減少室內(nèi)空氣顆粒物對(duì)老年人心血管和呼吸系統(tǒng)生理指標(biāo)的影響：一項(xiàng)隨機(jī)雙盲交叉試驗(yàn)

周敏，鄭子光，游宏宇，郭淼，喻偉*，楊旭

大量研究表明短期和長(zhǎng)期暴露于環(huán)境顆粒物污染均會(huì)增加呼吸系統(tǒng)和心血管疾病的發(fā)病率和死亡率［1-2］。對(duì)于心血管疾病，這些機(jī)制包括炎癥、心臟自主功能改變、凝血和纖維蛋白溶解之間的平衡改變、內(nèi)皮和微血管功能障礙、動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展和斑塊不穩(wěn)定［3-4］。老年人對(duì)顆粒物污染具有更高的易感性［5］；顆粒物可以通過(guò)通風(fēng)滲透等方式進(jìn)入室內(nèi)危害老年人健康［6］?？諝鈨艋魇墙档褪覂?nèi)顆粒物濃度的有效措施［7］，確定空氣凈化器對(duì)老年人住宅室內(nèi)顆粒物的凈化效果、探究室內(nèi)空氣凈化對(duì)老年人心肺健康的改善作用十分重要。因此本研究在重慶市養(yǎng)老院中進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)雙盲交叉試驗(yàn)，通過(guò)在室內(nèi)安裝便攜式空氣凈化器，大幅度減少室內(nèi)顆粒物暴露，研究短期使用空氣凈化器對(duì)健康老年人心肺功能的改善效果，為老年人健康建筑標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 本研究于2020年1月在中國(guó)重慶市江北區(qū)老年公寓進(jìn)行，通過(guò)張貼海報(bào)和面對(duì)面交談的方式招募26名老年志愿者，納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡≥60歲；（2）在此養(yǎng)老院生活1年以上，且在研究期間未離開(kāi)養(yǎng)老院。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）處于心肺疾病的發(fā)病期者；（2）試驗(yàn)前1年內(nèi)存在吸煙、飲酒情況者。26名老年人居住在同一棟建筑中的18個(gè)房間中，每個(gè)房間2人或1人。房間結(jié)構(gòu)相同，均由臥室和衛(wèi)生間組成，室內(nèi)無(wú)顆粒物污染源。

1.2 研究方法 本研究為隨機(jī)雙盲交叉干預(yù)試驗(yàn)，旨在評(píng)估短期室內(nèi)空氣過(guò)濾干預(yù)對(duì)健康指標(biāo)結(jié)果的急性變化影響。采用完全隨機(jī)分組方法，試驗(yàn)中納入的每1個(gè)研究對(duì)象產(chǎn)生1個(gè)對(duì)應(yīng)的隨機(jī)數(shù)字，按照隨機(jī)數(shù)字由小到大的順序進(jìn)行排序，按隨機(jī)數(shù)字順序?qū)?6名老年人分配到A、B組，每組13名老年人；每名老年人參與兩階段試驗(yàn)，每階段試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)48 h，兩階段試驗(yàn)間有12 d洗脫期。第一階段試驗(yàn)中，A組老年人的房間中開(kāi)啟真凈化器48 h，B組老年人的房間中開(kāi)啟假凈化器（去掉空氣凈化器中的高效過(guò)濾網(wǎng)，只有外觀與真凈化器相似，沒(méi)有任何凈化功能）48 h。第二階段中，兩組老年人室內(nèi)干預(yù)方式對(duì)調(diào)?？諝鈨艋鞯臐崈艨諝饬浚–ADR）為436 m3/h，風(fēng)量為520 m3/h。試驗(yàn)期間要求受試者待在自己的房間，保持門(mén)窗關(guān)閉；由工作人員將食物送到每個(gè)房間。所有干預(yù)措施從8：00開(kāi)始，以避免與晝夜變化有關(guān)的問(wèn)題。老年人和測(cè)量健康結(jié)果的研究人員均對(duì)室內(nèi)空氣凈化器類(lèi)型不知情。老年人參與研究前均簽署書(shū)面知情同意書(shū)。本研究獲得華中師范大學(xué)生命科學(xué)倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)（CCNU-IRB-2019-002）。

