PM2.5对健康影响的研究进展(综述)

1、 PM2.5对健康影响的研究进展摘要：PM2.5对人体健康和大气环境质量的影响很大。随着人们对健康与环境关系的关注，关于PM2.5对健康影响的研究成为国际上极为热门的一个研究领域。本文将依次从流 行病学、成分与致病性、毒理学方面对PM2.5的研究进展进行阐述。关键词：PM2.5;健康影响；研究进展；The research progress of PM2.5 on health effects.Abstract : PM2.5 has a great influence on human health and the air quality. As people pay more attent

2、ion to the relationship of health and environment, the research on health effects of PM2.5 has become one of the most popular research fields. This paper will present the research progress of PM2.5 from epidemiology , composition and pathogenicity , and toxicology.Key words : PM2.5 ; health effects;

3、 research progress;近些年来，随着我国经济快速发展，我国城市大气污染问题也日益突出。美国国家航空航天局（NASA）2010年关于世界各地细颗粒物密度的全球空气质量图的发布（其中图中显示细颗粒物密度最高的位置为北非、东亚和中国，其中中国华北、华东和华中细颗粒物的密度接近80 g/m3,甚至超过了撒哈拉沙漠）力学直径小于2.5微米的细颗粒物。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5对人体健康的危害更大，因为直径越小，进入呼吸道的部位越深。PM2.5粒径小，比表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（重金属、微生物、芳香胫类物质等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对大气环境质量和

4、人体健康的影响很大。近几年，随着人们对健康与环境关系的关注，关于 PM2.5对健康影响的研究成为国际 上极为热门的一个研究领域。本文将依次从流行病学、成分与致病性、毒理学方面对PM2.5 的研究进展进行阐述。 PM2.5对健康影响的流行病学调查研究流行病学调查研究是对某种致病因素全面分析必不可少的一个方面，自从PM2.5的概念被提出，PM2.5的流行病学调查为 PM2.5对人体健康的影响提供了大量的有用信息，大 大加快了人类认识 PM2.5的步伐。流行病学研究表明，PM2.5对人群心肺疾病发生率、死亡率等影响显著2-4。美国肿瘤协会的一项队列研究于1982-1998年跟踪50万名成人（30岁及

5、以上，范围覆盖美国50个州）并收集大气污染资料，对受试者年龄、性别、种族、体重指数、身高、吸 烟史、教育程度、婚姻状态、饮食、饮酒和职业暴露等危险因素进行控制后，结果表明， PM2.5每增加10 g/m3可使总死亡率、心血管疾病死亡率和肺癌死亡率分别增高4%, 6%和、2011年我国京津冀、长江三角洲I珠江三角洲 等区域及全国大中城市大面积雾霾天气的频发、2011年美国驻北京使馆对北京大气PM2.5数据的公布，对我国造成了较大影响，PM2.5也因此逐渐进入国人视野。PM2.5即空气动等3曾对欧洲23个城市 （约 3600万居民） 长期暴露于PM2.5 和公众健康的关系展开过研究，结果表明，如果

6、这些城市的年平均PM2.5 浓度减少到 20 g/m3 ，则每年可以减少11375 人（包含 8053人的心肺死亡和 1296人的肺癌死亡） 过早死亡； 如果这些城市长期暴露于PM2.5的浓度减少到 15 g/m3 ，则每年可以减少16926 人（包含 11612 人的心肺死亡和 1901 人的肺癌死亡）的过早死亡。此外，如果每年平均PM2.5 浓度不超过15 g/m 3，则对于一个30岁的人来说由于总死亡率的减小，其寿命可能要增加一个月到两年。2012 年由美国华盛顿大学卫生指标和评估研究所等六所学术机构及世界卫生组织合作完成的一个报告指出， PM2.5 可造成下呼吸道感染，气管、支气管和肺

