空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對肺功能影響的Meta 分析

孫金月，史 鵬

1.上海體育學院體育教育訓練學院，上海 200438；2.遼寧師范大學體育學院；3.遼寧省運動人體科學重點實驗室

隨著人們對環境污染和自身健康關系的日益關注，空氣污染已經成為近年來研究的熱點問題。世界衛生組織（WHO）更是將空氣污染列為威脅人類健康的最大環境問題[1]。大量流行病學和毒理學研究顯示，空氣污染物暴露與人的健康效益存在關聯，經常暴露于二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）以及空氣可吸入顆粒物中能夠提高心血管疾病、呼吸系統疾病、某些癌癥、白血病、代謝性疾病患病率，產生過早死亡風險[2-6]。規律的身體活動能夠降低全因死亡率，改善身體成分及肺功能，降低心血管疾病發生等風險[7-10]。但公園、廣場、街道等作為體育鍛煉的場所，長期暴露于城市空氣污染物中，可能會降低在這些地點鍛煉人群的鍛煉效果，甚至對鍛煉人群健康造成一定損害。趙杰修等[11]認為運動鍛煉促進健康和空氣污染物暴露危害健康可能存在一個平衡點，因此，研究運動鍛煉與空氣污染物暴露對機體健康的聯合效應和相關機制尤為重要。目前，運動鍛煉與空氣污染物暴露對機體健康的聯合效應研究主要集中于空氣污染與運動鍛煉對肺功能的聯合效應探討。有研究者認為，呼吸系統對運動的適應性包括通氣率增加和運動后持續的支氣管擴張，這些呼吸適應使機體運動時吸入的空氣量以及沉積在呼吸道中的空氣污染顆粒物比例遠高于機體靜息狀態的呼吸反應[12-13]。Wijnen 等[14-15]研究表明，與久坐人群或在室內、農村進行運動鍛煉的人群相比，在城市環境中進行運動鍛煉的人群將面臨更高的空氣污染物暴露風險。McCreanor 等[16-18]研究認為在污染嚴重的城市環境下進行運動鍛煉，能夠造成二氧化硫（SO2）、O3等有毒氣體以及空氣中超細懸浮顆粒物吸入肺部的劑量大幅度增加，從而導致易感人群和健康成年人肺功能下降。Heyder 等[19-20]指出機體暴露于污染物時受運動鍛煉期間肺通氣量增加的影響，可發生污染物的嵌固沉積。但Matt 等[21]研究證明，運動鍛煉與空氣污染物暴露存在相互作用，運動鍛煉能夠減輕空氣懸浮顆粒物對呼吸道的負面影響，即使在高污染環境下進行運動鍛煉，上呼吸道功能也會存在短期的顯著性提高。Giles 等[22]認為運動促進健康的正面效益要大于空氣污染物暴露的負面效應。盡管已有研究從空氣污染物的毒性、空氣污染物暴露對健康和運動表現的負面影響、運動鍛煉補償空氣污染物暴露的負面作用等方面展開討論[11，23-27]，但大部分文獻沒有嚴格的數據統計分析過程，也沒有納入研究質量的統一標準，不利于定量分析干預措施的總效應量，研究結論與建議受作者主觀影響較大。Qin 等[28]通過Meta 分析研究戶外運動和空氣污染物暴露對肺功能的聯合效應，但由于檢索不充分，每項結局變量僅對2 項或3 項研究進行了定量合并，且研究并未評估文獻敏感性，研究結果準確性受到質疑。本研究通過系統回顧以往相關文獻，采用數據合并和定量分析的方法探討空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對肺功能的影響，并探討其相關生理學機制，以期為戶外運動鍛煉提供指導。

