李加鵬 林景蘭

（1.福建中醫(yī)藥大學(xué)體育部，福建 福州 350122；2.福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院，福建 福州 350001）

前言

近幾年我國(guó)大氣污染現(xiàn)狀呈現(xiàn)出波及范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、空氣重污染級(jí)別高的態(tài)勢(shì)，在大氣污染的懸浮顆粒污染物中對(duì)人體危害最大是直徑2.5μm ≤污染顆粒物，其組成成分復(fù)雜多變，主要包含有硫酸鹽、硝酸鹽、鈉鹽、銨鹽、元素碳、有機(jī)碳等，另外由于各類可燃物的不充分燃燒以及燃燒產(chǎn)物中富含的鉛（Pb）、砷（As）、鉻（Cr）等以及多環(huán)芳烴（PAHs），再加上空氣中的細(xì)菌、真菌、病毒、粉塵對(duì)顆粒物的附著等對(duì)人體危害極大。由于污染顆粒物具有直徑小，各類成分復(fù)雜且性質(zhì)易變的特性，在人體吸入后可直接通過(guò)呼吸道支氣管到達(dá)肺泡并沉積，長(zhǎng)期暴露在污染環(huán)境中，大量吸入污染顆粒后極易引起呼吸系統(tǒng)病變，誘發(fā)鼻炎、喉炎、氣管炎、肺炎、哮喘等疾病。近十年的流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間處于大氣污染環(huán)境中會(huì)提高呼吸系統(tǒng)的各類慢性疾病發(fā)病率，同時(shí)還會(huì)降低機(jī)體免疫力，誘發(fā)癌癥，提高死亡率，嚴(yán)重危害人類健康。

1 有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體呼吸系統(tǒng)的生理變化

有氧運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較低，機(jī)體能量消耗大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)代謝產(chǎn)物積累相對(duì)較少，機(jī)體的內(nèi)環(huán)境變化較小，因此機(jī)體對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)的耐受程度較好，再加上有氧運(yùn)動(dòng)具有對(duì)改善心肺功能、促進(jìn)機(jī)體新陳代謝、增強(qiáng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力等多方面的積極功效，因此被廣大體育鍛煉者所青睞。機(jī)體在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，呼吸系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一系列生理變化以適應(yīng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的需要，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1.1 有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)呼吸方式的變化

正常機(jī)體在安靜狀態(tài)下采用鼻式呼吸，可對(duì)空氣進(jìn)行凈化過(guò)濾及濕潤(rùn)的作用。當(dāng)機(jī)體進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著機(jī)體對(duì)氧氣需求的提高，鼻式呼吸難以滿足有氧運(yùn)動(dòng)的需求，當(dāng)每分通氣量達(dá)20-30L/min 時(shí)，呼吸方式由鼻式呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)榭谑胶粑蚩诒鞘胶粑?，以減少呼吸道對(duì)空氣的阻力，增加通氣量，但相對(duì)缺少了鼻式呼吸的凈化過(guò)濾作用。

1.2 有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)的呼吸頻率

呼吸頻率方面，正常成年人在安靜狀態(tài)下的呼吸頻率為12-18 次/min，受運(yùn)動(dòng)前條件反射、中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)、二氧化碳代謝增多、乳酸代謝增強(qiáng)、氫離子濃度變化等因素的影響，為提高氧氣含量降低二氧化碳及體內(nèi)酸性代謝產(chǎn)物呼吸頻率劇增，在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，呼吸頻率的增加可達(dá)3-4倍。

1.3 有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)肺通氣量的變化

肺通氣量是檢驗(yàn)機(jī)體呼吸系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)，機(jī)體在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，肺通氣量急劇增加，以保證機(jī)體在有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)氧氣的需求。研究發(fā)現(xiàn)，在安靜狀態(tài)下正常成人肺通氣量平均約為6-8L/min，在有氧運(yùn)動(dòng)中隨著呼吸頻率的加快，呼吸深度的加深，通氣量也在不斷增加，其中最大通氣量正常男性約120-140L/min，正常女性約為70-120L/min。[1]

