PM2.5對呼吸系統的影響以及呼吸道益生菌的發展前沿

張瑜 肖純凌

[摘要] 當大氣處于污染狀態時，大氣中各種懸浮顆粒物含量將增多，尤其是細顆粒物PM2.5。PM2.5因粒徑小，比表面積大，易于吸附空氣中有毒有害物質且在大氣中懸浮停留時間長，輸送距離遠，所以在大氣污染中占據重要位置。PM2.5極易避開鼻毛和支氣管纖毛的濾過，由鼻腔入侵到達肺泡并沉積于肺組織，引起上呼吸道感染，并出現支氣管哮喘、肺炎等癥狀。呼吸道感染不僅影響健康發育，而且引起不少并發癥，嚴重還會危及生命。呼吸道菌群分類，優勢菌制成益生菌制劑來調節呼吸道微生態失調等疾病以及對益生菌制劑研發尚在探索中。近年來，腸道、陰道益生菌制劑對人體微生態失調等疾病的治療已經達到一定效果，但呼吸道益生菌制劑的應用方面較少，成品治療有待進一步研發。

[關鍵詞] PM2.5；上呼吸道感染；呼吸道益生菌

[中圖分類號] R122.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）03（b）-0028-04

Effects of PM2.5 on respiratory system and the development of probiotics in respiratory tract

ZHANG Yu XIAO Chunling

Department of Environmental Pollution and Health， Shenyang Medical College， Liaoning Province， Shenyang 110034， China

[Abstract] When the atmosphere is polluted， the content of various suspended particulates in the atmosphere will increase， especially the fine particulate matter PM2.5. Due to its small particle size and large specific surface area， PM2.5 is easy to adsorb toxic and harmful substances in the air and stays in the air for a long time and has a long transportation distance. Therefore， it occupies an important position in air pollution. PM2.5 easily avoids nasal and bronchial cilia filtration， nasal invasion to the alveoli and deposited in the lung tissue， causing upper respiratory tract infection， and bronchial asthma， pneumonia and other symptoms. Respiratory infections not only affect the healthy development， but also cause a lot of complications， but also serious life-threatening. Classification of respiratory flora， the advantages of bacteria made of probiotics to regulate respiratory microecosystem disorders and other probiotics probiotics research are developing. In recent years， intestinal， vaginal probiotics on human diseases such as microbiological treatment has reached a certain effect， but less application of respiratory probiotics， the finished product treatment needs further research and development.

[Key words] PM2.5； Respiratory tract； Upper respiratory tract infection； Respiratory probiotics

隨著人類活動和科技的發展，環境問題也接踵而來。尤其在人口稠密的城市和工業區域，消耗大量能源的同時也將產生大量的廢氣。當足夠濃度的廢氣排入空氣中達到足夠的時間，將影響空氣質量，造成霧霾等環境污染[1]。而PM2.5對光具有吸收、散射和折射的作用，從而削弱了大氣能見度，所以被認為是造成霧霾的“元兇”[2]。

1 PM2.5的簡述

顆粒物（PM）是在全球大城市中威脅健康最大且仍在增長的空氣污染問題之一[3]。PM按其直徑的大小不同可分為粗顆粒物（PM10）、細顆粒物（PM2.5）、超細顆粒物（PM0.1）[4]。PM2.5的化學組成主要由碳組分、水溶性組分和無機元素三大類組成[5]。PM2.5來源多元化，主要是由空氣中的氣溶膠態污染物和氣態污染物反應而來。其粒徑小，比表面積大，易于吸附空氣中有毒有害物質，對重金屬的吸附能力顯著高于PM10，并且輸送距離遠，在大氣中懸浮停留時間長，可通過鼻腔、口咽部進而深入氣管、支氣管，并深達肺泡上皮細胞和血液中[6-7]。首先引起的是肺部的炎性反應，再透過呼吸道屏障而釋放入血隨血液循環到達全身各靶器官，造成多種組織器官的損害，增加心血管疾病和呼吸道疾病發生的風險[8]。研究表明，空氣污染會影響呼吸道疾病的住院治療，呼吸道疾病的住院率隨著PM和溫度的增加以及相對濕度的降低而增加，導致與呼吸道疾病相關的入院率顯著增加[9]。與PM10水平相比，PM2.5水平升高對呼吸相關住院的影響更大，且兒童和老人最容易患呼吸系統疾病[10]。

