空氣污染對居民健康影響的研究述評

武文娟 何素艷

太原理工大學，山西 晉中 030600

1 引言

空氣污染是現(xiàn)代全球最大的環(huán)境健康威脅之一。在WHO公布全球疾病負擔報告中，據(jù)估計因空氣污染造成過早死亡的每年大約有800萬人，居民承擔著巨大的健康風險。綜合《全球疾病負擔2010》和《柳葉刀》2018年刊載的文章，全球因空氣污染中的顆粒物造成過早死亡人數(shù)，僅在八年時間由322萬人增加到420萬人。Foreman et al（2018）提出未來20年，空氣污染物中的顆粒物將成為全球第7致死因子。[1]顆粒物對健康的危害極其嚴重，目前中國已經(jīng)是空氣污染最嚴重的國家之一，空氣污染在我國的致死因子中排第4位，因此在我國空氣污染的關(guān)注度越發(fā)增多，大范圍的幾次霧霾事件成為了人們的議題。

2 資料來源

研究借助CiteSpaceⅤ（版本號為5.6.R3）軟件進行文獻梳理，在中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫，以專業(yè)檢索式“SU=(空氣污染+霧霾+細顆粒物+PM2.5+PM10+重污染)* 健康”，檢索到核心期刊文獻801篇，以專業(yè)檢索式“SU=(空氣污染+霧霾+細顆粒物+PM2.5+PM10+重污染)*健康”查被CSSCI收錄的文獻131篇。分別在Web of science、science online以“Air Pollution”“Haze”“fine particles”“PM2.5”“PM10”“heavy pollution”“health”為標題詞檢索到與本研究內(nèi)容相關(guān)性高的外文文獻1777篇，找到相關(guān)書籍10余本；中文文獻選131篇c刊，外文文獻通過手動篩選出815篇與主題相近的文獻，以此為數(shù)據(jù)對中外文文獻進行知識圖譜分析，參數(shù)設(shè)置：在運行窗口“Time Slicing”中將時間選擇為“From 2000 To 2020”，把“Years Per Slice” 設(shè)定為“1”；其次Node Types中選擇“Keywords”，最后進行閾值項設(shè)置，生成知識圖譜，根據(jù)圖譜節(jié)點及節(jié)點連線，分析空氣污染對居民健康影響的研究熱點并展望，為國內(nèi)研究提供借鑒，為實踐總結(jié)經(jīng)驗和提供指導。

3 污染暴露數(shù)據(jù)來源分析

3.1 獲取暴露信息的途徑

暴露信息的獲取有很多途徑和方式，不同的學者面對不同需求采用不同的獲取方式，包括數(shù)據(jù)的準確性、精確度、易獲性等。國外很多學者從環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測獲取污染暴露信息的數(shù)據(jù)，如在中國環(huán)境監(jiān)測中心收集某個地區(qū)每日空氣污染數(shù)據(jù)以及中國氣象局的每日天氣指數(shù)。環(huán)境部可以通過遍布全國的遙控空氣質(zhì)量監(jiān)測和管理網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測環(huán)境空氣質(zhì)量，通過公用電話網(wǎng)連接到環(huán)境大樓的中央控制站。這項研究使用美國環(huán)境保護局制定的污染物標準指數(shù)監(jiān)測每日空氣污染濃度。[2]政府部門發(fā)布的實測空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，在發(fā)達國家相應(yīng)工作已經(jīng)很完善，這類數(shù)據(jù)在目前狀況下具有相當大的權(quán)威，但也存在一定的缺陷，如站點設(shè)置不合理，部分監(jiān)測指標缺失和數(shù)據(jù)可獲取性差等。有很多學者采用天氣研究與預測化學模型（WRFChem）模擬霧霾事件中PM2.5濃度。經(jīng)與地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較，此模型能準確反映污染濃度。Gao（Gao，2015年）等人在研究中使用此模型監(jiān)測暴露信息，將數(shù)據(jù)引用到研究中。[3]有的研究者會將污染空氣收集到盒子或過濾器中去做實驗，將盒子中空氣質(zhì)量指數(shù)作為實驗參考數(shù)據(jù)。并且我國學者采用全身暴露染毒系統(tǒng)模擬空氣污染狀態(tài)，直接獲取系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)作為空氣污染暴露數(shù)值。

