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1、第第14章章 控制暴露人体试验控制暴露人体试验1 引引 言言控制暴露人体实验（控制暴露人体实验（controlled human exposure experiment）简称控制简称控制实验（实验（controlled experiment）是研究室内空气质量的生物学效应和）是研究室内空气质量的生物学效应和 SBS 的的重要方法。重要方法。其原理是以人体作为受试者，让受试者停留在大型环境气候舱中，或暴露在其原理是以人体作为受试者，让受试者停留在大型环境气候舱中，或暴露在小型环境气候舱排出气中；环境因素，如气温、相对湿度、空气交换率及光照小型环境气候舱排出气中；环境因素，如气温、相对湿度、空气交
2、换率及光照等均控制于一定的标准水平；同时受试者暴露于不同浓度水平的危险因素之中，等均控制于一定的标准水平；同时受试者暴露于不同浓度水平的危险因素之中，测量受试者主观和客观的人体效应指标，从而获取标准环境条件下暴露因素和测量受试者主观和客观的人体效应指标，从而获取标准环境条件下暴露因素和人体效应之间统计学联系的证据和数据。人体效应之间统计学联系的证据和数据。目前广泛认为控制暴露人体实验是一种比环境流行病学方法更为准确的目前广泛认为控制暴露人体实验是一种比环境流行病学方法更为准确的 SBS 的研究方法，但暴露水平需为低水平；人体效应必须是可逆的，非致癌的，同的研究方法，但暴露水平需为低水平；人体效
3、应必须是可逆的，非致癌的，同时受试者必须是志愿者，并有权随时脱离实验。时受试者必须是志愿者，并有权随时脱离实验。2一、基本实验条件一、基本实验条件u根据文献报道，用于根据文献报道，用于 SBS 研究的环境气候舱的体积为研究的环境气候舱的体积为 8106m3。舱壁采。舱壁采用化学惰性的不锈钢或铝质材料做成。用化学惰性的不锈钢或铝质材料做成。u虽然这些设备价格昂贵，但由于研究方法的先进性，目前已有不少国家进虽然这些设备价格昂贵，但由于研究方法的先进性，目前已有不少国家进行了有关室内空气质量和行了有关室内空气质量和 SBS 的控制暴露人体实验，如美国、丹麦、德国、的控制暴露人体实验，如美国、丹麦、德
4、国、瑞典和中国等。瑞典和中国等。u气候舱配备有气温、相对湿度、空气交换率、表面气流速度、光照强度等控气候舱配备有气温、相对湿度、空气交换率、表面气流速度、光照强度等控制系统及清洁空气制备系统。制系统及清洁空气制备系统。u在进行在进行SBS研究时，还需有污染物发生系统和浓度控制系统，以保证暴露水研究时，还需有污染物发生系统和浓度控制系统，以保证暴露水平的准确可靠。平的准确可靠。进行控制暴露人体实验的基本条件是具有大型环境气候舱。进行控制暴露人体实验的基本条件是具有大型环境气候舱。3二二、受试者的选择、受试者的选择由于实验条件的严格控制，研究方法的效力有了很大的提高，受试者的数目由于实验条件的严格
5、控制，研究方法的效力有了很大的提高，受试者的数目并不像流行病学研究那么多，文献报道的受试者数目变动在并不像流行病学研究那么多，文献报道的受试者数目变动在 864 人人范围。范围。为了了解正常健康人群可能的生物学效应，实验需选择健康受试者，在实验为了了解正常健康人群可能的生物学效应，实验需选择健康受试者，在实验前应当制定前应当制定“健康受试者健康受试者”的执行定义和选择基准。表的执行定义和选择基准。表13-1列举了一次有关列举了一次有关研究的研究的“健康受试者健康受试者”执行定义和选择基准。执行定义和选择基准。对于研究目的是了解某些高危人群的生物学效应时，受试者应该同时选择对于研究目的是了解某些
