地铁车厢内挥发性有机物污染水平及对健康人群心电指标的影响

刘雅倩 张文楼 刘琪 贾旭 杨玄 郭新彪 邓芙蓉

随着我国城镇化的快速发展,地铁成为越来越多的城市人群出行的首选交通方式,地铁相关空气污染及其健康影响也成为大家关注的焦点[1]。既往研究多探讨地铁车厢内颗粒物污染的健康影响[2],有关总挥发性有机物(total volatile organic compounds,TVOC)的污染现状及其可能的人群健康影响尚未见报道。地铁车厢内TVOC主要来源于车厢内材料、乘客呼吸、外界空气等,有环境与健康研究报告指出地铁车厢内TVOC暴露可能会带来健康风险[3]。本研究于2017年3-5月,监测地铁车厢内TVOC的个体暴露水平及受试者心率变异性(heart rate variability,HRV)和心率(heart rate,HR),探究TVOC对健康人群心电指标的影响。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取健康大学生39名,纳入标准如下：18～24岁;一月内无吸烟、饮酒、饮咖啡;身体健康,无心血管、呼吸、神经等系统疾病史;体重指数(body mass index,BMI)在18～24 kg/m2之间;三月内未服用影响心率的药物。研究开始前获得北京大学伦理委员会的批准(伦理批件编号：IRB 00001052-16066),研究对象均签署知情同意书。

1.2 研究方法 2017年3-5月,以选定的地铁线路作为研究地点,采用Model TG-503室内空气质量检测仪实时监测气态污染物浓度,采用 SIDEPAK型AM510(美国,TSI)实时监测颗粒物浓度,采用WSZY-1B温湿度仪监测温度、湿度,同时采用AVS 5910型噪声计监测噪声水平,均每间隔5 min记录一个数据。同时采用Holter对研究对象进行动态心电图监测,获得HR和HRV指标,包括NN间期标准差(standard deviation of normal-to-normal intervals,SDNN)、低频功率(low-frequency power,LF)、高频功率(highfrequency power,HF)及 LF/HF,均以5 min时段形式予以计算及表示。

1.3 统计学方法 对HRV数据进行对数转换,HR数据不做转换,采用混合线性效应模型进行统计分析。模型控制了年龄、性别、BMI、温度、相对湿度、噪声、PM2.5和 CO2,探讨 TVOC在不同暴露时长下对HRV和HR的影响。使用R 3.4.0软件进行分析。

2 结果

2.1 一般情况 此次研究共招募40人,期间1人退出,共39人完成随访,男性21人,研究对象平均年龄为(21.2±1.7)岁,BMI平均值为(21.6±1.7)kg/m2。

2.2 空气污染物水平 研究期间各类空气污染物水平如表1所示,TVOC浓度中位数为408.0μg/m3(IQR=85.0μg/m3)。

表1 地铁车厢内污染物、气象参数及噪声强度

2.3 心电指标 SDNN、LF、HF的平均值分别为(67.3±25.7)ms、(1 107.7±835.1)ms2、(484.7±466.9)ms2,LF/HF的平均值为3.6±3.1。HR的平均值为(77.7±11.4)次/分(表 2)。

表2 研究对象的5 min HR及HRV指标

2.4 TVOC对心电指标的影响 TVOC 2 h滑动平均浓度每升高1个IQR(85.0μg/m3),HR升高11.8(95%CI：5.2-18.4)次/分。HRV指标未表现出明显的变化趋势(图1)。

图1 不同TVOC滑动平均间期下HRV变化

2.5 TVOC对不同性别心电指标的影响 TVOC 2 h滑动平均浓度每升高1个IQR,男性LF降低45.9%(95%CI：-83.0%--8.6%),HR 升高 13.6(95%CI：5.5-21.6)次/分,女性 HR 升高 12.3(95%CI：0.4-24.2)次/分,且男性LF的变化平均值均较女性大(图2)。

图2 不同TVOC滑动平均间期下不同性别HRV变化

3 讨论

3.1 研究结果发现,在未超出我国现行室内空气质量标准(GB/T18883-2002)TVOC标准限值(8 h均值0.60 mg/m3)的浓度下,依然可观察到TVOC暴露与健康人群HR升高及男性LF降低之间的关联。

3.2 HRV是评估人体心脏自主神经功能的主要指标,有研究表明其下降可能与人群心血管疾病发生风险增加有关[4]。Weichenthal等[5]发现城市交通相关的特定种类的VOC(比如乙烷、异戊二烯)短期暴露会导致健康成年人SDNN和HF降低;本研究观察到TVOC与男性LF降低之间的显著关联。日本的一项研究中测量了7名健康成年人日常生活中24 h TVOC暴露浓度[(176±130)μg/m3],发现TVOC浓度的变化量与HF和LF/HF改变有关[6];台湾一项研究也发现室内24 h TVOC暴露与SDNN降低显著相关[7]。地铁车厢内相对稳定的污染物暴露以及暴露时长较短(＜4 h)也可能是本研究未观察到对其他HRV指标改变的原因,但一般情况下,乘客在地铁车厢内的暴露时长不会超过本研究的暴露时长。Jung等[8]的研究中发现室内高水平TVOC暴露与成年人HR升高有关,可能增加心血管疾病的风险,这与本研究的结果是一致的。

本研究也存在一定的局限性,研究未对TVOC成分进行测量,无法确定对人群健康有害的主要VOC种类,从而难以确定有害VOC的来源,今后可进一步展开深入研究,从而为我国修订室内空气质量标准和有效保障人群健康提供科学依据。