抗酸化機能障害のあるトレーニングへの適応: 筋肉の酸化損傷の防止

運動と炎症

運動すると、酸素の消費率が高くなってフリーラジカルが過剰に生成され、筋肉に炎症が起こります。エネルギー需要の増加により、呼吸が荒くなります。このため、活性酸素や窒素種の過剰生成により、タンパク質、脂質、核分子が損傷を受ける可能性があります。これを防ぐために、アスタキサンチンなどの強力な抗酸化物質を補給することが、多くのプロスポーツ選手や健康志向の活動的な人々にとっての戦略となっています。

この種の損傷を予防したり軽減したりすると、運動によるメリットがすべて無効になるのかという問題については、研究が完了するまで大きな議論がありました。この筋肉への損傷が、実際には適応や筋肉の成長、そして運動から得られるその他すべての利点を引き起こすものであると信じられていました。

健康的なのは運動ではなく、回復です。

It is a concept known as hormesis, where low exposure to the damaging agent in the first phase has a favorable biological response due to the rump-up organism’s immune system followed by higher dose inhibition. Plants that are sprayed with low doses of herbicides that are not enough to kill them have much more phytochemicals in them as a defensive response to the toxin. Or if we consume a high amount of antioxidants before exercise, will we prevent an adaptation response? The theory proposed back in 1999 was that taking excessive amounts of antioxidant-rich 食品と抗酸化物質 抽出された形では、酸化損傷を最初から防ぐことでこの適応を中断し、弱体化させます。プロスポーツにおいては、抗酸化物質が豊富な食品を食べると回復力は高まるものの、適応が妨げられ、それによって持久力や筋力の向上が妨げられるのではないかと彼らは懸念していました。

ボディビルの世界では、筋肉を増強したい人は、特にジムでトレーニングする前に、抗酸化物質を豊富に含む食品やサプリメントを過剰に摂取することを避ける必要があると理論づけています。

ビタミンCとスポーツパフォーマンスの低下

ビタミンCは、1グラムを超える高用量でこれを引き起こすことがわかっています（Braakhuis 他、2012). It reduced the negative effects of exercise-induced oxidation, including muscle damage, immune dysfunction, and fatigue. But at the same time mediated beneficial training adaptations and impaired sports performance substantially possibly by reducing mitochondrial biogenesis. In some other studies, it didn’t show a negative effect but this just shows how much individual this result is. If you already have high antioxidant consumption adding vitamin C before the exercise will be excessive but if you are a smoker it might not be. There is no clear answer here.

Doses of  200 to 400mg of vitamin C consumed through five or more servings of fruit and vegetables may be sufficient to reduce oxidative stress and provide other health benefits without impairing training adaptations. One beneficial aspect of exercise is an increase in insulin sensitivity and ameliorating type 2 diabetes. In this study researchers tested does a high rate of supplemental antioxidants affect the exercise-induced increase in insulin sensitivity (リストウら、2009）。被験者は4週間の運動療法を受け、毎日1グラムのビタミンCと400 IUのビタミンEを摂取し、インスリン感受性が測定されました。また、血漿サンプルだけでなく、遺伝子発現分析のために筋生検も行われました。目的は、運動効果に対する抗酸化ビタミン (ビタミン C および E) の変化と潜在的な影響を比較することでした。

「以前にトレーニングを受けていない人でも、事前にトレーニングを受けている人でも、抗酸化物質が存在しない場合にのみ、インスリン感受性のパラメーターを高める運動を行います。内因性 ROS 防御の分子メディエーター (スーパーオキシドジスムターゼ 1 および 2、グルタチオンペルオキシダーゼ) も運動によって誘導され、この効果も抗酸化物質の補給によってブロックされました。ミトホルミシスの概念と一致して、運動誘発性の酸化ストレスはインスリン抵抗性を改善し、内因性の抗酸化防御能力を促進する適応反応を引き起こします。抗酸化物質を補給すると、人間の運動による健康増進効果が妨げられる可能性があります。

