R95活性炭呼吸器對減少氧化產物吸入的作用

趙志剛

R95活性炭呼吸器對減少氧化產物吸入的作用

趙志剛①

目的：探討佩戴R95活性炭呼吸器是否可以減少多環芳香烴(PAH)的攝入量，分析R95活性炭呼吸器對減少氧化產物吸入的作用，方法：選取44名街道工作人員，將其按照數表發隨機分為觀察組和對照組組，每組22名。觀察組連續2 d工作時間佩戴呼吸器，對照組則連續2 d工作時間未佩戴呼吸器，運用氣相色譜法和(或)高分辨質譜法檢測羥基多環芳烴(OH-PAH)。結果：在兩組受試者中，出租車司機占38.6%，街頭小販占34.1%。尿液中1-羥基芘濃度(1-OHP)的基線肌酐校正水平比其他國際標準高：1020 ng/g肌酐(IQR：604～1551)。佩戴R95活性炭呼吸器對1-OHP水平無顯著影響，乘數效應1.00(95%CI：0.92～1.09)；對其他OH-PAHs亦無顯著影響，1-羥基萘(1-OHN)例外，乘數效應0.86(95%CI：0.77～0.96)。結論：街道工作者的尿PAH含量較高。在大城市中空氣高度污染的地區內，佩戴R95活性炭呼吸器并不會影響尿OH-PAH水平，除1-OHN例外。缺乏效果可能是因為R95活性炭呼吸器無法有效地過濾氣相PAHs。此外，檢測出的高濃度尿OH-PAHs，提示采取有效干預措施的必要性。

尿液；污染；城市；多環芳烴(PAH)；1-羥基芘；呼吸器

當前，城市空氣污染已成為日益嚴重的健康威脅問題，這是由于工業化和經濟社會的發展導致了化石燃料燃燒的迅速增加，其產生一種復雜的大氣轉化相關的初級排放物與顆粒組成的污染混合物[1-2]。城市空氣污染在世界范圍內引起了約3%的成年人死于心肺疾病，呼吸道惡性腫瘤的病死率約為5%，兒童急性呼吸系統疾病(acute respiratory illness in children，ARI)的病死率約為1%[3-4]。由此，導致80萬人過早死亡，總計640萬的年壽命損失(year life loss，YLL)，且主要發生在發展中國家，東南亞地區占20%～39%[5]。在空氣污染水平超過世界衛生組織(World Health Organization，WHO)標準的亞洲大城市，研究空氣污染對健康的影響，并制定相關的干預措施以減少發病率與病死率。本研究通過檢測尿液中的多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH)代謝物(OH-PAHs)來確定工人的PAH吸入量，并研究通過佩戴防塵呼吸器過濾PAHs顆粒物是否可以減少PAH的吸入量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1-6月每日在街頭至少工作4 h的44名非吸煙受試者，其中男性24名，女性20名；平均年齡42.5歲；職業包括摩托車司機17名(占38.6%)，街頭小販15名(占34.1%)，安保4名(占9.1%)，自行車修理工2名(占4.5%)，街道工作人員6名(占13.6%)。將其按照數表發隨機分為觀察組和對照組，每組22名。觀察組連續2 d工作時間佩戴呼吸器，對照組則連續2 d工作時間未佩戴呼吸器，運用氣相色譜法和(或)高分辨質譜法檢測羥基多環芳烴(OH-PAH)。本研究通過牛津大學和NIOEH倫理委員會的批準，臨床試驗注冊號為ISRCTN74390617。所有受試者均簽署了書面知情同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：每日在街頭至少工作4 h的非吸煙者。

(2)排除標準：①可能導致尿中OH-PAHs水平增加的其他PAH暴露；②吸煙，在家用生物質燃料做飯；③研究期間不愿意停止吃燒烤食品；③防塵呼吸器密合度測試不合格。

