發展熱危害與日光紫外線暴露之健康危害生理指標; Developing Biological Indicators for Alerting Health Hazards of Exposure to Thermal Stress and Solar UV Irradiation

全文

(1)中國醫藥大學碩士論文編號：DOSH-0409. 發展熱危害與日光紫外線暴露之健康危害生理指標 Developing Biological Indicators for Alerting Health Hazards of Exposure to Thermal Stress and Solar UV Irradiation. 所別：職業安全與衛生學系碩士班指導教授：陳振菶黃彬芳學生：吳介銘. Chieh-Ming Wu. 學號：9672009. 中. 華. 民. 國. 98 年. 7. 月.

(2) 誌謝論文寫了這麼久，總算讓我等到寫誌謝的時候了。回顧兩年的研究所生涯，種種事情點滴在心頭，須要感謝的人實在太多。首先感謝我的指導教授陳振菶老師，感謝您的悉心指導，使我在撰寫論文時擁有明確的方向與目標；也謝謝老師不遺餘力地修改我的論文，真的是辛苦您了。兩年來與老師相處的過程中，我學習到老師的研究精神與處事態度，獲益良多，謹記在心。感謝我共同指導教授黃彬芳老師在數據統計分析上予以指導與建議，使我節省了不少的寶貴時間，也讓我有多餘的腦細胞可繼續撰寫論文。感謝兩位論文口試委員黃瑞隆教授與劉惠銘教授，因為老師們的不吝指導與寶貴意見，引領我有更周詳的思路，使我的論文更加嚴謹完善。此外，感謝系上給我這個機會進入到職安領域中去學習，也謝謝在兩年的求學過程中，所有曾指導過我的老師們，因為老師們的諄諄教誨，讓我在撰寫論文的過程中擁有更多靈感與啟發。感謝奕君學姐、玉潔學妹、育賢學弟，謝謝你們在實驗上的協助，使得實驗能夠順利地進行與完成；尤其謝謝學姐除了在協助實驗外，也在日常課業與行政事務上提供指導，因為如此而使得很多複雜的問題得以迎刃而解。也感謝維珍、吟蓉、容瑋、葆菁學妹們，實驗室因為妳們，多了許多歡樂的氣氛。還有同甘共苦的同學們，謝謝你們在課業上的幫助，讓我在準備報告與考試的時候變得簡單不少。最後，感謝我的家人， I.

(3) 你們的支持與鼓勵，讓我更能夠面對各種問題與挑戰；你們的關心與照顧，讓我沒有後顧之憂的順利完成學業。本論文為中國醫藥大學編號 CMU96-151 之校內計畫，感謝學校予以充足的研究經費，使本研究得以順利進行。此外，研究承中央氣象局第二組與陳圭宏、林大偉、羅如惠等同仁提供台中地區民國 97 年 5 至 9 月份紫外光指數即時監測值與當日最大值資料，特此致上感謝之意。兩年的時間，說長不長，說短不短，能夠在這期間踏實地完成每一個工作是我的榮幸與驕傲；最後僅以本文獻給所有曾經支持我、關心我的人，謝謝你們。. 吳介銘. 謹誌. 中華民國九十八年七月於中國醫藥大學職安系碩士班. II.

(4) 中文摘要受到都市熱島效應及因大氣臭氧層破壞產生地表暖化之影響，人類於生活環境遭受紫外線及熱危害等物理性危害因子暴露之健康風險漸次提高。紫外光指數(ultraviolet index, UVI)與綜合溫度熱指數(Wet-Bulb Globe Temperature Index, WBGT)分別為針對日光紫外光與熱環境暴露中廣泛應用之危害通識工具。UVI 以級量數區分暴露之潛在危害，並據以建議對應之防護措施。WBGT 則警示熱因子物理力於室內或戶外環境出現之強度。但該二系統目前並無依據級量數或暴露強度提供因暴露生成健康危害之量化資訊，致使使用者無法充分瞭解過度暴露時可遭受之傷害。本研究旨在探討於日常活動中因遭受熱危害因子及自然紫外光暴露時，人體皮膚生理反應與主觀熱舒適感之變化趨勢與反應幅度，並評估以此作為暴露危害警示指標之可行性。研究所選定之皮膚生理反應參數包含：經皮水分散失度(transepidermal water loss, TEWL)、皮膚溫度(skin temperature)、皮膚濕度(moisture)、紅斑生成指數(erythema-index, E-index) 與色素沉澱指數(melanin-index, M-index)；主觀熱舒適感則以美國冷凍空調技師協會 (American. Society. of. Heating,. Refrigerating,. and. Air-conditioning Engineers, ASHRAE) Standard 55 標準問卷為基礎發展之中文問卷調查。本研究共含三主要階段。第一階段(前置實驗)為於環境暴露艙內測量實驗參與者之生理反應參數值，以篩選於後續實驗中適用之 III.

(5) 皮膚暴露點(exposure site)與控制點(control site)。第二階段(暴露艙量測實驗)為於預設環境溫溼度之人工氣候暴露艙量測各皮膚生理指標與人體熱舒適感隨環境溫濕度改變所產生之變化，以分析生理指標與熱暴露間之劑量－反應關係(dose-response relationship)、生理指標間之反應－時程關係(time-course relationship)、以及主、客觀指標間之可能差異。第三階段(自然日光照射實驗)為於戶外定點、定時進行為期六週之實驗；實驗量測人體皮膚接受短期與長期之日光紫外光輻射後上項生理指標之改變，以建立生理指標與物理力間之劑量－反應關係、以及熱感知與生理指標間之異同。實驗過程中同時收集中央氣象局台中氣象站每日台中地區即時紫外光指數作為評估日光紫外光短期與長期輻射強度之基準。研究結果顯示：參與人員上臂內側衣袖遮蓋處與前臂外側皮膚之各項生理指標測量值相近且穩定，故在第二與第三階段中以前臂外側作為實驗暴露點、上臂內側作為實驗對照點。暴露艙實驗結果發現顯示：TEWL 與皮膚溫度顯著地隨環境溫度呈線性變化，但較不受相對濕度之作用；皮膚濕度為各生理指標中唯一可同時反應環境溫度與濕度影響者。依實驗觀察推論，上述三指標間反應時程關係為：皮膚溫度直接反應環境溫度，其次因應散熱需求表皮濕度顯著上升；而後隨皮膚濕度漸趨飽和， TEWL 顯著上升增加水分排出。E-index 與 M-index 未因環境溫濕度改變而有明顯變化。熱感知投票值(thermal sensation vote, TSV)隨環境溫濕度. IV.

(6) 上升而增加，尤以溫度效應最為明顯，且 TSV 與皮膚溫度之相關性最高 (r > 0.868)。日光照射實驗結果則顯示：皮膚濕度與黑色素沈澱現象分別為警示因遭受短期(急性)與長期(累積性)紫外線輻射生成健康危害之較佳生理指標。紅斑生成現象明顯反應女性皮膚所接受之累積性日光曝曬；但未反應短期曝曬可能產生之曬傷，推測因與研究進行期間台中地區日光紫外線輻射未達產生曬傷強度有關。戶外活動時之熱感知受輻射熱顯著影響，主客觀指標間之差異在熱適應期或熱佔留區最為顯著。本研究同時透過以 E-index 對 UVI、及以 M-index 對紫外線累積輻射量(irradiance) 進行之線性迴歸，建立於暴露危害評估適用之劑量(紫外光暴露劑量)—反應(皮膚生理指標變化)量化關係。. 關鍵字：紫外光指數、皮膚暴露、經皮水分散失度、皮膚生理指標、主觀熱感知. V.