運動は健康全般に多くの好ましい効果をもたらし、特にインスリン抵抗性状態におけるグルコース代謝を改善することが示されています。この効果は、運動に関連した体重の変化とは無関係である可能性があります。さらに、運動は高リスクの人の 2 型糖尿病の予防に効果的であることが示されており、最も広く使用されている抗糖尿病薬であるメトホルミンよりも効果的である可能性があります。これらの結果は、いくつかの尺度で定量化されたように、抗酸化物質が運動によるインスリン感受性効果を著しく阻害し、この効果が以前のトレーニング状況に関係なく発生することを示しています。本研究では、身体運動により、これまでトレーニングを受けていない人および以前にトレーニングを受けた人において、スーパーオキシドジスムターゼ 1 および 2 およびグルタチオンペルオキシダーゼの発現が大幅に増加しました。抗酸化物質を投与されていない人は、抗酸化物質による前処理によりこの誘導が妨げられました。それほど顕著ではないものの同様の効果がカタラーゼでも観察されました。

総合すると、抗酸化サプリメントは、運動によるインスリン感受性の分子調節因子と内因性抗酸化防御の誘導を防ぐことがわかります。ミトホルミシスの概念と一致して、酸化ストレスの一時的なレベルの上昇は、少なくともインスリン抵抗性と 2 型糖尿病の予防に関して、潜在的に健康を増進するプロセスを反映していると我々は提案します。」

(リストウら、2009)

筋肉の酸化損傷を防ぐ

今日、この理論は部分的に受け入れられています。 私たちが進化の過程で食べてきたものと一致する抗酸化物質を正常に摂取していれば、筋肉の酸化的損傷を予防しても、運動から得られる前向きな適応には影響しません。まさにその逆です。 回復を早め、タンパク質合成を増加させ、持久力を高めます。抗酸化物質について言えば、良質な供給源から得られるものです。

しかし、抽出された抗酸化物質や抗酸化サプリメントを不自然な生理学的量を超えて摂取するとどうなるでしょうか? 私たちが運動すると、フリーラジカルが形成され、私たちの体は自分自身の抗酸化物質を増加させます。つまり、すでに述べた抗酸化酵素（つまり、 スーパーオキシドジスムターゼ, カタラーゼ、 と グルタチオンペルオキシダーゼ）。しかし、運動が激しすぎる状況では、フリーラジカルの過剰な生成により内因性の抗酸化防御システムが圧倒され、酸化ストレス状態を引き起こす可能性があります。私たち自身の身体防御が暴走すると、正常な生理機能に悪影響を与える可能性があります。

食事性の抗酸化物質は、私たち自身の内部防御機構を補い、損傷を防ぎ、結果としてパフォーマンスと回復力を向上させる可能性があります。運動は、適応メカニズムとして長期的にはこれら 3 つの酵素の生産を実際に増加させるため、保護効果があることが示されています。 トレッドミルでのランニングの主な利点は、抗酸化物質による保護です。したがって、抗酸化物質が運動の主な利点を妨げ、それが私たち自身の抗酸化物質の生産を増加させる可能性がある場合、抗酸化物質が豊富に含まれる食品を摂取すると、有酸素運動自体を行うのと同じ有益な心臓血管効果が得られる可能性があります。

激しい運動と大さじ1杯のターメリック

日本のある研究では（Akazawa et al., 2012）、研究者らは、激しい運動と大さじ1杯のターメリックが内皮機能に及ぼす影響を比較しました。内皮細胞は、血管の内面に線状に並んでいる細胞です。内皮機能の障害は、心血管疾患やアテローム性動脈硬化症の発症の最初の兆候です。喫煙者や高血圧、糖尿病、血栓症、冠動脈疾患、高コレステロール血症のある人に見られます。

In the study, subjects had to do aerobic exercise training for 8 weeks in the duration of 60 minutes every day or take a teaspoon of turmeric. Both groups improved their endothelial function significantly. The Turmeric group showed a level of improvement even slightly better than the exercise group. So, 60 minutes of exercise is the same as one small tablespoon of turmeric. This, however, doesn’t mean you should stop exercising. There is a wide range of benefits from exercise besides an increase in antioxidant protection that I already wrote about in the first book of the series. Ideally, we should do both. It is the stress that triggers our body to adapt by increasing the production of superoxide dismutase, catalase, and glutathione peroxidase. For example, marathon runners will have an increase in DNA damage during the race but six days later they will actually have much less DNA damage than if they didn’t run at all thanks to the increase in our own body’s internal antioxidant defenses (マスタロウディス他、2004）。体にストレスを与えることで、長期的には恩恵を受けます。

