細顆粒物 PM2.5對全身各系統(tǒng)疾病的影響及相關機制研究進展

 來源：臨床肺科雜志

近幾十年來，大氣污染隨著工業(yè)化進程的進行 而加重，尤其是近年來由于汽車尾氣大量排放，空氣 污染物在大中城市呈上升趨勢，已成為人類共同面 對的嚴重危害健康的環(huán)境問題。在大氣污染物中， 顆粒物( PM) 污染對人體健康的危害最大，PM 按其 直徑的大小不同可分為粗顆 粒 ( 2. 5 － 10 μm， PM10 ) 、細顆 粒 ( 0. 1-2. 5  μm，PM2.5 )  及超細顆粒 ( ＜ 0. 1 μm)。大氣顆粒物的直徑大小決定了其 最終進入呼吸道的部位: 2. 5μm 的顆粒物在肺部沉 積量可達 83% ，而  8. 2μm  和 11. 5μm  的顆粒僅有49% 和 31% 沉積下來，顆粒物的大小與其在肺部的沉積總量呈反比。直徑大于 10 μm 的顆粒很容 易被呼吸道黏液及纖毛系統(tǒng)排除，而直徑 小于 10 μm 的顆粒物可以進入下呼吸道，特別是 PM2.5 容易 沉積于細支氣管和肺泡，并可進入血液循環(huán)。因此，除了對肺部的影響外，PM2.5 對全身各系統(tǒng)均會 造成一定的影響。本文就 PM2.5 對全身各系統(tǒng)疾病的影響及相關的機制做一綜述。

 

一、PM2.5 和呼吸系統(tǒng)疾病

 

1、PM2.5 與慢性阻塞性肺疾病

 

慢性阻塞性肺疾病( 簡稱慢阻肺) 以不完全可逆性氣流受限為特點，這種氣流受限通常為進行性 的，與肺對毒性顆粒和氣體的過度炎癥反應有關。慢阻肺已成為近年來一個重要的公共衛(wèi)生問題。預防慢阻肺急性加重( AECOPD) 更是慢阻肺預防中的重中之重。近年來的流行病學研究，認為大約 30%的 AECOPD 的病因可能和大氣污染相關。Joel 等將美國六城市大氣 PM2.5 監(jiān)測數據及日死亡數資料綜合分析，發(fā)現(xiàn) PM2.5 日平均濃度上升 10μg / m3時，人群因 AECOPD 日死亡數上升 1. 5%。毒理學實驗表明，PM2.5 可導致大鼠肺泡巨噬細胞( AM) 的吞噬功能受損，誘導 AM 細胞分泌炎性因子一氧化氮( NO) 、白介素-8( IL-8) 、腫瘤壞死因子-α( TNF- α) 等;PM2.5 還可抑制人肺成纖維細胞的線粒體琥珀酸脫氫酶活力，并引起胞質乳酸脫氫酶( LDH)和酸性磷酸酶( ACP)向細胞膜外滲漏。研究證實PM2.5 能夠對慢阻肺患者的紅細胞造成損害，使磷酸絡氨酸酶和葡萄糖6磷酸脫氫酶活性下降，陰離子交換功能及抗氧化能力下降。PM造成AECO- PD的主要機制可能為氧化應激和抗氧化失衡。本研究也證實PM2.5 短期暴露可加重被動吸煙大鼠氣道慢性炎癥和氧化應激反應。氧自由基 ( ＲOS) 的大量生成，加重了呼吸道慢性炎癥過程是 AECOPD 發(fā)生的重要原因。PM引起的氧化應激使Atg5和Beclin1表達量增加，從而在A549細胞自噬過程中起重要作用，這也PM2.5導致肺功能下降的一個重要原因。

 

2、PM2.5 與支氣管哮喘

 

支氣管哮喘是由多種細胞及細胞組分參與的慢性氣道炎癥，此種炎癥常伴隨引起氣道反應性增高， 導致反復發(fā)作的喘息、氣促、胸悶和( 或)咳嗽等癥 狀。支氣管哮喘急性發(fā)作給社會人群帶來了極大的健康危害和經濟負擔。因此避免哮喘誘因和進行相關機制的研究就顯得尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)在校正了天氣、氣溫、晝夜變化、季節(jié)、年齡等影響因素后，患者的長期居住地的PM2. 5濃度與哮喘急性發(fā)作之間依然存在著一定的相關性。在冬季，大氣中煙霧( 主要為 PM2.5 )濃度升高，尤其是升高后的第二天，可使因哮喘發(fā)作而就診的人數明顯增多; 且PM2.5對哮喘急性發(fā)作有很好的預警作用。PM2.5成哮喘急性發(fā)作的確切機制目前尚未明確，目前認為與PM2.5穿透肺泡上皮細胞，進入血液循環(huán)，在血液中釋放生物活性物質促進變態(tài)反應性炎癥的發(fā)生有一定的關聯(lián)。與氧化應激導致慢阻肺急性加重的機制相同，患者吸入的 PM2.5后，體內形成氧自由基( ＲOS) ，可使氣道上皮中的NF-κβ、激活蛋白-1( AP-1) 活化，NF-κβ的活化可使炎癥因子［IL-1β、IL-8、血管細胞粘附分子-1( VCAM-1 ) 、細胞間粘附分子-1( ICAM-1) 等］的基因表達上調。這些炎癥介質可以趨化并激活相關炎癥細胞使哮喘的慢性炎癥狀態(tài)持續(xù)存在。

