沙塵天氣對呼吸系統(tǒng)損害的研究進展

劉曉丹，申亞利，張敏敏，鐘玉杰

（吉林大學護理學院兒科護理教研室，吉林 長春 130021）

近年來，起源于蒙古沙漠地區(qū)，沿途波及中國、日本和韓國等地區(qū)的亞洲沙塵天氣（Asian dust storms，ADS）影響著空氣質(zhì)量和人體健康。我國因臨近ADS起源地，是受沙塵天氣影響最嚴重的國家之一，尤其是北方城市深受沙塵天氣的困擾。沙塵天氣是指強風將地面上的沙塵等物質(zhì)卷起，使空氣混濁、水平能見度下降的一種天氣現(xiàn)象。我國根據(jù)空氣中顆粒物質(zhì)的大小和水平能見度將沙塵天氣分為浮塵、揚沙、沙塵天氣和強沙塵天氣4大類[1－2]。沙塵天氣對人體健康的損害主要表現(xiàn)為沙塵天氣中高濃度顆粒物對人體呼吸系統(tǒng)的損傷。按空氣動力學當量直徑劃分，影響機體健康的主要顆粒物為直徑小于10μm的可吸入顆粒物（PM10）和直徑小于或等于2.5μm的細顆粒物質(zhì)（PM2.5），尤其是直徑相對較小的 PM2.5對人體呼吸系統(tǒng)損傷較大。

鑒于我國沙塵天氣的嚴重程度及其對人體健康的損害程度日益加重，2011年12月30日修訂了新的環(huán)境空氣質(zhì)量標準，增設了對PM10和PM2.5等空氣中沙塵顆粒物質(zhì)的濃度限值，諸多學者對沙塵天氣危害人體健康，尤其損害呼吸系統(tǒng)進行了基礎性和實證性研究。

1 沙塵天氣對呼吸系統(tǒng)損害的基礎性研究

沙塵天氣對呼吸系統(tǒng)的損害主要是空氣中顆粒物對呼吸系統(tǒng)的損害。顆粒物質(zhì)直徑越小，進入呼吸道的部位越深，對機體造成的危害越大。其中PM2.5因其粒徑較小、相對表面積大、可攜帶空氣中的病毒、細菌等物質(zhì)進入呼吸道，同時較小的顆粒能避開氣管壁上纖毛的過濾作用，進入氣道深部沉積在肺泡細胞上，對呼吸系統(tǒng)造成嚴重損傷[3－4]。

1.1 沙塵天氣對大鼠肺泡巨噬細胞的損傷 人體肺泡巨噬細胞是呼吸系統(tǒng)防御體系中重要的組成部分。肺泡巨噬細胞是引發(fā)肺內(nèi)早期生物學效應的關鍵細胞，并將肺泡巨噬細胞早期接觸PM2.5后產(chǎn)生的變化作為呼吸系統(tǒng)效應的重要指標之一。沙塵天氣中顆粒物質(zhì)PM10和PM2.5能損傷肺泡巨噬細胞的吞噬功能，削弱肺組織的非特異性免疫功能，尤其是細顆粒物質(zhì)PM2.5對其損傷反應更明顯，具有劑量－依賴效應，其損傷程度與空氣中PM2.5的濃度呈正相關[5]。沙塵天氣中顆粒物作用于巨噬細胞后，被吞入的顆粒物在細胞內(nèi)積聚，限制巨噬細胞再攝入其他顆粒物的能力。顆粒物具有很強的聚集性，被巨噬細胞吞噬后可在細胞內(nèi)聚集成塊，降低巨噬細胞的清除能力，并使細胞的附著及吞噬能力受到損傷。因此，沙塵天氣中可吸入顆粒物質(zhì)濃度和作用時間對大鼠肺泡巨噬細胞吞噬功能的影響具有關聯(lián)性。巨噬細胞作為免疫細胞的效應，通過吞噬外來物起非特異性防御作用。吞噬是巨噬細胞最基本的功能，巨噬細胞對PM2.5表現(xiàn)出強烈的吞噬活動，并存在劑量－反應的關系[6]。不同地區(qū)大氣中PM2.5對大鼠肺泡巨噬細胞的毒性作用隨染毒劑量增加而增強[7]。

1.2 沙塵天氣導致大鼠肺細胞DNA損傷 沙塵天氣中細顆粒物質(zhì)PM2.5對大鼠肺、心、肝組織均有不同程度的氧化損傷作用，其中對肺臟的損傷最大[8]。細顆粒物PM2.5通過上呼吸道進入肺部，激活肺泡吞噬細胞中的一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）產(chǎn)生活性氧，活性氧形成穩(wěn)定的過氧化亞硝酸根離子（peroxynitrite，ONOO－）可直接攻擊肺細胞降低其活力并損傷肺細胞DNA[9]。PM2.5導致大鼠肺泡巨噬細胞DNA的損傷程度隨著PM2.5濃度的增加及染毒時間的延長而加劇，且呈現(xiàn)劑量－效應關系和時間－效應關系[10]。沙塵天氣細顆粒物質(zhì)PM2.5作用于大鼠肺細胞12h后對細胞DNA損傷最強[11]，其作用機制可能為沙塵顆粒進入肺組織后，吸附到肺細胞膜表面使其過氧化，損傷細胞DNA。

