室内颗粒物的健康危害与对策

室内颗粒物的健康危害与研究对策摘要：分别从流流行病学、毒毒理学及污染染控制三方面面综述了颗粒粒物对人体健健康的影响水水平、致病机理及改善策略等领领域的研究成成果与进展。流流行病学研究究颗粒物污染染的短（长）期期暴露与人体体急（慢）性性健康反应之间的关关系，结果表表明颗粒物浓浓度与健康反反应之间呈明明显的线性关关系。毒理学学研究表明：：粒径大小与与化学组分是是颗粒物毒性性的主要因素素；颗粒物进进入人体后能能够产生活性性氧，然后通通过氧化应激激作用对人体细细胞造成损伤伤与基因破坏坏，导致疾病病与癌症。降降低颗粒污染染物浓度能够够显著提高身身体健康水平平甚至延长生生命，但需要要付出巨大的的经济利益，经济有效的颗粒物污染控制策略成为研究热点。关键词：颗粒物物空气污染流行行病学毒理学学污染控制引言“探索空气污染染与人类疾病病之间的关系系是十年来最最大的一场环环境战争—KaiseerJ．Showddownooverccleanairssciencce．Sciennce2777(19997)：466-4469[1]]。特别是空空气中的悬浮颗粒物物PM(partticulaatemaatter))由于能够进进入人体呼吸吸系统甚至穿穿透肺泡进入入血液循环影影响心脏与大大脑等人体重重要器官，对对我们的生命与健康构成严重重威胁。近年来来，越来越多多的科学研究究表明颗粒物物污染与人类类疾病的发病病率及死亡率之间具有很很强的相关性[2--3]。颗粒物对人体健健康危害程度度远超出我们们的理解与认认识。颗粒物物不仅能导致致呼吸系统与与心脑血管疾疾病，而且能能够影响内分泌系系统、人体免免疫系统、中枢神经系系统等[4]；颗粒物不仅导导致疾病的发生与加重甚至导致致死亡，而且且能够使基因因变异导致癌癌症；长期颗粒物污染暴暴露不仅严重重影响我们的的健康水平，而而且能够缩短我们们的寿命[5]；颗粒物不仅仅影响暴露人人群的身体健健康，而且影影响胎儿发育育导致出生缺缺陷，甚至降降低人类的生生育能力导致致不孕不育[[6]；颗粒物不不仅在高浓度时对人体健康康产生不利影影响，而且能能在很低浓度度时对人体健健康产生危害害。目前，颗粒物对对人群健康的的影响评价基本上都是基基于大气环境境中颗粒物浓浓度的，即浓浓度与健康反反应关系（conceentrattion-rresponnse），但实际际上人们的健健康反应应该该与暴露环境境的颗粒物毒毒性与浓度及及暴露时间更更相关，即暴暴露与健康反反应关系（expossure-rresponnse）。由于人人们一生中90%左右的时间间都是在室内内度过的（暴暴露时间长）；另一方面，室内污染程度远比室外严重（暴露环境颗粒物浓度高）；另外，室内颗粒物的粒径更小（暴露环境颗粒物毒性更强），因此室内环境中颗粒物对人体健康有更直接更严重的影响[7-8]。基于上述原因，近年来，颗粒物的研究重点开始转移：（1）粗颗粒物→细颗粒物；（2）室外→室内。针对颗粒物对人人体健康的影影响，人们普遍关注的问问题主要集中中在以下三方面：颗粒物对人们身身体健康或寿寿命的影响有有多大？或者者程度如何？颗粒物是如何对对人体健康产产生影响的？？或者说颗粒粒物的致病机机理是怎样的的？如何降低颗粒污污染物浓度提高人人们的身体健康水水平？本文将围绕上述述三个问题讨讨论近年来在在颗粒物健康康效应研究领领域的主要方方法与成果。首先是流行病病学研究范畴畴——从现象中发发现问题，即即调查、统计与分析颗粒物浓度变变化与人体健健康反应之间间是否存在相相关性。其次次是毒理学研究范范畴——解释现象背背后的原因（回回答问题）。最后是探索解决问题的方案、途径与方法。1流行病学研究究流行病学是研究究颗粒物浓度度水平与人类疾疾病（特别是是呼吸系统、心心脑血管等相相关疾病）的的发病率及死死亡率之间的相关性性。研究方法分分为两类[9]：时间序列法（ttime-sseriessanallyses）——研究空气污污染的短期（short-term）暴露导致的急性健康反应（acuteeffect）。该方法是针对固定的区域，通过监测该区域每天的颗粒物浓度水平，同时统计当日人群的疾病发病率与死亡率，然后进行回归分析。队列分析法（ccohorttstuddies）——研究空气污污染的长期（long--term）作用导致的的慢性健康效效应（chronnicefffect）。