(7) ABSTRACT The exposure of human skin to physical agents present in the environment—solar UV radiation and heat stress—has long been recognized as a health risk, and in the last decades this risk has been exacerbated with the formation of urban heat island effect and the global warming due to depletion of stratospheric ozone.. Currently, the Global Solar UV Index (UVI) system. and Wet-Bulb Globe Temperature (WBGT) are the predominant tools of communication for the hazards resulting from over-exposure to UV irradiation and heat stress, respectively. The UVI ranks the potential hazard of exposure based on the solar irradiance reaching the earth’s surface and correspondingly suggests recommendations of protection.. The WBGT. reports the intensity of thermal factors present in the indoor or ambient environment.. As of current, both systems do not causally relate, in. (semi-)quantitative terms, the exposure level to the potential human health impact that may arise from over-exposure to solar UV irradiation or heat stress.. Consequently, these systems in their current formats are limited from. providing warnings to information users on the health hazard resulting from excess exposure to UV irradiation, heat stress, or both. This thesis aims to quantitatively investigate the changes in human skin physiology and in thermal sensation in response to exposure to various thermal factors in the environment, including solar UV radiation, so to evaluate the applicability of these changes as an indicator to health hazards from over-exposure.. The skin physiological responses attempted as. biomarkers included transepidermal water loss (TEWL), skin temperature, skin moisture, erythema (reported as erythema-index, E-index), and VI.

(8) melanogenesis (reported as melanin-index, M-index).. Subjective thermal. sensation was gauged using a standardized questionnaire developed by the American Society of Heating, Refrigerating, and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) Standard 55.. The research as described in this thesis was. conducted in three major stages.. In the first stage (the preliminary study),. study participants were investigated for the changes in the aforementioned physiological indicators in a climatic chamber to determine the skin exposure and control sites appropriate for evaluation in the succeeding stages.. The. second stage (the exposure chamber study) assessed the variations in objective biomarkers and subjective sensation in response to alternation in environmental temperature and relative humidity (RH); the results were then analyzed to establish the dose-response relationships between physiological indicators and thermal exposure, the time-course relationships among physiological indicators, and the potential variance between physiological and psychological indicators.. The third stage, the solar UV exposure study, was. conducted outdoors on campus twice a week for a total period of six weeks. In this stage, the biomarkers were evaluated for their changes following shortand long-term solar UV radiation, and, similar to the second stage, attempts were made to develop dose-response relationships between biomarkers and examined physical forces and to investigate any variations between physiological and psychological indicators. Simultaneously collected in this stage were the hourly UVI forecasts monitored in the Taichung area by the Central Weather Bureau, Taichung Meteorological Station for evaluation of immediate and cumulative solar UV irradiance reaching the campus where the study took place. The results show: among all evaluated positions, the skin at outer forearm VII.

(9) and sleeve-covered inner upper arm shared a similar level of stable response in all examined skin physiological indicators upon thermal challenge, thus were selected as the exposure and control sites in all succeeding studies. Based on the results of exposure chamber study, TEWL and skin temperature changed significantly with environmental temperature, but responded less to RH.. The skin moisture was the only of the above indicators that reflected. the alteration in both environmental temperature and RH.. The events of. physiological changes as suggested by experimental observations were: 1) skin temperature directly tracked the change in environmental temperature; 2) skin moisture increased in response to requirement of heat dissipation; and 3) as skin moisture peaked TEWL rose remarkably and eventually leading to substantial sweating-resembling evaporation.. The E-index and M-index did. not change with varying environmental temperature and RH.. As for the. psychological indicator, the thermal sensation votes (TSVs) of the participants were influenced proportionally by alterations in the examined thermal factors, particularly the environmental temperature. The TSV was most significantly correlated to skin temperature (r > 0.868).. The results from solar exposure. study show that skin moisture and melanogenesis were better indicators of potential health hazards from single and cumulative solar UV radiation, respectively, than the others.. Erythema as reported in M-index corresponded. linearly to cumulative solar UV exposure for the female participants, but did not reflect acute injury if any, possibly due to the low intensity of solar UV radiation at Taichung during the period of investigation.. The outdoor. thermal sensation was markedly influenced by the radiant heat; the variation between the physiological and psychological indicators was most significant VIII.

(10) when the participants were in the period of thermal adaptation or in a thermal transition zone.. The distributions of E-index against UVI and M-index. against cumulative UV irradiance were linearly regressed to establish dose (UV irradiance)-response (quantifiable biomarker change) relationships that may be applied in hazard exposure assessments and as a warning tool of harmful UV exposures.. Keywords: Global solar UV Index, skin exposure, transepidermal water loss, skin physiological indicators, thermal sensation. IX.

(11) 目錄誌謝 ....................................................................................................................I 中文摘要 ......................................................................................................... III ABSTRACT ....................................................................................................VI 目錄 .................................................................................................................. X 表目錄 ........................................................................................................... XV 圖目錄 .........................................................................................................XXII 第一章. 緒論 ................................................................................................... 1. 第一節. 研究背景 .................................................................................... 1. 第二節. 研究之重要性 ............................................................................ 9. 第三節. 研究目的 .................................................................................. 10. 第四節. 研究假設 .................................................................................. 11. 第五節. 名詞界定 .................................................................................. 12. 第二章. 文獻探討......................................................................................... 16. 第一節. 經皮水分散失度與皮膚濕度.................................................. 17. 第二節. 紅斑與黑色素生成 .................................................................. 19. 第三節. 經皮水分散失度、皮膚濕度、紅斑生成與黑素沉澱受溫度影響之測量.................................................................................. 20. 第四節. 日光曝曬對主觀熱舒適影響與男女熱感知差異.................. 22. X.

(12) 第五節. 常用調查熱感知之工具.......................................................... 24. 第六節. 總結 .......................................................................................... 25. 第七節. 研究架構 .................................................................................. 26. 第三章. 研究方法......................................................................................... 29. 第一節. 研究設計 .................................................................................. 29. 3.1.1. 前置實驗 ............................................................................... 29. 3.1.2. 暴露艙量測實驗 ................................................................... 30. 3.1.3. 自然日光照射實驗 ............................................................... 30. 第二節. 研究對象 .................................................................................. 31. 3.2.1. 基本人體計測資料 ............................................................... 32. 3.2.2. 皮膚生理狀況自我評估 ....................................................... 32. 3.2.3. 夏季戶外活動狀況 ............................................................... 35. 3.2.4. 夏季衣著量 ........................................................................... 37. 第三節. 研究儀器設備與工具.............................................................. 39. 第四節. 資料收集 .................................................................................. 40. 3.4.1. 前置實驗流程 ....................................................................... 40. 3.4.2. 暴露艙量測實驗流程 ........................................................... 43. 3.4.3. 自然日光照射實驗流程 ....................................................... 43. 3.4.4. 日光紫外線指數與累積輻射劑量之計算........................... 47. XI.

(13) 第五節. 第四章. 資料統計與分析 ...................................................................... 48. 3.5.1. 前置實驗結果統計分析 ....................................................... 48. 3.5.2. 暴露艙量測實驗結果統計分析 ........................................... 48. 3.5.3. 自然日光照射實驗結果統計分析....................................... 51. 3.5.4. 室內與戶外皮膚生理指標變化之比較............................... 53. 研究結果與討論............................................................................. 54. 第一節. 前置實驗結果 .......................................................................... 54. 第二節. 暴露艙量測實驗結果.............................................................. 58. 4.2.1. 室內環境熱因子對TEWL之影響........................................ 58. 4.2.2. 室內環境熱因子對皮膚溫度之影響................................... 83. 4.2.3. 室內環境熱因子對皮膚濕度之影響................................. 104. 4.2.4. 室內環境熱因子對紅斑生成之影響................................. 126. 4.2.5. 室內環境熱因子對黑色素生成之影響............................. 140. 4.2.6. 皮膚生理指標間因應環境熱因子變化之反應-時程關係154. 4.2.7. 環境熱因子對人體主觀熱感知之影響............................. 165. 4.2.8. 人體主觀熱感知與客觀生理指標之比較......................... 172. 4.2.9 室內環境物理因子與性別對於主客觀熱舒適指標之綜合影響分析 ............................................................................. 190 第三節. 自然日光照射實驗結果........................................................ 193. XII.

