生產(chǎn)性粉塵顆粒對個體健康的影響研究進(jìn)展與展望

中圖分類號：X513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-6717（2025）04-0183-14

Research status and prospect of effects of productive dust particles on individual health

LIU Yalin，CHAI Yihua，HUANG Yanqiu

（School ofBuilding Services Scienceand Engineering; State KeyLaboratoryofGreen Building，Xi'an Universityof Architecture and Technology，Xi'an7loo55，P.R.China）

Abstract： In recent years，the burden of health risks caused by dust particles generated by industrial operations has gradually increased.A large number of studies have shown that long-term exposure to productive dust particles is closely related to workers’respiratory occupational diseases，and the relationship between indoor exposure to dust particles in industrial buildings and adverse health effects in workers has been clarified.This is of great importance for the scientific evaluation of environmental safety and guarantee of workers’health.At present，research on the toxicityand biological effects of dust particles has graduall shifted the focus ofresearch on dustparticle exposure from environmental assessmentto individual health effects.However，the correlation betweenexposure to industrial dust particles and health efects isnot fully clarified，and the impact of exposure todifferent types and levelsofdust particles on health efects in industrial setings remains to be clarified.This paper reviews the progressof research on the health efects of industrial dust particles at home and abroad from three aspects： the possible damage caused by dust particles to respiratory system health，the correlation of health effects of dust exposure and health risk assessment，and clarifies the effects of exposure on health and the current theoretical deficiencies in quantifying the mechanism of action of dust particles based on exposure effect models.And the urgency of efective biomarker selection，to provide reference information for future scientific protection of workers’health，diferent types of industrial environmental monitoring guidelines and development of control and improvement means.

Keywords： particles dust; inhalation exposure;health effects；biomarkers; indoor environment

工業(yè)建筑環(huán)境中高濃度、高散發(fā)的污染物及其對作業(yè)工人健康的影響已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。已有研究表明，長期暴露于工業(yè)粉塵顆粒環(huán)境與個體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)等疾病的發(fā)生發(fā)展密切關(guān)聯(lián)[1-3]。世界衛(wèi)生組織與國際勞工組織在全球監(jiān)測報告中也指出，大多數(shù)與工作相關(guān)的死亡是由呼吸系統(tǒng)和心血管疾病引起。有害物質(zhì)危害健康的途徑主要是經(jīng)口攝入、吸入及皮膚接觸，空氣中的化學(xué)物質(zhì)主要考慮吸入途徑的暴露[5]，吸入的粉塵顆粒在呼吸道沉積后，其中的可溶性物質(zhì)很快被溶解，并透過呼吸道表層進(jìn)入人體的循環(huán)系統(tǒng)，因在呼吸道沉積位置不同，會引發(fā)不同的健康損傷（見圖1）。

近年來，中國針對粉塵治理及職業(yè)病的防治作出了很大努力，但職業(yè)病例數(shù)仍然維持在較高水平[6]。據(jù)2020年中國職業(yè)病危害現(xiàn)狀統(tǒng)計，在采礦業(yè)、制造業(yè)以及電力、燃?xì)?、水的生產(chǎn)和供應(yīng)行業(yè)中，存在一種及以上職業(yè)病危害因素的企業(yè)占總數(shù)的 93.46% ，存在粉塵危害的企業(yè)占 74.18% ；調(diào)查的從業(yè)人員中，勞動者接害率為 39.36%^[7] 。由于中國勞動者眾多，依據(jù)統(tǒng)計結(jié)果估計，接觸危害的勞動者在2000萬左右，給勞動者、用人單位和國家造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素之一。

隨著勞動者健康防護(hù)意識的提高，粉塵顆粒健康影響研究已成為建筑環(huán)境及職業(yè)衛(wèi)生研究領(lǐng)域的熱點。在WebofScience中搜索主題詞“respiratorysystem”和“particulatedust\"共檢索出2041篇文獻(xiàn)，通過關(guān)鍵詞、摘要分析及工業(yè)環(huán)境背景選擇84篇文獻(xiàn)，在關(guān)鍵詞分析中（圖2）可以發(fā)現(xiàn)，職業(yè)暴露、吸入暴露、個體和不良健康影響是粉塵顆粒研究關(guān)注的熱點；氧化應(yīng)激、生物標(biāo)志物、炎癥近年來也越來越受到關(guān)注。這些研究將工業(yè)粉塵暴露與工人的健康效應(yīng)相關(guān)聯(lián)，包括工人體內(nèi)各項生理指標(biāo)的變化，呼吸系統(tǒng)、心血管甚至癌癥等疾病風(fēng)險和死亡率的增加。由于工業(yè)環(huán)境和人體本身均為復(fù)雜的體系，明晰二者之間作用關(guān)系需要環(huán)境科學(xué)、暴露科學(xué)以及醫(yī)學(xué)之間的醫(yī)工交叉，具有較大的難度。由于缺乏可靠的呼吸道及體內(nèi)定量劑量數(shù)據(jù)，缺少暴露劑量效應(yīng)關(guān)系為接觸限值和環(huán)境及生物監(jiān)測提供依據(jù)，目前尚無法確立粉塵顆粒與健康效應(yīng)之間明確的因果關(guān)系。明確工業(yè)建筑室內(nèi)粉塵顆粒與工人呼吸道疾病間的健康效應(yīng)關(guān)系，對科學(xué)評價工業(yè)建筑環(huán)境安全和保證勞動者健康都具有重要意義。從粉塵顆粒在人體呼吸道內(nèi)的沉積作用和通過呼吸道進(jìn)入體內(nèi)的毒性作用入手，結(jié)合工業(yè)環(huán)境背景，探討目前流行病學(xué)和生物標(biāo)志物在明晰暴露-健康效應(yīng)方面的相關(guān)研究進(jìn)展，以期為全面有效地評估粉塵顆粒對勞動者帶來的健康效應(yīng)和工業(yè)建筑環(huán)境干預(yù)提供參考。