该方法是针针对某一固定定人群，首先先根据个体暴暴露于大气污污染的程度将将人群分组，然然后测量和比比较这些人群群组的疾病发发病率和死亡亡率。时间序列法比较较容易开展，应用较为广泛，但因其结果不能客观反映颗粒物对人体健康的实质性影响而受到很大的质疑。由于人们的健康反应往往是一个长期的过程，既有目前颗粒物的影响也有过去颗粒物的作用，因此队列分析法更能反映颗粒物对人体健康的综合作用与影响。但是，队列分析法研究周期长，人力物力投入巨大，因此目前研究非常缺乏，也是今后研究的重点与发展方向。图图1.PM10短期暴露浓度与疾病死亡率之间关系[12]表1.短期颗颗粒物物暴露导致致的的死亡风险险增增加百分率StudyReferennccesExposurreeinccrremennttPercenttincrreeasessinrreelatiivveriisskoffmorttaalityy(95%%CI)AllcauussesCardiovvaascullaarRespiraattoryUS20CCiitiessSameteettal..20000[3]10µg/m33PM100.51(00..07-00..93)0.68(00..2-1..116)0.68(00..2-1..116)EuropeaanncittiiesAndersoonnetaal.220004[11]10µg/m33PM100.6(0..44-0.88))0.9(0..55-1.33))1.3(0..55-2.00))US9CiittiesOstroeettal..20066[12]10µg/m33PM2.550.6(0.22--1.0))0.6(0..00-1.11))2.2(0..66-3.99))US204CCounttiiesDominicciietaal.220006[4]10µg/m33PM2.55–1.28(00..78-11..78)0.9(0..22-1.7766)表2.长期颗颗粒物物暴露导致致的的死亡风险险增增加百分率StudyReferennccesExposurreeinccrremenntttresreivisftay%AllcauussesCardioppuulmonnaaryLungCaanncerHarvardd6CiittiesDockeryyetaall.199993[5]10µg/m33PM2.5513(4.22,,23))18(6.00,,32))18(-111,,57))AmericaannCannccerSSoociettyy(ACCSS)Popeettal.22002[[13]10µg/m33PM2.556.2(1..66,111))9.3(3..33,166))13.5(44..4,2233)iseaSySmAOGMcDonneelllettal.22000[[14]10µg/m33PM105.1(-22,,14))16.3(--22.4,445)28.5(--114,11558)10µg/m33PM2.558.5(-22..3,2211)23(-3,,55)39(-211,,1500))通过上述流行病病学研究，我我们可以得到到颗粒物暴露露浓度与健康康反应之间关关系曲线（conceentrattion-respoonse），如图1所示是根据据时间序列法法对欧洲222个城市的短短期颗粒物暴暴露研究得到到的PM10浓度变化化与死亡变化化率之间的关关系[12]]。近年来的流行行病学研究结结果(如图1)均表明:(1)颗粒物暴暴露浓度与健健康反应之间间具有明显的的线性关系，即即颗粒物浓度度的线性增加加或降低将导导致疾病发病病率与死亡率率的线性增加加或降低；（2）颗粒物在很很低浓度时仍具有健康效应应，即不存在在阈值浓度——不导致健康康反应的最低低浓度。颗粒粒物暴露浓度度与健康反应应关系为公共共健康评价、预测颗粒物物浓度增加或或降低带来的的健康效应、制定国家环环境空气质量量标准提供重重要的科学参参考与依据。根据颗粒物浓度度与健康反应应之间的线性变化规律律，我们通常常采用关系曲曲线的斜率——暴露浓度每每增加10µg/mm3的死亡增加加率——来进行直观观地比较、分分析与计算颗颗粒物暴露浓浓度对健康反反应的影响程程度，如表1与表2分别统计了了近年来美国国及欧洲城市市的颗粒物短短期与长期暴暴露的死亡风风险增加百分分率。