引言

随着近些年来世界范围内对冷空气引发心脑血管疾病的关注和研究(Analitis et al, 2008; Kysely et al, 2009; 张书余等，2013；张夏琨等，2014)，冷空气已被公认为是造成心脑血管疾病发病率和死亡率增加的重要危险气象因素。张书余等(2010)研究指出，不论冬半年还是夏半年，中国长春市气压和气温的大幅变化都易引起冠心病复发，较大幅度的气压升高、气温下降对脑出血、脑梗塞不利，高血压主要与气压的波动、相对湿度关系较为密切。急性冷刺激能够引起人体血压的收缩压升高20 mmHg以上(Zhang et al, 2014; Caicoya et al, 1996; Marchant et al, 1993)，而短暂的低温刺激也能引起人类和动物血压的迅速增加(Luo et al, 2012; 2014)。许多流行病学研究结果提示在寒冷季节里低温可能会最终造成高血压疾病(Arjamaa et al, 2001)，并导致中风及心梗等高血压相关心脑血管疾病(Sun et al, 2003; Scriven et al, 1984; Dzau, 1994)的发生。血脂代谢紊乱是心脑血管疾病的主要危险因素(吕天越等，2010)，高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)为血清蛋白之一，它具有抗动脉粥样硬化功能，其水平的升高可降低发生心脑血管疾病的风险。目前已有研究资料显示，HDL-C每升高0.026 mmoL·L^-1，可以使冠心病危险性下降2%(男性)或3%(女性)(李艳等，2007)。而甘油三酯(TG)与HDL-C作用不同，它升高可造成“血稠”，即血液中脂质含量过高导致的血液黏稠，可增加发生心脑血管疾病的风险。低密度脂蛋白(LDL)在动脉粥样硬化形成期，可通过氧化损伤内皮细胞及平滑肌细胞发动和维持血管壁的炎症反应，使动脉粥样硬化得以发展，同时，使过多的炎性细胞聚集，还可通过促进炎性介质分泌来加重炎性反应，从而加重动脉粥样硬化。另外，吴永志(2008)研究指出，载脂蛋白A1(ApoAl)降低和载脂蛋白B(ApoB)升高可作为当前心脑血管疾病最有价值的危险性预测指标。血清肌红蛋白、心肌肌钙蛋白Ⅰ和血管内皮素-1都是反映心肌损伤的血清标志物。肌红蛋白是唯一存在于心肌的收缩蛋白，对心肌坏死或损伤有高度敏感性和特异性，由于它在血中含量低，只要有少量的心肌坏死，血中浓度就会快速升高(杨正志等，2009); 心肌肌钙蛋白Ⅰ具有高度特异性，无论是对心肌损伤的特异性还是敏感性，均是目前最好的标志物(Giannitsis et al, 2008)，正逐步成为急性心肌梗死的诊断金标准。模拟冷空气对大鼠冷刺激表明(Luo et al, 2012; 2014)，均可以导致大鼠血脂四项甘油三脂、血清总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇及血黏度等危险因子发生显著变化。那么在冷空气发生发展的过程中是否对人群的影响也是具有类似的结果呢？本文以2013年4月发生在甘肃省张掖市的一次中等强度冷空气(司东等，2014)为实验实例进行了研究，甘肃省张掖市地处中国北方，气候类型复杂，天气多变，温差较大。它是中国西北方冷空气东移南下的必经咽喉要道，每年影响我国约95%的强冷空气会从甘肃省经过。恶劣的天气条件会对当地居民生活和身体健康造成很大的影响，尤其是对心脑血管疾病患者带来更大的威胁。在本次中等强度冷空气对人群心脑血管影响实验过程中，分别检测了冷空气过境前、过境期间和过境后心脑血管疾病病人和健康人的血脂、肌红蛋白、全血黏度、心肌肌钙蛋白Ⅰ等生化指标水平，分析其在冷空气过境前、过境期间和过境后的变化，探讨冷空气活动对人群心脑血管疾病危险因素的影响。

