科学家说清洁室内空气可以让我们更健康、更聪明

Joseph Allen 在哈佛大学开展了一项重大的公共卫生研究项目，探索室内空气质量如何影响人类健康和认知。他就通风和空气过滤问题向公司提供咨询，在大流行期间，他成为了公共卫生领域的重要代言人，撰写了数十篇专栏文章，批评卫生当局的早期指导并揭穿对病毒传播方式的误解。但如果他不是作为一名 FBI 新兵被淘汰，这一切都不会发生。艾伦是纽约市凶杀案侦探的儿子，他开设了自己的调查机构，十几岁和 20 多岁的时候，他一直在帮助处理家族企业。他从事监视、卧底工作、计算机取证和跳跃追踪——追踪那些为了逃避赡养费而离开城镇的人。最终他接管了该机构，领导调查并监督八名特工。 “我喜欢这份工作，并认为它具有挑战性，”艾伦回忆道。但他的一部分一直想成为一名科学家。他在波士顿学院主修环境科学，在他 20 多岁的时候，仍然饱受折磨，即使在他开始成为联邦调查局特工的过程中，他也开始申请研究生院。经过 2 年的面试和测试，最后一步是常规测谎测试。他第一轮失败了——他被问到的诡计问题太明显了，以至于他无法认真对待。因此，联邦调查局从伊拉克派来了一位最严厉的审查员——一个身材魁梧、穿着长筒靴的家伙，当着艾伦的脸，尖叫着说他知道自己在撒谎。但艾伦保持冷静，过了一会儿，审讯者冲了出去，砰的一声关上了门。 “我以为他会回到房间里说，'恭喜'，因为我想我要把它压垮了，”艾伦回忆道。 “但他们辜负了我，因为他们说我采取了对策。”联邦调查局显然不想要一个不会因测谎而感到不安的特工。这解决了艾伦的职业困境。 “我保证我是唯一一个早上没有通过 FBI 测谎仪测谎并在几个小时后开始读研的公共卫生专业学生，”艾伦说。但他的调查本能从未离开他。艾伦是一个身材高大、看起来很健壮的男人，秃头，留着时髦的胡茬，他在哈佛大学的 TH Chan 公共卫生学院指导健康建筑项目，在那里他研究从家具、地毯和油漆中释放出的有毒气体的影响；陈旧的空气；和高水平的二氧化碳。艾伦和其他人的多年研究表明，建筑物中空气流通不畅会损害我们清晰和创造性地思考的能力。考虑到我们一生中超过 90% 的时间都在室内度过，这些发现对个人福祉以及关注其底线的企业都有影响。 “乔一直对这一系列领域有着独特的理解——从建筑物的工作原理到环境暴露评估，再到与健康结果的联系，”土木、建筑和环境工程系主任布伦特斯蒂芬斯说。伊利诺伊理工学院。 “这个世界上没有多少人在整个范围内工作过。”当 COVID-19 大流行到来时，之前深奥的室内空气质量领域突然成为广泛关注的焦点。像他的许多同事一样，艾伦也加入了战斗，为学校系统、警察部门、娱乐公司、波士顿交响乐团和许多其他实体在大流行期间和之后如何使室内空气更健康提供建议。

“COVID 真的改变了谈话，”波士顿地产公司租赁副总裁马特默里说，他是美国最大的上市开发商，也是艾伦的咨询客户之一。在大流行之前，公司不得不向无聊的高管解释为什么他们应该关注室内空气。 “现在，首席执行官们都在说，‘你们使用什么过滤器？您如何处理带入工作空间的空气？'”Murray 说。 “我们已经为这些对话做好了准备，因为我们一直在与乔合作。”在 FBI 考试不及格后，艾伦变成了另一种侦探。在波士顿大学公共卫生学院的博士论文中，他调查了家具释放到空气中的有毒阻燃化学物质，发现它们几乎无处不在。 （这些化学品后来被禁止使用。）毕业后，他在一家咨询公司找到了一份工作，在那里他调查了诸如石膏板有毒排放和军团病爆发等问题系统、淋浴，甚至抽水马桶。这些调查让他接触到了“病态建筑综合症”，这是 1970 年代首次发现的问题，当时居住者会感到疲劳、眼睛发痒、头痛和其他症状。