王 寧 寧 淼 史 宇 楊麗閻(.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 000；.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京 000)

“十三五”開(kāi)展細(xì)顆粒物個(gè)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(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京 100012)

細(xì)顆粒物是目前復(fù)合型大氣污染環(huán)境下的典型污染物，由于其粒徑細(xì)小，極易被人體吸入至肺部而引發(fā)疾病。開(kāi)展細(xì)顆粒物個(gè)人暴露研究是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，也是實(shí)現(xiàn)國(guó)民健康長(zhǎng)壽，國(guó)家富強(qiáng)、民族振興的重要標(biāo)志。本文旨在總結(jié)細(xì)顆粒物對(duì)人體健康的影響，開(kāi)展細(xì)顆粒物的個(gè)人暴露研究的必要性以及介紹細(xì)顆粒物個(gè)人暴露研究的成功案例，為我國(guó)今后健康暴露的研究提供技術(shù)支撐。

細(xì)顆粒物；個(gè)人暴露；重量法

黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作?！洞髿馕廴痉乐涡袆?dòng)計(jì)劃》的出臺(tái)推進(jìn)了大氣污染防治工作，大氣環(huán)境質(zhì)量有所改善?！笆濉逼陂g，全國(guó)地級(jí)及以上城市重污染天氣頻發(fā)、細(xì)顆粒物濃度“爆表”等問(wèn)題依然突出。大氣環(huán)境質(zhì)量與人民群眾需求和期待仍有較大差距，民眾關(guān)心的細(xì)顆粒物濃度與人體健康影響的研究尚不多見(jiàn)。因此，“十三五”期間在我國(guó)開(kāi)展細(xì)顆粒物的個(gè)人暴露研究具有重要意義。細(xì)顆粒物(PM2.5)是“十二五”以來(lái)我國(guó)大氣污染防治工作中的重中之重。由于細(xì)顆粒物的來(lái)源復(fù)雜，有一次生成和二次生成，且粒徑細(xì)小，會(huì)被人體吸入后直接進(jìn)入肺部，引發(fā)哮喘、支氣管炎甚至腫瘤等疾病。我國(guó)在細(xì)顆粒物的污染防治方面起步較晚，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)尚不全面，尤其是對(duì)人體健康的影響的研究成果較少。本文旨在總結(jié)細(xì)顆粒物對(duì)人體健康的影響，開(kāi)展細(xì)顆粒物的個(gè)人暴露研究的重要意義，介紹細(xì)顆粒物個(gè)人暴露研究的成功案例，促使細(xì)顆粒物個(gè)人暴露工作的穩(wěn)步推進(jìn)。

1 細(xì)顆粒物對(duì)人體健康的影響

空氣中的污染物對(duì)人體健康有直接的影響。臨床方面主要表現(xiàn)在呼吸道疾病、心血管疾病、生理機(jī)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?zé)熿F事件和洛杉磯光化學(xué)煙霧事件。1952年英國(guó)倫敦?zé)熿F事件爆發(fā)的4天中，倫敦市區(qū)的大氣顆粒物最高濃度達(dá)4.46mg/m3，SO2的日均濃度達(dá)到3.83 ppm，死亡人數(shù)達(dá)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(jìn)入人體肺部，使人發(fā)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(zhǎng)期呼吸后，也會(huì)誘發(fā)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(lái)自道路揚(yáng)塵等。細(xì)顆粒物(PM2.5)，其產(chǎn)生的主要來(lái)源是日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣排放等過(guò)程中經(jīng)過(guò)燃燒而排放的殘留物，大多含有重金屬、多環(huán)芳烴等有毒有害物質(zhì)。其中，粒徑10微米以上的顆粒物，會(huì)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(jìn)入上呼吸道，但部分可通過(guò)痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對(duì)人體健康危害相對(duì)較??；而粒徑在2.5微米以下的細(xì)顆粒物，直徑相當(dāng)于人類(lèi)頭發(fā)的1/10大小，不易被阻擋，臨床表明一個(gè)正常成年人每分鐘呼吸大約16～20次，每日吸入空氣達(dá)15～20m3，被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。

