空气污染对居民健康影响的研究述评

武文娟 何素艳

太原理工大学，山西 晋中 030600

1 引言

空气污染是现代全球最大的环境健康威胁之一。在WHO公布全球疾病负担报告中，据估计因空气污染造成过早死亡的每年大约有800万人，居民承担着巨大的健康风险。综合《全球疾病负担2010》和《柳叶刀》2018年刊载的文章，全球因空气污染中的颗粒物造成过早死亡人数，仅在八年时间由322万人增加到420万人。Foreman et al（2018）提出未来20年，空气污染物中的颗粒物将成为全球第7致死因子。[1]颗粒物对健康的危害极其严重，目前中国已经是空气污染最严重的国家之一，空气污染在我国的致死因子中排第4位，因此在我国空气污染的关注度越发增多，大范围的几次雾霾事件成为了人们的议题。

2 资料来源

研究借助CiteSpaceⅤ（版本号为5.6.R3）软件进行文献梳理，在中国知网（CNKI）数据库，以专业检索式“SU=(空气污染+雾霾+细颗粒物+PM2.5+PM10+重污染)* 健康”，检索到核心期刊文献801篇，以专业检索式“SU=(空气污染+雾霾+细颗粒物+PM2.5+PM10+重污染)*健康”查被CSSCI收录的文献131篇。分别在Web of science、science online以“Air Pollution”“Haze”“fine particles”“PM2.5”“PM10”“heavy pollution”“health”为标题词检索到与本研究内容相关性高的外文文献1777篇，找到相关书籍10余本；中文文献选131篇c刊，外文文献通过手动筛选出815篇与主题相近的文献，以此为数据对中外文文献进行知识图谱分析，参数设置：在运行窗口“Time Slicing”中将时间选择为“From 2000 To 2020”，把“Years Per Slice” 设定为“1”；其次Node Types中选择“Keywords”，最后进行阈值项设置，生成知识图谱，根据图谱节点及节点连线，分析空气污染对居民健康影响的研究热点并展望，为国内研究提供借鉴，为实践总结经验和提供指导。

3 污染暴露数据来源分析

3.1 获取暴露信息的途径

暴露信息的获取有很多途径和方式，不同的学者面对不同需求采用不同的获取方式，包括数据的准确性、精确度、易获性等。国外很多学者从环境监测中心监测获取污染暴露信息的数据，如在中国环境监测中心收集某个地区每日空气污染数据以及中国气象局的每日天气指数。环境部可以通过遍布全国的遥控空气质量监测和管理网络监测环境空气质量，通过公用电话网连接到环境大楼的中央控制站。这项研究使用美国环境保护局制定的污染物标准指数监测每日空气污染浓度。[2]政府部门发布的实测空气质量数据，在发达国家相应工作已经很完善，这类数据在目前状况下具有相当大的权威，但也存在一定的缺陷，如站点设置不合理，部分监测指标缺失和数据可获取性差等。有很多学者采用天气研究与预测化学模型（WRFChem）模拟雾霾事件中PM2.5浓度。经与地面监测数据的比较，此模型能准确反映污染浓度。Gao（Gao，2015年）等人在研究中使用此模型监测暴露信息，将数据引用到研究中。[3]有的研究者会将污染空气收集到盒子或过滤器中去做实验，将盒子中空气质量指数作为实验参考数据。并且我国学者采用全身暴露染毒系统模拟空气污染状态，直接获取系统内数据作为空气污染暴露数值。

3.2 污染所致人体危害的数据来源

从指定医院通过合理途径获取相关体检数据暴露于污染后人体身体会有一系列症状发生，身体有不舒服的症状就去医院做相应的检查。在雾霾事件期间，急诊室就诊、问诊就诊人数及总住院人数增加，包括呼吸道疾病病例、鼻炎病例、心血管疾病、抑郁症、癌症、结膜炎等病例，甚至是面临死亡，死亡人数也在增加。政府部门在一定的时间段会发布相应的统计资料，如人口普查资料、卫生统计年鉴和疾病监测资料等，便于从宏观区域层面研究居民的健康变化状况。WHO公布全球疾病负担报告，具体提供全球100多个国家和地区居民的死亡与发病成因，数据的准确性相对较高。这也可以作为获取人体健康数据的途径之一。在国内外，很多研究者在采集相应时间段的病例数进行数据分析得出结果，有其他学者做相关性实验，把受试对象放入到有着污染的容器中，观察受试对象的身体状况，但这种方法仅适用在动物身上，从伦理道德方面考虑，此方法不适用在人体实验中。