(14) 4.3.1. 日光紫外線輻射對TEWL之影響...................................... 193. 4.3.2. 日光紫外光輻射對皮膚濕度之影響................................. 199. 4.3.3. 日光紫外光輻射對紅斑生成之影響................................. 207. 4.3.4. 日光紫外線輻射對黑素沉澱之影響................................. 215. 4.3.5. 日光紫外線輻射對主觀熱感知之影響............................. 220. 4.3.6 戶外環境物理因子與性別對於主客觀指標之綜合影響分析 ......................................................................................... 227 4.3.7 日光照射實驗與暴露艙量測實驗中皮膚生理指標之差異 .........................................................................................232 第五章. 結論與建議................................................................................... 236. 第一節. 結論 ........................................................................................ 236. 第二節. 研究限制 ................................................................................ 240. 第三節. 應用與建議 ............................................................................ 240. 參考文獻 ....................................................................................................... 244 附錄A 實驗受試者基本資料調查............................................................ 252 附錄B 環境熱舒適問卷 ............................................................................ 261 附錄C 台灣中部地區 97 年夏季每日紫外線指數即時測報資料.......... 263 附錄D 前置實驗結果圖 ............................................................................ 271 附錄E 暴露艙量測實驗結果圖 ................................................................ 278. XIII.

(15) 附錄 F. 全體人員、男性、女性上臂內側與前臂外側皮膚於各溫濕度組合下紅斑指數之檢定 ....................................................................... 295. 附錄 G 全體人員、男性、女性上臂內側與前臂外側皮膚於各溫濕度組合下黑素指數之檢定 ....................................................................... 302 附錄H. 皮膚生理指標間因應環境熱因子變化之非線性反應-時程關係 ........................................................................................................ 308. XIV.

(16) 表目錄表 1-1. 不同等級紫外線指數與其對應之暴露類型及世界衛生組織所建議之防護措施 ................................................................................... 8. 表 3-1. 暴露艙量測實驗與自然日光照射實驗受試人員之人體計測資料 .......................................................................................................... 33. 表 3-2. 受試人員自覺皮膚生理狀況 ......................................................... 34. 表 3-3. 受試人員於 2008 年夏季戶外活動狀況 ....................................... 36. 表 3-4. 夏季白日外出時最常穿著之衣物 ................................................. 38. 表 4-1. 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於不同環境溫濕度之經皮水分散失度測量值、男－女比值、及統計檢定 ..... 65. 表 4-2. 全體人員、男性、及女性於不同環境溫濕度之前臂外側－上臂內側經皮水分散失度比值、及統計檢定 ......................................... 66. 表 4-3. 全體人員於同一相對濕度、不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚經皮水分散失度之統計檢定 ............................................. 67. 表 4-4. 全體人員於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂外側皮膚經皮水分散失度之統計檢定 ............................................. 69. 表 4-5. 男性受測者於同一相對濕度、不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚經皮水分散失度之統計檢定 ......................................... 70. 表 4-6. 男性受測者於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂. XV.

(17) 外側皮膚經皮水分散失度之統計檢定 ......................................... 72 表 4-7. 女性受測者於同一相對濕度不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚經皮水分散失度之統計檢定 ............................................. 73. 表 4-8. 女性受測者於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂外側皮膚經皮水分散失度之統計檢定 ......................................... 74. 表 4-9. 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於不同環境溫濕度之皮膚溫度測量值、男－女比值、及統計檢定 ................. 87. 表 4-10 全體人員、男性、及女性於不同環境溫濕度之前臂外側－上臂內側皮膚溫度比值及統計檢定 ......................................................... 89 表 4-11 全體人員於同一相對濕度、不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚溫度之統計檢定 ................................................................. 90 表 4-12 全體人員於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂外側皮膚溫度之統計檢定 ................................................................. 91 表 4-13 男性受測者於同一相對濕度、不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚溫度之統計檢定 ............................................................. 92 表 4-14 男性受測者於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂外側皮膚溫度之統計檢定 ............................................................. 93 表 4-15 女性受測者於同一相對濕度、不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚溫度之統計檢定 ............................................................. 94. XVI.

(18) 表 4-16 女性受測者於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂外側皮膚溫度之統計檢定 ............................................................. 95 表 4-17 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於不同環境溫濕度之皮膚濕度測量值、男－女比值、及統計檢定 ............... 108 表 4-18 全體人員、男性、及女性於不同環境溫濕度之前臂外側－上臂內側皮膚濕度比值、及統計檢定 ................................................... 110 表 4-19 全體人員於同一相對濕度、不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚濕度之統計檢定 ............................................................... 111 表 4-20 全體人員於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂外側皮膚濕度之統計檢定 ............................................................... 112 表 4-21 男性受測者於同一相對濕度、不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚濕度之統計檢定 ........................................................... 114 表 4-22 男性受測者於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂外側皮膚濕度之統計檢定 ........................................................... 115 表 4-23 女性受測者於同一相對濕度、不同環境溫度下，上臂內側與前臂外側皮膚濕度之統計檢定 ........................................................... 116 表 4-24 女性受測者於同一環境溫度、不同相對濕度下，上臂內側與前臂外側皮膚濕度之統計檢定 ........................................................... 117 表 4-25 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於不同環境溫. XVII.

(19) 濕度之皮膚紅斑指數測量值、男－女比值、及統計檢定 ....... 131 表 4-26 全體人員、男性、及女性於不同環境溫濕度之前臂外側－上臂內側皮膚紅斑指數比值及統計檢定 ............................................... 132 表 4-27 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於不同環境溫濕度之皮膚黑素指數測量值、男－女比值、及統計檢定 ....... 145 表 4-28 全體人員、男性、及女性於不同環境溫濕度之前臂外側－上臂內側皮膚黑素指數比值及統計檢定 ............................................... 146 表 4-29 全體人員前臂外側皮膚經皮水分散失度對應皮膚溫度線性迴歸方程式及相關統計分析 ............................................................... 157 表 4-30 全體人員前臂外側皮膚濕度對應皮膚溫度線性迴歸方程式及相關統計分析 ................................................................................... 159 表 4-31 全體人員前臂外側皮膚濕度對應經皮水分散濕度線性迴歸方程式及相關統計分析 ....................................................................... 162 表 4-32 全體人員熱感知投票值平均值對應上臂內側皮膚經皮水分散失度之線性迴歸方程式及相關統計分析 ....................................... 174 表 4-33 全體人員熱感知投票值平均值對應前臂外側皮膚經皮水分散失度之線性迴歸方程式及相關統計分析 ....................................... 177 表 4-34 全體人員熱感知投票值平均值對應上臂內側皮膚溫度之線性迴歸方程式及相關統計分析 ........................................................... 180. XVIII.

(20) 表 4-35 全體人員熱感知投票值平均值對應前臂外側皮膚溫度之線性迴歸方程式及相關統計分析 ........................................................... 182 表 4-36 全體人員熱感知投票值平均值對應上臂內側皮膚濕度之線性迴歸方程式及相關統計分析 ........................................................... 185 表 4-37 全體人員熱感知投票值平均值對應前臂外側皮膚濕度之線性迴歸方程式及相關統計分析 ........................................................... 188 表 4-38 環境暴露艙實驗中不同部位皮膚生理指標及主觀熱感知對應環境溫度、相對濕度、性別之多項式複迴歸方程式、複相關係數、複判定係數、調整複判定係數與統計檢定 ............................... 190 表 4-39 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於自然日光照射實驗中經皮水分散失度之測量值、男－女比值、及統計檢定 ........................................................................................................ 198 表 4-40 全體人員、男性、及女性於自然日光照射實驗中前臂外側－上臂內側之經皮水分散失度比值及統計檢定 ................................... 200 表 4-41 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於自然日光照射實驗中(戶外陰涼處)皮膚濕度之測量值、男－女比值、及統計檢定 ............................................................................................... 205 表 4-42 全體人員、男性、及女性於自然日光照射實驗中(戶外陰涼處)前臂外側－上臂內側之皮膚濕度比值、及統計檢定 ................... 206. XIX.

