通过降低住宅区PM2.5浓度来研究炎症标志物和睡眠质量对中风患者的影响：一项病例交叉干预研究

《Science of The Total Environment》：Effects of inflammatory markers and sleep quality in stroke patients by reducing residential PM 2.5 levels: A case-crossover intervention study

住宅防护窗及空气净化器可降低南部台湾中风患者室内PM2.5浓度（≤15μg/m3时间占比提升至63.1%），改善炎症标志物（Hs-CRP、NT-ProBNP、IL-6）及睡眠质量（PSQI评分显著提高）。采用交叉设计，通过监测PM2.5、CO2浓度及生物标志物评估健康效益，结论支持低能耗空气质量管理方案。

　　

李文华|林陈达|吴佩芝|梁圣福|林成宇|王玉春|龙诗春|程泰俊

台湾中央研究院环境变化研究中心，台北

摘要

目的

评估在台湾南部典型住宅建筑中，安装防护窗纱和空气净化器对中风患者健康的影响。

方法

从台湾南部的医院招募了慢性缺血性中风患者。采用交叉研究设计，干预措施包括单独使用防护窗纱以及同时使用防护窗纱和空气净化器。收集了环境监测指标（室内和室外PM_2.5及室内CO₂浓度）、受试者的炎症标志物（NT-ProBNP、Hs-CRP、TnI和IL-6）以及睡眠质量数据。

结果

共有11例患者完成研究（男：女 = 9:2）。使用防护窗纱时，室内PM_2.5 ≤ 15 μg/m³的时间比例高于仅使用普通窗纱（44.5% vs 37.5%），而同时使用防护窗纱和空气净化器时这一比例进一步提高至63.1%。在高污染季节，当室外PM_2.5浓度超过30 μg/m³时，防护窗纱显著改善了室内PM_2.5的净化效果（无论是朝北、东北、西北还是南方向的窗户）。PWS和PWS + AP组中，Hs-CRP、NT-ProBNP和IL-6水平的降低与室内PM_2.5和CO₂浓度降低有关。通过PSQI测量的睡眠质量在PWS组中也显著更好。

结论

本病例交叉研究表明，在住宅中安装防护窗纱可降低室内PM_2.5浓度，改善空气质量，并对中风患者的炎症标志物和睡眠质量产生积极影响。建议进一步研究其在实际住宅环境中的实施效果和有效性。

引言

多项研究显示，颗粒物（PM）暴露与脑血管疾病、心血管疾病和睡眠障碍之间存在显著相关性（Arias-Pérez等人，2020年；Shen等人，2018年），这些疾病导致了严重的医疗负担、预期寿命缩短以及对家庭和社会的深远影响。

PM_2.5引起的系统性炎症是导致心血管疾病的病理途径之一。许多报告指出，长期和短期暴露于PM_2.5都会升高NT-ProBNP、CRP、TnI和IL-6等生理标志物水平，这些标志物反映了心肌损伤或炎症（Zhang等人，2021年；Xu等人，2019年）。实时环境监测数据进一步表明，短期暴露于细颗粒物可能会在数小时内加剧现有的中风状况并触发急性心血管事件（Zheng等人，2023年；Kulick等人，2023年）。

近年来，中风是台湾成年人死亡的三大主要原因之一，也是导致残疾的主要原因（Cheng等人，2017年）。我们之前在台湾南部的研究表明，短期每小时暴露于PM_2.5会增加急性心血管事件的风险，尤其是中风等脑血管事件（Wu等人，2020年）。

多项研究还表明，较高的PM_2.5浓度与睡眠质量下降有关，表现为床上清醒时间延长、睡眠效率降低以及睡眠障碍风险增加（Liu等人，2020年）。PM_2.5的暴露可能通过影响中枢神经系统和呼吸控制中心来影响睡眠质量。它还可能引发血液中的炎症细胞因子，导致上呼吸道炎症或鼻咽黏膜肿胀，从而影响睡眠。此外，PM_2.5暴露可能会加重慢性疾病，进一步恶化睡眠质量（Cao等人，2021年）。