6、高危人群的生物学效应时，受试者应该同时选择高危人群组和健康对照组。例如曾有实脸选择有气喘病史者、有鼻腔习惯高危人群组和健康对照组。例如曾有实脸选择有气喘病史者、有鼻腔习惯性堵塞者为高危人群受试者。性堵塞者为高危人群受试者。4三、环境变量的设定三、环境变量的设定经常控制的环境变量有：舱气温、舱相对湿度、舱内风速和舱气体交换经常控制的环境变量有：舱气温、舱相对湿度、舱内风速和舱气体交换率。更严格的研究往往控制更多的环境条件。表率。更严格的研究往往控制更多的环境条件。表13-2 列举了这些环境参列举了这些环境参数。数。5四、四、污染物污染物的的暴露暴露进行课题设计时需考虑进行课题设计时需考虑暴露因素
7、的种类暴露因素的种类、浓度水平和分组浓度水平和分组、暴露时间暴露时间和和间隔间隔时间时间。在在有关有关 SBS 的的研究中，采用研究中，采用得得最多的暴露因素（主因素）是最多的暴露因素（主因素）是 M22VOC 混合气体。混合气体。为了能在实验舱中进行为了能在实验舱中进行 VOC的人体的人体健康效应的研究，健康效应的研究，lars.Molhave 教授等于教授等于1985年提出了著名的年提出了著名的 M22配方配方。M22配方是一种由配方是一种由 22 种种室内空气中常见的挥发室内空气中常见的挥发性有机化合物按一定的配比配制成的混合气体，见表性有机化合物按一定的配比配制成的混合气体，见表 13
8、-3。1 暴露因素的种类暴露因素的种类6M22配方主要特点是配方主要特点是 配方中的化合物都是在非工业性现场测试中发现过的常见的室内空气污染配方中的化合物都是在非工业性现场测试中发现过的常见的室内空气污染物；物；在所使用的浓度范围，配方中所有化合物都不具有致癌性或其他不可逆病在所使用的浓度范围，配方中所有化合物都不具有致癌性或其他不可逆病理影响的可能性（理影响的可能性（1993 年美国学者年美国学者 H.Ken 提议用提议用1，1-Dicholoroethane 来代替来代替 M22 配方中的配方中的 1，2-choloroethane，以消除任何可能的致突变作，以消除任何可能的致突变作用）；
9、用）；M22配方化合物对室内挥发性有机化合物的代表性得到公认，并已被广泛用于配方化合物对室内挥发性有机化合物的代表性得到公认，并已被广泛用于各国的室内挥发性有机化合物健康效应的实验室研究。各国的室内挥发性有机化合物健康效应的实验室研究。它们都是已知或受怀疑的黏膜刺激性化合物；它们都是已知或受怀疑的黏膜刺激性化合物；配方中各化合物配比比率取自丹麦前研究的平均浓度，并得到以后配方中各化合物配比比率取自丹麦前研究的平均浓度，并得到以后其他学者现场研究的认同；其他学者现场研究的认同；7有关有关SBS的研究还采用过：的研究还采用过：甲醛甲醛、正癸烷（正癸烷（ndecan）以及以及舱排出气体舱排出气体。表
10、。表 13-4 列举选择暴露因素的条件。列举选择暴露因素的条件。82 暴露因素的浓度水平和暴露时间暴露因素的浓度水平和暴露时间实验的暴露时间一般为实验的暴露时间一般为 2 4h，以测定暴露因素的急性生物学效应。值得，以测定暴露因素的急性生物学效应。值得注意的是，在控制暴露人体实验中，每个受试者通常要作自身对照，接受两注意的是，在控制暴露人体实验中，每个受试者通常要作自身对照，接受两次或两次以上的暴露处理。而两次暴露处理之间的时间间隔不能太短，否则次或两次以上的暴露处理。而两次暴露处理之间的时间间隔不能太短，否则前次暴露处理所致的生物学效应在第二次暴露时还没有恢复。因此两次暴露前次暴露处理所致的
