人體空氣清淨機 探討2014年台灣舉辦全馬路跑活動時的大氣PM2.5是否適合運動

台大公共衛生學院：公共衛生觀點與展望課程 期末海報 製作者：錢建文、林虹汝、席鼎恩、陳岱廷、施雅芝、黃詩茹
背景：  全球疾病負擔（Global Disease Burden）研究顯示，健康行為與環境危害因子為多數現代國家的重要健康決定因子：缺乏運動（Physical inactivity）是許多文明病最重要的危險因子之一；細懸浮微粒（ PM 2.5）空氣污染造成每年數百萬人提早死亡（Premature death）。 PM 2.5有長期健康危害效應，已經被國際癌症研究署（IARC）認定為第一級致癌物。根據過去的研究 1，長期暴露於 PM 2.5，會增加肺腺癌與心血管疾病的風險。且由下圖可知，當 PM 2.5濃度在12μg/m 3以下， PM 2.5造成肺癌之劑量與反應之間仍存在著直線關係： 

（圖片出處：參考資料1） PM 2.5亦有短期健康效應。根據一項大規模研究顯示 2，當 PM 2.5的濃度每上升10μg/m 3，在隔天就會增加全死因、呼吸道疾病死因、與腦中風死因的風險。

  （圖片出處： 參考資料2） 由於上述與許多的研究結果，美國環保署建議當 PM 2.5濃度達到35μg/m 3以上時，高敏感族群（已知有心血管疾病風險、心血管疾病史、或肺部疾病等；或為兒童、老人、孕婦等），應該減少戶外運動；當濃度達到55μg/m 3以上時，一般人若會感受到不適，也要減少戶外運動。

（資料來源：台灣健康空氣行動聯盟）
台灣在近幾年來，路跑風氣逐漸盛行，每一年在各地都會舉辦許多大規模的路跑運動。2015年在彰化田中舉辦的路跑活動中，有一位選手中暑後需要插管治療。運動有益健康，但是在高濃度的 PM 2.5 之下運動卻會吸入大量有害物質，造成疾病風險的增加。台灣舉辦路跑活動時空氣品質狀況如何？要怎麼在運動有益健康的同時，又不被空污傷害？就是我們這次研究想要探討的主題。

方法： 1. 統計路跑資料： 由全台灣最大的運動網站「運動筆記」3中，搜尋並統計2014年全台灣舉辦的路跑活動。由於活動很多，我們集中於全馬（42.195公里）的活動。蒐集的資料包括：舉辦地點，時間，參加人數上限，路跑時間上限，與起跑時間。 由於部分資料並不完整，我們作了以下假設：當人數沒有註明時，假設1000人；當起跑時間點沒有註明時，假設6：30開始。而網站上缺乏的資料，我們作了以下假設：假設全部報名額滿，假設全部報名者都在路跑時間上限時跑完。做以上假設符合在風險評估時所選擇的最壞情境 （worst scenario）精神。
2. 蒐集路跑活動時的PM2.5空污資料 由環保署網站資料，查詢路跑時間中最接近路跑地點的空氣品質監測站的 PM 2.5數值，以路跑活動中的各小時值之和除以小時數，作為當次路跑活動時的 PM 2.5平均濃度。 根據過去研究結果，我們將 PM 2.5的濃度（μg/m 3）作以下分類：良（≤12），低（1270）。

（資料來源：台灣健康空氣行動聯盟）

3. 計算全年全馬運動選手所吸入的PM2.5總量
假設成人運動時的潮氣容積（tidal volume）為60L/min，則某場全馬路跑所吸入的 PM 2.5質量（μg）為：路跑人數X 路跑時間（min） X 60 （L/min） x  PM 2.5平均濃度（μg/m 3） ÷ 1000。2014全年全國全馬吸入總 PM 2.5質量即為當年每一場全馬的總和。
結果： 2014年總共辦理122場42公里（ 不包含鐵人三項）的路跑活動，參與者約二十二萬八千人；大多在早上舉辦，8場在下午或傍晚舉辦。56%的賽事舉辦時暴露在低程度的 PM 2.5 濃度，23%為良程度，但仍有5%活動使參加者暴露到高程度與紫爆的風險中。（表一）