1 粉塵顆粒與呼吸系統(tǒng)健康

通常認(rèn)為， PM_2.5～10 主要沉積在咽喉與氣管區(qū)域，引發(fā)炎癥反應(yīng)； PM_0.1～2.5 能進(jìn)入支氣管等位置，引起氣管炎、支氣管炎、哮喘甚至癌癥等疾?。?PM_0.1 能夠進(jìn)入肺泡，穿透肺泡進(jìn)入血液循環(huán)，威脅大腦和神經(jīng)系統(tǒng)等[8]。但并不是所有外部粉塵顆粒均進(jìn)入人體并被機(jī)體組織吸收，真正對人體產(chǎn)生健康影響的是進(jìn)入體內(nèi)的量，即內(nèi)暴露（劑量）。與常說的外暴露區(qū)別在于，外暴露是人體與外部環(huán)境的接觸，通常的環(huán)境監(jiān)測即是測量這種暴露量；內(nèi)暴露則是由外部環(huán)境進(jìn)入到體內(nèi)，被機(jī)體組織吸收的量[9，關(guān)注點在于機(jī)體內(nèi)環(huán)境中與暴露相關(guān)的影響因素。粉塵顆粒在進(jìn)入體內(nèi)后，其穿透呼吸系統(tǒng)的能力與粒徑密切相關(guān)，并且粒徑大小與其在呼吸系統(tǒng)中的沉積總量成反比[10]。較大顆?？赡芡ㄟ^巨噬細(xì)胞的吞噬作用而被清除，引起機(jī)體輕度炎癥反應(yīng)，而細(xì)小的顆粒則容易逃避機(jī)體第1道防御機(jī)制，穿透呼吸道進(jìn)入肺部，沉積到肺泡中，直接與生物體作用，造成細(xì)胞毒性和氧化應(yīng)激。

1.1粉塵顆粒在呼吸道的沉積

不同工藝活動會產(chǎn)生不同粒徑的粉塵顆粒，既有小于 100nm 的細(xì)小顆粒[11-12]，也有超過 10μm 的大粒徑顆粒[13]。一般認(rèn)為小粒徑顆粒對個體影響較大，不僅因為其可能進(jìn)入呼吸道較深位置，還因其在環(huán)境中懸浮時間更長，并可以通過氣流傳播到距污染源更遠(yuǎn)的位置[14]。由于粉塵顆粒的復(fù)雜多樣性及人體的特異性，定量不同顆粒在人體呼吸道內(nèi)的濃度和劑量是一項非常重要的工作，而預(yù)測其沉積位置是評估健康不利影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在理論研究中，通常將呼吸道看作過濾器，沉積效率用ICRP（國際輻射防護(hù)委員會）15在1994年提出的半經(jīng)驗公式計算，可以快速得到呼吸道暴露水平，但不能得到呼吸道的具體沉積部位和分叉處的沉積情況，也不能預(yù)測特異性人體的沉積。早期的實驗法可以通過測量實驗者一次吸入和呼出氣流中氣溶膠濃度的差異來評估顆粒在不同人體呼吸道的沉積，但僅限于總沉積量[16]，支氣管、肺泡等區(qū)域的顆粒沉積只能通過測量放射性氣溶膠的滯留間接得出。也有學(xué)者以動物為研究對象，對經(jīng)過呼吸道進(jìn)入體內(nèi)的顆粒沉積分布進(jìn)行檢測[17-18]。但由于動物與真實人體呼吸道存在一定差異，1963年Weibel建立了著名的二分法呼吸道模型，該模型是理想化、非特異性的通用模型，被廣泛用于各種場景下顆粒的沉積特性研究[19-20]。近些年有學(xué)者基于個體呼吸道差異性提出，對采用CT掃描的呼吸道影像進(jìn)行3D打印，重建真實人體的呼吸道。針對不同特性顆粒在呼吸道不同部位的沉積情況進(jìn)行了一系列研究[21-23]，李福生等[24]提出不同粒徑顆粒的沉積不一致，在咽部、喉部和氣管沉積較多，呼吸量對沉積率影響較大，進(jìn)一步說明不同勞動量個體的暴露程度不同。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多研究采用CFD模擬重建呼吸道模型，以明確各種不同特性顆粒在不同呼吸道的沉積特性[25-26]。顆粒物在呼吸系統(tǒng)的沉積主要包括3個機(jī)制：慣性碰撞、重力沉降和布朗擴(kuò)散。Deng等2利用CFD數(shù)值模擬方法，對呼吸道進(jìn)行三維建模，研究了3種不同沉降機(jī)理作用下不同粒徑顆粒在人體呼吸道內(nèi)的沉積規(guī)律，粗顆粒 PM_2.5～10 由于慣性撞擊而沉積在呼吸道的上部（氣管支氣管），而細(xì)顆粒 PM_2.5 由于沉降和擴(kuò)散而沉積在肺的深部區(qū)域。莊加瑋等28發(fā)現(xiàn)，不規(guī)則的異形顆粒更容易被運輸?shù)胶粑垒^深的位置，對呼吸道健康威脅越大。同時，也說明實驗室標(biāo)準(zhǔn)顆粒與真實環(huán)境場景存在差異性， Su 等[29]在實驗室中模擬焊接場景，通過可移動式肺部沉積儀器研究焊接顆粒在不同級數(shù)氣管中的沉積情況。焊接顆粒累計沉積率高于實驗常用NaC1顆粒，可能是由于真實顆粒的形態(tài)不規(guī)則。提出該設(shè)備可用于實際工作場所中的暴露評估。

