胡松濤 鹿銘理 張曉霞 劉國丹 王 剛 王海英 李 慧

(1.青島理工大學,青島;2.青島大學附屬醫(yī)院,青島)

0 引言

自1992年巴西里約熱內盧聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會以來,中國政府相繼頒布了若干法規(guī)和綱要,大力推動綠色建筑的發(fā)展。綠色建筑是指在全壽命期內,節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少污染,為人們提供健康、適用、高效的使用空間,最大限度地實現(xiàn)人與自然和諧共生的高質量建筑。在滿足綠色建筑的基礎上,中國于2021年11月1日開始實施T/ASC 02—2021《健康建筑評價標準》,其關注點從建筑節(jié)能減排轉變到建筑物的使用者——人。標準中第6章“舒適”是健康建筑的重要內容,包含了聲環(huán)境、光環(huán)境、熱濕環(huán)境和人體工程學的舒適性對健康的影響[1],與建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)中人工環(huán)境學的研究內容有相當大的重疊部分。

為何“舒適”越來越受到重視?“舒適”是自然界中一種重要的自然現(xiàn)象,對自然界中的生物至關重要,關乎生命體的繁殖、生長、健康、壽命等。無論對動物還是植物,“舒適”的外部環(huán)境對其生命過程都有著重要的“積極”意義。對于自然界中已知的最高級物種——人類而言,舒適是一種大腦認知過程,與外部環(huán)境、生理狀態(tài)、心理狀態(tài)密切相關。因此,舒適環(huán)境的營造對人類社會的生產生活有著舉足輕重的作用。

人工環(huán)境學屬建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的基礎性學科之一,其研究重點是各類人工環(huán)境的營造方法[2]。典型的人工環(huán)境服務對象包括人居環(huán)境、動植物生長發(fā)育環(huán)境、食品貯運環(huán)境、工業(yè)生產與實驗檢測環(huán)境等等。而人居環(huán)境與人類生命健康關系最為密切,起初人工環(huán)境學只將熱濕環(huán)境、空氣品質作為營造熱舒適環(huán)境的主要研究對象,涉及溫度、濕度、風速、污染氣體、懸浮顆粒物、氣體成分、氣壓等影響因素。在學科發(fā)展過程中,國內外學者從環(huán)境變化的角度(即工況或場景設置)已對熱舒適進行了廣泛而深入的研究,形成了較為完備的理論體系[3]。近幾年,光環(huán)境、聲環(huán)境等極易被忽視的環(huán)境因素得到越來越多的關注,其中,照度、色溫、亮度分布、眩光等因素影響光環(huán)境質量及舒適度[4],聲功率、聲壓、頻率等因素影響聲環(huán)境質量及舒適度[5]。物理環(huán)境中的指標通過影響人的情緒變化、代謝水平、舒適程度、健康狀態(tài)直接或間接影響人對環(huán)境的感受,進而影響人的生活狀態(tài)、工作效率。但遺憾的是,從物理環(huán)境到感官舒適度的研究過程中,受測試手段所限,目前主要采用主觀評價的方法,缺乏人體對外部環(huán)境反應評價的客觀生理指標,尤其缺乏醫(yī)學指標這一中間環(huán)節(jié)的研究。

從醫(yī)學體系中分化而出的預防醫(yī)學是一門研究預防和消滅病害、改善和創(chuàng)造有利于健康的生產生活環(huán)境的科學。其“環(huán)境-人群-健康”的研究模式以衛(wèi)生環(huán)境為基礎、無癥狀人群為重點研究對象、預防疾病為目的,以達到防控疾病、保障健康、延長壽命的目的。而環(huán)境衛(wèi)生學作為預防醫(yī)學的一個重要分支學科,主要研究對象為污染物、微生物與人體健康的關系,側重于化學性環(huán)境因素和生物性環(huán)境因素,其對物理性環(huán)境因素——人體微氣候(空氣溫度、濕度、風速、熱輻射)、噪聲、振動、輻射等的研究不夠全面和深入,也沒有給出相應的作用機理和定量證據(jù)。

