可吸入颗粒物环境暴露

可吸入颗粒物环境暴露【可吸入颗粒物环境暴露】可吸入颗粒物主要经呼吸道进入人体，也有一小部分可通过消化道或皮肤进入人体。但只有吸入方式是颗粒物对人体健康产生直接效应的唯一暴露途径。颗粒物上附着的其他化学成分的暴露途逕取决于其自身，主要暴露场所包括室外空气、室内空气和工作场所接触。
环境水平及人体暴露环境水平和人体暴露据统计，地球上每年PM10的生成量约为几十亿吨。成年人平均每天要呼吸约13.6kg（合10m3）的空气，儿童呼吸的空气量大于他们的体重，工作和运动量大的人如运动员等呼吸的空气量更大。一个成年人一昼夜会吸入数万个大气颗粒物。可吸入颗粒物是我国许多城市和地区空气的首要污染物。2001年在监测的341个城市中，64.1%的城市颗粒物年均浓度超过国家环境空气品质二级标準，29.2%的城市超过二级标準。暴露途径可吸入颗粒物主要经呼吸道进入人体，也有一小部分可通过消化道或皮肤进入人体。但只有吸入方式是颗粒物对人体健康产生直接效应的唯一暴露途径。颗粒物上附着的其他化学成分的暴露途逕取决于其自身，主要暴露场所包括室外空气、室内空气和工作场所接触。毒性阈值目前针对PM10的剂量－反应关係进行了流行病学研究，但是对其毒性阈值的研究证据很少，还没有阐明PM10人体健康负效应的阈值。事实上低浓度範围颗粒物的暴露虽然会产生健康危害效应，但其浓度值并没有显着高于环境背景值。例如，在美国和西欧国家，产生健康危害效应的PM2.5浓度估计只比环境背景高3～5μg/m3 。另外，个体的暴露水平和在特定暴露水平下产生的健康效应存在差异，因此，任何标準或準则都不可能完全保护每个个体的健康不受颗粒物危害。WHO鼓励各国採用一系列日益严格的颗粒物标準，通过监测排放的减少来追蹤相关进展，实现颗粒物浓度的下降。生物效应在动物和人体内的代谢动力学比较吸收/分布/排泄吸入、沉积：吸入颗粒物的剂量和在肺内的沉积地区与其直径、形状、呼吸的潮汐量、呼吸形式等有关，颗粒物越大、呼吸频率越快，颗粒物在呼吸道近端沉积越多，而颗粒越小、呼吸频率越慢则在远端沉积增加。在正常的鼻呼吸情况下，大于10μm的颗粒物通常被鼻和呼吸道排出，小于10μm的颗粒物可以吸入下呼吸道，5～10μm的主要沉积在大的传导性呼吸道，2.5～5μm的主要沉积在小的传导性呼吸道、接近于呼吸性细支气管部位，PM2.5易于沉积在细支气管和肺泡区域并可能进入血液循环；当用嘴呼吸时，在胸外呼吸道的沉积减少而在呼吸道深部的沉积增加（WHO，2000）。颗粒物的大小与肺沉积总量呈反比。国际放射性辐射防护委员会（ICRP）根据颗粒物在肺部的沉积和清除机理，将呼吸道分为鼻咽、气管支气管、肺泡三个区，不同粒径的颗粒物在各区的沉积百分率不同。按照LosAlamos标準，不同粒径颗粒物可到达肺部无纤毛区的比例：>10μm为0，5μm为25%，3.5μm为50%，2.5μm为75%，2μm为100% 。研究表明颗粒物暴露24h后，2.5μm存留77%，而8.2μm的存留15% 。吸收：影响吸收的重要因素是颗粒的大小和化学物质的水溶性。粒径≤2.5μm的细颗粒可吸收入血液。PM2.5沉积于肺泡区后，由于肺泡区表面积大，肺泡壁上有丰富的毛细血管网，可溶性部分很容易被吸收入血液，作用于全身。不溶性部分沉积于肺泡区，若不被清除，则作为异物引发多种健康效应。