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细颗粒物 PM2.5对全身各系统疾病的影响及相关机制研究进展

来源:Air looper| 作者:Air looper| 时间:2016-11-12

近几十年来,大气污染随着工业化进程的进行 而加重,尤其是近年来由于汽车尾气大量排放,空气 污染物在大中城市呈上升趋势,已成为人类共同面 对的严重危害健康的环境问题。在大气污染物中, 颗粒物( PM) 污染对人体健康的危害最大,PM 按其 直径的大小不同可分为粗颗 粒 ( 2. 5 - 10 μm, PM10 ) 、细颗 粒 ( 0. 1-2. 5 μm,PM2.5 ) 及超细颗粒 ( < 0. 1 μm)。大气颗粒物的直径大小决定了其 最终进入呼吸道的部位: 2. 5μm 的颗粒物在肺部沉 积量可达 83% ,而 8. 2μm 和 11. 5μm 的颗粒仅有49% 和 31% 沉积下来,颗粒物的大小与其在肺部的沉积总量呈反比。直径大于 10 μm 的颗粒很容 易被呼吸道黏液及纤毛系统排除,而直径 小于 10 μm 的颗粒物可以进入下呼吸道,特别是 PM2.5 容易 沉积于细支气管和肺泡,并可进入血液循环。因此,除了对肺部的影响外,PM2.5 对全身各系统均会 造成一定的影响。本文就 PM2.5 对全身各系统疾病的影响及相关的机制做一综述。

一、PM2.5 和呼吸系统疾病

1、PM2.5 与慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病( 简称慢阻肺) 以不完全可逆性气流受限为特点,这种气流受限通常为进行性 的,与肺对毒性颗粒和气体的过度炎症反应有关。慢阻肺已成为近年来一个重要的公共卫生问题。预防慢阻肺急性加重( AECOPD) 更是慢阻肺预防中的重中之重。近年来的流行病学研究,认为大约 30%的 AECOPD 的病因可能和大气污染相关。Joel 等将美国六城市大气 PM2.5 监测数据及日死亡数资料综合分析,发现 PM2.5 日平均浓度上升 10μg / m3时,人群因 AECOPD 日死亡数上升 1. 5%。毒理学实验表明,PM2.5 可导致大鼠肺泡巨噬细胞( AM) 的吞噬功能受损,诱导 AM 细胞分泌炎性因子一氧化氮( NO) 、白介素-8( IL-8) 、肿瘤坏死因子-α( TNF- α) 等;PM2.5 还可抑制人肺成纤维细胞的线粒体琥珀酸脱氢酶活力,并引起胞质乳酸脱氢酶( LDH)和酸性磷酸酶( ACP)向细胞膜外渗漏。研究证实PM2.5 能够对慢阻肺患者的红细胞造成损害,使磷酸络氨酸酶和葡萄糖6磷酸脱氢酶活性下降,阴离子交换功能及抗氧化能力下降。PM造成AECO- PD的主要机制可能为氧化应激和抗氧化失衡。本研究也证实PM2.5 短期暴露可加重被动吸烟大鼠气道慢性炎症和氧化应激反应。氧自由基 ( ROS) 的大量生成,加重了呼吸道慢性炎症过程是 AECOPD 发生的重要原因。PM引起的氧化应激使Atg5和Beclin1表达量增加,从而在A549细胞自噬过程中起重要作用,这也PM2.5导致肺功能下降的一个重要原因。

2、PM2.5 与支气管哮喘

支气管哮喘是由多种细胞及细胞组分参与的慢性气道炎症,此种炎症常伴随引起气道反应性增高, 导致反复发作的喘息、气促、胸闷和( 或)咳嗽等症 状。支气管哮喘急性发作给社会人群带来了极大的健康危害和经济负担。因此避免哮喘诱因和进行相关机制的研究就显得尤为重要。研究发现在校正了天气、气温、昼夜变化、季节、年龄等影响因素后,患者的长期居住地的PM2. 5浓度与哮喘急性发作之间依然存在着一定的相关性。在冬季,大气中烟雾( 主要为 PM2.5 )浓度升高,尤其是升高后的第二天,可使因哮喘发作而就诊的人数明显增多; 且PM2.5对哮喘急性发作有很好的预警作用。PM2.5成哮喘急性发作的确切机制目前尚未明确,目前认为与PM2.5穿透肺泡上皮细胞,进入血液循环,在血液中释放生物活性物质促进变态反应性炎症的发生有一定的关联。与氧化应激导致慢阻肺急性加重的机制相同,患者吸入的 PM2.5后,体内形成氧自由基( ROS) ,可使气道上皮中的NF-κβ、激活蛋白-1( AP-1) 活化,NF-κβ的活化可使炎症因子[IL-1β、IL-8、血管细胞粘附分子-1( VCAM-1 ) 、细胞间粘附分子-1( ICAM-1) 等]的基因表达上调。这些炎症介质可以趋化并激活相关炎症细胞使哮喘的慢性炎症状态持续存在。

