人工環(huán)境中“舒適”的醫(yī)學(xué)意義
——關(guān)于舒適與健康的思考

胡松濤 鹿銘理 張曉霞 劉國(guó)丹 王 剛 王海英 李 慧

(1.青島理工大學(xué),青島;2.青島大學(xué)附屬醫(yī)院,青島)

0 引言

自1992年巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)以來(lái),中國(guó)政府相繼頒布了若干法規(guī)和綱要,大力推動(dòng)綠色建筑的發(fā)展。綠色建筑是指在全壽命期內(nèi),節(jié)約資源、保護(hù)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(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑。在滿足綠色建筑的基礎(chǔ)上,中國(guó)于2021年11月1日開始實(shí)施T/ASC 02—2021《健康建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》,其關(guān)注點(diǎn)從建筑節(jié)能減排轉(zhuǎn)變到建筑物的使用者——人。標(biāo)準(zhǔn)中第6章“舒適”是健康建筑的重要內(nèi)容,包含了聲環(huán)境、光環(huán)境、熱濕環(huán)境和人體工程學(xué)的舒適性對(duì)健康的影響[1],與建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)中人工環(huán)境學(xué)的研究?jī)?nèi)容有相當(dāng)大的重疊部分。

為何“舒適”越來(lái)越受到重視?“舒適”是自然界中一種重要的自然現(xiàn)象,對(duì)自然界中的生物至關(guān)重要,關(guān)乎生命體的繁殖、生長(zhǎng)、健康、壽命等。無(wú)論對(duì)動(dòng)物還是植物,“舒適”的外部環(huán)境對(duì)其生命過(guò)程都有著重要的“積極”意義。對(duì)于自然界中已知的最高級(jí)物種——人類而言,舒適是一種大腦認(rèn)知過(guò)程,與外部環(huán)境、生理狀態(tài)、心理狀態(tài)密切相關(guān)。因此,舒適環(huán)境的營(yíng)造對(duì)人類社會(huì)的生產(chǎn)生活有著舉足輕重的作用。

人工環(huán)境學(xué)屬建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的基礎(chǔ)性學(xué)科之一,其研究重點(diǎn)是各類人工環(huán)境的營(yíng)造方法[2]。典型的人工環(huán)境服務(wù)對(duì)象包括人居環(huán)境、動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境、食品貯運(yùn)環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)環(huán)境等等。而人居環(huán)境與人類生命健康關(guān)系最為密切,起初人工環(huán)境學(xué)只將熱濕環(huán)境、空氣品質(zhì)作為營(yíng)造熱舒適環(huán)境的主要研究對(duì)象,涉及溫度、濕度、風(fēng)速、污染氣體、懸浮顆粒物、氣體成分、氣壓等影響因素。在學(xué)科發(fā)展過(guò)程中,國(guó)內(nèi)外學(xué)者從環(huán)境變化的角度(即工況或場(chǎng)景設(shè)置)已對(duì)熱舒適進(jìn)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(lái)越多的關(guān)注,其中,照度、色溫、亮度分布、眩光等因素影響光環(huán)境質(zhì)量及舒適度[4],聲功率、聲壓、頻率等因素影響聲環(huán)境質(zhì)量及舒適度[5]。物理環(huán)境中的指標(biāo)通過(guò)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(duì)環(huán)境的感受,進(jìn)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(guò)程中,受測(cè)試手段所限,目前主要采用主觀評(píng)價(jià)的方法,缺乏人體對(duì)外部環(huán)境反應(yīng)評(píng)價(jià)的客觀生理指標(biāo),尤其缺乏醫(yī)學(xué)指標(biāo)這一中間環(huán)節(jié)的研究。

