論述PM2.5與心血管疾病的關(guān)聯(lián)

陳 鵬，陳 宇，張 城，劉衛(wèi)清 (吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院，吉林 長(zhǎng)春 130033)

空氣污染對(duì)健康的影響成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)科研的主要議題。其中，細(xì)顆粒污染對(duì)心血管疾病的影響得到醫(yī)學(xué)、環(huán)保以及社會(huì)工作者的共同關(guān)注。本篇文章將綜合目前已獲得的科研成果來(lái)闡述PM2.5與心血管疾病的發(fā)病率及死亡率的關(guān)系，其致病機(jī)理以及目前可行的防范措施。

1 背景介紹

近年來(lái)，由于城市發(fā)展和現(xiàn)代化進(jìn)程加快，空氣污染對(duì)健康的影響成為醫(yī)學(xué)科研的主要議題?？諝馕廴疚镏饕鈶B(tài)污染物和顆粒物 (particulate matter，PM)，而后者的致病性主要根據(jù)顆粒大小、成分、來(lái)源、溶解度、產(chǎn)生活性氧的能力來(lái)決定。其中，對(duì)人類健康應(yīng)影響較大的是空氣動(dòng)力學(xué)直徑＜10 μm的顆粒，包括動(dòng)力學(xué)直徑2.5～10 μm的粗顆粒;動(dòng)力學(xué)直徑＜2.5 μm的細(xì)顆粒;以及動(dòng)力學(xué)直徑＜100 nm的極細(xì)顆粒。PM2.5因其顆粒細(xì)小可通過氣流到達(dá)呼吸道末端并在擴(kuò)散作用下沉積下來(lái)，再通過肺部氣血交換進(jìn)入人體其他器官造成損傷。同時(shí)，PM2.5還攜帶人為產(chǎn)生的有毒物質(zhì)和天然產(chǎn)生的放射性物質(zhì)，這些物質(zhì)通過脈管系統(tǒng)直接引起血管和心肌產(chǎn)生前炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)，可加重心肌缺血、增加心血管疾病的發(fā)病率及死亡率。由于心血管疾病屬于人類重大疾病，嚴(yán)重威脅人類的健康和生命，PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)的潛在危害得到了越來(lái)越多的醫(yī)學(xué)關(guān)注。本篇文章將綜合目前國(guó)內(nèi)外科研成果來(lái)闡述PM2.5對(duì)心血管疾病的影響，包括PM2.5的短期與長(zhǎng)期效應(yīng)，PM2.5對(duì)各項(xiàng)心血管疾病指數(shù)的干預(yù)，以及目前可行的防范措施。

2 PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)影響的流行病學(xué)證據(jù)

近年來(lái)大量流行病學(xué)研究資料表明，PM2.5是非意外死亡的誘因之一，其中發(fā)表于1996年的“哈佛六城市研究”得到了廣泛的認(rèn)同。在這個(gè)項(xiàng)目中，PM2.5被證明與日死亡率，尤其是老年人的日死亡率上升呈正相關(guān)(RR=1.5%，95%CI:1.1% ～1.9%)［1］。同時(shí)，世界衛(wèi)生組織在2005年版《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》中指出:當(dāng)PM2.5年均濃度達(dá)到35 μg/m3時(shí)，人的死亡風(fēng)險(xiǎn)比10 μg/M3的情形約增加15%。以上研究結(jié)果均為PM2.5與非意外死亡的線性聯(lián)系提供了可靠證據(jù)。

