空气污染与大众健身关系的研究进展

王海英，焦广发，刘永敬，杨金田

（河北体育学院，石家庄 050041）

目前，空气污染在全球范围内对健康构成了严重威胁。自1995年成立环境与体育国际奥委会委员会以来，环境与运动健康逐渐成为世界体育界关注的焦点。本文综合国内外空气污染与运动的研究资料，探讨空气污染与大众健身、体育锻炼环境标准的相关问题，对在空气污染特殊环境下进行运动健身提出科学的建议。

1 空气污染与健康

1.1 空气污染及其来源

随着社会生产的发展，机动车尾气和工业排放已经取代了传统的煤炭和木材燃烧，成为城市空气污染的主要来源。以煤炭为主要燃料的地区主要是SO2、CO 和颗粒物等还原型污染物，而以石油为主要燃料的地区主要是氧化型的一次污染物CO、NOX、碳氢化合物等，并在阳光照射下发生光化学反应形成以O3为主的二次污染物。

PM 对健康的危害与其颗粒空气动力学直径大小有关。PM10主要沉积在上呼吸道，而PM2.5更容易进入肺泡，进行弥散。目前认为直径小于2.5μm 颗粒主要来自于机动车尾气、工业废气、生活排放的烟尘，其中小于0.1μm 的超微颗粒主要由发动机尾气排放［1］。汽车尾气造成的空气污染危害要大于煤炭造成的污染［2］。

1.2 空气污染成分对身体机能的影响

国内外研究认为，空气污染与心肺疾病的发病率和死亡率升高密切相关［3－5］，主要包括肺部的炎症反应、动脉粥样硬化、血管功能失调和冠心病等［3］。最新的研究也显示［6］，糖尿病的发生可能与空气污染有关。

加拿大成年人的调查显示［7］，空气污染与安静状态下肺通气下降和血压升高有关。由汽车尾气引起的空气污染可以引起肺内复杂的反应，包括氧化应激，氧化还原敏感的转录因子、炎症细胞浸润和前炎症细胞成分的激活和分泌［3］。这些物质还可以由肺部进入血液，造成全身的炎症反应，进而引起心血管系统的疾病［5］。1980年美国调查发现，城市居民血液中的COHb含量是乡村居民的2 倍［8］，说明在空气污染环境下机体处于长期轻度缺氧状态，这也可能是心肺疾病的发病基础。

PM 超过其他污染物成为对健康构成危害的主要因素［9］。随着PM 体积的减小，在肺内沉积数量增加，且无性别差异［10］。PM 可由吸附的成分造成急性和慢性的危害，其中诱发气管炎症的机制为自由基与氧化损伤、转录因子及炎症相关因子的激活、细胞钙稳态破坏、致纤维化作用和致突变作用［11］。PM 对心血管的毒性主要表现为血液中白细胞和内皮黏附分子增加、凝血活动加强，并可改变心脏正常的电生理活动［12］。在研究健康老年人时发现［13］，处 于PM2.540μg／m3空气条件下2个小时，监测空气污染暴露后即刻和24小时后心率变异性（HRV）指标，心电指标发生改变，出现心律异常的风险增大。在PM 暴露后心脏功能改变的同时反映心肌损伤的C 反应蛋白升高［14］。这说明空气污染能够引起心脏结构损伤和电生理异常，增加心脏病的发病率和死亡率。PM2.5和PM10均能使心肌缺血发生的风险增加3倍［1］，这也在一定程度上解释了空气污染与心血管疾病联系的病理机制［11］。PM 还可改变神经传导通路的正常活动，对微循环也有不良的作用［15］，但这些影响还有待于进一步的证实。

丹麦科学家通过观察长期暴露于交通环境下的空气污染和糖尿病发病率之间COx回归模型显示：长期暴露于交通环境下的空气污染可能会导致糖尿病的发生（糖尿病发病率为7.8%，确诊率为5.5%），尤其是对于生活方式健康、不吸烟的以及体力活动较多的人群更为明显［3］。德国糖尿病中心调查结果显示，生活在污染严重地区的妇女患Ⅱ型糖尿病风险明显要高。空气污染可能诱发Ⅱ型糖尿病患者全身性炎症反应，增加其发生血管并发症的风险［16］。

2 空气污染与成年人健身运动

运动可以增强体质，但是在空气污染或轻度污染的环境下运动是否还具有这种效果值得怀疑［17］。在纽约交通繁忙的公路边跑步30分钟，血液中的空气污染物会迅速达到有害水平［18］。因此，学者研究在不同的空气污染条件下进行各种形式的健身运动，观察机体心肺功能和免疫功能的变化，以判断空气污染对健身运动所造成的危害程度。