1.3 儀器與材料

佩戴R95活性炭呼吸器(9913 K呼吸器，3 M，美國)。該呼吸器在0.3 mm的鄰苯二甲酸二辛酯氣溶膠測試時過濾效率至少為95%；具有活性炭，可減少異味氣體的吸入；并具有可調節鼻夾，適應性更強且能防止眼鏡起霧。活性炭已被證明能夠過濾水汽，如甲苯和苯，具有10%的突破性價值，至少可持續60 min。本研究中，所有受試者均通過了呼吸器密合度測試，并均被演示了如何正確佩戴呼吸器。

1.4 研究方法

(1)采集受試者的相關數據，包括受試者的年齡、性別、職業、體重、吸煙史、病史、生活環境以及以往使用的與本研究無關的呼吸器類型。每日填寫日記評估，其內容包括：呼吸道癥狀(打噴嚏、鼻塞、流鼻涕、咽喉疼痛、咳嗽，呼吸困難以及眼刺激等)，呼吸器舒適性，食物消耗，開始和(或)停止工作的時間，以及摩托車行駛的距離，見表1。

(2)使用貼有標簽的無菌容器，于周二和周五下午采集受試者的尿液標本(10～20 ml)。采集后，立即冷鏈運輸標本，在檢測前-80 ℃下冷凍保存。由于OHPAHs在暴露后24～48 h內可回歸基線水平，所以選擇2 d作為觀察時間期限。呼吸器為一次性使用，每日更新。通過每周的暗訪和檢查，研究小組成員對受試者的依從性進行評估。此外，當需要佩戴呼吸器時，將發送提醒短信到受試者的手機上。受試者還被要求在日記中記下是否佩戴呼吸器，見表2。

(3)本研究的主要終點為尿1-OHP，其為芘的代謝產物，是一種常見的PAH混合物成分，可作為評估PAH暴露的生物學指標。尿中1-OHP的半衰期平均最少約3.9 h，且隨著暴露時間而變化，最高可達18 h。本研究設計交叉研究來評估佩戴R95活性炭呼吸器的效果。

1.5 觀察與評價指標

(1)在研究結束時，收集的尿液樣本利用氣相色譜法和(或)高分辨質譜法(GC-HRMS)分析OHPAHs[6]。OH-PAH代謝物在人體尿液中的存在形式為葡糖苷酸和(或)硫酸結合物，使用Gilson 215型液體樣品處理器(Gilson 215 Liquid Handler)(Gilson Inc. Middleton，WI)自動液萃取出戊烯。將樣品浸提液放置在化學通風柜蒸發以除去戊烯溶劑；最后，在甲苯中重新組合，衍生出三甲基硅氧烷基衍生物。采用氣相色譜-同位素稀釋-高分辨質譜法(GC-IDHRMS)、MAT95XP儀器(ThermoFinnigan MAT，Bremen，Germany)，測定目標分析物。測量可的寧的濃度以檢測受試者在高濃度煙草煙霧的暴露程度。在尿液樣本(5 ml)中加入氫氧化鈉(5 M，15 ml)和消泡劑(酚紅，5% w/w，1 ml)，并用二氯甲烷進行萃取。通過渦流混合和離心分離后，轉移有機相至玻璃管，且在溶劑蒸發。濾渣溶于1 ml甲苯，不分流進樣2 μl，采用Hewlett Packard模型HP5890A氣相色譜儀(Agilent Technologies，Atlanta，GA，USA)和氮磷檢測器(NPD)進行分析。

表1 研究方法安排表

表2 兩組基線特征對比[名(%)]