上述研究結(jié)果基本明確了顆粒在呼吸道的沉積原理和規(guī)律，一定程度上為研究工業(yè)環(huán)境中粉塵顆粒產(chǎn)生健康影響提供理論支持。然而，在實際情況中，理論中的標(biāo)準(zhǔn)顆粒與現(xiàn)實產(chǎn)生的顆粒存在差異、不同勞動者的生理參數(shù)也不一致；工業(yè)環(huán)境中粉塵顆粒在呼吸道內(nèi)的沉積不僅與呼吸道形態(tài)結(jié)構(gòu)相關(guān)，也與顆粒本身特性相關(guān)。并且大部分研究基于標(biāo)準(zhǔn)呼吸道或健康呼吸道，但是已有研究表明，顆粒沉積與呼吸系統(tǒng)疾病導(dǎo)致的呼吸道結(jié)構(gòu)改變相關(guān)28，這將需要職業(yè)衛(wèi)生研究提供數(shù)據(jù)支持，在獲得潛在患病勞動者的呼吸道形態(tài)后，通過CFD模擬或3D打印呼吸道模型進(jìn)一步闡明工業(yè)背景下粉塵顆粒在不同呼吸道內(nèi)的沉積特性。了解顆粒物沉積對評估顆粒物產(chǎn)生的不利健康效應(yīng)具有重要意義，現(xiàn)階段定量化確定勞動者吸入暴露程度仍是待解決的關(guān)鍵問題，對于工業(yè)環(huán)境健康風(fēng)險評估和不同工種下呼吸道職業(yè)病預(yù)測有積極作用。

1.2體內(nèi)暴露劑量

研究粉塵顆粒在呼吸道的沉積規(guī)律是將外暴露向內(nèi)暴露進(jìn)行延伸，而對個體可能產(chǎn)生的健康影響則是由進(jìn)人體內(nèi)血液、器官的劑量決定。劑量是指某一時間段人體吸收或沉積污染物的量[30]，是影響其毒理作用的關(guān)鍵因素，取決于顆粒特性（粒徑、形狀）暴露情況（呼吸方式、呼吸道形態(tài)和生理功能）等[31]。暴露劑量學(xué)評價模型可以量化被吸入呼吸道的顆粒在體內(nèi)不同位置的沉積率、劑量及清除率，廣泛用于表征環(huán)境和職業(yè)暴露中的人體內(nèi)劑量，主要有多粒子劑量測定（MPPD）國際輻射防護(hù)委員會（ICRP）和藥代動力學(xué)模型（PBPK）3種暴露劑量模型，具體介紹見表1。MPPD模型最初用于估算經(jīng)清除作用后顆粒沉積在人類和大鼠肺部的劑量，隨后擴(kuò)展到更多生物體。Khan等32使用MPPD評估了不同粒徑顆粒在不同年齡個體體內(nèi)的沉積和清除率， PM₁₀ 在頭部的沉積量隨著年齡的增長而增加；1a后沉積在肺部的亞微米顆粒中仍有54.5% 被保留。宋從波[30]估算了焊接顆粒在呼吸道不同位置的劑量，其中鼻腔咽喉、氣管、肺部3個區(qū)域的作用劑量占人體潛在劑量的 40，3%4，7% ！7.5% ， 50% 的焊工日作用劑量大于 3.64mg/d 。ICRP提出的肺部模型可以通過劑量估計導(dǎo)致肺負(fù)荷的工作壽命平均濃度，用于描述顆粒在呼吸道肺泡間質(zhì)區(qū)域的長期清除和滯留，可用于估計勞動者在特定工作年限下的死亡年齡[33]。PBPK通常用于估算吸入體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)的吸收、分布、代謝和清除。有學(xué)者[34采用PBPK模型描述工人暴露于不同濃度二氧化硅粉塵后體內(nèi)粉塵負(fù)荷的變化過程，確定炎癥所需的最小暴露濃度約為 0.13mg/m³ ，并發(fā)現(xiàn)與長時間低濃度相比，較短時間內(nèi)較高濃度會在體內(nèi)產(chǎn)生較高的峰值濃度，此時采用的加權(quán)平均接觸濃度限值可能不具有保護(hù)性。

粉塵顆粒對人體健康損傷的關(guān)鍵在于環(huán)境暴露-暴露劑量和暴露劑量-機(jī)體健康效應(yīng)的關(guān)系。環(huán)境-暴露劑量取決于吸入粉塵顆粒的物理特性和動力學(xué)特征，即在呼吸道內(nèi)運輸沉積和清除的過程以及不同成分導(dǎo)致的毒性作用。個體吸入暴露研究中存在的問題是難以確定暴露劑量，相對于傳統(tǒng)外推方法計算劑量，用暴露劑量學(xué)模型可以考慮個體差異，并且可模擬特征顆粒在體內(nèi)沉積和清除情況。目前，對于體內(nèi)不同特征顆粒劑量的有效估算，是暴露研究中較為薄弱的環(huán)節(jié)，并且上述模型也存在一定缺陷，僅依靠數(shù)學(xué)函數(shù)或簡單替換生理參數(shù)進(jìn)行預(yù)測。需要進(jìn)一步與其他內(nèi)暴露研究方法進(jìn)行相互驗證，以證明其準(zhǔn)確性。而暴露劑量-機(jī)體健康效應(yīng)則表示粉塵顆粒在體內(nèi)沉積后對機(jī)體產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)，受到個體特征、健康狀況、工作差異、職業(yè)暴露等因素影響。

1.3粉塵顆粒的致病機(jī)制

粉塵顆粒導(dǎo)致的健康損傷主要是由于其滯留在下呼吸道和肺泡內(nèi)，引起以肺組織纖維性病變?yōu)橹鞯娜硇月约膊　獕m肺[36]。也有研究表明，粉塵顆?？梢源┰綒庋琳线M(jìn)入血液循環(huán)中[]；進(jìn)入血液循環(huán)的顆?？筛S血液循環(huán)分布到不同器官和組織中，甚至到達(dá)大腦，小顆粒在腦組織中的滯留時間比在肝臟和脾臟等其他器官更長，揭示了其對神經(jīng)系統(tǒng)長期的慢性健康危害[38]。