(21) 表 4-43 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於自然日光照射實驗中(環境暴露艙)皮膚濕度之測量值、男－女比值、及統計檢定 ............................................................................................... 208 表 4-44 全體人員、男性、及女性於自然日光照射實驗中(環境暴露艙)前臂外側－上臂內側之皮膚濕度比值、及統計檢定 ................... 209 表 4-45 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於自然日光照射實驗中皮膚紅斑指數之測量值、男－女比值、及統計檢定214 表 4-46 全體人員、男性、及女性於自然日光照射實驗中前臂外側－上臂內側之皮膚紅斑指數比值、及統計檢定 ................................... 216 表 4-47 全體人員、男性、及女性上臂內側與前臂外側皮膚於自然日光照射實驗中皮膚黑素指數之測量值、男－女比值、及統計檢定221 表 4-48 全體人員、男性、及女性於自然日光照射實驗中前臂外側－上臂內側之皮膚黑素指數比值、及統計檢定 ................................... 222 表 4-49 全體人員、男性、女性熱感知投票值對應上臂內側與前臂外側皮膚濕度之線性迴歸方程式、皮爾森積差相關係數、判定係數與統計檢定 ........................................................................................... 227 表 4-50 自然日光照射實驗中不同皮膚生理指標及主觀熱感知對應環境溫度、相對濕度、日光紫外線指數、性別之多項式複迴歸方程式、複相關係數、複判定係數、調整複判定係數與統計檢定 ....... 228. XX.

(22) 表 4-51 自然日光照射實驗中不同皮膚生理指標及主觀熱感知對應環境溫度、相對濕度、累積曝曬劑量、性別之多項式複迴歸方程式、複相關係數、複判定係數、調整複判定係數與統計檢定 ....... 230 表 4-52 暴露艙量測實驗與日光照射實驗中全體人員、男性、女性前臂外側對應上臂內側皮膚生理指標之比值、兩階段實驗前臂外側對應上臂內側皮膚生理指標比值之比值、及統計檢定....................234. XXI.

(23) 圖目錄圖 1-1. 大氣中影響紫外線傳遞之環境因子以及受紫外線暴露後可能產生之潛在健康危害 ........................................................................... 2. 圖 1-2. 暴露於熱環境時人體生理效應與可能產生之熱危害 ................... 5. 圖 2-1. 本研究之研究架構與各階段進行之任務 ..................................... 26. 圖 3-1. 前置實驗之實驗流程與皮膚生理指標量測方法 ......................... 41. 圖 3-2. 前置實驗中受測人員於環境溫度 28oC、相對濕度 70%時測量之 5 處人體皮膚部位 .......................................................................... 42. 圖 3-3. 暴露艙量測實驗之實驗流程及皮膚生理指標、人體熱舒適感之測量調查方法 ..................................................................................... 44. 圖 3-4. 自然日光照射實驗之實驗流程及皮膚生理指標、人體熱舒適感之測量調查方法 ................................................................................. 46. 圖 4-1. 不同皮膚部位於室內溫度 28oC與相對濕度 70% 時之經皮水分散失度 ............................................................................................. 55. 圖 4-2. 不同皮膚部位於室內溫度 28oC與相對濕度 70% 時之皮膚溫度 .......................................................................................................... 56. 圖 4-3. 不同皮膚部位於室內溫度 28oC與相對濕度 70% 時之皮膚濕度 .......................................................................................................... 57. 圖 4-4. 不同皮膚部位於室內溫度 28oC與相對濕度 70% 時之紅斑指數 .......................................................................................................... 59 XXII.

(24) 圖 4-5. 不同皮膚部位於室內溫度 28oC與相對濕度 70% 時之黑素指數 .......................................................................................................... 60. 圖 4-6. 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ..................................................... 61. 圖 4-7. 男性上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ............................................................. 62. 圖 4-8. 女性上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ............................................................. 63. 圖 4-9. 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ............................................................. 76. 圖 4-10 男性上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ..................................................................... 77 圖 4-11 女性上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ..................................................................... 78 圖 4-12 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ................................................. 80 圖 4-13 男性上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ......................................................... 81 圖 4-14 女性上臂內側及前臂外側皮膚經皮水分散失度對應環境綜合溫. XXIII.

(25) 度熱指數之散佈與線性迴歸 ......................................................... 82 圖 4-15 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ......................................................................... 84 圖 4-16 男性上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ................................................................................. 85 圖 4-17 女性上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ................................................................................. 86 圖 4-18 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ................................................................................. 97 圖 4-19 男性上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ......................................................................................... 98 圖 4-20 女性上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ......................................................................................... 99 圖 4-21 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ................................................................... 100 圖 4-22 男性上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ........................................................................... 101 圖 4-23 女性上臂內側及前臂外側皮膚溫度對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ........................................................................... 102. XXIV.

(26) 圖 4-24 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ....................................................................... 105 圖 4-25 男性上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ............................................................................... 106 圖 4-26 女性上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ............................................................................... 107 圖 4-27 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ............................................................................... 119 圖 4-28 男性上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ....................................................................................... 120 圖 4-29 女性上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ....................................................................................... 121 圖 4-30 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ................................................................... 123 圖 4-31 男性上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ........................................................................... 124 圖 4-32 女性上臂內側及前臂外側皮膚濕度對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ........................................................................... 125 圖 4-33 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應室內溫度與相. XXV.

(27) 對濕度變化之分佈趨勢 ............................................................... 127 圖 4-34 男性上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ....................................................................... 128 圖 4-35 女性上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ....................................................................... 129 圖 4-36 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應環境綜合溫度熱指數之分佈 ............................................................................... 134 圖 4-37 男性上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應環境綜合溫度熱指數之分佈 ....................................................................................... 135 圖 4-38 女性上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應環境綜合溫度熱指數之分佈 ....................................................................................... 136 圖 4-39 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ........................................................... 137 圖 4-40 男性上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ................................................................... 138 圖 4-41 女性上臂內側及前臂外側皮膚紅斑指數對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ................................................................... 139 圖 4-42 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ............................................................... 141. XXVI.

(28) 圖 4-43 男性上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ....................................................................... 142 圖 4-44 女性上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應室內溫度與相對濕度變化之分佈趨勢 ....................................................................... 143 圖 4-45 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ....................................................................... 148 圖 4-46 男性上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ............................................................................... 149 圖 4-47 女性上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應環境綜合溫度熱指數之分佈趨勢 ............................................................................... 150 圖 4-48 全體人員上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ........................................................... 151 圖 4-49 男性上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ................................................................... 152 圖 4-50 女性上臂內側及前臂外側皮膚黑素指數對應環境綜合溫度熱指數之散佈與線性迴歸 ................................................................... 153 圖 4-51 全體人員前臂外側皮膚經皮水分散失度對應皮膚溫度之分佈與線性迴歸及其對應性別、環境溫度、相對濕度之分佈 ........... 156 圖 4-52 全體人員前臂外側皮膚濕度對應皮膚溫度之分佈與線性迴歸及. XXVII.

(29) 其對應性別、環境溫度、相對濕度之分佈 ............................... 158 圖 4-53 全體人員前臂外側皮膚濕度對應經皮水分散失度之分佈與線性迴歸及其對應性別、環境溫度、相對濕度之分佈 ................... 161 圖 4-54 熱感知投票值差異對應環境綜合溫度熱指數之變化趨勢：全體人員、男性、女性 ........................................................................... 167 圖 4-55 熱感知投票值平均值對應室內溫度之分佈：全體人員、男性、女性.................................................................................................... 168 圖 4-56 熱感知投票值平均值對應環境相對濕度之分佈：全體人員、男性、女性 ....................................................................................... 170 圖 4-57 前後熱感知投票值平均值對應環境綜合溫度熱指數之分佈：全體人員、男性、女性 ....................................................................... 171 圖 4-58 全體人員熱感知投票值平均值對應上臂內側皮膚經皮水分散失度之分佈與線性迴歸及其對應性別、環境溫度、相對濕度之分佈 ........................................................................................................ 173 圖 4-59 全體人員熱感知投票值平均值對應前臂外側皮膚經皮水分散失度之分佈與線性迴歸及其對應性別、環境溫度、相對濕度之分佈 ........................................................................................................ 176 圖 4-60 全體人員熱感知投票值平均值對應上臂內側皮膚溫度之分佈與線性迴歸及其對應性別、環境溫度、對濕度之分佈 ............... 179 圖 4-61 全體人員熱感知投票值平均值對應前臂外側皮膚溫度之分佈與 XXVIII.

