冷空氣與沙塵天氣對人體尿液中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量的影響*

晚亞雄， 羅　斌， 石艷榮， 陳美池， 王麗娜， 王任洪， 牛靜萍

(蘭州大學公共衛(wèi)生學院勞動衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生學研究所， 甘肅 蘭州 730000)

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冷空氣與沙塵天氣對人體尿液中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量的影響*

晚亞雄， 羅斌+， 石艷榮， 陳美池， 王麗娜， 王任洪， 牛靜萍△

(蘭州大學公共衛(wèi)生學院勞動衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生學研究所， 甘肅 蘭州 730000)

目的：通過在沙塵天氣和冷空氣出現(xiàn)時，對人體尿樣中白細胞介素-6(IL-6)、8-異前列腺素F2α(8-iso-PGF2α)和11-脫氫促凝血烷B2(11-DH-TXB2)水平變化的分析，探討沙塵天氣與冷空氣的發(fā)生對于機體的影響。方法：選取蘭州大學榆中校區(qū)同年級同專業(yè)的17名在校本科生為研究對象，分別于冷空氣伴沙塵天氣發(fā)生次日、單冷空氣發(fā)生次日以及無沙塵無冷空氣日(對照日)，收集其尿液樣本，檢測其中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2的含量變化。結果：冷空氣伴沙塵天氣日，尿樣中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量與單冷空氣日和對照日尿中含量相比均升高(P<0.05)，但單冷空氣發(fā)生時的標志物含量與對照日相比并無顯著差異。結論：冷空氣并未增加沙塵天氣對IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量的影響，沙塵天氣發(fā)生后可吸入顆粒物的暴露可能是沙塵天氣作用于機體的主要危險因素。

沙塵天氣；冷空氣；顆粒物；白細胞介素-6；8-異前列腺素F2α；11-脫氫促凝血烷B2

近年來，西北地區(qū)幾乎每年春季都會發(fā)生沙塵暴天氣[1]。沙塵天氣出現(xiàn)時，空氣中可吸入顆粒物濃度在短期內(nèi)大量增加，空氣水平能見度顯著下降，嚴重影響居民健康和正常生活。目前越來越多的研究表明，沙塵天氣的出現(xiàn)會對人體心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)發(fā)病甚至死亡產(chǎn)生明顯影響，也會導致皮膚、眼等的急性刺激癥狀的發(fā)生危險性增加。國內(nèi)外多項實驗研究和流行病學調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沙塵天氣發(fā)生時，大氣顆粒物的暴露使心血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病的入院危險增加[2-4]。此外，沙塵天氣的出現(xiàn)也往往伴隨冷空氣的發(fā)生，因為冷空氣帶來的空氣擾動使得空氣中揚塵增加。研究表明，冷空氣活動會在某種水平上增加心血管疾病發(fā)生的危險性[5-8]。沙塵天氣的發(fā)生使得大氣顆粒物濃度增加，后者可通過氧化損傷、血小板激活和炎癥發(fā)生等作用機制對機體造成損害。尿中白細胞介素-6 (interleukin-6,IL-6)、8-異前列腺素F2α(8-iso-prostaglandins F2α,8-iso-PGF2α)和11-脫氫促凝血烷B2(11-dehydro-thromboxane B2，11-DH-TXB2)可以分別反應機體炎性反應的發(fā)生、氧化應激損傷和血小板活化，其在尿液中含量的增加提示機體疾病發(fā)生危險性的升高[9]。本研究分別采集沙塵天氣和冷空氣發(fā)生以及不發(fā)生時研究對象的尿液樣本，觀察尿液中三種標志物的含量變化，從而探討沙塵天氣空氣污染物以及冷空氣活動對于機體的影響。

1　對象與方法

1.1研究對象

通過調(diào)查問卷，選取蘭州大學同年級同專業(yè)17名(男10，女7)身體健康的在校本科生為研究對象。年齡：男(19.31±0.95)歲，女(19.05±1.21)歲；體重指數(shù)(body mass index，BMI)：男21.06±1.84，女19.60±0.81。經(jīng)檢驗，年齡和BMI的性別均無顯著性差異。研究對象均為在校大學生，實驗過程中主要活動地點為教室和校園及校園附近區(qū)域，在冷空氣伴沙塵天氣、單冷空氣天氣和對照日天氣條件下的暴露方式和暴露時間基本一致。

1.2研究方法

1.2.1天氣條件的選擇

1.2.1.1沙塵天氣和冷空氣過程沙塵天氣是強風從地面卷起大量沙塵，使空氣混濁，水平能見度明顯下降的一種天氣現(xiàn)象。冷空氣即位于低溫區(qū)的空氣，冷空氣過程是冷空氣使得某地的日最低氣溫48 h內(nèi)有一定幅度下降的過程。