 

3、PM 2.5和肺癌

 

一系列的流行病學調查研究探討了PM2.5暴露和肺癌發(fā)生之間的關系，盡管PM2.5和肺癌風險的結果在這些文章中存在差異，但絕大多數文章均證實了這種關系的存在。最新的研究發(fā)現(xiàn)PM2.5與肺癌風險的增加明顯相關，PM2.5的濃度每增加10μg / m3 ，肺癌發(fā)生的OＲ值為1. 29，95% ，CI 為 0. 95  ～1. 76。這和最近的一項薈萃研究的結果類似 OＲ= 1. 09( 95% CI: 1. 04 ～ 1. 14)。肺癌占據腫瘤發(fā)生率的第一位，使社會負擔和患者個人經濟負擔明顯加重，因此降低PM暴露的風險或許會使一大部分人群受益。PM2. 5暴露導致肺癌發(fā)生的具體機制尚不明了，可能和其產生的 ＲOS對肺上皮細胞長期刺激所致。

 

二、PM2.5 和心血管系統(tǒng)疾病

 

流行病學研究結果發(fā)現(xiàn)大氣中PM2. 5濃度在短時間內升高可誘發(fā)心律失常、加重心衰、加重缺血性 心肌病和缺血性腦卒中等。最近的薈萃分析結果顯示PM2.5暴露和心臟變異率 (  HＲV)之間存在正相關，并可提示心血管事件預后不良。動物研究表明小鼠暴露于環(huán)境PM2.5后，心臟組織中，線粒體功能受損，且與心肌收縮力降低明顯相關。載脂蛋白E基因敲除小鼠模型暴露于PM2.5后可引起血管炎癥，和動脈粥樣硬化進一步加重。PM還可通過激活 NF-κB  炎癥信號通路，進而促進血管鈣化。PM 導致心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生的機制較為復雜，存在以下幾條致病途徑: ①刺激肺上皮細胞或肺內細胞釋放前炎癥因子及血管活性介質; ② 激活肺部受體，從而影響自主神經功能;③PM2.5從肺泡上皮進肺組織間隙后可透過血管內皮細胞進入微循環(huán)，其作為外源性組織因子可激活血管內皮和凝血 / 纖溶系統(tǒng)，進而引起心血管系統(tǒng)的損傷。此外PM顆粒被認為是刺激自主神經系統(tǒng)( ANS) 的重要因素，可影響植物神經平衡，這可能通過血管收縮導致心血管風險和易感性心律失常的發(fā)生。

 

三、PM2． 5 和消化系統(tǒng)疾病

 

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確的損肝因素所致的，以彌漫性肝細胞大泡性脂肪變?yōu)橹饕卣鞯呐R床病理綜合征。研究表明西方發(fā)達國家NAFLD的患病率為20% ～ 33%，因此 NAFLD需引起足夠的重視。一項包括4582名成年人的營養(yǎng)調查顯示，血清谷丙轉氨酶( ALT) 在 環(huán)境污染物( 主要為 PM2.5 )暴露后明顯升高，在對年齡、種族、性別、體質指數、貧困收入比和胰島素抵抗等因素校正后，ALT仍明顯升高且具有PM2.5劑量后，枯否細胞出現(xiàn)明顯增殖，枯否細胞的激活可使大量細胞因子釋放，進而觸發(fā)炎癥和肝星狀細胞合成膠原蛋白，最終導致肝臟纖維化。PM還可通過酶促反應產生大量ＲOS，而氧化應激和胰島素抵 抗可能是NAFLD發(fā)生的中心環(huán)節(jié)。

 

綜上所述，PM2.5 濃度升高可造成和加重全身各系統(tǒng)損害。而這種損害包括了PM2.5 引起的機體免疫變態(tài)反應與氧化應激進而導致呼吸系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的系統(tǒng)性炎癥反應，介導了臟器損傷。因此，做好個人防護和減少污染物就顯得尤為重要。隨著工業(yè)和交通業(yè)的發(fā)展，PM2.5 污染將愈來愈嚴重，所以加強人群保護和減少大氣顆粒物污染將成為未來工作的重點。因此以后的目標應在減輕大氣污染的基礎上，做好大氣污染預測，使個人提前做好防護，從而減輕全身各系統(tǒng)疾病的發(fā)生。此外，應對相關機制進行更深入研究，為突發(fā)氣候事件給現(xiàn)有各系統(tǒng)損傷的防治奠定理論基礎，臨床依據及相應的預防策略。