空氣污染與中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變

劉維婕 唐 偉 王 威

(大連大學附屬中山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，遼寧 大連 116001)

空氣污染是多方面的環(huán)境毒素，一直以來空氣污染被認為與肺部〔1〕和心血管疾病〔2〕相關，而現(xiàn)在更多和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病聯(lián)系在一起，包括老年癡呆、帕金森綜合征和腦卒中，并且通過多種途徑損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)。空氣污染的化學和物理特性多樣，激活方式也有很多，目前，空氣污染所導致的大腦神經(jīng)性疾病的病理還不被廣泛知曉。但是炎癥和氧化應激已經(jīng)被認為是空氣污染導致各種損傷的基本病理機制〔2〕，包括對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各種疾病影響。本文以空氣污染對中樞神經(jīng)系統(tǒng)致病性及可能機制研究現(xiàn)狀進行綜述。

1 空氣污染的定義

空氣污染又稱為大氣污染，按照國際標準化組織(ISO)的定義，空氣污染通常是指由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)進入大氣中，呈現(xiàn)足夠的濃度，達到足夠的時間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環(huán)境的現(xiàn)象。空氣污染物質(zhì)是顆粒物(PM)、氣體(例如地表臭氧，一氧化碳，硫氧化物，氮氧化物等)和金屬(如釩，鎳和錳)的混合體〔3〕。在這些成分當中細顆粒物和地表臭氧是最大的健康威脅，并且已經(jīng)以疾病的形式體現(xiàn)出來〔2,4〕。事實上，全世界已經(jīng)有數(shù)以百萬計的人長期處于超出公布安全標準的空氣污染中〔3〕。

PM和中樞神經(jīng)系統(tǒng)緊密相關，并且在城市空氣中最常見，以固體微粒和液態(tài)微滴的混合物形式存在。不論PM大小，是隨風漂浮的顆粒還是微塵都對人類生理造成影響。粗糙顆粒的直徑為2.5～10.0 μm，微粒的直徑<2.5 μm，而微塵的直徑小于0.1 μm。PM10、PM2.5分別是指直徑10.0 μm和2.5 μm以下的空氣懸浮顆粒。PM10主要是來自于街道、農(nóng)業(yè)塵土、尾氣排放、木材燃燒、建筑和拆除工作及礦場的可以吸入的物質(zhì)〔4〕。PM2.5的主要來源為原油提煉、金屬加工、尾氣排放、居民燃料燃燒、發(fā)電站和森林野火，既有有機物質(zhì)也有無機物質(zhì)，包括硫酸鹽、硝酸鹽、碳、銨離子、氫離子、脂多糖，金屬和水,所有這些物質(zhì)都與其毒性直接相關〔4〕。

2 空氣污染和中樞神經(jīng)疾病

對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響最為顯著的是PM2.5，被吸入后對肺部和心血管組織損傷最為明顯〔5〕,能夠穿過肺部的氣血屏障最終到達末梢神經(jīng)和大腦〔6〕。事實上，越來越多的報道顯示PM2.5可以侵入大腦并且和神經(jīng)組織退化有關〔7～11〕。然而，對于PM2.5侵入大腦后的病理變化討論從未停止，主要圍繞著神經(jīng)元活性遷移、血腦屏障和嗅覺神經(jīng)到大腦嗅球的遷移展開〔12〕。空氣污染對肺部和心腦血管系統(tǒng)損害的典型病理表現(xiàn)是炎癥和氧化應激〔1,2,5,6〕。研究表明炎癥和氧化應激不僅是神經(jīng)和中樞神經(jīng)疾病的共同特性，并且提供了大量證據(jù)證明空氣污染直接對中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷〔13〕。