從醫(yī)學(xué)體系中分化而出的預(yù)防醫(yī)學(xué)是一門研究預(yù)防和消滅病害、改善和創(chuàng)造有利于健康的生產(chǎn)生活環(huán)境的科學(xué)。其“環(huán)境-人群-健康”的研究模式以衛(wèi)生環(huán)境為基礎(chǔ)、無(wú)癥狀人群為重點(diǎn)研究對(duì)象、預(yù)防疾病為目的,以達(dá)到防控疾病、保障健康、延長(zhǎng)壽命的目的。而環(huán)境衛(wèi)生學(xué)作為預(yù)防醫(yī)學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科,主要研究對(duì)象為污染物、微生物與人體健康的關(guān)系,側(cè)重于化學(xué)性環(huán)境因素和生物性環(huán)境因素,其對(duì)物理性環(huán)境因素——人體微氣候(空氣溫度、濕度、風(fēng)速、熱輻射)、噪聲、振動(dòng)、輻射等的研究不夠全面和深入,也沒(méi)有給出相應(yīng)的作用機(jī)理和定量證據(jù)。

人工環(huán)境學(xué)與環(huán)境衛(wèi)生學(xué)雖然都包含環(huán)境二字,但落腳點(diǎn)有明顯的學(xué)科界限。人工環(huán)境學(xué)更關(guān)注物理環(huán)境舒適度對(duì)工作效率及環(huán)境接受度的影響,忽略了“不舒適”對(duì)生命體的醫(yī)學(xué)意義,難以對(duì)長(zhǎng)時(shí)間積累的環(huán)境性疾病作出積極應(yīng)對(duì)(如：傷風(fēng)、感冒、幻聽(tīng)、眼疾等)。環(huán)境衛(wèi)生學(xué)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(lái)提出衛(wèi)生要求和預(yù)防對(duì)策,忽視了物理環(huán)境因素的延緩效應(yīng)、積存效應(yīng)。因此,本文從人工環(huán)境學(xué)出發(fā),重點(diǎn)闡述熱舒適對(duì)醫(yī)學(xué)的意義,旨在加強(qiáng)環(huán)境特性對(duì)人體醫(yī)學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性研究,進(jìn)而為營(yíng)造一個(gè)既舒適又健康的人居環(huán)境提供新思路。

1 熱濕環(huán)境對(duì)人體健康的影響

熱濕環(huán)境對(duì)人體健康的影響主要體現(xiàn)在空氣溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速三方面。其中,空氣溫度主要通過(guò)對(duì)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(diào)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(jīng)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(dāng)?shù)卮髿鉁囟鹊年P(guān)系(見(jiàn)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(shuō)明較低的空氣溫度會(huì)影響人體的熱平衡,體溫下降導(dǎo)致血流不暢,阻礙尿酸、丙酮酸的排泄,進(jìn)而引發(fā)高血糖、高血脂、高血壓等疾病。另一方面,對(duì)新冠肺炎的相關(guān)研究證實(shí),低溫不但利于新冠病毒的傳播,而且會(huì)抑制免疫細(xì)胞活性與復(fù)制力,降低機(jī)體呼吸系統(tǒng)免疫力,加之呼吸道進(jìn)氣溫度的降低影響抗原與抗體復(fù)合物的反應(yīng)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(guān)系

相對(duì)濕度對(duì)人體健康的影響也是不容忽視的。相對(duì)濕度過(guò)高直接影響人體散濕能力和潛熱交換,衣物潮濕易導(dǎo)致關(guān)節(jié)病。值得注意的是,在T/ASC 02—2021《建筑健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的控制項(xiàng)中特別提到,圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度不得低于露點(diǎn)溫度,防止結(jié)露,避免過(guò)于潮濕造成材料發(fā)霉、變質(zhì)、滋生霉菌孢子。皮膚和呼吸道黏膜對(duì)此十分敏感,會(huì)出現(xiàn)呼吸道疾病和過(guò)敏反應(yīng)等[6]。

風(fēng)速間接影響熱平衡,尤其是處于疲勞和熟睡時(shí),會(huì)導(dǎo)致體溫下降。中醫(yī)認(rèn)為穿堂風(fēng)容易引起風(fēng)熱感冒、肩周炎等癥狀。