抗酸化物質の自然食品源と運動

抗酸化サプリメントを摂取すると、この効果が打ち消される可能性があります。しかし、抗酸化物質の食物源全体についてはどうでしょうか? 高抗酸化物質の摂取が運動能力に及ぼす影響を調査した一連の研究がありました。たとえば、アントシアニン フラボノイドが豊富なブルーベリーは炎症性筋肉の損傷と酸味を軽減することがわかり、チェリーはダーク チョコレートと同様に回復を早めることがわかり、トマト ジュースはパフォーマンス レベルを向上させることがわかりました。果物、野菜、さらには豆に含まれる抗酸化物質が、キサンチンオキシダーゼ活性の強力な阻害剤であることが判明しました（長尾他、1999). キサンチンオキシダーゼ 運動中に生成される主なフリーラジカルですが、血管障害などのいくつかの病気の発症にも関与しています。 癌、そして痛風。

例えば、 1回分のクレソンを2か月間摂取すると、運動によるDNA損傷を完全に防ぐことができます (フォガティら、2013）。これはプロスポーツではよく知られています。

ハイレベルのアスリートには、 最適化された食事 パフォーマンスを向上させるために栄養学の専門家によって提供されます。

持久力と筋力を高め、回復時間を短縮する食品は、ある意味、スポーツ栄養学の「聖杯」です.

しかし、サプリメントの形でビタミンCとEが適応を妨げるなら、抗酸化物質が豊富な食品も同様の影響を与えるだろうかという疑問はまだ残っている。

この疑問についても調査した一連の研究がありました。2008 年のこの研究では、運動のプラスの効果を打ち消すカシス抽出物の摂取の影響が調査されました (ライアルら、2009）。結果は予想通りでした。

アントシアニンが豊富なカシス抽出物の高い抗酸化力は、運動誘発性の酸化ストレスを抑制しました。同時に、運動によるプラスの効果も促進されました。 他の同様の研究でも同様の結果が得られました。この研究の目的 (フネスら、2011) は、21 日間、90 分間のエキセントリック運動プロトコルを実行した健康な男性ボランティアにおける適度な抗酸化物質のサプリメント (レモンバーベナ抽出物) の効果を測定することでした。彼らは、運動によって引き起こされる適応が、抗酸化物質が豊富な食物源、この場合はレモンバーベナ抽出物に依存するかどうかを確認したいと考えていました。結論は次のとおりでした。

「21日間にわたる激しいランニング運動により、抗酸化酵素カタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼ、グルタチオンレダクターゼの増加を通じて、訓練された男性の好中球に抗酸化反応が誘導されました。適度なレベルの抗酸化物質であるレモンバーベナ抽出物を補給しても、この細胞の適応反応はブロックされず、運動による好中球のタンパク質と脂質の酸化損傷も減少し、ミエロペルオキシダーゼ活性も低下しました。さらに、レモンバーベナの補給により、血清トランスアミナーゼ活性のレベルが維持または低下し、筋肉組織の保護が示されました。基礎条件で測定したところ、運動により 21 日後にインターロイキン 6 およびインターロイキン 1β レベルの減少が誘導されましたが、抗酸化物質の補給では抑制されませんでした。したがって、

(フネスら、2011)

筋肉を保護し、パフォーマンスと回復力を高め、同時に運動への積極的な適応には影響を与えませんでした。両方の長所。これは中程度に強力な抗酸化物質ですが、適応を抑制するほど強力ではないかもしれませんが、より強力なものはどうでしょうか? たとえばクルクミンはどうでしょうか？小さじ1杯が心臓血管系に60分間の運動と同じプラスの効果があることはすでにわかっています。

運動とクルクミンを一緒に摂取するとどうなるでしょうか?