2 開(kāi)展細(xì)顆粒物個(gè)人暴露研究的必要性

2.1 開(kāi)展細(xì)顆粒物個(gè)人暴露研究的起源

美國(guó)在上世紀(jì)50年代就開(kāi)始嚴(yán)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(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的大幅增加使得美國(guó)提早進(jìn)入了以臭氧和PM2.5為代表污染物的復(fù)合型污染。當(dāng)時(shí)沒(méi)有PM2.5的概念，但是因?yàn)樾姆渭膊《劳龅娜藬?shù)卻逐年增加。為此醫(yī)學(xué)工作者做了長(zhǎng)期的臨床研究。Dockery 等對(duì)美國(guó)哈佛等6 城市進(jìn)行了隊(duì)列研究。首次提出了大氣污染物的長(zhǎng)期暴露與不良健康效應(yīng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)顆粒物與心血管疾病死亡率有相關(guān)性。各大都市細(xì)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(guān)，詳見(jiàn)圖1。Pope等[1]等使用死亡率來(lái)研究大氣污染的長(zhǎng)期健康效應(yīng)，對(duì)美國(guó)50個(gè)州的超過(guò)55萬(wàn)成年人的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在控制飲食和污染物聯(lián)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(guó)6大都市平均大氣污染物濃度和死亡率的關(guān)系(其中圖例中字母代表各城市群)

2.2 我國(guó)細(xì)顆粒物污染與人體健康評(píng)價(jià)工作面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)

隨著我逐步國(guó)進(jìn)入復(fù)合型大氣污染階段，人民群眾對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲也越來(lái)越高。但細(xì)顆粒物的污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻，2015年數(shù)據(jù)結(jié)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(biāo)天數(shù)占監(jiān)測(cè)天數(shù)的比例為17.5%。僅有0.6%的城市(2個(gè)，林芝和阿勒泰)PM2.5年均濃度達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，21.9%的城市(74個(gè))達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，仍然有77.5%的城市(262個(gè))劣于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

鑒于我國(guó)大部分城市細(xì)顆粒物濃度未達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展細(xì)顆粒物污染與人體健康評(píng)價(jià)工作意義重大。很多學(xué)者認(rèn)為開(kāi)展短期內(nèi)高濃度空氣污染造成的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及健康經(jīng)濟(jì)損失研究，對(duì)推進(jìn)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(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。近年來(lái)，一些相關(guān)成果相繼出現(xiàn)。北京的謝元博，陳娟，李巍[3]等人研究選擇2013年1月發(fā)生的北京市霧霾重污染事件，采用泊松回歸模型評(píng)價(jià)全市居民對(duì)10～15日高濃度PM2.5暴露的急性健康損害風(fēng)險(xiǎn)，并采用環(huán)境價(jià)值評(píng)估方法估算人群健康損害的經(jīng)濟(jì)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(chēng)，研究表明肺癌發(fā)病與吸煙．職業(yè)致癌因子(石棉、無(wú)機(jī)砷化合物)、空氣污染，電離輻射、飲食與營(yíng)養(yǎng)等有關(guān)。其中，環(huán)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(guó)內(nèi)外許多研究稱(chēng)，“大氣污染程度與肺癌的發(fā)生率和死亡率呈正相關(guān)，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(shí)，北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院鄧芙蓉[5]的研究表明單純采用室外固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行健康影響評(píng)價(jià)，有可能由于對(duì)研究對(duì)象暴露水平的估算誤差，從而高估了室外大氣PM2.5對(duì)人群的健康風(fēng)險(xiǎn)。室外大氣PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并不能客觀地反映個(gè)體的暴露水平和健康影響。

相比采用室外固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)研究暴露水平，使用細(xì)顆粒物采樣器讓實(shí)驗(yàn)者攜帶后采集的數(shù)據(jù)分析的結(jié)果可信度會(huì)大幅提升。目前我國(guó)大氣污染流行病學(xué)研究主要以環(huán)境固定監(jiān)測(cè)站的濃度來(lái)直接反映群體平均暴露水平或個(gè)體暴露水平，多存在一定的暴露測(cè)量誤差問(wèn)題，給結(jié)果的解釋帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也制約了未來(lái)高質(zhì)量流行病學(xué)研究的順利開(kāi)展。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，暴露評(píng)價(jià)已發(fā)展成為一門(mén)比較成熟的學(xué)科，越來(lái)越多的流行病學(xué)研究采用了個(gè)體暴露評(píng)估技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)個(gè)體暴露水平的評(píng)估。因此，開(kāi)展細(xì)顆粒物的個(gè)人暴露研究是科學(xué)反映人民群眾健康水平的必要手段，也是實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)、健康中國(guó)的必要途徑。