1.3 暴露評(píng)估 在每個(gè)干預(yù)時(shí)期內(nèi)均使用環(huán)境監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)測(cè)量室內(nèi)外顆粒物質(zhì)量濃度〔可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）、可入肺顆粒物（PM1.0）〕及溫濕度，時(shí)間分辨率為1 min。環(huán)境監(jiān)測(cè)儀中顆粒物的監(jiān)測(cè)使用激光粉塵傳感器（ZH03B），溫度的監(jiān)測(cè)采用高分子濕敏電阻和高精度NTC測(cè)溫元件（MHTRD06）。室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在離空氣凈化器≥1 m處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高度設(shè)置在0.6～1.0 m，以覆蓋老年人呼吸區(qū)域。以48 h平均值作為每個(gè)房間1～2名受試者的統(tǒng)一暴露水平。室外的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在老年公寓距住宅樓10 m的涼亭，同時(shí)監(jiān)測(cè)室外顆粒物濃度。

1.4 健康指標(biāo)測(cè)試 試驗(yàn)開(kāi)始前收集老年人年齡、性別、身高、體質(zhì)量、既往病史等信息。每次干預(yù)結(jié)束后采集老年人3 ml靜脈血（EDTA管采集）。將靜脈血樣本分離出血漿，血漿在-80 ℃的環(huán)境存放。利用血漿測(cè)試了14種循環(huán)生物標(biāo)志物，包括8項(xiàng)血液炎癥指標(biāo)〔C反應(yīng)蛋白（CRP），纖維蛋白原，P選擇蛋白，單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP-1），白介素1β（IL-1β），白介素6（IL-6），腫瘤壞死因子α（TNF-α），髓過(guò)氧化物酶（MPO）〕，4項(xiàng)凝血指標(biāo)〔可溶性CD40配體（sCD40L），纖溶酶原激活物抑制劑1（PAI-1），組織型纖溶酶原激活物（t-PA），D-二聚體〕，2項(xiàng)氧化應(yīng)激指標(biāo)〔活性氧（ROS），谷胱甘肽（GSH）〕，上述生物標(biāo)志物均用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)測(cè)定。同時(shí)使用便攜式NIOX MINO機(jī)器測(cè)量呼出氣一氧化氮（FeNO）水平；使用肺活量計(jì)測(cè)試第1秒用力呼氣容積（FEV1）、用力肺活量（FVC）和呼氣峰流速值（PEF）；使用上臂電子血壓計(jì)測(cè)量老年人的血壓和心率。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析方法 采用R軟件的“l(fā)me4”包（version 4.0.4）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。室內(nèi)外監(jiān)測(cè)的PM濃度以（±s）表示。采用線(xiàn)性混合效應(yīng)模型探究室內(nèi)開(kāi)啟空氣凈化器對(duì)老年人心肺相關(guān)健康指標(biāo)的影響，健康指標(biāo)均為偏態(tài)分布，因此在統(tǒng)計(jì)分析之前對(duì)健康指標(biāo)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換；以健康指標(biāo)的對(duì)數(shù)變換值為因變量，室內(nèi)是否凈化為自變量（固定效應(yīng)），以年齡、性別、體質(zhì)指數(shù)、室內(nèi)相對(duì)濕度和室內(nèi)溫度作為固定效應(yīng)協(xié)變量。敏感性分析采用線(xiàn)性混合效應(yīng)模型對(duì)性別分析，探究室內(nèi)使用空氣凈化器對(duì)于男性和女性健康指標(biāo)的影響；并以室內(nèi)PM2.5濃度的連續(xù)變量形式為自變量，其他變量同上進(jìn)行線(xiàn)性混合效應(yīng)模型分析。雙側(cè)檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 一般情況 試驗(yàn)初期招募26名老年人參與試驗(yàn)，其中有2名老年人中途退出試驗(yàn)，最終的研究對(duì)象包括12名男性和12 名女性，平均年齡為（82±8）歲，平均體質(zhì)指數(shù)為（24.7±3.8）kg/m2。24名參與者完成了血壓和心率的測(cè)量；2名參與者拒絕抽血；2名參與者無(wú)法完成完整的肺功能測(cè)試，2名僅完成FeNO測(cè)試，2名僅完成肺活量計(jì)測(cè)試。因此最終有24名參與者配對(duì)的血壓、心率數(shù)據(jù)，20名參與者配對(duì)的肺功能測(cè)試結(jié)果、22名參與者配對(duì)的血樣被納入分析。