在空氣污染導(dǎo)致的非意外死亡中，心血管疾病患者占有很大的份額。因此，PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)的影響不容忽視。一項(xiàng)在東京的調(diào)查表明:交通污染引起的 PM2.5每增加10 μg/m3，心肺疾病引起的死亡率增加11.6%，同時(shí)，缺血性疾病死亡率增加12.7%［2］?！肮鹆鞘小迸c美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)(ACS)聯(lián)合發(fā)表論文得出了與東京學(xué)者們相似的結(jié)論:PM2.5每增加10 μg/m3，心血管疾病引起的死亡率將增加9%(95%CI:6% ～12%)［3］。以上兩項(xiàng)研究均控制了時(shí)間趨勢(shì)和氣候因素對(duì)PM2.5致病率的影響，從而增加了數(shù)據(jù)的可信度和一致性。綜合分析發(fā)表于2008以前的科研結(jié)果表明，PM2.5可將心臟病死亡率，特別是冠性心臟病死亡率，提升12%～14%。而且PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)的影響與患者的性別，年齡，體重及吸煙與否密切相關(guān)。例如，研究人員Michael等［4］人對(duì)美國(guó)加州10 000名教師進(jìn)行前瞻性的隊(duì)列研究得出，PM2.5每上升10 μg/m3，人群冠心病死亡率平均增加2.1%。對(duì)于同樣的污染指數(shù)，對(duì)于絕經(jīng)婦女，冠心病死亡率則增加18.5%。

與長(zhǎng)期效應(yīng)相比，PM2.5對(duì)心血管疾病的短期效應(yīng)也極為明顯。短期暴露于PM2.5會(huì)增加心血管入院危險(xiǎn)度，包括缺血性心臟病、心律失常和心力衰竭;其中心力衰竭發(fā)病率最高，PM2.5濃度每增高10 μg/m3，當(dāng)天的入院危險(xiǎn)度增加1.28%(95%CI:0.78% ～1.78%)［5］。此外，一項(xiàng)擬合1999年～2001年收集的美國(guó)北卡羅萊納州7個(gè)城市的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，PM2.5每上升10 μg/m3，當(dāng)天心血管死亡相對(duì)危險(xiǎn)度增加2.5%，第2天增加4%，第3天增加11.4%［6］。可見，PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)的影響呈疊加趨勢(shì)。

與西方國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)于PM2.5危害性的研究起步于近10年。一項(xiàng)對(duì)上海交警的調(diào)查表明:長(zhǎng)時(shí)間暴露在PM2.5下，可以顯著提升周身免疫系統(tǒng)敏感性，進(jìn)而增加冠心病的發(fā)病率［7］。此外，北京大學(xué)校園觀測(cè)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的 PM2.5日均濃度與在約4公里以外的北京大學(xué)第三醫(yī)院心血管急診病患者的數(shù)量呈正相關(guān)性。雖然PM10和PM2.5都是心血管病發(fā)病的危險(xiǎn)因素，但PM2.5的影響顯然更大。上述科研結(jié)果證實(shí)了PM2.5是現(xiàn)代心血管疾病高發(fā)的誘因之一。同時(shí)，與吸煙，酗酒，肥胖等其他心血管疾病的致病因素相比，PM2.5更具有不可控制性，需要全社會(huì)的努力來(lái)降低其危害。

3 PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)影響的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，長(zhǎng)時(shí)間暴露于PM2.5可以降低心肌收縮功能，增加冠狀動(dòng)脈粥樣性，同時(shí)促進(jìn)心肌肥大以及導(dǎo)致心肌纖維病變。例如，我國(guó)一項(xiàng)對(duì)健康雄性大鼠進(jìn)行氣管灌注大氣PM2.5的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PM2.5的劑量與暴露時(shí)間和心肌組織間隙連接蛋白的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，并且與心律失常的頻率呈正相關(guān)［8］。此外，鄭燦軍等［9］人提出，大氣 PM2.5可抑制原代培養(yǎng)大鼠心肌細(xì)胞的搏動(dòng)頻率，存在著劑量-反應(yīng)的線性關(guān)系，即心肌存活率隨PM2.5濃度的上升而增高，并在PM2.5濃度為10 μg/m3時(shí)達(dá)到峰值，此后，心肌存活率隨著PM2.5濃度的增高反而降低。這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)PM2.5的濃度超過機(jī)體所能接受的最高閾值時(shí)，心肌細(xì)胞的縫隙連接通訊功能將會(huì)被抑制。

