王海英，焦廣發(fā)，劉永敬，楊金田

（河北體育學(xué)院，石家莊 050041）

目前，空氣污染在全球范圍內(nèi)對健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。自1995年成立環(huán)境與體育國際奧委會委員會以來，環(huán)境與運(yùn)動健康逐漸成為世界體育界關(guān)注的焦點(diǎn)。本文綜合國內(nèi)外空氣污染與運(yùn)動的研究資料，探討空氣污染與大眾健身、體育鍛煉環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)問題，對在空氣污染特殊環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動健身提出科學(xué)的建議。

1 空氣污染與健康

1.1 空氣污染及其來源

隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)動車尾氣和工業(yè)排放已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的煤炭和木材燃燒，成為城市空氣污染的主要來源。以煤炭為主要燃料的地區(qū)主要是SO2、CO 和顆粒物等還原型污染物，而以石油為主要燃料的地區(qū)主要是氧化型的一次污染物CO、NOX、碳?xì)浠衔锏?，并在陽光照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)形成以O(shè)3為主的二次污染物。

PM 對健康的危害與其顆?？諝鈩恿W(xué)直徑大小有關(guān)。PM10主要沉積在上呼吸道，而PM2.5更容易進(jìn)入肺泡，進(jìn)行彌散。目前認(rèn)為直徑小于2.5μm 顆粒主要來自于機(jī)動車尾氣、工業(yè)廢氣、生活排放的煙塵，其中小于0.1μm 的超微顆粒主要由發(fā)動機(jī)尾氣排放［1］。汽車尾氣造成的空氣污染危害要大于煤炭造成的污染［2］。

1.2 空氣污染成分對身體機(jī)能的影響

國內(nèi)外研究認(rèn)為，空氣污染與心肺疾病的發(fā)病率和死亡率升高密切相關(guān)［3－5］，主要包括肺部的炎癥反應(yīng)、動脈粥樣硬化、血管功能失調(diào)和冠心病等［3］。最新的研究也顯示［6］，糖尿病的發(fā)生可能與空氣污染有關(guān)。

加拿大成年人的調(diào)查顯示［7］，空氣污染與安靜狀態(tài)下肺通氣下降和血壓升高有關(guān)。由汽車尾氣引起的空氣污染可以引起肺內(nèi)復(fù)雜的反應(yīng)，包括氧化應(yīng)激，氧化還原敏感的轉(zhuǎn)錄因子、炎癥細(xì)胞浸潤和前炎癥細(xì)胞成分的激活和分泌［3］。這些物質(zhì)還可以由肺部進(jìn)入血液，造成全身的炎癥反應(yīng)，進(jìn)而引起心血管系統(tǒng)的疾?。?］。1980年美國調(diào)查發(fā)現(xiàn)，城市居民血液中的COHb含量是鄉(xiāng)村居民的2 倍［8］，說明在空氣污染環(huán)境下機(jī)體處于長期輕度缺氧狀態(tài)，這也可能是心肺疾病的發(fā)病基礎(chǔ)。

PM 超過其他污染物成為對健康構(gòu)成危害的主要因素［9］。隨著PM 體積的減小，在肺內(nèi)沉積數(shù)量增加，且無性別差異［10］。PM 可由吸附的成分造成急性和慢性的危害，其中誘發(fā)氣管炎癥的機(jī)制為自由基與氧化損傷、轉(zhuǎn)錄因子及炎癥相關(guān)因子的激活、細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)破壞、致纖維化作用和致突變作用［11］。PM 對心血管的毒性主要表現(xiàn)為血液中白細(xì)胞和內(nèi)皮黏附分子增加、凝血活動加強(qiáng)，并可改變心臟正常的電生理活動［12］。在研究健康老年人時(shí)發(fā)現(xiàn)［13］，處 于PM2.540μg／m3空氣條件下2個(gè)小時(shí)，監(jiān)測空氣污染暴露后即刻和24小時(shí)后心率變異性（HRV）指標(biāo)，心電指標(biāo)發(fā)生改變，出現(xiàn)心律異常的風(fēng)險(xiǎn)增大。在PM 暴露后心臟功能改變的同時(shí)反映心肌損傷的C 反應(yīng)蛋白升高［14］。這說明空氣污染能夠引起心臟結(jié)構(gòu)損傷和電生理異常，增加心臟病的發(fā)病率和死亡率。PM2.5和PM10均能使心肌缺血發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)增加3倍［1］，這也在一定程度上解釋了空氣污染與心血管疾病聯(lián)系的病理機(jī)制［11］。PM 還可改變神經(jīng)傳導(dǎo)通路的正?；顒?，對微循環(huán)也有不良的作用［15］，但這些影響還有待于進(jìn)一步的證實(shí)。