Andeerson等等[13]对欧洲29个国家的的短期颗粒物物暴露健康反反应进行时间间序列分析表表明，PM10质量浓度每升升高10µg/mm3，所有病因导导致的病死率率提高0.66%，其中心血管病病死率提高00.9%，呼呼吸系统疾病病病死率提高高1.3%。美美国癌症协会会ACS[155]对美国长期颗颗粒物暴露健健康反应进行行队列分析，结结果表明：PPM2.5浓度每每升高10µg/mm3，所有病因导导致的死亡率率、心肺病死死亡率和肺癌癌死亡率的危危险性分别增增加6.2%、9.3%、13.5%%。由上述数据可看看出，长期队队列分析方法法得到的死亡亡风险增加率率是短期时间序列列法的几十倍倍。基于时间间序列的颗粒粒物短期健康康反应非常小小，这样每天天由于高浓度度颗粒物暴露露而导致的死死亡人数就非非常有限，表表现出一种“收割”效应（harveestinggeffeect）——加速或提前前那些濒临死死亡的疾病患患者的死亡风风险，最多提提前几天或几几周而已。这这种短期“收割”效应显然不不能解释长期期颗粒物暴露露对人们寿命命长度的宏观影影响。研究表表明长期颗粒粒物暴露对人类寿命有很很大影响：不不是减少几天天或几周，而而是减少几年，与其他恶劣环境因素素或不良生活习惯惯引起的死亡亡风险相当[7]。由于长期颗粒粒物暴露将导导致所在人群的疾病发发生、加重与与死亡，导致致寿命降低，因因此长期暴露露研究比短期期暴露研究更更能反映颗粒粒物对人体健健康的影响，在在流行病学研研究尤为重要要。2毒理学研究Whatmakesfineparticlessotoxic?…thesize,thechemicalcomposition,orboth?JKaiser,Science307(2005)1858-1861[15]如何解释上述流流行病学研究究得出的颗粒粒物浓度对人人群健康的影影响？从毒理理学角度来看，探Whatmakesfineparticlessotoxic?…thesize,thechemicalcomposition,orboth?JKaiser,Science307(2005)1858-1861[15]PM2.5-10PM1-2.5PM0.1-1NoseandthroatTracheaBronchusAlveoli图2.不同粒径颗粒物在呼吸系统沉积部位物毒性起关键作作用的物理或或化学属性，如如质量（mass）、数量（numbeer）、表面积（surfaace）、形态（morphhologyy）、粒径大小（size）、化学组分分（compoositioon）等。尽管流流行病学从宏宏观表现上揭揭示了颗粒物物质量浓度（如如图1、表1与表2）可以作为其其毒性的一种种衡量尺度，但但不应该是唯唯一尺度，甚甚至不是一种种很好的衡量量尺度（比如如细颗粒物PPM2.5的质量量浓度远小于于粗颗粒物PPM10，但其毒毒性反而更大大）！目前，颗颗粒物尺寸与PM2.5-10PM1-2.5PM0.1-1NoseandthroatTracheaBronchusAlveoli图2.不同粒径颗粒物在呼吸系统沉积部位颗粒物粒径（ddp,μm）的影响比较较直观，容易易理解。一方方面，颗粒物物越小，进入入人体呼吸系系统的部位就就越深，甚至能够穿透透肺泡进入人人体血液循环环影响心脏、大大脑等重要器器官，危害就越大，如图2所示：粗颗颗粒物PM2.5--10（2.5<ddp<10）主要沉积在在咽喉与气管管等上呼吸系系统，细颗粒粒物PM1-2..5（1<dp<2.5）可以进入支支气管等下呼呼吸系统，更更细的颗粒物物PM0.1--1（0.1<dp<1）则能够进入入肺部，超细细颗粒物PMM0.1（dp<0.1）能够穿透肺肺泡进入血液液循环系统[[16]；另一方面，颗颗粒物越小，其其比表面积越越大，表面吸吸附的有毒化化学组分就越越多。颗粒物能够导致致其到达部位位或器官的炎炎症或损伤引引发疾病，在在这个过程中中，我们认为为颗粒物尺寸寸大小主要决决定“什么部位致致病？”，而化学组组分则决定“为什么致病病？”。图图3.