PM2.5对心血管系统的影响

臧希文综述，齐向前审校

细颗粒物（PM2.5）指环境空气中空气动力学当量直径≤2.5 µm的颗粒物，也称细颗粒物。单位立方米空气中这种颗粒的含量越高就代表空气污染越严重。2015年中国心血管病报告将大气污染列为心血管病的危险因素之一，明确指出PM2.5与心血管病关联密切[1]。研究表明，大气污染物通过氧化应激和诱导炎症反应可以引起动脉粥样斑块改变、血管内皮细胞功能紊乱、血小板的变化以及促进血栓生成。同时，可以通过影响自主神经系统，导致心率变异性降低，血压升高[2、3]。本文就PM2.5对于心血管疾病的流行病学研究、动物基础实验及临床研究做一综述。

1　PM2.5对心血管疾病影响的流行病学研究

国内多个城市、多个研究结果表明，大气颗粒物污染与急性及慢性循环系统疾病死亡率密切相关。梁锐明等[4]对中国石家庄等7个城市的大气PM2.5对人群心血管疾病的急性效应研究显示PM2.5浓度升高可导致人群每日心血管疾病死亡增加。同样，来自天津及广州的一些同类研究所得出的结果类似[5、6]。

国外一些研究同样支持这些结论。Akbar等评价了PM 2.5等污染物对伊朗马什哈德地区居民健康的影响。日常气象数据用以评价污染指数与总死亡率，心血管及呼吸系统疾病死亡率及住院率，包括慢性阻塞性肺疾病及急性心肌梗死，结果显示PM2.5等污染物每增加10 μg/m3，就会明显增加心血管疾病的死亡率[7]。同样来自伊朗Tabriz市乡村和市区的另一项研究同样显示，PM2.5最高的时节是秋末冬初，最低的时节是春季；PM2.5指数越高，心血管疾病及呼吸系统疾病死亡率越高[8]。来源于欧洲及北美洲的研究也表明，PM2.5暴露会增加心原性疾病患病率的风险及死亡率。加拿大国家乳腺筛查研究对29 549名女性进行的一项30年的队列分析研究发现，PM2.5浓度每升高10 µg/m3，慢性心力衰竭及缺血性心脏病的发生率均升高（PR=1.31，95%CI：1.31～1.51；PR=1.22，95%CI：1.14～1.30）[9]。一项来源于意大利北部两个重污染地区的研究发现，长期高PM 10暴露会缩短平均寿命，短期PM2.5暴露，会增加心肺疾病及肺癌的患病率及死亡率[10]。

2　PM2.5对心血管系统疾病影响的动物实验研究

2.1　PM2.5与引起体内炎症反应及氧化应激

炎症在动脉粥样硬化及其并发症的发生、发展中起关键性作用，目前的血管炎性标志物主要有白细胞介素（IL）-1，肿瘤坏死因子α（TNF-α），高敏C反应蛋白（hs-CRP）。国内相关研究显示PM 2.5暴露大鼠的上述炎症指标均有上升趋势，且C反应蛋白（CRP）在PM2.5单独暴露组表现出明显的剂量-效应关系[11]。多项研究表明PM2.5可引起体内炎症反应及氧化应激损害。严超等[12]研究发现,汽车来源高剂量的PM2.5长期暴露可导致心肌因炎症损害从而导致心肌组织水肿，破坏心肌正常排列，并发现心腔内和血管腔内血栓形成。Tanwar等[13]对雌性FVB孕期大鼠暴露于PM2.5为 73.61 μg/m3每天6 h，共12周后发现，高浓度PM2.5刺激孕期大鼠全身炎症反应，慢性基质重构，钙蛋白表达改变，导致胚胎期心脏功能不全，出生后发展为成年心脏疾病。Nurkriewicz等[14]对WKY大鼠暴露于PM2.5为10 μg/m3，每天6 h，16周发现心肌出现慢性炎症及变性损伤，并有肥大细胞数量减少和纤维化改变。

2.2　PM2.5暴露与心律失常有关

大量试验表明，PM 2.5暴露可降低心率变异性，引起心律失常。多项国外研究均显示，PM2.5暴露大鼠心率和心率变异性改变，血压升高[15，16]。国内有学者通过对大鼠气管滴注染毒3天，发现与对照组相比，PM2.5低、中、高剂量染毒各组血压和心率均升高，心率变异性降低[17]。