清除：大多数的沉积颗粒物通过多种机制被清除出体外。黏膜气道的不溶性颗粒物在主要通过黏膜纤毛运动于24～48h内被排出。在肺内的不溶性颗粒则主要通过肺泡巨噬细胞，其过程需要数周乃至数年。代谢及其产物体内外研究表明，沉积在肺组织和被巨噬细胞吞噬的颗粒物可与机体发生複杂的生物化学反应，诱导细胞产生自由基、介导氧化应激反应，刺激细胞释放炎性因子、造成炎性损伤，进而发生广泛和複杂的生物效应。吸收入血的颗粒物可影响体内许多生物化学过程。PM2.5与一些心血管系统因素如血黏度、血浆纤维蛋白原水平、C反应蛋白（CI）、内皮素水平、血压等存在密切相关，并激活NF-κB 。目前，对颗粒物在人体的代谢则研究甚少。颗粒物可作用于全身各系统器官，主要引起呼吸系统、心血管系统、免疫系统、神经系统、血液系统、生殖系统等损伤，甚至导致成人和儿童死亡率增加。可吸入颗粒物毒性机制尚未完全阐明，但是自由基损伤和炎性损伤假说得到了大量实验的支持以及许多研究者的普遍认同。体内和体外效应针对可吸入颗粒物的体内外试验很多，动物实验多与人群流行病学研究结果一致。目前认为细颗粒物可能通过氧化、炎症刺激以及对遗传物质的作用等对机体造成损害，但对其致病机制还不是十分清楚，需要进一步探索其生物效应。根据研究结果已经提出的几种损伤假说，从不同的角度解释了颗粒物的毒理学作用机理，其中主要包括过渡金属离子损伤假说、炎细胞和细胞因子假说、以颗粒物物理特性为基础的损伤假说、酸性气溶胶损伤假说和以颗粒物上有害有机物的毒性效应为基础的损伤假说等。细颗粒物还有DNA炎性损伤作用。但是还没有一个较完善的假说可以全面地解释颗粒物对人体的毒性作用。颗粒物的毒性效应取决于颗粒物的浓度、粒径、化学组成、吸湿性、可溶性和环境的温度、湿度、pH值以及实验动物本身的健康状况等，其中浓度和粒径是最重要的两个因素。不同粒径（<1.7μm、1.7～3.7μm和3.7～20μm）大气颗粒物的大鼠肺毒性实验表明，接受最小粒径颗粒物的大鼠受到了最大的伤害，大鼠的肺损伤最严重，且颗粒物表面的化学组分对其毒性的作用是最主要的。人体效应国外已经进行了大量有关颗粒物的流行病学研究。无论是已开发国家还是开发中国家，可吸入颗粒物对公众健康影响的证据都是一致的，即目前城市人群所暴露的颗粒物浓度水平，会对健康产生有害效应。随着颗粒物暴露水平的增加，各种健康效应的风险也会随之增大，流行病学研究表明，颗粒物的短期或长期暴露都会对人体产生不利的健康效应，所有人群都可受到颗粒物的影响。但是，矿物燃料和生物质燃料的燃烧产物毒性的流行病学研究较少。颗粒物对人体的毒性作用不仅取决于颗粒物本身的理化性质和环境条件，还受机体的年龄、营养、健康状况、活动状态、意识情况等因素影响。目前已知的可吸入颗粒物对人体的影响是多方面的，主要造成呼吸系统和心血管系统的危害，包括心肺功能降低、心血管病的日死亡率增加、儿童哮喘病发病率增加、癌症发病率增加。（1）呼吸系统：能刺激和腐蚀呼吸道黏膜和肺细胞，降低呼吸道防御机能。长期作用下，可使呼吸道防御机能降低。使鼻炎、慢性咽炎、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、尘肺等呼吸系统疾病恶化，甚至引起哮喘等过敏性疾病和硅肺、石棉肺、肺气肿等肺病，乃至死亡率增加。刺激肺部，导致肺部出现急性炎症，表现为中性粒细胞大量局部渗出。