2.1 空气污染环境下运动对心肺功能的影响

国内外的研究结果表明，空气污染情况下运动时机体摄入可吸入颗粒增多，肺通气和肺换气效率降低，代谢当量、最大呼气量、用力肺活量、心肺功能储备下降。

通过对步行、骑自行车和司机等不同人群的研究发现［19］，在公路边活动的人比静坐的人或乡村的人摄入更多的PM10。人体实验研究发现［10］，中等强度运动时PM2.5在肺内的沉积是安静时的5倍。运动中肺内沉积的PM 增多会直接导致肺通气、肺换气效率下降。

从2003年到2009年对健康成年人调查发现［20］，运动测试中代谢当量下降与空气污染物中CO 和NO2有长期和短期的影响，而SO2只有短期影响。这说明空气污染会对运动时的心肺功能产生危害。登山志愿者在低水平O3和PM2.5空气污染下进行8小时左右的中等强度徒步登山活动，研究结果经过年龄、性别、环境温度等因素的校正后，O3浓度每增加50 ppb，第一秒最大呼气量（FEV1）下降2.6%，用力肺活量（FVC）下降2.2%，PM2.5也导致肺功能轻度下降，而随着运动时间的延长，O3污染物对肺功能的影响作用增强［21］。运动模式并不影响空气污染对肺功能的危害，在O3污染下间歇运动2小时和连续运动1小时肺功能的变化相似［22］。在4ppmNO2进行间歇运动1 小时，心血管功能并未发现改变［23］。因此，即使是在低浓度O3污染下进行长时间或剧烈运动，心肺功能都将有可能面临更多的风险。

对空气污染区域小样本男性成人心肺功能和运动机能测试发现［24］：与处于相同条件下运动的人比较，经常参加体育锻炼的人安静时心率较低，而肺活量和舒张压升高，最大摄氧量没有差异；但运动后心率的恢复较慢。研究还发现，与空气污染轻的地区不运动人群相比，其心肺功能储备和最大有氧代谢能力明显降低。模拟污染空气下运动的研究结果显示［25］，运动后扩血管药物引起的前臂血流FBF减弱，扩张血管药物的缓激肽引起的血管纤溶酶原激活物释放减少。但也有研究显示，城市环境和乡村环境下训练，心肺功能都有所提高［26］。

2.2 空气污染环境下运动对免疫机能的影响

在良好的空气环境下进行中等强度的体育锻炼能够增强人体的免疫能力，然而在空气污染情况下进行体育锻炼，会引起机体内白细胞、中性粒细胞、肿瘤坏死因子－α、血清白介素－6升高；血液中巨噬细胞和自然杀伤细胞数量下降。这些指标的变化显示：在空气污染的情况下进行体育锻炼会引起机体对空气污染物防御能力降低。

在空气污染区进行规律体育锻炼的人与不运动的人比较，血清中肿瘤坏死因子－α（TNF－α）显著升高；而与空气正常区域不运动人群相比，血清白介素－6（IL－6）也会升高［27］。志愿者分别在城市环境和乡村环境训练12周［26］，城市运动志愿者训练后血液中白细胞、中性粒细胞升高，而乡村运动的志愿者血液指标无变化。健康志愿者每隔一天在4.0ppmNO2浓度暴露下进行20 分钟的运动，持续3 周，结果发现肺泡灌洗液中巨噬细胞和自然杀伤细胞数量显著减少，并且血液中的淋巴细胞减少，说明机体局部器官对污染物的防御能力下降［28］。大学生志愿者在城市空气污染高的地区进行Cooper测试，白细胞升高［29］。在控制实验条件的研究中发现［30］，健康成年人在低水平的PM10和PM2.5环境下进行20分钟中等强度的自行车运动，血液中中性粒细胞增多，IL－6和Clara细胞分泌蛋白无变化。健康成年男性受试者在模拟PM10和NO 城市污染空气条件下中等强度功率自行车运动1小时，运动后6小时血液中白细胞、中性粒细胞、TNF－α和IL－6等炎症因子未改变［25］。这提示在空气污染暴露下运动的时间是影响免疫系统的重要因素。

3 运动场所、运动时间与空气污染程度对健康的影响

健身运动的时间和地点的选择对于降低空气污染对身体的危害十分重要，特别是对于心血管病人的康复运动，即使是在低水平的空气污染环境下运动，其危害也是较为严重的，而最佳的室外运动时间和地点要根据不同地点实际的监测结果才能确定。低水平的空气污染与运动的强度、时间之间的关系目前还不明确，今后应进行深入的量化关系实验研究，以确定空气污染情况下安全的健身运动强度和时间。

