环境温度是重要的环境物理性因素,对人类生存与健康至关重要。呼吸系统与外环境接触最频繁、接触面积最大,被认为是响应环境温度最敏感的系统之一。肺功能是反映呼吸系统健康状态的重要无创性指标。在当前全球变暖背景下,深入研究环境温度对肺功能的影响及其可能途径十分必要。影响肺功能的因素繁杂多样。既往流行病学研究指出多种个体因素（年龄、性别等）和生活方式（吸烟、饮酒等）可影响肺功能;一些环境化学性物质如空气颗粒物等被吸入呼吸道后也可引起肺功能改变。这些因素可增强或减弱环境温度对肺功能的实际作用,给准确评估环境温度对肺功能的影响带来一定困难。控制暴露实验是一种通过控制其他潜在混杂因素,直接探索目的暴露与机体反应之间生物学关联的实验流行病学方法,被广泛应用于环境有害因素与健康损伤的研究中。然而,目前针对温度与肺功能的控制暴露实验研究相对较少。既往研究提示环境温度可引起机体炎症、氧化损伤以及下丘脑–垂体–肾上腺轴（hypothalamic-pituitary-adrenal axis,HPA）和下丘脑–垂体–甲状腺轴（hypothalamic-pituitary-thyroid axis,HPT）激素改变,同时这三类指标也已被证实参与了诸多呼吸系统疾病的发生发展过程,但三者是否参与环境温度暴露致肺功能的改变过程仍需进一步探索。为探索环境温度对肺功能的影响,以及炎症、氧化损伤、HPA和HPT激素在其中的潜在作用,本研究从以下三方面开展。首先,本研究以东风–同济队列中所有在东风总医院完成问卷调查、体检和肺功能检查的人群为研究对象,通过收集研究对象的基本信息以及研究期间的环境温度数据,结合研究对象的肺功能测定值,分析环境温度与肺功能水平的关联。其次,本研究招募健康志愿者进行控制暴露实验;所有志愿者分别在中（18℃）、低（6℃）和高（30℃）环境温度中暴露12小时,并保持饮食等其他条件一致,通过测定其在不同温度暴露下的肺功能水平,以进一步探讨温度与肺功能水平的直接关联。在此基础上,本研究测定志愿者生物样本（血样或尿样）中的炎症指标、氧化损伤标志物以及HPA和HPT激素水平,探究三者在温度对肺功能影响中的潜在作用。所有研究均获华中科技大学同济医学院伦理委员会批准,研究对象均签署了知情同意书。第一部分环境温度与肺功能水平的关联研究目的:探讨环境温度与肺功能水平的关联及个体因素和生活方式在该关联中的修饰作用,以及这些因素和环境温度的联合作用与肺功能水平的关联。方法:本研究以东风–同济队列的第一次（2013年）和第二次（2018年）随访在东风总医院参与问卷调查及体检,并完成了肺功能测定的13 818名和11 693名人群为研究对象,其中,6 383人完成了两次肺功能测定。研究对象的人口学信息、生活方式等资料通过结构化问卷收集,肺功能水平根据美国胸科协会指南方法进行测定。肺功能指标包括用力肺活量（forced vital capacity,FVC）和一秒用力呼气容积（forced expiratory volume in one second,FEV1）、一秒率（FEV1/FVC）、呼气峰流速（peak expiratory flow,PEF）和最大呼气中期流速（maximum mid-expiratory flow,MMF）。研究期间的环境温度数据由国家气象信息中心提供。多日累积滞后环境温度（lag01lag07）与肺功能的非线性和线性关联分别采用广义加性混合模型和线性混合模型进行分析。此外,采用分层分析探究不同个体因素,包括性别（男/女）、年龄（＜65岁/≥65岁）、体质指数（body mass index,BMI）（＜24.0 kg/m2/≥24.0 kg/m2）和体表面积（body surface area,BSA）（＜1.65 m2/≥1.65 m2）,以及生活方式,包括吸烟（是/否）、饮酒（是/否）和体育锻炼（是/否）,亚组中环境温度与肺功能的关联,并进一步探究这些因素的效应修饰作用及其和环境温度的联合作用与肺功能的关联。结果:共19 128名研究对象的25 511人次观测值纳入分析,其中男性10 604（41.35%）人次。所有研究对象的平均年龄为65.13岁,肺功能指标FVC为2 525.21m L,FEV1为2 076.02 m L,FEV1/FVC为82.84%,PEF为4 771.98 m L/s,MMF为2309.25 m L/s。研究期间环境温度范围为-0.4~32.7℃,平均为21.5℃。