3 細(xì)顆粒物個(gè)人暴露研究的成功案例

細(xì)顆粒物的個(gè)人暴露研究通常會(huì)受采樣方法、被驗(yàn)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(gè)人暴露的測(cè)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(dǎo)致誤差較大，因此重量法仍為捕集PM2.5的最佳方法。

個(gè)人暴露使用重量法最難以克服的問(wèn)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(qiáng)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(diǎn)為吸濕性低，但也會(huì)產(chǎn)生靜電，容易吸附一些揮發(fā)性有機(jī)物。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，形成了在氫氣氣流中進(jìn)行6小時(shí)的300℃加熱的前處理方法，經(jīng)24小時(shí)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(lái)捕集環(huán)境中的PM2.5(圖2)。

此后，雨谷、王寧等通過(guò)此方法在對(duì)環(huán)境香煙中的PM2.5個(gè)人暴露量進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究。選取了吸煙者(11人)、被動(dòng)吸煙者(10人)、不吸煙者(9人)三個(gè)群體)進(jìn)行了采樣，測(cè)量了不同人群的PM2.5暴露濃度，采用了吸光光度法測(cè)定了樣品中的多環(huán)芳烴以及環(huán)境香煙中特有的茄呢醇(Solanesyl)。

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

圖3 光散亂測(cè)定器與PM2.5低噪音捕集器監(jiān)測(cè)的PM2.5濃度比較

圖3的結(jié)果表明從濃度上看不吸煙者和被動(dòng)吸煙者的暴露濃度呈線性關(guān)系，而吸煙者的兩種測(cè)量方法中，由于環(huán)境香煙中水分的影響，光散亂法的測(cè)定結(jié)果約為重量法的兩倍。此后，在吸煙者、被動(dòng)吸煙者、不吸煙者3個(gè)群體間，運(yùn)用ANOVA分析了群體間的數(shù)據(jù)差異(圖4)。結(jié)果表明PM2.5濃度對(duì)吸煙活動(dòng)存在顯著的差異，而多環(huán)芳烴中代表物質(zhì)苯并芘(BaP)對(duì)吸煙活動(dòng)的影響無(wú)顯著差異。調(diào)查的人群數(shù)量較少，雖然不能精確的說(shuō)明問(wèn)題，但對(duì)于衡量吸煙活動(dòng)的影響，PM2.5作為標(biāo)尺更為合理。

圖4 運(yùn)用ANOVA分析群間有意義差的比較

4 結(jié) 論

本文總結(jié)了細(xì)顆粒物對(duì)人體健康的影響，開(kāi)展細(xì)顆粒物的個(gè)人暴露研究的必要性，剖析了開(kāi)展個(gè)人暴露難點(diǎn)，介紹了以環(huán)境香煙為案例進(jìn)行細(xì)顆粒物個(gè)人暴露的研究。確立了科學(xué)的PM2.5個(gè)人暴露重量法前處理方法、樣品中多環(huán)芳烴的低濃度檢測(cè)方法、以及運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理分析試驗(yàn)群體間數(shù)據(jù)相關(guān)性的方法，為我國(guó)“十三五”期間開(kāi)展細(xì)顆粒物健康影響評(píng)價(jià)工作做出重要技術(shù)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(guó)環(huán)境質(zhì)量狀況.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站內(nèi)部資料.

[3]謝元博，陳娟，李巍.霧霾重污染期間北京居民對(duì)高濃度PM2.5持續(xù)暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)及其損害價(jià)值評(píng)估[J]環(huán)境科學(xué)，2014，第35卷.

[4]賀宇彤，栗華，朱俊卿.河北省肺癌死亡趨勢(shì)分析.現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué)，2009，22期.

[5]鄧芙蓉.室外PM2.5數(shù)據(jù)不能反映個(gè)體真實(shí)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(xiàng)目資助：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“ 區(qū)域空氣質(zhì)量管理機(jī)制創(chuàng)新研究”(批準(zhǔn)號(hào)：71433007)

王寧，助理研究員，碩士，主要研究方向復(fù)合型大氣污染形成機(jī)理與控制技術(shù)政策

寧淼，副研究員，博士，主要研究方向?yàn)閺?fù)合型大氣污染控制技術(shù)與政策

X21

A

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

引用文獻(xiàn)格式：王 寧 等.“十三五”開(kāi)展細(xì)顆粒物個(gè)人暴露研究的重要意義[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：161-163.