7、脏癌症，缺血性心脏病，脑血管疾病，慢性阻塞性肺病等。其中，对于五岁以下儿童，主要可造成下呼吸道及气管感染，而对于25 岁以上的成人可造成其他所有可能的疾病，理论最小危险暴露浓度为8.8 g/m3。 在 2010 年， 在 20 种对健康影响最大的危险因素排名中， 空气颗粒物污染 （主要指颗粒物粒径较小的 PM2.5 ） 造成的疾病负担排名第九。 并对不同地区的四十三种危险因素进行排名， 受空气颗粒物污染影响最严重的地区是东亚， 其致病影响排名第四 （此处东亚不包括韩国和日本，致病影响第一到第三分别为：高血压；吸烟，包括二手烟；饮食中低水果） ，而受空气颗粒物影响最小的地区出现在大洋洲，在四十三

8、种危险因素中排名第三十二4。我国学者也对 PM2.5 对健康影响进行了一些流行病学研究。 如一项针对2007-2008年北京市大气颗粒物浓度对居民循环系统疾病死亡影响的研究表明， 控制性别、 年龄、 季节等潜在混杂因素影响后，PM2.5浓度每升高10 g/m3,所关联的总循环系统疾病、心血管疾病、脑血管疾病死亡的超额危险度分别为 0.78%、 0.85%和 0.75% ， PM2.5 与循环系统疾病死亡的关联有统计学意义5 。此外 , 另一项研究综合考虑并控制年龄、身体质量指数、受教育时间、 酒精摄入及饮食等因素后， 针对交警和普通民众的流行病学调查表明， 交通相关的 PM2.5可以导致血液中

9、 BPDE -DNA 加和物和尿中1-OHP 升高，从而认为个人 PM2.5 暴露水平与DNA 损伤有相关性6 。PM2.5 的成分与来源及其与致病性的关系PM2.5 来源广，粒径较小，吸附性强，因此其成分极为复杂，主要包括碳质成分、重金属（锌、铜、镍、钴、砷、镉、铬、铅等） 、水溶性离子（硝酸根、硫酸根、铵根离子、氟离子、氯离子等） 、有机物质和生物质（细菌和真菌等）等成分。有研究表明，碳质成分（有机碳和无机碳） 、离子（氯化物和氟化物） 、金属或非金属元素（镍、锌、镁、铅和砷等）对血压改变有很强的促进作用，而金属锰、铬和钼对心脏收缩压和舒张压的改变有着很强的抑制作用7 。多环芳烃及过渡金属

10、（如铁、锌、铜、镍、钒）可引起活性氧的产生和炎性因子的释放, 与颗粒物引起的心肺损伤密切相关； 多环芳烃是最早发现且数量最多的致癌剂， 多环芳香烃和硝基多环芳香烃 （其致癌性比多环芳香烃更强） 浓度随 PM2.5 浓度的增加而增加， PM2.5 的致突变性与其吸附的芳香烃类物质浓度呈正相关8-10 。此外，重金属（如镍、铬、镉、铅）及由其产生的活性氧也可以直接或间接作用于DNA ,引起DNA损伤、断裂或形成 DNA加和物8，11;而易于富集在粒径W2.0m颗粒物上的铅、镍、砷、锌等元素能抑制小鼠免疫功能，使淋巴细胞转化功能、白细胞介素（ IL -2）活性、 NK 细胞活性、 T 淋巴细胞亚群等

11、指标改变11 。一些放射性元素，如氡，也具有较强的 DNA 损伤能力。而生物质的成分则包括细菌、古生菌、真菌、双链 DNA 病毒等，一些呼吸系统相关微生物过敏原和致病菌的相对丰富度随着空气颗粒物污染浓度的增加而增加，PM2.5 中的生物组分被认为与部分过敏和呼吸系统疾病的传播有关 12 。PM2.5 的来源决定了其成分，而其成分则决定了其致病性和致病力。为解决PM2.5 的污染问题，找到其主要的来源也至关重要，因而也有一些科研工作者根据采集到的 PM2.5的致病性特性或成分特征而对其来源进行了解析。如 Li R J 等通过对太原市的 PM2.5 中所含的 16 种多环芳香烃和 3 种硝基多环芳

