沙尘暴颗粒物致心脏毒性的炎症机制研究

雷林峰，聂芳菲，李 星辉，王 楠*

（甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000）

沙尘暴是由于强风将地面尘沙吹起使空气很混浊，水平能见度常小于1km的灾害性天气现象。沙尘暴中的颗粒物(particulate matter，PM)由于风的影响形成传播速度快，影响范围广的特点。当人们暴露于沙尘暴天气中时，含有各种有毒化学物质、病菌等的尘土可透过层层防护进入到人体。若这些含有大量有害物质的尘土得不到及时清理，将侵入机体并造成相应损害，从而引发各种疾病[1]。以往的研究主要集中于沙尘暴颗粒物对呼吸系统的危害，但对心血管系统的危害及其机理人们了解甚少。沙尘暴中对机体危害最大的是PM。PM按其空气动力学直径分为粗颗粒物PM10（≤10 um）、细颗粒物PM2.5（≤2.5 um）、超细颗粒物UFP（≤0.1 um）[2]。PM2.5和UFP除沉积在肺泡外，因直径很少还可穿透血气屏障进入血液循环。因此，沙尘暴PM不仅与呼吸系统疾病有关，而且还与心血管系统疾病的发生和发展有关[3]。

1 沙尘暴颗粒物对心血管系统的影响

PM可增加心血管系统疾病的发病率和死亡率[4]。暴露于PM对心血管系统的不利影响主要通过直接和间接作用机制产生。这两种机制可以进一步分为以下三种主要途径：PM直接进入血管、PM沉积在肺泡（间接）、自主神经系统的功能失调（间接）[3]。因PM2.5和UFP微粒直径很小，可直接进入循环系统，对心血管

系统疾病产生直接影响。董凤鸣等[5]对2007～2008年北京市海淀区居民PM暴露情况进行了监测，发现短期暴露于PM可升高暴露人群循环系统疾病的死亡率，

其中PM2.5、PM10每升高10 ug/m3，所关联的循环系统死亡的超额危险度分别为0.78%、0.36%，且在温暖季节（4月～9月）时PM对循环系统疾病死亡率的影响要大于寒冷季节（10月～3月），两季节循环系统疾病死亡率相比差异有统计学意义（P＜0.05）。急性暴露于PM2.5可能会增加心血管系统疾病（缺血性心脏病、心律失常和心力衰竭）医院急救室就诊的风险[6]。短期暴露于PM2.5可诱发与心血管系统疾病相关的死亡（如心肌缺血和梗死、心力衰竭、猝死），成为心血管系统疾病的确定危险因素之一[7]。且PM2.5暴露浓度每升高10 ug/m3，急性缺血性冠状动脉事件（不稳定型心绞痛和心肌梗死）的风险增加4.5%[8]。累积PM2.5暴露对于铝冶炼厂工人和制造工人发生缺血性心脏病的风险更高[9]。Hoek等[10]对多地区成年人长期暴露于PM2.5进行研究，发现长期暴露于PM2.5的人群，其心血管系统疾病的死亡率为11%，而非恶性呼吸系统疾病的死亡率为3%，表明PM2.5对心血管系统疾病死亡率的影响要大于对非恶性呼吸系统疾病死亡率的影响。

2 沙尘暴颗粒物致心脏炎性损伤

PM的炎性效应强弱与其化学成分、粒径大小、表面面积等关系密切。大量体内、外实验结果表明，暴露于PM可引起白介素-1（IL-1）、白介素-6（IL-6）、白介素-8（IL-8）、C反应蛋白（CRP）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）及巨噬细胞炎症蛋白-2（MIP-2）升高。通过敲除小鼠还原型辅酶Ⅱ（NADPH）氧化酶基因及诱导型一氧化氮合酶（iNOS）基因，发现暴露于PM可引起小鼠血清IL-6、TNF-α、MIP-2降低，从而反向证明正常小鼠暴露于PM可引起上述指标的升高[11]。另有研究也发现暴露于PM可引起上述炎性因子的升高，暴露于PM的BALB/c小鼠通过诱导CXC趋化因子表达，增加小鼠血清MIP-2量[12]。体外实验已证实暴露于PM可引起IL-6、IL-8、MIP-2水平升高[13-14]。

在理化性质相似的情况下，PM引起的炎症反应与其粒径大小、暴露浓度、暴露时间有一定的关系。与暴露于PM2.5相比，暴露于粗颗粒物（PMc）环境能引起体内IL-1β、TNF-α的量明显增加[15]。除此之外，也有研究表明长期暴露于PMc的人群，其血清IL-6、CRP量有所升高[16]。在大鼠气管内滴注PM2.5，24和72小时后发现TNF-αmRNA、MIP-2mRNA有所升高，且TNF-α蛋白、MIP-2蛋白也相应升高[17]。

PM引起炎症反应可呈剂量-效应关系，即随着PM暴露剂量升高，炎症反应效应逐渐增强。研究表明暴露于PM2.5的小鼠，其血清IL-1、IL-6、TNF-α量都呈剂量依赖性增高[18]，且2周后IL-6的升高量与PM2.5暴露的剂量呈正相关关系[19]。在大鼠实验中也发现类似的结果，暴露于PM2.5的wistar大鼠，24小时后可见IL-6、CRP明显升高，且高剂量组大鼠升高的量要大于低剂量组大鼠[20]。在经气管滴注PM10的wistar大鼠中发现其血清IL-6、TNF-α升高，且随PM10剂量的增加IL-6量逐渐升高[21]。人类SZ95皮脂细胞体外实验也证实暴露于PM2.5，48小时后IL-1α、IL-6、IL-8呈剂量依赖性升高[22]。

PM引起炎症反应可呈时间-效应关系，即随着PM暴露时间延长，炎性反应效应逐渐增强。而且暴露于PM还可引起心肌细胞发生异常改变。研究发现暴露于PM的雄性BALB/c小鼠，MIP-2逐渐升高，3小时升高致最大值，且炎症反应在暴露后24小时最强[23]。将小鼠连续5天进行气管内滴注PM2.5，发现小鼠心肌细胞肥大及炎性细胞浸润[24]，且滴注24小时后发现心脏组织切片有炎性细胞浸润[25]。除此之外，大鼠经气管内滴注PM，24小时后心脏组织切片可观察到心肌细胞线粒体肿胀、嵴紊乱、分解和消失的现象[26]。由此可见，可吸入颗粒物一次性气管滴注染毒后可造成心肌细胞肥大及炎性细胞浸润，对心肌细胞产生一定的毒性效应。

3 总结与展望

综上所述，暴露于沙尘暴PM可引起IL-1、IL-6、IL-8、CRP、TNF-α、MIP-2升高，也可引起心肌细胞肥大及炎性细胞浸润。且沙尘暴PM所致炎性效应不仅具有剂量-效应关系，而且具有时间-效应关系。但目前国内外实验对于后者关系的研究较少。因此，以后的研究不仅要注重沙尘暴PM暴露浓度的影响，更要重视其暴露时间的影响。随着工业和经济的快速发展，生态环境的破坏及其恶化日益严重，沙尘暴PM对人体的危害也愈加明显，现在已引起越来越多的人关注。以后的研究应从沙尘暴PM的暴露浓度、暴露时间入手，研究某一地区沙尘暴PM引起心血管系统毒理学效应的暴露时间及浓度，不仅有助于评价该地区沙尘暴PM污染严重程度，而且有助于为当地政府制定出较为合适的对人体健康有损害的沙尘暴PM暴露浓度及时间阈值。有利于人类对沙尘暴PM致心脏炎性损伤的认识及对自我健康的保护。