随着运动地点与交通道路距离的增加，空气中污染物的含量呈指数级的下降。CO 影响运动能力，特别是在交通繁忙的公路边运动，血液中COHb的含量会很快升高［30］。因此，城市公路主干道附近是极为不理想的运动地点。运动员和健身运动人群应该避免在公路附近进行运动，即使这些地方的空气污染被认为已经得到了有效的控制［1］。运动地点应该距离主干道250 米以上，才可以避免PM 的危害［31］。对洛杉矶公园和其附近的社区监测发现［32］，公园中NO 和PM2.5污染物的浓度很低，但O3的浓度较高，而公园附近的社区正好相反，空气中NO 和PM2.5含量较高而O3较低。这说明城市中的公园和社区也不一定全是运动的理想场所。

对加拿大多伦多市的空气监测显示，O3、SO2和PM 浓度在中午的时候最高，CO 和NO 浓度在早晨交通高峰期时最高，整体来说空气污染物的水平在早上7点之前和晚上8点之后最低，因此建议在早晨或晚上进行运动锻炼［33］。早晨是我国居民主要的锻炼时间段，但国内的学者认为早晨和傍晚是空气污染比较重的时间段，不是锻炼的最佳时间［34］。由于一天内空气污染物的水平在不断变化，在什么时间段进行运动最安全是个有争议的话题，严格限定在某一时间段运动显然是不科学的，因为各地区的空气污染变化可能相差较大。在北京污染控制与不控制情况下，空气污染物PM2.5都呈现双峰态势，第一个峰值出现在8∶00－10∶00左右，另一个峰值出现在晚20∶00－22∶00左右，这主要与上下班交通高峰导致的尾气排放污染和道路扬尘污染等有关［35］。而对于参加奥运会的运动员，应尽量在早上或晚上空气质量好的时候进行训练［36］。

对2000年和2004年兰州大气污染的监测发现，空气中的SO2、NO2和总悬浮颗粒物（TSP）浓度变化与季节有关，冬春采暖期SO2、NO2浓度较高，而TSP 浓度春季最高，因此市民冬春季节应选择小强度运动健身［24］。在连续监测2007年至2008年北京市大气中PM2.5和PM10日均浓度后发现，PM 在4月至9月温暖季节与循环系统疾病死亡的关联比寒冷季节时更强［37］。北京奥运期间PM2.5颗粒物浓度与温度呈显著正相关，而与风速、相对湿度及降水相关性不显著［35］。O3对肺功能的影响在盛夏强于夏末［38］，这提示季节也是影响每天空气污染物变化的因素。所以应该根据各地的空气污染物的变化规律以及季节的变化推荐最佳锻炼时间段。

4 运动对空气污染危害的预防作用

有些研究认为运动对空气污染引起的危害具有一定的预防作用。对1998年中国香港居民流行病学调查研究发现［39］，65岁以上不运动老年人与经常运动的老年人相比，空气污染物CO、O3和PM 导致的额外死亡风险分别升高4.31%，1.75%和3.06%。这说明规律性的运动可以降低污染引起的早死。动物实验研究显示［40］，小鼠在模拟汽车尾气环境下进行5周有氧运动，抑制了空气污染引起的小鼠肺气管肺泡灌洗液中IL－6、TNF－α和活性氧的升高，抑制了血浆和肺组织中IL－1β、角质细胞诱导因子和TNF－α的升高。这说明有氧运动对空气污染引起肺的炎症有抑制作用［41］。前期在清洁环境的运动经历对空气污染的危害有预防作用。

5 展望

空气污染情况下进行体育锻炼会对身体各系统产生不良的影响，这种不良的影响是一种长效的作用。目前国内对空气污染与运动健身的影响缺乏系统的研究，仅有的研究也局限于空气污染对心血管系统、呼吸系统、免疫系统、生殖系统中单个系统的影响，少见对于多个系统的共同影响研究。同时以人作为研究对象进行指标检测的研究较多，少有对动物实验的机理作用的研究。在以往的研究中比较关注单一的污染物对人体健康和运动能力的危害，缺少对不同污染物协同效应影响的精确研究，并且空气污染与运动的长期效应研究不足，今后更应该进行空气污染物协同效应与运动健身关系的研究，以期能够做出科学的风险评估，确保运动员和健身锻炼人群的长期健康。

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