1.3 沙塵天氣對大鼠呼吸系統(tǒng)的免疫損傷 免疫損傷是指由內(nèi)源性或外源性抗原所致的細胞或體液介導的免疫應答導致的組織損傷。沙塵天氣中高濃度的細顆粒物PM2.5可引起大鼠呼吸系統(tǒng)顯著的免疫損傷，其中以高劑量的PM2.5染毒24h后對機體的免疫損傷尤為明顯[12]。肺細胞長時間接觸高濃度的可吸入顆粒物會直接降低機體免疫力，當顆粒物累計量超出機體的清除能力時，會誘發(fā)肺組織產(chǎn)生嚴重的免疫應答反應，導致呼吸系統(tǒng)的免疫損傷。PM2.5作用于肺組織時，肺細胞抗炎因子的產(chǎn)生量低于促炎因子的表達量，兩者無法抵消引起呼吸系統(tǒng)的免疫損傷，而且呼吸系統(tǒng)損傷程度同染毒劑的劑量呈正相關，染毒劑的劑量越大，免疫損傷越明顯[13]。

1.4 沙塵天氣對肺纖維原細胞增殖周期的影響 PM2.5不僅可以直接損害肺細胞的功能，還可以通過影響肺細胞的增殖分裂過程而間接影響呼吸系統(tǒng)的功能。PM2.5能阻斷人體肺纖維原細胞之間的連接通訊，妨礙肺纖維原細胞正常的有絲分裂和增殖過程。無論是沙塵天氣PM2.5還是非沙塵天氣PM2.5對肺纖維原細胞的增殖周期都有雙向作用：低濃度的PM2.5對細胞循環(huán)周期有促進作用，而高濃度的PM2.5則能抑制肺細胞的增殖[14]。

2 沙塵天氣對呼吸系統(tǒng)損害的臨床實證研究

2.1 沙塵天氣導致人群呼吸系統(tǒng)癥狀增加 日本東部沙塵天氣中高濃度顆粒物可加重哮喘患者的呼吸道癥狀[15]。沙塵天氣發(fā)生前1d與沙塵天氣發(fā)生當天比較，兒童呼吸系統(tǒng)癥狀的發(fā)生率均不同程度地升高，其中鼻腔干燥、流涕、鼻塞、流鼻血、咽部干癢、咽痛、口苦、持續(xù)咳嗽、早晨咳嗽、戶外咳嗽加重、咳嗽有痰及胸部憋悶癥狀發(fā)生率升高；沙塵天氣過境后第1～5天，兒童呼吸系統(tǒng)癥狀發(fā)生率逐漸降低。沙塵天氣發(fā)生前有身體不適、支氣管炎、上呼吸道感染等病史的兒童在沙塵天氣期間呼吸系統(tǒng)癥狀發(fā)生的危險性升高。因此，沙塵天氣可導致兒童呼吸系統(tǒng)的急性損傷，且高發(fā)于既往有呼吸系統(tǒng)病史的兒童[16－17]。沙塵天氣可吸入顆粒物進入呼吸系統(tǒng)后，同機體進行反應產(chǎn)生自由基，對肺部上皮細胞造成損傷，引發(fā)炎癥，增加肺細胞的滲透性，從而影響機體的最大呼氣流速，最終嚴重損害肺功能[18－19]，機體出現(xiàn)一系列的呼吸系統(tǒng)癥狀。

2.2 沙塵天氣導致人群呼吸系統(tǒng)患病率存在地區(qū)差異 甘肅省民勤縣是我國長期受沙塵天氣影響的地區(qū)之一，當?shù)鼐用耖L期暴露于沙塵天氣中，咽喉炎和氣管炎的患病率高于其他地區(qū)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民呼吸系統(tǒng)患病率高于縣城居民，這與居民暴露在沙塵天氣中的時間長短有關[20]。Chen等[21]發(fā)明一種檢測大氣中流感病毒數(shù)量的技術，并且將這種技術用于研究沙塵天氣對流感病毒傳播的影響。在沙塵天氣和非沙塵天氣中用高容量空氣取樣器和可以過濾可吸入顆粒物的過濾盒分別收集空氣，并進行病毒數(shù)量檢測，其結(jié)果是過濾盒中流感病毒數(shù)量要高于高容量空氣取樣器中的病毒數(shù)量，即沙塵天氣中的流感病毒數(shù)量高于非沙塵天氣中的流感病毒數(shù)量，說明沙塵天氣影響空氣中流感病毒的傳播，可增加人群感染流感病毒的幾率。

