PM2.5对呼吸系统的影响以及呼吸道益生菌的发展前沿

张瑜 肖纯凌

[摘要] 当大气处于污染状态时，大气中各种悬浮颗粒物含量将增多，尤其是细颗粒物PM2.5。PM2.5因粒径小，比表面积大，易于吸附空气中有毒有害物质且在大气中悬浮停留时间长，输送距离远，所以在大气污染中占据重要位置。PM2.5极易避开鼻毛和支气管纤毛的滤过，由鼻腔入侵到达肺泡并沉积于肺组织，引起上呼吸道感染，并出现支气管哮喘、肺炎等症状。呼吸道感染不仅影响健康发育，而且引起不少并发症，严重还会危及生命。呼吸道菌群分类，优势菌制成益生菌制剂来调节呼吸道微生态失调等疾病以及对益生菌制剂研发尚在探索中。近年来，肠道、阴道益生菌制剂对人体微生态失调等疾病的治疗已经达到一定效果，但呼吸道益生菌制剂的应用方面较少，成品治疗有待进一步研发。

[关键词] PM2.5；上呼吸道感染；呼吸道益生菌

[中图分类号] R122.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）03（b）-0028-04

Effects of PM2.5 on respiratory system and the development of probiotics in respiratory tract

ZHANG Yu XIAO Chunling

Department of Environmental Pollution and Health， Shenyang Medical College， Liaoning Province， Shenyang 110034， China

[Abstract] When the atmosphere is polluted， the content of various suspended particulates in the atmosphere will increase， especially the fine particulate matter PM2.5. Due to its small particle size and large specific surface area， PM2.5 is easy to adsorb toxic and harmful substances in the air and stays in the air for a long time and has a long transportation distance. Therefore， it occupies an important position in air pollution. PM2.5 easily avoids nasal and bronchial cilia filtration， nasal invasion to the alveoli and deposited in the lung tissue， causing upper respiratory tract infection， and bronchial asthma， pneumonia and other symptoms. Respiratory infections not only affect the healthy development， but also cause a lot of complications， but also serious life-threatening. Classification of respiratory flora， the advantages of bacteria made of probiotics to regulate respiratory microecosystem disorders and other probiotics probiotics research are developing. In recent years， intestinal， vaginal probiotics on human diseases such as microbiological treatment has reached a certain effect， but less application of respiratory probiotics， the finished product treatment needs further research and development.

[Key words] PM2.5； Respiratory tract； Upper respiratory tract infection； Respiratory probiotics

随着人类活动和科技的发展，環境问题也接踵而来。尤其在人口稠密的城市和工业区域，消耗大量能源的同时也将产生大量的废气。当足够浓度的废气排入空气中达到足够的时间，将影响空气质量，造成雾霾等环境污染[1]。而PM2.5对光具有吸收、散射和折射的作用，从而削弱了大气能见度，所以被认为是造成雾霾的“元凶”[2]。

1 PM2.5的简述

颗粒物（PM）是在全球大城市中威胁健康最大且仍在增长的空气污染问题之一[3]。PM按其直径的大小不同可分为粗颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）、超细颗粒物（PM0.1）[4]。PM2.5的化学组成主要由碳组分、水溶性组分和无机元素三大类组成[5]。PM2.5来源多元化，主要是由空气中的气溶胶态污染物和气态污染物反应而来。其粒径小，比表面积大，易于吸附空气中有毒有害物质，对重金属的吸附能力显著高于PM10，并且输送距离远，在大气中悬浮停留时间长，可通过鼻腔、口咽部进而深入气管、支气管，并深达肺泡上皮细胞和血液中[6-7]。首先引起的是肺部的炎性反应，再透过呼吸道屏障而释放入血随血液循环到达全身各靶器官，造成多种组织器官的损害，增加心血管疾病和呼吸道疾病发生的风险[8]。研究表明，空气污染会影响呼吸道疾病的住院治疗，呼吸道疾病的住院率随着PM和温度的增加以及相对湿度的降低而增加，导致与呼吸道疾病相关的入院率显著增加[9]。与PM10水平相比，PM2.5水平升高对呼吸相关住院的影响更大，且儿童和老人最容易患呼吸系统疾病[10]。

2 PM2.5对呼吸系统的影响

呼吸系统是大气污染物直接作用的靶器官，主要功能是机体和外界进行气体交换[11]。肺主要由支气管分支及其末端形成的肺泡与肺泡周围的毛细血管内的血液进行气体交换，通过血液循环输送到全身各个器官组织。空气中含有的各种有害物质，在此区域进行气体交换效率最高，肺部吸收毒物速度极快仅次于静脉注射，同时在此处进入血液循环速度也是最快[12-13]。

2.1 PM2.5与呼吸道菌群

大气污染物通过呼吸道进入人体后，大多直接作用于呼吸道黏膜，沉积在黏膜表面的有害颗粒物可以通过呼吸道黏膜表面的纤毛上皮细胞与黏液细胞混合，纤毛黏液系统对其具有清除作用。当颗粒物极细小时，便有可能进入细胞，并因其直径大小不同、侵入不同的细胞结构，引起不同的损伤[14]。各种微生物群落及其基因（微生物群）存在于整个人体中，在人类健康和疾病中具有重要意义。受到宿主环境和免疫功能的影响，定植于呼吸道黏膜表面的正常菌群也不断完善[15]。Herbst等[16]实验表明有致病性的细菌首先在口、鼻、咽等部位黏膜处异常定植，然后到达下呼吸道，引起机体相应的病理反应，这也是引起哮喘发病的危险因素。Blainey等[17]研究表明，健康人呼吸道内主要定植着五大菌门：拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、梭杆菌门和放线菌门，它们所占的比例分别是53.139%、15.724%、12.482%、6.672%和5.271%。从而可以看出，厚壁菌门是呼吸道内的优势菌群。从健康人体中经分离得到的细菌主要有甲型链球菌、奈瑟球菌、嗜血杆菌、口腔黏球菌、葡萄球菌、棒状杆菌及某些厌氧菌等。在口咽部黏膜上皮细胞表面，主要则是甲型链球菌，占口咽部菌群的90%，但是唾液中含有溶菌酶、免疫球蛋白等物质，使得甲型链球菌作为口咽部的定植菌有强大的抵抗力。如果在大气污染影响下超过了机体的承受能力，大小气道功能均可受到不同程度的影响，使唾液中溶菌酶含量减少。鼻黏膜细菌总数以及溶血性链球菌检出率明显增高，口咽部厌氧菌密度高，破坏了机体稳态，就会对机体造成损伤甚至是致病[18]。