粉塵顆粒誘導(dǎo)的肺部纖維化是對人體健康危害最大的生物學(xué)作用，纖維化導(dǎo)致塵肺病的發(fā)病機(jī)制基于3種理論：巨噬細(xì)胞破壞、導(dǎo)致纖維化的炎癥和免疫機(jī)制。一般認(rèn)為粉塵顆粒經(jīng)呼吸道進(jìn)人肺泡后，首先激活肺泡巨噬細(xì)胞聚集、吞噬粉塵，然后啟動氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡、炎性反應(yīng)，最后發(fā)展為纖維化[39-40]。炎癥可促進(jìn)肺纖維化，導(dǎo)致塵肺病，塵肺病反過來又促進(jìn)纖維化進(jìn)展[41]。矽肺是塵肺病中最常見的一種類型。一項采用小鼠模型的研究表明，二氧化硅粉塵導(dǎo)致矽肺的過程分為4個階段：正常期、炎癥期、發(fā)展期和纖維化期[42]。二氧化硅粉塵可以激活炎癥小體并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的分泌[43-44]，也有研究表明，在二氧化硅暴露停止后，肺部損傷會繼續(xù)發(fā)展[45-46]。有學(xué)者采用體外人肺上皮細(xì)胞為研究對象，將其暴露于不同濃度的二氧化硅顆粒中 24h ，導(dǎo)致人肺細(xì)胞壞死[47]。Louis[48]研究發(fā)現(xiàn)，炎癥在細(xì)胞群中的傳播有一個閾值：如果只有一小部分細(xì)胞發(fā)炎，暴露停止時炎癥可自行消退；但如果達(dá)到臨界閾值以上，即使暴露停正，炎癥也會擴(kuò)散并維持，此時肺泡巨噬細(xì)胞將無法清除粉塵，估算啟動炎癥和纖維化的臨界負(fù)荷為（2 （1.96±0.12） mg。因此，勞動者的健康不僅需要限制暴露時的平均濃度，也需考慮引發(fā)炎癥的閾值和導(dǎo)致慢性炎癥的時間。

綜上所述，粉塵顆粒對人體健康的致病機(jī)制主要是通過誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致肺部纖維化等疾病，但具體的致病機(jī)制及病因還不完全明確，并且工業(yè)環(huán)境中粉塵顆粒成分復(fù)雜，化學(xué)組成是決定其毒性作用的重要因素，例如二氧化硅的含量、致癌、非致癌金屬元素及有機(jī)化合物等。在今后的勞動者職業(yè)暴露研究中，深入探究不同環(huán)境產(chǎn)生的粉塵顆粒的生物學(xué)毒性作用及導(dǎo)致疾病發(fā)生的途徑將成為重中之重，有助于精細(xì)化預(yù)防勞動者各種職業(yè)病的發(fā)生和發(fā)展。

2 工業(yè)環(huán)境中的暴露效應(yīng)研究

粉塵顆粒的呼吸道吸入沉積特性和致病機(jī)理研究有助于更好地認(rèn)識粉塵顆粒的危害，然而，由于工業(yè)環(huán)境對個體健康影響中不確定的劑量、長期或短期急性、多途徑以及不同成分粉塵聯(lián)合作用等特點，引發(fā)了真實環(huán)境下暴露測量的困難。目前暴露效應(yīng)在職業(yè)暴露中被廣泛研究，從臨床研究到流行病學(xué)研究，從暴露到疾病發(fā)生的全過程，力求探索建立從污染源到勞動者暴露-健康效應(yīng)的綜合評價手段。

2.1體內(nèi)外暴露研究

職業(yè)衛(wèi)生研究中常采用動物或細(xì)胞模型建立暴露效應(yīng)關(guān)系，明確工業(yè)粉塵顆粒的致病過程，進(jìn)而探究有效生物標(biāo)志物，以更好地保護(hù)勞動者健康。一個系統(tǒng)的毒理學(xué)作用研究，通過對細(xì)胞或動物進(jìn)行暴露實驗，明確有害物質(zhì)對細(xì)胞損傷和體內(nèi)損傷和病理變化的毒理學(xué)作用。進(jìn)而通過生物標(biāo)志物表明有害物質(zhì)的潛在毒理學(xué)機(jī)制49。蘇文進(jìn)等[50]采用豚鼠的肺泡巨噬細(xì)胞測定瓷廠和鎢礦中粉塵的毒性及效應(yīng)，粉塵導(dǎo)致豚鼠肺泡巨噬細(xì)胞活力下降；誘導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞釋放活性氧（ROS）和腫瘤壞死因子（TNF- ?α ）升高，隨著粉塵濃度的升高呈顯著劑量反應(yīng)關(guān)系；鎢礦粉塵誘導(dǎo)TNF- ?α 水平高于瓷廠，與鎢礦工人塵肺病患病率高于瓷廠相符。姚三巧等[51]收集矽肺患者和接塵工人的肺泡巨噬細(xì)胞，指出與二氧化硅誘導(dǎo)纖維化有關(guān)的細(xì)胞因子的差異性表達(dá)在發(fā)病及病程進(jìn)展中起重要作用。巨噬細(xì)胞凋亡也與環(huán)境因素相關(guān)，Tan等52收集接觸二氧化硅粉塵工人的肺泡巨噬細(xì)胞，研究環(huán)境中脂多糖是否會加劇纖維化，結(jié)果表明，暴露于脂多糖的巨噬細(xì)胞中炎癥因子（IL-6、IL-1β、TNF- ?α ）升高，脂多糖可能通過增加肺泡巨噬細(xì)胞的凋亡和炎癥來加速矽肺肺纖維化進(jìn)程。Grytting等[53]通過礦物顆粒誘導(dǎo)人肺上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，證明不同礦物組成顆粒的效力不同，黑云母和石英是促炎細(xì)胞因子最有效的誘導(dǎo)劑。Park等[54收集水泥廠附近空氣中含重金屬的粉塵顆粒，輸送到小鼠氣管，發(fā)現(xiàn)小鼠肺部炎癥因子升高，觀察到心臟組織的可能變化，表明顆粒不僅對肺部而且對全身造成健康影響。除常見的二氧化硅粉塵外，由于焊接材料和工藝的不同，作業(yè)時產(chǎn)生的顆粒不盡相同，也成為近期研究的主要關(guān)注點。體外研究表明，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的活性氧在不銹鋼焊煙中更高[55]。有學(xué)者認(rèn)為，焊接顆粒毒性的不同可能取決于金屬納米顆粒成分，其中，鐵（Fe）和錳（Mn）可能會誘發(fā)氧化應(yīng)激和炎癥，從而導(dǎo)致肺損傷[56]。將人肺上皮細(xì)胞暴露于濃度為 100μg/m³ 元素比例不同的焊接煙霧中，結(jié)果表明，焊接煙霧中顆粒的成分變化可能會影響吸入毒性，IL-8在暴露后表現(xiàn)出最顯著的變化，是焊接煙霧暴露誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的主要細(xì)胞因子[56]

