R95活性炭呼吸器對(duì)減少氧化產(chǎn)物吸入的作用

趙志剛

R95活性炭呼吸器對(duì)減少氧化產(chǎn)物吸入的作用

趙志剛①

目的：探討佩戴R95活性炭呼吸器是否可以減少多環(huán)芳香烴(PAH)的攝入量，分析R95活性炭呼吸器對(duì)減少氧化產(chǎn)物吸入的作用，方法：選取44名街道工作人員，將其按照數(shù)表發(fā)隨機(jī)分為觀察組和對(duì)照組組，每組22名。觀察組連續(xù)2 d工作時(shí)間佩戴呼吸器，對(duì)照組則連續(xù)2 d工作時(shí)間未佩戴呼吸器，運(yùn)用氣相色譜法和(或)高分辨質(zhì)譜法檢測(cè)羥基多環(huán)芳烴(OH-PAH)。結(jié)果：在兩組受試者中，出租車司機(jī)占38.6%，街頭小販占34.1%。尿液中1-羥基芘濃度(1-OHP)的基線肌酐校正水平比其他國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)高：1020 ng/g肌酐(IQR：604～1551)。佩戴R95活性炭呼吸器對(duì)1-OHP水平無(wú)顯著影響，乘數(shù)效應(yīng)1.00(95%CI：0.92～1.09)；對(duì)其他OH-PAHs亦無(wú)顯著影響，1-羥基萘(1-OHN)例外，乘數(shù)效應(yīng)0.86(95%CI：0.77～0.96)。結(jié)論：街道工作者的尿PAH含量較高。在大城市中空氣高度污染的地區(qū)內(nèi)，佩戴R95活性炭呼吸器并不會(huì)影響尿OH-PAH水平，除1-OHN例外。缺乏效果可能是因?yàn)镽95活性炭呼吸器無(wú)法有效地過(guò)濾氣相PAHs。此外，檢測(cè)出的高濃度尿OH-PAHs，提示采取有效干預(yù)措施的必要性。

尿液；污染；城市；多環(huán)芳烴(PAH)；1-羥基芘；呼吸器

當(dāng)前，城市空氣污染已成為日益嚴(yán)重的健康威脅問(wèn)題，這是由于工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致了化石燃料燃燒的迅速增加，其產(chǎn)生一種復(fù)雜的大氣轉(zhuǎn)化相關(guān)的初級(jí)排放物與顆粒組成的污染混合物[1-2]。城市空氣污染在世界范圍內(nèi)引起了約3%的成年人死于心肺疾病，呼吸道惡性腫瘤的病死率約為5%，兒童急性呼吸系統(tǒng)疾病(acute respiratory illness in children，ARI)的病死率約為1%[3-4]。由此，導(dǎo)致80萬(wàn)人過(guò)早死亡，總計(jì)640萬(wàn)的年壽命損失(year life loss，YLL)，且主要發(fā)生在發(fā)展中國(guó)家，東南亞地區(qū)占20%～39%[5]。在空氣污染水平超過(guò)世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)標(biāo)準(zhǔn)的亞洲大城市，研究空氣污染對(duì)健康的影響，并制定相關(guān)的干預(yù)措施以減少發(fā)病率與病死率。本研究通過(guò)檢測(cè)尿液中的多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH)代謝物(OH-PAHs)來(lái)確定工人的PAH吸入量，并研究通過(guò)佩戴防塵呼吸器過(guò)濾PAHs顆粒物是否可以減少PAH的吸入量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1-6月每日在街頭至少工作4 h的44名非吸煙受試者，其中男性24名，女性20名；平均年齡42.5歲；職業(yè)包括摩托車司機(jī)17名(占38.6%)，街頭小販15名(占34.1%)，安保4名(占9.1%)，自行車修理工2名(占4.5%)，街道工作人員6名(占13.6%)。將其按照數(shù)表發(fā)隨機(jī)分為觀察組和對(duì)照組，每組22名。觀察組連續(xù)2 d工作時(shí)間佩戴呼吸器，對(duì)照組則連續(xù)2 d工作時(shí)間未佩戴呼吸器，運(yùn)用氣相色譜法和(或)高分辨質(zhì)譜法檢測(cè)羥基多環(huán)芳烴(OH-PAH)。本研究通過(guò)牛津大學(xué)和NIOEH倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，臨床試驗(yàn)注冊(cè)號(hào)為ISRCTN74390617。所有受試者均簽署了書面知情同意書。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：每日在街頭至少工作4 h的非吸煙者。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①可能導(dǎo)致尿中OH-PAHs水平增加的其他PAH暴露；②吸煙，在家用生物質(zhì)燃料做飯；③研究期間不愿意停止吃燒烤食品；③防塵呼吸器密合度測(cè)試不合格。

