消防工作人員健康危害評估研究

消防工作人員健康危害評估研究
IOSH100-M311 消防工作人員健康危害評估研究 Health Hazard Evaluation for Firefighters 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所
IOSH100-M311 消防工作人員健康危害評估研究 Health Hazard Evaluation for Firefighters 研究主持人：賴錦皇、徐雅媛計畫主辦單位：行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所研究期間：中華民國 100 年 3 月 15 日至 100 年 12 月 31 日行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所中華民國 101 年 3 月
摘要消防工作必須進行輪班作業、工作時間長，且救火時常常要進入不同的火場環境，進行民眾生命與財產之救援工作，故其生命備受威脅，其中，由於火場環境的不同，消防人員會暴露於高熱、高噪音及高濃度且不同種類的有害物質，工作壓力大亦為其工作之特色。目前台灣約有一萬三千多名消防員，針對消防作業對其健康(包括呼吸道疾病、心血管疾病、致癌風險及生殖危害)造成之影響以及工作壓力與睡眠品質之文獻相當有限，有必要進行相關之研究探討。本研究之目的為使用1-羥基焦腦油(1-OHP) 為生物標記以了解消防人員暴露多環芳香烴化合物之內在劑量；評估消防作業人員肺功能及睡眠品質與工作壓力；探討消防作業人員氧化傷害之健康危害及健康危害預防對策。本研究採橫斷性研究設計，研究的目標群體為來自北部某縣市之消防人員計203 位；對照組為消防局局本部之行政作業人員計103名。以問卷收集消防人員(暴露組)以及對照人員之基本資料、疾病史、工作史及自覺呼吸道症狀、中樞神經症狀、睡眠品質、工作壓力等資料，並於體檢時進行肺功能測試及尿液、血液、唾液之採集工作。尿液檢體將進行多環芳香烴化合物暴露指標(1-OHP)、DNA氧化傷害指標：8-羥基-2- 去氧鳥嘌呤核甘(8-OHdG)、可丁尼(cotinine)之分析；血液則進行超氧化物岐化酶 (SOD)、穀胱甘肽過氧化物酶(GPX-1) 及骨髓過氧化物酶分析組(MPO)之分析；唾液則進行皮質醇(cortisol)之分析。研究結果發現，在校正干擾因子後，消防作業人員前一天曾出勤救火者之尿液中 1-OHP顯著高於未救火者(p<0.05)。而有吸菸習慣(p=0.07)亦與1-OHP呈顯著正相關；在校正干擾因子後，尿液中8-OHdG亦與1-OHP呈顯著正相關(p<0.05)；但是SOD、 GPX-1、MPO之濃度皆與尿液中8-OHdG無統計學上顯著相關。在肺功能方面，在校正其他干擾因子後，肺功能與工作年資顯著相關 (p<0.05)。消防作業人員睡眠品質比對照組差，尤其在主觀之睡眠品質、睡眠總時數、影響日間功能障礙有相關，其工作特 i
質以主動型(高主控高負荷)、高壓力型(低主控高負荷)為多；在探討影響睡眠品質之因素發現有輪班之消防員其睡眠品質不良之情形較差，與對照組(非輪班者)比較，勤二休一及勤一休一睡眠品質不良情形分別為4.7(95%信賴區間：3.02-21.48)及8.05倍(95% 信賴區間：0.7-1.0)。根據研究結果，本研究建議消防人員減少生活習慣來源之可能毒性物質暴露，如吸菸或二手菸之暴露。在救火期間必須全程配戴呼吸防護具；減少影響睡眠品質之吸菸習慣之影響。消防作業人員代謝症候群盛行率有14%，個人應保持建議之體重，注意均衡飲食、進行規律且有效的運動習慣、鼓勵個人進行戒菸。相關單位應提供健康的工作環境，減少二手菸暴露，要求所屬進入火場時之消防作業均需配戴適當之防護具，並辦理健康促進相關活動。此外，部分消防局對於40歲以下的消防人員沒有編列年度健康檢查經費，建議消防局未來能補充編列，或建議消防署協助補充編列，以做好職業病預防健檢，確保消防人員的健康。另外有消防隊分隊長反應其胸部X光檢查結果呈現異常，其原因為在進行救火過程常接到上級長官詢問電話，移開呼吸防護具接電話時，常吸入火場濃煙，造成其胸部X光檢查結果呈現異常，因此建議消防人員的呼吸防護具與通訊設備宜再加強。關鍵詞：消防員、生物偵測、肺功能、流行病學研究、氧化性傷害、睡眠品質、工作壓力、呼吸防護具 ii
Abstract Fire fighters not only face severe physical and psychological demands, work with long hour shift, but also risks of job-related health consequences. They are potentially exposed to a large number of toxic substances as well as heat and noise during fire suppression. The inhalation of toxic gases and particles results in irritation of the respiratory tract, and increases in respiratory symptoms and decreases in lung function. In addition, exposure to ultrafine particles during fire suppression is suggested a potential contributing factor for CHD in firefighters. Furthermore, exposure to carcinogens may increase the risk of cancer. It is nearly impossible in a real fire situation to ascretain what specific combustion products or what amounts of such products are generated during the fire and which agents might be responsible for hazards. Therefore, monitoring internal dose for a specific agent and the health effects can be alternative methods for control of occupational hazards. The specific aims of this proposed study were following 1) to evaluate the exposure to a mixture of pollutants among firefighters in northern Taiwan by measuring the pyrene metabolite urinary 1-hydroxypyrene 2) to assess the relation between exposure to Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and indicators of oxidative DNA damage (urinary 8-OHdG) among fire fighters 3) to assess the relation between exposure to Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and indicators of antioxidant biomarkers -superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase-1 (GPX-1), and myeloperoxidase (MPO) among fire fighters. 4) to determine association between lung function and exposure to fire work. 5) to explore the correlation between sleep quality status and its associated factors (including job strain, fatigue, personal characteristic factors as well as environmental factors). We carried out a cross-sectional study. We chose 203 fire fighters from the Mumicipal Fire Department as exposed group. The reference group was consisted of 103 office workers. We collected the baseline data of both exposed and control groups, including personal iii
information, disease history, working history, respiratory and centrol nervous symptoms, sleeping quality, working stress by means of different questionnaires. We also collect the urine, blood, and saliva samples at the physical examinations for determining the levels of related biomarkers. Urine samples were analyzed for 1-hydroxypyrene(1-OHP),8-hydroxydeoxyquanosine (8-OHdG),and cotinine. Blood samples were analyzed for superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase-1 (GPX-1), and myeloperoxidase(MPO). Saliva samples were analyzed for cortisol. The multivariate analysis indicated particulated fire fighting in the previous 24 hours (β=0.137, 95%CI: 0.008 – 0.266), p<0.05), current smoking habit (β=0.171, 95%CI: 0.050 – 0.292, p<0.01) and barbecau food consumption (β=0.090, 95%CI: -0.007 – 0.186, p=0.07) were associated with urinary 1-OHP levels. In linear regression adjusting for confounding, a change in log(8-OHdG) was statistically significantly related to a unit change in log(1-OHPG) (β=0.100, 95%CI: 0.017 – 0.183, p<0.05). There was no association between antioxidant (SOD, GPX-1, and MPO) and urinary 8-OHdG. In the respect of lung function measures (FEV1.0% predictive value, FEV1.0 predictive value), no statistical difference iwas found between exposed and reference groups after adjusting for confounding factors. FVC was associated with working years (β= -0.026, 95% CI -0.049 - -0.004, p<0.05). While FEV1.0/FVC was associated with smoking habit (β= -4.06, 95% CI -7.72 - -0.40, p<0.05). Regarding to the working shift, for those fire fighters with one day working and one day off shift and two days working and one day off shift had risk 4.7 (95% CI 3.02 to 21.48) and 8.1 (95% CI 0.7 to 1.0) times of associated with poor sleep guality. There were significant sleep quality differences between exposed and reference group. The multivariate analysis indicated that age (OR 1.04, 95% CI 1.011 to 1.079), exposed group (OR 3.86, 95% CI 1.72 to 8.69), high strain (vs. low strain) (OR 1.90, 95% CI 0.94 to 3.82) may be the influencing factors of poor sleep quality. iv
