室內顆粒物污染與慢性阻塞性肺疾病患者心肺健康關聯的研究進展

張文樓，鄧芙蓉

（北京大學公共衛生學院勞動衛生與環境衛生學系，北京 100191）

顆粒物污染是全球主要的環境問題之一，而人的一生中約有80%以上的時間是在室內度過的，老年人、兒童及患有慢性疾病的人群在室內度過的時間可能更長［1－3］，更多地暴露于室內顆粒物，因此，室內顆粒物污染與人群健康關聯密切。近年來，我國的大氣顆粒物污染防治已取得了顯著成效，然而，室內顆粒物污染狀況仍不容樂觀。盡管我國室內細顆粒物（fine particulate matter，PM2.5）的濃度也呈現下降趨勢，但其下降速率（平均每年2.3 μg／m3）尚不及室外（平均每年5.3 μg／m3）的一半［4］。

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是全球主要的慢性呼吸系統疾病之一，其特征在于持續的呼吸道癥狀和氣流受限，通常是由于長期暴露于有害顆粒或氣體所引起［5］。據估計，全球COPD患者已近3億［6］；在我國，20歲及以上人群中COPD患者已將近1億，40歲及以上人群中COPD患病率高達13.7%［7］。空氣污染與COPD的不良預后有關［8］，在室內空氣污染導致的過早死亡中COPD患者占比達17%［9］。

顆粒物污染已被認為是COPD發病的重要危險因素［7，10］。顆粒物是一種包含數百種化學物質的復雜混合物，室內顆粒物不僅來源于室外滲透，還存在烹飪等重要的室內來源，其組成成分不同于室外顆粒物，對人群心肺健康的影響特征也可能有別于室外顆粒物。本文將對室內顆粒物污染特征（包括質量濃度、粒徑、化學組成和來源）與COPD患者心肺健康關聯的研究證據進行總結，以期為開展進一步的相關研究提供依據與思路。

1 室內顆粒物污染對COPD患者呼吸系統的影響

空氣中懸浮的顆粒物可直接被人體吸入并沉積于呼吸系統的各個部位，從而引發和加重呼吸系統疾病。迄今為止，室內顆粒物污染與COPD患者呼吸健康相關的研究主要開展于污染水平更低的發達國家，而在室內顆粒物污染較為嚴重的發展中國家［11］，相關研究證據十分有限。

1.1 室內顆粒物污染與肺功能 肺功能是COPD診斷以及反映COPD患者呼吸功能受損最為重要的指標之一。Chi等［12］在北京開展的定組研究發現，采暖期室內PM2.5的2 d滑動平均濃度每增加一個 四分位數區 間 （interquartile range，IQR，102.4 μg／m3），患者第1秒用力呼氣量（forced expiratory volume in the first second，FEV1）降低1.7%。然而，在室內污染水平更低的發達國家，Hart等［13］在125例COPD患者中開展的研究觀察到，室內PM2.5濃度每升高一個IQR（5.80 μg／m3），使用支氣管擴張劑后用力肺活量（forced vital capacity，FVC）降低23.49 ml；其他研究均未觀察到室內顆粒物短期暴露與COPD患者肺功能改變之間的關聯［14－17］。

顆粒物的某些組分可能與COPD患者肺功能受損的關聯更為密切。研究發現低水平室內黑炭（black carbon，BC） ［平均濃度（0.24±0.28）μg／m3］濃度 每升高 一個IQR（0.22 μg／m3），COPD患 者FEV1、FVC和FEV1／FVC分 別 降 低17.87 ml、7.53 ml和0.35%［13］，BC被 認 為 是PM2.5中交通來源的成分。不過，室內顆粒物的其他成分（比如無機元素）與COPD患者肺功能受損的關聯尚待進一步探討［18－19］。

室內顆粒物存在室內和室外來源，國內外研究多采用示蹤元素對室內PM2.5的來源進行拆分，歐美國家常選取硫或鎳等作為示蹤元素，然而，由于室內PM2.5來源的差異，鐵元素被認為是更適用于我國的示蹤元素［20］。Chi等［12］的研究觀察到采暖期室內源PM2.5與COPD患者FEV1下降有關；而Ebelt等［21］的研究則觀察到室外源PM2.5與FEV1下降之間的關聯。這可能與不同地區顆粒物的室內外源譜不同有關，需要進一步明確各類來源的室內PM2.5對COPD患者的健康影響，以優化室內空氣污染控制策略。