	紫	高	中	低	良	總共
場次	2	4	19	69	28	122
百分比	2%	3%	16%	56%	23%	100%

表一：  PM 2.5分類場次數與百分比。 PM 2.5濃度（μg/m 3）分類：良（≤12），低（1270）。
探討各空品區舉辦路跑活動與 PM 2.5的關係。以環保署的空品區分類來看（圖二），在各空品區中，辦理路跑活動以北部為多（32場），低程度占78%；第二為中部空品區（22場），低程度占77%。以花東及宜蘭空品區 PM 2.5濃度最低，其辦理場次較少（花東15場，宜蘭6場），舉辦全馬路跑時的平均 PM 2.5濃度最低，分別為9.5μg/m 3及10.6μg/m 3。
高程度的場次聚集在竹苗、雲嘉南和高屏等三個空品區。全年紫爆的2場次，分別位於雲嘉南和高屏地區。2014年1月雲嘉南空品區出現 PM 2.5濃度最高的路跑賽事（83.1μg/m 3），其次為高屏空品區分別在1月和12月出現 PM 2.5濃度為63.10μg/m 3及64.29μg/m 3的全馬路跑。
  圖二： 2014年各空品區舉辦全馬路跑活動時在不同PM2.5濃度下的次數分布圖。
為探討台灣各空品區適合舉辦路跑的月份，根據環保署的資料，製作成圖三。由圖可知台灣西部各區皆有類似的趨勢：夏天比較低，秋天以後逐漸升高。尤其一月時雲嘉南出現最高值，其次為一月及十二月的北部地區。  
圖三：2014各空品區PM2.5月平均濃度走勢圖。  
圖四：各區各月份舉辦之場次分布
根據方法3所設計的公式，假設每場全馬路跑的參加人數等同限制人數，而路跑時間等同時限，以每人平均潮氣容積為60 L/min，則一場全馬路跑所吸入的 PM 2.5總質量（mg）為：  


圖五：各空品區、各月份PM2.5累積吸入量。
2014年參與全馬路跑的跑者，在路跑中共吸入5.23 x 109公升的空氣，其中含有132.6公克的細懸浮微粒。所吸入的 PM 2.5總累積量，以12月為最高、3月為次高，分別占全年總量的22.8%、16.3%。其中又以雲嘉南、中部地區的貢獻量最多。各月份累積 PM 2.5吸入量的趨勢，大致與 PM 2.5的平均濃度相同。
雖然北部空品區內路跑賽事最多，但因為 PM 2.5月平均濃度相對低，而使得累積吸入量較低。花東及外島地區因為場次少，且 PM 2.5平均濃度又低，參加這些賽事的路跑者吸入 PM 2.5的量相對低許多。      整體而言，冬、春兩季的 PM 2.5平均濃度較高，然而賽事舉辦的場次和參加的人數也較多，因此導致 PM 2.5累積吸入量較高。