Some Fire Bureaus did not have the budget of health examination for firefighters under 40 years old. We suggest that these Fire Bureaus or National Fire Agency, Ministry of the Interior should attempt to get the budget of health examination for firefighters under 40 years old to prevent occupational diseases and maintain the health for firefighters. One Division Director in the Fire Bureau mentioned that his X-ray health check-up was abnormal. The cause was that he took off his respiratory protector when he reached the higher ranking officers’ phone calls, and then breathed the fire smoke in the firefighting process. Therefore, we suggest the fire Department should enforce the respiratory protectors and communication facilities. Keywords: firfighters, biomonitoring, lung function, epidemiological study, oxidative damage, sleeping quality, working stress, respiratory protectors v
目錄摘要........................................................................................................................................... i Abstract ................................................................................................................................... iii 圖目錄..................................................................................................................................... ix 第一章計畫概述.................................................................................................................... 1 第一節前言 .........................................................................................................................1 第二節研究目的 .................................................................................................................4 第三節工作項目 .................................................................................................................5 第二章文獻探討.................................................................................................................... 7 第一節火場暴露 .................................................................................................................7 第二節消防員的急性健康危害 .........................................................................................8 第三節消防員的慢性健康危害 .........................................................................................9 第四節多環芳香烴及其代謝物作為生物標記之探討 ...................................................20 第五節氧化性傷害之生物指標探討 ...............................................................................22 第六節氧化及抗氧化之生物標記探討 ...........................................................................27 第七節睡眠品質之探討 ...................................................................................................30 第八節疲勞之定義與及相關文獻 ...................................................................................30 第九節工作壓力之概念 ...................................................................................................34 第十節腎上腺類固醇賀爾蒙恆定的健康危害指標 .......................................................37 第三章研究方法及步驟...................................................................................................... 39 第一節研究設計及研究對象 ...........................................................................................39 第二節生物檢體測定方法 ...............................................................................................39 第三節 FRAMINGHAM CORONARY HEART DISEASE RISK SCORE (FCRS)量表分數計算 .....43 第四節問卷測量方法 .......................................................................................................44 第五節實驗室品質管制 ...................................................................................................46 vi
第六節統計分析 ...............................................................................................................47 第四章研究結果.................................................................................................................. 49 第一節研究對象描述性分析 ...........................................................................................49 第二節消防作業人員之睡眠品質與工作壓力評估 .......................................................68 第三節、消防作業人員肺功能之評估.............................................................................78 第四節消防作業人員多環芳香烴化合物 PYRENE 之代謝物濃度分析.........................86 第五節消防作業人員基因氧化傷害探討 .......................................................................99 第六節消防作業人員心血管疾病之評估 .....................................................................129 第七節血液常規、血液生化指標與聽力之評估 .........................................................155 第五章討論........................................................................................................................ 163 第一節消防工作人員之睡眠品質與工作壓力探討.......................................................167 第二節消防作業人員肺功能之探討 .............................................................................167 第三節多環芳香烴內在劑量之探討 .............................................................................169 第四節 8-OHDG 與基因氧化壓力傷害之探討..............................................................170 第五節消防作業人員心血管疾病之早期健康危害之探討 .........................................171 第六章結論與建議............................................................................................................ 181 第一節結論 .....................................................................................................................181 第二節建議 .....................................................................................................................182 誌謝...................................................................................................................................... 185 參考文獻.............................................................................................................................. 186 附錄 1 Cortisol 檢量線.........................................................................................................207 附錄 2 8-OHdG 檢量線........................................................................................................208 附錄 3 Cotinine 檢量線........................................................................................................209 附錄 4 SOD 檢量線..............................................................................................................210 附錄 5 GPX1 檢量線............................................................................................................. 211 vii