11、生物学效应在第二次暴露时还没有恢复。因此两次暴露处理的间隔时间最好不要低于处理的间隔时间最好不要低于 1d。9表表 13-5 列举了在丹麦进行的列举了在丹麦进行的 5 次控制暴露人体实验中，与次控制暴露人体实验中，与 VOC有协同作有协同作用的因素。在研究中考虑并记录这些因素，并应用自身对照和多因统计分析用的因素。在研究中考虑并记录这些因素，并应用自身对照和多因统计分析的方法可以排除和校正这些因素的影响。的方法可以排除和校正这些因素的影响。五、协同因素五、协同因素此外，采用清洁空气进行暴露处理也是控制偏倚的一项重要措施。大多数此外，采用清洁空气进行暴露处理也是控制偏倚的一项重要措施。大多数实验
12、设计要求清洁空气（或称为实验设计要求清洁空气（或称为0浓度）与最低浓度暴露气体中的污染浓度）与最低浓度暴露气体中的污染物比值低于物比值低于 1:101:20。10六、人体健康效应指标六、人体健康效应指标用于室内空气质量和用于室内空气质量和 SBS 研究的人体健康效应指标常被有关学者分为两大类：研究的人体健康效应指标常被有关学者分为两大类：主观效应指标主观效应指标；客观效应指标客观效应指标。1 主观效应指标及其测量主观效应指标及其测量主观效应指标是指反映人体感觉器官对暴露因素或环境健康作出的感觉判断和主观效应指标是指反映人体感觉器官对暴露因素或环境健康作出的感觉判断和反应强度的有关指标。测量结果
13、通常通过受试者在问卷测量表上的回答来记录反应强度的有关指标。测量结果通常通过受试者在问卷测量表上的回答来记录和反映。和反映。（1）感觉强度（）感觉强度（sensory intensity）一套用于一套用于 SBS 研究的感觉强度问卷测量表常包括四方面的内容：研究的感觉强度问卷测量表常包括四方面的内容：u 眼、鼻、咽部和上呼吸道刺激感觉强度眼、鼻、咽部和上呼吸道刺激感觉强度u 嗅感觉强度嗅感觉强度u 对环境变量的感觉强度对环境变量的感觉强度u神经行为能力神经行为能力11测量时借助问卷测量表上的问题向受试者提问，受试者在规定的时刻用笔记录当测量时借助问卷测量表上的问题向受试者提问，受试者在规定的时
14、刻用笔记录当时的感觉及其强度。最常使用的问卷测量表称为时的感觉及其强度。最常使用的问卷测量表称为“直线眼力拟度评定尺直线眼力拟度评定尺”（linear visual analogue rating scales,LVARS），常见的直线眼力拟度评定），常见的直线眼力拟度评定尺有四种：尺有四种：每格分别注上每格分别注上“无、轻微、中度、强烈、极为强烈无、轻微、中度、强烈、极为强烈”，回答时选择其中之一。，回答时选择其中之一。1、五格表、五格表2、60mm 长直线眼力拟度评定尺长直线眼力拟度评定尺感觉的强度在评定尺感觉的强度在评定尺 60mm 的线段上由左至右模拟表达为：无的线段上由左至右模拟表达
15、为：无轻微轻微中度中度强烈强烈极强烈。实验中评分员将自己的感觉强度用铅笔在线段垂直相交、划线、标示一点，作极强烈。实验中评分员将自己的感觉强度用铅笔在线段垂直相交、划线、标示一点，作为记录。计量时，度量左端点至标示点的距离计量单位为为记录。计量时，度量左端点至标示点的距离计量单位为 mm。3、100mm 长直线眼力拟度评定尺长直线眼力拟度评定尺使用方法与使用方法与 60mm 长直线眼力拟度评定尺类似。评定尺长长直线眼力拟度评定尺类似。评定尺长 100mm 便于习惯用百分位便于习惯用百分位思维的人理解。思维的人理解。4、计算机化直线眼力拟度评定尺、计算机化直线眼力拟度评定尺问题由计算机在显示屏上