1.2 室內顆粒物污染與呼吸道癥狀 持續的呼吸道癥狀是COPD的重要特征之一，主要包括呼吸困難、咳嗽和（或）咳痰等，COPD伴有呼吸系統癥狀的急性惡化已成為診斷COPD急性加重的重要診斷標準［5］。在我國臺灣19例COPD患者中開展的定組研究發現，室內較高的顆粒物水平（PM2.5＞35 μg／m3或PM10＞125 μg／m3）與患者更嚴重的喘息癥狀和更頻繁的急性加重有關［22］。Osman等［23］的研究發現，仍在吸煙的COPD患者中，其室內PM2.5暴露水平與其圣喬治呼吸問卷（St.George′s Respiratory Questionnaire，SGRQ）癥狀評分呈正相關。即使在低水平的室內顆粒物暴露下，Hansel等［17］也觀察到室內平均濃度（12.2±12.2）μg／m3PM2.5短期暴露與COPD患者喘息癥狀、藥物使用以及重度急性加重（急診或住院）風險增加有關；依據體重指數（body mass index，BMI）分層后發現，室內PM2.5與COPD患者多種不良呼吸結局的關聯在肥胖人群（BMI≥30 kg／m2）中更為顯著［24］。研究者還通過對多種過敏原的血清特異性IgE分析將COPD患者分為特應性和非特應性組，結果發現室內PM2.5與特應性組呼吸道癥狀發生增加和藥物使用關聯更為顯著［25］。

2 室內顆粒物污染對COPD患者心血管系統的影響

短期和長期PM2.5暴露是心血管疾病發生發展的最重要的環境危險因素［26］。而COPD患者發生心血管疾病的風險顯著增加，這會對其預后產生不良影響［27－28］。研究發現，即使低水平的PM2.5暴露也會增加COPD患者發生心血管疾病的風險［29］，因此，室內顆粒物污染對COPD患者心血管健康的影響也不容忽視。

2.1 室內顆粒物污染與心臟自主神經功能 心率變異性（heart rate variability，HRV）是一種無創地反映自主神經對心臟節律調控的有效指標，HRV降低被認為與高血壓、心肌梗死等多種心血管疾病發生發展有關［30］，同時也被認為是顆粒物污染介導心血管疾病的潛在機制之一［26］。Pan等［1］在北京開展的定組研究發現，室內不同粒徑顆粒物（PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM5.0和PM10） 和BC均與COPD患者HRV指標下降和心率增加有關，更小粒徑的顆粒物的效應更強，并且室內顆粒物和BC暴露對超重患者（BMI≥24 kg／m2）高頻功率（high－frequency power，HF）的效應更強；Pan等［31］對其中8對穩定期COPD患者及其健康配偶的分析發現，相較于健康老年人，室內顆粒物和BC暴露對COPD患者心臟自主神經功能影響存在更強的滯后效應。張文樓等［32］的研究還發現室內PM2.5和粗顆粒物（coarse particulate matter，PM2.5－10）的某些金屬組分可能與COPD患者心臟自主神經功能失衡有關。遲銳等［33］的研究發現，與室外來源的PM2.5相比，室內來源的PM2.5暴露對COPD患者心臟自主神經功能的影響更為明顯。不過，Ebelt等［21］的研究并未觀察到室內來源的PM2.5與HRV指標的顯著關聯，這可能與其樣本量較小、PM2.5濃度較低以及組成成分不同有關。

