大氣顆粒物暴露及其健康效益評估方法研究

楊相龍，黃碧捷，徐杰佳，張茂榮

(江漢大學 化學與環境工程學院，湖北 武漢 430056)

1 引言

顆粒物(PM)污染，尤其是PM2.5，已成為影響我國居民健康的重要環境因素之一[1]。隨著《大氣污染防治行動計劃》(2013年)等大氣污染控制政策與相關措施的推行，我國空氣顆粒物污染問題得到了很大程度上的改善。如何量化諸如顆粒物等污染物帶來的健康損失，或者說如何評估污染治理措施帶來的健康收益一直都是熱門的研究課題。評估顆粒物污染造成的健康危害及其經濟損失，可以為城市進行生態文明建設時對顆粒物污染防治政策的成本效益分析提供建議和參考意見。近年來，研究者們在這一領域的探索與實踐也形成了健康效益評估的基本思路和方法。

2 大氣顆粒物危害與暴露評估

大氣顆粒物(PM)對人體健康的影響與其化學成分和粒徑大小顯著相關[2]。長期暴露于高濃度PM10中會引起咳嗽、哮喘、支氣管炎等呼吸系統疾病。PM2.5對人群的危害更大[3]，能穿透肺部進入血液循環，導致心血管疾病，甚至能致敏感人群急性死亡，給人口帶來嚴重的健康風險和經濟損失[4]。以PM2.5為主體的大氣復合污染及其帶來的健康效應是當前研究的熱點之一。如何客觀、準確、量化的評估顆粒物的實際暴露水平是進行人群健康效益評估的基礎。關于暴露分析方法的研究，以是否對研究對象直接測量可以劃分為直接法和間接法。

2.1 直接法

直接法主要分為：個體暴露測量法和生物標志法兩類。個體暴露測量是直接對個體監測和收集諸如大氣顆粒物等污染物的暴露量。該方法適用于需要準確暴露數據的小范圍的流行病學調查，但顯然不適用于對大規模人群進行評估。大氣顆粒物進入機體后會引起機體產生相應的生化反應，產生相應的可分析的生物標志物[5]。生物標志法是通過污染物及其代謝產物的體內含量來反映暴露水平。生物標志物能很好的反映機體吸收污染物與其健康的關系，能定性評估機體通過飲食、呼吸、透過皮膚等不同途徑累積的污染物，但是無法做到量化通過不同暴露途徑進入機體的污染物。

2.2 間接法

間接法主要分為：環境監測站法、問卷調查法、微環境法和模型法。其中模型法應用最為廣泛。模型法將影響暴露程度諸如外部濃度、氣象數據等多種因素結合起來建立暴露模型，通過已知數據去估算相應的暴露參數，可以用現有數據預測未來暴露水平，不需要大規模采樣。目前常用的暴露模型包括：GIS空間插值模型、大氣擴散模型等[5]。模擬的多維大氣質量模型能將數據與污染源、地理、氣候等方面的信息相結合，體現污染物的暴露特征。我國研究人員將EPA開發的空氣污染與健康效益評估模型(BenMAP)做為框架基礎，嘗試建立適用于我國本土化的計算參數體系。雷宇[6]等人通過對BenMAP模型中人口分布資料、大氣污染與人體健康影響的暴露反應關系等的修正，采用“支付意愿法”與“疾病成本法”相結合的方法，系統評估了《大氣污染防治行動計劃》實施后，PM2.5污染變化引起的環境健康效益。武衛玲等人[7]利用BenMAP模型，定量評估了《大氣十條》實施后PM2.5濃度降低折合的健康效益。通過污染物流行病學研究中得到的暴露-反應/效應關系對暴露危害進行評估也利用廣泛。例如：Huan Chen[8]等人用該方法評估了我國2015～2016年空氣污染物對死亡率的總體潛在貢獻。魏國茹[9]等人依據西安市連續3年冬季PM2.5的平均濃度與同時期的醫療數據進行Poisson回歸暴露模型評估了PM2.5暴露對居民健康損失間的關系。張夢嬌[10]等人利用綜合暴露響應模型評估了我國東部地區改善PM2.5對人群的健康效益，并分析了人口總量，人口老齡化、暴露濃度，基準死亡率的具體影響。