16、提出，评定尺全长问题由计算机在显示屏上提出，评定尺全长 385 个扫描单位，受试者用光标点在直线个扫描单位，受试者用光标点在直线上模拟表达自己的感觉强度。上模拟表达自己的感觉强度。感觉强度是感觉强度是 SBS 研究的传统人体健康效应指标研究的传统人体健康效应指标12（3）嗅阈测量）嗅阈测量（odor threshold）嗅阈测量是在进行控制实验前后所进行的一项测量工作。目的在于了解受试嗅阈测量是在进行控制实验前后所进行的一项测量工作。目的在于了解受试者的嗅味感觉的敏感力。以丁醇（者的嗅味感觉的敏感力。以丁醇（nButanol）作为标准气体，用三角嗅）作为标准气体，用三角嗅味测量仪进行测量。味测
17、量仪进行测量。丁醇需配制为丁醇需配制为 6 个不同的浓度。个不同的浓度。（2）心理量表）心理量表或称为神经行为测试（或称为神经行为测试（neurobehavioral tests）。常用的有：）。常用的有：Wechsler 氏数据氏数据心理量表，用于测量短时记忆力；心理量表，用于测量短时记忆力；Andersen 氏几何图形心理量表，用于测量注意氏几何图形心理量表，用于测量注意力。美国学者力。美国学者 David A.Otto 等专门研究过低水平等专门研究过低水平 VOC 的神经行为测量。他们对的神经行为测量。他们对比了三套计算机化神经行为心理量表系统，认为心理量表对低水平比了三套计算机化神经行
18、为心理量表系统，认为心理量表对低水平 VOC 暴露不敏暴露不敏感。进行神经行为测量的目的是反映室内空气质量的神经毒性效应。感。进行神经行为测量的目的是反映室内空气质量的神经毒性效应。（4）眼刺激阈测量）眼刺激阈测量（eye irritation threshold)眼刺激测量也是在进行控制实验前后所进行的一项测量工作。目的在于了解受试眼刺激测量也是在进行控制实验前后所进行的一项测量工作。目的在于了解受试者的眼刺激感觉的敏感力。以二氧化碳作为标准气体，用眼刺激阈测里量仪进行者的眼刺激感觉的敏感力。以二氧化碳作为标准气体，用眼刺激阈测里量仪进行测量。二氧化碳需配制为测量。二氧化碳需配制为 2%,4
19、%,8%，16%，32%6 个不同的浓度。个不同的浓度。13（5）皮肤刺激测量）皮肤刺激测量在受试者面颊部的皮肤上进行测量，一侧面颊用在受试者面颊部的皮肤上进行测量，一侧面颊用 6.5%的乳酸溶液；的乳酸溶液；另一侧面颊用另一侧面颊用0.9 氯化钠溶液作对照。感觉刺激的强度分为氯化钠溶液作对照。感觉刺激的强度分为0，1,2,3 四个等级。目的在于了解受试者的皮肤刺激感觉的敏感力。四个等级。目的在于了解受试者的皮肤刺激感觉的敏感力。（6）鼻黏膜刺激测量）鼻黏膜刺激测量和皮肤刺激测量相似，但乳酸溶液的浓度仅为和皮肤刺激测量相似，但乳酸溶液的浓度仅为0.45%，实验结果亦用，实验结果亦用 0,1,2
20、,3 四个等级计分。四个等级计分。142 客观效应指标及其测量客观效应指标及其测量这是一个较为敏感的客观指标，测量值与低浓度这是一个较为敏感的客观指标，测量值与低浓度 VOC 存在剂量效应关系。测存在剂量效应关系。测量采用录像机拍摄量采用录像机拍摄 3min，测量结果用次分钟测量结果用次分钟（time/min）表示。实验时，表示。实验时，受试者需同时进行一项标准的掩蔽实验。用以分散受试者注意力，从而保证眨眼受试者需同时进行一项标准的掩蔽实验。用以分散受试者注意力，从而保证眨眼频率不受主观能力控制。频率不受主观能力控制。（2）眼红程度（）眼红程度（eye redness）客观效应指标是指通过采用