1.3 儀器與材料

佩戴R95活性炭呼吸器(9913 K呼吸器，3 M，美國(guó))。該呼吸器在0.3 mm的鄰苯二甲酸二辛酯氣溶膠測(cè)試時(shí)過(guò)濾效率至少為95%；具有活性炭，可減少異味氣體的吸入；并具有可調(diào)節(jié)鼻夾，適應(yīng)性更強(qiáng)且能防止眼鏡起霧?；钚蕴恳驯蛔C明能夠過(guò)濾水汽，如甲苯和苯，具有10%的突破性價(jià)值，至少可持續(xù)60 min。本研究中，所有受試者均通過(guò)了呼吸器密合度測(cè)試，并均被演示了如何正確佩戴呼吸器。

1.4 研究方法

(1)采集受試者的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括受試者的年齡、性別、職業(yè)、體重、吸煙史、病史、生活環(huán)境以及以往使用的與本研究無(wú)關(guān)的呼吸器類型。每日填寫日記評(píng)估，其內(nèi)容包括：呼吸道癥狀(打噴嚏、鼻塞、流鼻涕、咽喉疼痛、咳嗽，呼吸困難以及眼刺激等)，呼吸器舒適性，食物消耗，開始和(或)停止工作的時(shí)間，以及摩托車行駛的距離，見表1。

(2)使用貼有標(biāo)簽的無(wú)菌容器，于周二和周五下午采集受試者的尿液標(biāo)本(10～20 ml)。采集后，立即冷鏈運(yùn)輸標(biāo)本，在檢測(cè)前-80 ℃下冷凍保存。由于OHPAHs在暴露后24～48 h內(nèi)可回歸基線水平，所以選擇2 d作為觀察時(shí)間期限。呼吸器為一次性使用，每日更新。通過(guò)每周的暗訪和檢查，研究小組成員對(duì)受試者的依從性進(jìn)行評(píng)估。此外，當(dāng)需要佩戴呼吸器時(shí)，將發(fā)送提醒短信到受試者的手機(jī)上。受試者還被要求在日記中記下是否佩戴呼吸器，見表2。

(3)本研究的主要終點(diǎn)為尿1-OHP，其為芘的代謝產(chǎn)物，是一種常見的PAH混合物成分，可作為評(píng)估PAH暴露的生物學(xué)指標(biāo)。尿中1-OHP的半衰期平均最少約3.9 h，且隨著暴露時(shí)間而變化，最高可達(dá)18 h。本研究設(shè)計(jì)交叉研究來(lái)評(píng)估佩戴R95活性炭呼吸器的效果。

1.5 觀察與評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)在研究結(jié)束時(shí)，收集的尿液樣本利用氣相色譜法和(或)高分辨質(zhì)譜法(GC-HRMS)分析OHPAHs[6]。OH-PAH代謝物在人體尿液中的存在形式為葡糖苷酸和(或)硫酸結(jié)合物，使用Gilson 215型液體樣品處理器(Gilson 215 Liquid Handler)(Gilson Inc. Middleton，WI)自動(dòng)液萃取出戊烯。將樣品浸提液放置在化學(xué)通風(fēng)柜蒸發(fā)以除去戊烯溶劑；最后，在甲苯中重新組合，衍生出三甲基硅氧烷基衍生物。采用氣相色譜-同位素稀釋-高分辨質(zhì)譜法(GC-IDHRMS)、MAT95XP儀器(ThermoFinnigan MAT，Bremen，Germany)，測(cè)定目標(biāo)分析物。測(cè)量可的寧的濃度以檢測(cè)受試者在高濃度煙草煙霧的暴露程度。在尿液樣本(5 ml)中加入氫氧化鈉(5 M，15 ml)和消泡劑(酚紅，5% w/w，1 ml)，并用二氯甲烷進(jìn)行萃取。通過(guò)渦流混合和離心分離后，轉(zhuǎn)移有機(jī)相至玻璃管，且在溶劑蒸發(fā)。濾渣溶于1 ml甲苯，不分流進(jìn)樣2 μl，采用Hewlett Packard模型HP5890A氣相色譜儀(Agilent Technologies，Atlanta，GA，USA)和氮磷檢測(cè)器(NPD)進(jìn)行分析。

表1 研究方法安排表

表2 兩組基線特征對(duì)比[名(%)]