2.2 顆粒物暴露和氣象參數(shù) 試驗(yàn)期間室外PM1.0、PM2.5和PM10、溫度、相對(duì)濕度分別為（37.8±4.5）μg/m3、（60.8±6.1）μg/m3、（77.7±7.5）μg/m3、（11.0±3.7）℃、（64.6±5.0）%；老年公寓真凈化器室內(nèi)PM1.0、PM2.5、PM10、溫度、相對(duì)濕度分別為（7.3±3.4）μg/m3、（12.7±5.5）μg/m3、（16.0±7.0）μg/m3、（20.0±1.9） ℃、（52.7±3.8）%；假 凈化 器 室 內(nèi)PM1.0、PM2.5、PM10、溫度、相對(duì)濕度分別為（27.3±4.7）μg/m3、（45.6±7.8）μg/m3、（58.5±10.1）μg/m3、（19.8±1.5）℃、（51.4±4.6）%。

2.3 老年人真、假空氣凈化器健康指標(biāo)結(jié)果 真凈化器和假凈化器使用后老年人的8項(xiàng)血液炎癥因子、4項(xiàng)凝血因子、血壓和心率、肺功能及肺部炎癥和2項(xiàng)氧化應(yīng)激因子的結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 假凈化器和真凈化器試驗(yàn)期間的健康指標(biāo)結(jié)果（±s）Table 1 Health indexes in the real purifiers group and sham purifiers group during the intervention period

表1 假凈化器和真凈化器試驗(yàn)期間的健康指標(biāo)結(jié)果（±s）Table 1 Health indexes in the real purifiers group and sham purifiers group during the intervention period

注：a表示存在數(shù)據(jù)缺失，真、假凈化器老年人例數(shù)均為22例；b表示存在數(shù)據(jù)缺失，真、假凈化器老年人例數(shù)均為20例；CRP=C反應(yīng)蛋白，MCP-1=單核細(xì)胞趨化蛋白1，IL-1β=白介素1β，IL-6=白介素6，TNF-α=腫瘤壞死因子α，MPO=髓過(guò)氧化物酶，sCD40L=可溶性CD40配體，PAI-1=纖溶酶原激活物抑制劑1，t-PA=組織型纖溶酶原激活物，SBP=收縮壓，DBP=舒張壓，PEF=呼氣峰流速值，F(xiàn)EV1=第1秒用力呼氣容積，F(xiàn)VC=用力肺活量，F(xiàn)eNO=呼出氣一氧化氮，ROS=活性氧，GSH=谷胱甘肽

血液炎癥因子a 凝血因子a CRP（μg/L）t-PA（ng/L）假凈化器 24 2 084.7±426.5 993.3±195.6 4 461.6±575.5 240.6±27.1 53.1±5.8 20.0±2.8 314.0±74.4 78.2±10.8 628.4±146.6 657.4±110.6 211.7±22.7真凈化器 24 1 864.3±397.5 859.5±174.1 4 225.6±522.5 198.6±21.8 51.3±5.8 19.3±2.7 293.7±70.7 65.2±12.4 610.3±18.1 564.8±129.6 183.6±29.7組別 例數(shù) 纖維蛋白原（μg/L）P選擇蛋白（ng/L）MCP-1（ng/L）IL-1β（ng/L）IL-6（ng/L）TNF-α（ng/L）MPO（μg/L）sCD40L（ng/L）PAI-1（ng/L）GSH（ng/L）假凈化器 3 728.4±706.7 145±30 87±13 74±13 104.5±32.4 0.87±0.45 1.03±0.62 18.9±10.0 11.5±1.4 76.6±11.8真凈化器 3 470.3±536.9 142±27 88±15 70±10 96.9±41.6 0.87±0.48 1.08±0.70 16.0±9.7 11.0±1.3 82.2±12.4組別 D-二聚體（μg/L）SBP（mm Hg）DBP（mm Hg）心率（次/min）氧化應(yīng)激因子a PEF（L/min）肺功能及肺部炎癥b FEV1（L）FVC（L）FeNO（ppb）ROS（μg/L）