21、仪器或设备，对人体某些部位和机能对室内空气客观效应指标是指通过采用仪器或设备，对人体某些部位和机能对室内空气质量所作的反映进行的测量。质量所作的反映进行的测量。（1）眨眼颇率（）眨眼颇率（eye blinking frequency）该指标由该指标由“眼红程度照相系统眼红程度照相系统”测量。计量单位为测量。计量单位为“眼结膜单位面积可见血管眼结膜单位面积可见血管数数”。因为这项指标的个体差异较大，通常只用在有自身对照的实验中。因为这项指标的个体差异较大，通常只用在有自身对照的实验中。150 级：级：0 个小泡；个小泡；1 级：级：16 个小泡个小泡2 级：级：7 11 个小泡个小泡3 级：级：
22、11 个小泡个小泡（3）小泡形成数（）小泡形成数（foam formation）外毗部眼结膜处观寮小泡形成的数目。计量采用“小泡数”或等级计分。小泡形成数可以因泪膜存在油脂性物质而减少，也可以因眼刺激、眨眼频率增加而增加。（4）破裂时（）破裂时（break up time，BUT）又称为泪膜稳定度（Tear film stability）。将1荧光素钠（sodium fluoresceim）溶液 10微升点滴于眼皮内。测量上次眨眼到这次泪膜破裂的时间，计数三次，求平均值。计量单位为s。16（5）Lissamine 色斑（色斑（LIS）又称为又称为“上皮受损斑上皮受损斑”（Epithelium
23、damage）。将）。将1%Lissamine绿染色液绿染色液10微升点滴于下眼皮内，经过一次眨眼，计数四个结膜区绿色斑点的个数。计量用微升点滴于下眼皮内，经过一次眨眼，计数四个结膜区绿色斑点的个数。计量用”绿斑数绿斑数”或等级计分。分为四个等级：或等级计分。分为四个等级：0 10；11 50;51 100；100。是一种综合考虑是一种综合考虑 BUT 和和 LIS 的计分方法，综合计分共分为的计分方法，综合计分共分为 6 个等级。其中个等级。其中 1 级级的卫生水平最差；的卫生水平最差；6 级的卫生水平最好。级的卫生水平最好。（6）综合计分（）综合计分（combined score）17（7
24、）眼结膜细胞学检查（）眼结膜细胞学检查（conjunctival cytology）用定量小吸管在结膜袋处吸取泪液，然后用用定量小吸管在结膜袋处吸取泪液，然后用10%甲醛液冲洗到玻片上并固定。干甲醛液冲洗到玻片上并固定。干燥后用显微镜观察计数多核白细胞的个数。燥后用显微镜观察计数多核白细胞的个数。（8）鼻腔几何图形（）鼻腔几何图形（nasal cavity geometry）用用”声学鼻腔几何图形测量仪声学鼻腔几何图形测量仪”测测量：量：（9）血中）血中VOC含量（含量（blood VOC Ievel）血中血中 VOC 含量是一种很少使用的指标，血中含量是一种很少使用的指标，血中 VOC用用T
25、VOC表示，离开控制实验表示，离开控制实验暴露暴露2.5h 后血中后血中 VOC 含量就会降低到基线水平。含量就会降低到基线水平。n鼻腔鼻腔 714cm深段体积（深段体积（V714cm）n鼻腔最小截面积（鼻腔最小截面积（Amin）这两项指标随鼻腔黏膜的肿胀而减小这两项指标随鼻腔黏膜的肿胀而减小。（10）其他指标）其他指标肺功能、气道阻力、通气参数肺功能、气道阻力、通气参数支气管灌洗液细胞学检查支气管灌洗液细胞学检查呼出气呼出气 CO2人体免疫指标人体免疫指标18七、实验设计中应注意的其他问题七、实验设计中应注意的其他问题在控制暴露人体实验的实验设计中应注意的问题还有：在控制暴露人体实验的实验设计中应注意的问题还有：u用双盲法进行实验；用双盲法进行实验；u用掩蔽法控制主现测试指标的偏倚；用掩蔽法控制主现测试指标的偏倚；u对每个受试者应有控制实验前的基线数据，采用自身对照；对每个受试者应有控制实验前的基线数据，采用自身对照；u推荐采用拉丁方和平衡变量的设计方案，以提离实验效率。推荐采用拉丁方和平衡变量的设计方案，以提离实验效率。19