圖六：供品區各月份累積PM2.5吸入量
討論： 由於學者研究結果、聯合國的重視、中國「穹頂之下」紀錄片的上映、台灣媒體的報導、與中南部每年年底空污的「紫爆」體驗，國人越來越清楚與重視 PM 2.5空氣汙染的議題；因此我們以此當作主題探討空品與路跑的相關性。 根據我們的研究，發現2014年全馬運動中，舉辦時的 PM 2.5空氣品質屬於良（≤12）的有23%，屬於低（121， PM 2.5在濃度12以下仍有致癌效應。然而根據美國環保署的建議，濃度在35μg/m 3以上才建議高風險族群不要外出運動。假設參加路跑者皆非高風險族群，則2014年近80%的全馬路跑活動皆符合運動標準。然而在舉辦路跑的同時，許多活動也同時搭配了其他短程的路跑，是否高風險族群比較會參加短程的路跑？則有此可能。根據短期健康效應的研究 2，每增加10單位，在空污的隔日就可看到健康效應。例如當濃度為30時，雖然小於35，但仍舊比10多了兩個10，理論上就可能有健康風險。因此在路跑時，細懸浮微粒的濃度還是越低越好。 2014年有五場全馬拉松舉辦時的 PM 2.5濃度超過55.5μg/m 3。與過去的空污趨勢相同，這五場都集中在台灣西部的中南部地區。從全部的場次來分析，也得到相同的結果。以西部地區來看，大台北地區舉辦路跑活動的場次中， PM 2.5空品屬於良的比例最大，中部其次，南部則屬於中度的比例最多。從健康平等與環境正義的角度來看，空氣污染不但造成了健康不平等，也讓人們為了爭取健康所做的運動的努力，再度暴露於健康危害的風險之下。
如何能同時獲得運動利益，又可以避免空氣污染造成的健康風險？選擇路跑的時間很重要。台灣西半部地區不同的空品區都有一項共同特色，就是夏天是相對較好的季節。由於大氣流動不佳，到了秋天之後， PM 2.5會「紫爆」的機會就會大幅上升。因此以空氣品質的角度來看，夏天是比較合適舉辦路跑活動的；可是在各地舉辦的情況來看，反而較少在夏天舉辦路跑活動，可能與氣溫較高有關。若能在清晨更早開始路跑，避開炎熱的中午，或許就能解決夏天舉辦路跑太熱的問題。 為了呼應標題，我們計算了全年全馬路跑者吸入的 PM 2.5總質量為132.6公克。吸入不代表會全部進入人體，但是其中會有部份進入到肺泡微血管之後，很可能會造成全身性的氧化壓力提高與不良的健康結果，值得舉辦單位與參加者的重視。
結論與建議：  1. 缺乏運動為重要健康危害因子，我們應該要盡一切可能的多運動。 2. 運動時可以避免空污危害健康的方法，包括選擇地點與時間。台灣最適合舉辦路跑活動的區域為東部地區；西半部地區則以北部較佳，南部較差。以空氣品質來看，西部地區最適合舉辦路跑活動的時段為夏季。 3. 當舉辦路跑時的PM2.5>35μg/m 3，高風險者就不要參加。舉辦單位應提供退費機制。 4. 當舉辦路跑時的PM2.5>55μg/m 3，為了大眾健康著想，應該停辦或延期。 5. 舉辦路跑單位應該善盡告知責任，在報到處明顯公告最近地點的空品監測站的即時空品監測數據，並說明其意義。 6. 建議路跑選手在路跑後三十天因病就醫時，要主動告知路跑資訊；醫師則要考慮是否與路跑時的空污有關。相關單位可考慮建立通報機制，或由主辦單位提供參加路跑者的健康追蹤服務。
研究限制： 1. 網路資料的正確性無法確定。 2. 網路資料的完整性不足，需要假設相關參數。 3. 實際參與人數，完成率，與完成的時間沒有資料。 4. 路跑處沒有實際空氣：監測，而各區監測站與實際路跑處有空間差距。 5. 各區監測站大多為大氣測站，設在四樓，路跑在平地，受到交通影響， PM 2.5有可能比大氣高。 6. 實際造成的健康效應沒有資料。 7. 以全部族群的 PM 2.5健康風險資料來推估全馬選手，會高估風險。
參考資料： 1. JAMA 2002;287：1132-1141 2. Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology 2007;17：279-287 3. http：//tw.running.biji.co/
致謝：感謝運動筆記網站共同創辦人姚焱堯先生提供諮詢

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