3 大氣顆粒物健康效益評估方法

3.1 基礎數據的獲取方法

污染物毒理學和流行病學研究是進行健康效益評估的基礎。

污染物毒理學相關的體內和體外實驗研究為大氣污染物的健康效應影響極其評估提供直接科學證據[11]，包括：不同劑量、不同種類的污染物對體外細胞生長和發育的影響及其機理。選取暴露后測定的體內和體外毒性效應的相關毒理學指標的數據是進行健康效益評估的基礎。

傳統的大氣污染流行病學是反映人類健康與空氣污染關系的研究。包括：長期效應研究、前瞻性短期研究和干預性事件研究[12]。前瞻性短期研究是當前根據時間序列去分析和預測空氣污染對健康影響的主流方法，這種方法系統相關的收集大氣污染數據和以住院率和死亡率等表征的健康數據。例如：謝元博[13]等人以北京2013年1月的重度霧霾污染事件研究暴露在高濃度PM2.5環境中人群的急性健康風險，評估PM2.5污染對北京造成的經濟損失，該經濟損失以高暴露同時期醫療系統較低暴露時增加的負荷及增加的醫療費等來表征。大氣顆粒物對健康的影響在空間上和時間上是不均衡的，呼吸系統和心血管疾病住院率在冬季受到的影響最大，對美國202個城市的研究數據表明PM2.5濃度增加10 μg/m3，呼吸系統疾病和心血管疾病的住院率分別增加1.05%和1.49%[14]。近年來，前瞻性長期效應研究興起，其從疾病健康終端去研究大氣污染健康效應，分析空氣污染與每天死亡人數之間的關系，研究空氣污染對人類健康的長期影響。已有研究結果表明：6個美國城市PM2.5的長期暴露與居民因心臟和肺部疾病的死亡率之間存在顯著正相關性，且重度污染城市的死亡率是輕度污染城市的1.26倍[15]。而對中國超7萬名中年男子的長期跟蹤調查結果表明：PM2.5濃度每升高10 μg/m3，其心血管疾病死亡率為1.8%，呼吸道疾病死亡率為1.7%[16]。

3.2 常規分析評估方法

如何將污染數據和健康數據轉化為經濟數據是進行污染物健康效益評估的關鍵。常規的分析評估方法包括：基于標準指標體系的空氣污染經濟學分析；疾病成本法；人力資本法；生命質量評價和意愿支付法等。排污費、減排補貼、環境稅等都是將污染和環保管理體系建立經濟學聯系的基本方式，體現了污染的經濟學價值損益。健康的經濟學價值往往可以用估算疾病造成的社會控制疾病所需要花費的資源，例如護理費、門診費、住院費、營養費、治療期間的交通費和旅費等的直接經濟損失的疾病成本法來體現[17]。同時，污染帶來的疾病、殘疾和早逝等造成的社會和家庭的間接經濟損失一般用人力資本法來評估。近年來，污染物健康效益評估研究者們非常關注生命質量評價，該方法通常利用生命質量評價表(包括身體狀況、心理狀況、社會活動和綜合評價等方面)和病人調查表，對大氣污染所致疾病的生命質量損失上進行了定量分析。另外，意愿支付法是國際常用的對非市場商品的價值評估方法，其通過意愿評估調查，估算居民因避免空氣污染造成的疾病所意愿支付的額外開銷[18]，如購買空氣凈化器，綠植，置業更高價格具備新風系統或良好生態環境的住宅，或生態旅游等。