1 材料与方法 1.1 研究地点

选择没有工业污染、空气质量符合环境空气质量二级标准、空气洁净度良好、天气多变、温差较大的西部和西北部冷空气南下必经之处的甘肃省张掖市(38.9°N、100.43°E)作为研究地点。

1.2 研究对象

采用随机整群抽样的方法，选取张掖市人民医院为监测点，查阅距监测点半径1000 m范围内、年龄在40~70岁的居民健康档案，经健康筛查及血液学检查无器质性疾病的心脑血管病人，于现场研究前，发放调查问卷，选择无烟酒嗜好，近3天未服用心脑血管疾病药物的患者70例，同时按相同入选条件选择40~70岁的健康人(身心健康，近期未患各种疾病)70例作为对照。在2013年4月26—29日期间，参加实验的志愿者，每天上午到张掖市人民医院集中，工作人员对纳入实验的人群每天进行问卷调查，问卷内容包括身体状况、饮食、服用药物、活动范围等情况，尽量排除混杂因素，保持病例组和对照组相同的暴露史，同时按实验方案要求进行各种检验。实验过程中放弃依从性差(未按时采血、测量血压)及不符合条件(服用了各种药物、精神受到刺激及患了流行性感冒等疾病)者，最终数据来自全程严格执行实验条件的心脑血管疾病病人30例(男16例，女14例)，健康对照40例(男24例，女16例)。心脑血管疾病入选主要包括脑血栓、脑溢血、心肌梗塞、冠心病、高血压。

测定指标：血脂(HDL-C、TC、TG、LDL-C、VLDL-C、ApoA1和ApoB)、全血黏度、肌红蛋白、心肌肌钙蛋白Ⅰ、血管内皮素-1等生化指标。

样品采集：于冷空气过境前24 h(4月26日上午)、过境时(气温降至最低，4月28日07:00—08:00) 和过境后24 h(4月29日上午)分别采集空腹肘静脉血各5 ml，样品均收集至无抗凝剂真空采血管内，于3000 r·min^-1离心后，血清于-80℃冻存。

测定方法：各类生化指标采用酶联免疫吸附(ELISA)双抗体夹心法检测，即用纯化的样本抗体包被微孔板，制成固相抗体，再加入待测样本及酶标试剂，形成抗体-抗原-酶标抗体复合物，经过洗涤加入显色剂，然后在450 nm波长下测定吸光度，计算待测样本浓度。利用含枸橼酸钠真空采血管收集血液用于血黏度的测量，利用血流变仪(LGR80，Steellex，中国)对收集到的血液样本进行切变率的WBV测定。ELISA试剂盒由美国R & D公司生产，西安科昊生物工程有限公司分装。酶标仪由奥地利TECAN公司生产，检测由兰州大学医学实验中心完成。

气象资料：本次人群实验研究在甘肃省张掖市2013年4月27—28日的一次冷空气活动时进行，冷空气过程的资料，包括气温、气压等逐时监测数据，资料和冷空气过程预报由兰州中心气象台提供。冷空气类型按中央气象台2006年制定的中国冷空气等级国家标准GB/T20484—2006确定。

1.4 统计学方法

应用SPSS13.0软件进行数据统计分析，病例组和对照组的性别和年龄构成采用卡方检验方法，不同时间、组别和性别的血液指标数据(主要包括全血黏度、全血还原黏度和血浆黏度)采用随机区组设计的双因素方差分析法，病例组与健康组检验采用两独立样本比较的Mann-Whitney U检验，冷空气过境前中后指标(主要包括血脂七项，心肌损伤血清标志物)比较采用单因素方差(One-Way ANOVA)进行差异检验分析，两组比较采用Wilcoxon两相关样本检验，以上检验水准均取α=0.05。

2 结果分析 2.1 冷空气的变化分析

由表 1可见，张掖市2013年4月26日最低气温为16.2℃，28日为8.8℃, 48 h最低气温下降了7.4℃，中国冷空气等级国家标准(GB/T20484—2006) 规定，某地日最低气温48 h内降温幅度大于或等于6℃但小于8℃的冷空气，为中等强度冷空气，此次冷空气符合中等强度冷空气标准，属于一次中等强度冷空气过程。此次冷空气过程从27日06时开始影响张掖，最低气温出现在28日07时，28日23时冷空气过程结束。