2.3　PM2.5与动脉粥样硬化的关系研究

动物实验研究发现,长期暴露较高浓度PM2.5可通过增加血管壁的巨噬细胞浸润、氧化应激反应以及金属基质蛋白酶的表达，加重动脉粥样硬化，促使动脉粥样斑块处于不稳定的状态[18]。Sun等[19]每周2次在大鼠气管内滴注颗粒物质或生理盐水，4周后解剖发现滴注颗粒物质的动物粥样硬化体积与盐水对照组相比大14%。但Suwa等[20]类似研究并没有发现大鼠斑块体积大于对照组，但脂含量增加了8倍，血小板的细胞结构、氧化应激的标记物也增加了，这些改变与血小板数量增多和脆性增加相一致。

2.4　PM2.5对血管舒缩功能影响的基础研究

内皮素和一氧化氮（NO）为体内重要的血管收缩和舒张物质，其浓度及功能紊乱会引起血压变化，分别引起血压的升高及降低。此外交感神经兴奋是血压升高的另一个重要因素。在载脂蛋白E缺陷的小鼠模型中发现，暴露于稀释的柴油机尾气后血浆内皮素含量增加[21]。同时，有研究表明，PM2.5暴露会使大鼠血管内皮NO通路发生紊乱[22]。有国内学者通过研究PM2.5对大鼠心肌神经生长因子表达的影响及β受体阻滞剂的干预作用发现，PM2.5可导致大鼠心脏左心室前壁和右心室前壁心肌神经生长因子表达水平增强，推测这可能是PM2.5致交感神经重构的重要机制之一[23]。进一步的研究发现交感神经张力增高在是暴露于PM2.5引起的高血压中作用之一[24]。

3　PM2.5对心血管疾病影响的临床研究

3.1　PM2.5对于人体诱发机体炎症反应相关研究

有研究表明，长期暴露于PM2.5可通过肺部炎症间接的引起系统炎症及直接进入循环引起系统炎症，引起动脉粥样硬化的形成，短期暴露则可引起斑块不稳定以及心血管事件的突然发作[25]。多项国外研究发现，PM2.5暴露会使血清中IL-6、IL-1以及粒细胞、巨噬细胞集落刺激因子等炎症因子升高，且IL-6对周围空气污染可立即作出反应，并有可能导致CRP的产生增多[26，27]。此外，同样有多项研究显示炎症因子CRP、纤维蛋白原（Fib）等全身炎性标志物水平在PM2.5暴露后增高[28-31]。

3.2　PM2.5对心率变异性（HRV）影响的相关研究

心率变异性是评价人体内自主神经功能的指标.反映心脏交感神经-迷走神经对心脏调节的相互协调作用。多项流行病学研究表明，大气颗粒物暴露可降低心率变异性。美国的研究人员对颗粒物暴露者进行连续动态心电图监测,得出心脏自主调控功能的改变表现为心率的变化可能是接触颗粒物导致心血管疾病发病与死亡的生物学机制[32]。Holguin等[33]在墨西哥城调查了PM2.5对老年人HRV的影响，在校正了年龄和心率对HRV的影响后，发现当地PM2.5 在24 h平均浓度每上升l0 μg/m3会引起HRV高频部分明显下降（5%），且患高血压的调查对象下降幅度更大（7.1%），提示接触环境PM 2.5会使心脏的自律功能发生改变。

3.3　PM2.5暴露对于血压影响相关研究

Urch 等研究发现PM2.5暴露后可引起血压迅速升高，使易感人群的急性心血管事件危险性增加。目前研究提示PM2.5导致血压升高的机制较为复杂，如前文所述的PM2.5对机体的氧化应激和系统炎症、改变脉管系统内血管舒张及收缩物质的浓度及功能、引起自主神经功能紊乱，交感神经张力增加均参与血压升高，而且与血压升高的程度平行。

综上所述，大量基础及临床研究表明，PM2.5暴露后可诱发心血管系统病理生理改变，包括全身炎症反应、氧化应激损伤、血栓形成、HRV改变、血压升高、动脉粥样斑块不稳定性增加等，从而构成心血管系统的危险因素。然而目前所有研究均不能对PM2.5致心血管疾病发病率、死亡率增加进行独立而完整的解释，尚需大量的基础及临床研究进一步深入探究，使人们在更高的维度认识大气颗粒物对健康的影响，为决策者制定有效的环境、健康政策，更好地保护易感人群提供确凿的科学依据。

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