校正协变量后,环境温度（lag01lag07）与FVC、FEV1和PEF呈倒“J”形关联。在低温（＜18℃）中,环境温度与FVC、FEV1和PEF呈正向关联,且5日累积滞后效应最强（lag05）;在高温（≥18℃）中,环境温度与FVC、FEV1呈负向关联,且7日累积滞后效应最强（lag07）（所有P＜0.05）。环境温度每升高1℃,在低温（lag05）中,FVC升高10.37m L[95%置信区间（confidence intervals,CI）:2.83~17.91 m L],FEV1升高10.83 m L（4.52~17.13 m L）,PEF升高57.54 m L/s（32.66~82.41 m L/s）;在高温（lag07）中,FVC降低9.03 m L（-11.98-6.08 m L）;FEV1降低2.88 m L（-5.30-0.46 m L）（所有P＜0.05）。环境温度（lag01lag07）与FEV1/FVC和MMF呈正向关联。环境温度每升高1℃,FEV1/FVC和MMF在lag01lag07均显著升高,升幅最大分别为lag02[0.21%（0.18%~0.25%）]和lag04[11.66 m L/s（8.59~14.73 m L/s）]（所有P＜0.05）。性别、年龄、BMI、BSA、吸烟、饮酒和体育锻炼在环境温度与肺功能的关联中可观察到显著的效应修饰作用（所有P修饰＜0.05）。其中,低温与肺功能的关联在男性、年龄＜65岁、BMI＜24.0 kg/m2、BSA≥1.65 m2、吸烟和饮酒人群中更明显;高温与肺功能的关联在女性、BMI＜24.0 kg/m2、BSA＜1.65 m2、吸烟、饮酒和不锻炼人群中更明显（P＜0.05）。联合作用结果显示,女性、年龄≥65岁、BSA＜1.65 m2和吸烟可和高温联合降低肺功能（P＜0.05）。结论:环境温度对不同肺功能指标影响不同。环境温度与FVC、FEV1和PEF呈倒“J”形关联,与FEV1/FVC和MMF呈单向正向关联。年龄、性别、BMI、BSA、吸烟状态、饮酒状态和体育锻炼情况等个体因素和生活方式在环境温度与肺功能的关联中存在修饰和/或联合作用。第二部分温度与肺功能水平的控制暴露实验目的:通过控制暴露实验探讨温度与肺功能的直接关联。方法:本部分研究共招募47名健康非肥胖志愿者,依次进行三次温度[中温（18℃）、低温（6℃）和高温（30℃）]暴露,每次暴露时长为12小时。每2小时对所有研究对象进行一次肺功能测定。研究对象的基本信息、体格检查和肺功能的收集或测定方法同第一部分。为降低个体异质性和日内生理节律的影响,本部分研究以中温暴露下各时间点肺功能测量值为基准值,低温和高温暴露下同一时点肺功能测量值分别除以对应基准值,表示为基准值的百分比。采用线性混合模型评估低温或高温暴露肺功能指标（FVC、FEV1、FEV1/FVC、PEF和MMF）相对中温的改变。采用分层分析探究不同性别温度与肺功能关联的影响及性别的效应修饰作用。结果:共有43名志愿者（平均年龄为23.91岁）完成整个控制温度暴露实验,其中男性20名。与中温暴露相比,低温暴露12小时,FVC、FEV1和MMF均值分别降低2.20%（95%CI:-3.34%-1.07%）、2.59%（-3.92%-1.26%）和4.36%（-7.41%-1.32%）,PEF均值升高5.68%（1.15%~10.20%）;高温暴露12小时,FVC均值降低1.59%（-2.87%-0.32%）,FEV1/FVC和PEF均值分别升高1.56%（0.35%~2.77%）和7.29%（2.34%~12.24%）（所有P＜0.05）。进一步分析发现,低温暴露下,FVC在暴露2~8小时显著下降;FEV1在暴露2、6、8小时显著下降;PEF在暴露2~8和第12小时显著上升;MMF在暴露第8和10小时显著下降（所有P＜0.05）。高温暴露下,FEV1/FVC在暴露第6小时显著上升;PEF在暴露2~8和第12小时显著上升（所有P＜0.05）。观察到性别在温度对肺功能的影响中显著的效应修饰作用（P修饰＜0.05）。其中,低温对女性PEF以及男性MMF的影响更为明显,而高温对女性FVC、FEV1/FVC、PEF和MMF的影响更为明显（所有P＜0.05）。结论:除PEF外,本部分温度对肺功能的影响趋势同第一部分。低温暴露可降低FVC、FEV1和MMF,升高PEF;高温暴露可降低FVC,升高FEV1/FVC和PEF。