大气细颗粒物对人体的损害及致病机制研究进展

大气细颗粒物对人体的损害及致病机制研究进展【摘要】大气细颗粒物(PM2.5)作为一种新发现的大气污染成份，可以吸附多种有害气体和病原微生物，严重威胁着人体的健康。PM2.5的致病率、致癌率和致死率不断上升，受到全世界各国的广泛关注。在我国空气污染问题也相当严重。现就PM2.5对人体各个系统、器官的损伤及其致病机制的研究进展做综述。随着人类科技的进步，工业的飞速发展，电力需求的增加，汽车数量的攀升，使大气污染问题越来越严重。虽然大气污染多数时候看不见、摸不着，但是当各种悬浮颗粒物和有害气体达到一定浓度时，就会降低空气的能见度。近年来，在我国的天气预报中，雾霾天气出现的频率逐渐增加。所谓霾，就是悬浮颗粒物污染导致的。这些大气污染物，主要来自于工业废气、采暖锅炉、汽车尾气等化石燃料的燃烧产物。近代历史中，世界很多国家都发生过严重的大气污染事件：比利时马斯河谷烟雾事件、曼彻斯特烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件、美国多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件、墨西哥波萨里卡事件、日本四日市哮喘病事件、东京光化学烟雾事件等。我国2012年最新颁布于2016年正式实施的《环境空气质量标准》就新增了专门针对大气细颗粒物（PM2.5）空气浓度限值，并规定我国几个重要的城市地区强制要求先行监测并公布当地大气PM2.5的数据[]。大气细颗粒物越来越引起人们的重视，受到全世界的普遍关注。可吸入颗粒物(PM10)和总悬浮颗粒物(PM100)这2种大气污染物人们都比较熟悉。而PM2.5是指大气中直径≤2.5μm的颗粒物，也称为细颗粒物。研究发现，PM2.5在正常地球大气中含量很小，但是可以吸附大量有毒有害物质和致病微生物，而且在大气中的悬浮时间长、漂浮距离远，因而对人体健康的影响更大。1.PM2.5的理化性质细颗粒物作为一种大气污染物，与其他污染物一样，主要来源于化石燃料燃烧的产物。其形态各不相同，造成了生物效应也不同。类球形容易在机体内沉积，棱角多易造成直接机械损伤，而不规则形则更容易吸附有害成分和病原微生物[]。不同地区PM2.5可吸附的化学组份不尽相同，基本可分为无机成分和有机成分2大部分。无机物包括：二氧化硫(SO2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、氮氧化物(NOX)及重金属，其中重金属有铜、锌、铅、镉、锰、镍等；有机物包括：甲醛、甲烷、多环芳香烃及病原微生物等[]。这些成分中对人体健康有影响的物质绝大多数是人为来源。2.PM2.5对人体各系统、器官的影响空气污染对人体健康有急性和慢性的影响，影响到许多不同的系统和器官。特别是PM2.5，它不但自身有危害性，还可以吸附多种有害气体和病原微生物。2.1.对呼吸系统的影响PM2.5通过损伤呼吸道粘膜上皮细胞，部分沉积在肺泡内或肺间质内，激活肺内的免疫细胞，引起气道炎症反应，造成呼吸系统疾病。从轻微的上呼吸道刺激、儿童的急性呼吸道感染、成人的慢性支气管炎，到慢性肺纤维化、慢性阻塞性肺疾病，甚至肺癌都有可能[-]。SabitCakmaka等人研究表明，PM2.5的空气浓度每增加4.5μg/m3，使第一秒用力呼气量与用力肺活量的比值(FEV1/FVC%)下降0.4%[]。因此，还会造成呼吸道疾病恶化，如：哮喘的发作、呼吸衰竭[]。2.2.对心血管系统的影响呼吸道的急性和慢性炎症对于急性心血管病是公认的危险因素[]。而PM2.5引起肺部炎症反应后，有一部分就穿过呼吸膜进入循环系统，影响心血管系统。一项调查研究表明，长期吸入细颗粒物可导致心脏病，在美国每年约有6万人因此而过早死亡[]。2.3.对血液系统的影响长期的PM2.5吸入，使得血液中血小板数量显著上升，缩短部分凝血活酶时间(APTT)及凝血酶原时间(PT)，更容易促使血栓形成，最终引起缺血性疾病[]。2.4.对免疫系统的影响PM2.5被吞噬细胞吞噬后，进入淋巴系统，部分被清除，部分被新的吞噬细胞吞噬。在此过程中，免疫系统被过度激活。SashaBernatsky等人通过门诊病历分析得出，吸入的PM2.5水平与抗-dsDNA和细胞管型呈正相关[]。在自身免疫性风湿病人中，细颗粒物可能影响疾病活动，特别是系统性红斑狼疮。2.5.对神经系统的影响长期的血管炎性反应使得大动脉粥样硬化和小血管阻塞，造成缺血性脑卒中风险明显增加。Martin等人针对糖尿病患者的研究，证明PM2.5使得患缺血性脑卒中的风险从11%增加到22%[]。