大氣細(xì)顆粒物對人體的損害及致病機(jī)制研究進(jìn)展

1、大氣細(xì)顆粒物對人體的損害及致病機(jī)制研究進(jìn)展【摘要】大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)作為一種新發(fā)現(xiàn)的大氣污染成份，可以吸附多種有害氣體和病原微生物，嚴(yán)重威脅著人體的健康。PM2.5的致病率、致癌率和致死率不斷上升，受到全世界各國的廣泛關(guān)注。在我國空氣污染問題也相當(dāng)嚴(yán)重?，F(xiàn)就PM2.5對人體各個(gè)系統(tǒng)、器官的損傷及其致病機(jī)制的研究進(jìn)展做綜述。隨著人類科技的進(jìn)步，工業(yè)的飛速發(fā)展，電力需求的增加，汽車數(shù)量的攀升，使大氣污染問題越來越嚴(yán)重。雖然大氣污染多數(shù)時(shí)候看不見、摸不著，但是當(dāng)各種懸浮顆粒物和有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，就會降低空氣的能見度。近年來，在我國的天氣預(yù)報(bào)中，霧霾天氣出現(xiàn)的頻率逐漸增加。所謂霾，就是懸

2、浮顆粒物污染導(dǎo)致的。這些大氣污染物，主要來自于工業(yè)廢氣、采暖鍋爐、汽車尾氣等化石燃料的燃燒產(chǎn)物。近代歷史中，世界很多國家都發(fā)生過嚴(yán)重的大氣污染事件：比利時(shí)馬斯河谷煙霧事件、曼徹斯特?zé)熿F事件、洛杉磯光化學(xué)煙霧事件、美國多諾拉煙霧事件、倫敦?zé)熿F事件、墨西哥波薩里卡事件、日本四日市哮喘病事件、東京光化學(xué)煙霧事件等。我國2012年最新頒布于2016年正式實(shí)施的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)就新增了專門針對大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)空氣濃度限值，并規(guī)定我國幾個(gè)重要的城市地區(qū)強(qiáng)制要求先行監(jiān)測并公布當(dāng)?shù)卮髿釶M2.5的數(shù)據(jù)。大氣細(xì)顆粒物越來越引起人們的重視，受到全世界的普遍關(guān)注。可吸入顆粒物(PM10)和總懸浮顆粒物(P

3、M100)這2種大氣污染物人們都比較熟悉。而PM2.5是指大氣中直徑2.5Mm的顆粒物，也稱為細(xì)顆粒物。研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5在正常地球大氣中含量很小，但是可以吸附大量有毒有害物質(zhì)和致病微生物，而且在大氣中的懸浮時(shí)間長、漂浮距離遠(yuǎn)，因而對人體健康的影響更大。1. PM2.5的理化性質(zhì)細(xì)顆粒物作為一種大氣污染物，與其他污染物一樣，主要來源于化石燃料燃燒的產(chǎn)物。其形態(tài)各不相同，造成了生物效應(yīng)也不同。類球形容易在機(jī)體內(nèi)沉積，棱角多易造成直接機(jī)械損傷，而不規(guī)則形則更容易吸附有害成分和病原微生物。不同地區(qū)PM2.5可吸附的化學(xué)組份不盡相同，基本可分為無機(jī)成分和有機(jī)成分2大部分。無機(jī)物包括：二氧化硫(SO2

4、)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(03)、氮氧化物(NOX)及重金屬，其中重金屬有銅、鋅、鉛、鎘、錳、鎳等；有機(jī)物包括：甲醛、甲烷、多環(huán)芳香烴及病原微生物等。這些成分中對人體健康有影響的物質(zhì)絕大多數(shù)是人為來源。2. PM2.5對人體各系統(tǒng)、器官的影響空氣污染對人體健康有急性和慢性的影響，影響到許多不同的系統(tǒng)和器官。特別是PM2.5，它不但自身有危害性，還可以吸附多種有害氣體和病原微生物。2.1. 對呼吸系統(tǒng)的影響PM2.5通過損傷呼吸道粘膜上皮細(xì)胞，部分沉積在肺泡內(nèi)或肺間質(zhì)內(nèi)，激活肺內(nèi)的免疫細(xì)胞，引起氣道炎癥反應(yīng)，造成呼吸系統(tǒng)疾病。從輕微的上呼吸道刺激、兒童的急性呼吸道感染、成人