それは非常に強力な抗酸化物質なので、適応を無効にするのでしょうか？

この研究では (Sugawara et al., 2012) they measured the effects of curcumin alone, exercise alone, and curcumin plus exercise on arterial function. The positive effect was present in both groups with curcumin showing better results than exercise but when combined the positive effect was more than doubled then each group was put together showing not just that there is no negative effect on exercise adaptation but that there is actually a significant synergistic effect. Curcumin didn’t block the benefit of exercise but enhanced it. They concluded:

「これらの発見は、閉経後女性において、定期的な持久力運動と毎日のクルクミン摂取を組み合わせることで、いずれかの介入単独による単独療法よりも左室後負荷を大幅に軽減できる可能性があることを示唆しています。」

(Sugawara et al., 2012)

The theory that taking an excessive amount of antioxidant-rich foods and antioxidants in the extracted form will interrupt and undermine this adaptation by preventing oxidative damage is partially correct. When antioxidants are consumed in a whole food way as nature intended there is no undermining of adaptation. Only supplemental antioxidants like vitamin C and vitamin E have shown this effect. Whole food extracts didn’t show this effect. They did block the oxidative damage to the muscles during exercise but did not block positive adaptation afterward.

アスタキサンチン

サプリメントの形で抽出されたアスタキサンチンはどうでしょうか？その効果は何でしょうか?

Why vitamin C for example but not curcumin in a whole food way stop our body’s upregulation of antioxidant enzymes is a complicated science. It has to do with the activation of something called (Nrf2) erythroid 2-related factor 2 (ドン他、2016).

「Nrf2 は抗酸化防御のマスター調節因子であり、200 以上の遺伝子の発現を調節する転写因子です。酸化ストレスが運動の有益な効果をどのように媒介するかにおいて、Nrf2 シグナル伝達が重要な役割を果たしているという証拠が増えています。急性の運動によって引き起こされる酸化ストレスの一時的な増加は、Nrf2 の活性化を刺激し、定期的な運動と同様に繰り返し適用すると、内因性の抗酸化防御が上方制御され、酸化ストレスの有害な影響に対抗する全体的な能力の向上につながります。」

(ドン他、2016)

動物モデルを利用した研究により、アスタキサンチンが運動とは独立してNrf2などの内因性抗酸化防御システムを間接的に調節する可能性が確認されました。. It will independently activate our body’s defense mechanism with or without exercise. それ自体が強力な万能抗酸化物質であるだけでなく、運動の有無にかかわらず、私たちの防御機構を独立して上方制御します（ヤン他、2011).

「Nrf2-AREシグナル伝達経路が活性化されると、酸化ストレス因子に対する私たち自身の抗酸化反応を上方制御できるいくつかの遺伝子と酵素の転写が開始され、Nrf2が運動の有益な効果に関与している可能性があります。同様に、フィトケミカルもNrf2-ARE経路の活性化を刺激する可能性があり、このプロセスは、運動によって標的とされるシステイン残基に対して異なるシステイン残基を修飾することで起こる可能性があり、抗酸化防御の上方制御における運動とフィトケミカルの潜在的な相乗効果を示唆している。具体的な作用機序はまだ解明されていませんが、動物モデルで行われた研究では、スーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼなどの内因性抗酸化酵素の上方制御に加えて、Nrf2発現の増加が報告されています。

(ブラウン他、2017)

アスタキサンチン、クルクミン、ホールフード、ホールフードエキストラは、運動誘発性の適応を妨げませんが、実際には、運動とは異なる活性化経路を持つ遺伝子発現を通じて私たち自身の防御を独立して強化します。

サプリメントのビタミンCとビタミンEブロックのみ適応。

アスタキサンチンは、私たち自身の防御力を高め、それ自体が非常に強力な抗酸化物質であることに加えて、持久力、強さ、回復力を高めます。私たちが運動を始めると、私たちの体は蓄えられた糖分（グリコーゲン）をエネルギーとして使い始めます。肝臓と筋肉は両方ともグリコーゲンを貯蔵します。もしも 運動するとグリコーゲンがすべて消費されます 店舗が活用されます。疲労の発生を遅らせて持久力を向上させたい場合は、この消耗を軽減することを目的とした方法を見つける必要があります。砂糖が枯渇すると、私たちの体はエネルギー源として脂肪を使用し始めますが、そのプロセスは単に貯蔵されたグリコーゲンを使用するよりもはるかに遅くなります。脂肪の分解は、長鎖脂肪酸がミトコンドリアに入り、エネルギーとして燃焼されることに依存しています。このプロセスは、ミトコンドリアの CPT1 調節酵素を使用して行われます。。運動中に、この酵素に対するフリーラジカルによる酸化的損傷により、その機能が変化し、脂肪酸の輸送がブロックされ、その結果、実行可能なエネルギー源として脂肪が酸化される能力が制限される可能性があります。