體內(nèi)外研究都發(fā)現(xiàn)，粉塵顆粒的不同毒理學(xué)效應(yīng)包括炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。盡管體內(nèi)外研究可以準(zhǔn)確量化不同特征粉塵的生物學(xué)效應(yīng)，但粉塵的理化性質(zhì)與肺毒性機(jī)制之間關(guān)系的證據(jù)仍然有限，并且體內(nèi)外暴露研究也存在一定局限性。由于大多數(shù)研究中使用的滴注劑量遠(yuǎn)高于實際工作環(huán)境中工人吸入的劑量，并且存在生理構(gòu)造差異，其結(jié)果類推到真實工業(yè)環(huán)境中存在一定的局限性。Liberda等[5認(rèn)為，煤炭燃燒產(chǎn)生粉塵顆粒的毒性與幾個因素有關(guān)，包括暴露的持續(xù)時間、顆粒的大小、燃燒煤的方法、煤的類型、體內(nèi)外實驗中使用的物種菌株或細(xì)胞類型、顆粒劑量以及吸附在顆粒上的元素物種，進(jìn)一步說明在暴露效應(yīng)研究中以勞動者為對象的必要性。盡管如此，這些體內(nèi)外的實驗仍然非常重要，它們可以提供粉塵顆粒在生物體內(nèi)如何作用的機(jī)制見解，揭示粉塵吸入對肺部的影響，并用于識別暴露后早期誘導(dǎo)肺纖維化的因素。

2.2 流行病學(xué)調(diào)研

流行病學(xué)研究可用于描述人體對所處場所危害的不良反應(yīng)[58]，早期采用累積接觸量，隨后研究者根據(jù)暴露強(qiáng)度和暴露停留時間，在一般暴露指數(shù)（GEI）框架內(nèi)構(gòu)建了包含肺部停留時間和濃度影響的暴露指數(shù)[59]，定量地關(guān)聯(lián)了每日濃度、多年累積量以及數(shù)年后職業(yè)病發(fā)展率，暴露15a后患矽肺的風(fēng)險增加，當(dāng)平均暴露濃度為 0.3mg/m³ 時，發(fā)生矽肺的概率為 20% 。工作暴露矩陣（JEMs）模型是大規(guī)模流行病學(xué)職業(yè)暴露評估工具，用于無法完成詳細(xì)個人職業(yè)史的職業(yè)暴露估計。Grahn等2通過工作暴露矩陣將職業(yè)顆粒暴露與31個不同行業(yè)聯(lián)系起來，工人患缺血性心臟病的風(fēng)險增加，接觸小于 1μm 顆粒的風(fēng)險略高于大于 1μm 的，但連續(xù)5a的隊列研究沒有發(fā)現(xiàn)暴露強(qiáng)度和患病之間存在顯著相關(guān)性。Vacek等[將工作歷史與JEM關(guān)聯(lián)，通過logistic回歸評估二氧化硅粉塵與矽肺之間的暴露-反應(yīng)關(guān)系，平均暴露濃度每增加 0.10mg/m³ ，矽肺年進(jìn)展率增加0.052，認(rèn)為砂工矽肺的發(fā)生與累積暴露、暴露時間和均暴露濃度有定量關(guān)系。根據(jù) ^′T Mannetje等]的模型發(fā)現(xiàn)，在 20～65 歲期間，暴露在濃度 0.10mg/m³ 下，估計矽肺的累積死亡風(fēng)險為每1000人中13人死亡，估計 0.05mg/m³ 的累積死亡風(fēng)險為每 1000 人中6人死亡。Omidianidost等[62]依據(jù) ^′T Mannetje的模型評估了鑄造廠工人累積暴露量與矽肺風(fēng)險之間的關(guān)系，其中累積暴露5.4mg/m³ 一年的相對死亡風(fēng)險為 13.7/1000 。在一項對人造大理石行業(yè)、制造業(yè)和建筑業(yè)工人的橫斷面研究中[63]，年平均二氧化硅粉塵暴露水平為 （0.23± 0.34） mg/m³ 時，患病工人中矽肺病 9.58% 、慢性阻塞性肺疾?。–OPD）合并肺氣腫 3.83% 多種艾滋病 2.30% 、肺結(jié)核 1.92% 、腎臟疾病 1.15% 、結(jié)節(jié)病0.77% ；勞動者作業(yè)時產(chǎn)生的二氧化硅粉塵是矽肺、肺結(jié)核和艾滋病的重要危險因素；預(yù)測暴露于二氧化硅濃度 0.1mg/（m³?a）10 a后， 2.67% 的工人會患上矽肺病，20a后發(fā)病率將翻倍，國際規(guī)定的0.1mg/m³ 限值保護(hù)性可能不足。

