“十三五”開展細顆粒物個人暴露研究的重要意義

王 寧 寧 淼 史 宇 楊麗閻(.環境保護部環境規劃院，北京 000；.中國環境監測總站，北京 000)

“十三五”開展細顆粒物個人暴露研究的重要意義

王 寧1寧 淼1史 宇2楊麗閻1
(1.環境保護部環境規劃院，北京 100012；2.中國環境監測總站，北京 100012)

細顆粒物是目前復合型大氣污染環境下的典型污染物，由于其粒徑細小，極易被人體吸入至肺部而引發疾病。開展細顆粒物個人暴露研究是經濟社會發展的基礎條件，也是實現國民健康長壽，國家富強、民族振興的重要標志。本文旨在總結細顆粒物對人體健康的影響，開展細顆粒物的個人暴露研究的必要性以及介紹細顆粒物個人暴露研究的成功案例，為我國今后健康暴露的研究提供技術支撐。

細顆粒物；個人暴露；重量法

黨中央、國務院高度重視生態環境保護工作。《大氣污染防治行動計劃》的出臺推進了大氣污染防治工作，大氣環境質量有所改善。“十三五”期間，全國地級及以上城市重污染天氣頻發、細顆粒物濃度“爆表”等問題依然突出。大氣環境質量與人民群眾需求和期待仍有較大差距，民眾關心的細顆粒物濃度與人體健康影響的研究尚不多見。因此，“十三五”期間在我國開展細顆粒物的個人暴露研究具有重要意義。細顆粒物(PM2.5)是“十二五”以來我國大氣污染防治工作中的重中之重。由于細顆粒物的來源復雜，有一次生成和二次生成，且粒徑細小，會被人體吸入后直接進入肺部，引發哮喘、支氣管炎甚至腫瘤等疾病。我國在細顆粒物的污染防治方面起步較晚，監測數據尚不全面，尤其是對人體健康的影響的研究成果較少。本文旨在總結細顆粒物對人體健康的影響，開展細顆粒物的個人暴露研究的重要意義，介紹細顆粒物個人暴露研究的成功案例，促使細顆粒物個人暴露工作的穩步推進。

1 細顆粒物對人體健康的影響

空氣中的污染物對人體健康有直接的影響。臨床方面主要表現在呼吸道疾病、心血管疾病、生理機能障礙和眼鼻等粘膜組織疾病等。顆粒物作為空氣污染的代表污染物，被民眾所熟知的就是世界十大公害事件中的倫敦煙霧事件和洛杉磯光化學煙霧事件。1952年英國倫敦煙霧事件爆發的4天中，倫敦市區的大氣顆粒物最高濃度達4.46mg/m3，SO2的日均濃度達到3.83 ppm，死亡人數達4000人。在這些急性的大氣污染事件中，高濃度的大氣污染物隨呼吸進入人體肺部，使人發病或加速慢性病患者的死亡。而即使大氣污染物濃度不高，在人體長期呼吸后，也會誘發慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫及肺癌等疾病，甚至減少人體壽命。一般而言，可吸入顆粒物(PM10)主要來自道路揚塵等。細顆粒物(PM2.5)，其產生的主要來源是日常發電、工業生產、汽車尾氣排放等過程中經過燃燒而排放的殘留物，大多含有重金屬、多環芳烴等有毒有害物質。其中，粒徑10微米以上的顆粒物，會被擋在人的鼻子外面；粒徑在2. 5微米至10微米之間的顆粒物，能夠進入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會被鼻腔內部的絨毛阻擋，對人體健康危害相對較小；而粒徑在2.5微米以下的細顆粒物，直徑相當于人類頭發的1/10大小，不易被阻擋，臨床表明一個正常成年人每分鐘呼吸大約16～20次，每日吸入空氣達15～20m3，被吸入人體后會直接進入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。

2 開展細顆粒物個人暴露研究的必要性

2.1 開展細顆粒物個人暴露研究的起源

美國在上世紀50年代就開始嚴格的控制煤炭和石油的燃燒，二氧化硫和顆粒物的濃度在一定程度上得到了控制，但由于在70～80年代機動車數量的大幅增加使得美國提早進入了以臭氧和PM2.5為代表污染物的復合型污染。當時沒有PM2.5的概念，但是因為心肺疾病而死亡的人數卻逐年增加。為此醫學工作者做了長期的臨床研究。Dockery 等對美國哈佛等6 城市進行了隊列研究。首次提出了大氣污染物的長期暴露與不良健康效應的關系，發現顆粒物與心血管疾病死亡率有相關性。各大都市細顆粒物大氣濃度和死亡率與硫酸鹽粒子和死亡率都呈良好的直線相關，詳見圖1。Pope等[1]等使用死亡率來研究大氣污染的長期健康效應，對美國50個州的超過55萬成年人的健康數據進行研究，發現在控制飲食和污染物聯合作用等混雜因素后，PM2.5的年平均濃度每增加10μg/m3，全病因死亡率、心血管死亡率和肺癌死亡率分別上升4%、6%和8%。