4 空气污染对人体的危害

4.1 空气污染对机体健康的危害

国内研究倾向于在一定程度上探讨了空气污染与健康效应之间的关系，得出一些定量结果。而国外的研究针对于空气污染引起的死亡率和住院率的流行病学研究，可吸入颗粒物空气污染对人体健康的影响，并且哮喘及各类疾病和空气污染之间的关系也是研究热点之一，尤其较关注儿童。一项生态研究报告了2006-2011年广州尘埃霾和死亡率的调查结果。调查发现，轻度、中度和重度雾霾天分别占3.4%，6.8%和10.4%，死亡率分别增加了 10.4%。PM2.5 和 PM10 浓度每立方米增加10 μg， 每日心血管死亡率分别增加0.55%和0.36%，每日呼吸系统死亡率分别增加0.74%和0.47%（Liu et al.,2019）。雾霾发作期间，呼吸系统症状和主诉症状占主导地位，雾霾中的颗粒物进入到人体呼吸系统，转而进入肺部，影响到了肺功能的正常运作PM2.5在肺部区沉着，溶于血液，作用于全身；不溶性部分沉积在肺部，诱发或加重炎症，呼吸系统疾病是雾霾污染的重要不良后果。有研究显示，雾霾污染可能会增加呼吸道感染的风险，包括甲型禽流感（例如H 7 N 9）。例如，在上海，与上年同期相比，因呼吸道感染而进入医院传染病科的患者入院人数在三个月内增加了三倍以上。[4]对呼吸道症状的研究也有助于描述雾霾严重程度与呼吸道症状的存在之间的剂量依赖性关系。雾霾研究提供了急性不良健康影响的证据。PM2.5污染物是雾霾形成的主要原因，其可通过吞噬作用、微胞饮作用、小凹腔作用、网络蛋白等途径内化进入HUVEC细胞，造成线粒体和溶酶体结构和功能的损伤，从而引起人身体机能的变化，引起不同身体疾病。[5]《欧洲心脏杂志》在2018年发文指出，颗粒物在空气污染对血管破坏方面起主导作用。超细颗粒物通过进入血液，被血管吸收，并引起局部炎症。进而动脉粥样硬化，导致急性心肌梗死、心力衰竭和心律失常等疾病的发生（Munzel et al.，2018）。[6]雾霾事件期间由于心血管疾病而导致的门诊和住院人数显著增加，雾霾天数与急性心血管疾病病例数之间呈正相关（r = 0.55）（Chen等，2013；Zhang等人，2014b）。[7-8]一项随访研究发现，随访者居住空气质量较差的地区，其出生到18岁时，空气污染指数对BMI指数影响极大，空气颗粒物刺激肝脏细胞产生大量炎症因子，导致机体产生胰岛素抵抗，胰岛素敏感性降低[9-11]。有关流行病学和实验研究结果显示，发现空气污染可经由局部炎症因子的激活引发炎症级联反应，导致全身性慢性低度炎症，进而促进肥胖和糖尿病等代谢性疾病的发生。[12-13]雾霾天气期间的灰色天空和能见度降低会影响心理健康，并加重抑郁症的症状。[14]长期暴露于空气污染可能导致细胞因子和活性氧种类的增加[15]，据报道，这与企图自杀的历史显著相关。动物模型实验证据表明，长期暴露于环境细小颗粒物中，引起抑郁症等疾病，抑郁症状的表现会更明显，在老年妇女中表现的尤为明显。流行病学跟踪研究发现，在超过美国环境保护署（U.S Environmental Protection Agency，EPA）标准的微小颗粒物PM2.5空气污染环境中生活11年，老年女性痴呆症发病率增加2倍，而总人口的痴呆症发病率增加20%（Cacciottolo et al.,2017）。研究表明，空气污染会导致抑郁症、阿尔兹海默症等神经系统疾病。空气污染对机体健康的危害机制十分复杂，可吸入颗粒物不仅可以作用于呼吸道，引发呼吸道感染、哮喘、慢性阻塞性肺疾病和肺癌等呼吸道疾病，继而还会产生连续反应，激活局部炎症因子引发炎症级联反应，导致心血管疾病、神经系统疾病、糖尿病等多种疾病或增加这些疾病发病的风险，造成大量的过早死亡。