(30) 線性迴歸及其對應性別、環境溫度、相對濕度之分佈 ........... 181 圖 4-62 全體人員熱感知投票值平均值對應上臂內側皮膚濕度之分佈與線性迴歸及其對應性別、環境溫度、相對濕度之分佈 ........... 184 圖 4-63 全體人員熱感知投票值平均值對應前臂外側皮膚濕度之分佈與線性迴歸及其對應性別、環境溫度、相對濕度之分佈 ........... 187 圖 4-64 前臂外側皮膚經皮水分散失度對應曝曬期間日光紫外線指數之分佈與線性迴歸：全體人員、男性、女性 ............................... 194 圖 4-65 前臂外側皮膚經皮水分散失度對應累積日光紫外線曝曬劑量之分佈與線性迴歸：全體人員、男性、女性 ............................... 196 圖 4-66 前臂外側皮膚濕度量測值(戶外陰涼處測量)對應曝曬期間日光紫外線指數之分佈與線性迴歸：全體人員、男性、女性 ....... 201 圖 4-67 前臂外側皮膚濕度量測值(環境暴露艙測量)對應累積日光紫外線曝曬劑量之分佈與線性迴歸：全體人員、男性、女性 ....... 203 圖 4-68 前臂外側皮膚紅斑指數對應曝曬期間日光紫外線指數之分佈與線性迴歸：全體人員、男性、女性 ........................................... 210 圖 4-69 前臂外側皮膚紅斑指數對應累積日光紫外線曝曬劑量之分佈與線性迴歸：全體人員、男性、女性 ........................................... 212 圖 4-70 前臂外側皮膚黑素指數對應曝曬期間日光紫外線指數之分佈與線性迴歸：全體人員、男性、女性 ........................................... 217. XXIX.

(31) 圖 4-71 前臂外側皮膚黑素指數對應累積日光紫外線曝曬劑量之分佈與線性迴歸：全體人員、男性、女性 ........................................... 219 圖 4-72 自然日光照射實驗中前後熱感知投票值之差異：全體人員、男性、女性 ....................................................................................... 223 圖 4-73 受測人員熱感知投票值對應全體人員上臂內側、不同性別人員上臂內側、全體人員前臂外側、不同性別人員前臂外側之皮膚濕度分佈與線性迴歸 ........................................................................... 225. XXX.

(32) 第一章. 緒論. 第一節研究背景戶外活動是人們日常生活中重要的一環，尤其對從事戶外作業的工作者更是如此。於戶外活動時，人體會持續地暴露於各種氣候因子之下並受到顯著地影響。這些因子絕大部分為物理因子，例如日光、環境溫度、濕度等，而這些物理因子亦會透過交互作用影響人體生理機能。當過度暴露於極端環境時，人體生理機能會透過適當的反應以維持生理恆定(homeostasis)與避免有害的健康效應發生。日光，為戶外活動時，人體最容易與最直接接觸的物理因子之一。抵達地表之陽光輻射主要由紅外線(infrared light, IR；佔 52.8%)、可見光 (visible light, VIS；38.9%)、以及紫外光(ultraviolet light, UV；8.3%)所組成(1)。當日光照射至皮膚時，皮膚會因吸收光能量進而發生多種光化反應。由於紫外線的波長短(100-400 nm)、能量高，因此對於皮膚生理反應之誘發影響最劇(2)。穿透臭氧層到達地表的紫外線主要由 UVA (波長為 315-400 nm)與少量的 UVB (280-315 nm)所組成。其中 UVB 所造成的傷害較 UVA 為高；過度日光曝曬的危害約有 80%源自 UVB(3)。UVB 到達地表強度及可能造成的健康危害會受到不同環境因素之影響；圖 1-1 所示為大氣中可能影響紫外線傳遞的主要環境因素，以及過量暴露時所能造. 1.

(33) 皮膚黑色素瘤皮膚之鱗狀細胞癌臭氧層厚度. 皮膚之基底細胞癌. 雲層覆蓋緯度. 皮膚角質化達地表紫外線. 季節變化. 皮膚曬傷皮質性白內障. 大氣污染物存在量. 翼狀贅片(眼翳) 角膜與結膜之鱗狀細胞癌. 圖 1-1. 大氣中影響紫外線傳遞之環境因子以及受紫外線暴露後可能產生之潛在健康危害. 2.

(34) 成的健康影響。由於皮膚是身體最外層的組織，因此皮膚遭受紫外光暴露而產生負面健康效應之機率亦遠高於其他器官，且若表皮遭受紫外線過度曝曬時會產生不同的異常皮膚生理反應，例如紅斑生成 (erythema)(4) 、表皮細胞異常增生(epidermal proliferation)(5, 6) 、細胞凋亡 (apoptosis)(7,. 8). 、黑色素沈澱 (hyperpigmen-tation)(9) 、以及免疫抑制. (immunosupprression)(10, 11, 12)等。在過去數十年間人類密集的工業活動，如製造與使用氯氟碳化物 (chloroflurocarbons)等，所產生的污染物不斷消耗平流層(stratosphere)中的臭氧(ozone)，使得因紫外線暴露所產生之皮膚健康危害風險日增。臭氧層能吸收由日光輻射產生的 UVB 射線，是減少 UVB 直接穿透大氣層到達地球表面的主要屏障(13)；若日光未經臭氧層過濾直接抵達地表，則可能對地球上的生物產生危害，並增加人類罹患皮膚癌的可能性(14)。而在戶外作業的工作者易遭受高劑量的紫外線暴露，是屬於高風險的暴露族群。除了日光之外，適宜的環境溫度與濕度是生物生長與維持生命的重要環境要素。然而極端的溫濕度環境則會對人體造成熱危害(thermal stress)，尤其目前地球溫室效應情形日益嚴重，故高溫高濕環境暴露生成之健康效應危害日增。當暴露於極端溫濕度時，人體會透過合適的生理反應(如排汗、增加體循環)維持生理恆定與避免有害之健康效應發生(15)。. 3.

(35) 當人體無法負荷或透過生理機能釋放過多的熱量時，則可能會誘發熱暈厥(heat syncope)、熱衰竭(heat exhaustion)、脫水與電解質流失(dehydration and loss of electrolytes)等現象，甚至於中暑(heat stroke)。熱危害普遍存在於許多室外或室內的工作環境中，然而居住在熱帶與亞熱帶的居民，由於已適應該區域之氣候環境，因此較難察覺熱危害及其可能產生的健康傷害(16)。圖 1-2 呈現暴露於熱環境時人體相對應之生理效應與可能產生之熱危害。當熱儲存比率(heat storage)大於 0 時，人體之核心溫度(core temperature)、皮膚血液流速(skin blood flow)與皮膚溫度(skin temperature) 會增加。若因皮膚血液流速增加而使得血管擴張過快，則會引起血壓下降，進而導致腦部血流不足，產生熱暈厥或熱衰竭現象。人體常以增加排汗量降低核心溫度與皮膚溫度。若長時間處於流汗的狀況，皮膚表皮會產生汗疹(heat rash)；若排汗量太高，則水分與鹽份嚴重地流失，造成脫水與熱痙攣。因大量或長時間的排汗導致汗腺疲勞 (sweat gland fatigue)，或是因身體脫水後沒有適當地採取措施降低體溫，則體溫不斷的上升，最終導致中暑現象的發生。近年來，隨著自然環境不斷地改變，紫外線暴露與熱危害議題逐漸地受到重視，鑑定與評估過度紫外線與熱危害暴露危害之方法亦因運而生。傳統的方法著重於測量紫外線抵達地表之能量強度(如紫外線指數)(1) 與自然環境中大氣溫度與相對濕度之綜合影響(綜合溫度熱指數)(16)是否. 4.

(36) 經輻射與對流散熱. －. 熱儲存. －經蒸發. ＋. 熱昏厥. 散熱. 維持靜態. 熱衰竭. 核心溫度＋. 持續＋. 皮膚血液流速＋＋. 出汗. 熱疹. －. －. 水分流失. 皮膚溫度. 鹽分流失＋：正效應－：負效應. 推論. 汗腺疲勞. 個人風險因子. 脫水熱痙攣不適當的降溫未能控制熱儲存中暑. 圖 1-2 暴露於熱環境時人體生理效應與可能產生之熱危害(15). 5.

