可吸入顆粒物環境暴露

可吸入顆粒物主要經呼吸道進入人體，也有一小部分可通過消化道或皮膚進入人體。但只有吸入方式是顆粒物對人體健康產生直接效應的唯一暴露途徑。顆粒物上附著的其他化學成分的暴露途逕取決於其自身，主要暴露場所包括室外空氣、室內空氣和工作場所接觸。

環境水平及人體暴露

環境水平和人體暴露

據統計，地球上每年PM₁₀的生成量約為幾十億噸。成年人平均每天要呼吸約13.6kg（合10m³）的空氣，兒童呼吸的空氣量大於他們的體重，工作和運動量大的人如運動員等呼吸的空氣量更大。一個成年人一晝夜會吸入數萬個大氣顆粒物。

可吸入顆粒物是我國許多城市和地區空氣的首要污染物。2001年在監測的341個城市中，64.1%的城市顆粒物年均濃度超過國家環境空氣品質二級標準，29.2%的城市超過二級標準。

暴露途徑

可吸入顆粒物主要經呼吸道進入人體，也有一小部分可通過消化道或皮膚進入人體。但只有吸入方式是顆粒物對人體健康產生直接效應的唯一暴露途徑。顆粒物上附著的其他化學成分的暴露途逕取決於其自身，主要暴露場所包括室外空氣、室內空氣和工作場所接觸。

毒性閾值

目前針對PM₁₀的劑量－反應關係進行了流行病學研究，但是對其毒性閾值的研究證據很少，還沒有闡明PM₁₀人體健康負效應的閾值。事實上低濃度範圍顆粒物的暴露雖然會產生健康危害效應，但其濃度值並沒有顯著高於環境背景值。例如，在美國和西歐國家，產生健康危害效應的PM_2.5濃度估計只比環境背景高3～5μg/m³。另外，個體的暴露水平和在特定暴露水平下產生的健康效應存在差異，因此，任何標準或準則都不可能完全保護每個個體的健康不受顆粒物危害。WHO鼓勵各國採用一系列日益嚴格的顆粒物標準，通過監測排放的減少來追蹤相關進展，實現顆粒物濃度的下降。

生物效應

在動物和人體內的代謝動力學比較

吸收/分布/排泄

吸入、沉積：吸入顆粒物的劑量和在肺內的沉積地區與其直徑、形狀、呼吸的潮汐量、呼吸形式等有關，顆粒物越大、呼吸頻率越快，顆粒物在呼吸道近端沉積越多，而顆粒越小、呼吸頻率越慢則在遠端沉積增加。在正常的鼻呼吸情況下，大於10μm的顆粒物通常被鼻和呼吸道排出，小於10μm的顆粒物可以吸入下呼吸道，5～10μm的主要沉積在大的傳導性呼吸道，2.5～5μm的主要沉積在小的傳導性呼吸道、接近於呼吸性細支氣管部位，PM_2.5易於沉積在細支氣管和肺泡區域並可能進入血液循環；當用嘴呼吸時，在胸外呼吸道的沉積減少而在呼吸道深部的沉積增加（WHO，2000）。顆粒物的大小與肺沉積總量呈反比。國際放射性輻射防護委員會（ICRP）根據顆粒物在肺部的沉積和清除機理，將呼吸道分為鼻咽、氣管支氣管、肺泡三個區，不同粒徑的顆粒物在各區的沉積百分率不同。按照LosAlamos標準，不同粒徑顆粒物可到達肺部無纖毛區的比例：>10μm為0，5μm為25%，3.5μm為50%，2.5μm為75%，2μm為100%。研究表明顆粒物暴露24h後，2.5μm存留77%，而8.2μm的存留15%。

吸收：影響吸收的重要因素是顆粒的大小和化學物質的水溶性。粒徑≤2.5μm的細顆粒可吸收入血液。PM_2.5沉積於肺泡區後，由於肺泡區表面積大，肺泡壁上有豐富的毛細血管網，可溶性部分很容易被吸收入血液，作用於全身。不溶性部分沉積於肺泡區，若不被清除，則作為異物引發多種健康效應。