附錄 6 MPO 檢量線.............................................................................................................212 附錄 7 男性 FCRS 算分方法..............................................................................................213 附錄 8 女性 FCRS 算分方法..............................................................................................214 附錄 9 問卷.......................................................................................................................215 viii
圖目錄圖 1 火場三階段粒徑分布..................................................................................................... 7 圖 2 造成心血管疾病之假設機制....................................................................................... 14 圖 3 急性心血管的罹病率、死亡率與粒狀、氣狀汙染物機制....................................... 15 圖 4 氧化壓力機制............................................................................................................... 23 圖 5 粒徑沉積分布............................................................................................................... 24 ix
表目錄表 1 暴露及對照兩組間基本人口學變項之描述與檢定....................................................50 表 2 救災、救護及對照三組間基本人口學變項之描述與檢定........................................52 表 3 自覺呼吸道症狀-咳嗽之描述與檢定 ..........................................................................55 表 4 自覺呼吸道症狀-咳痰描述與檢定 ..............................................................................56 表 5 自覺呼吸道症狀-喘鳴描述與檢定 ..............................................................................57 表 6 疾病史描述與檢定........................................................................................................58 表 7 家族史描述與檢定........................................................................................................60 表 8 消防人員之生育史描述................................................................................................62 表 9 消防員火場暴露情形....................................................................................................64 表 10 出勤火警勤務時防護具使用情形..............................................................................65 表 11 出勤後呼吸道症狀發生之頻率..................................................................................67 表 12 工作狀況之描述..........................................................................................................68 表 13 輪班情形之睡眠品質之描述與檢定..........................................................................71 表 14 輪班情形之生物標記、工作感受、工作特質與工作滿意度之分析......................72 表 15 生活習慣變項分布與睡眠品質之關係......................................................................74 表 16 工作變項與睡眠品質之關係......................................................................................75 表 17 睡眠品質與工作壓力因子之相關分析......................................................................76 表 18 影響睡眠品質之邏輯式迴歸分析..............................................................................77 表 19 人口學變項分布與肺功能之關係(全部受試者).......................................................79 表 20 人口學變項分布與肺功能之關係(救災及救護消防員)...........................................80 x
表 21 肺功能之描述與檢定...................................................................................................81 表 22 救災消防人員空氣呼吸器配戴情形與肺功能之關係與檢定..................................83 表 23 救災消防人員職位及工作年數與肺功能之關係與檢定..........................................84 表 24 影響救災及救護消防人員 FVC(l)之線性複迴歸分析 .............................................85 表 25 影響救災及救護消防人員 FEV1.0(l)之線性複迴歸分析..........................................82 表 26 影響救災及救護消防人員 FEV1.0/FVC(%)之線性複迴歸分析...............................86 表 27 消防人員尿液中 1-OHP(ng/ml)與基本資料之描述與檢定 .....................................86 表 28 消防人員尿液中 1-OHP(ng/ml)與生活習慣之描述與檢定 .....................................88 表 29 有救火之消防人員尿中 1-OHP(ng/ml)之描述與檢定 .............................................90 表 30 消防人員尿液中 1-OHP(μg/g creatinine)與基本資料之描述與檢定.......................93 表 31 消防人員尿液中 1-OHP(μg/g creatinine)與生活習慣之描述與檢定.......................94 表 32 影響尿液中 log(1-OHP)(ng/ml)之單變項分析(N=287)............................................95 表 33 影響尿液中 log(1-OHP)(ng/ml)之多變項分析(N=287)............................................97 表 34 影響尿液中 log(1-OHP)(ng/ml)之多變項分析(N=197)............................................98 表 35 消防人員尿液中 8-OHdG(ng/ml)與基本資料之描述與檢定.................................101 表 36 消防人員尿液中 8-OHdG(ng/ml)與生活習慣之描述與檢定.................................102 表 37 消防人員尿液中 8-OHdG(μg/g-creatinine)與基本資料之描述與檢定..................103 表 38 消防人員尿液中 8-OHdG(μg/g-creatinine)與生活習慣之描述與檢定..................105 表 39 影響尿液中 log(8-OHdG)(ng/ml)之單變項分析(N=287) .......................................106 表 40 影響尿液中 log(8-OHdG)(ng/ml)之多變項分析(N=287) .......................................107 表 41 影響尿液中 log(8-OHdG)(ng/ml)之多變項分析(N=197) .......................................108 xi
表 42 影響尿液中 log(8-OHdG)(ng/ml)之多變項分析(N=287) .......................................108 表 43 影響尿液中 log(8-OHdG)(ng/ml)之多變項分析(N=287) ....................................... 110 表 44 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO 年齡層之分布情形 .............. 111 表 45 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO 性別分布情形 ...................... 113 表 46 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO BMI 分布情形...................... 114 表 47 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO 不同吸菸習慣下分布情形 . 117 表 48 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO 不同飲酒習慣下分布情形 . 119 表 49 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO 服用維他命習慣下分布情形 ................................................................................................................................120 表 50 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO 不同運動習慣下分布情形 .121 表 51 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO 不同喝茶習慣下分布情形 .122 表 52 暴露組及對照組 1-OHP 與 SOD、GPX-1 和 MPO 喝咖啡習慣下分布情形 .....123 表 53 單變項線性迴歸分析影響血漿中 SOD、GPX-1 與 MPO 濃度之變項................124 表 54 單變項線性迴歸分析經血紅素校正後影響 SOD 與 GPX-1 濃度之變項 ............125 表 55 多變項線性迴歸分析影響血漿中 SOD、GPX-1 與 MPO 濃度之變項................126 表 56 多變項線性迴歸分析經血紅素校正後影響 SOD 與 GPX-1 濃度之變項 ............127 表 57 尿液中 8-OHdG 與血漿中 SOD、GPX-1 及 MPO 生物標記之相關矩陣............128 表 58 暴露及對照組年齡、膽固醇、血壓、Hs-CRP、Fibrinogen 及 FCRS 之描述檢定 .. 131 表 59 組別與吸菸、BMI、膽固醇、血糖、血壓及發炎指標之人數分布情形 ............132 表 60 暴露組男性吸菸、BMI、腰臀比、膽固醇、血糖、血壓及發炎指標之人數分布情形...............................................................................................................................133 xii