1.4 有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)呼吸系統(tǒng)血流量的變化

機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)為保證運(yùn)動(dòng)器官的供氧需求，機(jī)體通過(guò)血流量的再分配功能，減少不參與運(yùn)動(dòng)器官的血流量，轉(zhuǎn)而提高肌肉、心臟、肺部等部位血流量，以保證機(jī)體運(yùn)動(dòng)器官的氧氣及能量供應(yīng)；另一方面，機(jī)體在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，心率明顯增加，心肌收縮能力加強(qiáng)，心臟博輸出量增加，心臟泵血功能加強(qiáng)，此時(shí)呼吸系統(tǒng)內(nèi)，特別是肺部血壓增高，血流量加大，肺泡內(nèi)血流量增加，機(jī)體在肺泡內(nèi)的氧氣彌散加強(qiáng)，動(dòng)靜脈氧差每百毫升氧含量可達(dá)15 毫升。

1.5 有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)肺泡的變化

運(yùn)動(dòng)引起機(jī)體的呼吸自我調(diào)節(jié)，即通過(guò)神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)，如代謝產(chǎn)物中酸增強(qiáng)，血液中PH 下降，代謝產(chǎn)物二氧化碳濃度增高，反射性引起呼吸中樞神經(jīng)興奮，呼吸性支氣管擴(kuò)張，肺泡膜細(xì)血管前括約肌擴(kuò)張，呼吸頻率加快、呼吸深度加深，肺泡通氣數(shù)量劇增，擴(kuò)張程度加大，參與氣體交換的肺泡面積增加；另一方面，肺泡的毛細(xì)血管網(wǎng)被更多的激活，肺泡血流量的增加，再加上肺泡擴(kuò)張，呼吸膜的氣體彌散阻力下降，促進(jìn)了氧氣和二氧化碳在肺泡的交換，此時(shí)，氧氣的攝取和二氧化碳的排出可達(dá)到安靜狀態(tài)的25 倍。[1]

2 大氣污染顆粒物對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)機(jī)體呼吸系統(tǒng)的影響

2.1 不同直徑大氣污染顆粒物在呼吸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡

人體生理結(jié)構(gòu)針對(duì)外物入侵具有自我防護(hù)的功能，如呼吸系統(tǒng)中鼻毛有阻擋大顆粒物的作用，呼吸道黏膜具有對(duì)顆粒物的吸附作用，鼻內(nèi)纖毛具有推送轉(zhuǎn)移附著異物的作用，肺泡內(nèi)吞噬細(xì)胞具有吞噬作用，B 細(xì)胞具有免疫抗體作用等。依據(jù)人體生理特性，當(dāng)空氣中的顆粒物直徑在2.5-10μm范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)被呼吸道有效阻擋攔截，并通過(guò)噴嚏、咳嗽、纖毛推送等排出機(jī)體；當(dāng)顆粒物直徑≤2.5μm 時(shí)，這些顆粒物可隨氣流輕而易舉的到達(dá)肺泡并沉積附著在肺泡壁上；當(dāng)顆粒物＜0.1μm時(shí)，細(xì)微顆粒物可直接透過(guò)氣血屏障，進(jìn)入到血液循環(huán)而影響到其他組織或器官。[2]由此可見(jiàn)，對(duì)機(jī)體危害最大的主要為直徑2.5μm ≤大氣污染顆粒物。

2.2 大氣污染顆粒物對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)機(jī)體呼吸系統(tǒng)的影響

當(dāng)機(jī)體在空氣污染環(huán)境下進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，呼吸頻率、通氣量劇增，呼吸道自我防御系統(tǒng)能力下降，機(jī)體對(duì)大氣中有害顆粒物的易感性增強(qiáng)，[2]此時(shí)大氣污染物顆?？砷L(zhǎng)驅(qū)直入，再加上肺泡內(nèi)的氣血屏障洞開(kāi)等諸多不利因素可對(duì)呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生一系列直接或間接損傷。