5、的慢性支氣管炎，到慢性肺纖維化、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的空氣濃度每增加4.5“g/m3，使第一秒用力呼氣量與用力肺活量的比值(FEV1/FVC%)下降0.4%。因此，還會造成呼吸道疾病惡化，如：哮喘的發(fā)作、呼吸衰竭。2.2. 對心血管系統(tǒng)的影響呼吸道的急性和慢性炎癥對于急性心血管病是公認(rèn)的危險(xiǎn)因素。而PM2.5引起肺部炎癥反應(yīng)后，有一部分就穿過呼吸膜進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，影響心血管系統(tǒng)。一項(xiàng)調(diào)查研究表明，長期吸入細(xì)顆粒物可導(dǎo)致心臟病，在美國每年約有6萬人因此而過早死亡。2.3. 對血液系統(tǒng)的影響長期的PM2.5吸入，使得血液中血小板數(shù)量顯

6、著上升，縮短部分凝血活酶時(shí)間(APTT)及凝血酶原時(shí)間(PT),更容易促使血栓形成，最終引起缺血性疾病。2.4. 對免疫系統(tǒng)的影響PM2.5被吞噬細(xì)胞吞噬后，進(jìn)入淋巴系統(tǒng)，部分被清除，部分被新的吞噬細(xì)胞吞噬。在此過程中，免疫系統(tǒng)被過度激活。SashaBernatsky等人通過門診病歷分析得出，吸入的PM2.5水平與抗-dsDNA和細(xì)胞管型呈正相關(guān)。在自身免疫性風(fēng)濕病人中，細(xì)顆粒物可能影響疾病活動，特別是系統(tǒng)性紅斑狼瘡。2.5. 對神經(jīng)系統(tǒng)的影響長期的血管炎性反應(yīng)使得大動脈粥樣硬化和小血管阻塞，造成缺血性腦卒中風(fēng)險(xiǎn)明顯增加。Martin等人針對糖尿病患者的研究，證明PM2.5使得患缺血性腦卒中的

7、風(fēng)險(xiǎn)從11%增加到22%。細(xì)顆粒物后期可使血腦屏障改變、皮層神經(jīng)元退化、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞凋亡、粥樣斑塊的形成、神經(jīng)纖維纏結(jié)等神經(jīng)退化，如：阿爾茨海默氏癥。2.6. 對感覺器的影響空氣污染同樣對視覺、嗅覺有影響。SaraDAdar等人研究證明，居住在高空氣污染地區(qū)的中老年人，其視網(wǎng)膜神經(jīng)、血管直徑相對于正常人明顯縮窄。嗅覺上皮細(xì)胞作為呼吸道的門戶，易受毒物攻擊。Lilian等人通過細(xì)顆粒物對狗的嗅覺影響得出結(jié)論，長期生活在高度污染的地區(qū)會使嗅覺上皮細(xì)胞、嗅球等結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷11。2.7. 對腎臟的影響細(xì)顆粒物進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)后，作用于全身的血管，造成血管炎癥反應(yīng)，最終形成血管內(nèi)皮功能障礙。在礦區(qū)和

8、重工業(yè)區(qū)等高污染地區(qū)可以部分地反映出暴露于環(huán)境細(xì)顆粒物中，人群因慢性腎臟疾病(CKD)造成的死亡率較高。P.Boor等人發(fā)現(xiàn)，PM2.5對腎臟損傷表現(xiàn)在腎臟微小動脈阻力增高和腎小球纖維化RoyaKelishadi等人研究指出，暴露于環(huán)境細(xì)顆粒物中，可造成慢性血管炎癥、氧化應(yīng)激、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAS)激活，從而導(dǎo)致前期高血壓、肝腎功能損傷，尤其在兒童。PM2.5除了對正常腎臟有損傷，對腎臟移植患者的腎臟也有損壞。Rhonda的研究就發(fā)現(xiàn)大氣污染物對女性腎移植患者術(shù)后造成的風(fēng)險(xiǎn)比男性更大。3.PM2.5的致病機(jī)制PM2.5對機(jī)體的各個(gè)系統(tǒng)、器官均有不同程度損傷，其作用機(jī)制可能是：