表 61 FCRS 與尿中 1-OHP、氧化及抗氧化酵素與發炎指標之相關矩陣 .....................134 表 62 FCRS 與性別、組別及心血管疾病危險因子之相關矩陣......................................135 表 63 FCRS 與尿液中 1-OHP 及血液中氧化、抗氧化及發炎指標之單變項分析 ........137 表 64 FCRS 與尿液中 1-OHP 及血液中氧化、抗氧化及發炎指標之多變項分析 ........138 表 65 輪班情形與年齡、BMI、膽固醇、血糖、血壓、Hs-CRP、Fibrinogen 及 FCRS 分數之描述檢定............................................................................................................139 表 66 輪班情形與吸菸、膽固醇、血糖、血壓及發炎指標之人數分布情形................141 表 67 輪班及非輪班男性研究對象吸菸、膽固醇、血糖、血壓及發炎指標之人數分布情形................................................................................................................................143 表 68 FCRS 與尿液中 1-OHP 及血液中氧化、抗氧化酵素、發炎指標及輪班情形之單變項分析........................................................................................................................145 表 69 FCRS 與尿液中 1-OHP 及血液中氧化、抗氧化酵素、發炎指標及輪班情形之多變項分析........................................................................................................................146 表 70 工作壓力與年齡、BMI、膽固醇、血糖、血壓、Hs-CRP、Fibrinogen 及 FCRS 分數之描述檢定............................................................................................................148 表 71 工作壓力與吸菸、膽固醇、血糖、血壓及發炎指標之人數分布情形................149 表 72 男性研究對象工作壓力吸菸、膽固醇、血糖、血壓及發炎指標之人數分布情形 ....................................................................................................................................151 表 73 FCRS 及血液中氧化、抗氧化酵素、發炎指標、輪班情形及工作壓力之單變項分析................................................................................................................................153 表 74 FCRS 及血液中氧化、抗氧化酵素、發炎指標、輪班情形及工作壓力之多變項分析................................................................................................................................154 xiii
表 75 暴露組與對照組之血液常規分佈情形....................................................................156 表 76 暴露組與對照組之心血管疾病指標分佈情形........................................................157 表 77 暴露組與對照組之血液生化指標與聽力分佈情形................................................158 表 78 暴露組與對照組之各頻率聽力閾值分佈情形.......................................................158 表 79 影響左耳各頻率聽力閾值之多變項分析(N=306)..................................................159 表 80 影響右耳各頻率聽力閾值之多變項分析(N=306)..................................................160 表 81 消防人員尿液中 8-OHdG(μg/g-creatinine)與血液常規之描述與檢定..................161 表 82 消防人員尿液中 8-OHdG(μg/g-creatinine)與血液生化指標之描述與檢定..........162 xiv
第一章計畫概述第一節前言消防工作必須進行輪班作業、工作時間長、救火時常常要進入不同的火場環境，進行民眾生命與財產之救援工作，因而其生命常常備受威脅，除此之外暴露高熱、高噪音以及高濃度且不同種類的有害物質，工作壓力大皆是其工作之特色。中國鋼鐵股份有限公司產業工會曾發函至本會，請本會研擬職業病預防對策，維護消防工作人員的健康。該函係依據世界衛生組織之國際癌症研究機構由 Straif 等人 ( 2007)的研究顯示，消防工作可能導致癌症，例如：睪丸癌、前列腺癌、淋巴瘤等 [1]；因此引發本研究評估我國消防工作人員之化學物質暴露及健康危害。目前台灣約有一萬三千多位消防員服務於各縣市和鄉鎮[2]。針對消防作業對其健康(包括呼吸道疾病、心血管疾病、致癌風險、生殖危害)造成之影響；消防人員的工作壓力與睡眠品質之研究的文獻相當有限，有必要進行相關之研究探討，以研擬職業病預防對策，維護消防工作人員的健康。消防人員會暴露到許多有毒的燃燒產物，包括了許多已知的、極可能的或可能的致癌物，這些間歇性暴露可能是大量的，短時間的暴露可能產生高濃度的微粒物質且部分為致癌物，特別是苯、Benzo[a]Pyrene、1,3-丁二烯及甲醛等。雖然，在一些研究中特別指出消防人員與一般族群的比較下各種癌症的增加，同樣的模式下由於不同種類的暴露源難以去區別，IARC 針對消防隊員進行癌症的統合分析。三種癌症的相對危險性一致的增加以及平均也有顯著的上升：睪丸癌(所有 6 篇研究呈現出危險性的增加，平均的相對危險性為 1.5 倍)、攝護腺癌(在 21 篇中的 18 篇研究有危險性的增加，平均的相對危險性為 1.3 倍)，及非何杰金氏淋巴瘤(在 6 篇研究中有 5 篇呈現出危險性的增加平均的相對危險性為 1.2 倍) 消，。防人員雖為間歇性暴露，但卻是暴露在多變及複雜的混合物中。而很多流行病學的 1
研究對此議題的證據還是有限的。基於有限的人類致癌證據，該文獻針對消防人員在職業暴露分組為可能為人類致癌物(Group 2B)[3]。救火除了急性的身體危害外，長期吸入燃燒的產物也可能造成慢性危害，近幾十年來，由於大量不同的塑膠與合成化學物質使用在建築材料、裝潢、器具和合成化學工業上，使燃燒產物的成份更加複雜。雖然這些產品在未燃燒時大部份不被認為具有危險性，但經過加熱燃燒後，一些物質可能會轉化成有毒氣體和致癌物質。這些不同物理狀態的物質，經過不同狀況下的熱解作用後，產生多種有害物質，消防員在這種環境下，可能經由多種途徑吸收這些毒性物質。化學物質可能以氣體、蒸汽、液體或固體，單獨或混合的方式吸收。雖然吸入是主要的吸收管道，氣體物質可能吸附在顆粒上，經由皮膚接觸或消化道而吸收。雖然消防員可能暴露於很高濃度的有害物質中，但要正確的評估火場可能產生的毒性物質種類及其濃度幾乎是不可能的[4]。因為，甚至一個簡單的塑膠物可能燃燒成數百種不同的化學物質和氣體，且產物成份又因燃燒的狀況不同而不同，且時時在變。這些燃燒因素包括：(1)燃燒物的特性(如板狀、塊狀或粉末被燃燒)；(2) 空氣組成(氧氣充足與否)；(3)燃燒情況(溫度增加的速度，是否有煙等)；(4)空氣的稀釋和冷卻作用[4]。區別燃燒和熱解的產物不同也是很重要的。熱解(pyrolysis) 是指有機物質在缺氧的情況下燃燒分解，而燃燒是指在充足的氧氣情況下分解。一般來說，不完全燃燒產物比完全燃燒較具毒性。實際在火場上，單獨一種物質的燃燒或熱解幾乎是不可能的，因此，混合物質的燃燒，可能產生一個更複雜的火場環境，而毒性物質的毒性可能產生相加，相乘或拮抗作用。除了燃燒因素外，曝露多寡也與個人因素有關，如工作現場的操作，防護設備的使用和個人的工作習慣等。由於對可能曝露毒性物質的認知，現在消防員救火時強制規定要穿戴防護器具，除了消防衣、帽、鞋、手套外，呼吸器是保護消防員免於吸入毒性物質最重要的裝備。最近一種新的呼吸器取代了傳統的呼吸器，它可持續供氧三十分鐘，這些氧氣瓶雖然在休息時可維持三十分鐘，但在救火的劇烈運 2
動下，可能十五分鐘就用完了。一些消防部門使用供氧一小時的空氣瓶，但是這種呼吸器比傳統的呼吸器要重很多。另外，面罩並不是對每個人的臉型均能完全密合，無法完全密合的面罩則不能使消防員免於吸入毒性物質。因此，不管消防員使用多少防護設備，尤其是火勢延燒很長一段時候，要完全保護救火員免於曝露是不太可能的。雖然消防員知道在救火時需要配戴呼吸器，但是在某些情況下（如緊急救人的時候），根本沒有時間去戴呼吸器。縱使救火時配戴著呼吸器，很多消防員往往在火苗撲滅後即將呼吸器拿掉，在此時期（稱為處理期 overhaul phase）消防員清理火場，其時間一般都比滅火期（extinguishing phase）時間長，而此時有毒煙霧仍然不斷的釋放出來。在此時期（overhaul phase）的一個特殊危害是"沉熱"(heatsink)。亦即，混凝土保留大量的熱，而在清理火場的時期繼續釋放有害氣體。根據 Dyer 等人研究發現：在一個局限於辦公室中塑膠和鐵弗龍結構的影印機火災，火被撲滅後仍有高濃度的氯化氫（hydrogenchloride）從混凝土中釋放出來，且持續達一個小時之久[5]。毒性物質除了由呼吸道吸入外，亦可經由食入或皮膚接觸而吸收。例如，多氯聯苯和苯可在數分鐘內穿透防護衣和防護手套，而由皮膚進入體內。另外，在消防隊休息室中，可能因釋放沾黏在防護衣、帽上的有害物質而造成二度污染環境。如果救火完後馬上吸煙，此時消防員的肺部在救火時被一氧化碳和其它毒性物質填滿，吸煙的習慣可能減少呼吸道的防禦機轉，增加對毒性物質的吸收；另外，救火時多種致癌物的暴露，可能與吸煙形成相加或相乘的作用。因此，消防員的職業危害可區分為急性與慢性。急性危害中以火災產生的有害氣體造成呼吸道的刺激和窒息為最嚴重，其次為意外事件。除此之外，救火工作環境中的高溫、噪音和壓力亦會對消防員產生急性危害。消防員因長期工作而持續曝露於上述有害物質可能造成慢性健康效應，消防員最被注意到的慢性健康問題是呼吸道症狀、肺功能損害、心臟血管疾病和癌症。 3
[3] 第二節研究目的本研究主旨有五：本研究目的主要是針對台灣台北地區消防人員進行流行病學調查，期能研擬消防人員職業病預防對策，維護消防人員的健康： 1. 尿液中 1-羥基焦腦油(1-hydroxypyrene)為生物標記作為了解消防人員暴露多環芳香烴化合物之內在劑量。 4
2. 尿液中 8-羥基-2-去氧鳥嘌呤核甘(8-hydroxy-2-deoxyguanosine)探討消防作業人員基因氧化傷害之健康危害。並探討與其與抗氧化與氧化酵素活性：血液中 copper-zinc superoxide dismutase (SOD)，glutathione peroxidase-1 (GPX-1)， myeloperoxidase 之關係。 3. 消防作業人員心血管疾病之早期健康危害。 4. 消防作業人員肺功能之評估。利用手提式肺功能機測量消防作業人員之肺功能狀況是否有下降情形。 5. 評估消防工作人員之睡眠品質與工作壓力第三節工作項目一、工作內容：針對消防人員進行流行病學調查，期能研擬消防人員職業病預防對策，維護消防人員的健康，工作內容包括： (一)透過圖書文獻、期刊與網際網路，以取得消防人員之流行病調查相關文獻資料。 (二)問卷調查：蒐集研究對象的基本資料（包括：身高、體重、教育程度、婚姻狀態、抽菸、飲酒、嚼食檳榔、飲茶或咖啡以及運動習慣等。）、過去病史、工作職稱、職業史(針對從事消防工作至研究開始，所有工作過的場所和工作的年數做詳實的記錄。)、上班時間制度與輪班情形、危害物暴露情形、睡眠品質、工作壓力、疲勞評估、生殖危害、生活史(吸菸、二手菸暴露、喝酒、嚼檳榔、與每日睡眠時間)。 (三)生物指標測定：至少完成 200 位消防人員與 100 位對照組人員的生物指標測定，測定項目包括： 1.多環芳香烴化合物暴露指標：尿液中 1-羥基焦腦油(1-hydroxypyrene)。 2.尿液中 8-羥基-2-去氧鳥嘌呤核甘(8-hydroxy-2-deoxyguanosine)。 5