1.2.1.2各組主要氣溫數(shù)據(jù)資料本研究中冷空氣伴沙塵天氣及單冷空氣天氣最低溫分別為-1.3℃和-9℃，明顯低于對照日13.3℃。兩次冷空氣過程48 h降溫幅度分別為4.5℃和5℃，均為弱冷空氣過程。兩次冷空氣過程的平均溫度分別為13.6℃和-2.5℃，均顯著低于對照天氣平均氣溫22℃(表1)。

Tab. 1　Temperature data for each group(℃)

1.2.1.3各組主要空氣污染物濃度比較冷空氣伴沙塵天氣日和單冷空氣日空氣污染物中SO2和NO2濃度差異無統(tǒng)計學意義；對照日空氣污染物中SO2和NO2濃度高于冷空氣伴沙塵天氣日和單冷空氣日，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；各組空氣中O3濃度差異無統(tǒng)計學意義；對照日與單冷空氣日空氣污染物中PM10和PM2.5的濃度差異無統(tǒng)計學意義；冷空氣伴沙塵天氣日空氣中PM10、PM2.5濃度顯著高于對照日與單冷空氣日，分別約為其12.3倍和9.3倍、5.3倍和3.3倍(P<0.05，表2)。

Tab. 2　Daily mean concentration of air pollutants the day before sampling for each group(ug/m3， ±s)

*P<0.05vscontrol;?#P<0.05vscold air group

1.2.2空氣質量監(jiān)測和氣象數(shù)據(jù)以上空氣質量數(shù)據(jù)采用中華人民共和國環(huán)境保護部-數(shù)據(jù)中心2014年4月24日、7月14日及11月29日空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)來源于氣象監(jiān)測部門。

1.2.3樣本材料的選擇本研究選擇尿液樣本中三種標志物：IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2進行濃度水平的測定，由于其代謝特點，相比較血液樣本的檢測更為靈敏，且具有無創(chuàng)和簡便易行的優(yōu)勢。

1.2.4尿樣的采集及處理分別于冷空氣伴沙塵天氣發(fā)生次日2014年4月25日、單冷空氣發(fā)生次日2014年11月30日以及無沙塵天氣和冷空氣的2014年7月15日(對照日)采集研究對象尿液樣本，約20 ml，采樣后離心20 min左右(2 000～3 000 r/min)，仔細收集上清，于-80℃凍存至分析。

1.2.5樣品檢測用ELISA試劑盒(由上海晶天生物科技有限公司生產(chǎn))進行實驗室檢測，指標包括IL-6、8-iso-PGF2α11-DH-TXB2。

1.3統(tǒng)計學處理

采用SPSS 13.0建立數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計分析，研究對象一般情況中年齡和BMI的比較以及不同組內(nèi)生物標志物濃度均值的性別差異比較采用兩獨立樣本t檢驗，三次尿中生物標志物濃度均值的比較采用單因素重復測量資料的方差分析。

2　結果

冷空氣伴沙塵天氣組尿中，IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2的平均濃度均高于單冷空氣日組和對照日組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；單冷空氣日組與對照日組尿中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2三種標志物平均濃度的差異均無統(tǒng)計學意義。對照日組女性尿液樣本中11-DH-TXB2含量高于男性，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，其余各組男女性研究對象尿液樣本中標志物濃度差異無統(tǒng)計學意義，各組與性別之間均無交互作用(表3)。

Tab. 3　Effect of cold air and dust weather on biomarkers of cardiovascular disease in ±s)

IL-6：Interleukin-6; 8-iso-PGF2α：8-iso-prostaglandins F2α； 11-DH-TXB2：11-dehydro-thromboxane B2

*P<0.05vscontrol day;?#P<0.05vscold air;?△P<0.05vsmale in the same group

3　討論

沙塵天氣發(fā)生時，強風作用使得空氣中顆粒性污染物濃度顯著增加，顆粒物作用于機體可產(chǎn)生急性效應和慢性損傷。急性效應多為呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)以及皮膚和眼的急性損傷，慢性損傷表現(xiàn)為沙漠塵肺等。損傷效應的主要毒理學機制為炎性反應、氧化應激性損傷和血小板活化等[2,9]?？晌腩w粒物如PM10和PM2.5可對人體健康造成嚴重影響。PM2.5粒徑較小，不受上呼吸道清除屏障的阻擋，可直接進入呼吸系統(tǒng)深部甚至血液循環(huán)當中較難排出體外，PM2.5表面積相對較大，易吸附細菌、病毒、有毒重金屬、酸性氧化物以及有機污染物等，威脅人體健康；PM10動力學直徑較大，一旦吸入便可沉積于小氣道內(nèi)，持久影響人體健康[10,11]。冷空氣伴隨沙塵天氣發(fā)生，影響人體血脂水平，增加心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生危險性[5-8]。