9、細(xì)胞的機(jī)械損傷:對于不規(guī)則形及棱角多的細(xì)顆粒物，對呼吸道黏膜上皮細(xì)胞、肺泡細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞均有直接的機(jī)械損傷。 細(xì)胞DNA的氧化損傷：PM2.5對DNA的潛在損傷，主要在于其吸附的重金屬和多環(huán)芳香烴的協(xié)同作用。它破壞了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致基因突變、DNA斷裂，使原癌基因激活、抑癌基因失活。 細(xì)胞間隙連接的抑制：PM2.5抑制細(xì)胞間隙連接通訊,可能在癌細(xì)胞的發(fā)生、轉(zhuǎn)移過程中起促進(jìn)作用。WilliamB.Grant的研究表明，大氣中細(xì)顆粒物濃度與呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、女性生殖系統(tǒng)、血液系統(tǒng)和皮膚等多系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生呈正相關(guān)。 炎性因子的激活：在細(xì)胞損傷的基礎(chǔ)上，激活了肺和血液中的單核/

10、巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞、粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等免疫細(xì)胞，從而釋放出大量炎性因子，如：白介素L)、組織胺(HT)、腫瘤壞死因子(TNF)、核轉(zhuǎn)錄因子(NF-kB)、趨化性細(xì)胞因子(CCK)、細(xì)胞黏附分子(CAM)等。 血管內(nèi)皮功能障礙：高水平的活化免疫細(xì)胞和炎性因子可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水腫、炎性增生,進(jìn)而造成血管內(nèi)皮功能障礙，最終導(dǎo)致血管免疫自我平衡的失衡。PM2.5不同的成分對不同部位血管收縮功能影響不盡相同。秦綱等人通過細(xì)顆粒物水溶成分體內(nèi)作用于大鼠胸主動脈，證明PM2.5不僅損傷血管內(nèi)皮功能，同時(shí)還影響血管平滑肌細(xì)胞的NO-cGMP途徑，導(dǎo)致血管舒張減弱；此外還減弱平滑肌細(xì)胞的電壓依賴收縮作用。 吞噬細(xì)

11、胞的氧依賴殺傷途徑的損傷：吞噬細(xì)胞在吞噬異物的同時(shí)出現(xiàn)氧代謝活躍，并生成反應(yīng)性氧中間產(chǎn)物(ROIs)和反應(yīng)性氮中間產(chǎn)物(RNIs),這些中間產(chǎn)物對吞噬的異物產(chǎn)生強(qiáng)大的殺滅作用。這個(gè)過程中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)、一氧化氮合酶(NOS)等起到重要的作用。而PM2.5造成內(nèi)皮功能障礙，對SOD、CAT及GSH-PX均有抑制作用，使得氧自由基堆積在肝、腎造成氧化損傷。同時(shí)，PM2.5使得腎血管內(nèi)皮NOS/NO系統(tǒng)表達(dá)異常，其中血清誘導(dǎo)型氧化氮合酶(iNOS)活性增加，血清內(nèi)皮型氧化氮合酶(eNOS)表達(dá)減少,都使得血液中NO含量異常，最終影響血管舒縮功能。 自主神經(jīng)系統(tǒng)的失調(diào)：PM2.5沉積在肺泡-支氣管樹能夠快速觸發(fā)自主神經(jīng)系統(tǒng)，使得血壓升高，血流動力學(xué)改變。 血液成分的改變：長期吸入細(xì)顆粒物，PM2.5可穿透呼吸膜進(jìn)入血液，作用于血小板，使其激活并且數(shù)量顯著上升。隨污染物濃度的增加誘導(dǎo)血小板異常聚集，同時(shí)活化的血小板釋放趨化因子，使得粒細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞聚集，加重炎癥反應(yīng)和促凝性，最終造成血栓的風(fēng)險(xiǎn)增加。隨著空氣污染的問題日益嚴(yán)重，人們越來越意識到PM2.5的危害性。不論從細(xì)顆粒物本身，還是其吸附的有害成分出發(fā)，