2.2 实验人群的基本情况分析

按规定的要求，参加4月26—29日中等强度冷空气实验的人群基本情况(表 2)是，病例组为30例，性别比为1:1，平均年龄为59岁，其中脑血栓6例、脑溢血2例、冠心病12例、高血压10例；对照组40人，性别比为3:2，平均年龄为55岁。病例组和对照组的性别和年龄构成差异无统计学意义(均P＞0.05)。

从性别上对血脂(HDL-C、TC、TG、LDL-C、VLDL-C、ApoA1和ApoB)、全血黏度、肌红蛋白、心肌肌钙蛋白Ⅰ、血管内皮素-1等生化指标进行了对比分析，结果表明：无论是病例组还是对照组在冷空气过境时与过境前的变化基本上不存在统计学差异(P＞0.05)。

2.3 全血黏度的变化

由表 3可知，对比分析冷空气过境时与过境前全血黏度的变化，病例组的全血黏度低切、中切和高切值分别比过境前上升了1.4、0.9和0.0 mPa·S，对照组分别上升了3.6、1.3和0.0 mPa·S。病例组和对照组的全血黏度低切和中切值显著高于冷空气过境前(P＜0.05)，但高切值无显著变化。同一时间病例与对照组比较，冷空气过境前病例组的全血黏度低切、中切值显著高于对照组(P＜0.05)，冷空气过境时对照组的全血黏度低切值显著高于病例组(P＜0.05)，其他指标两组均无显著性差异。

如表 4所示，比较冷空气过境时与过境前的变化，病例组的全血还原黏度低切和高切值分别上升了1.7和0.9 mPa·S，对照组的分别升高了0.9和0.6 mPa·S，病例组低切和高切值均显著高于冷空气过境前(P＜0.05)，对照组的低切值显著高于冷空气过境前(P＜0.05)，全高切值无显著变化。

冷空气过境前，病例组和对照组的血浆黏度分别为1.5和1.4 mPa·S；冷空气过境时，病例组和对照组的血浆黏度均为1.4 mPa·S，与冷空气过境前无显著差异(P＞0.05)。

同一时间病例与对照组比较，冷空气过境前两组各指标均无显著性差异，过境时病例组的全血还原黏度低切和高切值显著高于对照组(P＜0.05)。

由上分析结果可知，冷空气过境前和过境时，心脑血管患者和健康人的全血黏度低切和中切、全血还原低切和高切均显著升高，表明冷空气对心脑血管患者和健康人的血液流变学均产生了不同程度的影响，血流流动性和黏度发生了变化，使血液处于高凝、高聚和高黏状态，与心血管病的发生、发展有密切关系。说明冷空气过境时所形成的特殊气象条件，对血液的流动性产生了影响，是造成心脑血管疾病发病的主要危险因素之一。

2.4 血脂检测结果分析

如表 5所示，冷空气过境时病例组血清TC、TG、LDL-C、VLDL-C和ApoB分别比过境前上升了0.23、0.34、0.15、0.16和0.06 mmol·L^-1, HDL-C、ApoA1和ApoA1/ApoB则分别下降了0.03、0.05 mmol·L^-1和0.14。冷空气过境后TC、TG、LDL-C、VLDL-C和ApoB的含量均下降，其中除TC以外其余各指标数值均比冷空气过境前高。HDL-C继续下降了，与冷空气过境时相比，下降值为0.04 mmol·L^-1。ApoA1稍有上升，但仍比冷空气过境前低；对照组血清TC、TG、LDL-C、VLDL-C和ApoB在冷空气过境时比过境前分别上升了0.06、0.02、0.07、0.09和0.05 mmol·L^-1，HDL-C、ApoA1和ApoA1/ApoB则分别下降了0.02、0.08 mmol·L^-1和0.13。冷空气过境后，对照组所有7个血脂生化指标与病例组有相同的变化。病例组冷空气过境时TG、VLDL-C、ApoA1、ApoA1/ApoB、过境后HDL-C与过境前相比具有显著性差异，对照组冷空气过境时ApoA1、ApoA1/ApoB、过境后TG与过境前相比具有显著性差异，病例组在冷空气过境时ApoA1/ApoB与对照组同时刻相比具有显著性差异，剩余的病例组和对照组血脂指标的变化均无显著性差异。此结果显示，冷空气对HDL-C、ApoAl、TG、VLDL-C及ApoA1/ApoB均有显著的影响，因此可推断，冷空气对HDL-C、ApoA1、TG、VLDL-C及ApoA1/ApoB的影响可能是造成心脑血管疾病的主要危险因素之一。