3.2 污染所致人體危害的數(shù)據(jù)來源

從指定醫(yī)院通過合理途徑獲取相關(guān)體檢數(shù)據(jù)暴露于污染后人體身體會有一系列癥狀發(fā)生，身體有不舒服的癥狀就去醫(yī)院做相應(yīng)的檢查。在霧霾事件期間，急診室就診、問診就診人數(shù)及總住院人數(shù)增加，包括呼吸道疾病病例、鼻炎病例、心血管疾病、抑郁癥、癌癥、結(jié)膜炎等病例，甚至是面臨死亡，死亡人數(shù)也在增加。政府部門在一定的時間段會發(fā)布相應(yīng)的統(tǒng)計資料，如人口普查資料、衛(wèi)生統(tǒng)計年鑒和疾病監(jiān)測資料等，便于從宏觀區(qū)域?qū)用嫜芯烤用竦慕】底兓癄顩r。WHO公布全球疾病負擔報告，具體提供全球100多個國家和地區(qū)居民的死亡與發(fā)病成因，數(shù)據(jù)的準確性相對較高。這也可以作為獲取人體健康數(shù)據(jù)的途徑之一。在國內(nèi)外，很多研究者在采集相應(yīng)時間段的病例數(shù)進行數(shù)據(jù)分析得出結(jié)果，有其他學者做相關(guān)性實驗，把受試對象放入到有著污染的容器中，觀察受試對象的身體狀況，但這種方法僅適用在動物身上，從倫理道德方面考慮，此方法不適用在人體實驗中。