人群流行病學(xué)研究、暴露模型分析和勞動者隊列研究明確了職業(yè)性粉塵顆粒接觸與勞動者職業(yè)病發(fā)病/死亡風(fēng)險的暴露-效應(yīng)關(guān)系，對于發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計暴露問題具有重要價值。由于收集的數(shù)據(jù)時間跨度大，通常采用問卷調(diào)查的方式獲取外暴露信息，盡管接觸的粉塵顆粒種類相同，但得到的疾病終點和患病率不盡相同，因此，難以準(zhǔn)確、全面地描述和反映復(fù)雜工業(yè)場景下的實際暴露水平及內(nèi)暴露的程度[63]。大部分人群流行病學(xué)多關(guān)注職業(yè)病與一種或幾種環(huán)境因素的關(guān)系，環(huán)境中復(fù)雜因素可能存在聯(lián)合效應(yīng)，難以區(qū)分環(huán)境因素與職業(yè)病之間的定量關(guān)系，需要開展更多相關(guān)研究，進(jìn)一步量化工業(yè)復(fù)雜環(huán)境因素對勞動者健康影響的聯(lián)合效應(yīng)作用。

2.3 現(xiàn)場生物監(jiān)測

在大氣暴露研究中，提出除強(qiáng)調(diào)對外部環(huán)境全面評價外，也應(yīng)關(guān)注用生物標(biāo)志物以內(nèi)暴露來評價環(huán)境暴露[64]。因此，為了明確工業(yè)粉塵顆粒帶來的健康危害，生物監(jiān)測是職業(yè)暴露研究中的重要工具，從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價提供依據(jù)，常用體內(nèi)或代謝物的生物標(biāo)志物變化來監(jiān)測其健康狀況和環(huán)境的改變。Clara細(xì)胞蛋白（CC16）是肺上皮破壞的外周生物標(biāo)志物，氣道炎癥可能導(dǎo)致血清CC16的減少，反映二氧化硅粉塵對呼吸上皮細(xì)胞的早期毒性作用[65-67]，表達(dá)水平與肺功能參數(shù)相關(guān)，能更好地評估暴露個體的敏感性和特異性。Miao等8測定了矽塵暴露組和對照組的氧化應(yīng)激指標(biāo)，血清谷胱甘肽過氧化物酶（GSH- ?Px ）與矽肺分期、粉塵暴露時間和職業(yè)類型呈顯著正相關(guān)，認(rèn)為氧化和抗氧化系統(tǒng)失衡與矽肺的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。對確診塵肺病例體內(nèi)炎癥因子表達(dá)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，病例組IL-6、IL-8、TNF- ?α 等炎癥因子不僅顯著高于健康對照組，并且表達(dá)程度的變化與疾病嚴(yán)重程度及進(jìn)展相關(guān)[69-70]。近期亦有研究認(rèn)為血清硅同樣是一項重要的生物標(biāo)志物[46]，血清硅水平在接觸二氧化硅粉塵后迅速升高，其變化早于TNF- a 轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-β1）、CC16等生物標(biāo)志物的表達(dá)。

綜合上述研究不難發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)氧化應(yīng)激和炎癥可能是評估肺部纖維化早期變化的有效參數(shù)[71]，將環(huán)境暴露與工人生物監(jiān)測相結(jié)合，可以更加科學(xué)地評價環(huán)境[72。表2列出了有關(guān)勞動者外暴露與健康效應(yīng)的研究，從表2可以看出，環(huán)境暴露與暴露組生理變化之間存在明顯關(guān)聯(lián)，表明勞動者職業(yè)暴露與全身炎癥和氧化損傷的相關(guān)性。生物標(biāo)志物克服了傳統(tǒng)肺功能測定的局限性，后者通常顯示不可逆的肺功能障礙，并且暴露組變化不顯著。如果能做到盡早檢測生物標(biāo)志物變化，找到一種或多種作為相對特異性的指標(biāo)，將環(huán)境監(jiān)測與生物監(jiān)測相結(jié)合，有助于評估其與職業(yè)病的發(fā)展、嚴(yán)重程度的關(guān)系，加強(qiáng)職業(yè)病的預(yù)防以及粉塵顆粒暴露人群的普查。