人工環(huán)境學與環(huán)境衛(wèi)生學雖然都包含環(huán)境二字,但落腳點有明顯的學科界限。人工環(huán)境學更關注物理環(huán)境舒適度對工作效率及環(huán)境接受度的影響,忽略了“不舒適”對生命體的醫(yī)學意義,難以對長時間積累的環(huán)境性疾病作出積極應對(如：傷風、感冒、幻聽、眼疾等)。環(huán)境衛(wèi)生學則注重生化環(huán)境中流行病、傳染病的防控,充分利用環(huán)境中的有益因素和控制有害因素來提出衛(wèi)生要求和預防對策,忽視了物理環(huán)境因素的延緩效應、積存效應。因此,本文從人工環(huán)境學出發(fā),重點闡述熱舒適對醫(yī)學的意義,旨在加強環(huán)境特性對人體醫(yī)學指標的相關性研究,進而為營造一個既舒適又健康的人居環(huán)境提供新思路。

1 熱濕環(huán)境對人體健康的影響

熱濕環(huán)境對人體健康的影響主要體現(xiàn)在空氣溫度、相對濕度和風速三方面。其中,空氣溫度主要通過對流換熱影響皮膚溫度,而皮膚溫度與核心溫度的差值為體溫調節(jié)系統(tǒng)的輸入量,如果該輸入量超出可接受范圍,人體熱平衡將被打破,輕者感冒、發(fā)燒、中暑,重者神經系統(tǒng)異常、心腦功能驟降,甚至死亡。從某市2017—2019年醫(yī)院及全市逐月死亡人數(shù)與當?shù)卮髿鉁囟鹊年P系(見圖1)可以看出,每年12月至次年1月均出現(xiàn)死亡率高峰期,說明較低的空氣溫度會影響人體的熱平衡,體溫下降導致血流不暢,阻礙尿酸、丙酮酸的排泄,進而引發(fā)高血糖、高血脂、高血壓等疾病。另一方面,對新冠肺炎的相關研究證實,低溫不但利于新冠病毒的傳播,而且會抑制免疫細胞活性與復制力,降低機體呼吸系統(tǒng)免疫力,加之呼吸道進氣溫度的降低影響抗原與抗體復合物的反應速率,因此冬季更易發(fā)生呼吸系統(tǒng)疾病。

圖1 某市醫(yī)院及全市死亡率與大氣溫度的關系

相對濕度對人體健康的影響也是不容忽視的。相對濕度過高直接影響人體散濕能力和潛熱交換,衣物潮濕易導致關節(jié)病。值得注意的是,在T/ASC 02—2021《建筑健康評價標準》對圍護結構的控制項中特別提到,圍護結構內表面溫度不得低于露點溫度,防止結露,避免過于潮濕造成材料發(fā)霉、變質、滋生霉菌孢子。皮膚和呼吸道黏膜對此十分敏感,會出現(xiàn)呼吸道疾病和過敏反應等[6]。

風速間接影響熱平衡,尤其是處于疲勞和熟睡時,會導致體溫下降。中醫(yī)認為穿堂風容易引起風熱感冒、肩周炎等癥狀。

2 外部環(huán)境對機體內環(huán)境的影響

人體內絕大多數(shù)的細胞并不直接與外部環(huán)境接觸,而是通過細胞外液實現(xiàn)細胞與外界的物質交換,包括氧氣與二氧化碳、營養(yǎng)物質與代謝產物的攝取及排出過程。細胞外液被稱為人體的內環(huán)境,是細胞與外部環(huán)境進行物質交換的中間場所。由于細胞與內環(huán)境之間、內環(huán)境與外部環(huán)境之間不斷進行的物質交換必然影響內環(huán)境的理化性質,如溫度、滲透壓、pH值等[7],因此通過調控外部環(huán)境的物理參數(shù)使人體內環(huán)境保持相對穩(wěn)定與動態(tài)平衡具有重要意義。