1 資料與方法

1.1 納入及排除標準

1.1.1 研究類型 隨機對照試驗（RCT）、隊列研究或單組前后對照試驗設計。

1.1.2 研究對象 無呼吸系統和心血管疾病的健康人群，進行運動鍛煉，無年齡和性別限制。

1.1.3 暴露因素 空氣污染物暴露，如有毒氣體一氧化碳（CO）、一氧化氮（NO）、NO2、氮氧化合物（NOX）、SO2、O3和顆粒物空氣質量指數（PM）。

1.1.4 結局指標 用力肺活量（FVC）、1 s 用力呼氣量（FEV1）、呼 氣 峰 流 速（PEF）、呼 出 氣 一 氧 化 氮（FeNO）。

1.1.5 排除標準 ①會議摘要、給編輯的信、綜述類文獻；②同一組數據重復發表、報告數據不完整的文獻；③問卷調查類、綜合干預實驗類、動物實驗類研究。1.2 檢索策略 2 名研究人員采用中英文檢索形式分別獨立進行數據庫檢索，檢索獲得結果一致。中文檢索：采用高級檢索形式，以“戶外運動”“運動鍛煉”“體育鍛煉”“健身”“身體活動”聯合“空氣污染”“空氣質量”“二氧化氮（NO2）”“二氧化硫（SO2）”“臭氧（O3）”“顆粒物”“PM10”“PM2.5”為主題詞，檢索中國知網（CNKI）。英 文 檢 索：以“outdoor sports”“exercise”“physical activity”“fitness”“physical training”“air pollution”“air quality”“nitrogen dioxide(NO2)”“sulfur dioxide(SO2)”“ozone(O3)”“carbon monoxide(CO)”“particulate matter(PM)”“PM10”“PM2.5”為 關 鍵 詞，檢索Web of Science、PubMed、EBSCO、The Cochrane Library。中英文檢索年限均為數據庫建立至2020 年3月17 日。

1.3 文獻篩選和資料提取 2 名研究人員分別獨立按照文獻的納入與排除標準進行文獻篩選和資料提取，對判斷結果存在爭議的文獻采取與第3 人共同討論的方式決定是否納入。提取的信息主要包括第一作者、發文年限、試驗設計、被試特征（樣本量、年齡、性別）、空氣污染物、運動內容、結局變量等。

1.4 質量評價 由2 名研究人員獨立對納入文獻進行方法學質量評價，存在嚴重分歧的條目與第3 人共同討論決定。由于本研究納入RCT、隊列研究和單組前后對照試驗設計3 種研究類型，所以選用能夠同時評價RCT 和非RCT 研究質量的評估工具(質量指數)[29]進行文獻質量評價。本研究從報告質量、外部真實性、偏倚、混雜因素4 個部分、共26 個條目對納入文獻進行評價，若文獻符合某一條目，該條目計1 分；若不符合或沒有報告計0 分，滿分26 分。

1.5 統計學方法 將錄入Excel 表格的數據以“.xls”格式導入Stata 12.0 軟件，利用Meta-analysis 模塊進行統計分析。通過異質性檢驗選擇合并效應模型進行主效應檢驗；通過Egger 線性回歸分析進行文獻發表偏倚檢驗；通過單因素Meta 回歸分析探討文獻異質性來源；通過“metainf”命令進行文獻敏感性分析。采用Q檢驗和I2統計量檢驗研究間異質性，若I2＜50%，P＞0.1，認為研究間異質性較小，選擇固定效應模型進行分析；若I2≥50%，P≤0.1，認為研究間異質較大，選擇隨機效應模型進行分析?？諝馕廴疚锉┞堵摵线\動鍛煉對結局變量干預效果的效應量大小及不同干預特征差異采用標準化均方差（SMD）和95%置信區間（CI）表示，以SMD＞0.2～0.6 為小效應，SMD＞0.6～1.2 為中等效應，SMD＞1.2 為大效應。異質性檢驗水平定為α=0.1，其余檢驗水平定為α=0.05。

2 結果

2.1 文獻篩選結果 初步檢索獲得1 844 篇相關文獻，將文獻導入EndNote X9 文獻管理軟件進行去重后得到1 310 篇文獻。2 名研究人員經過文獻類型判斷和閱讀文獻標題，剔除會議摘要、給編輯的信、綜述類文獻及動物實驗等；閱讀摘要和全文，剔除同一組數據重復發表文獻、綜合干預實驗類研究、報告數據不完整及問卷調查類文獻，最終納入19 篇文獻[30-48]。文獻篩選流程及結果見圖1。

圖1 文獻篩選流程及結果

2.2 納入文獻的基本特征及文獻質量評價 納入的19 篇 文 獻[30-48]中，2 篇[30-31]為 中 文 文 獻，17 篇[32-48]為 英 文文獻，文獻發表時間為1991 年—2019 年，包含RCT 5篇[30，37-38，42，48]，隊 列 研 究2 篇[34，45]，單 組 前 后 對 照 試 驗12篇[31-33，35-36，39-41，43-44，46-47]；共納入1 291 名參與者，年齡均＞18 歲；空氣污染物包括PM1、PM2.5、PM10 等空氣懸浮顆粒以及CO、NO2、SO2、O3等有毒氣體；運動干預措施包括高強度運動、間歇運動、累積鍛煉、運動訓練、有氧運動、低強度持續運動等多種形式。文獻質量評價結果顯示：文獻質量得分為13～21 分，平均分為17.21 分；納入研究都明確報告了研究目的、研究方法、被試特征、干預措施、研究結果，文獻報告質量相對較高；部分研究未對受試者的代表性進行評估，外部真實性有待提高；大部分研究采用盲法干預，結局指標測量精確，統計檢驗方法恰當，沒有研究涉及是否采用盲法測量干預結果和干預措施的依從性問題；大部分文獻均報告了被試者來源、隨機分配、失訪被試者等問題，沒有研究在不同群體之間進行干預，對于混雜因素的處理相對較好；沒有研究提供樣本量估計的統計能力。總體上，納入研究報告質量、混雜因素處理相對較好，但也存在外部失真的可能性。納入文獻的基本特征及文獻質量評價結果見表1。