12、香烃的浓度分别测定，根据BaP/BghiP （苯并芘/苯并芘标准品）的比值（煤燃烧时比值在0.9-6.6，石油燃烧时比值在0.3-0.44 ）及其他一些成分的含量、 比值推测出太原市冬季的 PM2.5 主要来自于煤燃烧排放， 并且认为 N/S1 时（ N ：NO3- ， S： SO42- ，太原市N/S 约为0.3 ） ，当地固定源对大气颗粒物的贡献较移动源高9 。Wu S W 等在对北京不同污染源的 PM2.5 对心肺健康影响进行研究时， 通过采集郊区和城区校园 PM2.5 ，并对其 29 种化学成分进行分析，然后用正交矩阵对PM2.5 来源分析，进而解析出七种实验期间主要的 PM2.5 来

13、源对大气PM2.5 的贡献值，七种来源包括交通排放（ 12.0% ） 、 燃煤排放 （22.0% ） 、 二次硫酸盐/硝酸盐（ 30.2% ， 间接来源于交通和燃煤排放） 、扬尘 /土壤（ 12.4%） 、冶金排放（ 0.4% ） 、其他工业排放（ 6.9% ）和二次有机颗粒物（ 9.9% ，间接来源于化石燃料燃烧） 。同时指出与市区校园相比，郊区校园空气PM2.5 主要来自于二次硫酸盐/硝酸盐和冶金排放，而相比于郊区校园，城区校园PM2.5 主要来自于交通排放、燃煤和二次有机颗粒物 13 。PM2.5 的毒理学研究进展与趋势随着 PM2.5 进入公众视野，关于 PM2.5 对人体健康影响的研

14、究大量展开，现在已有充分的证据证明 PM2.5 对人体呼吸系统、心血管系统、免疫系统、神经系统，甚至生殖系统等的危害。PM2.5 对呼吸系统的致病机制主要在于，进入呼吸道的 PM2.5 颗粒物一方面可以物理刺激气管、支气管和肺泡壁 ,另一方面其所含的复杂成分（包括重金属、芳香烃类物质等）又可以化学腐蚀气管、支气管和肺泡壁等器官组织，从而使呼吸道防御机能受到破坏, 肺功能受损 , 呼吸系统症状如咳嗽、咳痰、喘息等发生率增加, 慢性支气管炎、肺气肿、支气管哮喘等的发病率增加, 甚至可导致细胞恶变、肺癌发生等最终造成人群过早死亡，这些危害在儿童和呼吸系统疾病患者等人群中更为明显14-15。在Fern

15、anda A C P等的一项研究中，用尿烷致癌雌性瑞士小鼠， 当使致癌的小鼠分别呼吸经过滤器 （三层过滤系统， 第三层为高效过滤器）过滤后的空气和污染的空气（交通相关PM2.5 ） ，经过总共两个月时间的实验后，呼吸过滤空气组小鼠的肺部肿瘤小结数量远低于呼吸非过滤空气组（后者数量约为前者两倍） ，从而推测低水平的 PM2.5 可能加快肺肿瘤的发展16 。我国学者进行的一项研究表明PM2.5 对小鼠亚慢性染毒时，引起小鼠肺部 Th17/Treg 细胞失衡及相关细胞因子分泌改变，其肺组织中 IL-17 升高及 IL -10 的降低，最终导致了小鼠肺部持续的炎症及免疫损伤17。PM2.5可以直接和间

16、接作用于心血管系统。间接作用主要通过PM2.5对自律神经系统和对肺脏的作用而产生，PM2.5对自律神经系统的影响可以造成心律改变，而对肺脏的作用既可以产生炎症反应又可以激活机体凝血因子， 进而可促进动脉粥样硬化 （动脉粥样硬化又是心肌梗死和急性冠状动脉综合征的重要原因之一） 、高血压及其他一些急性心血管疾病的发生；PM2.5对心血管系统的直接作用主要是PM2.5颗粒物上携带的一些毒性物质或一些较小的颗粒通过肺的内呼吸换气进入血液循环系统，通过产生活性氧、干扰离子通道（尤其对Ca2+通道的干扰）等而造成心肌紊乱，包括心律不齐、心脏舒缩紊乱等，此外，PM2.5进入心血管系统后还可造成动脉血管缩小、