2 外部環(huán)境對(duì)機(jī)體內(nèi)環(huán)境的影響

人體內(nèi)絕大多數(shù)的細(xì)胞并不直接與外部環(huán)境接觸,而是通過(guò)細(xì)胞外液實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換,包括氧氣與二氧化碳、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與代謝產(chǎn)物的攝取及排出過(guò)程。細(xì)胞外液被稱為人體的內(nèi)環(huán)境,是細(xì)胞與外部環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的中間場(chǎng)所。由于細(xì)胞與內(nèi)環(huán)境之間、內(nèi)環(huán)境與外部環(huán)境之間不斷進(jìn)行的物質(zhì)交換必然影響內(nèi)環(huán)境的理化性質(zhì),如溫度、滲透壓、pH值等[7],因此通過(guò)調(diào)控外部環(huán)境的物理參數(shù)使人體內(nèi)環(huán)境保持相對(duì)穩(wěn)定與動(dòng)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(jìn)而影響機(jī)體免疫力。研究發(fā)現(xiàn),新陳代謝影響人體產(chǎn)熱,外部熱濕環(huán)境影響人體散熱,二者共同影響機(jī)體溫度。一方面,體內(nèi)白細(xì)胞濃度隨體溫波動(dòng)而變化[8],較高的體溫會(huì)激活更多的免疫細(xì)胞,且病毒、細(xì)菌在高體溫下會(huì)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(hù)身體的健康。另一方面,機(jī)體溫度低,則呼吸系統(tǒng)的免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)相應(yīng)降低,抗原與抗體在呼吸道的反應(yīng)復(fù)合物的生成速度隨之降低,抗原的存留期延長(zhǎng),從而更容易進(jìn)入下呼吸道沉淀、聚集,引發(fā)呼吸道疾病?；┖陀斡具\(yùn)動(dòng)員訓(xùn)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(guò)物理環(huán)境的“舒適”營(yíng)造提高機(jī)體免疫力

物理環(huán)境中眾多參數(shù)的擾動(dòng)使人不得不成為環(huán)境刺激的被動(dòng)接受者,盡管人體具有一定的自我調(diào)節(jié)能力,但積極營(yíng)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(zhì)。

日本自然醫(yī)學(xué)博士石原結(jié)實(shí)在《36.5 ℃決定健康》一書中指出,體溫過(guò)低是疾病高發(fā)的原因[11]。其論據(jù)來(lái)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(jī)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(fēng)濕病等過(guò)敏性疾病和自身免疫性疾病。從情緒與精神方面來(lái)說(shuō),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(lái)說(shuō),體溫升高1 ℃,白細(xì)胞的活性即免疫力將提高,發(fā)燒時(shí)的高溫有利于殺死病原體,而體溫的升高是由于產(chǎn)熱量大于散熱量造成的,通過(guò)皮膚向空氣的輻射散熱占人體總散熱的70%。對(duì)此,石原結(jié)實(shí)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(qiáng)免疫力。

中醫(yī)常說(shuō)“虛寒之人易受寒濕之邪”,虛寒體質(zhì)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(nèi)熱,很重要的一個(gè)原因便是體溫偏低。中醫(yī)的應(yīng)對(duì)之法包括：調(diào)理飲食,多吃諸如牛羊魚肉、生姜、枸杞、桂圓等補(bǔ)陽(yáng)食物,少吃生冷、辛辣、刺激的食物;增強(qiáng)運(yùn)動(dòng),促進(jìn)新陳代謝,做到“動(dòng)則生陽(yáng)”[12]。

不難發(fā)現(xiàn),無(wú)論是石原結(jié)實(shí)博士還是中醫(yī)都已關(guān)注到體溫對(duì)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(duì)體溫的影響,而熱濕環(huán)境的“舒適”營(yíng)造正是本專業(yè)的特色之一。但舒適是否意味著健康?已經(jīng)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(duì)應(yīng)的最佳天氣溫度)和環(huán)境溫度之間的強(qiáng)相關(guān)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(nèi)在聯(lián)系[13]。此后,Jiang等人基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法把熱舒適和人體健康聯(lián)系起來(lái),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(jié)果表明,MMT數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)熱舒適溫度基本吻合,證明了熱舒適和健康存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)[14]。