2 PM2.5對呼吸系統的影響

呼吸系統是大氣污染物直接作用的靶器官，主要功能是機體和外界進行氣體交換[11]。肺主要由支氣管分支及其末端形成的肺泡與肺泡周圍的毛細血管內的血液進行氣體交換，通過血液循環輸送到全身各個器官組織。空氣中含有的各種有害物質，在此區域進行氣體交換效率最高，肺部吸收毒物速度極快僅次于靜脈注射，同時在此處進入血液循環速度也是最快[12-13]。

2.1 PM2.5與呼吸道菌群

大氣污染物通過呼吸道進入人體后，大多直接作用于呼吸道黏膜，沉積在黏膜表面的有害顆粒物可以通過呼吸道黏膜表面的纖毛上皮細胞與黏液細胞混合，纖毛黏液系統對其具有清除作用。當顆粒物極細小時，便有可能進入細胞，并因其直徑大小不同、侵入不同的細胞結構，引起不同的損傷[14]。各種微生物群落及其基因（微生物群）存在于整個人體中，在人類健康和疾病中具有重要意義。受到宿主環境和免疫功能的影響，定植于呼吸道黏膜表面的正常菌群也不斷完善[15]。Herbst等[16]實驗表明有致病性的細菌首先在口、鼻、咽等部位黏膜處異常定植，然后到達下呼吸道，引起機體相應的病理反應，這也是引起哮喘發病的危險因素。Blainey等[17]研究表明，健康人呼吸道內主要定植著五大菌門：擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門、梭桿菌門和放線菌門，它們所占的比例分別是53.139%、15.724%、12.482%、6.672%和5.271%。從而可以看出，厚壁菌門是呼吸道內的優勢菌群。從健康人體中經分離得到的細菌主要有甲型鏈球菌、奈瑟球菌、嗜血桿菌、口腔黏球菌、葡萄球菌、棒狀桿菌及某些厭氧菌等。在口咽部黏膜上皮細胞表面，主要則是甲型鏈球菌，占口咽部菌群的90%，但是唾液中含有溶菌酶、免疫球蛋白等物質，使得甲型鏈球菌作為口咽部的定植菌有強大的抵抗力。如果在大氣污染影響下超過了機體的承受能力，大小氣道功能均可受到不同程度的影響，使唾液中溶菌酶含量減少。鼻黏膜細菌總數以及溶血性鏈球菌檢出率明顯增高，口咽部厭氧菌密度高，破壞了機體穩態，就會對機體造成損傷甚至是致病[18]。

人們原本認為健康狀態下的下呼吸道是無菌的，但隨著分子生物學技術的應用，微生物從定性、定位、定量三方面來檢查，就會發現許多微生物因轉換宿主定位轉移就可從不致病轉為致病[19]。肖純凌等[20]實驗表明，大氣污染物已引起上呼吸道微生態平衡破壞，吸入含有低濃度污染物（顆粒物、SO2、O3）長期反復作用于人體，可使機體免疫功能受到傷害，呼吸道防御功能受到損害，呼吸道抵御病原菌能力下降，出現呼吸道各種炎性反應。經流行病學調查，如果兒童早期缺乏與微生物接觸的機會，而導致過敏與今后發生哮喘和過敏性疾病的風險密切相關[21-22]。