3.3 地區差異因素及不確定性分析方法

當前對顆粒物污染的健康效益評估主要是根據不同國家和地區的具體情況探討適用于各自的具體評估方法和相應的模型參數。概況而言：個體經濟條件，國家和地區經濟發展狀況，空氣質量情況是主要的差別影響因素。不同的個體經濟條件會決定其不同的針對污染的個人防范控制措施的投入和遭遇疾病后的就醫治療方式，必然帶來不同的相對損益數據，例如：美國學者研究[15]發現哮喘的公立醫院入院率與居民是否有健康保險有關，低收入家庭入院率反而更高，而高收入家庭或許選擇了更高收費的私立醫院或平時投入了更多的防范或保健措施患病率較低。故而，在進行健康效益評估時應對同樣的污染造成的疾病進行不同經濟條件群體的劃分。不同國家和地區的發展情況，決定了健康效益評估中的“底線”，即評估比較中的基礎標準值。對于PM2.5的標準值而言，世衛組織制定的年和24 h平均濃度標準分別為：10 μg/m3和25 μg/m3；相應現行的美國PM2.5的年和24 h平均濃度標準分別為15 μg/m3和35 μg/m3(2006年執行，相當于世衛組織過渡期Ⅲ的指標)；我國現行的PM2.5的年和24 h平均濃度標準分別為35 μg/m3和75 μg/m3(2016年執行，相當于世衛組織過渡期Ⅰ的指標)。顯然，不同的國家和地區按照不同的標準計算顆粒物污染物的健康效益是不同的。另外，疾病并非單一某種大氣污染物帶來，而是多種大氣污染物綜合效益的結果。在進行健康效益評估時還應考慮特定國家和地區不同的空氣質量狀況。例如：Pope[19]等人研究發現不同來源的PM2.5組分和毒性對人群健康的影響不同，總死亡率和心臟病死亡率跟空氣中的 PM2.5和SO2濃度有關，在排除吸煙、飲食、職業和地理位置變化等風險因素之后，PM2.5濃度每升高10 μg/m3，死亡的發生風險增加4%，其中心肺疾病死亡的發生風險增加8%。越來越多PM2.5的溯源研究將為不同來源PM2.5的健康效益評估提供更全面和準確的背景數據信息。

以上的這些差異因素，必然帶來了顆粒物健康效益評估的不確定性。不確定性分析是健康效益評估必然要考慮的部分。為了降低研究的不確定性，主要對健康評估研究終端的選擇、暴露反應參數的選取和顆粒物危害濃度閾值等方面進行了優化或特異性研究。健康評估研究終端的選擇會影響健康效益評估的結果。健康評估研究終端既包括選擇的與顆粒物污染帶來的健康影響相關的指標體系，如顆粒物污染導致的各類急、慢性疾病的死亡率，患癌率等，也包括不同經濟條件，性別、年齡等個體差異的居民群體的篩選的科學性等。若計算健康效益中一些與污染相關聯的健康終端未計入評估，可能會低估改善大氣污染物濃度帶來的健康效益。另外，不同國家和地區的大氣污染及顆粒物成分狀況、人口的易感性和年齡分布會帶來健康效益評估模型中重要的暴露反應系數的差異，雖然大數據平臺和Meta研究分析方法能有效的從技術層面規避一定的差異性，但是若要進一步降低污染物健康效益評估研究的不確定性，還是應該建立特征的暴露反應參數體系的選取和建庫。最后，不同的經濟發展和研究認識水平，對顆粒物危害濃度閾值也應逐步準確確定，應加快大氣污染物健康效應基準研究的相關成果在國家或地方標準建設和更新中的速度，使得健康效益評估更為貼合實際。

4 大氣顆粒物健康效益評估方法研究展望

當前顆粒物污染的健康效益評估實際上是相對污染控制標準為基礎，以健康相關指標的經濟學損失為量化方式的研究，是污染若在標準限值內的假設性狀態下的定量體現。首先，顆粒物污染與具體的病癥間是否直接相關，或者說相關程度大小都基于流行病學的證據。不同顆粒物的來源造成的危害程度不一致，顆粒物中不同化學組分的交互作用及其影響程度均會對健康效益評估產生影響。這必然要求未來會更加關注流行病學調查的長期效應研究。另外，不同組分、不同來源甚至二次轉化過程的大氣毒理學相關研究也會越來越得到重視。其次，健康效益評估方法的特異性和不確定性相關研究也會加強，為了更準確地評估顆粒物污染健康效益，表征顆粒污染物治理的成效，也會加快更精確、更及時的監測智能化的發展，為健康效益評估提供精細的背景分析數據。再次，污染物健康效益評估的發展必然能為綠色GDP體系的建立和完善提供思路和操作方法的參考，相關的研究也會興起。最后，顆粒物污染健康效益評估必將促進環境科學、醫學、數學與統計學、毒理學、社會學等相關科學門類的交叉邊緣學科的研究與發展，甚至帶來新的污染治理的視角和產業更新，未來可期。