與長(zhǎng)時(shí)間PM2.5暴露造成的心肌損傷相比，短時(shí)間暴露于PM2.5則被證明可以增加機(jī)體內(nèi)的NAD(P)H氧化，并激發(fā)Rho/ROCK通路，從而導(dǎo)致血壓上升，進(jìn)而增加心血管系統(tǒng)病發(fā)率。例如:PM2.5可激發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)以及肺系統(tǒng)感染，以致全身炎性反應(yīng)，從而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的形成。此外，PM2.5污染可以加劇病毒感染導(dǎo)致的心肌炎性反應(yīng)，其機(jī)理可能是通過促進(jìn)Th17為媒介的病毒復(fù)制，增加Perforin敏感性以及打破MMP-2/TIMP-1平衡。而且，盡管PM2.5對(duì)正常和病理狀態(tài)的大鼠的心血管系統(tǒng)均有損傷作用，但其對(duì)高血脂癥大鼠心血管系統(tǒng)的影響明顯高于正常大鼠。

4 PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)影響的機(jī)理

目前為止，PM2.5可以直接導(dǎo)致心血管損害的病理機(jī)制還不是十分明確。根據(jù)已有數(shù)據(jù)表明，PM2.5可引起血清中纖維蛋白原和凝血因子含量增加，提升血液粘稠度，進(jìn)而導(dǎo)致血液的供氧量下降;同時(shí)，PM2.5干擾自主神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致心率加快及血壓升高，增加心肌耗氧量，而其對(duì)血管內(nèi)皮的物理性損傷引起血管收縮功能障礙，從而加重心肌缺氧。為了了解PM2.5與心肌缺血之間的關(guān)系，美國(guó)研究人員對(duì)同一社區(qū)年齡在56～58歲的非吸煙人群，進(jìn)行了24 h心電圖ST段動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其結(jié)果表明，空氣中的細(xì)顆粒對(duì)急性ST段缺血性壓低程度有直接影響［10，而對(duì)于老年人、糖尿病患者、冠狀動(dòng)脈基礎(chǔ)病變者，ST段壓低＞0.1 mV是促發(fā)心肌梗死的主要因素。因此，筆者推論P(yáng)M2.5是引發(fā)心血管疾病中心肌缺血發(fā)病率逐年升高的主要原因［10］。更有研究表明，當(dāng)PM2.5瞬間增加25 μg/m3時(shí)，即使其濃度低于正常環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)暫時(shí)性增加高危人群中內(nèi)透壁性心肌梗死發(fā)生的危險(xiǎn)度［11］。

同時(shí)，顆粒物還可改變心臟自主神經(jīng)功能，進(jìn)而影響心率變異度(HRV)。人體在安靜時(shí)，心率以及血壓是由交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同調(diào)節(jié)的。PM2.5可以直接作用于心肌離子通道、肺神經(jīng)反射弧，激動(dòng)交感神經(jīng)興奮，同時(shí)抑制副交感神經(jīng)的心臟信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致心臟自主神經(jīng)控制的失衡，進(jìn)而降低HRV，而后者與老年人和心臟病患者的心血管疾病發(fā)病與死亡的風(fēng)險(xiǎn)增高緊密相連。例如，在排除季節(jié)、相對(duì)濕度、溫度、星期、情緒和最近發(fā)生過的心律失常的影響后，心臟復(fù)律除顫器檢測(cè)到的心律失常的日期，時(shí)間和心腔內(nèi)心電圖改變被證明與細(xì)顆粒暴露時(shí)間長(zhǎng)度緊密相關(guān)。此外，隨著PM2.5濃度的短期增加(暴露時(shí)間小于72 h)，室性心律失常危險(xiǎn)度也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。與此同時(shí)，暴露于PM2.5還會(huì)導(dǎo)致缺血性心臟病的患者的QT間期顯著延長(zhǎng)，T波振幅顯著減低并復(fù)雜多變，從而導(dǎo)致心律失常的發(fā)生率顯著升高。以上證據(jù)充分說(shuō)明了細(xì)顆粒物質(zhì)是導(dǎo)致心源性猝死的關(guān)鍵因素。

