室內顆粒物及其主要危害

蘇建忠，葛海生，曹德康，鄒 艷綜述 李增德 審校

室內顆粒物及其主要危害

蘇建忠1，葛海生2，曹德康1，鄒 艷3綜述 李增德1審校

顆粒物；室內污染；健康危害

近年來，霧霾對人體健康的危害引起社會廣泛關注，人大部分時間生活在室內，室內空氣質量對人體的影響更不容忽視。受各種污染因素的影響，室內污染通常分為氣態污染、氣味污染、顆粒物污染，其中顆粒物是室內空氣重要污染物之一，也是評價室內空氣質量的重要指標。筆者綜合國內外顆粒物污染資料，對其污染來源、理化特性、影響因素、污染狀況及健康危害等方面進行了分析,并對其研究方向進行了展望。

1 室內顆粒物的定義與分類

1.1 定義 室內顆粒物是指懸浮在封閉空間內固體和液體顆粒物的總稱[1]。空氣動力學當量直徑(dynamic diameter of particles，Dp)≤100 μm的為總懸浮顆粒物，Dp≤10 μm的為可吸入顆粒物。

1.2 分類 目前室內顆粒物尚無統一的分類方法，主要根據沉降特性和Dp分類。由于室內顆粒物的化學性質及生物健康均與Dp密切相關，通常依據Dp大小將室內顆粒物分為以下幾類[2](圖1)。其中，Dp≤10 μm的顆粒物對人體健康影響較大。

圖1 室內顆粒物分類

2 室內顆粒物的來源

主要是室內污染排出和室外污染滲透。判斷其來源是由室內產生，還是由室外滲透，可以用室內外顆粒物濃度或碳物質的比值(I/O)判定，比值≤1，說明室內沒有明顯的污染排放源，反之則相反[3]。

2.1 室內污染排出 除少量室內顆粒物的來源尚不清楚外，室內顆粒物主要由吸煙、烹飪、清潔、辦公、裝潢等人類活動排放污染(表1)[4-6]。其中，煙草、烹飪是室內環境中超細顆粒物和細顆粒物的主要污染源[7]；室內活動對顆粒物濃度的影響也很大，如清潔、辦公、裝潢，是室內環境中粗顆粒物的污染源。

2.2 室外污染滲透 室外滲透是室內顆粒物的另一重要來源；室外顆粒物來源不同，粒徑大小不一(表1)。在城鎮，由于我國城市建設處于建筑高峰期，建筑工程、城市清掃、機動車尾氣、風沙揚塵等產生顆粒物污染較重，通過建筑縫隙向室內污染滲透也相對較大；在農村，顆粒物污染的主要來源有：道路修建，燃燒用木材、秸稈，生活燃煤等高污染、低效能燃料。

表1 室內外顆粒物不同來源粒徑大小

3 室內顆粒物的理化特性

3.1 物理特性 根據其來源和Dp不同，呈現出三種模態(圖2)。粗模態主要為機械過程產生的一次污染顆粒物，其粒徑較大，懸浮時間為數分鐘至數小時，傳輸距離為1～10 km[8]，通常為粗顆粒物；積聚態主要由蒸汽凝結而形成，這種模態主要為二次污染顆粒物，懸浮時間長(數天至數周)，傳輸距離為100～1000 km[8]，依據Dp將其劃分為細顆粒物；核模態主要是由氣體分子通過化學反應成核作用或蒸汽凝結而形成，其粒徑小、數量多，容易相互碰撞而凝聚成積聚態，懸浮時間為數分鐘至 數小時，傳輸距離為1～10 km[8]。從中看出，積聚態顆粒物在空氣中懸浮的時間最長，對人體健康危害影響最大。

圖2 顆粒物模態分類

3.2 化學特性 室內顆粒物既可以吸附無機化合物，也可吸附有機化合物[6]。無機化合物包括金屬元素和無機化合物，如金屬細顆粒物及其化合物、氧化硅、石棉等；有機化合物包括碳氫化物、羥基化合物、有機重金屬及鹵素、含氮氧有機化合物等。由于室內顆粒物大小不一，富集效應強弱不等，到達人體呼吸系統的部位不同，對人體健康的影響也不同。資料顯示，Dp≤2.5 μm的可吸入顆粒物對人體健康的影響最大。