2.2.1 大氣污染顆粒物對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)機(jī)體呼吸道的影響

（1）大氣污染顆粒物對(duì)鼻腔的影響

機(jī)體在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)肺通氣量劇增，大顆粒污染物在經(jīng)過(guò)鼻腔時(shí)在鼻黏膜和鼻毛的作用下被阻擋粘附后排出。但當(dāng)機(jī)體進(jìn)行持續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間的有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，鼻腔內(nèi)黏膜局部免疫球蛋白IgA 濃度降低，自我清除能力降低，大量大氣污染顆粒物隨空氣吸入，部分富含化學(xué)刺激性浮塵、真菌附著在鼻腔黏膜上，當(dāng)這些抗原附著在鼻黏膜介質(zhì)細(xì)胞表面，促使機(jī)體處于致敏狀態(tài)，鼻腔黏膜分必物增多，誘發(fā)陣發(fā)性噴嚏、鼻黏膜水腫、血腫導(dǎo)致鼻塞。機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間暴露在高濃度空氣污染環(huán)境中進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，鼻黏膜反復(fù)受到刺激，極易誘發(fā)鼻炎、鼻竇炎，對(duì)鼻腔黏膜造成傷害；另外污染顆粒物還會(huì)導(dǎo)致鼻腔黏膜纖毛受損出現(xiàn)數(shù)量減少，排列不規(guī)律，粘連等現(xiàn)象，不利于纖毛正常生理功能的發(fā)揮。研究證實(shí)，過(guò)敏性鼻炎患者數(shù)量與大氣污染污染物中SO2、NO2及PM10 濃度提升呈顯著性相關(guān)；過(guò)多吸入還會(huì)導(dǎo)致鼻腔分泌物中IL-5、IL-8、CCL17、 eotax-in 等細(xì)胞因子分泌增加，Th1 型細(xì)胞因子IFN-γ 減少，誘發(fā)局部炎癥，對(duì)鼻腔黏膜造成損傷，導(dǎo)致上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到破壞，黏膜脫落，固有層發(fā)生水腫、血腫，并出現(xiàn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)等現(xiàn)象。[3]

（2）大氣污染顆粒物對(duì)咽的影響

當(dāng)鼻毛、鼻黏膜對(duì)外界氣體的過(guò)濾功能下降，鼻黏膜分泌黏液對(duì)氣體中顆粒異物的吸附功能降低時(shí)，[4]氣體中包含的有害顆粒物可長(zhǎng)驅(qū)直入進(jìn)入下一級(jí)呼吸通道。[5]當(dāng)大氣污染顆粒物通過(guò)口鼻后到達(dá)咽部，在咽部黏膜吸附作用下沉積，進(jìn)而刺激損傷咽部黏膜上皮和腺體；另一方面，機(jī)體在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)采用口鼻或口式呼吸，吸入的氣體缺少了濕潤(rùn)功能，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)機(jī)體時(shí)常產(chǎn)生咽部灼熱、干燥、瘙癢，嚴(yán)重者出現(xiàn)干咳、疼痛、異物感。長(zhǎng)時(shí)間處于大氣污染環(huán)境中機(jī)體會(huì)出現(xiàn)明顯的咽部黏膜水腫充血，黏液腺分泌增多的現(xiàn)象，極易誘發(fā)急性咽炎，當(dāng)機(jī)體在反復(fù)刺激作用下還會(huì)誘導(dǎo)炎癥侵犯鼻腔黏膜、喉、氣管、支氣管等呼吸道，誘發(fā)鼻炎、鼻竇炎、咽炎、咽喉炎、氣管炎等疾病，反復(fù)的刺激損傷還可能誘發(fā)鼻咽癌等其他疾病。

（3）大氣污染顆粒物對(duì)氣管、支氣管的影響

機(jī)體在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)大氣污染顆粒物對(duì)氣管、支氣管的影響主要通過(guò)以下幾種途徑：1）在運(yùn)動(dòng)中由于呼吸頻率和呼吸方式的改變，機(jī)體吸入的氣流量急劇增大，大量干燥的空氣在快速的氣體交換過(guò)程中飛速流動(dòng)，導(dǎo)致黏膜表層的水分流失，使得黏膜黏液濃度增加，在污染顆粒物的吸附作用下各類硫酸鹽、硝酸鹽促使上皮細(xì)胞受損，表現(xiàn)為急性咳嗽、干咳甚至嘔吐癥狀，嚴(yán)重者出現(xiàn)充血水腫，當(dāng)氣管、支氣管被反復(fù)炎癥刺激后便會(huì)誘發(fā)氣管哮喘、肺氣腫等其他并發(fā)癥的出現(xiàn)；2）由于大量酸性鹽粉塵被黏膜吸附后，纖毛呈粘連狀，纖毛的擺動(dòng)推送能力受到影響，氣管、支氣管的自我清除機(jī)制受限，使得各類污染顆粒大量附著沉積誘發(fā)炎癥損傷和氧化應(yīng)激損傷。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大氣污染顆粒物中攜帶的具有刺激性的硫酸鹽、硝酸鹽、粉塵以及附著的細(xì)菌、病毒附著在呼吸道黏膜上后可直接作用與T 細(xì)胞中的配體激活轉(zhuǎn)錄因子AHR，促進(jìn)TH17 的分化，繼而產(chǎn)生大量的IL-17，上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞在IL-17 的刺激產(chǎn)生IL-6、IL-8等炎性因子，誘發(fā)炎癥反應(yīng)，[6]這也是誘發(fā)氣管炎、支氣管炎等疾病的重要因素之一；3）當(dāng)大量的污染顆粒物附著在氣管黏膜上后，其中的化學(xué)成分會(huì)促使支氣管上皮細(xì)胞出現(xiàn)增生、纖維化，直接或間接的誘發(fā)氣管炎、支氣管炎等疾病的發(fā)生。[7]