圖1 美國6大都市平均大氣污染物濃度和死亡率的關系(其中圖例中字母代表各城市群)

2.2 我國細顆粒物污染與人體健康評價工作面臨機遇與挑戰

隨著我逐步國進入復合型大氣污染階段，人民群眾對環境保護的呼聲也越來越高。但細顆粒物的污染形勢依然嚴峻，2015年數據結果表明，338城市PM2.5年均濃度范圍為11～125μg/m3，平均為50μg/m3。日均值超標天數占監測天數的比例為17.5%。僅有0.6%的城市(2個，林芝和阿勒泰)PM2.5年均濃度達到一級標準，21.9%的城市(74個)達到二級標準，仍然有77.5%的城市(262個)劣于二級標準[2]。

鑒于我國大部分城市細顆粒物濃度未達到二級標準，開展細顆粒物污染與人體健康評價工作意義重大。很多學者認為開展短期內高濃度空氣污染造成的人體健康風險評價以及健康經濟損失研究，對推進城市大氣污染防控，保證人民群眾的健康水平具有重要的科學價值和實際意義。近年來，一些相關成果相繼出現。北京的謝元博，陳娟，李巍[3]等人研究選擇2013年1月發生的北京市霧霾重污染事件，采用泊松回歸模型評價全市居民對10～15日高濃度PM2.5暴露的急性健康損害風險，并采用環境價值評估方法估算人群健康損害的經濟損失。河北省腫瘤研究所腫瘤登記辦公室教授賀宇彤[4]在文章中稱，研究表明肺癌發病與吸煙．職業致癌因子(石棉、無機砷化合物)、空氣污染，電離輻射、飲食與營養等有關。其中，環境污染特別是空氣污染被列為肺癌病因的第1位。她還在上述文章中引用國內外許多研究稱，“大氣污染程度與肺癌的發生率和死亡率呈正相關，1m3空氣中的污染物每增加10μg，患肺癌的概率就增加8%左右”。

但與此同時，北京大學公共衛生學院鄧芙蓉[5]的研究表明單純采用室外固定監測點數據進行健康影響評價，有可能由于對研究對象暴露水平的估算誤差，從而高估了室外大氣PM2.5對人群的健康風險。室外大氣PM2.5監測數據并不能客觀地反映個體的暴露水平和健康影響。

相比采用室外固定監測點的數據研究暴露水平，使用細顆粒物采樣器讓實驗者攜帶后采集的數據分析的結果可信度會大幅提升。目前我國大氣污染流行病學研究主要以環境固定監測站的濃度來直接反映群體平均暴露水平或個體暴露水平，多存在一定的暴露測量誤差問題，給結果的解釋帶來較大的挑戰，同時也制約了未來高質量流行病學研究的順利開展。在歐美發達國家，暴露評價已發展成為一門比較成熟的學科，越來越多的流行病學研究采用了個體暴露評估技術，實現了對個體暴露水平的評估。因此，開展細顆粒物的個人暴露研究是科學反映人民群眾健康水平的必要手段，也是實現美麗中國、健康中國的必要途徑。

3 細顆粒物個人暴露研究的成功案例

細顆粒物的個人暴露研究通常會受采樣方法、被驗者的器具便攜性和噪音等因素影響而制約，因此在世界范圍成功的研究案例較少。目前PM2.5個人暴露的測定方法主要包括TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance)、β射線、光散亂法等。TEOM和β射線受到便攜性的制約、光散亂法由于受到粒子密度和空氣中水分的影響導致誤差較大，因此重量法仍為捕集PM2.5的最佳方法。