2.2 PM2.5與呼吸系統相關疾病

在近年來，現代先進醫學和環境科學技術制訂出科學合理研究方案進行系統研究，使微生物菌群與肺部疾病關系的研究有了飛速進展。PM2.5與呼吸系統疾病住院的相關性研究多見于歐美國家，我國對此類研究較少[23-24]。兒童正處在生長發育期，各大系統正處在健全完善免疫機制時期，對低濃度PM2.5較為敏感，PM2.5濃度與兒童呼吸系統健康的關系應引起特別關注[25-27]。對于PM2.5影響兒童的呼吸系統健康，肺功能是反映人體呼吸系統健康狀況的重要指標之一。目前的研究多集中于PM2.5與成人每日死亡率的劑量-反應關系，引起呼吸道感染甚至死亡[28-29]。機體通過免疫細胞活化，產生抗體，免疫復合物，吞噬細胞功能增強，以及各種細胞因子之間互相調節來清除PM2.5，同時也達到修復肺組織損傷的目的。因此，肺部的炎性反應是呼吸系統一種正常的防御機制，但是，嚴重而長久的炎性反應會導致肺組織的負擔增加，呼吸道免疫功能和抗感染能力下降，引起組織增生纖維化，致使慢性支氣管炎發病率和呼吸道易感染率明顯升高[30]。肺功能下降與大氣污染有關，主要表現為長期的慢性炎癥、阻塞性肺通氣功能障礙[31]。慢性阻塞性肺病（COPD）患者因長期暴露于細顆粒物PM2.5中可加重慢性炎癥損傷，肺泡的巨噬細胞吞噬功能下降，免疫應答減弱，此時受到PM2.5攻擊時炎性反應更加明顯，導致COPD患者病情嚴重化[32]。急性上呼吸道感染（AURl）系由各種病原菌引起的上呼吸道炎癥，簡稱上感。當人體受涼時，呼吸道血管收縮，血液供應減少，局部抵抗力下降，病毒便容易侵入。反復呼吸道感染是指1年內反復患上呼吸道感染5～7次以上或支氣管炎、肺炎2～3次以上，發病率在20%左右，是小兒最常見的疾病，起病急，全身癥狀為主，局部癥狀較輕，以后隨年齡增長而下降[33]。

3 呼吸道益生菌發展前景

越來越多的研究闡釋了復雜的呼吸道微生物組成及在多種臨床疾病過程中的作用，探討了大氣污染對呼吸道菌群的影響機制，篩選出呼吸道優勢菌，為探索呼吸道疾病治療方法開辟了新途徑[34]。在基礎微生態學研究領域，研究最多的是腸道微生態，腸道微生物是人體重要的免疫組織，通過調節胃腸道菌群來治療炎癥性腸病。同樣，呼吸道優勢菌對呼吸道微生物群的調節也有望成為慢性呼吸道疾病治療的方案之一[35]。有研究報道，呼吸道中藥微生態制劑選取呼吸道常用并對呼吸道具有特異療效的單味中藥或成方與呼吸道優勢菌結合進行發酵，最大限度發揮中藥和菌群兩者對呼吸系統的作用[36]。還有研究表明，經口給予某些特定益生菌如加氏乳桿菌等能降低哮喘患兒癥狀的嚴重程度，并改善其肺功能。直接呼吸道給予益生菌制劑例如噴霧或含漱的方式可作為口服應用以外的新途徑[37-38]。

4 展望

大氣污染對健康的影響很復雜，一方面是人群健康影響因素的復雜性，另一方面是人群中個體差異反應的復雜性。這其中包括個體敏感性，人的健康狀況、生理狀態、遺傳因素，均可影響人體對環境異常變化的反映強度和性質，因此在研究環境與健康課題時也要統籌考慮。現代診斷、治療、預防等醫療措施，無論作用于人體或作用于微生物都將破壞人體的微生態平衡，如抗生素的應用。自抗生素問世以來，對抗感染的治療起到不可否認的效果，但同時破壞正常菌群引起菌群失調等疾病。現代醫學從治療醫學，預防醫學，發展到了保健醫學。而微生態學是保健醫學的基礎，是在微觀層次上研究人與環境的生態平衡與生態失調的科學[39]。

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（收稿日期：2017-12-15 本文編輯：李岳澤）