3.尿液中肌酸酐(creatinine)。 4.香菸暴露指標：尿液中 cotinine。 5.唾液中皮質醇(cortisol)。 6.抗氧化與氧化酵素活性：血液中 copper-zinc superoxide dismutase (SOD) ， glutathione peroxidase-1 (GPX-1)，myeloperoxidase。 (四)數據資料統計分析：包括描述性統計分析、單因子變異數分析與多變項線性迴歸。 6
第二章文獻探討第一節火場暴露 Baxter 燃燒閣樓測試火場的懸浮微粒組成，分為燃燒期 (ignition) 、滅火期 (knockdown)以及處理期(overhaul)三個階段，燃燒後約 9 分鐘及 13 分鐘分別為滅火期及處理期。每個階段一開始時，粒徑範圍 0.01-0.11 μm (ultrafine particle, UFP)濃度都會升高，而燃燒期及滅火期佔約 90%；0.11-1.0 μm (fine particle)粒徑範圍濃度以燃燒期急處理期會上升，但最多到 50%，滅完火後約十分鐘就會開始下降。研究發現，大部分粒徑範圍是小於 0.1 μm，平均濃度佔 80%，以下圖表示[6]。某研究證實美國 911 的火災事件含有超細懸浮微粒，範圍濃度從 1.46 μ g/m3 到無法偵測[7]。另外，Leonard 等人研究野火產生懸浮微粒的大小組成，有 20.2%為超細懸浮微粒，其粒徑大小為 0.042-0.24 μm；有 43.8 %為細微粒，其粒徑大小為 0. 42-2.4 μm；有 36.1 %為粗微粒(coarse particle)，其粒徑大小為 4.2-24 μm[8]。圖 1、火場三階段粒徑分布[8] 7
氣體及蒸汽暴露 Kenneth 研究車輛滅火時三個階段的氣體和蒸氣分布，同樣分為燃燒期、滅火期以及處理期三階段。研究分為兩種火災，引擎火災及駕駛艙火災兩種火災測量 15 種揮發性有機物(VOCs)，在駕駛艙火災中以燃燒期及滅火期的揮發性有機物濃度較處理期高 (以 Naphthalene 舉例：10 (mg/m3)、0.6 (mg/m3)及 0.17 (mg/m3))；但在引擎火災當中，除了 Naphthalene 還是在燃燒期產生最多濃度外，其他 14 種 VOCs 是滅火期及處理期有較高的濃度。作者隨後在呼吸區監測較重要的六種蒸汽物質，測得濃度不多也沒超過最低短時間時量平均容許濃度及最高濃度恕限值[9]。而在美國森林火災研究當中，以個人採樣方式評估 12 位消防人員多環芳香烴的暴露程度，測得 Naphthalene、Fluorene 及 Phenanthrene，平均濃度分別為 6.17 (µg/m3)、 0.83 (µg/m3)及 0.64 (µg/m3)[10]。美國市桑市及鳳凰城共 51 位消防員，在出勤救火及火災訓練時處理期進行氣體及有機蒸氣偵測，其中最多的氣體為一氧化碳(CO)濃度約為 12.2 (ppm)，其次為硫酸 1.21 (ppm)及氰酸 0.893 (ppm)，其他的有機蒸氣(甲醛、苯…等)濃度則小於 0.5 (ppm)[11]。第二節消防員的急性健康危害 Brandt-Rauf 等人在水牛城測試消防員救火時可能曝露之毒性氣體，他們發現消防員之曝露以一氧化碳最常見，其次是苯、二氧化硫、氰化氫、醛類、氯化氫、二氯甲烷和顆粒性物質[12]。此研究也發現消防員往往根據肉眼觀察火場煙的大小來決定是否配戴防護具，但煙不濃時，並不代表有害氣體也少，此時大部份消防員均沒有配戴呼吸防護具。由於缺乏一套火場毒性氣體評估的標準方法，Terill 等人嚐試模擬火場情況以建立篩檢火災毒性的模式[13]。他們發現火場致死的三大因素是毒性氣體，高溫和缺氧，毒性氣體中又以一氧化碳最為重要。 8
在一個密閉空間內燃燒會使火場含氧量從 21％下降到 10－15％。另外，由於火場產生的氣體進一步造成氧氣不足。所有因濃煙嗆到而導致死亡的個案中，80％可能是由於氧氣缺乏或一氧化碳中毒（一氧化碳可能高達 27000ppm）[14]。Genovesi 等人[15] 檢查 21 位洛杉機消防員在救完一個辦公室的火災後的血氧分析，雖然他們均無任何呼吸道症狀，但其中 19 位消防員的血氧分析結果顯現輕度或中度的缺氧現象。此種缺氧情況是暫時的，大部分消防員均在 24 小時後完全回復，且此缺氧現象與是否曾有呼吸道疾病無關。其它的毒性氣體大部份是具有強烈刺激性的。在火災產生毒性氣體而造成消防員死亡或疾病的文獻。1929 年，克利夫蘭醫院之火災，燃燒醫院中氮纖維素為主要成分的ｘ光片，結果造成 125 人的死亡，其中包括消防員，這次火災主要產生的毒物性氣體為一氧化碳和二氧化氮。一個聚樹脂 (polyurethane)工廠之火災[16]使消防員曝露於過高的異氰酸鹽（isocyanate），造成急性慢性呼吸道疾病及神經系統病變。聚氯乙烯(PVC)火災產生的氯化氫也造成消防員之嚴重呼吸道症狀，甚至死亡[17, 18]。休士頓的一場燃燒含氯的碳氫化合物（包括有機氯的農藥）火災也造成消防員的呼吸道症狀增加和肺功能受損[19]。 Musk 等測試消防員在例行救火工作對肺功能的影響他們發現第一秒用力呼出量， (FEV1.0)在救火後約下降 50 毫升，且此 FEV1.0 的下降程度與火場煙的大小和顆粒性物質的濃度有關；在同一值班期間，第二次救火後 FEV1.0 下降程度與第一次救火時煙的大小有關[20]。Loke 等人研究康乃狄克州救火員肺功能時發現七位剛救完一場建築物小火災後的消防員，其肺功能並無明顯的受損；但一位被困在火場的消防員，他的一氧化碳血紅素高達 42％，而且合併有嚴重的阻塞型肺功能異常，此異常在二年半後尚持續存在著[21]。Brandt-Rauf 等亦發現在例行救火工作，不配戴呼吸防護具者其 FVC 和 FEV1.0 在救火後均顯著低於救火前的值[12]。以上發現可見急性曝露於火場中的毒性可造成呼吸道症狀的增加和肺功能的減損。第三節消防員的慢性健康危害一、肺功能的慢性影響 9
救火是一種危險的職業，如果沒有使用呼吸器或因呼吸器失效均可能讓消防員吸入有毒燃燒物質。波士頓的一個橫斷面研究發現救火與肺功能的異常有關[22]。但是因救火工作需要某種程度體力的負荷，當消防員發生呼吸短促的症狀時往往就離職或轉到其它職業，因此測試目前仍任職消防員的肺功能可能會低估肺功能異常的情形。 Loke 等研究救火對消防員肺功能的急慢性影響，他們發現阻塞型肺功能異常主要發生在吸煙的消防員而不吸煙的消防員衹有在救火超過 25 年者呈現小支氣管阻塞的，異常[21]；救火的急性影響在小火災並無影響，但在長期暴露如被困於火場則可造成嚴重的阻塞型異常，且此肺功能異常持續超過二年半以上。另外，Unger 等在休士頓測試 30 位消防員的肺功能，當他們救完一場燃燒含氯的碳氫化合物，包括有機氯農藥的火災後馬上測試肺功能，30 人中有 28 人出現因曝露濃煙而造成的呼吸道症狀，且用力肺活量(FVC)顯著的低於預期值，但第一秒呼出量(FEV1.0)則否[19]；如果與另一組年齡、身高和吸煙配對的對照組比較，則消防員的用力肺活量和第一秒呼出量均顯著的比對照組為低。這些消防員在一個半月和一年半以後再度測試肺功能以評估急性和慢性的影響，在此追蹤期間消防員的肺功能都沒有改善，一個半月和一年半後的肺功能值與剛救完火時測試的值均無統計差別。在此一年半期間，消防員的用力肺活量平均降低 62 ml，而第一秒用力呼出量減少 122ml。 Peter 和 Musk 等[23, 24]評估 1,768 位波士頓消防員的肺功能並定期追蹤六年，他們在追蹤後一年、三年、五年和六年發表追蹤結果。在追蹤一年後他們發現消防員肺功能降低的平均值超過預期值的兩倍以上（用力肺活量 77 比 30ml，第一秒呼出量 68 比 25ml）此第一秒呼出量下降的程度非常接近慢性阻塞性肺病的病人(每年約 80ml)，，且此下降程度與救火頻率(如每年救火次數)有關，此研究結果顯示消防員的職業曝露與肺功能的降低有關。第三年的追蹤發現第三年的肺功能年平均下降量較第一年的觀察值為低（用力肺活量年平均下降量為 40ml，第一秒呼出量為 30ml），且此肺功能的降低與救火次數或其它的急性曝露指標如被嗆暈的次數或肺部刺激程度均無相關。第三年的追蹤無法得到與第一年類似的結果可能是因為肺功能受損的消防員失去追蹤 10
了，在這兩次追蹤中間有 20％的消防員失去追蹤，失去追蹤的消防員年紀較大且第一年追蹤的肺功能下降程度較大[24]；另一個可能的因素是自我選擇性，因消防員比其它職業需要較強的體力、耐力或心肺功能，如果消防員發生症狀，那他們可能會辭職、提早退休或轉到行政單位去以防止肺功能的繼續惡化。停止救火時間超過一年以上的消防員其用力肺活量和第一秒呼出量的下降程度均較目前仍在職的消防員高[25]。在第五年的追蹤研究裡發現有 109 位消防員在 1970 與 1975 年間退休，因而他們想知道消防員退休時的肺功能是否有異常[24]。如果肺功能的值以預期值的百分比來表示，則發現退休人員的肺功能均較預期值為低，但沒有發現肺功能嚴重受損的人。由 1970 年的問卷中得知在 1970 年的前一年都沒有救過火的人中，戒煙者佔較大部分且其肺功能要比退休前還有救火的消防員差。此研究結果顯示有呼吸道症狀或肺功能受損的消防員在退休前會選擇性的轉換工作或因呼吸道症狀而提前退休。在第六年的追蹤研究時他們找到 1970 年研究開始時 1,768 位消防員中的 951 位 [26]。在 1970 年至 1976 年間共有 1,234 位消防員曾經被測試肺功能兩次以上，因此可以計算出每位救火員用力肺活量和第一秒呼出量隨著時間的變化情形。在這六年追蹤期間，第一秒呼出量和用力肺活量的年平均下降量分別為 36 和 29 毫升，這個數值與一般人的預期值相似。目前已不再救火的消防員比目前仍在救火的消防員其用力肺活量和第一秒呼出量的平均下降量均較大且目前的肺功能也較差。吸煙與長期肺功能的受損有關。目前仍在職的消防員其目前肺功能狀況或年平均下降量與曝露的指標（如曝露於濃煙中導致的嗆傷或根據出勤記錄的救火次數或救火員自己估計的救火次數）均無相關。 Sparrow 等人在一正常老化的研究中追蹤 168 位消防員和 1,474 位非消防員五年 [27]。他們發現消防員肺功能受損的情形比非消防員嚴重，用力肺活量年平均下降量在兩者之差為每年 18 毫升，而第一秒呼出量之差為每年 12 毫升。這個職業造成的效應不是因年齡、身高、吸煙情形或基本肺功能的差異而造成。若以工作年資當做是曝露的指標，工作年資與肺功能的受損有一正相關，但尚未達統計之意義。呼吸道症狀 11
在吸煙者的發生率較高，但在消防員與非消防員間並無差別。這些發現表示工作年資也不是很好的曝露指標，因為許多消防員並無實際曝露於濃煙，或因出現呼吸道症狀而調離實際救火工作。他們認為救火的次數是最好的曝露指標。Peter 等發現救火次數與肺功能的年平均下降量有很強的相關[23]，而工作年資與救火次數或肺功能的年平均下降量均無相關[24]。 Douglas 追蹤 895 位倫敦消防員一年，這個追蹤研究發現消防員第一秒用力呼出量一年之間下降 92 毫升（預期值為 28 毫升），而用力肺活量下降 107 毫升（預期值為 22 毫升）[28]。這種肺功能的變化在吸煙者顯著的高於不吸煙者，但與工作年資或請假的天數無關。肺功能受損的程度在這個研究比先前的研究[29]要大，作者表示可能是因為儀器誤差所造成。 Tepper 追蹤 696 位參加健康檢查的巴爾的摩市消防員，她發現吸煙是肺功能受損的最主要因素[30]。救火時配戴防護面具的消防員其肺功能受損程度較無配戴防護面具者低。另外，她發現消防員的離職與呼吸道症狀或研究開始時的肺功能狀態無關，離職率隨著年齡的增加而增加，反而與心臟疾病有關。 Horsfield 等追蹤 96 位 West Sussex 消防員四年的肺功能並與一個不吸煙的對照組比較，他們發現對照組肺功能下降速率較消防員為大；有些肺功能指標在對照組的下降速率甚至大於吸煙的消防員[31]。因此作者認為工作的選擇、不斷的訓練和配戴防護具造成消防員的肺部慢性危害無法顯現出來。 Sheppard 等研究呼吸道敏感性與救火後急性肺功能受損之關係，結果發現例行的救火後也會造成很高比率的急性肺功能受損，且此受損情形可能持續到救火後的 18 小時，但此受損程度與消防員呼吸道敏感性沒有關係[32]。作者下結論說救火時曝露的物質可能不會增加呼吸道對 methacholine 的敏感性，且肺功能的受損可能並不單是由於刺激造成的支氣管收縮。 12
Banauch 等人對於 911 攻擊事件發生後一年，將 12079 位消防員與緊急醫療救護人員肺功能比較，發現消防員肺功能有顯著下降趨勢(FEV1 下降 383ml vs. 319ml)；消防員患有呼吸性統症狀較多，其百分比為 70% vs.40%[33]。另一項對 911 攻擊事件研究指出，經過五年追蹤後(2006 年)消防員 FVC 下降 21%，且沒有抽菸的消防員 FVC 下降程度是美國一般人民的五倍(20% vs. 4%)[34]。而 Aldrich 對 911 攻擊後到現場進行救援之消防員搜救員等暴露人員等 10870 人進行 7 年之追蹤結果發現 911 後的一年消防員的 FEV1 平均減少 439ml ，醫護人員的 FEV1 平均減少 267ml，且 2002-2008 年之間，未吸菸的消防員平均每年下降 26ml ，未吸菸的醫護人員平均每年下降 40ml 。在 911 事件發生之前肺功能異常的人數很少，在 911 事件發生之後消防員其 FEV1 低於正常值增加 13%，低於預測值 70%的比率增加 2%[35]。相較於 911 事件，先前之文獻針對 1146 位 Boston 現職之消防員進行三年之觀察每年 FEV1 下降平均為 30ml 與美國正常男性下降的數據相似。針對 109 位退伍消防隊員進行追蹤發現每年平均下降為 50ml[24]。這個數據支持失去追蹤之消防人員相較於未失去追蹤者會有較低的肺功能。在台灣，劉紹興等曾於 1993 年以橫斷式研究法，暴露組為某縣政府消防局的消防員 168 員；對照組選取辦公室行政作業人員 35 員。肺功能檢查顯示，肺活量(FVC) 項目異常者(≦80%)於暴露組、對照組分別為 5 人(3.0%)、0 人(0%)。FEV1.0/FVC 比值(≦70%)項目則皆為正常暴露組與對照組非特異性呼吸道症狀發生之頻度及其嚴重。性由表 7-1 可知，消防隊員發生咳嗽的盛行率為 18.7%，慢性咳嗽為 18.5%，咳痰為 23.5%，慢性咳痰為 24.7%，喘鳴為 5.5%，呼吸短促為 19%，而在過去三年中曾因胸部疾病暫停工作一日以上者之盛行率為 1.2%；而對照組方面則分別為 22.9%、23.1%、 38.5%、41.7%、11.8%、29%及 29%[36]。消防作業人員在上述的非特異呼吸道症狀並未有顯著的增加的現象。總而言之，對消防員而言，曝露於燃燒的產物可能導致急性肺功能的損失、而且肺功能損害程度隨著曝露程度和燃燒產物而改變。長期慢性的肺功能影響尚未被多 13