人们原本认为健康状态下的下呼吸道是无菌的，但随着分子生物学技术的应用，微生物从定性、定位、定量三方面来检查，就会发现许多微生物因转换宿主定位转移就可从不致病转为致病[19]。肖纯凌等[20]实验表明，大气污染物已引起上呼吸道微生态平衡破坏，吸入含有低浓度污染物（颗粒物、SO2、O3）长期反复作用于人体，可使机体免疫功能受到伤害，呼吸道防御功能受到损害，呼吸道抵御病原菌能力下降，出现呼吸道各种炎性反应。经流行病学调查，如果儿童早期缺乏与微生物接触的机会，而导致过敏与今后发生哮喘和过敏性疾病的风险密切相关[21-22]。

2.2 PM2.5与呼吸系统相关疾病

在近年来，现代先进医学和环境科学技术制订出科学合理研究方案进行系统研究，使微生物菌群与肺部疾病关系的研究有了飞速进展。PM2.5与呼吸系统疾病住院的相关性研究多见于欧美国家，我国对此类研究较少[23-24]。儿童正处在生长发育期，各大系统正处在健全完善免疫机制时期，对低浓度PM2.5较为敏感，PM2.5浓度与儿童呼吸系统健康的关系应引起特别关注[25-27]。对于PM2.5影响儿童的呼吸系统健康，肺功能是反映人体呼吸系统健康状况的重要指标之一。目前的研究多集中于PM2.5与成人每日死亡率的剂量-反应关系，引起呼吸道感染甚至死亡[28-29]。机体通过免疫细胞活化，产生抗体，免疫复合物，吞噬细胞功能增强，以及各种细胞因子之间互相调节来清除PM2.5，同时也达到修复肺组织损伤的目的。因此，肺部的炎性反应是呼吸系统一种正常的防御机制，但是，严重而长久的炎性反应会导致肺组织的负担增加，呼吸道免疫功能和抗感染能力下降，引起组织增生纤维化，致使慢性支气管炎发病率和呼吸道易感染率明显升高[30]。肺功能下降与大气污染有关，主要表现为长期的慢性炎症、阻塞性肺通气功能障碍[31]。慢性阻塞性肺病（COPD）患者因长期暴露于细颗粒物PM2.5中可加重慢性炎症损伤，肺泡的巨噬细胞吞噬功能下降，免疫应答减弱，此时受到PM2.5攻击时炎性反应更加明显，导致COPD患者病情严重化[32]。急性上呼吸道感染（AURl）系由各种病原菌引起的上呼吸道炎症，简称上感。当人体受凉时，呼吸道血管收缩，血液供应减少，局部抵抗力下降，病毒便容易侵入。反复呼吸道感染是指1年内反复患上呼吸道感染5～7次以上或支气管炎、肺炎2～3次以上，发病率在20%左右，是小儿最常见的疾病，起病急，全身症状为主，局部症状较轻，以后随年龄增长而下降[33]。

3 呼吸道益生菌发展前景

越来越多的研究阐释了复杂的呼吸道微生物组成及在多种临床疾病过程中的作用，探討了大气污染对呼吸道菌群的影响机制，筛选出呼吸道优势菌，为探索呼吸道疾病治疗方法开辟了新途径[34]。在基础微生态学研究领域，研究最多的是肠道微生态，肠道微生物是人体重要的免疫组织，通过调节胃肠道菌群来治疗炎症性肠病。同样，呼吸道优势菌对呼吸道微生物群的调节也有望成为慢性呼吸道疾病治疗的方案之一[35]。有研究报道，呼吸道中药微生态制剂选取呼吸道常用并对呼吸道具有特异疗效的单味中药或成方与呼吸道优势菌结合进行发酵，最大限度发挥中药和菌群两者对呼吸系统的作用[36]。还有研究表明，经口给予某些特定益生菌如加氏乳杆菌等能降低哮喘患儿症状的严重程度，并改善其肺功能。直接呼吸道给予益生菌制剂例如喷雾或含漱的方式可作为口服应用以外的新途径[37-38]。

4 展望

大气污染对健康的影响很复杂，一方面是人群健康影响因素的复杂性，另一方面是人群中个体差异反应的复杂性。这其中包括个体敏感性，人的健康状况、生理状态、遗传因素，均可影响人体对环境异常变化的反映强度和性质，因此在研究环境与健康课题时也要统筹考虑。现代诊断、治疗、预防等医疗措施，无论作用于人体或作用于微生物都将破坏人体的微生态平衡，如抗生素的应用。自抗生素问世以来，对抗感染的治疗起到不可否认的效果，但同时破坏正常菌群引起菌群失调等疾病。现代医学从治疗医学，预防医学，发展到了保健医学。而微生态学是保健医学的基础，是在微观层次上研究人与环境的生态平衡与生态失调的科学[39]。

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（收稿日期：2017-12-15 本文编辑：李岳泽）