2.4 混合線(xiàn)性模型結(jié)果 混合效應(yīng)模型結(jié)果可見(jiàn)，與假凈化器相比，真凈化器明顯改善老年人3項(xiàng)血液炎癥因子、2項(xiàng)凝血因子和心率（P＜0.05），見(jiàn)表2。與暴露在假凈化器的老年人相比，暴露在真凈化器老年人的血液炎癥因子中纖維蛋白原、MCP-1、MPO改變量為-15.1%〔95%CI（-23.1%，-6.3%）〕、-17.7%〔95%CI（-22.9%，-12.3%）〕 和 -17.2%〔95%CI（-23.9%，-9.8%）〕；凝血因子中PAI-1改變量為-14.9%〔95%CI（-21.1%，-8.2%）〕，t-PA改變量為-13.5%〔95%CI（-18.7%，-8.0%）〕；心率改變量為-5.9%〔95%CI（-10.1%，-1.4%）〕。真凈化器、假凈化器的順序?qū)夏耆巳魏我豁?xiàng)健康指標(biāo)的結(jié)果無(wú)影響（P＞0.05）。

表2 真、假凈化器下老年人健康指標(biāo)的線(xiàn)性混合效應(yīng)模型結(jié)果Table 2 Linear mixed-effect model results of health indexes of the elderly under real and sham purification

2.5 空氣凈化器對(duì)不同性別老年人健康指標(biāo)影響 以性別分層，對(duì)室內(nèi)開(kāi)啟凈化器與老年人生理指標(biāo)變化之間的關(guān)系進(jìn)行敏感性分析，混合效應(yīng)模型結(jié)果可見(jiàn)，與假凈化器相比，室內(nèi)開(kāi)啟真凈化器可降低男性老年人CRP、纖維蛋白原、MCP-1、IL-1β、MPO、PAI-1、t-PA（P＜0.05）；與假凈化器相比，室內(nèi)開(kāi)啟真凈化器可降低女性老年人纖維蛋白原、MCP-1、PAI-1、t-PA、心率（P＜0.05），見(jiàn)表3。

表3 男、女性老年人真、假凈化器下健康指標(biāo)的線(xiàn)性混合效應(yīng)模型結(jié)果Table 3 Linear mixed-effect model results of health indexes of male and female older adults under real and sham purification

2.6 室內(nèi)PM2.5對(duì)老年人生理指標(biāo)的劑量-效應(yīng)關(guān)系線(xiàn)性混合效應(yīng)模型結(jié)果顯示，室內(nèi)PM2.5濃度每升高1 μg/m3，老年人纖維蛋白原、MCP-1、MPO、PAI-1、t-PA、D-二聚體、心率相應(yīng)升高0.51%、0.48%、0.56%、0.49%、0.43%、0.31%、0.20%（P＜0.05），見(jiàn)表4。

表4 室內(nèi)PM2.5濃度每增加1 μg/m3老年人健康標(biāo)志物的變化Table 4 Changes in health indexes of the elderly for every 1 μg/m3 increase in indoor PM2.5 concentration

3 討論

假凈化器條件下，老年公寓室內(nèi)空氣中PM2.5濃度為45.6 μg/m3，高于世界衛(wèi)生組織（WHO）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（25 μg/m3）［8］。使用空氣凈化器后，室內(nèi)PM2.5濃度為12.7 μg/m3，符合WHO標(biāo)準(zhǔn)?？諝鈨艋骺梢杂行Ы档褪覂?nèi)顆粒物的濃度，從而減少可吸入顆粒物暴露對(duì)老年人的傷害。短期的室內(nèi)空氣凈化可能有心肺方面的好處。本研究發(fā)現(xiàn)在通過(guò)空氣凈化降低顆粒物水平后，3項(xiàng)炎癥指標(biāo)（纖維蛋白原、MCP-1、MPO）、2項(xiàng)凝血指標(biāo)（PAI-1和t-PA）、心率均有相應(yīng)下降。

