動くモデルの数字です。オゾンは避けるのが特に難しい汚染物質でもあります。マスクや粒子フィルターは効かず、交通をきれいにするとその場所ではしばらく増えることがあり、暑さはほとんどの人が住む場所でオゾンを悪化させます。

行動の手順

役に立つ時期の順に並べている。各項目に根拠の強さを示した：データあり 公的機関の推奨 未検証

起きたら

  • オゾンの高い日は、屋外の運動を通常値の低い朝にし、午後は窓を閉める。 公的機関の推奨 参考文献を参照
  • 濃度の高い時間帯は屋内で過ごす。屋内のオゾンは通常屋外の10〜50%で、セントラル空調があれば10%未満だ。 データあり 参考文献を参照

してはいけないこと

  • マスクや粒子用の空気清浄機に頼らない。米国立労働安全衛生研究所と環境保護庁は、ガスは防げないとしている。 公的機関の推奨 参考文献を参照
  • 人のいる部屋でオゾン発生型の空気清浄機を使わない。オゾンを増やす。 公的機関の推奨 参考文献を参照

よくある質問

地表オゾンはオゾン層と同じものですか？

同じ分子が別の場所にあるものです。成層圏では紫外線を遮り、地表近くでは気道を刺激する汚染物質になります。

N95マスクでオゾンを防げますか？

いいえ。米国の労働衛生当局は、N95などのマスクは気体や蒸気を防がないとしており、オゾンは気体です。

空気清浄機はオゾンを取り除きますか？

粒子だけを除く清浄機は取り除きません。活性炭は一部を除けますが飽和します。わざとオゾンを発生させる機器は避けてください。

オゾンが最も多くなるのはいつですか？

暑く、晴れて、風のない日で、夏の午後から夕方にかけてが多く、朝はふつう低めです。

オゾンで何人が亡くなっていますか？

世界疾病負荷のモデルは、2021年の約48万9,518人の死亡を長期曝露によるものとしています。仮定の上に作った推計で、死亡を数えたものではありません。

まとめ

  • 米国の95都市では、前の週のオゾンが10ppb上がるごとに、1日の死亡が0.52%増えていました。
  • 長期的な影響ははっきりしません。米国の大規模コホートでは10ppbあたり呼吸器疾患による死亡リスクが12%高かった一方、2016年のメタ解析では年平均のオゾンと全死因死亡との関連は見られませんでした。
  • 世界疾病負荷（GBD）のモデルは、2021年の約48万9,518人の死亡を長期のオゾン曝露によるものとしています。これはモデルによる推計で、数えた数ではありません。
  • 窒素酸化物を減らすと、都市では最初にオゾンが増えることがあります。2020年のロックダウン中、ローマ、ニース、トリノ、武漢でオゾンは14〜36%上がりました。
  • マスクや粒子だけを除く清浄機はオゾンを除けません。午後に窓を閉めて屋内にいることが、曝露を最も減らします。

この記事は公表された研究と行政機関の指針を一般的な情報として要約したもので、医学的な助言ではありません。オゾンの多い日は、米国のAirNowや日本の都道府県による光化学スモッグ注意報など、地域の公式な大気情報に従ってください。ぜんそくや心臓・肺の病気がある場合、または胸の締めつけやぜーぜーする症状がある場合は、オゾンの日への備え方を医師に相談してください。

さらに読む：短期の死亡についての95都市研究は Bell ほか、JAMA 292(19)（2004）。主な長期の分析は Turner ほか、American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 193(10)（2016）。ロックダウンが都市のオゾンに何をもたらしたかは Sicard ほか、Science of the Total Environment（2020）。

おすすめの3冊
  • Choked、Beth Gardiner（2019）。ジャーナリストがロンドンからデリーまで旅して、大気汚染と、それをきれいにしようとする人々を取材した本。生き生きとして出典もしっかりしていますが、オゾンより粒子やディーゼルに多くのページを割いています。
  • Clearing the Air、Tim Smedley（2019）。大気汚染と、それを減らしてきた政策の歴史。スモッグの化学がなぜ直しにくいのかを知るのに役立ちますが、ロックダウン中のオゾンの根拠が出る前に書かれています。
  • The Uninhabitable Earth、David Wallace-Wells（2019）。大気についての章を含む、気候リスクを広く見渡した本。暑さと汚染が重なり合うことの説明は優れていますが、最悪のシナリオに寄った論調です。

参考文献

  1. Bell ML, McDermott A, Zeger SL, Samet JM, Dominici F. JAMA 292(19):2372–2378 (2004), doi:10.1001/jama.292.19.2372.
  2. Bell ML, Dominici F, Samet JM. Epidemiology (2005), doi:10.1097/01.ede.0000165817.40152.85.
  3. Vicedo-Cabrera AM et al. Short term association between ozone and mortality: global two stage time series study in 406 locations in 20 countries. BMJ (2020).
  4. Jerrett M et al. NEJM 360(11):1085–1095 (2009), doi:10.1056/NEJMoa0803894.
  5. Turner MC et al. Am J Respir Crit Care Med 193(10):1134–1142 (2016), doi:10.1164/rccm.201508-1633OC.
  6. Atkinson RW et al. BMJ Open 6(2):e009493 (2016).
  7. Sun Z et al. Cohort-based long-term ozone exposure-associated mortality risks with adjusted metrics. The Innovation (2022).
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  12. Chinkin LR et al. J Air Waste Manag Assoc (2003), doi:10.1080/10473289.2003.10466223.
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