盡管在職業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域常通過檢測分析勞動者血液尿液中生物標(biāo)志物變化來判斷是否存在健康損傷。但是在關(guān)注環(huán)境外部暴露的環(huán)境學(xué)科中，侵入式樣本的獲取并不容易，因此，有學(xué)者提出可以用顆粒粉塵樣本自身的毒性表征勞動者健康水平。上述體外研究表明，脂多糖會加劇粉塵誘導(dǎo)的肺部纖維化，是內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)。Tefera等[3通過棉花加工紡織廠粉塵和工人體內(nèi)的內(nèi)毒素暴露情況研究粉塵樣本的內(nèi)毒素水平和暴露水平是否統(tǒng)一，結(jié)果顯示， 1% 的粉塵樣本和 89% 的內(nèi)毒素樣本超過了工作場所的暴露限值，可吸入粉塵與內(nèi)毒素之間存在中度相關(guān)性 （r=0.450，L_Plt;0.001） ，說明低質(zhì)量濃度粉塵暴露并不能保證低內(nèi)毒素暴露。近些年，在大氣顆粒物研究領(lǐng)域中，提出氧化潛勢（OP）指標(biāo)，為顆粒導(dǎo)致的健康效應(yīng)提供一種發(fā)生機(jī)制解釋——氧化應(yīng)激[74-75]，其定義為顆粒誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的能力，與質(zhì)量濃度相比，可以更好地表征顆粒對健康的影響[76]。氧化潛勢相當(dāng)于體外化學(xué)反應(yīng)，無需體內(nèi)外細(xì)胞、動物實驗等，可模擬體內(nèi)生化過程。Yang[85等檢測了中國南京全年室內(nèi)（辦公室、會議室和宿舍）和室外環(huán)境中污染水平和氧化潛勢，盡管 PM_2.5 的質(zhì)量濃度從室外到室內(nèi)的過程中在持續(xù)下降，但氧化潛勢兩個方向上的變化都高達(dá)2倍，表明室內(nèi)和室外 PM_2.5 破壞氧化還原平衡的能力存在一定差異。Fang等8從美國東南部不同環(huán)境（城市、路邊和農(nóng)村）收集不同環(huán)境的 PM_2.5 顆粒， PM_2.5 的氧化潛勢在空間上均勻，并且與質(zhì)量濃度有很好的相關(guān)性 （r=0，49～0，88） 。不同季節(jié)氧化潛勢存在差異性。張曼曼等8在中國廣州測定了大氣PM_2.5 的氧化潛勢，在干季（1月）和濕季（4月）的氧化潛勢均無明顯差別。Strak等8在荷蘭5個不同的地點（地下火車站、2個交通站點、1個農(nóng)場和1個城市背景站點）環(huán)境暴露參數(shù)，并在暴露前后測量志愿者的肺功能參數(shù)和呼氣一氧化氮分?jǐn)?shù)（FENO），結(jié)果表明，顆粒濃度的變化與急性氣道炎癥（FENO）和肺功能受損相關(guān)，然而顆粒質(zhì)量濃度和PM10氧化電位不能預(yù)測觀察到的急性反應(yīng)。上述研究主要針對大氣和民用建筑，例如街道、辦公室、公寓等顆粒的氧化潛勢進(jìn)行研究。也有學(xué)者將氧化潛勢指標(biāo)引入工業(yè)環(huán)境中，Zazouli等89對煤礦下產(chǎn)生粉塵的礦物學(xué)、微觀形貌、化學(xué)特征及氧化毒性進(jìn)行了研究，煤塵氧化潛勢與其中的Mn、Cr、Fe、As、Co、Ba、Al和Pb金屬元素顯著相關(guān)， PM₄ 質(zhì)量濃度在可吸入煤塵的氧化電位中起著至關(guān)重要的作用。工業(yè)環(huán)境產(chǎn)生的粉塵顆粒濃度高，成分復(fù)雜，導(dǎo)致的健康效應(yīng)可能與室外大氣和民用建筑顯著不同。因此，在未來的研究中可以利用氧化潛勢評估工業(yè)環(huán)境帶來的健康風(fēng)險，并找到影響氧化潛勢的關(guān)鍵因素，有效保護(hù)勞動者身體健康。

盡管毒理學(xué)、流行病學(xué)和生物監(jiān)測研究已表明粉塵顆粒的暴露與各種職業(yè)病的發(fā)生之間存在關(guān)聯(lián)，但由于缺乏定量的閾值數(shù)據(jù)，無法量化保護(hù)工人免受健康損傷的界限，并且研究報道的大多數(shù)暴露與疾病在統(tǒng)計學(xué)上相關(guān)性并不顯著。一些國家已經(jīng)開展了關(guān)于粉塵顆粒暴露-劑量-效應(yīng)方面的研究，但是外部環(huán)境污染（不同地區(qū)工廠工作模式、工業(yè)化發(fā)展等）、地理環(huán)境、營養(yǎng)和文化差異（個人衛(wèi)生習(xí)慣等）必然會導(dǎo)致群體之間生物效應(yīng)方面的差異。盡管歐美等國家的粉塵暴露導(dǎo)致個體生物學(xué)效應(yīng)的研究有借鑒意義，但直接將歐美數(shù)據(jù)類推到中國的實際工業(yè)環(huán)境暴露，可能會導(dǎo)致其結(jié)果的不準(zhǔn)確性。因此，未來需要以中國工人為對象開展粉塵職業(yè)暴露的研究，為了解決中國生產(chǎn)性粉塵的環(huán)境污染和工人健康難題，對中國粉塵顆粒物的性質(zhì)、暴露特征及生物學(xué)健康效應(yīng)進(jìn)行研究，具有迫切性和必要性。