個人暴露使用重量法最難以克服的問題是濾紙受外界濕度變化的影響，雨谷、王寧等[6]在排除玻璃纖維、石英纖維等吸濕性較強的濾紙后，選用涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維濾紙，此濾紙的特點為吸濕性低，但也會產生靜電，容易吸附一些揮發性有機物。經過反復實驗，形成了在氫氣氣流中進行6小時的300℃加熱的前處理方法，經24小時恒溫恒濕后裝入小型的PM2.5捕集器，使用1～3L/min程度的流量來捕集環境中的PM2.5(圖2)。

此后，雨谷、王寧等通過此方法在對環境香煙中的PM2.5個人暴露量進行了相關試驗研究。選取了吸煙者(11人)、被動吸煙者(10人)、不吸煙者(9人)三個群體)進行了采樣，測量了不同人群的PM2.5暴露濃度，采用了吸光光度法測定了樣品中的多環芳烴以及環境香煙中特有的茄呢醇(Solanesyl)。

圖2 濾紙前處理方法、被驗者攜帶便攜式光散亂測定器和PM2.5低噪音捕集器范例

圖3 光散亂測定器與PM2.5低噪音捕集器監測的PM2.5濃度比較

圖3的結果表明從濃度上看不吸煙者和被動吸煙者的暴露濃度呈線性關系，而吸煙者的兩種測量方法中，由于環境香煙中水分的影響，光散亂法的測定結果約為重量法的兩倍。此后，在吸煙者、被動吸煙者、不吸煙者3個群體間，運用ANOVA分析了群體間的數據差異(圖4)。結果表明PM2.5濃度對吸煙活動存在顯著的差異，而多環芳烴中代表物質苯并芘(BaP)對吸煙活動的影響無顯著差異。調查的人群數量較少，雖然不能精確的說明問題，但對于衡量吸煙活動的影響，PM2.5作為標尺更為合理。

圖4 運用ANOVA分析群間有意義差的比較

4 結 論

本文總結了細顆粒物對人體健康的影響，開展細顆粒物的個人暴露研究的必要性，剖析了開展個人暴露難點，介紹了以環境香煙為案例進行細顆粒物個人暴露的研究。確立了科學的PM2.5個人暴露重量法前處理方法、樣品中多環芳烴的低濃度檢測方法、以及運用統計學原理分析試驗群體間數據相關性的方法，為我國“十三五”期間開展細顆粒物健康影響評價工作做出重要技術支撐。

[1]Pope C A，Thun M J，Namboodiri M M，et al． Particulate air pollution as a predictor of mortality in a prospective study of U．S． adults [J]． American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine，1995，151( 3):669-674.

[2]2015年全國環境質量狀況.中國環境監測總站內部資料.

[3]謝元博，陳娟，李巍.霧霾重污染期間北京居民對高濃度PM2.5持續暴露的健康風險及其損害價值評估[J]環境科學，2014，第35卷.

[4]賀宇彤，栗華，朱俊卿.河北省肺癌死亡趨勢分析.現代預防醫學，2009，22期.

[5]鄧芙蓉.室外PM2.5數據不能反映個體真實暴露水平.[2016-12-05].Http://www.hlj.xinhuanet.com/info/2016-02/03/c_135069946.htm.

[6]雨谷敬史，王寧.An Analytical Method for Indoor/Personal Concentration of PM2.5by Gravimetry [in Japanese] [J]，Indoor Environment，2012，Japan 15(1)，1-6.

The Significance of Developing Study about PM2.5Personal exposure among The 13th Five-year

WANG Ning1NING Miao1SHI Yu2YANG Liyan1
(1.Chinese Academy for Environmental Planning ，Beijing 100012； 2.China National Environmental Monitoring Centre ，Beijing 100012)

PM2.5is the typical pollutant of the complex of atmospheric pollution in China. Breathing PM2.5into lung will lead to disease or cancer，as the tiny particle size. Developing study about PM2.5personal exposure is basic condition for economic and social development. It is also the mark of achieving good health and a long life，country's prosperity and national development. This study conclude the affect form PM2.5personal exposure，significance of developing personal exposure study，some cases of correlational study.

PM2.5；Personal exposure；Gravimetry

項目資助：國家自然科學基金重點項目“ 區域空氣質量管理機制創新研究”(批準號：71433007)

王寧，助理研究員，碩士，主要研究方向復合型大氣污染形成機理與控制技術政策

寧淼，副研究員，博士，主要研究方向為復合型大氣污染控制技術與政策

X21

A

1673-288X(2017)01-0161-03

引用文獻格式：王 寧 等.“十三五”開展細顆粒物個人暴露研究的重要意義[J].環境與可持續發展，2017，42(1)：161-163.