17、阻碍内皮细胞舒张等。PM2.5对心血管系统的危害在某些易感人群中更为明显, 如老年人和心血管疾病患者等18。 Bartoli C R. 等 19以狗为实验动物的一项研究表明， 当狗持续暴露于浓缩的空气颗粒物后可导致其收缩压、 舒张压、 平均动 脉血压增高（2.71.0mmHg p=0.006; 4.1 0.8mmHg pv 0.001; 3.70.8mmHg pv 0.001）, 此外，空气颗粒物还导致了心律增加、脉搏压的减小。而另一个以小鼠为受试对象的研究表 明，长期暴露于浓缩的 PM2.5可以显著增加其血压，这主要由于 PM2.5造成的下丘脑炎症反 应激活交感神经系统造成20。免疫系统对颗

18、粒物的反应具有两面性：一方面对颗粒物具有清除作用，另一方面也是机 体受损白原因15。颗粒物其本身所带有的毒性物质一方面可以刺激机体免疫系统，导致机 体的免疫应答，机体单核细胞、巨噬细胞等可以吞噬并清除颗粒物，同时机体可产生相应抗体，以利于下一次对颗粒物的快速应答；但颗粒物又可以刺激免疫相关细胞，导致其分泌大量的炎性因子，从而导致机体的炎症反应，或者颗粒物刺激机体产生特异性的IgE,当相应的颗粒物再次进入体内时可以与相应的IgE结合并导致肥大细胞、嗜碱性粒细胞脱颗粒，释放白三烯、组胺等过敏反应相关因子，从而导致哮喘等过敏性疾病，免疫系统的紊乱还会大大增加机体细胞癌变机会10。Th17和Treg是

19、机体免疫系统的重要组成部分，PM2.5亚慢性暴露时可以导致小鼠肺部 Th17/Treg比例失衡及相关细胞因子分泌改变17。此外，动物实验证明，PM2.5的亚慢性暴露可以引起机体的持续炎症损伤，且免疫系统损伤程度与暴露剂量和暴露时间呈正相关，PM2.5还可以引起巨噬细胞吞噬功能下降，这是肺部慢性疾病的致病机制之一 21。甚至有研究表明，孕鼠暴露于颗粒物后还可以导致幼鼠的免疫功能紊乱，使 幼鼠Th1和Th2细胞比例失衡22。关于PM2.5对神经系统损伤的研究还不够多，目前认为，PM2.5对神经系统的损伤可 TOC o 1-5 h z 能主要有两种途径，即颗粒物进入中枢神经系统直接损害神经系统和颗粒

20、物引起的炎症反应 间接损害神经系统。有学者对生活在空气污染严重的墨西哥城和污染不严重地区的儿童、青年进行研究表明，空气污染可能会对儿童的注意力、短期记忆能力和学习能力造成影响，最终扰乱儿童大脑的正常发育并导致不同程度的认知缺陷；而且空气污染（来自道路交通、燃烧和工业等）相关的金属（镒、铭、馍）在额部的皮质区的浓度与空气污染程度呈正相关， 颗粒物相关的金属可以导致年轻的市民大脑损伤，而嗅球被认为是空气污染和颗粒物造成的神经炎症的主要靶器官23-24。研究表明PM2.5可以透过血睾屏障从而干扰细胞周期的正常进行，影响各倍体细胞比 例25。但目前直接关于 PM2.5对生殖系统影响的研究还比较少，评估

21、 PM2.5对生殖系统的 影响还需要进一步的研究。此外，PM2.5的遗传毒性及其对表观遗传学的影响也值得警惕，PM2.5的遗传毒性主要在于颗粒物上所吸附的一些过渡金属、多环芳煌类物质及其他能产生氧化应激反应的物质产生的遗传毒性作用，这些物质通过抑制核甘酸切除修复、增强致癌物诱导的基因突变等作用 从而造成染色体结构改变、DNA损伤和基因突变26。PM2.5对遗传物质造成的损伤大小与其产生活性氧（羟自由基和超氧阴离子）的能力有关，PM2.5中的致癌或致突变物还可以通过修饰、改变或损伤遗传物质DNA ,从而导致癌变发生27。用不同浓度PM2.5染毒人类支气管上皮细胞的实验表明，200 g/ml的PM