IL-6又稱前炎癥細胞因子，氣道炎癥和結構重建與它的釋放密切相關，且在血管發(fā)生和血管重構中發(fā)揮重要功能[12]。8-iso-PGF2α是前列腺素F2α的異構體，是通過非環(huán)氧化酶催化自由基損傷細胞膜脂質花生四烯酸，使其發(fā)生脂質過氧化后的終末產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定性心絞痛患者中8-iso-PGF2α含量比健康對照組明顯升高，慢性梗阻性肺氣腫患者尿液中8-iso-PGF2α含量明顯高于正常人[13,14]。11-DH-TXB2是促凝血烷B2(TXB2)的體內(nèi)主要酶代謝產(chǎn)物，是體內(nèi)血小板活化的標志[15]。正常情況下，血小板在血液循環(huán)中處于靜息狀態(tài)，當發(fā)生心血管系統(tǒng)疾病，如冠心病、充血性心力衰竭、心律失常等時，血小板發(fā)生粘附、變形、聚集、釋放等活化反應[16]。尿中IL-6、8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2的含量能夠反映沙塵天氣對人體健康產(chǎn)生的不利影響[9]。

本研究結果顯示，冷空氣伴沙塵天氣組尿液樣本中，IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2水平都高于單冷空氣日組和對照日組，而單冷空氣組和對照日組三種標志物濃度差異無統(tǒng)計學意義。根據(jù)采樣點空氣污染物濃度比較結果以及氣象條件比較可知，沙塵天氣發(fā)生時，主要會對空氣中SO2、NO2、PM10和PM2.5四種污染物濃度產(chǎn)生影響。強沙塵天氣于春季到來，春季降水較少，空氣中顆粒物不容易被清除，加之大量塵土從源地輸送到蘭州，導致PM10等顆粒物日均濃度大量增加，而沙塵天氣發(fā)生時，所伴隨的大風等氣象條件反而有利于SO2和NO2的擴散[17]。因此，沙塵天氣日PM10和PM2.5濃度顯著高于其他兩組，但SO2和NO2濃度低于對照日，而與具有相似氣象條件的單冷空氣日相比無顯著差異。對照日SO2和NO2濃度高于單冷空氣日，氣溫也明顯高于單冷空氣日，但由于可吸入顆粒物濃度無顯著差異，尿中三種標志物含量也無明顯差異。綜上提示SO2和NO2對尿液中IL-6、8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2含量可能沒有影響，冷空氣過程可能不會增加沙塵天氣時機體疾病發(fā)生的危險性，可吸入顆粒物的暴露，使尿中這三種標志物含量升高，是沙塵天氣發(fā)生時機體發(fā)病的主要危險因素。國內(nèi)外許多研究發(fā)現(xiàn)，可吸入顆粒物可使機體氧自由基集團大量增加，產(chǎn)生氧化應激損傷，使脂質過氧化、DNA鏈斷裂、多種功能蛋白被氧化修飾，能引起血液系統(tǒng)和血管緊張性的改變，也可使肺泡巨噬細胞吞噬功能和生存能力下降，甚至導致全身炎癥反應的發(fā)生[18,19]。本研究反應氧化損傷、血小板激活和炎癥發(fā)生的三個指標8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2和IL-6在沙塵天氣發(fā)生時，含量增高，與國內(nèi)外研究基本一致。本次研究中冷空氣活動未對三種標志物含量產(chǎn)生影響，而之前研究表明，冷空氣過程是心血管疾病發(fā)生的危險因素，兩者相左，原因可能是先前研究中，冷空氣活動對于機體特別是心血管系統(tǒng)疾病的影響多為促進凝血功能增強、血脂水平變化以及對心肌損傷血清標志物產(chǎn)生影響。本研究中選取的尿液中三種標志物可能不是反應冷空氣活動作用于心血管系統(tǒng)的最佳標志物。

本研究提示，沙塵天氣發(fā)生時，可吸入顆粒物的暴露可能是機體疾病發(fā)生的危險因素，伴隨的冷空氣活動未對三種疾病標志物產(chǎn)生影響。尿中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2三種生標志物的含量變化可以反映可吸入顆粒物對機體的損傷作用，這為沙塵天氣出現(xiàn)時，機體呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)等疾病發(fā)生的危險性提供一定的參考依據(jù)。冷空氣活動作用于機體時生物標志物的選擇，以及顆粒物和冷空氣活動的交互作用對機體產(chǎn)生的可能影響，都有待進一步探索研究。

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dust weather;cold air;particulate matter;IL-6;8-iso-PGF2α;11-DH-TXB2

國家自然科學基金資助項目(41405108)

2015-03-11

2015-09-28

△Tel：13909467346; E-mail：niujingp@lzu.edu.cn；

R122.2

A

1000-6834(2016)01-005-04

10.13459/j.cnki.cjap.2016.01.002

+：共同第一作者