數的研究肯定。缺乏長期效應可能是由於使用呼吸器的增加或是由於工作選擇的緣故，但大部份的研究都缺乏受雇前的肺功能資料，需要較完整的研究去證實這種長期效應。二、心血管疾病的危害圖 2、造成心血管疾病之假設機制[37] Raupach 等人認為除了造成內皮細胞功能改變之外，被動的吸入煙霧會直接破壞內皮細胞的功能性，先前的研究指出超細粒子會增加細胞的通透性，進而導致內皮細胞的損害，雖然血管內皮層會再生且修復內皮功能以維持血管的恆定狀態，但其修復是有限的。煙霧中一氧化碳的暴露，除了會減少氧氣運輸能力外，腎上腺素的刺激引起的冠狀動脈血管收縮可能進一步損害心臟的氧氣供應；而煙霧中的多環芳香烴與脂蛋白亞組(lipoprotein subfractions)結合後，會促進細胞增殖及血管斑塊的發展，可能進而造成動脈粥狀硬化的生成。而煙霧的暴露同樣會降低心律變異而改變自主神經功能，而自主神經系統的功能障礙，將導致較高的死亡率與慢性心衰竭的發生[37]。 14
流行病學研究指出空氣汙染物中的懸浮微粒與心血管的罹病率及死亡率有關[38, 39]。暴露高濃度的懸浮微粒與心血管疾病的危險因子如心跳速率、心跳速率變異、動脈血管收縮、增加收縮壓、增加血清黏稠度有相關[40]。另外醌類物質會產生反應性含氧物種及後續的氧化傷害和發炎現象，包括 nuclear transcription factor-κB 的轉錄現象 [41]。factor-κB 會增加 cytokines 及 acute-phase proteins 轉譯作用，這個轉譯的現象可以預測罹患冠狀動脈的危險性[42]。關於粒狀空氣汙染物導致心臟病罹病率及死亡率的機制目前尚未清楚其中一個，可能的途徑是微粒干擾了自主神經系統[43] 。Yeates 等人的動物實驗發現微粒會刺激鼻咽、呼吸道上、下測的受器影響自主神經進而傷害心血管系統[44]。另外，如果氣管受到微粒的影響持續產生發炎現象，它會間接使自主神經系統受到壓力的作用而釋放 cytokines [45]。Routledge 等人假定了兩種機制探討急性心血管的罹病率、死亡率與粒狀、氣狀汙染物之間的關係[46]。圖 3、急性心血管的罹病率、死亡率與粒狀、氣狀汙染物機制[46] 在易感受族群中汙染物可能會增加斑塊破裂、促進心肌缺血、缺血性傷害和非致命性的心律失調的機率[47]。圖二也顯示汙染物可能透過交感神經的壓力作用直接影響 [43]或是間接經過肺部的發炎反應釋放 cytokines 到循環系統[48, 49]。 15
測量心律變異數(heart rate variability, HRV)可以代表心臟節律的功能。五分鐘的心律變異數是一種可以代表自主神經功能的非侵入性測量(Routledge, 2003)。五分鐘的整體心律變動性的指標(standard deviation of normal-to-normal intervals, SDNN)是指五分鐘內正常心跳間期的標準差。SDNN 可以預測心臟自主神經的交感神經及副交感神經的功能。臨床上HRV測量值表示在心肌梗塞後數個月心律變異數降低會增加死亡的危險性[50, 51]。許多一般族群的研究也證實HRV越低會增加心臟不良事件的危險性和全死因的死亡率[52-54]。目前暴露超細懸浮微粒造成心血管疾病的機制大約可以分成兩種：直接影響及發炎反應。Nemmar 等人發現 UFPs 進入體內後可能直接進入到循環系統而且在其他器官中也可以測量到 UFPs 的存在。學者認為進入到體內的 UFPs 會透過肺部後直接影響心臟及血管[55]。另外發炎反應也是超細懸浮微粒造成心血管疾病的途徑之一，2006 年後陸續的研究發現長期暴露空氣汙染物中的懸浮微粒會增加體內發炎反應的危險性 [56-58]。2009 年 Mills 等人發現懸浮微粒與發炎因子 cytokine 有正相關的現象，也就是說暴露微粒的濃度越高引發心血管疾病的事件如：心血管功能障礙及動脈粥狀硬化的危險性也會越高[59]。消防員曝露於一氧化碳和其他燃燒產物。曝露在這些毒性產物可能導致肺功能的損傷，而且，特別是一氧化碳的曝露，被懷疑是造成動脈硬化(atherosclerosis)和缺氧性心臟病的因素。除此之外，消防警笛等心理壓力使心跳增加到幾乎最大的程度，而且在救火期間，心跳速率可能持續的加快[60]。因此，預期消防員可能有一個較高的缺血性心臟病的發生率或死亡率。Picher 發現自 1977 至 1986 年 1,302 位消防員的死亡原因中，心臟血管疾病佔 47％[61]。且此 612 位死於心臟血管疾病的消防員中，104 位死亡前就被診斷有心臟毛病，另 24 位被診斷有高血壓。Washburn 等人在消防員致死率的報告中亦指出 1985 年至 1988 年心臟血管疾病分別佔總死因的 42％，54％，48.4％和 39.5％。因此，半數的消防員死於與救火無直接相關的心臟病發作或腦血管意外。 16
Barnard 等對 90 位洛杉磯消防員進行接近極限的運動心電圖測試（near-maximal ECG stress testing），他們發現部份消防員有缺血性心臟病，但冠狀動脈檢查卻沒有阻塞現象，他們認為這是因為工作上一氧化碳和其他毒性氣體的曝露及工作上的壓力造成心肌需氧量增加及心肌供氧量的缺乏[60]。因而，消防員在任職前須通過一系列的心肺功能測試，且定期的心臟血管功能檢查與健康促進計劃被認為可減少消防員的有害因子和心臟血管疾病[61-66]。但 Green 和 Crouse 最近的研究報告中結論說健康促進訓練計劃可使消防員的冠狀動脈疾病有害因子改善，並增加消防員的體能適應性，但這些統計上有意義的些微改變對消防員並無實質上的幫助。因此，讓那存在有危險因子和體能不適的消防員繼續從事救火工作，就有可能增加缺血性心臟病的危險[67]。 Dermer(2010) 等人於加拿大的英屬哥倫比亞的七個自治市建立 1984 年至 2002 年之間消防隊員之世代並將這些研究對象與自治市之健康紀錄相連結來確認因心血管疾病而住院及死亡的情形[68]。最終的世代包含了 2358 個個體(其中 2297 個男性與 61 位女性)，其中有 70 個急性冠狀動脈疾病的病例(69 個住院與 1 個死亡)及 86 個慢性冠狀動脈疾病的病例(83 個住院與 3 個死亡)，與受雇少於 10 年作比較，其急性冠狀動脈疾病發生率的比值(IRRs)在受雇 10-19 年的為 1.7(95%信賴區間=0.9-3.2)；20-29 年的為 2.1(95%信賴區間=1.1-4.2)；30 年以上的為 1.3(95%信賴區間=0.6-2.9)。慢性冠狀動脈疾病發生率的比值(IRRs)在受雇 10-19 年的為 0.9(95%信賴區間=0.5-1.8)；20-29 年的為 1.7(95%信賴區間=0.9-3.1)；30 年以上的為 0.9(95%信賴區間=0.4-1.9)。参、消防員的癌症危險 Musk 等人從 1915 年到 1975 年追蹤波士頓消防部門的消防員。所有消防員的死亡率，是麻薩諸塞州男性人口預期值的 91％，而且是全美男性白人預期值的 94％。所有癌症的標準化死亡比(SMR)分別是 0.86 和 0.98[69]。以呼吸道癌症而言，標準化死亡比分別為 0.88 和 0.93。以淋巴管(lymphatic)和造血系統(hematopoietic)癌症而言，標準化死亡比分別是 0.63 和 0.80。有兩類的癌症標準化死亡比大於 1.00：腦和腦神經系統癌症及其它的癌症。這個研究的結論是消防員的職業和癌症之間沒有強烈的關連。 17
Lewis 等人研究 1940 年至 1980 年間洛杉磯市消防部門消防員的癌症死亡率[70]。他們發現從 1945 年至 1974 年間，癌症死亡的比例平均是 20.1％，其後增加到超過 30％；當以觀察的死亡數和以美國男性白人期望值做比較時，顯示出在腦腫瘤、前列腺癌、結腸癌和肺癌的觀察值較期望值高。在小於 60 歲組，腦瘤的死亡率較預期值高出 129 ％(SMR=2.29)，而前列腺癌較預期值高出 116％(SMR=2.16)；但是在大於 60 歲組，腦瘤的觀察值反而較預期值低 (SMR=0.21) ，前列腺癌標準化死亡比仍然大於 1(SMR=1.06)。另一方面，肺癌和結腸癌在大於 60 歲組中，均較預期值高出 11％ (SMR=1.11)。在小於 60 歲組中，這兩種癌症的標準化死亡比均小於 1.00(分別是 0.53 和 0.71)。這段摘要強調了消防員職業的潛在危害。 Vena 等人追蹤那些最少在水牛城工作五年以上，且至少當消防員一年以上的 1,867 位男性消防員，健康工人效應也被發現[71]。所有死因別的死亡率接近預期死亡率(SMR=0.95)，但所有外因性死亡別死亡率(SMR=0.67)較預期值顯著的低，特別是自殺(SMR=0.21)和呼吸道疾病(SMR=0.48)。所有癌症的標準化死亡比是 1.09，結腸癌 (SMR=1.80) 和膀胱癌(SMR=2.86)的標準化死亡比被發現有顯著的增加。直腸癌和腦癌的標準化死亡比也被發現超過 2.00，但未達到統計的顯著性。癌症死亡率在長期工作的消防員顯著較高，而且所有惡性腫瘤死亡比均隨著潛伏期 (從開始工作到死亡間的年數) 增加而增加。 Howe 等人追蹤 10％的加拿大男性勞工，他們發現雖然所有癌症死亡率沒有增加(SMR=0.74)，但多發性骨髓癌症的死亡率顯著的增加(SMR=10.0)[72]。Heyer 等人追蹤 2,289 位西雅圖的消防員(1945 年至 1984 年)，所有死因之死亡比(0.76)亦呈現健康工人效應。雖然所有癌症死亡率與全美白人死亡率相似(SMR= 0.96)，但在大於 65 歲之消防員中，其肺癌死亡率顯著的增加(SMR=1.77)[73]。另外，工作年資大於 30 年之消防員，白血病(SMR=5.03)和多發性骨髓癌(SMR=9.89)亦顥著增加。雖然沒有很多消防員癌症危險的研究，但從有限的資料顯示，消防員可能有較一般人較高的癌症發生率。依照這些研究，消防員有過多的腦瘤、前列腺、膀胱、胃、 18
結腸和直腸癌，皮膚癌和血癌。然而，在大部份的研究中，並未發現有過高的肺癌危險。最近 Howe 等回顧過去有關消防員癌症危險的研究，且綜合過去所有的研究結果以計算各種癌症的觀察值與預期值比值，他們結論說沒有証據顯示救火與癌症的增加有關，但研究結果顯示救火可能與腦部癌症和多發性骨髓癌有關[74]。 Ahn(2010)從 1992 年 1 月 1 號至 2005 年 12 月 31 號，選取 28,800 韓國男性消防人員進行追蹤以探討罹癌率。標準發生率比(SIR)利用 PAMCOMP 軟體分析。利用 SPSS 計算消防人員和非消防人員(參考組)相對風險(RR) 的存活分析。結果發現與參考組比較後大腸直腸癌 (SIR=208.86, 95%CI=104.12-373.73) 和腎臟癌 (SIR=187.80, 95%CI=105.03-309.76) 有顯著的增加。淋巴癌有顯著增加 (SIR=208.86, 95%CI=104.12-373.73)[75]。火場中的有害氣體是危及消防員的最重要因子尤其是缺氧和一氧化碳在每一，火場均會出現，而其他的刺激性氣體則視燃燒物質而定。這些有害物質對消防員的傷害已有很多報導，可能導致呼吸道症狀的增加和肺功能的受損。至於消防員之慢性健康效應，雖然多數流行病學調查並無顯示傷害之增加，但需強調的是消防員本來就是健康人中較健康的人，職前的心肺功能檢查選出了一群特別健康的人，因此有很強的健康工人效應(healthy worker effect)，其各種疾病或死因均較一般人口群要低很多(例如說 SMR 應該是 0.50 或 0.70) 但流行病學研究的統計方法均是估計消防員與對照組。之死亡比是否相同(即 SMR=1.00)，因此利用一般大眾為對照組，其所得之答案均會因沒有考慮健康工人效應而低估許多。如果選擇可比較性較高的警察當對照組，消防員之健康危害就顯現出來[73, 76]。另外，由於自我選擇(self-selection)的緣故，健康情形較差者可能轉業或提前退休，使曝露情形被稀釋；如果利用暴露年資則可得到一個劑量-效應關係[77]。因此，雖然消防員之慢性健康危害被肯定的不多，但此種潛在危害的可能性非常高，有待設計較好，且選擇適當對照組的流行病學研究來確定其因果關係。 19
第四節多環芳香烴及其代謝物作為生物標記之探討一、多環芳香烴暴露來源及影響如前所述消防員暴露於複雜的燃燒環境及其產物，多環芳香烴 (Polynuclear Aromatic Hydrocarbons, 以下稱 PAHs)即是常見的致癌物質。PAHs 會經由代謝酵素 CYP45 代謝後產生醌類物質其反應過程中會產生反應性含氧物種(ROS)[78]而進一步，造成氧化壓力與發炎作用。它是一種脂溶性、非極性化學物質由二個以及多個苯環所形成的一種複雜的混合物(mixture) [79, 80] 絕不會以單一個化學結構產生[81]，其產生之機制大多係由於有機物質之不完全燃燒所造成；其來源主要從機動車輛所排放的廢氣，尤其是柴油引擎；室內燃煤或燃油之暖氣設備、廢棄物燃燒，以及工業製程等來源。PAHS 可由職業、環境、醫療和飲食等方式暴露[79, 80, 82]其進入人體可經由吸入、皮膚接觸、食入等途徑進入人體內。流行病學研究顯示，暴露到 PAHs 的煉焦工人會使致癌發生率增加，國際癌症中心(The International Agency for Research on Cancer, IARC) 也已證實有 11 種 PAHs 對實驗動物是致癌物[79, 80]。二、pyrene 的生物標記 Pyrene 常存在 PAHs 的混合物裡，因而其被認是一種指標物，Pyrene 的代謝物包括在 phase Ⅰ所形成的 1-hydroxypyrene (1-OHP)，接著再經過 phase Ⅱ 與尿甘酸 (glucuronic acid) 或和硫酸鹽結合[82]；PAHS 代謝物的測量，特別是 1-hydroxypyrene，為最被廣泛使用的尿液中多環芳香化合物的化學物質，加入 β-glucuronidase 水解處理後可進行分析; Jongeneelen 及同僚最先發展出此種偵測方法 [83, 84]，並且也已運用作為評估職業或環境暴露到多環芳香烴情形的研究，這些研究包括煉焦作業(coke-oven worker)，交通警察(traffic polic office)，清潔隊人員(garbage collectors)，吸煙(cigarette smorker)，攝食碳烤食物(charcoal broiled food consumers)，以礦物焦油治療乾癬異位性皮膚炎患者( cola tar ointment treated eczematous dermatitis patients);焦油作業(petroleum coke handlers)以及木餾油灌注作業(creosote impregnating plant operator). [85-93]。在我國有研究已運用 1-OHP 此一生物標記作為職業的暴露監測，如毛義方等人發現煉焦炭 20