丹麥科學(xué)家通過觀察長期暴露于交通環(huán)境下的空氣污染和糖尿病發(fā)病率之間COx回歸模型顯示：長期暴露于交通環(huán)境下的空氣污染可能會導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生（糖尿病發(fā)病率為7.8%，確診率為5.5%），尤其是對于生活方式健康、不吸煙的以及體力活動較多的人群更為明顯［3］。德國糖尿病中心調(diào)查結(jié)果顯示，生活在污染嚴(yán)重地區(qū)的婦女患Ⅱ型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)明顯要高?？諝馕廴究赡苷T發(fā)Ⅱ型糖尿病患者全身性炎癥反應(yīng)，增加其發(fā)生血管并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)［16］。

2 空氣污染與成年人健身運(yùn)動

運(yùn)動可以增強(qiáng)體質(zhì)，但是在空氣污染或輕度污染的環(huán)境下運(yùn)動是否還具有這種效果值得懷疑［17］。在紐約交通繁忙的公路邊跑步30分鐘，血液中的空氣污染物會迅速達(dá)到有害水平［18］。因此，學(xué)者研究在不同的空氣污染條件下進(jìn)行各種形式的健身運(yùn)動，觀察機(jī)體心肺功能和免疫功能的變化，以判斷空氣污染對健身運(yùn)動所造成的危害程度。

2.1 空氣污染環(huán)境下運(yùn)動對心肺功能的影響

國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，空氣污染情況下運(yùn)動時(shí)機(jī)體攝入可吸入顆粒增多，肺通氣和肺換氣效率降低，代謝當(dāng)量、最大呼氣量、用力肺活量、心肺功能儲備下降。

通過對步行、騎自行車和司機(jī)等不同人群的研究發(fā)現(xiàn)［19］，在公路邊活動的人比靜坐的人或鄉(xiāng)村的人攝入更多的PM10。人體實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)［10］，中等強(qiáng)度運(yùn)動時(shí)PM2.5在肺內(nèi)的沉積是安靜時(shí)的5倍。運(yùn)動中肺內(nèi)沉積的PM 增多會直接導(dǎo)致肺通氣、肺換氣效率下降。

從2003年到2009年對健康成年人調(diào)查發(fā)現(xiàn)［20］，運(yùn)動測試中代謝當(dāng)量下降與空氣污染物中CO 和NO2有長期和短期的影響，而SO2只有短期影響。這說明空氣污染會對運(yùn)動時(shí)的心肺功能產(chǎn)生危害。登山志愿者在低水平O3和PM2.5空氣污染下進(jìn)行8小時(shí)左右的中等強(qiáng)度徒步登山活動，研究結(jié)果經(jīng)過年齡、性別、環(huán)境溫度等因素的校正后，O3濃度每增加50 ppb，第一秒最大呼氣量（FEV1）下降2.6%，用力肺活量（FVC）下降2.2%，PM2.5也導(dǎo)致肺功能輕度下降，而隨著運(yùn)動時(shí)間的延長，O3污染物對肺功能的影響作用增強(qiáng)［21］。運(yùn)動模式并不影響空氣污染對肺功能的危害，在O3污染下間歇運(yùn)動2小時(shí)和連續(xù)運(yùn)動1小時(shí)肺功能的變化相似［22］。在4ppmNO2進(jìn)行間歇運(yùn)動1 小時(shí)，心血管功能并未發(fā)現(xiàn)改變［23］。因此，即使是在低濃度O3污染下進(jìn)行長時(shí)間或劇烈運(yùn)動，心肺功能都將有可能面臨更多的風(fēng)險(xiǎn)。

對空氣污染區(qū)域小樣本男性成人心肺功能和運(yùn)動機(jī)能測試發(fā)現(xiàn)［24］：與處于相同條件下運(yùn)動的人比較，經(jīng)常參加體育鍛煉的人安靜時(shí)心率較低，而肺活量和舒張壓升高，最大攝氧量沒有差異；但運(yùn)動后心率的恢復(fù)較慢。研究還發(fā)現(xiàn)，與空氣污染輕的地區(qū)不運(yùn)動人群相比，其心肺功能儲備和最大有氧代謝能力明顯降低。模擬污染空氣下運(yùn)動的研究結(jié)果顯示［25］，運(yùn)動后擴(kuò)血管藥物引起的前臂血流FBF減弱，擴(kuò)張血管藥物的緩激肽引起的血管纖溶酶原激活物釋放減少。但也有研究顯示，城市環(huán)境和鄉(xiāng)村環(huán)境下訓(xùn)練，心肺功能都有所提高［26］。