4 影響室內顆粒物的因素

影響室內顆粒物的因素很多，主要有：室內通風方式、顆粒物的懸浮沉降、污染源狀況及過濾器使用情況等。

4.1 室內通風方式 室內通風方式有三種：機械通風、自然通風和滲透風[9]。機械通風和自然通風是人們有意識的措施，滲透風多是通過建筑結構的縫隙進入室內，不受人為控制。通風時機對室內顆粒物的濃度影響較大，通常在室外空氣較好時能有效降低室內顆粒物濃度，反之則相反。

4.2 顆粒物的沉降 沉降是顆粒物在空氣中重要的空氣動力學運動,也是減少室內顆粒物的主要措施之一；其方式主要有慣性碰撞、重力沉降和布朗擴散三種。室內空氣流速、物體表面粗糙度、物體表面與氣流之間的溫差以及顆粒物的種類和大小等都會對顆粒物的沉降速度產生影響。可吸入顆粒物在室內懸浮時間越長，室內顆粒物的濃度就越高。

4.3 污染源狀況 人類室內生活方式是影響室內顆粒物污染程度的重要因素。對室內污染影響較大的空氣懸浮顆粒物主要是由室內生活產生[4]，如吸煙、烹飪及燃料燃燒等現象。人員走動、衛生清潔等行為能使顆粒物重新懸浮，即二次懸浮顆粒物。

4.4 過濾器使用情況 室內環境是否采用過濾(凈化)器,對顆粒物的污染濃度影響很大，使用過濾凈化設備可減少某個范圍的顆粒物濃度。

5 室內顆粒物的污染狀況

筆者檢索了近幾年有關室內顆粒物污染狀況相關文獻(表2)。分析發現，國內外室內空氣顆粒物污染具有以下特點。

5.1 發展中國家高于發達國家 近幾年檢索的資料顯示，發展中國家室內顆粒物濃度高于美國、英國、澳大利亞、日本等發達國家[4]，原因有兩個方面：一是室外污染濃度高。由于發展中國家多使用低效能燃料，室外環境相對較差，車輛尾氣排放多等因素，導致室外顆粒物滲透入室內較多。二是室內污染排放多。發展中國家與發達國家相比，人口多，人均居住面積較小，衛生條件較差，再加上烹飪方式不同，導致室內顆粒物污染源較多。

5.2 公共場所高于居民住宅 室內顆粒物的濃度水平與人員密度緊密相關，在醫院或教室人員比較多，生活比較集中，活動比較頻繁，產生的顆粒物就越多。

5.3 居民住宅高于辦公室 居民住宅內的空氣顆粒物濃度高于辦公室，與居民住宅內的烹飪、清潔活動等生活方式有著很大關系。另外，辦公室大多采用中央空調系統，其過濾技術也是導致室內顆粒物濃度較低的主要原因。

5.4 室內吸煙高于非室內吸煙 吸煙對室內顆粒物濃度增高的影響非常大。特別是在部分發達國家，吸煙已經逐漸成為室內顆粒物的主要污染排放源,如美國居民住宅[23]，室內吸煙條件下PM2.5的濃度為86.1 μg/m3，非吸煙條件下濃度為33.2 μg/m3。

表2 室內顆粒物污染狀況統計表[10-23]

5.5 農村高于城市 這與城鄉之間的能源利用有著很大關系，農村廣泛采用燃燒木材、秸稈、煤炭等高污染、低效能固體燃料作為能源，而城市主要采用天然氣、液化氣、電等高效能燃料作為能源。另外，農村烹飪爐具對固體燃料的燃燒效率直接影響其顆粒物污染排放強度，也是造成室內顆粒物濃度較高的重要原因。

6 室內顆粒物的健康危害

研究表明，人類一生約90%的時間都在室內度過(暴露時間長),室內污染程度對人體健康的影響遠比室外嚴重[23](暴露環境顆粒物濃度高)，室內細顆粒物對人體健康危害更大。