4 空氣污染對人體的危害

4.1 空氣污染對機體健康的危害

國內(nèi)研究傾向于在一定程度上探討了空氣污染與健康效應(yīng)之間的關(guān)系，得出一些定量結(jié)果。而國外的研究針對于空氣污染引起的死亡率和住院率的流行病學研究，可吸入顆粒物空氣污染對人體健康的影響，并且哮喘及各類疾病和空氣污染之間的關(guān)系也是研究熱點之一，尤其較關(guān)注兒童。一項生態(tài)研究報告了2006-2011年廣州塵埃霾和死亡率的調(diào)查結(jié)果。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，輕度、中度和重度霧霾天分別占3.4%，6.8%和10.4%，死亡率分別增加了 10.4%。PM2.5 和 PM10 濃度每立方米增加10 μg， 每日心血管死亡率分別增加0.55%和0.36%，每日呼吸系統(tǒng)死亡率分別增加0.74%和0.47%（Liu et al.,2019）。霧霾發(fā)作期間，呼吸系統(tǒng)癥狀和主訴癥狀占主導地位，霧霾中的顆粒物進入到人體呼吸系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而進入肺部，影響到了肺功能的正常運作PM2.5在肺部區(qū)沉著，溶于血液，作用于全身；不溶性部分沉積在肺部，誘發(fā)或加重炎癥，呼吸系統(tǒng)疾病是霧霾污染的重要不良后果。有研究顯示，霧霾污染可能會增加呼吸道感染的風險，包括甲型禽流感（例如H 7 N 9）。例如，在上海，與上年同期相比，因呼吸道感染而進入醫(yī)院傳染病科的患者入院人數(shù)在三個月內(nèi)增加了三倍以上。[4]對呼吸道癥狀的研究也有助于描述霧霾嚴重程度與呼吸道癥狀的存在之間的劑量依賴性關(guān)系。霧霾研究提供了急性不良健康影響的證據(jù)。PM2.5污染物是霧霾形成的主要原因，其可通過吞噬作用、微胞飲作用、小凹腔作用、網(wǎng)絡(luò)蛋白等途徑內(nèi)化進入HUVEC細胞，造成線粒體和溶酶體結(jié)構(gòu)和功能的損傷，從而引起人身體機能的變化，引起不同身體疾病。[5]《歐洲心臟雜志》在2018年發(fā)文指出，顆粒物在空氣污染對血管破壞方面起主導作用。超細顆粒物通過進入血液，被血管吸收，并引起局部炎癥。進而動脈粥樣硬化，導致急性心肌梗死、心力衰竭和心律失常等疾病的發(fā)生（Munzel et al.，2018）。[6]霧霾事件期間由于心血管疾病而導致的門診和住院人數(shù)顯著增加，霧霾天數(shù)與急性心血管疾病病例數(shù)之間呈正相關(guān)（r = 0.55）（Chen等，2013；Zhang等人，2014b）。[7-8]一項隨訪研究發(fā)現(xiàn)，隨訪者居住空氣質(zhì)量較差的地區(qū)，其出生到18歲時，空氣污染指數(shù)對BMI指數(shù)影響極大，空氣顆粒物刺激肝臟細胞產(chǎn)生大量炎癥因子，導致機體產(chǎn)生胰島素抵抗，胰島素敏感性降低[9-11]。有關(guān)流行病學和實驗研究結(jié)果顯示，發(fā)現(xiàn)空氣污染可經(jīng)由局部炎癥因子的激活引發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，導致全身性慢性低度炎癥，進而促進肥胖和糖尿病等代謝性疾病的發(fā)生。[12-13]霧霾天氣期間的灰色天空和能見度降低會影響心理健康，并加重抑郁癥的癥狀。[14]長期暴露于空氣污染可能導致細胞因子和活性氧種類的增加[15]，據(jù)報道，這與企圖自殺的歷史顯著相關(guān)。動物模型實驗證據(jù)表明，長期暴露于環(huán)境細小顆粒物中，引起抑郁癥等疾病，抑郁癥狀的表現(xiàn)會更明顯，在老年婦女中表現(xiàn)的尤為明顯。流行病學跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，在超過美國環(huán)境保護署（U.S Environmental Protection Agency，EPA）標準的微小顆粒物PM2.5空氣污染環(huán)境中生活11年，老年女性癡呆癥發(fā)病率增加2倍，而總?cè)丝诘陌V呆癥發(fā)病率增加20%（Cacciottolo et al.,2017）。研究表明，空氣污染會導致抑郁癥、阿爾茲海默癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病?？諝馕廴緦C體健康的危害機制十分復雜，可吸入顆粒物不僅可以作用于呼吸道，引發(fā)呼吸道感染、哮喘、慢性阻塞性肺疾病和肺癌等呼吸道疾病，繼而還會產(chǎn)生連續(xù)反應(yīng)，激活局部炎癥因子引發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，導致心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、糖尿病等多種疾病或增加這些疾病發(fā)病的風險，造成大量的過早死亡。