然而,就室內(nèi)溫度對(duì)人體熱調(diào)節(jié)及舒適性的研究探索中,大多數(shù)學(xué)者普遍關(guān)注如何利用技術(shù)手段來(lái)營(yíng)造一個(gè)溫濕度可控并穩(wěn)定的熱環(huán)境。隨著健康意識(shí)的逐漸提高,人們發(fā)現(xiàn)溫度恒定的熱環(huán)境會(huì)削弱人對(duì)熱環(huán)境的熱調(diào)節(jié)[15]、應(yīng)激和適應(yīng)能力[13,16],同時(shí)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及呼吸系統(tǒng)也更易產(chǎn)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(nèi)提高唾液中與呼吸道黏膜免疫相關(guān)的分泌型免疫球蛋白E(secretory immunoglobulin E,S-IgE)濃度[16]。相反,動(dòng)態(tài)熱環(huán)境反而擴(kuò)寬人體的熱舒適范圍[18-19]、提高體溫調(diào)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(duì)人心理、生理調(diào)節(jié)影響的研究較為成熟,并形成了共識(shí)：舒適的環(huán)境溫度會(huì)提升心理和生理反應(yīng)[22-24]。此外,有關(guān)動(dòng)物和人體的實(shí)驗(yàn)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(shí)間內(nèi)唾液產(chǎn)生的量)。唾液分泌流率是一個(gè)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(biāo)[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(shuō)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(jié)論,即舒適溫度暴露的小鼠,體內(nèi)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(jīng)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(xí)服,且熱調(diào)節(jié)行為的上限閾值從(35.2±0.6)℃提高到(35.5±0.5)℃,說(shuō)明長(zhǎng)期被動(dòng)熱暴露可延長(zhǎng)熱調(diào)節(jié)行為的閾值[29]。Hanssen等人的研究發(fā)現(xiàn),對(duì)人實(shí)施10 d輕度冷暴露(14～15 ℃,6 h/d,無(wú)冷戰(zhàn))后,受試者獲得了冷習(xí)服,且Ⅱ型糖尿病患者體內(nèi)的胰島素敏感性提高了43%,這說(shuō)明適當(dāng)?shù)睦浔┞队欣陬A(yù)防肥胖癥和Ⅱ型糖尿病[30]。但是,Remie等人的研究表明,進(jìn)行10 d輕度無(wú)寒戰(zhàn)的冷適應(yīng)(16～17 ℃)后,不會(huì)改善胰島素敏感性,但可通過(guò)改變骨骼肌的收縮形式來(lái)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(yīng)會(huì)增加葡萄糖氧化、脂肪氧化和脂質(zhì)清除,有利于預(yù)防肥胖癥[32]。

以上研究不難看出,人工環(huán)境學(xué)更關(guān)注環(huán)境溫度對(duì)心理、生理、環(huán)境接受度等方面的影響,對(duì)與健康相關(guān)的醫(yī)學(xué)指標(biāo)影響規(guī)律的探索鮮有報(bào)道,尤其是呼吸道免疫力相關(guān)的免疫分子。醫(yī)學(xué)學(xué)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(guān)系,忽視了環(huán)境溫度對(duì)人心理和生理健康的影響。這使得2個(gè)領(lǐng)域的研究方向較獨(dú)立,并沒(méi)有從多學(xué)科融合角度將人體熱舒適和健康聯(lián)系起來(lái),對(duì)熱舒適與健康相關(guān)性的認(rèn)識(shí)仍存在局限性。因此,通過(guò)對(duì)舒適與健康的研究可以將中西醫(yī)對(duì)環(huán)境影響健康的認(rèn)識(shí)和總結(jié)科學(xué)化,為營(yíng)造舒適健康的人居環(huán)境提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

1) “舒適”對(duì)醫(yī)學(xué)有重要意義,物理環(huán)境中“舒適”的營(yíng)造可減少疾病的發(fā)生,比如通過(guò)營(yíng)造熱舒適環(huán)境保持體溫在健康范圍內(nèi),進(jìn)而提高免疫力,提高人體健康水平。

2) 應(yīng)重視和加強(qiáng)本專業(yè)對(duì)環(huán)境特性與機(jī)體醫(yī)學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性研究,將外部環(huán)境的潛在影響落實(shí)到人的身心健康上,拓展人工環(huán)境學(xué)的研究范圍,積極探索“人因環(huán)境學(xué)”與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的合理交叉。