6.1 不同成分對健康影響 室內顆粒物可以富集數百種以上的不同化合物成分，主要分為無機和有機兩大類，其次還可吸附細菌、病毒等病原微生物。不同的化合物均可以顆粒物為載體，進入人體對健康產生不同的影響[24](表3)。

表3 不同顆粒物成分對健康影響

6.2 健康危害的致病機制 室內空氣中細顆粒物及超細顆粒物，化學成分雜、Dp小，容易隨著呼吸途徑到達人體終末支氣管和肺泡內(進入部位愈深，擴散面積愈大，停留時間愈長，人體吸收量就愈大)，通過肺泡進入血液循環，轉送至其他組織器官，進而導致多系統發病，最終發生不同結果，如衰老、疾病、癌癥及死亡等(圖3)。

圖3 顆粒物致病機制

6.3 暴露導致的相關危害 資料顯示[2]，與顆粒物暴露相關的疾病包括：呼吸系統——鼻竇炎、肺功能不全、慢性阻塞性肺部疾病和肺癌等；循環系統——心肌梗死、心律失常、心力衰竭、動脈粥樣硬化、冠心病等；生殖系統——不孕不育、早產兒、新生兒病死率上升、宮內發育遲緩、先天功能缺陷和影響胚胎的發育；神經系統——帕金森癥、阿爾茨海默病等；內分泌系統——乳腺癌、子宮內膜癌、卵巢癌、糖尿病類疾病等；此外，由于顆粒物含有苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、二苯并[a.h]蒽、苯并[g,h,i]芘等多種多環芳烴類化合物，這些化合物均有不同程度的“致癌、致畸、致突變”效應。

7 展 望

室內顆粒物的化學成分雜、粒徑小，長時間生活在污染嚴重的條件下，可對人體呼吸、循環、生殖、神經及內分泌等多系統造成健康危害。目前，發達國家室內主要以細顆粒物為主，由于我國經濟發展模式、能源結構和生活方式等因素，室內存在著粗、細顆粒物并存的態勢[25]。

綜合國外顆粒物研究進展，我國室內顆粒物與人體的健康影響研究傾向于以下幾個方面：(1)研制受體模型：著重研制不同的受體模型，如污染來源解析模型、暴露健康效應模型、化學組分分析模型等,系統分析闡明顆粒物對人體危害程度及機制；(2)綜合監測評價：制訂科學監測評價規劃，選擇重點區域、重點人群、重點場所，以掌握分布特點和易聚集的空間，分析顆粒物的分布變化規律及人群健康危害；(3)建立數據共享機制：協調環保、氣象和衛生等機構的監測數據和發病數據，建立共享機制，開展顆粒物污染影響健康評估，科學分析暴露劑量與健康效應的理論關系；(4)研究顆粒物控制技術：根據顆粒物來源特性，進行控制技術研究，減少室內顆粒物污染暴露風險，更好地保護人體健康。

[1] 藥紅梅,呂吉元. PM2.5不同成分致冠脈粥樣硬化大鼠ACS的可能機制[J].中西醫結合心腦血管病雜志,2011,9(5):566-568．

[2] 曹德康，蘇建忠，黃以哲，等.PM2.5與人體健康研究現狀[J].武警醫學,2012,23(9):803-805．

[3] 徐 亞，趙金平，陳金生，等.室內空氣中顆粒物污染特征研究[J].環境污染與防治,2011,33(1)：52-56.

[4] 張寅平，鄧啟紅，錢 華，等.中國室內環境與健康研究進展報告2012[M].中國建筑工業出版社,2012：138-163.

[5] 吳偉偉,許忠楊,趙桂芝，等.煙草煙霧對室內顆粒物濃度的影響[J].環境污染與防治, 2009,31(1):12-16.