(2)空氣中芘的濃度采用以往研究結果，1-OHP的半衰期為3.9 h。假定受試者在工作期間始終佩戴呼吸器，＞8 h的總吸入量估計約2880 L，每日尿排泄量2 L，芘的攝入量在104～789 ng/8 hours之間波動。假設R95活性炭呼吸器可減少90%的PAH攝入量，則1-羥基芘的攝入量最少(即104 ng)，基線1-OHP水平為30 ng/L，未佩戴呼吸器時尿1-OHP為82 ng/L(104 ng/2 L+30 ng/L)，而佩戴呼吸器時為35.2 ng/L([104 ng×0.1]/2 L+30 ng/L)。假設受試者內標準偏差與呼吸器的影響數值相當(對應0.85的自然對數)，雙側α水平為0.05，考慮到膳食攝入量的變動較大以及其他可能的暴露。

1.6 統計學方法

測定代謝物的尿液濃度，評估總體呼吸器效果，推導出線性混合效應模型，可用于模擬后續評估。排除可的寧陽性的受試者后(主動吸煙或二手煙暴露)，分析受試者符合方案數據集，包括受試者未表現出依從性或依從狀態未知的狀態。當模型根據年齡、性別、職業和代謝物基線值進行調整后，需要進行二次分析。所有代謝產物在分析前進行對數變換，但在分析后呼吸器效果需轉換為原數值，即報告的數值形式是乘法效應。此外，還對殘渣進行了檢測，即呼吸器效果-時間的相互作用。所有的分析都采用自由軟件R版本2.11.1(基于R的統計計算，Vienna，Austria)進行。

2 結果

2.1 OH-PAHs基線水平與 OH-PAHs 的半衰期

無受試者患有慢性肺部疾病，多數受試者住在靠近工作的地方(平均：0.5 km，IQR：0.1～1.0 km)。白晝，受試者平均每日行駛6 km(四分位數間距[IQR]：2～100 km)，在街上平均工作時間約10 h(IQR：8～12 h)。在研究之前，40.9%的受試者工作中從不佩戴呼吸器，有時是27.3%，通常為31.8%。多數受試者(88.6%)抱怨R95活性炭呼吸器很不舒服。其他人則抱怨：呼吸器太緊2名，疼痛2名，或呼吸不暢1名。所有受試者的尿中OH-PAHs平均基線濃度水平見表3。

表3 OH-PAHs基線水平(ng/g 肌酐)與 OH-PAHs 的半衰期

2.2 呼吸器效果評估

在研究階段，觀察組平均每日需佩戴呼吸器7 h(IQR：6.5～8)。1名受試者在某個研究日只佩戴了3 h，因為認為呼吸器太緊，很難呼吸。1名需要被糾正如何正確佩戴呼吸器，因為其在訪問期間佩戴不恰當。無證據表明佩戴R95活性炭呼吸器可影響尿1-OHP濃度的主要終點。調整分析和符合方案數據分析的結果(n=39，由于4名受試者尿液中檢出可的寧，1名依從狀態未知；此外，3期依從狀態未知或不依從而排除)與主要分析一致，見表4。

無證據表明存在后遺效應(F＝0.66，P＞0.05)，但存在明顯的時間效應(F＝13.61，P＜0.001)，這主要是由于兩組間第3期的檢測結果較高。也無證據表明，除1-OHN外的任何其他代謝產物佩戴呼吸器出現效果。佩戴呼吸器后，1-OHN平均降低了0.86(95%CI：0.77～0.966)。

表4 佩戴呼吸器對PAH代謝物的影響(乘法模型)

3 討論

本研究數據顯示，工人內總尿PAH代謝物的水平非常高，表明暴露PAHs濃度很高。石化行業工人較低，尤其是焦爐工人。上述數據表明空氣中高濃度的PAHs，空氣吸入是主要的暴露途徑。但由于樣本量較小，本研究無法從尿OH-PAHs濃度上證明呼吸器的效果。

除1-OHN外，在尿OH-PAH水平上看不到佩戴呼吸器的效果。對于1-OHN，空氣吸入是主要的暴露途徑，但不適用于2-OHN。考慮到其他暴露來源的存在，缺乏呼吸器效果的可能解釋是：①氣相PAHs高暴露，呼吸器無法有效過濾；②工作時間外未佩戴呼吸器，但存在PAH暴露高；③未連續佩戴呼吸器，導致吸入的PAHs由尿排泄時已代謝完畢；④存在其他暴露源，如皮膚暴露、飲食暴露；⑤本研究只在單個季節的短時期內進行，結果可能會有所影響。