2.2 空氣污染環(huán)境下運(yùn)動對免疫機(jī)能的影響

在良好的空氣環(huán)境下進(jìn)行中等強(qiáng)度的體育鍛煉能夠增強(qiáng)人體的免疫能力，然而在空氣污染情況下進(jìn)行體育鍛煉，會引起機(jī)體內(nèi)白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、腫瘤壞死因子－α、血清白介素－6升高；血液中巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞數(shù)量下降。這些指標(biāo)的變化顯示：在空氣污染的情況下進(jìn)行體育鍛煉會引起機(jī)體對空氣污染物防御能力降低。

在空氣污染區(qū)進(jìn)行規(guī)律體育鍛煉的人與不運(yùn)動的人比較，血清中腫瘤壞死因子－α（TNF－α）顯著升高；而與空氣正常區(qū)域不運(yùn)動人群相比，血清白介素－6（IL－6）也會升高［27］。志愿者分別在城市環(huán)境和鄉(xiāng)村環(huán)境訓(xùn)練12周［26］，城市運(yùn)動志愿者訓(xùn)練后血液中白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞升高，而鄉(xiāng)村運(yùn)動的志愿者血液指標(biāo)無變化。健康志愿者每隔一天在4.0ppmNO2濃度暴露下進(jìn)行20 分鐘的運(yùn)動，持續(xù)3 周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞數(shù)量顯著減少，并且血液中的淋巴細(xì)胞減少，說明機(jī)體局部器官對污染物的防御能力下降［28］。大學(xué)生志愿者在城市空氣污染高的地區(qū)進(jìn)行Cooper測試，白細(xì)胞升高［29］。在控制實(shí)驗(yàn)條件的研究中發(fā)現(xiàn)［30］，健康成年人在低水平的PM10和PM2.5環(huán)境下進(jìn)行20分鐘中等強(qiáng)度的自行車運(yùn)動，血液中中性粒細(xì)胞增多，IL－6和Clara細(xì)胞分泌蛋白無變化。健康成年男性受試者在模擬PM10和NO 城市污染空氣條件下中等強(qiáng)度功率自行車運(yùn)動1小時(shí)，運(yùn)動后6小時(shí)血液中白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、TNF－α和IL－6等炎癥因子未改變［25］。這提示在空氣污染暴露下運(yùn)動的時(shí)間是影響免疫系統(tǒng)的重要因素。

3 運(yùn)動場所、運(yùn)動時(shí)間與空氣污染程度對健康的影響

健身運(yùn)動的時(shí)間和地點(diǎn)的選擇對于降低空氣污染對身體的危害十分重要，特別是對于心血管病人的康復(fù)運(yùn)動，即使是在低水平的空氣污染環(huán)境下運(yùn)動，其危害也是較為嚴(yán)重的，而最佳的室外運(yùn)動時(shí)間和地點(diǎn)要根據(jù)不同地點(diǎn)實(shí)際的監(jiān)測結(jié)果才能確定。低水平的空氣污染與運(yùn)動的強(qiáng)度、時(shí)間之間的關(guān)系目前還不明確，今后應(yīng)進(jìn)行深入的量化關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究，以確定空氣污染情況下安全的健身運(yùn)動強(qiáng)度和時(shí)間。

隨著運(yùn)動地點(diǎn)與交通道路距離的增加，空氣中污染物的含量呈指數(shù)級的下降。CO 影響運(yùn)動能力，特別是在交通繁忙的公路邊運(yùn)動，血液中COHb的含量會很快升高［30］。因此，城市公路主干道附近是極為不理想的運(yùn)動地點(diǎn)。運(yùn)動員和健身運(yùn)動人群應(yīng)該避免在公路附近進(jìn)行運(yùn)動，即使這些地方的空氣污染被認(rèn)為已經(jīng)得到了有效的控制［1］。運(yùn)動地點(diǎn)應(yīng)該距離主干道250 米以上，才可以避免PM 的危害［31］。對洛杉磯公園和其附近的社區(qū)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)［32］，公園中NO 和PM2.5污染物的濃度很低，但O3的濃度較高，而公園附近的社區(qū)正好相反，空氣中NO 和PM2.5含量較高而O3較低。這說明城市中的公園和社區(qū)也不一定全是運(yùn)動的理想場所。