影响肺功能，有损于肺部呼吸氧气的能力。使肺泡中的巨噬细胞的吞噬功能和生存能力下降，导致肺部清除污染物的能力降低。可吸入颗粒物对呼吸系统最严重的危害结果是使肺纤维化，引发各种呼吸系统病变。流行病学研究显示，细颗粒物与疾病发病率和死亡率的上升有关，尤其是心脏病和肺部疾病。多个国家和地区的研究表明，颗粒物与儿童哮喘密切相关（2）心血管系统：大量流行病学研究发现，大气颗粒物，尤其是细颗粒物的污染水平与心血管系统的超额发病和死亡密切相关，在青少年、老人和原有心肺疾病者等敏感人群中尤其明显。但对于其毒性机制的研究较少，毒性机制尚不清楚。有流行病学研究表明，PM2.5浓度增高可能导致急性炎症反应。一些临床试验表明短期的PM2.5暴露会引起健康者心率变异性（HRV）的减低。（3）血液系统：细颗粒物的吸入有可能使健康机体的血液系统产生微妙的改变，引起细胞数量和组分变化。颗粒物所致的肺部瀰漫性炎症将可能波及血液系统，造成凝血机制的异常，引发心血管事件。（4）免疫系统：引起巨噬细胞的数量和活性的改变，降低免疫功能，增加对细菌、病毒等感染的敏感性，使机体对传染病的抵抗力下降。病原微生物随PM10进入体内后，可使机体抵抗力下降，诱发感染性疾病。（5）神经系统：带有铅的细颗粒物在肺内沉着后极易进入血液系统，大部分与红细胞结合，小部分形成铅的磷酸盐和甘油磷酸盐，然后进入肝、肾、肺和脑，几周后进入骨内，导致高级神经系统紊乱和器官功能失调。表现为头疼、头晕、嗜睡和狂躁严重的中毒性脑病。（6）生殖系统：有大量研究表明，颗粒物引起围产儿、新生儿死亡率的上升，低出生体重、宫内发育迟缓（IURG）及先天性功能缺陷。颗粒物中的活性成分由母体呼吸道吸入，高浓度的生物活性化合物如PAHs和其含氮衍生物等毒性物质会干扰母体的一些正常的生理代谢过程，影响胎儿的营养与发育。毒物也可能直接通过胎盘作用于胎儿。（7）儿童的生长发育：影响儿童的生长发育和免疫功能。（8）致癌性：可吸入颗粒物还容易吸附空气中的多环芳烃、多环苯类等致癌物质，导致癌症的发病率升高。（9）死亡：导致患有心血管疾病、呼吸系统疾病和其他疾病的敏感体质患者的过早死亡。美国的流行病学研究表明，当日均PM10质量浓度每增加50μg/m3，死亡率平均增加4%～5% 。据估计，PM10导致了美国每年6万人和英国每年1万人的死亡。美国的一项研究表明，无论是来自煤烟型污染为主（以SO2和颗粒物排放为主）的城市，还是来自交通型污染为主（以二次污染物－光化学氧化物为主）的城市，当PM10每增加10μg/m3时，将导致婴儿早产死亡率增加1% 。近年来超细颗粒物（Ultrafine particles，UP）颗粒物的研究引起了科学界和医学界的广泛关注。有相当多的毒理学证据表明超细颗粒物对人体有潜在的健康危害，但现有的流行病学研究证据还不足以推定超细颗粒物的暴露－反应关係。人体健康防治措施人体防护（1）职业接触者应该佩戴防尘口罩和护目镜，并按照颗粒物化学成分进行特异防护。对易感人群和高危人群进行筛选，患有心肺疾患等敏感人群应远离作业场所。（2）对于环境接触，在环境的颗粒物浓度较大时如沙尘天气，应及时关闭门窗，外出时佩戴防尘口罩和护目镜。进入室内用清水漱口并清理鼻腔，以减轻感染的几率。应对措施对于一次颗粒物排放的控制主要是採用除尘器，对二次颗粒物则只能控制其前身物质。