[6] 趙承美,李清飛,孫俊民，等.燃油和燃煤電廠排放可吸入顆粒物的物理化學特征[J].中國環境監測,2011,27(6):55-58．

[7] 賀克斌,楊復沫,段風魁，等.大氣顆粒物與區域復合污染[M].北京：科學院出版社，2011:29-30．

[8] 金 華,常玉軍,韓巧葉.機動車尾氣中顆粒物對人體健康的危害[J].內蒙古環境科學,2007,19(1):97-99．

[9] 劉開軍,喬遠望,顧興成.居室環境衛生指南[M].北京：軍事醫學科學院出版社,2007:22-23.

[10] Gebin E，Ramalo O,Kirchner S．Size distribution and emission rate measurement of fine and ultrafine particle indoor human activities[J]. Atmos Environ，2008,42(35):8341-8352．

[11] Hoek G，Kos G，Harrison R M，etal．Indoor-out-door relationships of particle number and mass in four European cities[J]．Atmos Environ,2008,42(1):156-169.

[12] Fromme H，Twardella D，Dietrich S，etal．Particulate matter in the indoor air of classrooms exploratory results from Munich and surrounding area[J]．Atmos Environ, 2007,41(4):854-866．

[13] Hussein T，Smolik J，Kubincova L，etal．Deposition of aerosol particles on rough surfaces inside a test chamber[J]．Build Environ,2009,44(10):2056-2063．

[14] Gemenetzis P，Moussas P，Arditsoglou A，etal．Mass concentration and elemental composition of indoor PM2.5 and PM10 in university rooms in Thessaloniki，northern Greece[J].Atmos Environ,2006,40(17):3195-3206．

[15] Diapouli E，Chaloulakou A，Mihalooulos N，etal．Indoor and outdoor PM mass and number concentrations at schools in the Athens area[J]．Environ Moinit Assess,2008,136(1):13-20．

[16] Jiang R T，Bell M L．A comparison of particulate matter from biomass-burning rural and non-biomass-burning urban households in northeastern China[J].Environ Health Perspec,2008,116(7):907-914．

[17] Goyal R，Khare M．Indoor-outdoor concentrations of RSPM in classroom of a naturally ventilated school buiding near an urban traffic roadway[J]．Atmos Environ,2009,43(38):6026-6038．

[18] Tippayawong N，Khuntong P，Nitatwichit C，etal．Indoor/outdoor relationships of size-resolved particle concentrations in naturally ventilated school environments[J]．Build Environ,2009,44(1):188-197．

[19] Gupta A，Cheong K D．Physical characterization of particulate matter and ambient meteorological parameters at different indoor-outdoor locations in Singapore[J]．Build Environ,2007，42(1):237-245．

[20] Wallace L．Indoor sources of ultrafine and accumulation mode particles: Size distributions,size-resolved concentrations,and source strengths[J]．Aerosol Sci Tech,2006,40(5):348-360．

[21] Stranger M，Potgieter-Vermaak S S，Van Grieken R．Characterization of indoor air quality in primary schools in Antwerp，Belgium[J]．Indoor Air,2008,18(6):454-463．

[22] Wang X H，Bi X H，Sheng G Y，etal．Hospital indoor PM10/PM2.5 and associated trace elements in Guangzhou，China[J]．Science of the Total Environment,2006,366(1):124-135．

[23] Na K S，Sawant A A，Cocker D R．Trace elements in fine particulate in western Riverside county ，matter within a community CA：focus on residential sites and a local high school[J]．Atmos Environ,2004,38(18):2867-2877．

[24] 鄧啟紅.室內顆粒物的健康危害與研究對策[A].中國學術期刊電子雜志,1994-2012：54-59.

[25] 陳學敏,楊克敵,衡正昌.環境衛生學[M].6版.北京：人民衛生出版,2008,7(6)：86-89．

[26] 游 燕,白志鵬.大氣顆粒物暴露與健康效應研究進展[J].生態毒理學報,2012,7(2)：123-132.

(2014-06-10收稿 2014-08-10修回)

(責任編輯 岳建華)

蘇建忠，本科學歷，主治醫師，E-mail:wjsjz@139.com

1.102613北京，武警后勤部疾病預防控制中心；2.102613北京，武警部隊藥品儀器檢驗所；3.100038北京，武警交通指揮部衛生處

李增德，E-mail:wjzbcdc@163.com

R122.1