导致这些疾病的确切原因尚不清楚，但暴露在受污染的空气中可能是罪魁祸首。艾伦确信，你工作的大楼比你的医生对你的健康产生更大的影响。 2014 年，艾伦接受了哈佛大学的一个职位，在那里他很快将注意力转向了室内环境如何影响人们的认知能力。在闷热的会议室召开长时间的员工会议，我们中的许多人都难以集中注意力。 Allen 和其他人的研究表明，疲倦可能不仅仅是由于无聊，还可能是由于会议室空气中富含二氧化碳 (CO 2)。自从 1970 年代的能源冲击以来，美国的建筑就尽可能地密闭和节能。结果是有毒挥发性有机化合物 (VOC) 和呼出的 CO 2 积聚。 90 年代后期引入的“绿色建筑标准”专注于减少有毒材料并使建筑更健康、更可持续，但他们没有优先考虑室内空气质量并最终没有改善它。在多年的一系列实验中，艾伦和他的团队调查了后果。在 2015 年发表的第一项研究中，他们让 24 名白领志愿者在雪城大学全面室内环境质量实验室的环境受控办公空间中度过了六个工作日。在不同的日子里，实验者会改变通风率和 CO 2 和 VOC 的水平。每天下午，志愿者都要接受分析思考和应对危机的能力测试。 （例如，一项测试让志愿者扮演小镇市长的角色，试图应对紧急情况。）所有测试都是双盲的：志愿者和研究人员都不知道当天的环境条件。结果是戏剧性的。当志愿者在通风良好的条件下工作（这降低了 CO 2 和 VOC 的水平）时，他们的得分比在典型办公楼条件下工作时高 61%。当他们在最干净的条件下工作时，CO 2 水平甚至更低，通风率更高，他们的得分攀升了 101%。为了了解结果在现实世界中是否成立，艾伦和他的团队从美国各地的 10 座办公楼中招募了 109 名志愿者。六处经过翻新，以更好地控制热量和湿度，改善通风，并减少有毒材料的使用。四没有。艾伦的团队为每位上班族提供了一个类似 Fitbit 的手镯，用于记录心率、皮肤温度、睡眠模式和其他健康状况的生理迹象。工人们还每天完成一项关于他们感觉舒适程度以及他们是否出现嗜睡或头痛等症状的调查。在一周结束时，他们进行了认知测试。通风良好且室内污染程度较低的建筑物的工人得分比未改善建筑物的工人高 26.4%。他们还报告说睡得更好，“病态建筑”症状更少。

新鲜空气进入建筑物 1 1 新鲜空气 室外空气通常是确保室内空气质量的最佳方式。通过打开窗户或调整通风系统，可以实现每小时四到六次房间更换的建议换气率。 2 3 4 5 6 2 室外污染物 在空气污染严重的地区，专家建议使用高质量的过滤和空气处理系统。 3 再循环 传统的强制空气加热和冷却系统再循环相同的空气。更好的过滤器和将外部空气带入通风系统或打开窗户有助于改善空气质量。室外污染物进入建筑物 Airduct Rug Air return 4 排气 地毯、室内装潢、油漆和清洁材料会释放挥发性有机化合物 (VOC)，从而导致刺激和健康问题。选择更好的材料是最好的方法。 5 呼出的 CO 2 因通风不良导致的 CO 2 积聚会导致困倦和认知障碍。外部空气和调整良好的通风系统可以解决这个问题。 6 重悬 常规活动，例如在地毯上行走和坐在椅子上，会增加灰尘水平，从而携带污染物。使用带有内置过滤器的真空吸尘器进行更好的空气过滤和清洁表面会有所帮助。尺寸问题 在室内空气中发现的许多颗粒中，小于 5 微米 (μm) 的呼出颗粒已成为 COVID-19 大流行期间的焦点，因为它们可以留在空气中并传播疾病。灰尘 (2.5 μm) 气溶胶颗粒 (<5 μm) 花粉、霉菌 (10–15 μm) 盐粒 (60 μm) “这是非常重要且有趣的工作，”波特兰州立大学的室内空气科学家 Elliott Gall 说. “这是[探索]室内空气的复杂性及其如何影响我们的跨学科工作的一个很好的例子。”