2.5 心肌损伤的血清标志物实验结果分析

如表 6所示，在冷空气过境前、中、后三个时段，病例组和对照组的肌红蛋白的平均水平发生了显著变化(P＜0.05)，呈正增长的趋势。其中与过境前比较，病例组过境中和过境后的肌红蛋白分别升高了124.5和644.1 ng·L^-1，对照组过境中和过境后的肌红蛋白分别升高了163.2和768.3 ng·L^-1。与过境时比较，病例组过境后的肌红蛋白升高了519.6 ng·L^-1，对照组过境后的肌红蛋白升高了605.1 ng·L^-1。无论是病例组还是对照组过境后的肌红蛋白与过境前、过境中比较，均存在显著差异(P＜0.05)，而病例组和对照组在冷空气活动同一时期的肌红蛋白统计均无显著性差异(P＞0.05)。

如表 6所示，在冷空气过境前、中两个时段，病例组和对照组的肌钙蛋白Ⅰ的平均水平稍有增长，但无显著差异(P＞0.05)，其中与过境前比较，病例组和对照组过境中的肌钙蛋白Ⅰ分别升高了1.2和4.0 ng·L^-1。病例组过境后的肌钙蛋白Ⅰ与过境前和过境中比较，呈正增长，分别升高了306.5和305.3 ng·L^-1，对照组过境后的肌钙蛋白Ⅰ与过境前和过境时比较，呈正增长，分别升高了197.1和193.1 ng·L^-1。病例组过境后的肌钙蛋白Ⅰ与过境前、过境中比较，均存在显著差异(P＜0.05)，而对照组过境后的肌钙蛋白Ⅰ与过境前、过境中比较，无显著性差异(P＞0.05)。在冷空气活动同一时期的肌钙蛋白Ⅰ，病例组和对照组统计均无显著性差异(P＞0.05)。

如表 6所示，在冷空气过境前、中、后三个时段，各组的血管内皮素-1的平均水平均发生了明显的变化，均具有显著性差异(P＜0.05)，过境中与过境前比呈正增长，病例组和对照组分别增长了58和52.7 ng·L^-1，过境后与过境前和过境中比呈负增长，其中病例组分别减少了67.8和125.8 ng·L^-1，对照组分别减少了69.4和122.1 ng·L^-1。在冷空气活动同一时期的血管内皮素-1，病例组和对照组统计均无显著性差异(P＞0.05)。