清除：大多數的沉積顆粒物通過多種機制被清除出體外。黏膜氣道的不溶性顆粒物在主要通過黏膜纖毛運動於24～48h內被排出。在肺內的不溶性顆粒則主要通過肺泡巨噬細胞，其過程需要數周乃至數年。

代謝及其產物

體內外研究表明，沉積在肺組織和被巨噬細胞吞噬的顆粒物可與機體發生複雜的生物化學反應，誘導細胞產生自由基、介導氧化應激反應，刺激細胞釋放炎性因子、造成炎性損傷，進而發生廣泛和複雜的生物效應。吸收入血的顆粒物可影響體內許多生物化學過程。PM_2.5與一些心血管系統因素如血黏度、血漿纖維蛋白原水平、C反應蛋白（CI）、內皮素水平、血壓等存在密切相關，並激活NF-κB。目前，對顆粒物在人體的代謝則研究甚少。顆粒物可作用於全身各系統器官，主要引起呼吸系統、心血管系統、免疫系統、神經系統、血液系統、生殖系統等損傷，甚至導致成人和兒童死亡率增加。可吸入顆粒物毒性機制尚未完全闡明，但是自由基損傷和炎性損傷假說得到了大量實驗的支持以及許多研究者的普遍認同。

體內和體外效應

針對可吸入顆粒物的體內外試驗很多，動物實驗多與人群流行病學研究結果一致。目前認為細顆粒物可能通過氧化、炎症刺激以及對遺傳物質的作用等對機體造成損害，但對其致病機制還不是十分清楚，需要進一步探索其生物效應。根據研究結果已經提出的幾種損傷假說，從不同的角度解釋了顆粒物的毒理學作用機理，其中主要包括過渡金屬離子損傷假說、炎細胞和細胞因子假說、以顆粒物物理特性為基礎的損傷假說、酸性氣溶膠損傷假說和以顆粒物上有害有機物的毒性效應為基礎的損傷假說等。細顆粒物還有DNA炎性損傷作用。但是還沒有一個較完善的假說可以全面地解釋顆粒物對人體的毒性作用。

顆粒物的毒性效應取決於顆粒物的濃度、粒徑、化學組成、吸濕性、可溶性和環境的溫度、濕度、pH值以及實驗動物本身的健康狀況等，其中濃度和粒徑是最重要的兩個因素。不同粒徑（<1.7μm、1.7～3.7μm和3.7～20μm）大氣顆粒物的大鼠肺毒性實驗表明，接受最小粒徑顆粒物的大鼠受到了最大的傷害，大鼠的肺損傷最嚴重，且顆粒物表面的化學組分對其毒性的作用是最主要的。

人體效應

國外已經進行了大量有關顆粒物的流行病學研究。無論是已開發國家還是開發中國家，可吸入顆粒物對公眾健康影響的證據都是一致的，即目前城市人群所暴露的顆粒物濃度水平，會對健康產生有害效應。隨著顆粒物暴露水平的增加，各種健康效應的風險也會隨之增大，流行病學研究表明，顆粒物的短期或長期暴露都會對人體產生不利的健康效應，所有人群都可受到顆粒物的影響。但是，礦物燃料和生物質燃料的燃燒產物毒性的流行病學研究較少。

顆粒物對人體的毒性作用不僅取決於顆粒物本身的理化性質和環境條件，還受機體的年齡、營養、健康狀況、活動狀態、意識情況等因素影響。目前已知的可吸入顆粒物對人體的影響是多方面的，主要造成呼吸系統和心血管系統的危害，包括心肺功能降低、心血管病的日死亡率增加、兒童哮喘病發病率增加、癌症發病率增加。

（1）呼吸系統：能刺激和腐蝕呼吸道黏膜和肺細胞，降低呼吸道防禦機能。長期作用下，可使呼吸道防禦機能降低。使鼻炎、慢性咽炎、慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫、塵肺等呼吸系統疾病惡化，甚至引起哮喘等過敏性疾病和矽肺、石棉肺、肺氣腫等肺病，乃至死亡率增加。刺激肺部，導致肺部出現急性炎症，表現為中性粒細胞大量局部滲出。影響肺功能，有損於肺部呼吸氧氣的能力。使肺泡中的巨噬細胞的吞噬功能和生存能力下降，導致肺部清除污染物的能力降低。可吸入顆粒物對呼吸系統最嚴重的危害結果是使肺纖維化，引發各種呼吸系統病變。流行病學研究顯示，細顆粒物與疾病發病率和死亡率的上升有關，尤其是心臟病和肺部疾病。多個國家和地區的研究表明，顆粒物與兒童哮喘密切相關

