控制暴露人体实验：准确的研究方法，重现性好

控制暴露人体实验（controlled human exposure experiment）简称控制实验（controlled experiment）是研究室内空气质量的生物学效应和SBS的重要方法。其原理是以人体作为受试者，让受试者停留在大型环境测试舱中，或暴露在小型环境测试舱排出气中；环境因素，如气温、相对湿度、空气交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，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。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，其优点是重现性好，可以得到较为准确的剂量效应关系，并有利于致病机制的研究。主要缺点是舱条件与现实世界中实际建筑物的差异问题，以及人体实验要求的可逆性、低暴露水平及道德标准，同时受试者必须是志愿者，并有权随时脱离实验。可以认为这种方法是目前SBS健康效应研究的主流方法。

（一）实验设备条件

进行控制暴露人体实验的基本条件是具有大型环境测试舱。根据文献报道，用于SBS研究的环境测试舱的体积为8～106 m3。舱壁采用化学惰性的不锈钢或铝质材料做成，测试舱配备有气温、相对湿度、空气交换率、表面气流速度，及光照强度等控制系统及清洁空气制备系统。在进行SBS研究时，还需有污染物发生系统和浓度控制系统，以保证暴露水平的准确可靠。

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SBS的控制暴露人体实验，如美国、丹麦、德国、瑞典和中国等。

（二）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8～64人范围。为了了解正常健康人群可能的生物学效应，实验须选择健康受试者，在实验之前应当确定“健康受试者”的执行定义和选择基准。表19-7列举了一次有关研究的“健康受试者”的执行定义和选择基准。

表19-7　SBS控制暴露人体实验受试者选择基准

若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高危人群组和健康对照组。例如曾有实验选择有气喘病史者、有鼻腔习惯性堵塞者为高危人群受试者。

（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率。更严格的研究往往控制更多的环境条件。表19-8列举了在某次丹麦研究中这些环境参数的计划值和实际值。

表19-8　环境变量设计的计划值和实际值

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（四）污染物的暴露

进行控制暴露人体实验时须考虑暴露因素的种类、浓度水平和分组、暴露时间和间隔时间。

1.暴露因素的种类　在有关SBS研究中，采用得最多的暴露因素（主因素）是M22 VOC混合气体。为了在实验舱中进行VOC的人体健康效应的研究，Molhave教授等于1985年提出了著名的M22配方。M22配方是一种由22种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，其成分见表19-9。

表19-9　用于SBS研究的M22配方

①：质量相对数值。

M22配方主要特点如下：

（1）配方中的化合物都是在现场测试中发现过的常见的室内空气污染物；

（2）它们都是已知或被怀疑的黏膜刺激性化合物；

（3）配方中化合物比率来自丹麦，并得到其他学者现场研究的认同；

（4）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；

（5）M22配方化合物对室内VOC的代表性得到公认，并已被广泛用于各国的室内VOC健康效应的实验室研究。

其他有关SBS的研究还采用过：甲醛、正癸烷（n-Decane）及舱排出气体。表19-9列举了选择暴露因素的条件。

表19-9　选择用于人体实验的VOC暴露气体的伦理学可接受基准(www.xing528.com)

2.暴露因素的浓度水平和暴露时间　据文献报道，所采用的M22浓度分组为：0，5 mg/m3，25 mg/m3，或0，6 mg/m3，12 mg/m3，24 mg/m3。所采用的甲醛浓度分组为：0，0.01 mg/m3，0.1 mg/m3，0.3 mg/m3等。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。值得注意的是，在控制暴露人体实验中，每个受试者通常要做自身对照，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。因此两次暴露处理的间隔时间最好不要少于24 h。

（五）可能具有协同作用的因素

表19-10列举了在丹麦进行的5次控制暴露人体实验中的与VOC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的方法可以排除和校正这些因素的影响。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物比值低于1∶10～1∶20。

表19-10　在SBS研究中与VOC有协同作用的因素

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在控制暴露人体实验的实验设计中应注意的问题还有以下4个方面：用双盲法进行实验；用掩蔽法控制主观测试指标的偏倚；对每个受试者应有控制实验前的基线数据，采用自身对照；推荐采用拉丁方和平衡变量的设计方案，以提高实验效率。