3、PM 2.5和肺癌

一系列的流行病学调查研究探讨了PM2.5暴露和肺癌发生之间的关系,尽管PM2.5和肺癌风险的结果在这些文章中存在差异,但绝大多数文章均证实了这种关系的存在。最新的研究发现PM2.5与肺癌风险的增加明显相关,PM2.5的浓度每增加10μg / m3 ,肺癌发生的OR值为1. 29,95% ,CI 为 0. 95 ~1. 76。这和最近的一项荟萃研究的结果类似 OR= 1. 09( 95% CI: 1. 04 ~ 1. 14)。肺癌占据肿瘤发生率的第一位,使社会负担和患者个人经济负担明显加重,因此降低PM暴露的风险或许会使一大部分人群受益。PM2. 5暴露导致肺癌发生的具体机制尚不明了,可能和其产生的 ROS对肺上皮细胞长期刺激所致。

二、PM2.5 和心血管系统疾病

流行病学研究结果发现大气中PM2. 5浓度在短时间内升高可诱发心律失常、加重心衰、加重缺血性 心肌病和缺血性脑卒中等。最近的荟萃分析结果显示PM2.5暴露和心脏变异率 ( HRV)之间存在正相关,并可提示心血管事件预后不良。动物研究表明小鼠暴露于环境PM2.5后,心脏组织中,线粒体功能受损,且与心肌收缩力降低明显相关。载脂蛋白E基因敲除小鼠模型暴露于PM2.5后可引起血管炎症,和动脉粥样硬化进一步加重。PM还可通过激活 NF-κB 炎症信号通路,进而促进血管钙化。PM 导致心血管系统疾病发生的机制较为复杂,存在以下几条致病途径: ①刺激肺上皮细胞或肺内细胞释放前炎症因子及血管活性介质; ② 激活肺部受体,从而影响自主神经功能;③PM2.5从肺泡上皮进肺组织间隙后可透过血管内皮细胞进入微循环,其作为外源性组织因子可激活血管内皮和凝血 / 纤溶系统,进而引起心血管系统的损伤。此外PM颗粒被认为是刺激自主神经系统( ANS) 的重要因素,可影响植物神经平衡,这可能通过血管收缩导致心血管风险和易感性心律失常的发生。

三、PM2. 5 和消化系统疾病

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明确的损肝因素所致的,以弥漫性肝细胞大泡性脂肪变为主要特征的临床病理综合征。研究表明西方发达国家NAFLD的患病率为20% ~ 33%,因此 NAFLD需引起足够的重视。一项包括4582名成年人的营养调查显示,血清谷丙转氨酶( ALT) 在 环境污染物( 主要为 PM2.5 )暴露后明显升高,在对年龄、种族、性别、体质指数、贫困收入比和胰岛素抵抗等因素校正后,ALT仍明显升高且具有PM2.5剂量后,枯否细胞出现明显增殖,枯否细胞的激活可使大量细胞因子释放,进而触发炎症和肝星状细胞合成胶原蛋白,最终导致肝脏纤维化。PM还可通过酶促反应产生大量ROS,而氧化应激和胰岛素抵 抗可能是NAFLD发生的中心环节。

综上所述,PM2.5 浓度升高可造成和加重全身各系统损害。而这种损害包括了PM2.5 引起的机体免疫变态反应与氧化应激进而导致呼吸系统,循环系统和消化系统的系统性炎症反应,介导了脏器损伤。因此,做好个人防护和减少污染物就显得尤为重要。随着工业和交通业的发展,PM2.5 污染将愈来愈严重,所以加强人群保护和减少大气颗粒物污染将成为未来工作的重点。因此以后的目标应在减轻大气污染的基础上,做好大气污染预测,使个人提前做好防护,从而减轻全身各系统疾病的发生。此外,应对相关机制进行更深入研究,为突发气候事件给现有各系统损伤的防治奠定理论基础,临床依据及相应的预防策略。

艾露普新风提供,本文转自《临床肺科杂志》,2015年5月 第20卷第5期。