(2)空氣中芘的濃度采用以往研究結(jié)果，1-OHP的半衰期為3.9 h。假定受試者在工作期間始終佩戴呼吸器，＞8 h的總吸入量估計(jì)約2880 L，每日尿排泄量2 L，芘的攝入量在104～789 ng/8 hours之間波動(dòng)。假設(shè)R95活性炭呼吸器可減少90%的PAH攝入量，則1-羥基芘的攝入量最少(即104 ng)，基線1-OHP水平為30 ng/L，未佩戴呼吸器時(shí)尿1-OHP為82 ng/L(104 ng/2 L+30 ng/L)，而佩戴呼吸器時(shí)為35.2 ng/L([104 ng×0.1]/2 L+30 ng/L)。假設(shè)受試者內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差與呼吸器的影響數(shù)值相當(dāng)(對(duì)應(yīng)0.85的自然對(duì)數(shù))，雙側(cè)α水平為0.05，考慮到膳食攝入量的變動(dòng)較大以及其他可能的暴露。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

測(cè)定代謝物的尿液濃度，評(píng)估總體呼吸器效果，推導(dǎo)出線性混合效應(yīng)模型，可用于模擬后續(xù)評(píng)估。排除可的寧陽(yáng)性的受試者后(主動(dòng)吸煙或二手煙暴露)，分析受試者符合方案數(shù)據(jù)集，包括受試者未表現(xiàn)出依從性或依從狀態(tài)未知的狀態(tài)。當(dāng)模型根據(jù)年齡、性別、職業(yè)和代謝物基線值進(jìn)行調(diào)整后，需要進(jìn)行二次分析。所有代謝產(chǎn)物在分析前進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，但在分析后呼吸器效果需轉(zhuǎn)換為原數(shù)值，即報(bào)告的數(shù)值形式是乘法效應(yīng)。此外，還對(duì)殘?jiān)M(jìn)行了檢測(cè)，即呼吸器效果-時(shí)間的相互作用。所有的分析都采用自由軟件R版本2.11.1(基于R的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，Vienna，Austria)進(jìn)行。

2 結(jié)果

2.1 OH-PAHs基線水平與 OH-PAHs 的半衰期

無(wú)受試者患有慢性肺部疾病，多數(shù)受試者住在靠近工作的地方(平均：0.5 km，IQR：0.1～1.0 km)。白晝，受試者平均每日行駛6 km(四分位數(shù)間距[IQR]：2～100 km)，在街上平均工作時(shí)間約10 h(IQR：8～12 h)。在研究之前，40.9%的受試者工作中從不佩戴呼吸器，有時(shí)是27.3%，通常為31.8%。多數(shù)受試者(88.6%)抱怨R95活性炭呼吸器很不舒服。其他人則抱怨：呼吸器太緊2名，疼痛2名，或呼吸不暢1名。所有受試者的尿中OH-PAHs平均基線濃度水平見表3。

表3 OH-PAHs基線水平(ng/g 肌酐)與 OH-PAHs 的半衰期

2.2 呼吸器效果評(píng)估

在研究階段，觀察組平均每日需佩戴呼吸器7 h(IQR：6.5～8)。1名受試者在某個(gè)研究日只佩戴了3 h，因?yàn)檎J(rèn)為呼吸器太緊，很難呼吸。1名需要被糾正如何正確佩戴呼吸器，因?yàn)槠湓谠L問(wèn)期間佩戴不恰當(dāng)。無(wú)證據(jù)表明佩戴R95活性炭呼吸器可影響尿1-OHP濃度的主要終點(diǎn)。調(diào)整分析和符合方案數(shù)據(jù)分析的結(jié)果(n=39，由于4名受試者尿液中檢出可的寧，1名依從狀態(tài)未知；此外，3期依從狀態(tài)未知或不依從而排除)與主要分析一致，見表4。

無(wú)證據(jù)表明存在后遺效應(yīng)(F＝0.66，P＞0.05)，但存在明顯的時(shí)間效應(yīng)(F＝13.61，P＜0.001)，這主要是由于兩組間第3期的檢測(cè)結(jié)果較高。也無(wú)證據(jù)表明，除1-OHN外的任何其他代謝產(chǎn)物佩戴呼吸器出現(xiàn)效果。佩戴呼吸器后，1-OHN平均降低了0.86(95%CI：0.77～0.966)。

表4 佩戴呼吸器對(duì)PAH代謝物的影響(乘法模型)

3 討論

本研究數(shù)據(jù)顯示，工人內(nèi)總尿PAH代謝物的水平非常高，表明暴露PAHs濃度很高。石化行業(yè)工人較低，尤其是焦?fàn)t工人。上述數(shù)據(jù)表明空氣中高濃度的PAHs，空氣吸入是主要的暴露途徑。但由于樣本量較小，本研究無(wú)法從尿OH-PAHs濃度上證明呼吸器的效果。