（續表）

2.3 Meta 分析結果

2.3.1 空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FVC 的影響 13 篇文獻[30-32，34，36-37，39-40，42-46]研究了空氣污染物聯 合運動鍛煉對FVC的影響，文獻異質性檢驗結果顯示：I2=65.3%，P=0.001，研究間異質較大，因此采用隨機效應模型進行分析。主效應檢驗結果顯示：SMD=-0.09，95%CI(-0.31，0.12)，P=0.385，說明空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FVC 的影響與低污染/清新空氣聯合運動鍛煉相比不顯著。見圖2。

2.3.2 空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FEV1的影響 14 篇 文 獻[30-32，34，36-37，39-46]研 究 了 空 氣 污 染 物 暴 露 聯合運動鍛煉對FEV1的影響，文獻異質性檢驗結果顯示：I2=75.0%，P=0.000，研究間異質較大，因此采用隨機效應模型進行分析。主效應檢驗結果顯示：SMD=-0.09，95%CI(-0.34，0.15)，P=0.464，說 明空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FEV1的影響與低污染/清新空氣聯合運動鍛煉相比不顯著。見圖3。

圖2 空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FVC 影響的森林圖

圖3 空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FEV1影響的森林圖

2.3.3 空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對PEF 的影響 8 篇 文 獻[30-32，36，40，42，45-46]研 究 了 空 氣 污 染 物 暴 露 聯合運動鍛煉對PEF 的影響，文獻異質性檢驗結果顯示：I2=92.7%，P=0.000，研究間異質較大，因此采用隨機效應模型進行分析。主效應檢驗結果顯示：SMD=0.36，95%CI(-0.33，1.06)，P=0.308，說明空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對PEF 的影響與低污染/清新空氣聯合運動鍛煉相比不顯著。見圖4。

2.3.4 空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FeNO 的影響 9 篇 文 獻[32-33，35，38-40，42，47-48]研 究 了 空 氣 污 染 物 暴 露 聯合運動鍛煉對FeNO 的影響，文獻異質性檢驗結果顯示：I2=86.5%，P=0.000，研究間異質較大，因此采用隨機效應模型進行分析。主效應檢驗結果顯示：SMD=0.68，95%CI(0.09，1.28)，P=0.023，說明空氣污染物暴露能夠提升運動鍛煉人群的FeNO 水平，可能造成氣道炎癥，影響機體健康。見圖5。

圖4 空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對PEF 影響的森林圖

圖5 空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FeNO 影響的森林圖

2.4 文獻發表偏倚檢驗 Meta 分析結果的可靠性取決于納入文獻是否存在偏倚。本研究采用Egger 線性回歸進行文獻發表偏倚檢驗。Egger 線性回歸是一種定量檢驗是否存在發表偏倚的方法，用以彌補漏斗圖主觀無法判斷情況時的不足[49-50]。Egger 線性回歸模型以標準化的效應量為Y變量，以效應估計量的精確性為X變量構建線性回歸方程，回歸方程截距為偏移量，其越接近0，說明存在發表偏倚可能性越小，若P＞0.05 且95%CI 包含0，則說明不存在發表偏倚。本研究Egger 線性回歸分析結果顯示：FVC、FEV1、PEF 和FeNO 中P＞0.05 且95%CI 包含0，說明納入文獻不存在發表偏倚，Meta 分析結果穩定、可靠。Egger 線性回歸發表偏倚檢驗結果見表2。

表2 Egger 線性回歸發表偏倚檢驗

2.5 文獻異質性來源探討 文獻異質性檢驗顯示肺功能4 項結局指標研究間均存在異質性，因此，需要對可能引起異質性的研究特征進行單因素Meta 回歸分析，以探尋研究間異質性來源。本研究以標準化的效應量為Y變量，分別對發表年限、樣本量、被試者年齡、被試者性別、污染特征、運動方式、文獻質量等研究特征進行編碼，再設定為X變量進行單因素Meta 回歸分析。單因素Meta 回歸分析結果顯示：除污染特征(回歸系數為-0.779，P=0.022)外，其他研究特征均不是研究間異質性來源。見表3。