细颗粒物后期可使血脑屏障改变、皮层神经元退化、神经胶质细胞凋亡、粥样斑块的形成、神经纤维缠结等神经退化[]，如：阿尔茨海默氏症。2.6.对感觉器的影响空气污染同样对视觉、嗅觉有影响。SaraDAdar等人研究证明，居住在高空气污染地区的中老年人，其视网膜神经、血管直径相对于正常人明显缩窄[]。嗅觉上皮细胞作为呼吸道的门户，易受毒物攻击。Lilian等人通过细颗粒物对狗的嗅觉影响得出结论，长期生活在高度污染的地区会使嗅觉上皮细胞、嗅球等结构造成不可逆的损伤[11]。2.7.对肾脏的影响细颗粒物进入循环系统后，作用于全身的血管，造成血管炎症反应，最终形成血管内皮功能障碍。在矿区和重工业区等高污染地区可以部分地反映出暴露于环境细颗粒物中，人群因慢性肾脏疾病(CKD)造成的死亡率较高[]。P.Boor等人发现，PM2.5对肾脏损伤表现在肾脏微小动脉阻力增高和肾小球纤维化[]。RoyaKelishadi等人研究指出，暴露于环境细颗粒物中，可造成慢性血管炎症、氧化应激、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAS)激活，从而导致前期高血压、肝肾功能损伤，尤其在儿童[]。PM2.5除了对正常肾脏有损伤，对肾脏移植患者的肾脏也有损坏。Rhonda的研究就发现大气污染物对女性肾移植患者术后造成的风险比男性更大[]。3.PM2.5的致病机制PM2.5对机体的各个系统、器官均有不同程度损伤，其作用机制可能是：①细胞的机械损伤：对于不规则形及棱角多的细颗粒物，对呼吸道黏膜上皮细胞、肺泡细胞、血管内皮细胞均有直接的机械损伤。②细胞DNA的氧化损伤：PM2.5对DNA的潜在损伤，主要在于其吸附的重金属和多环芳香烃的协同作用[]。它破坏了DNA的双螺旋结构，导致基因突变、DNA断裂，使原癌基因激活、抑癌基因失活[]。③细胞间隙连接的抑制：PM2.5抑制细胞间隙连接通讯,可能在癌细胞的发生、转移过程中起促进作用[]。WilliamB.Grant的研究表明，大气中细颗粒物浓度与呼吸系统、消化系统、泌尿系统、女性生殖系统、血液系统和皮肤等多系统肿瘤的发生呈正相关[]。④炎性因子的激活：在细胞损伤的基础上，激活了肺和血液中的单核/巨噬细胞、NK细胞、粒细胞、肥大细胞等免疫细胞，从而释放出大量炎性因子，如：白介素(IL)、组织胺(HT)、肿瘤坏死因子(TNF)、核转录因子(NF-κB)、趋化性细胞因子(CCK)、细胞黏附分子(CAM)等[]。⑤血管内皮功能障碍：高水平的活化免疫细胞和炎性因子可能导致细胞内水肿、炎性增生，进而造成血管内皮功能障碍，最终导致血管免疫自我平衡的失衡[]。PM2.5不同的成分对不同部位血管收缩功能影响不尽相同。秦纲等人通过细颗粒物水溶成分体内作用于大鼠胸主动脉，证明PM2.5不仅损伤血管内皮功能，同时还影响血管平滑肌细胞的NO-cGMP途径，导致血管舒张减弱；此外还减弱平滑肌细胞的电压依赖收缩作用[]。⑥吞噬细胞的氧依赖杀伤途径的损伤：吞噬细胞在吞噬异物的同时出现氧代谢活跃，并生成反应性氧中间产物(ROIs)和反应性氮中间产物(RNIs)，这些中间产物对吞噬的异物产生强大的杀灭作用。这个过程中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、一氧化氮合酶(NOS)等起到重要的作用。而PM2.5造成内皮功能障碍，对SOD、CAT及GSH-PX均有抑制作用，使得氧自由基堆积在肝、肾造成氧化损伤[]。同时，PM2.5使得肾血管内皮NOS/NO系统表达异常，其中血清诱导型氧化氮合酶(iNOS)活性增加，血清内皮型氧化氮合酶(eNOS)表达减少，都使得血液中NO含量异常，最终影响血管舒缩功能[]。⑦自主神经系统的失调：PM2.5沉积在肺泡-支气管树能够快速触发自主神经系统，使得血压升高，血流动力学改变[]。⑧血液成分的改变：长期吸入细颗粒物，PM2.5可穿透呼吸膜进入血液，作用于血小板，使其激活并且数量显著上升。随污染物浓度的增加诱导血小板异常聚集，同时活化的血小板释放趋化因子，使得粒细胞和单核巨噬细胞聚集，加重炎症反应和促凝性，最终造成血栓的风险增加[]。随着空气污染的问题日益严重，人们越来越意识到PM2.5的危害性。不论从细颗粒物本身，还是其吸附的有害成分出发，它对人体各个系统、脏器的损伤已经不能忽视。在我国，尤其是经济发达地区，空气污染问题相当严重，这严重威胁着人群的健康。对于PM2.5的研究，国内外还局限于高浓度的污染物对机体的损伤，其对人体有害的限值各国也不尽相同。这个安全的最低限度值还有待于人们进一步通过科学研究来制定。此外，针对细颗粒物对人体器官的损伤，国内还仅限于心肺的研究，其他脏器还极少涉及，还需要更深入的研究。