2.2.2 大氣污染顆粒物對(duì)肺的影響

機(jī)體在進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，呼吸頻率、呼吸深度、肺通氣量、肺部血流量、肺泡動(dòng)用數(shù)量、氣血屏障氣體彌散阻力等多方面會(huì)產(chǎn)生積極的適應(yīng)性變化，以保障機(jī)體的運(yùn)動(dòng)需求。但與此同時(shí)，呼吸系統(tǒng)在有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)外界污染空氣顆粒物的過(guò)濾防御功能下降，[8]細(xì)微的污染顆粒長(zhǎng)驅(qū)直入到達(dá)肺泡后，在重力沉積、氣流推動(dòng)、氣體彌散、黏膜吸附的作用下，吸附在肺泡上對(duì)機(jī)體產(chǎn)生影響，研究表明進(jìn)行中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，顆粒物的沉積量將大大增加，顆粒直徑小于0.1μm 的污染物沉積量是安靜狀態(tài)下的4.5 倍。[9]

（1）肺部炎癥反應(yīng)的影響

當(dāng)空氣污染顆粒到達(dá)肺泡內(nèi)時(shí)，污染顆粒物會(huì)激活肺巨噬細(xì)胞的免疫、吞噬作用，主動(dòng)將侵入的粉塵顆粒、細(xì)菌病毒等空氣污染物顆粒吞噬并轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞質(zhì)中含有大量粉塵顆粒的塵細(xì)胞，之后一部分塵細(xì)胞通過(guò)肺泡內(nèi)纖毛的推送作用和黏液的流動(dòng)作用經(jīng)支氣管、氣管、咽、口鼻排出體外；另外，大量污染顆粒物被吸入后還會(huì)引起巨噬細(xì)胞的吞噬作用降低，再加上污染顆粒物自身具有的自由基活性，導(dǎo)致肺部細(xì)胞內(nèi)ROS 升高，[10]誘發(fā)肺泡黏膜發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥發(fā)生；大量污染顆粒吸附在肺泡壁上后會(huì)激活NF-kB 炎癥信號(hào)通路，導(dǎo)致肺部炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，分泌物增多，致使肺泡換氣功能受限，誘發(fā)哮喘、肺氣腫、慢性阻塞性肺疾??；氣血屏障的氣體彌散阻力下降等不利因素，當(dāng)污染物顆粒到達(dá)肺部后，部分沉積在肺泡壁上，顆粒直徑更細(xì)微的則透過(guò)氣血屏障直接進(jìn)入到血液循環(huán)系統(tǒng)對(duì)人體其他器官或系統(tǒng)造成損傷。[11]