熱濕環(huán)境主要影響體溫和新陳代謝,進而影響機體免疫力。研究發(fā)現(xiàn),新陳代謝影響人體產熱,外部熱濕環(huán)境影響人體散熱,二者共同影響機體溫度。一方面,體內白細胞濃度隨體溫波動而變化[8],較高的體溫會激活更多的免疫細胞,且病毒、細菌在高體溫下會失去活性,因此較高的體溫能更好地殲滅入侵的病原體,維護身體的健康。另一方面,機體溫度低,則呼吸系統(tǒng)的免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)相應降低,抗原與抗體在呼吸道的反應復合物的生成速度隨之降低,抗原的存留期延長,從而更容易進入下呼吸道沉淀、聚集,引發(fā)呼吸道疾病。滑雪和游泳運動員訓練后呼吸道疾病感染率升高是低體溫影響免疫力的最好證明[9-10]。

3 通過物理環(huán)境的“舒適”營造提高機體免疫力

物理環(huán)境中眾多參數(shù)的擾動使人不得不成為環(huán)境刺激的被動接受者,盡管人體具有一定的自我調節(jié)能力,但積極營造物理環(huán)境的舒適性更有助于人的身心健康及改善生活品質。

日本自然醫(yī)學博士石原結實在《36.5 ℃決定健康》一書中指出,體溫過低是疾病高發(fā)的原因[11]。其論據(jù)來源于多方面,從數(shù)據(jù)上看,50年間日本人平均體溫降低1 ℃以上,而研究表明體溫每下降1 ℃,機體免疫力下降30%以上,免疫力一旦下降將直接誘發(fā)大量疾病,如感冒、上呼吸道感染、肺炎、風濕病等過敏性疾病和自身免疫性疾病。從情緒與精神方面來說,每年冬季是抑郁癥高發(fā)期,體溫偏低使抑郁癥患者精神不佳,自殺率升高。從人體熱平衡的角度來說,體溫升高1 ℃,白細胞的活性即免疫力將提高,發(fā)燒時的高溫有利于殺死病原體,而體溫的升高是由于產熱量大于散熱量造成的,通過皮膚向空氣的輻射散熱占人體總散熱的70%。對此,石原結實提倡泡澡、衣物保暖、鍛煉、攝取能提高體溫的食物等方法增強免疫力。

中醫(yī)常說“虛寒之人易受寒濕之邪”,虛寒體質的人往往氣血虧損、畏寒怕冷、身體孱弱、抵抗力低下、易感各種疾病。這類人群怕寒喜熱、陰虛內熱,很重要的一個原因便是體溫偏低。中醫(yī)的應對之法包括：調理飲食,多吃諸如牛羊魚肉、生姜、枸杞、桂圓等補陽食物,少吃生冷、辛辣、刺激的食物;增強運動,促進新陳代謝,做到“動則生陽”[12]。

不難發(fā)現(xiàn),無論是石原結實博士還是中醫(yī)都已關注到體溫對免疫力的重要性,但二者開出的“藥方”中忽略了熱濕環(huán)境對體溫的影響,而熱濕環(huán)境的“舒適”營造正是本專業(yè)的特色之一。但舒適是否意味著健康?已經有研究揭示了最小死亡率溫度(minimum mortality temperature,MMT,指與最低死亡率相對應的最佳天氣溫度)和環(huán)境溫度之間的強相關性,可能表明了它與熱舒適溫度(如熱中性溫度)之間的一些內在聯(lián)系[13]。此后,Jiang等人基于數(shù)據(jù)驅動的方法把熱舒適和人體健康聯(lián)系起來,并用熱中性溫度、MMT分別反映人們的熱舒適需求和健康需求,研究結果表明,MMT數(shù)據(jù)與實測熱舒適溫度基本吻合,證明了熱舒適和健康存在內在關聯(lián)[14]。

然而,就室內溫度對人體熱調節(jié)及舒適性的研究探索中,大多數(shù)學者普遍關注如何利用技術手段來營造一個溫濕度可控并穩(wěn)定的熱環(huán)境。隨著健康意識的逐漸提高,人們發(fā)現(xiàn)溫度恒定的熱環(huán)境會削弱人對熱環(huán)境的熱調節(jié)[15]、應激和適應能力[13,16],同時人體的神經系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及呼吸系統(tǒng)也更易產生不適感[17]。此外,筆者所在課題組前期研究發(fā)現(xiàn),舒適的環(huán)境僅在短期內提高唾液中與呼吸道黏膜免疫相關的分泌型免疫球蛋白E(secretory immunoglobulin E,S-IgE)濃度[16]。相反,動態(tài)熱環(huán)境反而擴寬人體的熱舒適范圍[18-19]、提高體溫調節(jié)和心血管功能[20]、刺激大腦興奮程度和提高工作效率[21]。