空氣污染和心血管疾病之間的關(guān)系涉及許多病理生理學(xué)途徑，如全身炎癥和凝血［9］。CRP是心血管事件發(fā)生的一個(gè)可靠和獨(dú)立的預(yù)測(cè)因素［10］。一些橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，暴露于顆粒物和CRP存在正相關(guān)［11-12］。在應(yīng)對(duì)血管破壞或炎癥時(shí)，人體的反應(yīng)是增加凝血因子的數(shù)量，以加強(qiáng)和完成血栓的形成，其中纖維蛋白原在該過(guò)程中起著關(guān)鍵作用［13-14］。一項(xiàng)對(duì)伊朗德黑蘭44名健康成年人的研究發(fā)現(xiàn)，在不同的空氣污染條件下，纖維蛋白原水平有明顯差異，沙塵暴條件下受試者的纖維蛋白原水平最高［15］；一項(xiàng)對(duì)40名健康年輕人的研究也發(fā)現(xiàn)，空氣中的PM2.5濃度與纖維蛋白原水平存在明顯的相關(guān)性［16］。本研究結(jié)果與之一致，但是本研究試驗(yàn)條件不同，本研究是在正常的大氣條件下進(jìn)行，PM的主要來(lái)源是室外交通排放物，而不是上述的極端天氣，如沙塵暴。中國(guó)北京一項(xiàng)在日常大氣條件下進(jìn)行的空氣凈化器的隨機(jī)雙盲干預(yù)研究發(fā)現(xiàn)，空氣凈化能降低年輕人的CRP和纖維蛋白原，但并不明顯［17］。本研究中48 h的室內(nèi)空氣凈化引起老年人纖維蛋白原的明顯變化，這可能是由于隨著身體的老化、身體功能下降，使老年人更容易感受到顆粒物對(duì)心血管健康的損害。因此空氣凈化對(duì)老年人的潛在健康益處比普通人群更大。接觸可吸入顆粒物和靜脈血栓栓塞癥有關(guān)的生物學(xué)機(jī)制尚未完全確定，有研究表明其中一個(gè)可能的機(jī)制是高凝血性和增強(qiáng)血栓形成［18］。本研究也發(fā)現(xiàn)使用空氣凈化后PAI-1和t-PA明顯下降，支持了上述觀點(diǎn)。

本研究檢查了多個(gè)健康指標(biāo)，對(duì)于老年人室內(nèi)顆粒物研究具有探索性?xún)r(jià)值；但本研究?jī)H包括16個(gè)房間中的24名參與者，樣本量相對(duì)較小，可能會(huì)丟失一部分信息。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)空氣凈化器的使用可以明顯降低老年人纖維蛋白原、MCP-1、MPO、PAI-1、t-PA和心率。隨著PM2.5濃度增加，老年人纖維蛋白原、MCP-1、MPO、PAI-1、t-PA、D-二聚體、心率相應(yīng)升高。凈化空氣可能改善老年人的循環(huán)和心肺健康。

作者貢獻(xiàn)：周敏負(fù)責(zé)調(diào)查研究、方法設(shè)計(jì)、提供資源、有效驗(yàn)證、初稿寫(xiě)作；鄭子光負(fù)責(zé)調(diào)查研究、項(xiàng)目管理；游宏宇負(fù)責(zé)形式分析、軟件處理；郭淼負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)策劃、可視化分析；喻偉負(fù)責(zé)方案策劃、獲取資助、項(xiàng)目管理、提供資源、監(jiān)督指導(dǎo)、寫(xiě)作審編等；楊旭負(fù)責(zé)方法設(shè)計(jì)、監(jiān)督指導(dǎo)。

本文無(wú)利益沖突。