（六）反映SBS的人体健康效应指标

用于SBS研究的人体健康效应指标常被有关学者分为：主观效应与客观效应两大类指标。本章所述的指标和测量方法主要来源于有关控制暴露人体实验的文献，但也不排除将这些指标用于流行病学研究。

1.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因素做出的感觉判断和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。

（1）感觉强度（sensory Intensity）。一套用于SBS研究的感觉强度问卷测量表常包括以下4方面的内容，感觉强度是SBS研究的传统人体健康效应指标。①眼鼻咽部和上呼吸道刺激感觉强度；②嗅感觉强度；③对环境变量的感觉强度；④神经行为能力。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”（linear visual analogue rating scales，LVARS），常见的直线眼力拟度评定尺有四种①五格表：每格分别注上“无、轻微、中度、强烈、极为强烈”，回答时选择其中之一。②60 mm长直线眼力拟度评定尺：感觉的强度在评定尺60 mm的线段上由左至右模拟表达为无—轻微—中度—强烈—极强烈。实验中受试者将自己的感觉强度用铅笔在线段上垂直相交、画线、标示一点，作为记录。计量时，度量左端点至标示点的距离，计量单位为毫米。③100 mm长直线眼力拟度评定尺：使用方法与60 mm长直线眼力拟度评定尺类似。评定尺长100 mm便于习惯用百分位思维的人理解。④计算机化直线眼力拟度评定尺：由计算机显示问题，评定尺全长385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。

（2）心理量表。或称为神经行为测试（neurobehavioral tests），常用的有：Wechsler数距心理量表，测量短时记忆力；Andersen氏几何图形心理量表，测量注意力。美国学者Otto等专门研究过低水平VOC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VOC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。

（3）嗅阈测量。嗅阈（odor threshold）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（n-Butanol）作为标准气体，用三角嗅味测量仪进行测量。丁醇需配制为6个不同的浓度。

（4）眼刺激阈（eye irritation threshold）测量。眼刺激阈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，用眼刺激阈测量仪进行测量。二氧化碳需配制为2%、4%、8%、16%、32%6个不同的浓度。眼睛在特制的暴露风镜中接触二氧化碳。

（5）皮肤刺激感觉测量。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；另一侧面颊用0.9%氯化钠溶液做对照。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和个体差异。

（6）鼻黏膜刺激感觉测量。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0、1、2、3四个等级计分。

2.客观效应指标及其测量　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做的反应进行的测量。

（1）眨眼频率（eye blinking frequency）。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。测量采用录像机拍摄3 min，测量结果用次/分钟（time/min）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，从而保证眨眼频率不受主观能力控制。

（2）眼红程度（eye redness）。用“眼红程度照相系统”测量。计量单位为“外眦部眼结膜单位面积可见血管数”。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。

（3）眼外眦小泡形成数（foam formation）。观察为眼外眦部结膜处小泡形成的数目。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。计量采用“小泡数”或等级计分，说明如下：0级，0个小泡；1级，1～6个小泡；2级，7～11个小泡；3级，＞11个小泡。

（4）泪膜稳定度（tear film stability）。其测量是将1%荧光素钠（sodium fluoresceim）溶液10 μL点滴于眼皮内，测量上次眨眼到这次泪膜消失的时间，计数三次，求平均值。计量单位为秒。

（5）眼结膜上皮受损斑（epithelium damage）。又称为Lissamine色斑。将1% Lissamine绿染色液10 μL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”或等级计分。分为四个等级：+：0～10；++：11～50；+++：51～100；++++：＞100。

（6）眼结膜细胞计数（conjunctival cytology）。采用定量小吸管在结膜袋处吸取泪液，并点滴到玻片上涂片，然后用10%甲醛液固定。干燥后用显微镜观察计数多核白细胞的个数。

（7）血中VOC含量。血中VOC含量是一种较少使用的指标。血中VOC用TVOC表示，离开控制实验暴露2.5 h后血中VOC含量就会降低到基线水平。

有关研究用到的生物学指标还包括以下4个方面：肺功能、气道阻力、通气参数；支气管灌洗液细胞学检查；COHb和呼出气CO；人体免疫指标。