作業暴露組勞工三天採樣尿液中 1-OHP 的總平均值為 82.66 µg/g creatinine .,而對照組勞工為 2.88 µg/g creatinine .;暴露組是對照組的 28.8 倍[94]。尿液中生物標記除了可以作為一個可靠暴露指標，另外還有其他的優點，像是非侵入性、樣本獲得配合度高、還有大量運用時花費不高；另外 1-OHP-glu 的回收率約為 80-100%，每日內與每日間的變異係數相當低，並且，偵測極限可以達到相當靈敏的程度。為了探討完成 PAHs 的暴露及尿液中 PAHs 代謝物之間的關係，一些課題需要處理和解決。首先，在研究中生物標記干擾因素必須要考慮，這包括年齡、性別、種族、吸煙、飲酒、飲食、藥品或其他環境暴露例如拜香、蚊香、炒菜油煙[95, 96]。周等人發現交通繁忙期、非繁忙期、週末之 PAHs 成份、特徵與含量皆不同。在交通污染為主之都會區高於鄉村地區 PAHs 之暴露達兩倍以上[97]；車輛排放廢氣之特徵成分皆為大台北區域大氣環境中之主要固相 PAHs 特徵成分[98]。遺傳因子和先前存在健康問題；年老會使肝臟的血流量減少因而降低 xenobiotic 的氧化[99]，有些研究報告顯示女性尿液中的代謝物 1-OHP 比男性多，這些顯示新成代謝與性別有關;不同作者報告吸煙和 1-OHP 的排泄會有正相關 [99] 尿液中 1-hydroxypyrene 的濃度吸煙者比非吸煙者，高，尿液代謝 1-OHP 的半衰期約 18 個小時，範圍從 6~35 個小時 [100]，在食用燒烤牛肉後尿液中 1-OHP 的濃度變化，在食用後約 6.3 小時尿液中 1-OHP 的濃度會達到最高值並且以每 4.4 小時之半衰期衰減，因而大多 1-OHP 會於 15 小時內排泄[92]；肥胖的人會影響 pyrene 在組織的分佈因而會影響 1-OHP 排泄 [99]，個體間與個體內的差異是於暴露監測及流行病學的研究中造成背景干擾的重要因素，最近的研究顯示尿液中 1-hydroxypyrene 濃度個體間的變異，其變異係數範圍約在 14~109%而個體內的變異係數為 69~109% [101]。對於使用 1-hydroxypyrene 來作為了解消防隊員暴露多環芳香烴之內在劑量的研究相當有限，僅有 Moen 等人在一所消防員訓練學校中，以 9 名學生和 4 名教師為研究對象，分別於救火課程開始前以及結束後 6~7 小時收集其尿液樣本，結果發現尿液中 1-hydroxypyrene 濃度在救火後有些微增加，且達統計上顯著差異。這樣的結果顯示救 21
火過程中可能導致消防員暴露於 PAHs 中；雖然該研究中的暴露濃度並不高，但暴露濃度可能因不同型態的火場而有所不同[102]。第五節氧化性傷害之生物指標探討一、ROS 的傷害當多環芳香烴在代謝的過程中，會誘發出氧化壓力及脂質過氧化物[103, 104]。氧化壓力是因體內反應性含氧物種(ROS)過多，而身體保護機制無法抗衡的失衡現象，之後可能伴隨者發炎反應的產生[105]。由於自由基的活性極高，半衰期極短，因此直接檢測十分困難，大多利用指紋法（fingerprint）也就是能與自由基反應的捕捉劑，間接反應自由基的瞬間狀態，例如電子自旋共振儀（electron spin resonance, ESR）[106]，但事實上較常用來評估人體氧化壓力方法是利用測量自由基攻擊大分子（脂質、蛋白質及核酸）後的代謝產物，此外也可測定體內抗氧化物的改變情形來間接評估氧化壓力的大小。選擇合適的生物標記可正確瞭解個人或族群在危害健康因素的危險性達到預防性的測量。二、氧化壓力途徑 Delfino 所提出模式認為氧化潛勢可能取決於微粒成分，微粒大小分布，特別是其中所含的超細微粒濃度，且與其所附著的過渡金屬成分與半揮發與揮發性化合物有關。而氧化壓力是由於活性氧化物的攻擊及裂解脂質、蛋白質、碳水化合物、 DNA、RNA 與一氧化氮等而引起組織的損害與功能障礙，透過氧化還原反應的轉錄因子所調控。通常第一道抗氧化壓力防禦機制，是抗氧化酶與蛋白質參與 phase II 的解毒作用，由 Nrf2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2)結合至抗氧化反應序列(ARE, antioxidant-response element)進行調控，以減輕氧化壓力所導致的內皮功能障礙。 22
第一型血色素氧化酵素(HO-1)催化血紅素降解產生膽綠素(biliverdin)對抗活，性氧分子形成的氧化壓力，其他主要包括穀胱甘肽轉移酶(GSTM1, GSTT1, GSTP1) 對異質物進行解毒步驟。氧化壓力的反應途徑，空氣污染物作用大部分在於有機物質其產生的活性氧化物或活性氮化物，或是透過活化的支氣管上皮細胞、巨噬細胞、噬中性細胞與內皮細胞而產生，空氣污染物成分可能來自石化燃料的燃燒，包括多環芳香烴、醌類與過渡金屬，因為這些物質含有促氧化的特性，由自由基的產生與隨後的氧化還原途徑誘導氧化壓力的生成，這些途徑可能由細微粒狀物質引發的炎症與細胞毒性反應所形成，當抗氧化的防禦機制不足時，污染化學微粒沉積在肺部便會進而引起全身性的氧化壓力與發炎反應[105]。圖 4、氧化壓力機制[105] 三、8-OHdG 簡介 Zwart 等人（1999a）認為良好的生物標記至少要符合下列幾點特性：1.對於所要偵測的目標具有高特異性; 2.能反映人體早期影響; 3.簡易操作及價格低廉的分析 23
方法; 4.以非侵入性採集檢體; 5.生物體內背景值低; 6.生物標記與暴露有良好的相關; 7.生物標記與造成的傷害有良好的相關。圖 5、粒徑沉積分布[107] BeruBe 等人以上圖說明肺部吸入超細懸浮微粒的沉積率，與超細微粒的大表面積與其附著的一些過渡金屬有關，這些特性與微粒所衍生的健康效應有關。燃燒衍生的超細微粒其毒理特性與作業環境所暴露的超細微粒所導致之健康效應機轉類似，相似的物理化學特性會帶來相似的不良健康效應(如：肺與可能之心臟毒性)。而超細微粒進入人體的生物動力學部分：(1)主要經由吸入進到呼吸道系統。(2)超細微粒可穿透上皮或內皮細胞進到體循環，到達敏感標的組織。(3)超細微粒可產生活性氧化物質，引起肺部的發炎性疾病。(4)超細微粒侵入體循環，而引起與心臟相關的功能障礙。柴油燃燒所排放之超細碳黑微粒，由於包含金屬與有機物質，會透過細胞絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase)的訊息途徑，誘發轉錄因子 NF-kB, AP-1，進而引起促發炎介質的分泌，而產生發炎反應。而氧化壓力與微粒發炎反應的作用可生成 DNA 氧化壓力之生物標記 8-OHdG 最後可能造成癌症的發生[107] ，，。 24
8-OHdG 分析方法近年來發展利用免疫分析法可同時分析大量樣本[108]，而測量 8-OHdG 也比測 thymidine glycol（dTG）耗費更少時間，且可經由非侵入性取得檢體，而唯一缺點是因為呼吸作用粒腺體不停釋放大量 ROS，因此體內 8-OHdG 的背景值高，而造成受損的細胞或組織無法偵測到 8-OHdG 濃度顯著增多。在自由基攻擊 DNA 層面，若 ROS 利用氫氧基與 DNA 上的 guanosine 之第八個碳結合則會形成穩定的 DNA 氧化傷害產物 8-oxoguanine，其水解產物 8-OHdG 會分佈於血液、組織及尿液中[108]，由於 8-OHdG 也是目前被許多研究廣泛偵測和研究的 DNA 損害生物標記、DNA 氧化傷害產物產量最多之一[109]、以及最穩定的生物指標[110] 。尿液中 8-OHdG 在 Nilsson 的研究中指出半衰期約為一天[111]。若 DNA 損害沒有進行修補，在細胞分裂後可能會造成突變，若突變發生在重要致癌基因或抑癌基因位置上，突變的細胞就有可能形成腫瘤，若 guanosine 受到氫氧自由基攻擊約有 0.76%的突變機率，是正常鹼基的 32 倍突變機率，且造成突變情形中 G 到 T 的 transversion 將近佔 96% [109] 因此 8-OHdG 最主要導致 G:C 到 T:A ，的 transversion 突變(Bruner et al., 2000)(附錄 4) 且 G 到 T 突變是在抑癌基因中最常，見的突變位置，因此認為 8-OHdG 與癌症發生最有相關[112]。 Cheng 等估計人體每天每個細胞的 DNA 受到氧化攻擊次數約 104，因此形成 DNA 核甘酸氧化產物，這些傷害絕大部分可經由 DNA 修補機轉修復，經核酸外切酶（exonuclase）切除後形成水溶性 8-OHdG 再經由尿液排出[106, 112]，一般相信體內尿液中 8-OHdG 是經由 nucleotide excision repair（NER）修復路徑的產物 [110]，但 DNA 氧化傷害修補路徑主要為 base excision repair （BER）佔 75%，NER 只佔了 25% [113]，但分析尿液中 8-OHdG 仍可反映良好的細胞氧化壓力[113]。且經由外因性（飲食）獲得的 DNA 並不經由此排泄，因此尿液中的 8-OHdG 含量不僅反應 DNA 修補能力也顯示生物體系統性的氧化壓力程度 [112] 。 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG)是一個廣泛被當成活性氧化物種(reactive oxygen species; ROS) 對 DNA 造成氧化傷害的指標，尿液中或肺部 8-OHdG 的濃度增加與 25
暴露有毒化學物質如多環芳香烴、吸菸等有關[114]。8-OHdG 也可用來作為暴露環境中致突變物質之早期生物效應型標記。莊等人曾以計程車司機為研究對象探討以尿液中 8-羥基去氧鳥糞嘌呤核(8-hydroxydeoxyguanosine; 8-OHdG)評估暴露 PAHs 所造成的氧化傷害之相關程度。結果發現 1-OHP 濃度與從事駕駛計程車之職業司機和抽菸者有明顯正相關性，在控制研究對象組別、年齡、教育程度、抽菸、嚼檳榔和運動習慣後，8-OHdG 濃度與 1-OHP 濃度有顯著正相關性(r＝0.239, p＝0.002) [114]。但這一研究並無空氣採樣的資料，並無從探討空氣中 PAH 與尿液中 1-OHP 之關係。8-OHdG 是一個廣泛被當成活性氧化物種對 DNA 造成氧化傷害的指標，尿液中 8-OHdG 的濃度增加與暴露有毒化學物質如多環芳香烴、吸菸等有關。 8-OHdG 也可用來作為暴露環境中致突變物質之早期生物效應型標記。針對消防人員尿中 8-OHdG 濃度的分析發現，暴露組尿液中 8-OHdG 濃度 14.69±7.96μg/g creatinine 顯著高於對照組 8.77±6.92μg/g creatinine；且有服用維他命習慣者 8-OHdG 濃度 11.06±8.00μg/g creatinine 顯著較低(p=0.04)；抽菸者與非抽菸者 8-OHdG 濃度雖未達統計顯著差異(p=0.554)，但抽菸組 14.43±8.33μg/g creatinine 仍高於非抽菸組 13.67±7.98μg/g creatine。若暴露、對照組依抽菸分層，僅有非抽菸者暴露組 8-OHdG 濃度 14.65±7.75μg/g creatinine 高於對照組 7.91±6.86μg/g creatinine，且有達到統計上顯著差異(p＜0.001)。若將抽菸與作業年數分層，作業年數較高則 8-OHdG 濃度也有較高趨勢而在作業年數 5-10 年吸菸組 8-OHdG 濃度高，於非吸菸組，達到統計顯著邊緣(p=0.068)。若依抽菸及生活習慣分層，發現具有抽菸及喝酒習慣者尿液中 8-OHdG 濃度最高 16.56±8.80μg/g creatinine，此外，具有抽菸及吃檳榔習慣者尿液中 8-OHdG 濃度也高達 18.00±8.01μg/g creatinine，為最低濃度之兩倍 8.88±6.24μg/g creatinine；且有服用維他命者吸菸組 10.01±9.37μg/g creatinine 比無服用維他命者低 15.07±8.08μg/g creatinine，非吸菸者也有相同情形，有服用維他命者濃度 11.38±7.75μg/g creatinine 低於無服維他命者 14.02±7.95μg/g creatinine。當控制年齡、BMI、抽菸及服用維他命習慣後，暴露組尿液中 8-OHdG 26