本研究結果顯示，尿液中代謝物PAHs更多存在于氣相中，而不是顆粒物。高分子量PAHs主要吸附在煙塵和顆粒物，在氣相中的吸附量取決于特定的PAH和其他因素，如溫度和濃度。在研究時未對顆粒物和氣相的PAH水平進行評估，這是本研究存在的局限，因為R95活性炭呼吸器是為了過濾掉顆粒物中而不是氣相中的PAHs而設計。雖然呼吸器具有活性炭，但不足以過濾氣相PAHs。

本研究為在一個非職業的社區環境中，第一個使用呼吸器以減少PAHs暴露的隨機干預研究。大多數的研究是在職業環境中進行，相應的干預研究設計的標準指南已經建立[7-9]。有報告顯示，佩戴簡易呼吸器值班1周后，體內生物標志物明顯減少[10-12]。其他研究則設定在職業環境中使用防塵呼吸器的結果顯示，尿中OH-PAH水平降低[13-14]。上述研究未存在隨機設計，但研究表明，呼吸器可防止PAH與顆粒物相結合，這與某些相關專家的研究報告相一致[15]。

街道工人中，尿OH-PAHs(污染生物標志物)的濃度極高。但還需要進一步的干預研究，以減少存在的空氣污染有關的健康風險。在本實證研究中，在2 d的工作時間內，佩戴R95活性炭呼吸器對尿液中OHPAH的水平無影響，除1-OHN外。在隨后的研究中，呼吸器應佩戴較長的連續期間，最好是在導致污染水平變化的各種氣候條件下開展。此外，未來的研究需要考慮呼吸器是否過濾氣相PAHs。

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Effect of respirator with R95 activated carbon for reducing the breath-in of oxidative product/

Z HAO Zhi-gang//
China Medical Equipment,2017,14(8):32-35.

Objective: To investigate whether respirator with R95 activated carbon could reduce the intake of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) so as to analyze the effect of respirator with R95 activated carbon in reducing the breath-in of oxidative product. Methods: 44 subjects were divided into wearing respirator group (22 cases) and un-wearing respirator group (22 cases). The experiment period was 2d, and the gas chromatographic method and (or) high resolution mass spectrum were adopted to detect hydroxy PAH(OH-PAH). Results: In 44 subjects, the ratios of taxi driver was 38.6% and street hawker was 34.1%, respectively. In urine, the corrected level of baseline creatinine of 1-OHP concentration was higher than that of international standards: 1020 ng/g creatinine (IQR: 604-1551). Whether wearing respirator with R95 activated carbon didn't has significant effect on 1-OHP level, and its multiplier effect was 1.00 (95% CI: 0.92-1.09). Besides, it also didn't has significant effect on other OH-PAHs except 1-OHN, and its multiplier effect was 0.86 (95% CI: 0.77-0.96). Conclusion: In street workers, the OH-PAHs level in urine was higher. In the area with severe air pollution, wearing respirator with R95 activated carbon don't influence the OH-PAH level in urine except 1-OHN. The reasons might be respirator with R95 activated carbon couldn't efficiently filter PAHs. Besides, the OH-PAHs of high concentration indicates that it is necessary to adopt effective intervention.

Urine; Pollution; Urban; Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAH); 1-hydroxypyrene, Respirator

Department of Equipment, Huzhou Traditional Chinese Medicine Hospital, Huzhou 313000, China.

1672-8270(2017)08-0032-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.08.009

2017-02-21

①湖州市中醫院設備科 浙江 湖州 313000

趙志剛,男,(1979- ),本科學歷，工程師。湖州市中醫院設備科，從事設備維修保養工作。