如上分析结果表明，在冷空气过境时和过境后肌红蛋白、肌钙蛋白Ⅰ表现为持续升高，而且在病例和对照人群中呈一致性趋势，可能的机制是冷空气活动所形成的特殊气象条件，特别是温度的短时间急剧变化，Zhang等(2014)研究指出可引起人体产生应激反应，致使去甲肾上腺素和血管紧张素Ⅱ显著增加，冠状血管收缩，血脂升高(Bin Luo et al, 2014)，使心脏供血及循环负荷加重(Seltenrich, 2015)，损害心肌细胞(Bin Luo et al, 2012)，而且这种损害在冷空气过后的短时间内不能及时恢复，从而导致肌红蛋白和心肌肌钙蛋白Ⅰ浓度持续升高。病例组和对照组人群的血管内皮素-1浓度在冷空气过境时明显升高，在过境后出现回落并低于过境前，Luo等(2014)通过模拟不同强度冷空气对高血压大鼠影响的实验，表明血管紧张素Ⅱ在冷空气过境时明显升高，过境后出现明显回落，刘玉等(2005)研究指出血管内皮素-1与血管紧张素Ⅱ存在相互促进提高的活性的正反馈调节机制，因此血管内皮素-1出现了血管紧张素Ⅱ类似的变化特征。冷空气过境前、过境时和过境后两两比较，病例组血管内皮素-1水平差异有统计学意义，但对照组在冷空气过境前和过境时差异无统计学意义，提示冷空气活动会影响到血管内皮素-1的变化而对心脑血管系统造成影响，且不同人群(病例和对照)对冷空气形成的气候环境产生应激的时间、程度及结果不尽相同，从而使相应的检测指标有所差别。冷空气活动对病例组血清3项指标的影响较为显著，说明冷空气过程对心脑血管患者的影响强于健康人，可能因为患者对冷空气活动产生的特殊天气较为敏感，患者在接触冷空气后各生化指标在短时间内会出现变化，容易加重心脑血管疾病病情和发生意外，对于同一个年龄阶段的人群而言，健康人的各项生理指标变化不明显、变化比较滞后或个别指标不变化，可能因为机体对抗外界环境变化的适应能力较强。

3 讨论与结论

(1) 受冷空气影响可以使心脑血管患者和健康人的全血黏度低切和中切、全血还原低切和高切均显著升高，使血液处于高凝、高聚和高黏状态，说明冷空气过境时所形成的特殊气象条件，对血液的流动性产生了影响，这些可能是造成心脑血管疾病发病，反映血液黏稠度的主要危险因素指标。

(2) 受冷空气影响，无论是心脑血管患者还是健康人TC、TG、LDL-C、VLDL-C和ApoB呈上升趋势，HDL-C、ApoA1呈下降趋势，其中仅有心脑血管患者血清TG、VLDL-C呈显著上升，HDL-C、ApoA1呈显著下降，健康人仅有TG呈显著上升，ApoA1呈显著下降。可见冷空气对心脑血管患者影响比健康人更显著。血液中TG含量过高可导致血液黏稠，HDL-C显著下降和VLDL-C升高，可使动脉血管硬化进一步加重。Scriven等(1984)研究指出ApoA1下降、ApoB升高可增加发生心脑血管疾病的风险。这些可能是造成心脑血管疾病发病，反映动脉血管硬化程度的主要危险因素指标。

(3) 受冷空气影响，无论是冷空气发生时还是影响结束后，肌红蛋白和肌钙蛋白Ⅰ均呈持续升高，说明冷空气对他们的影响有滞后性。受冷空气影响心脑血管疾病患者和健康人的血管内皮素-1浓度在冷空气过境时显著升高，血管内皮素-1升高可使动脉血管迅速收缩，容易导致心脑血管梗塞，肌红蛋白和肌钙蛋白Ⅰ的持续升高可标志心肌细胞受损，这三项结果可能是反映动脉血管收缩和心肌细胞受损程度，造成心脑血管疾病发病的主要危险因素指标。

综上所述，冷空气刺激可以使血管紧张素系统激活，导致血管内皮素-1显著升高、冠状血管收缩、心肌缺血，致使缺血性心脏病发生或加重；冷空气刺激可以使机体代谢紊乱，导致血黏度及血脂升高，加剧动脉血管硬化及血栓发生，致使冠心病发生或加重，甚至导致心肌梗死或使患者死亡，同时冷空气还可以导致肌红蛋白和肌钙蛋白Ⅰ均呈持续升高，肌红蛋白和肌钙蛋白Ⅰ是医学界公认的心肌损伤标志物，因此冷空气可以引起心肌受损和心血管内皮发生炎症，进一步加剧了冠状动脉血管硬化，使心血管疾病发生、加重甚至导致患者死亡，综上实验结果充分证明了冷空气对心血管疾病影响的机理。