颗粒物致病过程（左）及活性氧自由基对细胞的氧化损伤（右）ReactiveOxygenSpecies(ROS)OxidativestressCellDamage（Lipid、Protein、DNA）ChemicalcompoundsIllness/CancerPM近年来，许多科科学家都致力力于探索大气气颗粒物(PM)对机体体的毒性机制制，虽然迄今今为止确切的的损伤机制仍仍不清楚，但但“氧化损伤理理论”假说得到了了大量实验数数据的支持以以及世界各国国学者的普遍遍认同，其中中活性氧ROOS（reacttiveooxygennspeccies）与氧化应激激OS（oxidaativestresss）颗粒物化学组分分（特别是金金属元素与有有机成分）在在机体内能够够产生活性氧氧ROS——一种活性很很强的自由基基（freeradiccal），通过诱导与与催化多种化化学反应，破破坏细胞膜与与细胞质中的的脂类与蛋白白质及细胞核核中的遗传物物质DNA，从而造成成细胞损伤或或变异，导致致疾病与癌症症（如图3所示）。这这种由于活性性氧过量产生生导致的机体体损伤作用称称为氧化应激激OS。为证明颗粒粒物能够引起起体内细胞中中活性氧ROOS含量增加加，Gonzzález--Flechha[17]将是大鼠暴露露在颗粒物浓浓度为3000±60μg/m3的环境舱进行行了活体实验验（inviivo），图4中的实验结果果表明，大鼠体内心脏脏与肺部中活性性氧ROS含量（采采用微弱发光光测量仪检测测CL）随着暴露时时间的延长（即即吸入体内的的颗粒物浓度度增加）而迅迅速增加，而而肝脏内的活活性氧ROSS含量基本上上不变，其原原因正是因为为颗粒物主要要通过呼吸系系统进入肺部部与心脏而对对肝脏的影响响很小。为进进一步证明颗颗粒物对细胞胞遗传物质DDNA的破坏坏，Upaddhyay等等[19]对肺上皮细细胞AEC进行了体外外实验（inviitro），图5是他们观察到到的DNA双链结构（doubllestrrand）随颗粒物浓浓度的破坏情情况，可看出出：颗粒物浓浓度越高（101000μg/cm3），DNA完整双链（ds-DNNA）的含量就越少，而而同时DNA碎片（DNAffragmeent）含量就越高高。图5.颗粒物浓度对肺上皮细胞DNA双链（左）与碎片（右）含量的影响图5.颗粒物浓度对肺上皮细胞DNA双链（左）与碎片（右）含量的影响[19]特别值得注意的的是，最近研研究发现颗粒粒物本身也能能够引起活性性氧ROS，主要要是由于颗粒粒物表面与细细胞接触引发发炎性细胞因因子与活性氧氧的大量释放放造成的。由由于超细颗粒物PM0.1能够进进入人体较深深部位，而且且其巨大的表面积与大量量吸附的化学学组分导致其其产生的活性性氧ROS非常多，因此此其对人体毒毒害作用非常大，应该引起人们们的高度重视视。另外，颗粒物的的化学组分十十分复杂，颗颗粒物中不同同组分对人体体健康的影响响有什么不同同？什么组分分对人体健康康最具有影响响？…都成为毒理理学目前尚未未解决的关键键科学问题。正正如20055年Nel教授在在《科学》杂杂志撰文“颗粒物在空空气污染相关关疾病中的作作用”指出“探索颗粒物中中最具健康危害性的组分及其致毒机理，将有助助于我们预防防颗粒物导致致的死亡”[20]。3控制策略与来来源解析虽然治理颗粒物物污染需要付付出巨大的工工业利益与经经济成本，但能够改善善人们的健康康水平并延长生命寿命命。探索经济而有效的（cost--effecctive）颗粒物控制策策略成为目前前较为窘迫的问问题。为控制颗粒物污污染，世界上上许多国家都都实施了严格格的环境空气气质量标准，如如我国19966年颁布的空空气质量标准准中规定了颗颗粒物PM10标准（24小时平均均不超过1550μg/m3），而美国早在在1987年就实施了PM10标准，并于1997年率先制定定并执行了PM2.5标准（24小时平均均不超过655μg/m3）。但是，现行的空气质量量标准都是以以降低颗粒物物的质量浓度度为目标，但但是降低质量量浓度是否会会降低颗粒物物健康危害尚尚不能确定。事事实上，颗粒粒物越小，其其质量越小，但但其健康危害害却更大。上述标准采用“质量浓度”作为唯一标标准对不同污污染源进行同同等（“一刀切”）控制，而而不是根据不不同污染源的的不同毒性进进行区别对待待，这样付出出的经济成本本与代价较大大，因为有些些污染源排放的的颗粒物质量量浓度可能超超标，但对人人体健康危害害不大，而有有些污染源排放颗颗粒物的质量量浓度可能很很低，但排放放对人体健康康危害极大的的元素（如铅铅等）。流行病学研究表表明颗粒物浓浓度与健康效效应关系不存存在阈值，即即在很低的质量量浓度水平时颗颗粒物仍能导导致一定健康危害害，这给我们制定定颗粒物控制制标准提出了了挑战。另一一方面，毒理理学研究表明明颗粒物毒性性主要由粒径径大小与化学学组分决定的的，