表3 單因素Meta 回歸分析

2.6 文獻敏感性分析 文獻敏感性分析是元分析中用來評估合并結果穩健性和可靠性的重要方法，可以評估合并結果是否受到某項研究影響而發生顯著性變化。本研究借助于“metainf”命令依次對每項結局變量所納入的研究進行敏感性分析，結果顯示：FVC 納入文 獻 的 總SMD=-0.09，95%CI(-0.31，0.12)，P=0.385，剔 除 某 一 項 研 究 的SMD 為-0.15～-0.04，95%CI 下限為-0.41～-0.21，上限為0.05～0.18，文獻敏感性較低；FEV1納入文獻的總SMD=-0.09，95%CI(-0.34，0.15)，P=0.464，剔 除 某 一 項 研 究 的SMD 為-0.14～-0.02，95%CI 下限為-0.46～-0.21，上限為0.10～0.22，文獻敏感性較低；PEF 納入文獻的總SMD=0.36，95%CI(-0.33，1.06)，P=0.308，剔除 某 一 項 研 究 的SMD 為-0.21～0.56，95%CI 下 限為-0.63～-0.20，上限為0.22～1.48，文獻存在敏感性問題，剔除存在較大偏倚性的研究，即Girardot 等[45]的研究之后，主效應檢驗結果SMD=0.52，95%CI(-0.45，1.48)，P=0.297，研究不存在顯著性差異；FeNO 納入文 獻 的 總SMD=0.68，95%CI(0.09，1.28)，P=0.023，剔除某一項研究的SMD 為0.31～0.80，95%CI 下限為-0.01～0.16，上限為0.59～1.47，剔除存在較大偏倚性的研究，即Chen 等[33]的研究之后，合并效應（固定效 應I2=37.1%，P=0.133）結 果 顯 示SMD=0.32，95%CI（0.11，0.53），P=0.003，研究具有顯著性差異，效應量為小效應。雖然PEF 和FeNO 存在文獻敏感性問題，但剔除敏感性研究之后的合并效應結果與未剔除的合并效應結果相似。

3 討論

本研究系統回顧并綜合了空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對人體肺功能影響的科學證據，共納入19 篇文獻進行Meta 分析，發現空氣污染物暴露聯合運動鍛煉能夠提升運動鍛煉人群的FeNO 水平，但研究尚不能證實空氣污染物暴露會對FVC、FEV1和PEF 產生消極影響。已有研究顯示，戶外運動能夠使機體對空氣污染的敏感性升高，尤其在高強度運動過程中，呼吸由以鼻呼吸為主轉變為以口呼吸為主，肺通氣量增加，空氣污染物繞過鼻過濾系統，可能增加空氣污染物進入機體的劑量[22，51]。同時，運動鍛煉可以增加沉積在呼吸道中未被呼出的超細顆粒物比例，可能增加空氣污染物暴露的不利影響[37，52-53]。但也有研究者認為空氣污染物濃度升高不會對體力活動人群產生負面影響[43]，如Weichenthal 等[54]通過實證研究發現，高污染和低污染環境下運動鍛煉對肺功能的影響差異不明顯；Laeremans 等[55]認為運動鍛煉能夠抵消空氣污染物暴露對機體肺功能的不利影響；Cole 等[56]研究也未發現肺功能在空氣污染和運動鍛煉的交互作用下發生明顯變化；Matt 等[21]研究甚至發現在較高濃度空氣污染物暴露下運動鍛煉能夠顯著提升FVC 和FEV1。不同研究對空氣污染暴露和運動鍛煉對肺功能交互作用的研究結果不同，這可能與被試者年齡和疾病情況不同有關[2]，空氣污染物暴露會進一步降低各種疾?。ㄐ募」Ｋ?、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病）、衰老和藥物（β 受體阻滯劑）使用人群的肺功能，但對無呼吸系統和心血管系統疾病的健康人群而言，其影響可能較小。除此之外，本研究異質性檢驗結果也顯示，污染物類型和劑量是研究間差異性的重要來源。運動時內源性兒茶酚胺激活β2受體，可引起支氣管擴張[57]。而空氣污染物暴露可能導致氧化應激、支氣管反應性增強、氣道阻力增加和氣道炎癥細胞增多，從而影響肺功能[58-59]。已有研究顯示，即使是健康人群也有可能因空氣污染物暴露而發生肺部炎癥，長期暴露會導致炎癥細胞流入氣道，顯著增加氣道炎癥標志物，FeNO 上升[44，60]，與本研究結果相似。

4 小結

本研究基于Meta 分析就空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對健康人群肺功能的影響進行討論，共納入19篇文獻，經過文獻偏倚檢驗和敏感性分析后，主效應結果顯示：空氣污染物暴露聯合運動鍛煉對FVC、FEV1和PEF 的影響不顯著，但其能夠顯著地提高運動鍛煉人群的FeNO 水平，效應量為小效應，可能造成氣道炎癥，影響人體健康。單因素Meta 回歸分析認為空氣污染物的類型和劑量是異質性的來源，后續研究可以進一步討論空氣污染物種類和劑量聯合運動鍛煉對人體肺功能的影響。