3 健康風(fēng)險評價

風(fēng)險評估有助于了解健康風(fēng)險與粉塵暴露之間的關(guān)系，包括調(diào)研特定工作環(huán)境以確定存在的危險，決定采取何種有效通風(fēng)控制措施將風(fēng)險降低到可接受的水平。國際上的研究多采用基于美國環(huán)境保護(hù)署（USEPA）推薦的4步式吸入健康風(fēng)險評估模型[9]，其他國家如加拿大、英國等提出的其他健康風(fēng)險評價模式與4步法基本相似，包括危害識別、劑量-反應(yīng)關(guān)系、暴露評估、風(fēng)險表征4個步驟（圖3）。EPA模型計算出的風(fēng)險值小于等于 10^-6 ，表明危害可以接受，而大于 10^-4 則表示嚴(yán)重風(fēng)險， 10^-6～ 10^-4 表示存在潛在風(fēng)險。由于環(huán)境中存在影響評估的不確定因素，為考慮暴露參數(shù)和粉塵濃度等因素對評價結(jié)果帶來的不確定性，研究人員通常在風(fēng)險評估模型的基礎(chǔ)上采用蒙特卡羅模擬進(jìn)行概率風(fēng)險評估[91]。在對伊朗煤礦中粉塵及金屬元素造成的健康風(fēng)險研究中發(fā)現(xiàn)[89]，吸人暴露是導(dǎo)致非癌癥風(fēng)險的主要因素，其次是攝入暴露，其中鉻（ ∣Cr? 和鈷（Co）的風(fēng)險超過人類健康可接受范圍。Tong等[92]估計了建筑揚塵引起的健康風(fēng)險，木制模板區(qū)工人的健康風(fēng)險較高，其中 40% 超過 10^-6 。研究表明，不同建筑活動中產(chǎn)生的粉塵對建筑工人有不同的影響，應(yīng)識別哪一項工種受到粉塵的危害更大，為后續(xù)提供重點防治方向。隨著傷殘調(diào)整生命年（DALYs）的應(yīng)用，粉塵健康風(fēng)險評價得到了進(jìn)一步發(fā)展。DALYs是由于過早死亡而損失的生命年數(shù)和根據(jù)嚴(yán)重程度調(diào)整的殘疾年數(shù)的總和[93]，也有學(xué)者提出，與健康風(fēng)險值相比，DALYs提供的健康損害量化指標(biāo)能更加直觀地反映造成的健康損害[92]，為制定合理的津貼政策補(bǔ)償勞動者提供參考。健康風(fēng)險也可用于驗證工業(yè)建筑中采用不同的干預(yù)措施所帶來的健康效益。Chen等[94]基于隧道工人粉塵暴露濃度建立了健康風(fēng)險評估體系，隧道工人受到的健康風(fēng)險最大，佩戴防塵口罩可將健康風(fēng)險的范圍降低至 82%～26% （依據(jù)口罩質(zhì)量和使用情況當(dāng)不同）。Sahihazar等[91量化了鑄造工人二氧化硅粉塵暴露的健康風(fēng)險，鑄造廠中各工位的風(fēng)險均高于可接受范圍，所有工人都可能存在健康風(fēng)險，進(jìn)而驗證了在采用通風(fēng)控制和佩戴口罩的情況下健康風(fēng)險分別降低了 77.52%.56.77% 。進(jìn)而有學(xué)者提出，可以采用生物監(jiān)測明確干預(yù)措施在健康方面的增益，Cavallo9在工作區(qū)域安裝特殊過濾罩以及改善環(huán)境和個人防護(hù)設(shè)備，6個月后測量發(fā)現(xiàn)顆粒數(shù)濃度下降，與第1次生物監(jiān)測相比，采用的暴露緩解措施展現(xiàn)出一定的有效性。

概率風(fēng)險評估模型大大改善了傳統(tǒng)健康風(fēng)險評估方法帶來的不確定性，可以幫助工廠加強(qiáng)職業(yè)健康和安全管理，以預(yù)防粉塵引起的職業(yè)病和損害。然而評估模型也存在一些局限性：首先，計算時設(shè)定的吸入率與真實人體吸入率存在差異，因為個體吸入率不恒定，隨個體特征和工作強(qiáng)度發(fā)生變化；其次，模型考慮了不同類型粉塵顆粒的毒性，但在粒徑、成分復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中的適用性存在一定局限；并且真實工廠中粉塵濃度也并非恒定，會隨時間、空間和工藝等變化。因此，需要根據(jù)產(chǎn)生粉塵顆粒的不同工業(yè)環(huán)境中的暴露時間、暴露特征和健康危害建立更詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫，并考慮實時變化的吸入率及不同粒徑的粉塵顆粒，將風(fēng)險評估模型更好地運用于工業(yè)建筑室內(nèi)環(huán)境中，包括工人健康損傷以及通風(fēng)措施有效性的評估。

4 結(jié)論與展望

工業(yè)建筑環(huán)境中的污染物種類繁多，成分性質(zhì)、暴露水平、時空分布、毒性效應(yīng)等差異巨大，如何確定勞動者所面臨的健康損傷，保護(hù)其身體健康，已成為建筑環(huán)境和職業(yè)衛(wèi)生學(xué)科等交叉領(lǐng)域的重要課題。由于個體差異及學(xué)科研究側(cè)重點不同，建立工業(yè)環(huán)境復(fù)雜的外暴露與人群內(nèi)暴露之間的聯(lián)系極為困難。缺少外暴露和體內(nèi)健康效應(yīng)的有效整合，“污染源頭-個體暴露-個體健康效應(yīng)\"的研究鏈條尚未完全打通，但是闡明生產(chǎn)性粉塵顆粒暴露健康效應(yīng)之間的因果關(guān)系是降低其對勞動者健康危害、采取有效保護(hù)緩解措施的科學(xué)依據(jù)。目前針對粉塵顆粒吸人暴露及暴露效應(yīng)的研究不僅提出復(fù)雜粉塵顆粒的致病機(jī)理問題，也深入研究在真實工業(yè)環(huán)境下勞動者實際健康效應(yīng)關(guān)系，并在過程中創(chuàng)新了許多技術(shù)方法。因此，需要依據(jù)工業(yè)環(huán)境特點，完善吸人暴露特性與勞動者的暴露健康效應(yīng)關(guān)系，根據(jù)工業(yè)環(huán)境特點和健康效應(yīng)研究的實際情況，建議如下：

1）明晰工業(yè)粉塵顆粒的健康效應(yīng)與其特征（如污染物源頭、化學(xué)成分、粒徑等）之間的關(guān)系，尤其是在體內(nèi)的沉積清除特性、生物學(xué)效應(yīng)、毒理作用及治病機(jī)制。

2）進(jìn)行廣泛的暴露評估研究，以確定多種不同工業(yè)場所的接觸情景。在進(jìn)行暴露評估的同時，迫切需要填補(bǔ)關(guān)于暴露于粉塵對健康的不良影響與劑量關(guān)系的知識空白。

3）利用生物監(jiān)測及健康風(fēng)險評估等方法，建立評價干預(yù)措施有效性模型，進(jìn)一步全面分析量化干預(yù)措施對暴露-健康-經(jīng)濟(jì)的影響。

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（編輯胡玲）