性别可修饰低温对PEF和MMF以及高温对FVC、FEV1/FVC、PEF和MMF的影响。第三部分炎症、氧化损伤和激素在温度对肺功能影响中的潜在作用研究目的:探讨温度暴露与炎症指标、氧化损伤标志物以及HPA和HPT激素的直接关联,分析后者在温度对肺功能影响中的潜在作用。方法:本部分研究对象同第二部分,三次温度暴露实验后采集研究对象的血液和尿液样本,其中1人未提供被排除。使用全自动血液/生化分析仪测定血液中的C-反应蛋白（C-reactive protein,CRP）、降钙素原（procalcitonin,PCT）以及血小板/淋巴细胞比值（platelet-lymphocyte ratio,PLR）和中性粒细胞/淋巴细胞比值（neutrophil-lymphocyte ratio,NLR）作为炎症指标;通过比色法测定血浆中的蛋白质羰基化（protein carbonylation,PCO）作为蛋白质氧化标志物;通过固相萃取–高效液相色谱–质谱联用法测定尿液中的8-异前列腺素-F2α（8-iso-prostaglandin-F2α,8-iso PGF2α）和8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxy-2-deoxyguanosine,8-OHd G）作为脂质和DNA氧化标志物;使用全自动生化分析仪测定血清中的HPA激素,包括促肾上腺皮质激素（adrenocorticotropic hormone,ACTH）和皮质醇（cortisol,CORT）,以及HPT激素,包括促甲状腺激素（thyroid stimulating hormone,TSH）、三碘甲状腺原氨酸（triiodothyronine,T3）、四碘甲状腺原氨酸（tetraiodothyronine,T4）、游离三碘甲状腺原氨酸（free triiodothyronine,FT3）和游离四碘甲状腺原氨酸（free tetraiodothyronine,FT4）。为降低个体异质性的影响,本部分研究以中温（18℃）暴露下炎症指标、氧化损伤标志物和HPA及HPT激素的水平为基准值,低温（6℃）和高温（30℃）暴露下各指标除以对应基准值,表示为基准值的百分比。采用线性混合模型评估低温和高温暴露上述指标相对中温的改变,以及上述指标与肺功能指标（FVC、FEV1、FEV1/FVC、PEF和MMF）12小时均值的关联。结果:本部分研究共纳入42名健康志愿者,其中男性19名。与中温暴露相比,低温暴露时多个炎症、氧化损伤指标和T4升高。其中,PCT、PLR和NLR的水平分别升高46.73%（95%CI:8.26%~85.19%）、9.85%（1.05%~18.64%）和19.98%（4.37%~35.60%）;8-iso PGF2α和8-OHd G分别升高93.79%（14.06%~173.53%）和38.21%（14.45%~61.96%）;T4升高5.11%（1.93%~8.28%）（所有P＜0.05）。与中温暴露相比,高温暴露时CORT、T4、FT3和FT4分别下降15.16%（-29.24%-1.08%）、12.50%（-15.77%-9.24%）、4.78%（-7.07%-2.49%）和3.34%（-6.34%-0.34%）,ACTH升高278.16%（207.42%~348.90%）（所有P＜0.05）。进一步关联分析显示,8-OHd G与肺功能水平呈负向关联。8-OHd G每升高10%,FVC降低0.007%（-0.013%-0.002%）,FEV1降低0.016%（-0.022%-0.010%）,FEV1/FVC降低0.009%（-0.014%-0.005%）（所有P＜0.05）。不同激素指标与肺功能的关联方向不同。ACTH每升高10%,PEF升高0.101%（0.003%~0.198%）;T4每升高10%,MMF下降1.390%（-2.695%-0.085%）;FT3每升高10%,FVC升高1.066%（0.194%~1.939%）,FEV1/FVC降低0.970%（-1.729%-0.210%）（所有P＜0.05）。结论:短期低温暴露可引起机体炎症、脂质和DNA氧化损伤,并促进T4释放;短期高温暴露促进ACTH释放,抑制CORT、T4、FT3和FT4释放;DNA氧化损伤和部分激素可能参与温度对肺功能的影响。