濃度仍顯著高於對照組(p＜0.001)，且控制其他干擾因子後，服用維他命者尿液中 8-OHdG 濃度則顯著低於無服用者（p=0.039），則隨著年齡每增加一歲則尿液中 8-OHdg 濃度也增加 0.043μg/g creatinine；每增加 BMI 一單位則尿液中 8-OHdG 濃度也降低 0.152μg/g creatinine。另有 Smith 等人的研究中指出吸菸者相較於有暴露二手菸的非吸菸者，其尿液中所排出的 8-OHdG 濃度有顯著較高的情形，吸菸者尿液中 8-OHdG 平均濃度為 4.94 ng/ml，而非吸菸者的平均濃度為 2.60 ng/ml[115]。由於運動所導致耗氧量增加，氧自由基會由粒線體電子傳遞鏈形成，在 DNA 修復層面，DNA 修復酶如人體的 8-oxoguanine DNA glycosylase1 (hOGG1)與 oxidized purine-nucleoside triphosphatase (hMTH1)，會隨耐力運動之後而增加，以對抗氧化 DNA 傷害，增加體內的抗氧化能力[116, 117]。而年齡也是影響 8-OHdG 濃度的因素之一，Cooke 等人指出核苷氧化傷害會隨年齡而在核與粒線體 DNA 累積，使得氧化壓力產物濃度較高[118]。第六節氧化及抗氧化之生物標記探討一、超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）人類身體在正常的情況下，體內的氧化及抗氧化情形會維持一個動態的平衡關係。當體內的自由基或反應性含氧物種過度的被製造出來時，身體會啟動抗氧化機制防止這些物質對體內造成氧化傷害。抗氧化機制包括兩大部分，體內分泌的抗氧化酵素包括超氧化物歧化酶，（Superoxide dismutase）榖胱甘肽過氧化酶、（Glutathione peroxidase）、榖胱甘肽還原酶（Glutathione reductase）及過氧化氫酶（catalase）。第二部分是能幫助體內清除自由基或反應性含氧物種的物質如：維它命 C、維它命 E 及胡蘿蔔素。超氧化物歧化酶（SOD）是一種與金屬離子鍵結的酵素，其半衰期約為 85 個小時[119]，屬於短期效應指標。依照鍵結的金屬種類可分成 Cu, Zn-SOD、 Mn-SOD、Fe-SOD 及 Ni-SOD 四種。超氧化物歧化酶能同時將超氧分子（O2-）氧化 27
還原成過氧化氫與氧分子[120-122]。SOD 可以分成三大類，SOD1、SOD2 及 SOD3。 SOD1 主要儲存在細胞質中的二聚體酵素，分子量為 32 Kd[120]。SOD2 及 SOD3 則是四聚體酵素，SOD2 存在於粒線體中，其分子量為 89 kD[120] 。SOD3 是細胞外的抗氧化酵素，它藉由陰離子聚合物（polyanions）如：heparan sulphate 及 heparin 附著在細胞表面，分子量則為 135 kD[121]。其中 SOD3 與陰離子聚合物的親和力不盡相同完全無親和力的 SOD3 稱為 SOD3A 弱親和力的 SOD3 稱為 SOD3B SOD3C ，，，與陰離子聚合物的親和力最強[123]。 Cu, Zn-SOD 也可稱做 SOD1 主要的來自細胞質及細胞核屬於細胞內的 SOD。，， 1982 年 Marklund 發現血漿、淋巴液及滑液中也含有 Cu, Zn-SOD[121]，所以不管是在細胞內或細胞外都可以測量到 Cu, Zn-SOD 的濃度 SOD3 又稱為 extracellular SOD 。（EC-SOD），它會附著在一些特定的組織上，例如第二型肺泡細胞[124]、血管平滑肌細胞[125]、肺部巨噬細胞[126]及纖維母細胞[127]。血管的 SOD 濃度特別高，其濃度是其他組織的 10 倍之多它與血管壁氧化及抗氧化的情形有著密不可分的關，係。血管組織中大部分的 ROS 是由細胞膜上的 NADPH 氧化酶產生[128]， NADPH 氧化酶會將血液中的氧分子轉換成超氧陰離子，此做用稱 Respiratory burst 。超氧陰離子是為自由基的一種，它可以殺死各種的細菌及外來物質 [129-133]，但對於人體也會造成傷害。 O2-是造成心血管疾病的主要原因之一，除了會攻擊體內的細胞或組織造成傷害外，它也會修飾 NO，使 NO 失去活性而無法維持血管張力[134]。另外 O2-也會與 NO-反應行成過氧亞硝基陰離子（ONOO-），過氧亞硝基陰離子之後會離子化形成過氧亞硝酸並轉換成羥基類自由基與二氧化氮（附錄三）[135]，而過氧亞硝酸和其鹽類會造成脂質過氧化傷害細胞膜，進而導致血管病變[136]。 28
SOD 在血管中扮演了抗氧化的角色，它可以將 O2-轉換成過氧化氫以減緩自由基造成的傷害外，它也可以防止 NO 不受到 O2-的修飾，使 NO 作用在血管壁上讓血管維持張力[135]，降低罹患心血管疾病的風險。二、骨髓過氧化酶（Myelopoxidase, MPO） Peroxidase 是一種含有血基質的酵素，主要的功能是氧化外來物質及藉由帶 2 個電子之離子還原過氧化物。人體內常見的 peroxidase 包括 myelopoxidase、eosinophil peroxidase、lactoperoxidase、uterine peroxidases、salivary peroxidase、Thyroid peroxidase、 prostaglandin H1:2 synthases[137]。Myelopoxidase 的合成開始於骨髓細胞分化前期（promyelocyte）直到骨髓細胞分化完成後 MPO 的合成過程才算結束，其主要存在於，其分子量約為 150 Kd[138-140]，而 MPO 半衰嗜中性白血球中的溶酶體（lysosomes）期約為 72 小時，屬於短期效應指標[141]。許多文獻證實 MPO 在嗜中性白血球殺菌過程中扮演了重要的角色[132, 142, 143]。當微生物進入到體內後，嗜中性白血球會穿過微血管壁後進行吞噬作用，此時嗜中性白血球會釋 myelopoxidase 到細胞外催化過氧化氫 2O2）（phagocytosis）（H 。另外一部分 HOCl 也會與呼吸爆發（respiratory burst）及氯離子形成次氯酸鈉（HOCl）作用產生的超氧分子 O2¯反應形成更強氧化性的 OH¯，接著 HOCl 與 OH¯會氧化微生物上可氧化的地方如不飽和脂肪酸、硫醚基、血紅素[144]，進而導致微生物中斷細胞膜上電位傳輸[145]、使腺苷酸能量耗盡[146]、阻斷 DNA 合成[147]等作用達到殺菌效果。受 MPO 催化形成之次氯酸及反應性含氧物種具有高反應特性能清除外來物質，及微生物，但是它們不具專一性，所以也可能傷害宿主本身的組織或細胞[137]。有研究發現 MPO 與腎臟傷害[148]、肺部傷害[149]、惡性腫瘤[150-153]、心血管疾病 [154-157]、阿茲海默症、腦血管栓塞、帕金森氏症皆有相關。文獻指出 MPO 與動脈粥狀硬化有關，其原因可能是當身體處於發炎狀態時，LDL 會受到 MPO 產生之次氯酸氧化形成氧化態的 LDL（OxLDL），這些 OxLDL 會受到巨 29
噬細胞吞噬轉變成泡沫細胞（foam cell）並累積在血管內膜中，進而造成斑塊的形成 [158-160]。另外一個機制是次氯酸也可能會修飾 HDL 上的脂蛋白元 A-I apolipoprotein （ A-I）[161]，使 HDL 攜帶膽固醇的能力降低。除了脂蛋白元 A-I 會受到修飾之外，Hazen 等人發現次氯酸也會修飾 ABCG1、SR-BI 和被動擴散等功能受損，降低 HDL 清除泡沫細胞及肝臟分解 HDL 的效果[161]。另外 Wu 等學者發現次氯酸會使 LCAT 酵素失去活性，使膽固醇無法轉換成膽固醇酯類，導致 HDL 無法運回肝臟分解[162]。三、榖胱甘肽過氧化酶（glutathione peroxidase, GPx）榖胱甘肽過氧化酶是一種含硒元素的抗氧化酵素，這個酵素利用被還原的榖胱甘肽作為電子供體（electron donor）將過氧化氫或過氧化氫有機物轉換成水或其相對應之醇類。此酵素可分成四類 GPx-1 至 GPx-6，GPx 酵素主要儲存在細胞內的細胞質、細胞核、粒線體或是附著在細胞膜上[163]。體內的組織中 GPx-1 的含量最多[164-168]，它本身不僅具有抗氧化作用其結構中所含的硒元素也有對抗急性或激烈的氧化壓力[164, ， 169]。文獻顯示血管中 GPx-1 的表現與心血管疾病有關(Kobayashi et al., 2002)。血漿中的同半胱胺酸（homocysteine）被認為是心血管疾病的危險因子之一，其濃度上升會促使體內 ROS 的產生，而 GPx-1 能降低同半胱胺酸的濃度，減少 ROS 的產生，保護血管壁上的內皮細胞或組織[170]。第七節睡眠品質之探討一、輪班工作的定義輪班工作的定義有幾種：輪班工作為有一半以上的工作量必須在早上八點到下午五點的正常工時之外完成的工作型態[171] Benjamin 對輪班工作的定義是任何；工作時間表有一半以上的時間不在上午八點到下午四點之間；勞工安全衛生研究所的定義是開始工作時間不在上午七點至九點之間或一件工作是由數人於不同時間 30
分別負責者稱之[172]。而消防人員執勤時有一半時間不是在上午八點到下午四點範圍內，且工作內容是有其他人於不同時間分別負責，將其定為輪班者。二、輪班工作的類型依台灣勞工安全衛生研究所的分類可分為下列幾種不同類型：(一)固定式輪班(Permanent shift)：工作者於固定的時段內上班，從事早班、晚班或夜班工作，如常日班、常夜班；(二)換班式輪班(Rotating)：工作人員依某種順序，輪上不同班別，通常同一班別連續工作五天內輪調者，屬於快速輪調（Rapid Rotation），五天以上輪調，屬於慢速輪調（Slow Rotation）；(三)變形輪班(Oscillating)：輪班工作者輪值的班別僅兩班制，早班及晚班或是晚班及大夜班；(四)分割式輪班(Split shift)：利用幾個小時的休息間隔，將工作者的工作時間分割成為不同區段；(五)隨機輪班(Relief shift)：與分割式輪班類似，但此類工作性質為非正式型態。高雄市政府消防局於 100 年考察西雅圖消防部人力資源管理與救護制度提出，消防人員是屬於第一類型固定式輪班[173]。三、輪班與睡眠品質相關探討睡眠幾乎佔了人生的三分之ㄧ，擁有好的睡眠品質才能使身體機能獲得良好的修補根據台大醫院精神科過去所發表的國內首份睡眠調查結果顯示國內 15 歲。，以上人口，約有 12%有睡眠問題，推估全台有超過 200 萬人口有睡眠問題，其中，睡眠不足占 9.3%，其次為入睡困難者，占 5.5%，睡眠中斷占 3.4%，清晨早醒占 3.3%[174]。許多睡眠學研究學者定義了睡眠品質不良的客觀指標，認為睡眠品質不良的特徵包括：(1)睡眠效率差(睡眠時間.臥床時間)、(2)覺醒時間長、以及(3)REM 與深眠減少等三項[175]。Cohen 等人則定義下列其中任何一項睡眠困擾的發生即為睡眠品質不良：(1)睡眠少於 6 小時; (2)入睡潛期(sleep latency, 指躺床到入睡)大於 30 分鐘、以及(3)夜裡醒來超過 3 次。 31
國內一對輪班制護理人員的睡眠進行之研究統計結果顯示，有九成受訪者覺得不能安穩入睡；四成曾服用鎮靜劑幫助睡眠。在睡眠品質方面，75.5%的人認為上白天班後的夜間睡眠品質最好；85.7%的人認為上大夜班後的日間睡眠品質最差 [176]。以多項睡眠檢查結果來看，大夜班後的日間睡眠時間比白天班後的夜間睡眠時間短，睡眠效率差，快速動眼期百分比減少，入睡潛期時間縮短。勞工安全衛生研究所與台北醫學大學於民國 85 年曾針對紡織廠中年齡為 20-45 歲之換班式輪班工作人員(三班制，每週換班)及常日班工作人員，以修改後之匹茲堡睡眠品質量表(PSQI)來評估睡眠品質。匹茲堡睡眠品質評量表是測量自覺的睡眠品質與白天想睡情形。問卷中包含入睡潛期、睡眠期間、安眠藥物使用、白天功能障礙、主觀睡眠品質、睡眠效率及睡眠障礙共 7 個向度之評量，每一項以 0~3 分做計分標準，0 分表示沒有問題，3 分表示問題嚴重，睡眠品質綜合指數為 0~21 分，總分 7 分以上表示睡眠品質不佳。結果顯示，常日班組及換班式輪班組在此 7 大評估項目之各別平均值在統計上均無顯著性差異，且睡眠總分平均值分別為 4.59 及 5.36 分，表示換班式的輪班工作人員比常日班工作者有稍稍較差的睡眠品質，但兩組均未達到睡眠品質不良的程度，統計上也未有顯著性差異。此外，在身心狀況評估方面，換班式輪班人員「會因擔心工作壓力而睡不著」的比例也稍高於常日班工作人員，且顯著地較易「在工作時容易感到精神緊張」[177, 178]。若針對固定輪班制的勞工進行睡眠品質評估調查，發現常晚班的勞工比起常日班及常夜班者有較佳的睡眠品質[179]。另外對影響勞工睡眠品質之原因尚包括工作壓力、工作小組間之衝突、工作滿意度、情緒消沈、同事支持度等，是影響勞工睡眠品質的主要因素[180-182]。 32
第八節疲勞之定義與及相關文獻一、疲勞之定義疲勞可分成急性與慢性，急性疲勞為執行特定職務時發生並且經過休息之後就會消失，慢性疲勞則定義為持續累積並且發生於個體暴露在一個或多個壓力源之中無法得到充足機會回復之過程[183]，慢性疲勞相對於急性疲勞較不容易恢復且不發生於特定的職務，以往對減輕急性疲勞有幫助之補償作用在慢性疲勞上也沒有任何效益 [184]。疲勞，為一種主觀之感受，在過去被認為是無法客觀測量並且沒有統一之診斷標準的[185]，疲勞包含生理、心理、情緒、行為、認知等多樣化的感受及症狀 [186]；疲勞的概念被廣泛運用在各學門，但至今仍沒有統一的定義描述 [187]，早期認為，疲勞為一種壓力之反應，個體之內在資源耗盡造成身心疲勞與虛弱[188]，亦有學者將疲勞定義為在過度及長期之壓力下，造成生理以及心理上精疲力竭的狀態[189] 研究指出，造成疲勞之原因是非常多元的，與疲勞相關因素之研究包含了很多面向，像是內分泌失調以及肥胖等生理因素為工作疲勞之重要影響因素；另外也有許多探討社會心理因子對疲勞影響之研究，其中包括了家庭、工作特質、壓力等面向[190]。而與工作疲勞有關之症狀表現事實上是也十分多元的，最嚴重的包括急性心肌梗塞猝死以及常見的心血管疾病，更多的還有肌肉骨骼症狀、免疫系統疾病、心理疾病以及各種身心症狀 [187]；而研究更指出，疲勞與工作壓力、工作時數、工作負荷量等工作特質相關，顯示了長期工作壓力累積可能造成更普遍的疲勞症狀[191, 192]。二、疲勞之相關研究在 1986 年，Chen 等人在以美國一般勞動人口為研究對象之流行病學研究中發現，疲勞與心理因子，例如：沮喪、焦慮、情緒壓力等之間有顯著的的正相關性，也就是說當這些心理因子之程度越大時，自覺疲勞感也越大；另外此研究中也發 33

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消防工作人員健康危害評估研究

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