4.2 空氣污染對運動人群健康的危害

人體進行運動時，呼吸方式會從以鼻呼吸為主逐步變?yōu)橐钥诤粑蚩诒呛粑姆绞?，呼吸頻率增加，肺擴散能力增強，產(chǎn)熱量增加。空氣污染狀態(tài)下運動有很多細顆粒物通過不同途徑進入機體內(nèi)，造成機體損傷，進而引發(fā)一系列疾病。目前從事戶外運動的人口數(shù)量很龐大，這類運動參與者承擔著暴露于空氣污染下運動造成危害的風險。長期暴露在霧霾天氣下運動存在一定的風險，PM2.5所致的氧化應(yīng)激、炎性損傷等是引發(fā)運動人體損傷的重要分子生物學機制（喬玉成，2015），使運動員運動能力下降，也會導致機體肺功能降低、免疫功能下降和心血管功能及微循環(huán)損害等身體不適或生理病理改變，并分析研究提出PM2.5污染可增加運動人群心血管系統(tǒng)的損害，增加心血管疾病的發(fā)病幾率，對患有心血管疾病者來說，危險性更大，可隨時增加復發(fā)的可能，提示患心血管疾病等易感人群在污染環(huán)境下進行運動鍛煉時應(yīng)更加注意防護。劉曉莉等研究還發(fā)現(xiàn)，空氣污染區(qū)經(jīng)常參加戶外體育鍛煉的人群的VC(肺活量)、V02（攝氧量 ）、V02max（最 大攝氧量 ）、VQmax ／kg（最大耗氧量 ）、02P(氧脈搏)、METs(代謝當量)等肺功能指標顯著低于污染區(qū)以及潔凈區(qū)不參加體育鍛煉的健康人群，研究結(jié)果表明大氣污染對運動人群呼吸系統(tǒng)的危害明顯大于普通人群。研究表明，短期/一次性污染物中進行運動可導致機體肺功能降低、免疫功能和心血管功能及微循環(huán)損害等身體不適或生理病理改變，這種機體改變與顆粒物濃度有關(guān)，大多為暫時/急性機體損傷。Giles（2014）等研究在高濃度顆粒物環(huán)境下從事 20min運動后，再在相同污染環(huán)境下進行6 min 最大載荷功率自行車試驗測試，測試結(jié)果顯示，受試者運動能力顯著下降（Giles et al.）。Cutrufello等人通過研究提出，運動員在參與高濃度污染物的賽場環(huán)境后，肺動脈高壓升高（Cutrufello et al.,2011;Rundell et al.,2008）。在我國，劉曉莉等（2009）學者采用全身暴露染毒模擬空氣污染，這種SO2污染條件下進行運動，觀察運動大鼠機體產(chǎn)生的損傷狀況，研究發(fā)現(xiàn)運動組比安靜組發(fā)生的氧化損傷現(xiàn)象嚴重。SO2污染導致運動大鼠心肌膠原纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常重塑，最終使大鼠的心功能產(chǎn)生顯著的負性變力性效應(yīng)（陳平 等，2017）。還有少量研究者通過觀察發(fā)現(xiàn)長期在空氣污染下進行運動，運動參與者的肺功能下降、炎癥發(fā)生，心血管疾病發(fā)病率升高，并且提示運動無法抵消空氣污染對身體造成的傷害（Bos et al.,2013;Stieb et al.,2017）。Kubesch等人提出進行身體活動降低心肌梗死的發(fā)生率和復發(fā)率不會因暴露于空氣污染而降低，運動帶來的益處無法抵消暴露于空氣污染運動帶來的危害（Kubesch et al.，2018）。覃飛等人（2020）發(fā)現(xiàn) PM2.5＜ 100 μg/m3時，即空氣質(zhì)量等級為優(yōu)秀或良好時，成年人運動相對安全，且長期運動可對機體產(chǎn)生良好效應(yīng)，當PM2.5＞100 μg/m3時，機體損傷風險性升高。[13]但伴隨著污染物濃度的升高，污染物成分及受試者的健康狀況（是否患有心肺系統(tǒng)疾?。┮渤蔀橹饕目紤]因素。因此，應(yīng)合理進行體育活動，避免在極端污染環(huán)境下運動，合理選擇運動場所，繼續(xù)保持運動的良好習慣。此外，還有一部分特殊人群，如對空氣質(zhì)量更加敏感的兒童和老年人，兒童由于處于器官發(fā)育階段，容易受到空氣質(zhì)量的負面影響。要建立健康科學的生活方式，保障各群體合理應(yīng)對，而不是盲目地直接停止鍛煉。所以需要面對不同人群，針對個體實際情況，開展大樣本人群實驗，確定不同人群的安全閾值。實驗研究和流行病學調(diào)查顯示運動有益于健康。研究顯示，大強度運動與PM2.5毒性作用的綜合，會加深顆粒物對運動人體的損傷。但也有研究認為，長期有規(guī)律性的運動可以抵消空氣污染對機體造成的損傷，運動帶來的益處大于空氣污染帶來的危害應(yīng)。目前的研究資料尚不充足，需要多提供長期空氣污染下運動損害機體的實驗數(shù)據(jù)；開展大樣本人群實驗，構(gòu)建流行病學健康風險模型，為針對不同人群安全閾值的確定提供分析資料。