随着时间的推移，艾伦开始将商人视为天生的盟友，他们可以比政府官员更快地对他的公共卫生发现采取行动。他与哈佛商学院讲师、新英格兰最大建筑公司之一的前首席执行官约翰·麦康伯（John Macomber）合作。艾伦的研究给麦康伯留下了深刻的印象，该研究表明通过改善通风对能源效率的微小牺牲可以通过减少缺勤和提高工人生产力将企业的底线增加多达 10%。 “我意识到我们已经错过了这条船，”麦康伯说。 “当生产力问题有数千美元时，我们在能源上追逐便士。”艾伦和麦康伯咨询公司并在公司会议上发言，提出改善通风和过滤以及调节照明、温度和湿度的经济案例。 “健康建筑的想法太复杂了，”他们在合着的《健康建筑：室内空间如何推动性能和生产力》一书中写道。 “我们需要做一些事情才能使建筑物更健康。”艾伦的小组继续调查室内环境如何影响我们的精神状态。他们发现，在美国联邦航空管理局规定的应急响应测试中，飞行员在驾驶舱中接触到的 CO 2 水平普遍低于他们呼吸更好的空气时的表现。他们表明，在热浪期间，住在没有空调宿舍的学生比有空调的学生反应时间更慢，解决问题的能力更差。他们表明，将植物和自然景观带入工作场所可以降低上班族的心率、血压和其他生理压力指标。 2019 年，艾伦的团队开始了一项雄心勃勃的国际项目，通过在 1 年内跟踪六个国家/地区 43 座建筑物中 300 多名办公室工作人员的身体和认知健康状况，研究室内空气质量的长期影响。他们给每个工人邮寄了一个腕带来监测他们的生理机能，还有一个小型传感器来持续测量工作场所中细颗粒物和 CO 2 的水平。在预定的时间和 CO 2 和颗粒物水平下，该程序通过测验对每个工人的智能手机进行 ping 测试，以测试反应时间和认知功能。研究表明，在世界各地的办公室中，通风不良、CO 2 和颗粒物（携带 VOC）都会显着损害认知功能。 2020 年 1 月，当中国武汉首次出现新型冠状病毒的报告时，艾伦意识到他多年来研究室内环境中的空气质量和疾病传播具有新的意义。他说：“尽管这种病毒是新的，但其中的一些元素让人感觉很熟悉。” “无论是放射性危害、生物危害还是化学危害，都没有关系。我们知道如何评估风险并采取适当的控制措施。”

在大流行初期，世界卫生组织 (WHO) 和美国疾病控制与预防中心 (CDC) 的专家认为该病毒是通过呼出的大飞沫传播的，飞沫在短时间内漂浮，然后定居表面。但是专门研究气溶胶的科学家知道，空气传播的病毒更有可能附着在人们呼吸、打喷嚏、咳嗽或说话时呼出的更细小的颗粒上。这些小于 5 微米的颗粒可以穿过房间并在室内空气中停留数小时。澳大利亚昆士兰科技大学 Gardens Point 的 Lidia Morawska 等气溶胶专家；马里兰大学帕克分校的唐纳德·米尔顿；弗吉尼亚理工学院和州立大学的 Linsey Marr 认为，对较大液滴的关注导致了错误的指导，即用漂白剂清洗包裹、保持 2 米的距离——即使是在户外——以及一些研究人员称之为“卫生剧场”的其他形式。 ”他们敦促制定强调室内戴口罩的政策，并减少对室外人员的严厉规定，因为在那里病毒会迅速传播。艾伦签署了这场斗争，与气溶胶专家和公共卫生研究人员合作撰写科学论文，并将他们的案例公之于众。 “他是一位非常出色的公共传播者，”马尔说，她认为艾伦帮助她的工作获得了应有的关注。 “在过去的一年里，我们最大的挫折之一是我们知道足够早的行动，”艾伦说。 “即使到 2020 年 1 月下旬，我们也知道气溶胶的空气传播不仅是可能的，而且是可能的。”等待证明是没有意义的。 “这是一场大流行，一个全面的时刻，那么我们为什么不立即部署所有可能有帮助的策略呢？”艾伦从他的研究中了解到，这些策略包括将更多的外部空气带入长期通风不足的建筑物，并在通风装置中使用效率更高的过滤器。他开始在凌晨 4 点起床写评论文章。他在《金融时报》和《纽约时报》上的前两篇文章认为，如果通风良好，建筑物可能成为抗击病毒的强大武器。他和他的团队测量了各种条件下教室的空气流量，艾伦解释说，通过打开窗户和购买当地家庭商店出售的那种高效微粒空气净化器，学校可以很容易地变得安全。他的大部分作品都涉及纠正错误印象，以至于他觉得自己在玩社论打地鼠。不，他争辩说，您不必用漂白剂擦拭杂货。不，您不必避免在户外锻炼。不，学校不需要安装昂贵的空气净化系统。 2020 年 7 月，Morawska 和 Milton 给世卫组织写了一封公开信——大声呼吁承认气溶胶传播的重要性。艾伦是 32 个国家/地区的 237 名其他科学家之一，他们签署了这封信，敦促更加重视室内空气质量。但世卫组织继续淡化气溶胶传播的重要性。 “我认为有些不情愿是，如果 [卫生当局] 说疾病是通过空气传播的，我们就必须为每位卫生工作者提供 N95 口罩，并在每家医院都设有负压室，这是不可能的，”马尔说.

当月晚些时候，艾伦和他的哈佛大学同事 Parham Azimi 在《美国国家科学院院刊》上发表了一项研究，该研究使用计算机建模来重建钻石公主号游轮上 COVID-19 疫情的传播。通过绘制船上的通风系统和感染疾病的人的位置，他们表明只有气溶胶，而不是较大的飞沫，才能通过管道传播必要的距离。 Marr、Morawska 和其他人的研究也得出了类似的发现。终于，在 5 月初，在主要期刊上发表了一系列有说服力的论文后，WHO 和 CDC 承认该病毒主要通过精细气溶胶传播。 （即便如此，这些机构也没有发布重大公告，只是更改了其网站上的措辞。）从那时起，CDC 走得更远，发布了重新开放学校的建议，强调除了接种疫苗外，良好通风的重要性。与此同时，艾伦和他在哈佛健康建筑计划的同事创建了一个网站，其中包含有关在学校、家庭和企业中保持适当通风的综合指南。该网站建议建筑经理尽可能多地引入外部空气——房间空气交换率为每小时四到六次，是典型办公室或学校建筑的两倍多。在再循环内部空气的建筑物中，管理人员应该升级到医院级 MERV 13 过滤器，它可以去除高达 90% 的 2.5 微米或更小的颗粒，而不是典型的 MERV 8，它只能去除 20%。对室内空气质量的新关注可能有助于加速当前大流行的结束，甚至可能有助于预防下一次大流行。它也可能带来更广泛的变化。商界人士正在认识到改善室内空气以创造更好的工作条件并为他们的财产增值的价值。麦康伯说：“我们在市场的某些部分——尤其是高端房地产投资信托基金、多栋写字楼或公寓的所有者——看到的情况是，他们真的在认真考虑在大流行后市场竞争”。 “一种竞争方式是拥有更健康的建筑。”艾伦预测，廉价个人空气质量监测器的新可用性将加速竞争并提高人们对室内环境的认识。以前，评估室内空气质量的唯一方法是聘请昂贵的顾问。现在，只需不到几百美元的在线监测器，任何上班族或酒店客人都可以快速监测 CO 2；有些设备甚至可以检测 VOC。如果消费者在 Yelp 等网站上发布结果，企业将被迫关注。 （事实上​​，一些业主已经在广告中吹嘘空气质量。）“我认为我们对室内空间的看法将会发生根本性的重新平衡，”艾伦说。 “我认为人们不会容忍生病的建筑物，在那里你会感到疲倦、眼睛发痒、头痛，或者你被塞进一个没有窗户的壁橱般的办公室里。”这是大流行带来的持久积极因素。 “那个时代已经结束，”艾伦说。 “没错，祝你摆脱困境。”