（2）肺癌變

癌癥嚴(yán)重影響著人類健康，其中肺癌目前已成為我國(guó)城鄉(xiāng)居民發(fā)病率最高的癌癥，這與大氣污染越來(lái)越嚴(yán)重的工業(yè)社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)。流行病學(xué)的調(diào)查已經(jīng)證實(shí)，空氣污染顆?？稍黾臃伟┑陌l(fā)病率，污染物致突變性檢測(cè)證實(shí)，城市中的顆粒污染物可致細(xì)菌基因點(diǎn)突變，[12]這些大氣致癌物質(zhì)中主要包括：內(nèi)燃機(jī)燃燒排放物、工業(yè)污染氣體排放等，當(dāng)隨著空氣被吸入到肺內(nèi)后，首先與肺內(nèi)巨噬細(xì)胞、肺泡內(nèi)上皮細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致肺部炎癥反應(yīng)，細(xì)胞外基質(zhì)中的纖維蛋白活化的刺激后，特別是受到轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（可改變纖維細(xì)胞生長(zhǎng)特性）、TNF-α（腫瘤壞死因子）、表皮生長(zhǎng)因子等細(xì)胞增生和細(xì)胞分裂出現(xiàn)紊亂，造成肺部組織纖維化，[13]肺部易出現(xiàn)基因突變；另外在大氣污染顆粒物被吸入肺后，會(huì)誘導(dǎo)肺內(nèi)產(chǎn)生大量自由基，而自由基可直接作用于細(xì)胞，促使DNA 出現(xiàn)氧化損傷，引起基因突變，[14]如抑癌基因p53 發(fā)生病變，致癌基因與抑癌基因平衡被打破，此時(shí)變異導(dǎo)致肺部癌癥的發(fā)生。[15][16]

（3）誘發(fā)肺部的其它疾病

在供暖、氣候、排放等多層因素的影響下，霧霾天氣在北方城市，特別是在冬季多常見(jiàn)，其影響范圍巨大，危害程度在不斷加深，后期危害效果不斷顯現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間暴露在污染環(huán)境中哮喘的發(fā)病率、就診率及住院率與大氣污染程度和暴露時(shí)間密切相關(guān)，其中發(fā)病群體以兒童和老年人為主；[17]有氧運(yùn)動(dòng)的機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于大氣重度污染環(huán)境中，在沒(méi)有防護(hù)措施的情況下大量吸入含有污染顆粒物的空氣后在支氣管末端、肺泡里長(zhǎng)時(shí)間沉淀積存，超出機(jī)體自我清除的能力時(shí)，引起肺部出現(xiàn)纖維化灶，[18]出現(xiàn)慢性阻塞性肺疾病，嚴(yán)重危害人類健康。

3 結(jié)論與建議

有氧運(yùn)動(dòng)健身對(duì)改善心血管系統(tǒng)，調(diào)節(jié)人體成分，增加瘦體重，促進(jìn)睡眠，調(diào)節(jié)情緒，提高機(jī)體免疫，促進(jìn)機(jī)體新陳代謝，預(yù)防肌肉衰退，保持肌力等多方面均具有積極的促進(jìn)作用。運(yùn)動(dòng)環(huán)境特別是大氣污染對(duì)機(jī)體的影響巨大，當(dāng)機(jī)體在污染環(huán)境下進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)體大量吸入污染顆粒物引起氧化應(yīng)激和各類炎癥反應(yīng)，降低免疫能力，同時(shí)可激活炎性信號(hào)通路，直接或間接影響細(xì)胞核內(nèi)DNA 轉(zhuǎn)錄，誘發(fā)基因突變，導(dǎo)致癌癥發(fā)生，嚴(yán)重危害人類健康。因此機(jī)體在大氣污染環(huán)境下進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)不但機(jī)體得不到相應(yīng)的鍛煉，還會(huì)適得其反對(duì)機(jī)體造成損害，特別是會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)造成損傷，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。

針對(duì)當(dāng)前大氣污染的現(xiàn)狀，首先要加強(qiáng)人們對(duì)大氣污染危害的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)大氣污染數(shù)據(jù)的共享與推廣，避免在霧霾天進(jìn)行室外有氧運(yùn)動(dòng)；熟知各類大氣污染源，在機(jī)體進(jìn)行各類有氧運(yùn)動(dòng)時(shí)，盡量避免在大氣污染嚴(yán)重的區(qū)域如車流量大的路邊廣場(chǎng)及易揚(yáng)塵區(qū)域；再次掌握大氣污染在每天不同時(shí)段的污染程度，如在每天的早晨和晚上污染程度會(huì)高于其他時(shí)間段，機(jī)體在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)盡量避開(kāi)污染濃度高的時(shí)間段；最后，做好自我防護(hù)措施，如在環(huán)境條件相對(duì)較差時(shí)，在運(yùn)動(dòng)中盡量選配高級(jí)別的防塵口罩，在家進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)增配高級(jí)別空氣凈化監(jiān)測(cè)設(shè)備。