2.1空氣污染和神經(jīng)退化 空氣污染是一種對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的廣泛炎性刺激，它對于神經(jīng)退化疾病的危險一直以來被人們所忽略。在美國，大約2 900萬人長期處于PM10中，約8 800萬人處于PM2.5中〔14〕。另外，更多的人因為職業(yè)原因長期接觸PM或者因為戰(zhàn)爭、大火或者類似于對世貿(mào)組織的恐怖襲擊一類的災難〔15〕。由空氣污染所引發(fā)的疾病，如老年癡呆癥或帕金森病也是很常見的。作為最常見的神經(jīng)退化疾病〔16〕，老年癡呆癥在美國約400萬人，全世界則高達2 700萬人〔17〕。帕金森病是運動障礙疾病，第二位最常見的神經(jīng)退化疾病〔16〕，50歲以上的人口發(fā)病率為1%～2%〔18〕。最開始發(fā)現(xiàn)此聯(lián)系一系列研究是在動物(犬)身上進行的，在高污染區(qū)域生活的犬表現(xiàn)出進行性加重的腦組織氧化損傷、過早的血小板沉淀、嗅球部位基因改變的明顯增多、額葉皮質(zhì)和海馬萎縮〔8,9〕。此外，處于更大強度污染環(huán)境下的狗則表現(xiàn)出組織退化和大腦局部區(qū)域的金屬堆積(鎳和釩)，其中金屬含量順序為嗅覺黏膜>嗅球>額皮質(zhì),暗示了鼻腔是吸入的主要渠道〔8〕。極其相似的是，老年癡呆和帕金森病都有同樣的嗅球、細胞核和相關早期神經(jīng)病變，嗅覺退化是兩種病最早的表現(xiàn)〔19〕。這個實驗提供了空氣污染和神經(jīng)退化疾病相關性證據(jù)。

這些發(fā)現(xiàn)最近又被再次確認并且進一步延伸到人類及其他動物身上。在高度污染地區(qū)的人類大腦組織中，CD68、CD163、炎癥標志物白細胞介素(IL)-1β,環(huán)氧化酶(COX)2、血腦屏障損傷、內(nèi)皮細胞激活〔15〕和前額葉的大腦損傷〔20〕都在增加。值得關注的是，像COX2類炎癥標志物及內(nèi)部免疫細胞CD14在前額皮質(zhì)、黑質(zhì)和迷走神經(jīng)區(qū)域增多〔15〕，表明了空氣污染對中樞神經(jīng)有影響。

研究表明PM在童年時期就可能影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)〔20〕。例如，磁共振成像(MRI)分析顯示處于高度污染區(qū)域的兒童在額皮質(zhì)區(qū)域有結構損傷(即高信號白質(zhì)損傷)，并且會潛在地影響他們的認知功能〔20〕。值得注意的是，同樣強度的空氣污染中的犬額葉皮質(zhì)也出現(xiàn)了與神經(jīng)炎癥有關病理改變〔20〕。因此，年紀小的人類和動物可能對于空氣污染的炎癥影響尤其敏感脆弱，這些影響會貫穿其一生。

2.2其他疾病 眾所周知空氣污染影響著人類健康，體現(xiàn)在心腦血管和呼吸系統(tǒng)的發(fā)病率和死亡率方面，然而，直到最近才有證據(jù)指出這些有害影響可以延伸到大腦。空氣污染對于大腦的影響被注意到首先是因為長期處于室內(nèi)煤煙的人們患缺血性腦卒中發(fā)病率的上升〔21〕。在美國，腦卒中是導致成年人殘疾的第一殺手并且是導致死亡的第三個原因，僅次于癌癥和心臟病〔22〕。盡管關于腦血管疾病和周圍空氣污染的關聯(lián)的數(shù)據(jù)很有限，處于各類空氣污染物中(如PM，臭氧，一氧化碳，二氧化氮等)與缺血性腦血管疾病的上升概率仍被廣泛認為是直接相關的〔23～25〕。事實上，當今報道闡釋了缺血性腦卒中的上升概率與空氣污染的相關性，甚至在污染物相對較低，低于國際環(huán)保組織污染標準的地區(qū)都有體現(xiàn)〔24,25〕。至今導致神經(jīng)性疾病的病理尚未清楚，但是臭氧和PM可能會改變大腦血管調(diào)節(jié)通道的基因表達〔7〕。多發(fā)性硬化(暴露于二手煙增加其風險)〔26〕也是與空氣污染相關的主要中樞神經(jīng)疾病，因為遺傳的易感體質(zhì)對于空氣污染可能更脆弱，更容易引發(fā)的中樞神經(jīng)疾病，如載脂蛋白(APO)E4基因攜帶者〔15〕和APOE基因的小鼠〔27〕暴露空氣污染中更易患多發(fā)性硬化。進一步研究空氣污染中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害機制,降低發(fā)病的風險對于人類健康至關重要。

綜上，空氣污染對中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害所引發(fā)的負性健康效應是多方面的，不容忽視，炎癥反應和氧化損傷可能是主要機制。空氣污染侵及中樞神經(jīng)系統(tǒng)途徑有待深入研究。