(37) 超出建議暴露標準，而非直接評估當人體暴露於此類環境時可能產生之生理效應為何(如上述物理力之環境變化量與生理效應間之對應關係)，故一般大眾難以確切明瞭其暴露所造成之健康風險。評估到達地表之紫外線強度時，主要是以紫外光指數(Global Solar UV Index, UVI)表示(17)。UVI 為全球通用的日光紫外線曝曬指標與警示系統，並提供一般民眾預防紫外線暴露可採取的合適防護措施。UVI 預報值預測第二天正午時可能抵達地表紫外線之輻射強度；其數值可由 0 (例如夜晚)至 15 或 16 (高海拔之熱帶地區、且無自然遮蔽物處)。UVI 值愈高，代表該紫外線輻射之能量對於皮膚與眼睛的危害愈大。每日當太陽升至最高點時，到達地表之紫外線最為強烈；但若太陽降至接近地平線時，紫外線之能量將會迅速地減少。一般而言，因為紫外線曝曬而生成紅斑所需之時間會受到許多因素影響：包括太陽高度，雲層總量，以及個人皮膚狀況。但當 UVI 為 10 或更高數值時，大約只要 10 分鐘左右之曝曬即可能造成紅斑生成 (17) 。依據國際照明委員會 (International Commission on Illumination, CIE)參考作用光譜(action spectrum)所定義， UVI 可表示為： 400 nm. I uv = ker ⋅. ∫ Eλ ⋅ s (λ )dλ er. 250 nm. (Eq.1-1). Eq. 1-1 中 Eλ 為在波長 λ 時之太陽光譜輻射度，單位為 W/(m2.nm)；dλ 則. 6.

(38) 是輻射度加總時使用的波長區段。Ser(λ)為紅斑作用光譜；ker 為一常數，在日光照射情形下之適用值為 40 m2/W。當實際監測與報導 UVI 時，通常 UVI 會以「暴露等級」(exposure category)再加區分。如表 1-1 所示，暴露等級在設計上類似於危害等級，主要目的在連結曝曬程度資訊與可使用的防護措施。評估於環境中的熱能時，直接量測環境溫度與相對濕度是最便利與直接的方法。然而，此種測量方法無法充分地量化熱危害的程度，且除環境因子(如環境溫度、濕度、風速與輻射熱等)之外，熱危害程度亦會受人體自身活動所產生之代謝淨熱值(metabolic cost)以及衣著量(clothing level)的影響 (18) 。因此，熱危害常以綜合溫度熱指數(Wet-Bulb Globe Temperature Index, WBGT)(16)進行評估。WBGT 表示環境中實際存在的熱量，其不但考慮到環境溫度與濕度，也一併考慮日光輻射熱，以及空氣溫度與風速所引起的熱對流效應。WBGT 計算方法可依室內(或無日曬情形)與室外有日曬情況分別表示為(19)：. WBGTin = 0.7 Tnwb + 0.3 Tg WBGTout = 0.7 Tnwb + 0.2 Tg + 0.1 Tdb. (Eq.1-2) (Eq.1-3). Eqs.1-2 與 1-3 中 WBGTin 及 WBGTout 分別為室內與室外之 WBGT；Tnwb 為自然濕球溫度(natural wet bulb temperature)；Tg 為黑球溫度(global temp-. 7.

(39) 表 1-1. 不同等級紫外線指數(Global Solar UV Index, UVI )與其對應之暴露類型(等級)及世界衛生組織(World Health Organisation, WHO) 所建議之防護措施. UVI 數值. 暴露等級. 0, 1, 2. 微量. 3, 4. 低量. 5, 6. 中量. 7, 8, 9. 高量. 10+. 過量. 建議採取之防護措施使用防曬指數(sun protection factor, SPF) 15 之防曬乳膏 SPF 15 之防曬乳膏與防曬衣物 SPF 15 之防曬乳膏、防曬衣物、抗 UVA/ UVB 之太陽眼鏡 SPF 15 之防曬乳膏、防曬衣物、太陽眼鏡；且盡量避免於 10 am 至 4 pm 時直接照射到日光 SPF 15 之防曬乳膏、防曬衣物、太陽眼鏡；且避免於 10 am 至 4 pm 時直接照射到日光. 資料來源：WHO, 2002, Global Solar UV Index: a practical guide. 8. (18). ..

(40) erature)；Tdb 則為乾球溫度(dry bulb temperature)。以上單位可以攝氏或華氏呈現。綜合以上所述，UVI 與 WBGT 皆為主要危害警示工具之一，能傳達給大眾當暴露於極端環境時，發生潛在危害之資訊。但 UVI 與 WBGT 缺乏以量化或半量化方式說明暴露於過量紫外線與極端溫濕度環境時人體可能產生的有害健康效應，尤其是對皮膚可能構成的傷害，故資訊使用者難以確切瞭解若未採用建議防護措施時可能產生的健康效應(如表 1-1 所臚列者)。再者，就作為危害警示工具而言，這些指數只考慮個別物理力暴露強度的影響，如 UVI 的紫外線強度、WBGT 中的濕熱環境因子，而未考慮在相同戶外環境下紫外線與濕熱環境因子的綜合效應。是故，目前的危害警示系統未能充分考量環境物理因子之交互作用對人體之影響，也未能在警示中提供上述影響之說明。同時遭受紫外線與熱危害之暴露時，人體生理機能之反應可以加成型態出現。因此，本研究將以皮膚生理效應為主題，探討日光紫外線所引起之短期與長期皮膚生理變化，以及在各種溫濕度組合下，皮膚生理變化之效應與趨勢，並觀察皮膚受上述物理力影響之綜合效應為何。. 第二節研究之重要性受大氣臭氧層破壞及地表暖化影響，人類於戶外環境遭受紫外線及. 9.

(41) 熱危害等物理性危害因子之暴露風險日增；且台灣地屬亞熱帶，因此如何預防紫外線與熱環境危害已成為重要課題。UVI 與 WBGT 分別為針對紫外光與環境熱暴露所廣泛應用之危害通識工具，該二系統警示各物理力於地表出現之強度，但並無依據暴露強度提供因暴露生成健康危害之資訊，致使使用者無法充分瞭解過度曝曬時可遭受之健康傷害。欲改善此缺陷與彌補資訊不足，發展以綜合生理指標的紫外線暴露與熱危害鑑定系統實屬必須。. 第三節研究目的本研究著重於人體皮膚受自然日光紫外線與環境物理因子暴露後，皮膚之生理效應與變化幅度。本研究所選取觀察之皮膚生理指標包含：經皮水分散失度(transepidermal water loss, TEWL)、皮膚濕度(moisture)、皮膚溫度 (skin temperature) 、紅斑 (erythema) 與黑色素沈澱 (skin skin pigmentation)。此外亦將觀察受測者對於熱環境之主觀熱舒適(thermal comfort)認知，以比較主觀認知與客觀生理反應間之異同。本研究將量化處理暴露狀況與對應皮膚生理變化間之關係，據以發展單項與綜合性物理因子之劑量-反應關係，嘗試建立針對紫外線與熱危害暴露提供綜合性危害警示工具。具體研究目的包括： 1. 測量人體皮膚 TEWL、moisture、skin temperature、erythema 與 skin. 10.

(42) pigmentation 隨不同環境溫濕度組合之反應與變化幅度，並評估各生理指標隨溫濕度變化之劑量效應關係(does-response relationship)； 2. 觀察人體於戶外靜態活動時，皮膚受短期與長期之自然紫外光曝曬下，環境物理因子對 TEWL、moisture、skin temperature、erythema 與 skin pigmentation 之綜合效應，並針對反應明顯之生理指標發展其與紫外線劑量之劑量效應關係；. 3. 同步觀察在不同熱環境與自然日光紫外線曝曬狀況下，研究參與者之主觀熱舒適認知，藉以瞭解客觀生理指標與主觀熱舒適感間之差異。. 第四節研究假設本研究之主要研究假設包含： 1. 自然日光紫外線輻射可誘發皮膚急性與慢性生理變化；紫外線強度愈高，所產生之急性與慢性健康效應愈趨於嚴重； 2. 除引發皮膚急性與慢性效應外，日光紫外線亦會傷害皮膚障壁功能 (skin barrier function)；曝曬至皮膚之紫外線能量愈強，以 TEWL 顯示之皮膚障壁功能愈差； 3. Skin temperature、moisture、及 TEWL 隨環境溫濕度之綜合效應而改變，各皮膚生理指標之反應時程(time course)與變化幅度具一定差異；. 4. 人體遭受日光紫外線與環境溫溼度影響時，個體間之主觀熱感知 11.