22、2.5暴露浓度可对高达 970个基因的正常表达造成影响，更高的暴露浓度时可明显影响G1期和S期细胞的正常比例28。空气颗粒物污染对表观遗传的影响主要在于其造成的DNA甲基化，有研究表明，未过滤柴油机排气对哮喘病人的短期吸入暴露可影响人体血液循环中的单核细胞中2827个CpG位点的甲基化，这些位点包括炎性相关基因、氧化应激应答基因、重复位点、 microRNA等，柴油机排气暴露后 这些受影响基因位点主要表现为甲基化的下降29。目前关于PM2.5生物学毒作用的研究已经越来越全面和深入，在广度上已经涵盖 PM2.5可能对人体健康产生影响的所有可能的器官组织，在深度上则已经深入到分子层面，展开了对PM

23、2.5致病机理的机制（如与之相关的信号通路及信号通路中受影响的具体蛋白等）的 研究。如最近的一项研究表明PM2.5可以通过CCR2 （CC细胞因子受体 2）依赖型和非依赖型信号通路调节 VAT （内脏脂肪组织）炎症、肝脏脂质新陈代谢和骨骼肌对葡萄糖的利 用，从而出现PM2.5导致机体对胰岛素敏感性下降的现象30。4总结虽然目前针对 PM2.5对健康的影响已经进行了大量的流行病学调查及实验研究（如细 胞实验和动物实验），并获得了相当多的临床数据和实验数据，但对PM2.5的研究仍有一些不足之处。主要问题有：（1）目前进行的动物颗粒物染毒实验多为气管滴注染毒，并非更代 表颗粒物自然暴露的方式的吸入染

24、毒，因此实验结果还缺乏说服力（以后关于PM2.5的毒理学研究应当以在线动物颗粒物气溶胶暴露系统为主导）；（2）目前进行的体外细胞实验或动物实验多为高剂量染毒，比人群实际暴露浓度高10 Pope C A, Burnett R T, Thun M J, et al. Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution J. Journal of American Medical Association, 2002, 287 (9) :1132 - 1141

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26、 67 risk factors and risk factor clusters in 21 regions, 1990 - 2010a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010 J. LANCET ,倍，而且暴露时间相比于人短的多，因此所得实验数据外推到人还存在很多问题（体内实验数据外推到人比体外实验更有说服力）；（3） PM2.5成分极其复杂，但在研究其致病性时多数学者只考虑了其整体的致病性 或偶有考虑其化学成分的致病性，而其生物成分鲜有考虑，因此为深入研究PM2.5来源与致病性的关系，颗粒物所吸附的生

27、物成分及化学成分与生物成分的协同作用也应当加以考虑 并进一步研究（综合考虑各种成分影响）。此外，目前在研究大气 PM2.5颗粒物的毒性作用时，对照多为生理盐水，而鲜有考虑单纯的颗粒物的作用，虽然流行病学调查表明肺疾病和患病率与PM2.5有关，但这些致病作用究竟是颗粒物及其吸附的各种成分的综合作用结果 还是与颗粒物成分无关， 只与颗粒物的数量有关，或者数量和成分哪个因素影响更大，这些都还有待进一步研究。总之，PM2.5成分复杂，由于其成分与其来源关系密切，因而在不同地区和时间点上PM2.5成分不尽相同，所以不能简单地把一个地区或一段时间内的PM2.5的毒性作用外推到所有地区。为解决 PM2.5对

28、人类健康影响的问题，一方面政府决策者应该找到相应地区 PM2.5毒性作用的关键因素，从而从根本上减少PM2.5产生或减小其毒性作用，另一方面作为科研工作者应该根据PM2.5的致病机理尽快开发出相应药品，从而更好地服务于国民健康事业。参考文献：-Sapping Air1 NASA Official : Brian Dunbar . New Map Offers a Global View of Health PollutionEB / OL . (2010-09-22)2012,380:2224-22605董凤鸣，莫运政，李国星等.大气颗粒物(PM10/PM2.5 )与人群循环系统疾病死亡关系的

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