除1-OHN外，在尿OH-PAH水平上看不到佩戴呼吸器的效果。對(duì)于1-OHN，空氣吸入是主要的暴露途徑，但不適用于2-OHN?？紤]到其他暴露來(lái)源的存在，缺乏呼吸器效果的可能解釋是：①氣相PAHs高暴露，呼吸器無(wú)法有效過(guò)濾；②工作時(shí)間外未佩戴呼吸器，但存在PAH暴露高；③未連續(xù)佩戴呼吸器，導(dǎo)致吸入的PAHs由尿排泄時(shí)已代謝完畢；④存在其他暴露源，如皮膚暴露、飲食暴露；⑤本研究只在單個(gè)季節(jié)的短時(shí)期內(nèi)進(jìn)行，結(jié)果可能會(huì)有所影響。

本研究結(jié)果顯示，尿液中代謝物PAHs更多存在于氣相中，而不是顆粒物。高分子量PAHs主要吸附在煙塵和顆粒物，在氣相中的吸附量取決于特定的PAH和其他因素，如溫度和濃度。在研究時(shí)未對(duì)顆粒物和氣相的PAH水平進(jìn)行評(píng)估，這是本研究存在的局限，因?yàn)镽95活性炭呼吸器是為了過(guò)濾掉顆粒物中而不是氣相中的PAHs而設(shè)計(jì)。雖然呼吸器具有活性炭，但不足以過(guò)濾氣相PAHs。

本研究為在一個(gè)非職業(yè)的社區(qū)環(huán)境中，第一個(gè)使用呼吸器以減少PAHs暴露的隨機(jī)干預(yù)研究。大多數(shù)的研究是在職業(yè)環(huán)境中進(jìn)行，相應(yīng)的干預(yù)研究設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)指南已經(jīng)建立[7-9]。有報(bào)告顯示，佩戴簡(jiǎn)易呼吸器值班1周后，體內(nèi)生物標(biāo)志物明顯減少[10-12]。其他研究則設(shè)定在職業(yè)環(huán)境中使用防塵呼吸器的結(jié)果顯示，尿中OH-PAH水平降低[13-14]。上述研究未存在隨機(jī)設(shè)計(jì)，但研究表明，呼吸器可防止PAH與顆粒物相結(jié)合，這與某些相關(guān)專家的研究報(bào)告相一致[15]。

街道工人中，尿OH-PAHs(污染生物標(biāo)志物)的濃度極高。但還需要進(jìn)一步的干預(yù)研究，以減少存在的空氣污染有關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)。在本實(shí)證研究中，在2 d的工作時(shí)間內(nèi)，佩戴R95活性炭呼吸器對(duì)尿液中OHPAH的水平無(wú)影響，除1-OHN外。在隨后的研究中，呼吸器應(yīng)佩戴較長(zhǎng)的連續(xù)期間，最好是在導(dǎo)致污染水平變化的各種氣候條件下開展。此外，未來(lái)的研究需要考慮呼吸器是否過(guò)濾氣相PAHs。

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Effect of respirator with R95 activated carbon for reducing the breath-in of oxidative product/

Z HAO Zhi-gang//
China Medical Equipment,2017,14(8):32-35.

Objective: To investigate whether respirator with R95 activated carbon could reduce the intake of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) so as to analyze the effect of respirator with R95 activated carbon in reducing the breath-in of oxidative product. Methods: 44 subjects were divided into wearing respirator group (22 cases) and un-wearing respirator group (22 cases). The experiment period was 2d, and the gas chromatographic method and (or) high resolution mass spectrum were adopted to detect hydroxy PAH(OH-PAH). Results: In 44 subjects, the ratios of taxi driver was 38.6% and street hawker was 34.1%, respectively. In urine, the corrected level of baseline creatinine of 1-OHP concentration was higher than that of international standards: 1020 ng/g creatinine (IQR: 604-1551). Whether wearing respirator with R95 activated carbon didn't has significant effect on 1-OHP level, and its multiplier effect was 1.00 (95% CI: 0.92-1.09). Besides, it also didn't has significant effect on other OH-PAHs except 1-OHN, and its multiplier effect was 0.86 (95% CI: 0.77-0.96). Conclusion: In street workers, the OH-PAHs level in urine was higher. In the area with severe air pollution, wearing respirator with R95 activated carbon don't influence the OH-PAH level in urine except 1-OHN. The reasons might be respirator with R95 activated carbon couldn't efficiently filter PAHs. Besides, the OH-PAHs of high concentration indicates that it is necessary to adopt effective intervention.

Urine; Pollution; Urban; Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAH); 1-hydroxypyrene, Respirator

Department of Equipment, Huzhou Traditional Chinese Medicine Hospital, Huzhou 313000, China.

1672-8270(2017)08-0032-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.08.009

2017-02-21

①湖州市中醫(yī)院設(shè)備科 浙江 湖州 313000

趙志剛,男,(1979- ),本科學(xué)歷，工程師。湖州市中醫(yī)院設(shè)備科，從事設(shè)備維修保養(yǎng)工作。