2.3 沙塵天氣導致醫(yī)院呼吸科患者就診率升高 沙塵天氣對人體呼吸系統(tǒng)的損害得到證實。孟紫強等[22－23]對國內(nèi)沙塵天氣中醫(yī)院呼吸科門診人數(shù)的數(shù)量變化進行研究，結(jié)果表明：沙塵天氣當天至沙塵天氣滯后3～5d內(nèi)醫(yī)院呼吸系統(tǒng)的就診人數(shù)和入院人數(shù)均有上升。按沙塵天氣的強弱程度劃分，沙塵暴天氣對呼吸系統(tǒng)疾病日門診數(shù)量和入院人數(shù)的影響要大于揚沙天氣和浮塵天氣。2012年臺灣省學者進一步驗證了這個結(jié)果，Kang等[24]研究分析臺北市10年間肺炎患者入院治療的人口學資料，發(fā)現(xiàn)沙塵天氣時肺炎患者的日入院人數(shù)高于日均入院人數(shù)和非沙塵天氣時的日入院數(shù)。Barnett等[25]在澳大利亞用時間序列分析沙塵天氣中入院人數(shù)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：醫(yī)院中急診人數(shù)有明顯但是短暫的升高（只有1d），但是呼吸科就診人數(shù)并無明顯變化。分析原因可能為：國內(nèi)外生活方式和人群對健康知識掌握程度的差異，澳大利亞居民在沙塵天氣中能更好地采取防護措施，保護自身健康，從而減少了呼吸系統(tǒng)急性癥狀的發(fā)病率。

2.4 沙塵天氣影響順風地區(qū)的人口死亡率 《美國醫(yī)學雜志》的研究表明：空氣中 PM2.5的濃度長期高于10μg·m－3，會提高居民的死亡風險。Chan等[26]對臺灣省1994—2007年14年間居民非意外死亡、心血管死亡和呼吸系統(tǒng)死亡數(shù)據(jù)進行條件Logistic回歸分析，將其中380d沙塵天氣日的死亡人數(shù)同基準日（無沙塵天氣）的死亡人數(shù)做交叉分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：人群急性暴露于沙塵天氣中，能增加65歲以上居民非意外死亡的死亡率，且亞洲男性對沙塵可吸入顆粒的敏感度要高于女性，而歐洲則相反。

3 預防沙塵天氣對人群健康的損傷

3.1 關注沙塵天氣預測，提高預防保健意識 現(xiàn)有的科學技術手段可以對沙塵天氣進行預測，部分地方的氣象中心也開啟了沙塵天氣預測預警系統(tǒng)[27]，公眾對沙塵天氣的防范知識主要來源于電視的宣傳[28]，所以通過電視、廣播、報紙等多種途徑向公眾傳播沙塵天氣預警信息，提供相應的防護措施是非常重要的，可增加公眾的自我保健知識，提高防護意識，主動采取行動保護自身健康。

3.2 采取相應防護措施 醫(yī)護人員應運用自身的專業(yè)知識，向公眾普及沙塵天氣的防護措施，減少人體對顆粒物質(zhì)的吸入量。

室外防護措施：沙塵天氣期間盡量減少戶外停留的時間，戶外活動時應戴口罩（包覆鼻腔、口腔）和戴防風眼鏡（保護眼角膜、禁忌隱形眼鏡）或者專業(yè)用的防沙塵帽。多層醫(yī)用紗布構(gòu)成的紗布口罩，因其固定效果、通氣效果好、阻塵效率高，是防塵效果最好的口罩；由2層無紡布和1層竹炭組成的竹炭口罩防護效果也很好；普通的純棉口罩和絲質(zhì)口罩達不到防塵的目的。必須注意有嚴重的呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾病的患者，不能擅自使用專業(yè)口罩，以免導致缺氧，增加機體的負擔。在沙塵天氣進行戶外活動后，應及時漱口和清洗鼻腔（雙手捧清水至鼻，將水輕輕吸入鼻腔，然后把水擤出，反復數(shù)次）[29]，能有效減少沙塵對心、肺的損傷。

室內(nèi)防護措施：沙塵天氣致使空氣干燥，增加了可吸入顆粒物對人體呼吸系統(tǒng)的損害，所以應在室內(nèi)使用加濕器，增加空氣濕度，保持人體呼吸道的舒適度；在室內(nèi)或車內(nèi)開空調(diào)時，將空氣流通檔調(diào)至內(nèi)循環(huán)模式，減少外界沙塵顆粒物的進入；保證多飲水補充水分，加快機體新陳代謝和廢物的排出。

4 小 結(jié)

沙塵天氣是全球性的問題。目前由于受地域和時間條件的限制，研究者致力于沙塵天氣的區(qū)域性和對人體短期危害的研究[30－31]。沙塵天氣對人體的長期危害、人群健康干預及研發(fā)新的有效的防護措施將是未來研究的方向。

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