PM2.5不僅可以暫時(shí)性干擾自主神經(jīng)控制，長(zhǎng)期暴露于細(xì)顆粒污染還會(huì)導(dǎo)致心臟自主神經(jīng)功能永久性破壞，特別是對(duì)有基礎(chǔ)代謝綜合征的患者。例如，美國(guó)的一項(xiàng)針對(duì)5 465位中老年無(wú)心血管疾病既往史的人群進(jìn)行的調(diào)查表明，HRV的下降與PM2.5的慢性暴露存在相關(guān)性，并且被觀察人群中存在以下三個(gè)或更多條件，如腹型肥胖，高甘油三酯血癥，低高密度脂蛋白膽固醇，血壓高，空腹血糖高的個(gè)體，HRV變化更為劇烈［12］。

同時(shí)，PM2.5還可以上調(diào)NAPDH氧化酶活性和激活Rho激酶信號(hào)傳導(dǎo)通路;前者使內(nèi)皮依賴性NO介導(dǎo)的血管舒張能力降低，而后者可加強(qiáng)血管緊張素Ⅱ的敏感性，進(jìn)而誘發(fā)血壓升高。同時(shí)，盡管PM2.5濃度被證明與收縮壓及脈壓存在正關(guān)性，但其對(duì)舒張壓和平均動(dòng)脈壓的影響較弱。

5 PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)影響的可逆轉(zhuǎn)性

空氣污染導(dǎo)致心血管疾病現(xiàn)已得到人們的足夠認(rèn)識(shí)，當(dāng)空氣污染程度下降時(shí)，短期和長(zhǎng)期的心血管疾病的死亡率均會(huì)相應(yīng)降低。例如，2002年，Clancy等［13］對(duì)愛爾蘭首都都柏林在禁止銷售煤炭72個(gè)月后，空氣污染程度下降與死亡率的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果表明當(dāng)黑煙平均濃度降低35 μg/m3時(shí)，其非創(chuàng)傷性死亡下降了5.7%，而由心血管系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的死亡則下降了10.5%。同時(shí)，對(duì)原有“哈佛六城市研究”的后續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，PM2.5每減少10 μg/m3，整體死亡率就會(huì)相應(yīng)地減少27%(95%CI:5% ～43%)，再一次印證了PM2.5濃度的降低對(duì)非意外死亡率的影響［3］。一項(xiàng)在危地馬拉的觀察實(shí)驗(yàn)指出，由于生活條件較差，危地馬拉人長(zhǎng)期應(yīng)用簡(jiǎn)陋的木柴爐灶，因而處于PM2.5高濃度狀態(tài)。McCracken等［14］對(duì)爐灶進(jìn)行改造并對(duì)其中年婦女人群進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，隨著PM2.5濃度下降，樣本的收縮壓和舒張壓也有不同程度下降，其中以舒張壓的降低更為顯著。以上研究均說(shuō)明細(xì)顆粒的影響在有限范圍內(nèi)可以回轉(zhuǎn)的可能性。

6 總結(jié)

本篇文章綜合了國(guó)內(nèi)外的科研數(shù)據(jù)，證明了PM2.5的濃度與心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)病率及死亡率密切相關(guān)。其致病機(jī)理包括激活周身免疫系統(tǒng)反應(yīng)(短期效應(yīng))和造成心肌細(xì)胞的機(jī)械性損傷(長(zhǎng)期效應(yīng))。同時(shí)對(duì)近期研究結(jié)果的匯總發(fā)現(xiàn)，控制空氣污染，凈化大氣，可以在有限范圍內(nèi)逆轉(zhuǎn)PM2.5對(duì)心血管系統(tǒng)疾病患者的影響。這一結(jié)論可以為政府工作者及環(huán)境監(jiān)測(cè)部門在制定空氣凈化標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提供參考依據(jù)。

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