(43) (thermal sensation)隨個人感受不同而具差異顯著，但愈是處於極端環境下，主觀熱感知愈趨近一致；作為評估環境物理力影響之工具，主觀熱感知與客觀生理指標隨觀察之生理指標不同亦呈現不同程度差異。. 第五節名詞界定 1. 紫外線(ultraviolet light, UV)：抵達地表之日光由紅外線(infrared light, IR；佔 52.8%)、可見光(visible light, VIS；38.9%)與 UV(8.3%)所組成；紫外線可依波長區分為 UVA (315-400 nm)、UVB (280-315 nm)與 UVC (100-280nm)。當紫外線通過大氣臭氧層時，UVC 與絕大部分的 UVB 會被臭氧吸收，而 UVA 則不受影響。因此，能夠抵達地表之紫外線主要由 UVA (約 98%)與少量的 UVB (2%)所構成。 2. 紫外光指數(Global Solar UV Index, UVI)：UVI 為目前表示日光紫外線到達地表強度之主要指標，其指數可由 0 至 15 或 16，暴露等級區分為微量、低量、中量、高量與過量，單位為 J/m2/hr。在正常的情況下，出現紫外線指數最高時段通常為每日 12 時至 14 時之間。 3. 皮膚障壁功能(skin barrier function)：皮膚是人類表面積最大之器官，且為人體阻擋外來危害之第一道防線，亦有防止體內水分散失之功能，這些功能總稱為皮膚障壁功能。皮膚障壁功能主要提供者為表皮. 12.

(44) 最外層之角質層(stratum corneum)，其主要由扁平長型角質細胞與環繞細胞周圍之脂肪所構成；厚度因部位而異，一般介於 10-20 μm 間。對於皮膚傷害與吸收物質程度，皮膚障壁功能是重要之評估依據。 4. 經皮水分散濕度(transepidermal water loss, TEWL)：此一指標廣泛應用於評估皮膚障壁功能；測量方式為量測人體表皮水分以蒸氣型態、採被動擴散方式逸散至大氣中之多寡。當皮膚遭受物理性、化學性或生物性危害時會破壞皮膚障壁功能，因此在未自覺出汗之狀況下，所測量 TEWL 會比一般健康皮膚高。 5. 紅斑(erythema)：當皮膚受到傷害時，人體修復機能為供給受傷細胞足夠養分而增加皮膚微血流量，但若微血流量高於微血管擴張速度時，則會導致紅斑生成。一般人體皮膚之紅斑生成會在受到傷害後 24 至 72 小時之間到達高峰。 6. 黑色素沈澱(skin pigmentation)：紫外線是影響黑色素沈澱的主要因素；當紫外線照射至皮膚時會活化黑色素細胞(melanocyte)中的酪胺酸酶(tyrosinase)，進而誘發黑色素(melanin)生成，亦稱為 melanogenesis 或 suntan。此一反應可增加皮膚抵抗紫外線之危害，而顏色較深的皮膚能防禦能量較高的紫外線。一般人體皮膚之色素沈澱會在皮膚受紫外線曝曬後 7 至 14 日到達高峰。 7. 最小皮膚致紅劑量(minimal erythema does, MED)：皮膚受紫外線照射. 13.

(45) 時，除發生黑色素沈澱外，亦有紅斑生成(曬傷；sunburn)之現象； MED 為一客觀量測皮膚對紫外光耐受力之方式，數值愈高表耐受力愈好，其單位為每單位面積之微焦耳數(mJ/cm2)。測量方式是將從未曝曬日光之皮膚(如背部、臀部)分為數個單位，各單位分別以由低到高不同劑量之紫外光曝曬 10 分鐘，而後觀察於 24 小時(皮膚紅斑反應標準時間)內能使單一單位完整曝曬面積完全變紅之紫外線劑量。 8. 皮膚溫度(skin temperature)：一般人體皮膚平均溫度為 33oC，但皮膚溫度會隨著環境溫度而變化，因此評估人體熱舒適時，皮膚溫度為重要參考指標之一。 9. 皮膚濕度(moisture)：為水分停留在皮膚表面之含量，此指標不但會受環境氣候因子影響(如溫度、濕度等)，且個人排汗量差異亦會造成皮膚濕度的改變。 10. 熱舒適(thermal comfort)：美國冷凍空調協會(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, ASHRAE)將熱舒適定義為：人體對於周遭環境(微氣候)舒適度之主觀滿意狀態。影響熱舒適的因子包括空氣溫度(air temperature)、平均輻射溫度(mean radiant temperature) 、風速 (air movement) 、相對濕度 (relative humidity)、衣著量(insulative clothing)與人體活動程度(activity level)。 11. 熱危害(thermal stress)：其概念與熱舒適相同，即當人體主觀感受對. 14.

(46) 於周遭熱環境舒適度呈不滿意或生理反應產生異常變化時，則表示人體目前正處於熱危害之環境(如極高溫或極低溫環境)。熱危害常以熱危害指數 (Heat Stress Index) 與綜合溫度熱指數 (Wet-Bulb Globe Temperature Index)作為評估指標。 12. 綜合溫度熱指數(Wet-Bulb Globe Temperature Index, WBGT)：由有效溫度指數(Effective Temperature, ET)與修正有效溫度指數(Corrected Effective Temperature, CET)發展而來，過去用於評估與控制美國陸軍軍事訓練營之環境熱危害，目前則被廣泛地應用在評估工業熱危害。 WBGT 可用公式直接計算，計算方式依室內或無日曬與室外有日曬之情況分別表示為：WBGTindoor = 0.7 Tnwb + 0.3 Tg 與 WBGToutdoor = 0.7 Tnwb + 0.2 Tg + 0.1 Tdb，其中 Tnwb 為自然濕球溫度；Tg 為黑球溫度； Tdb 則為乾球溫度；單位以攝氏或華氏呈現。. 15.

(47) 第二章. 文獻探討. 人體皮膚遭受紫外線過度曝曬時可能產生多種反應，包括曬傷、細胞異常增生、及皮膚障壁功能損傷等。源自於自然日光曝曬之皮膚生理變化相關研究迄今有限，且鮮少量化因日光紫外線造成的皮膚傷害。至於連結 UVI 與皮膚健康傷害程度者更付闕如。近年來關於紫外光曝曬引發皮膚傷害現象之研究主要使用人工模擬紫外光(UV light simulator)照射囓齒類動物之角質層與表皮層，並觀察後續之皮膚生理變化(20)；其觀察之生理變化主要為紅斑生成與色素沉澱。在職業衛生領域亦常以經皮水分散失度作為評估皮膚障壁功能的指標。以皮膚濕度評估皮膚表面含水量受環境溫濕度與日光輻射影響之研究文獻亦屬有限。在熱舒適研究方面，主要調查方法包括：利用可控制室內微氣候 (microclimate)之環境暴露艙(environmental exposure chamber)進行比對微氣候變因與主觀熱感受關聯性之實驗，與利用戶外實際調查(field survey) 研究對應各種場域與氣候之熱舒適需求。調查人體熱舒適之方法泰半以問卷方式半量化評估受測者對熱環境之感知(thermal sensation)(21)。有關自然日光暴露對於人體熱舒適變化之研究較少；曾有研究使用人工模擬紅外光照射至人體皮膚，觀察皮膚溫度與熱感知之變化幅度(22)。以下分別介紹上述指標：. 16.