油溶性抗酸化物質としてのアスタキサンチンは、ミトコンドリア膜に蓄積し、CPT1 機能に対するフリーラジカル誘発性の損傷から保護することが知られています (青井ほか、2008）。したがって、アスタキサンチンは抗酸化物質としての機能を通じてCPT1を酸化損傷から保護し、その過程で脂肪代謝の間接的な促進を引き起こす可能性があるという仮説が立てられています。

研究では、アスタキサンチンはエネルギー源としての脂肪の利用を促進し、その結果筋グリコーゲンの減少を軽減することで持久力に効果があることが証明されました（池内ほか、2006）。この研究では、アスタキサンチンは持久力を向上させるだけでなく、脂肪の蓄積も大幅に減少させました。

It is a good supplement for increasing fat utilization which means it is good for dieting and obesity and diabetes. Also, by increasing fat utilization, we will feel less hungry, have better control of our appetite, and don’t have low blood sugar during dieting as well. Also, increased utilization of fat means a decrease in the utilization of muscle tissue and catabolism during dieting. Bodybuilders should love this supplement. In human trials, a similar enhancement of physical performance was reported. In amateur male cyclists, 4 weeks of astaxanthin supplementation (4 mg/day) significantly improved 20 km cycling time (アーネストら、2011）。運動後は痛み、つまり炎症カスケードが生じます。アスタキサンチンは炎症と戦うのに優れています。運動後の回復が不十分な場合、レクリエーション活動をしている人や運動選手は再びトレーニングできなくなる可能性があります。回復が不十分だと、怪我、病気、オーバートレーニングのリスクも高まる可能性があります。その結果、運動による筋肉損傷の悪影響を軽減し、回復を促進するためのさまざまな戦略が存在します。

アスタキサンチンは、酸化促進性中間体と炎症促進性中間体の両方の阻害を通じて回復効果を発揮する可能性がある.

アスタキサンチンの補給（4 mg/日）は、これらの減少をさらに増強すると同時に、トレーニングによる血清増加の軽減を通じて二次的な抗炎症効果も発揮することが示唆されています。 C反応性タンパク質 そして合計 白血球 と 好中球 カウント (バラリックら、2015）。スポーツサプリメントとしてのアスタキサンチンには、さらに多くの利点があります。持久力と筋力を高め、脂肪の利用を高め、回復をサポートしますが、テストステロンレベルの上昇にも効果があります。

これに加えて、アスタキサンチンはタンパク質合成を増加させます。 この研究では (川村ほか、2020）研究者らは、骨格筋量の構築とタンパク質合成、言い換えれば筋肥大に対するさまざまな抗酸化物質の影響を測定したいと考えていました。筋肉の萎縮を誘発するために、各マウスの片足を 3 週間ギプスで固定しました。ギブスを除去した後、マウスには、β-カロテン、アスタキサンチン、レスベラトロール、および 3 つの抗酸化物質すべてを組み合わせた食事を 2 週間与えました。ヒラメ筋の重量は、すべてのグループで対照グループよりも大幅に増加し、混合グループで最も増加しました。この研究は次のように結論付けています 抗酸化物質 are a good way to go if you want to build muscle. Nonetheless, an increase in protein synthesis is far from what anabolic steroids would do so don’t expect magic.