環(huán)境溫度對人心理、生理調節(jié)影響的研究較為成熟,并形成了共識：舒適的環(huán)境溫度會提升心理和生理反應[22-24]。此外,有關動物和人體的實驗研究發(fā)現(xiàn),舒適的熱環(huán)境可顯著提高整體和呼吸道免疫力。舒適的環(huán)境溫度顯著提高唾液分泌流率(在給定時間內唾液產生的量)。唾液分泌流率是一個重要參數(shù),它直接影響唾液中微生物的組成,也是呼吸道免疫力的重要指標[15,17,25]。舒適的環(huán)境溫度顯著改善腫瘤治療水平,Hankenson等人在熱偏好研究中發(fā)現(xiàn),荷瘤小鼠(被移植了腫瘤的小鼠)更喜歡暖的環(huán)境,這說明偏暖的舒適環(huán)境有利于小鼠癌癥的治療[26]。Eng等人發(fā)現(xiàn)了類似結論,即舒適溫度暴露的小鼠,體內胰腺腫瘤水平顯著降低[27]。

但是恒定不變的溫度環(huán)境并非都有益于健康,Zhu提出,經常的冷熱暴露有利于人體健康[28]。Pallubinsky等人的研究發(fā)現(xiàn),人在熱暴露后(7 d,6 h/d,33 ℃),受試者獲得了熱習服,且熱調節(jié)行為的上限閾值從(35.2±0.6)℃提高到(35.5±0.5)℃,說明長期被動熱暴露可延長熱調節(jié)行為的閾值[29]。Hanssen等人的研究發(fā)現(xiàn),對人實施10 d輕度冷暴露(14～15 ℃,6 h/d,無冷戰(zhàn))后,受試者獲得了冷習服,且Ⅱ型糖尿病患者體內的胰島素敏感性提高了43%,這說明適當?shù)睦浔┞队欣陬A防肥胖癥和Ⅱ型糖尿病[30]。但是,Remie等人的研究表明,進行10 d輕度無寒戰(zhàn)的冷適應(16～17 ℃)后,不會改善胰島素敏感性,但可通過改變骨骼肌的收縮形式來提高餐后能量消耗[31]。根據(jù)Gordon等人的研究,急性冷暴露而不是冷適應會增加葡萄糖氧化、脂肪氧化和脂質清除,有利于預防肥胖癥[32]。

以上研究不難看出,人工環(huán)境學更關注環(huán)境溫度對心理、生理、環(huán)境接受度等方面的影響,對與健康相關的醫(yī)學指標影響規(guī)律的探索鮮有報道,尤其是呼吸道免疫力相關的免疫分子。醫(yī)學學科則注重直接分析環(huán)境溫度和免疫力、人群健康,尤其死亡率的關系,忽視了環(huán)境溫度對人心理和生理健康的影響。這使得2個領域的研究方向較獨立,并沒有從多學科融合角度將人體熱舒適和健康聯(lián)系起來,對熱舒適與健康相關性的認識仍存在局限性。因此,通過對舒適與健康的研究可以將中西醫(yī)對環(huán)境影響健康的認識和總結科學化,為營造舒適健康的人居環(huán)境提供理論依據(jù)。

4 結論

1) “舒適”對醫(yī)學有重要意義,物理環(huán)境中“舒適”的營造可減少疾病的發(fā)生,比如通過營造熱舒適環(huán)境保持體溫在健康范圍內,進而提高免疫力,提高人體健康水平。

2) 應重視和加強本專業(yè)對環(huán)境特性與機體醫(yī)學指標的相關性研究,將外部環(huán)境的潛在影響落實到人的身心健康上,拓展人工環(huán)境學的研究范圍,積極探索“人因環(huán)境學”與醫(yī)學領域的合理交叉。