（2）心血管系統：大量流行病學研究發現，大氣顆粒物，尤其是細顆粒物的污染水平與心血管系統的超額發病和死亡密切相關，在青少年、老人和原有心肺疾病者等敏感人群中尤其明顯。但對於其毒性機制的研究較少，毒性機制尚不清楚。有流行病學研究表明，PM_2.5濃度增高可能導致急性炎症反應。一些臨床試驗表明短期的PM_2.5暴露會引起健康者心率變異性（HRV）的減低。

（3）血液系統：細顆粒物的吸入有可能使健康機體的血液系統產生微妙的改變，引起細胞數量和組分變化。顆粒物所致的肺部瀰漫性炎症將可能波及血液系統，造成凝血機制的異常，引發心血管事件。

（4）免疫系統：引起巨噬細胞的數量和活性的改變，降低免疫功能，增加對細菌、病毒等感染的敏感性，使機體對傳染病的抵抗力下降。病原微生物隨PM₁₀進入體內後，可使機體抵抗力下降，誘發感染性疾病。

（5）神經系統：帶有鉛的細顆粒物在肺內沉著後極易進入血液系統，大部分與紅細胞結合，小部分形成鉛的磷酸鹽和甘油磷酸鹽，然後進入肝、腎、肺和腦，幾周后進入骨內，導致高級神經系統紊亂和器官功能失調。表現為頭疼、頭暈、嗜睡和狂躁嚴重的中毒性腦病。

（6）生殖系統：有大量研究表明，顆粒物引起圍產兒、新生兒死亡率的上升，低出生體重、宮內發育遲緩（IURG）及先天性功能缺陷。顆粒物中的活性成分由母體呼吸道吸入，高濃度的生物活性化合物如PAHs和其含氮衍生物等毒性物質會干擾母體的一些正常的生理代謝過程，影響胎兒的營養與發育。毒物也可能直接通過胎盤作用於胎兒。

（7）兒童的生長發育：影響兒童的生長發育和免疫功能。

（8）致癌性：可吸入顆粒物還容易吸附空氣中的多環芳烴、多環苯類等致癌物質，導致癌症的發病率升高。

（9）死亡：導致患有心血管疾病、呼吸系統疾病和其他疾病的敏感體質患者的過早死亡。美國的流行病學研究表明，當日均PM₁₀質量濃度每增加50μg/m³，死亡率平均增加4%～5%。據估計，PM₁₀導致了美國每年6萬人和英國每年1萬人的死亡。美國的一項研究表明，無論是來自煤煙型污染為主（以SO₂和顆粒物排放為主）的城市，還是來自交通型污染為主（以二次污染物－光化學氧化物為主）的城市，當PM₁₀每增加10μg/m³時，將導致嬰兒早產死亡率增加1%。

近年來超細顆粒物（Ultrafine particles，UP）顆粒物的研究引起了科學界和醫學界的廣泛關注。有相當多的毒理學證據表明超細顆粒物對人體有潛在的健康危害，但現有的流行病學研究證據還不足以推定超細顆粒物的暴露－反應關係。

人體健康防治措施

人體防護

（1）職業接觸者應該佩戴防塵口罩和護目鏡，並按照顆粒物化學成分進行特異防護。對易感人群和高危人群進行篩選，患有心肺疾患等敏感人群應遠離作業場所。

（2）對於環境接觸，在環境的顆粒物濃度較大時如沙塵天氣，應及時關閉門窗，外出時佩戴防塵口罩和護目鏡。進入室內用清水漱口並清理鼻腔，以減輕感染的幾率。

應對措施

對於一次顆粒物排放的控制主要是採用除塵器，對二次顆粒物則只能控制其前身物質。