このサプリメントを摂取することに決めた場合、どのくらいの量を摂取する必要がありますか? 明確な答えはありません。主要なアスリートは、1 日あたり 16 mg の最小量を使用しますが、これは彼らにとっての最低限の量です。たとえば、マラソンランナーの場合、大会前に摂取量が 200 mg に達する場合もあります。血漿中のアスタキサンチンの半減期は経口投与後約 16 時間であるため、ランニング前に過剰摂取してランニング全体の持久力を向上させます。

自然食品源からの抗酸化物質の摂取について話すとき、通常はより多くの方が良いです。サプリメントの場合、1 日あたり 4mg という少量からでも効果が得られます。一般的な食事の質によっては、これが開始点となる可能性がありますが、最も一般的な用量は 1 日あたり 12 mg です。これよりはるかに高いところまで安全に登ることができます。より高い用量を使用すると、アスタキサンチンのすべてが利用されるわけではありませんが、同様に排泄されなくなります。この分子は脂溶性であり、蓄積することに留意してください。数値が高くなると、より多くのアスタキサンチンが組織に蓄積されます。半減期は約16時間で、血中濃度のピークは約10時間です。

In wild salmon, astaxanthin tissue concentration can go as high as 40mg/kg. For 80kg human that will translate into 3200mg. If you take 12mg a day that means you will go to this level of wild salmon concentration in 267 days if your body doesn’t utilize any of the ingested astaxanthin and that is not the case.

結論：

• 運動すると、フリーラジカルが過剰に生成されるため、筋肉に炎症が生じます。
• 健康的なのは運動ではなく、回復です。
• 運動は、適応メカニズムとして長期的には 3 つの抗酸化酵素 (スーパーオキシドジスムターゼ 1 および 2 およびグルタチオンペルオキシダーゼ ) の内因性産生を増加させます。
• 抗酸化サプリメントは、筋肉損傷、免疫機能不全、疲労など、運動による酸化の悪影響を軽減します。
• 抗酸化サプリメントは、運動による内因性抗酸化防御の誘発を防ぎます。
• 抗酸化サプリメントは、インスリン感受性の分子調節因子の誘導を防ぎます。
• ビタミンCは、1グラムを超える高用量でトレーニングへの有益な適応を仲介することがわかっています。
• 運動が激しすぎる状況では、フリーラジカルが過剰に生成され、内因性の抗酸化防御システムが圧倒される可能性があります。
• 抗酸化物質を自然食品として摂取する場合、適応を損なうことはありません。ビタミンCやビタミンEなどの補助的な抗酸化物質のみがこの効果を示しています。
• 食事性の抗酸化物質は、私たちの体内の防御機構を補ってダメージを防ぎ、結果としてパフォーマンスと回復力を高める可能性があります。
• 抗酸化物質が豊富に含まれる食品は、有酸素運動そのものを行うのと同じ心臓血管に有益な効果をもたらします（60 分間の運動は、小さじ 1 杯のターメリックと同じです）。
• 果物、野菜、さらには豆に含まれる抗酸化物質が、キサンチンオキシダーゼ活性の強力な阻害剤であることが判明しました。
• アスタキサンチンは、運動とは独立して、Nrf2 などの内因性抗酸化防御システムを間接的に調節します。. It will independently activate our body’s defense mechanism with or without exercise.
• アスタキサンチン、クルクミン、ホールフード、ホールフードエキストラは、運動誘発性の適応をブロックしませんが、運動とは異なる活性化経路を持つ遺伝子発現を通じて独立して私たちの防御を強化します。
• アスタキサンチンは、エネルギー源としての脂肪の利用を高め、その結果、筋グリコーゲンの減少を軽減することで持久力に利益をもたらします。
• 他の要因に依存しない抗酸化物質は、タンパク質合成、言い換えれば骨格筋の筋肥大を増加させます。
• 自然食品源からの抗酸化物質の摂取について話すとき、通常はより多くの方が良いです。

よくある質問

参考文献:

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  グリコーゲンの枯渇 - 運動をしない方法
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  インフルエンザ治療におけるビタミンCの静脈内投与：臨床実践による生きた証拠
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  がん治療におけるビタミンCの静脈内投与：40年にわたる証拠
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  ORAC 値
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  最適な抗酸化物質の摂取: ORAC ユニットの推奨摂取量
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  ファイトケミカル: 基本を理解する
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  スピルリナの効能： フィコシアニンが豊富なスーパーフード
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  ターメリック: 健康と臨床上の利点を強化する
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  ORAC 値を理解する: 食品中の抗酸化物質レベル