(48) 第一節經皮水分散失度與皮膚濕度評估皮膚障壁功能及維持生理衡定時常用的指標為經皮水分散失度 (transepidermal water loss, TEWL)。TEWL 量測水分以蒸氣的型態從體內透過表皮蒸發逸散至空氣中的量，據以評估皮膚阻絕內外環境之障壁功能是否正常。在未自覺出汗的狀況下，TEWL 愈大，代表皮膚的屏障效能愈低 (20) 。美國國家職業安全與衛生研究院 (National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH)於近年亦訂定以 TEWL 評估工業化學物暴露導致皮膚障壁功能損害之標準(23)。當人類皮膚遭受紫外線照射時，皮膚障壁功能完整性所受之傷害與紫外線波長和強度(暴露劑量) 有關。綜合過去研究觀察結果，當去毛小鼠(hairless mice)或大鼠(rats)之皮膚遭受：(i)單一、高劑量的 UVB 曝曬(24)；(ii)重複、低於 MED 之 UVB 曝曬(25)；(iii)UVA 與 UVB 同時曝曬時紫外線後，TEWL 皆呈上升趨勢(26)。皮膚表皮層是一具滲透性之障壁，而此障壁主要由角質層細胞及細胞間質中存在的脂質(intercellular lipids)所組成。這些脂質包含神經醯胺 (ceramides)、膽固醇(cholesterol)、游離脂肪酸(free fatty acids)，以及微量的非極性脂肪與硫酸固醇(cholesterol sulfate)等。Meguro et al.(27)研究經單一劑量(2 單位 MED)或連續劑量(每日 0.5 單位 MED；共曝曬 14 天)之 UVB 照射後，角質細胞間脂質多層結構之變化。研究結果顯示：暴露三天後，. 17.

(49) 去毛大鼠皮膚之 TEWL 顯著地上升，而以共價方式結合的神經醯胺含量明顯下降，說明神經醯胺是維繫皮膚障壁功能之重要成分之一。Akitomo et al.(28)利用 TEWL 評估倉鼠(hamsters)背部皮膚角質層因紫外線照射產生之皮膚表面脂肪過氧化(lipid peroxidation)對皮膚障壁功能之影響；發現若將膽固醇先施放至皮膚上，再以能誘發耳朵紅腫現象之最小 UVB 劑量 (minimum ear-swelling dose)照射時，與只單獨照射 UVB 的部位相較，實驗部位的 TEWL 上升了至少 2 倍。綜合以上研究發現：UVB 在活體實驗中(in vivo)可直接活化皮脂腺之功能並促進脂肪之分泌，而在紫外線照射時上述脂肪發生過氧化反應，進而使得皮膚障壁功能受損。Jiang et al.(29) 評估小鼠角質層中細胞間脂質經 UVB 照射後的反應。其實驗以單一劑量的 UVB (0.15 J/cm2)照射去毛成鼠的皮膚，並以 TEWL 作為評估障壁功能之依據。研究結果顯示單一劑量的 UVB 輻射能夠顯著地增加 TEWL 值—TEWL 於照光後第 2 天開始上升，並於第 4 天時到達高峰。實驗中利用電子顯微鏡觀察細胞間區域所發生、顯著的異常型態(morphological abnormalities)；異常的型態包括層板顆粒(lamellar granules)之組成改變、其於表皮角質層(stratum corneum)與粒狀層(stratum granulosum)間之含量變化、以及角質細胞中細胞核之不易釋出。此外，日光輻射能亦能影響皮膚濕度，但目前相關之研究仍然有限，此外亦尚未有研究闡明影響其作用機轉之因素。Li et al.(30)使用人工模擬. 18.

(50) UVB 光源(725 ± 10 μW/cm2)，以每日 6 小時、連續 3 天照射飼養在恆溫室內(23oC)大鼠(Sprague-Dawley rats)之皮膚；研究結果發現在第 1 天曝曬 0 至 2 小時時，皮膚濕度呈下降趨勢，隨後則逐漸回升，但未能恢復至原先正常情況。第 2 天皮膚濕度趨勢與第一天相同，但數值高於第一天量測值。第 3 天皮膚濕度則出現連續下降之趨勢，顯示皮膚已遭受累積性傷害，障壁功能明顯下降。. 第二節紅斑與黑色素生成遭受紫外線照射時，人體皮膚產生最明顯的生理反應為紅斑生成 (erythema)與色素沈澱(skin pigmentation)；紅斑生成以及色素沈澱與膚色、年齡、曝曬位置、紫外線波長、及曝曬劑量具顯著關聯(31)。此兩種指標對於因紫外線曝曬所造成之皮膚病理或生理反應具有高再現性且簡單明瞭的優點。紅斑生成及色素沉澱常分別以紅斑指數(erythema-index, E-index)以及黑素指數(melanin-index, M-index)表示(32)；兩者亦是大多數研究中觀察紫外線暴露後數小時或數天內生理反應變化常選用的指標。 Farr and Diffey(4)以 E-index 評估人體皮膚經模擬紫外線曝曬後的健康效應，發現所測得的紅斑反應與紫外線劑量之對數呈線性關係。Diffey et al.(33)(1987)的研究顯示：人體皮膚經 UVA 與 UVB 照射後 24 小時之曝曬劑量對數與紅斑反應間雖未顯示顯著之迴歸關係，但 UVA 照射後的紅斑. 19.

(51) 生成呈現雙相(biphasic)反應：在暴露發生後紅斑立即顯現，並於曝曬後 6 至 24 小時間上升至並穩定維持在高峰。Park et al.(34) 利用螢光燈源 (fluorescent sunlamp)所產生之寬頻(broad-band) UVA 與 UVB 射線照射皮膚表面，並以 E-index 與 M-index 檢驗因紫外光暴露生成之皮膚顏色變化進程。研究結果發現照射後 1 天內 E-index 即抵達最大值，而後逐漸下降，但 28 天後仍無法回復至皮膚原先情況；而 M-index 則於曝曬後緩慢上升，直到第 7 天時到達高峰。Suh et al.. (35). 在為期六個月的研究中，觀察. 寬頻 UVA (BBUVA)、窄頻(narrow-band) UVB (NBUVB)、以及寬頻 UVB (BBUVB)照射所導致之紅斑生成與色素沈澱隨時間的反應變化；實驗結果發現經 BBUVA 照射後 1 小時內紅斑生成與色素沈澱最為明顯。若分別以 NBUVB 與 BBUVB 輻射誘發皮膚紅斑生成，則紅斑生成分別在照射 1 天與 2 天後情況最為嚴重；照射 NBUVB 後 3 至 6 天之間皮膚色素沉澱達到最大，而照射 BBUVB 則需要 4 到 7 天。皮膚照射 NBUVB 與 BBUVB 後分別須 1 個月與 3 個月方能恢復至原本膚色。. 第三節. 經皮水分散失度、皮膚濕度、紅斑生成與黑素沉澱受溫度影響之測量. 人體中多數的生理組織與系統皆會受到溫度影響。若於紫外線照射前與照射後改變周遭之環境溫度，可造成皮膚微血流以及皮膚發炎反應. 20.

(52) (inflammatory reaction)的改變，並同時影響因紫外線輻射所導致的紅斑生成與色素沈澱(36)。目前以紫外線照射前後皮膚表面溫度變化為主題的研究並不廣泛；但少數研究亦發現皮膚表面溫度可因紫外線曝曬而改變，而上項改變與 TEWL 變化及皮膚生成紅斑程度具關聯。Thiele et al.(37)研究去毛大鼠遭受紫外線與臭氧同時暴露後皮膚表面溫度與 TEWL 的改變，觀察到兩者間具顯著關係。Shea and Parrish(38)於其研究中，先以 UVB (290-320 nm)照射人類皮膚，再立即以 20oC 或更低溫度之水袋冰敷皮膚 1 小時使皮膚表面溫度降低。研究發現曝曬前冰敷具有提高紅斑生成閾劑量之效果—閾劑量之提升以照射 4 至 6 小時後最為明顯。Shea and Parrish 建議：可引起發炎反應之訊號物質會因冰敷而改變擴散方式，因而造成皮膚血流反應之變化或是改變皮膚細胞修復因紫外線曝曬而產生損害之能力。皮膚濕度為水分停留在皮膚表面之含量，不但可調節皮膚散發多餘體熱(39)，亦能控制皮膚微循環(40)。由於水具有高比熱之特性(S=1)，對濕度較低的皮膚而言，其比熱較正常狀況為低，因此只要環境熱稍加改變，即可造成皮膚溫度顯著變化；也因此過於乾燥的皮膚會具有較高的皮膚溫度，且無法透過散發多餘熱量避免曬傷情況發生(41)。皮膚濕度亦能影響皮膚血流變化，皮膚愈乾燥，皮膚表面血液流速也就愈高。McLellan et al.(42)於不同環境溫度(16, 24, 32oC)與相對濕度(35 ± 10%)狀況下，利用暴. 21.