PM_2.5的室外来源包括工业活动、交通运输和燃烧的直接排放，以及大气中颗粒物的间接形成（如硫酸盐颗粒）（Liang等人，2016年）。研究表明，室内和室外PM_2.5浓度之间存在显著相关性，室外细颗粒物可通过渗透、自然通风和机械通风进入建筑物。对于高风险群体（如儿童、老年人、免疫功能低下者以及有基础疾病的人）来说，健康风险尤为严重，因为他们有超过80%的时间是在室内度过的（Liu等人，2019年；Bai等人，2020年）。

先前的研究已经实施了与通风相关的干预措施来减少室内PM_2.5污染。这些研究发现，提高建筑物窗户的密封性可以有效防止室外颗粒物进入并改善室内空气质量（Chen等人，2016年）。使用HEPA空气净化器是降低室内PM_2.5浓度的有效方法（Zhan等人，2018年）；然而，其效果受到开窗频率、使用时间和运行模式的影响（Bennett等人，2022年）。通过伤残调整生命年（DALY）来衡量空气净化器在降低室内PM_2.5浓度方面的健康效益表明，其益处远远超过了它们消耗电力所产生的CO₂排放所带来的间接健康影响（Vijay和Wang，2022年）。

防护窗纱提供了一种无需额外能源的策略，通过促进自然通风来改善室内空气质量。我们之前的实验室研究表明，不同类型的防护窗纱在阻挡室外污染物进入室内的效果有所不同，且其阻挡效率受风速的影响（Kaljimuran等人，2023年）。另一项住宅研究表明，在冬季和春季PM_2.5浓度较高的时期，住宅窗户的方向和风速会影响防护窗纱降低室内PM_2.5的效果[未发表数据]。

在向低碳社会过渡的过程中，使用高效过滤设备在机械通风系统中减少室内PM_2.5往往需要大量的能源消耗和维护成本。这凸显了需要寻找零能耗、低成本的替代方案来维持室内空气质量。本研究调查了在台湾南部典型住宅建筑中，作为家庭干预措施实施的防护窗纱在减少PM_2.5暴露及其与脆弱人群健康指标关联方面的有效性。

研究设计

本研究采用了基于家庭的病例交叉试验设计，每位参与者在其惯常的居住环境中作为自己的对照组，从而通过最小化个体间差异和潜在的混杂因素来确保内部有效性（Jaakkola，2003年）。研究旨在通过台湾台南市的 Chi Mei 医疗中心招募60名20–64岁的缺血性中风患者（ICD-10：I60–I69）。招募的患者都有慢性疾病处方。

参与者特征

本研究在2023年2月至2024年5月期间的冬季和春季（10月至5月）进行了11例缺血性中风患者的家庭干预案例交叉试验。参与者的居住地点在图3中以绿色点显示，位于台南市城区内的Chi Mei 医疗中心（用红色十字标记）周围。

如表1所示，参与者的平均年龄为54岁，男女比例为9:2。

讨论

台南市是台湾的六大主要城市之一，位于北回归线以南。该地区具有热带和亚热带气候，年平均气温为24.3°C，相对湿度为77.2%。从9月开始，该市受到东北季风的影响，带来了来自中国附近的污染物以及台湾中部热电厂和工业区的排放物，导致冬季和春季PM_2.5浓度升高。

结论

这项病例交叉研究评估了单独使用防护窗纱或与空气净化器结合使用对台湾南部中风患者室内PM_2.5浓度的影响。干预措施有效降低了室内PM_2.5水平：使用普通窗纱时，室内PM_2.5 ≤ 15 μg/m³的时间比例从37.5%提高到使用防护窗纱时的44.5%，与空气净化器结合使用时则提高到63.1%。在室外污染严重时（PM_2.5 ≥ 30 μg/m³），防护窗纱

作者贡献声明

李文华：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、数据可视化、数据分析、正式分析。林陈达：撰写 – 原稿、软件应用、方法论、数据管理。吴佩芝：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、项目管理、方法论、概念设计。梁圣福：项目管理、方法论、资金筹集。林成宇：项目管理、方法论、资金筹集。王玉春：项目协调

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢所有慷慨同意参与本研究的人士。本研究得到了台湾中央研究院 [资助编号 -- AS-SS-111-03] 的支持。