4.2 空气污染对运动人群健康的危害

人体进行运动时，呼吸方式会从以鼻呼吸为主逐步变为以口呼吸或口鼻呼吸的方式，呼吸频率增加，肺扩散能力增强，产热量增加。空气污染状态下运动有很多细颗粒物通过不同途径进入机体内，造成机体损伤，进而引发一系列疾病。目前从事户外运动的人口数量很庞大，这类运动参与者承担着暴露于空气污染下运动造成危害的风险。长期暴露在雾霾天气下运动存在一定的风险，PM2.5所致的氧化应激、炎性损伤等是引发运动人体损伤的重要分子生物学机制（乔玉成，2015），使运动员运动能力下降，也会导致机体肺功能降低、免疫功能下降和心血管功能及微循环损害等身体不适或生理病理改变，并分析研究提出PM2.5污染可增加运动人群心血管系统的损害，增加心血管疾病的发病几率，对患有心血管疾病者来说，危险性更大，可随时增加复发的可能，提示患心血管疾病等易感人群在污染环境下进行运动锻炼时应更加注意防护。刘晓莉等研究还发现，空气污染区经常参加户外体育锻炼的人群的VC(肺活量)、V02（摄氧量 ）、V02max（最 大摄氧量 ）、VQmax ／kg（最大耗氧量 ）、02P(氧脉搏)、METs(代谢当量)等肺功能指标显著低于污染区以及洁净区不参加体育锻炼的健康人群，研究结果表明大气污染对运动人群呼吸系统的危害明显大于普通人群。研究表明，短期/一次性污染物中进行运动可导致机体肺功能降低、免疫功能和心血管功能及微循环损害等身体不适或生理病理改变，这种机体改变与颗粒物浓度有关，大多为暂时/急性机体损伤。Giles（2014）等研究在高浓度颗粒物环境下从事 20min运动后，再在相同污染环境下进行6 min 最大载荷功率自行车试验测试，测试结果显示，受试者运动能力显著下降（Giles et al.）。Cutrufello等人通过研究提出，运动员在参与高浓度污染物的赛场环境后，肺动脉高压升高（Cutrufello et al.,2011;Rundell et al.,2008）。在我国，刘晓莉等（2009）学者采用全身暴露染毒模拟空气污染，这种SO2污染条件下进行运动，观察运动大鼠机体产生的损伤状况，研究发现运动组比安静组发生的氧化损伤现象严重。SO2污染导致运动大鼠心肌胶原纤维形态结构发生异常重塑，最终使大鼠的心功能产生显著的负性变力性效应（陈平 等，2017）。还有少量研究者通过观察发现长期在空气污染下进行运动，运动参与者的肺功能下降、炎症发生，心血管疾病发病率升高，并且提示运动无法抵消空气污染对身体造成的伤害（Bos et al.,2013;Stieb et al.,2017）。Kubesch等人提出进行身体活动降低心肌梗死的发生率和复发率不会因暴露于空气污染而降低，运动带来的益处无法抵消暴露于空气污染运动带来的危害（Kubesch et al.，2018）。覃飞等人（2020）发现 PM2.5＜ 100 μg/m3时，即空气质量等级为优秀或良好时，成年人运动相对安全，且长期运动可对机体产生良好效应，当PM2.5＞100 μg/m3时，机体损伤风险性升高。[13]但伴随着污染物浓度的升高，污染物成分及受试者的健康状况（是否患有心肺系统疾病）也成为主要的考虑因素。因此，应合理进行体育活动，避免在极端污染环境下运动，合理选择运动场所，继续保持运动的良好习惯。此外，还有一部分特殊人群，如对空气质量更加敏感的儿童和老年人，儿童由于处于器官发育阶段，容易受到空气质量的负面影响。要建立健康科学的生活方式，保障各群体合理应对，而不是盲目地直接停止锻炼。所以需要面对不同人群，针对个体实际情况，开展大样本人群实验，确定不同人群的安全阈值。实验研究和流行病学调查显示运动有益于健康。研究显示，大强度运动与PM2.5毒性作用的综合，会加深颗粒物对运动人体的损伤。但也有研究认为，长期有规律性的运动可以抵消空气污染对机体造成的损伤，运动带来的益处大于空气污染带来的危害应。目前的研究资料尚不充足，需要多提供长期空气污染下运动损害机体的实验数据；开展大样本人群实验，构建流行病学健康风险模型，为针对不同人群安全阈值的确定提供分析资料。