對加拿大多倫多市的空氣監(jiān)測顯示，O3、SO2和PM 濃度在中午的時(shí)候最高，CO 和NO 濃度在早晨交通高峰期時(shí)最高，整體來說空氣污染物的水平在早上7點(diǎn)之前和晚上8點(diǎn)之后最低，因此建議在早晨或晚上進(jìn)行運(yùn)動鍛煉［33］。早晨是我國居民主要的鍛煉時(shí)間段，但國內(nèi)的學(xué)者認(rèn)為早晨和傍晚是空氣污染比較重的時(shí)間段，不是鍛煉的最佳時(shí)間［34］。由于一天內(nèi)空氣污染物的水平在不斷變化，在什么時(shí)間段進(jìn)行運(yùn)動最安全是個(gè)有爭議的話題，嚴(yán)格限定在某一時(shí)間段運(yùn)動顯然是不科學(xué)的，因?yàn)楦鞯貐^(qū)的空氣污染變化可能相差較大。在北京污染控制與不控制情況下，空氣污染物PM2.5都呈現(xiàn)雙峰態(tài)勢，第一個(gè)峰值出現(xiàn)在8∶00－10∶00左右，另一個(gè)峰值出現(xiàn)在晚20∶00－22∶00左右，這主要與上下班交通高峰導(dǎo)致的尾氣排放污染和道路揚(yáng)塵污染等有關(guān)［35］。而對于參加奧運(yùn)會的運(yùn)動員，應(yīng)盡量在早上或晚上空氣質(zhì)量好的時(shí)候進(jìn)行訓(xùn)練［36］。

對2000年和2004年蘭州大氣污染的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，空氣中的SO2、NO2和總懸浮顆粒物（TSP）濃度變化與季節(jié)有關(guān)，冬春采暖期SO2、NO2濃度較高，而TSP 濃度春季最高，因此市民冬春季節(jié)應(yīng)選擇小強(qiáng)度運(yùn)動健身［24］。在連續(xù)監(jiān)測2007年至2008年北京市大氣中PM2.5和PM10日均濃度后發(fā)現(xiàn)，PM 在4月至9月溫暖季節(jié)與循環(huán)系統(tǒng)疾病死亡的關(guān)聯(lián)比寒冷季節(jié)時(shí)更強(qiáng)［37］。北京奧運(yùn)期間PM2.5顆粒物濃度與溫度呈顯著正相關(guān)，而與風(fēng)速、相對濕度及降水相關(guān)性不顯著［35］。O3對肺功能的影響在盛夏強(qiáng)于夏末［38］，這提示季節(jié)也是影響每天空氣污染物變化的因素。所以應(yīng)該根據(jù)各地的空氣污染物的變化規(guī)律以及季節(jié)的變化推薦最佳鍛煉時(shí)間段。

4 運(yùn)動對空氣污染危害的預(yù)防作用

有些研究認(rèn)為運(yùn)動對空氣污染引起的危害具有一定的預(yù)防作用。對1998年中國香港居民流行病學(xué)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)［39］，65歲以上不運(yùn)動老年人與經(jīng)常運(yùn)動的老年人相比，空氣污染物CO、O3和PM 導(dǎo)致的額外死亡風(fēng)險(xiǎn)分別升高4.31%，1.75%和3.06%。這說明規(guī)律性的運(yùn)動可以降低污染引起的早死。動物實(shí)驗(yàn)研究顯示［40］，小鼠在模擬汽車尾氣環(huán)境下進(jìn)行5周有氧運(yùn)動，抑制了空氣污染引起的小鼠肺氣管肺泡灌洗液中IL－6、TNF－α和活性氧的升高，抑制了血漿和肺組織中IL－1β、角質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)因子和TNF－α的升高。這說明有氧運(yùn)動對空氣污染引起肺的炎癥有抑制作用［41］。前期在清潔環(huán)境的運(yùn)動經(jīng)歷對空氣污染的危害有預(yù)防作用。

5 展望

空氣污染情況下進(jìn)行體育鍛煉會對身體各系統(tǒng)產(chǎn)生不良的影響，這種不良的影響是一種長效的作用。目前國內(nèi)對空氣污染與運(yùn)動健身的影響缺乏系統(tǒng)的研究，僅有的研究也局限于空氣污染對心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)中單個(gè)系統(tǒng)的影響，少見對于多個(gè)系統(tǒng)的共同影響研究。同時(shí)以人作為研究對象進(jìn)行指標(biāo)檢測的研究較多，少有對動物實(shí)驗(yàn)的機(jī)理作用的研究。在以往的研究中比較關(guān)注單一的污染物對人體健康和運(yùn)動能力的危害，缺少對不同污染物協(xié)同效應(yīng)影響的精確研究，并且空氣污染與運(yùn)動的長期效應(yīng)研究不足，今后更應(yīng)該進(jìn)行空氣污染物協(xié)同效應(yīng)與運(yùn)動健身關(guān)系的研究，以期能夠做出科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評估，確保運(yùn)動員和健身鍛煉人群的長期健康。

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