2.2 室內顆粒物污染與血壓 血壓也是評估機體心血管功能最為常見的指標之一，一項薈萃分析指出，PM2.5升高10 μg／m3與人群收縮壓和舒張壓分別升高1.393 mmHg（95%CI：0.874～1.912）和0.895 mmHg（95%CI：0.49～1.299）有關［34］。然而，室內顆粒物暴露與COPD患者血壓之間的關聯尚缺乏研究證據支 持，Chi等［12］、Jansen等［16］和Ebelt等［21］的研究均未觀察到室內PM2.5短期暴露對COPD患者血壓的影響。一方面可能與這些研究樣本量較小有關；另一方面，這些研究均為短期研究。一項薈萃分析結果表明，PM2.5的長期暴露與血壓升高的關聯最強，而短期暴露在累積滯后5 d時觀察到較強的關聯［34］，因此，有必要開展更長期的研究探討室內顆粒物暴露與COPD患者血壓之間的關聯。此外，顆粒物是一種復雜的混合物，與質量濃度相比，顆粒物中的某些成分與血壓的關聯可能更為密切，Zhang等［18］的研究觀察到室內PM2.5的燃燒源和道路粉塵源及其相關的無機組分與COPD患者血壓升高顯著相關，并且這些組分的暴露存在正向的聯合效應。因此，未來的研究需要深入分析不同來源室內顆粒物及其組分與人群健康的關聯，為采取針對性措施控制室內顆粒物污染提供科學依據。

3 室內顆粒物污染對COPD患者心肺健康影響的潛在機制

3.1 氧化應激 氧化應激已被認為是顆粒物污染導致不良健康結局的重要機制之一，Grady等［35］的研究發現低水平室內BC（濃度中位數0.18 μg／m3）短期暴露與COPD患者尿液中8－羥基－2′－脫氧鳥苷（8－hydroxy－2′－deoxyguanosine，8－OHdG）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）呈正相關，在肥胖（BMI＞30 kg／m2）患者中BC與8－OHdG的相關性更強，而8－OHdG和MDA分別是DNA氧化損傷和脂質過氧化的常見標志物。

3.2 炎癥反應 暴露于生物質燃燒產生的顆粒物誘導的氣道和系統性炎癥可能是其介導心肺不良健康影響的潛在機制［36］。動物實驗發現，室內燃煤產生的PM2.5暴露會誘導哮喘小鼠呼吸道中性粒細胞等先天性免疫細胞浸潤并加劇其氣道重塑和支氣管周圍炎癥［37］。體外實驗表明，相較于室外顆粒物，室內顆粒物可能具有更高的生物活性，可引發更強的炎癥反應［38］。研究發現，低水平室內顆粒物暴露可誘導COPD患者的全身炎癥，包括外周血中性粒細胞、C－反應蛋白（C－reactive protein，CRP）和白介素－6（interleukin 6，IL－6）增加，在肥胖組中更為顯著［24］。也有研究發現，低水平的室內BC（濃度中位數0.19 μg／m3）暴露與COPD患者外周血CRP升高有關［39］。不過，既往研究未觀察到室內顆粒物暴露與COPD患者氣道炎癥標志物（呼出氣一氧化氮和呼出氣硫化氫）之間的顯著關聯［16，24，40］。

3.3 代謝組學 近年來，組學技術被廣泛用于識別環境暴露對健康影響的潛在機制和生物標志物，其中，代謝組學技術也已開始被用于深入探討室內顆粒物暴露介導COPD心肺健康效應的潛在生物學機制。Huang等［41］的研究首次采用尿液代謝組學方法鑒定了與室內PM2.5暴露和COPD相關的代謝產物，發現室內PM2.5可能通過降低COPD患者的抗氧化能力和肺部能量的產生對COPD患者健康產生不良影響，其中，PM2.5的多種組分（如As、Se、Sn、Pb、V等）可能發揮了重要作用。

4 小結與展望

綜上所述，室內顆粒物污染對COPD患者心肺健康的威脅不容忽視，即使低水平的室內顆粒物暴露也可能產生不良的心肺健康效應（表1）。顆粒物是一種包含數百種化學物質的復雜混合物，室內顆粒物的來源更為多樣，其組成成分以及對人群的心肺健康效應可能有別于室外顆粒物。然而，目前對于室內顆粒物污染特征（包括關鍵毒性組分和來源）及其健康效應的研究仍然有限，這十分不利于采取有效的和針對性的措施改善室內空氣污染，保護易感人群尤其是COPD患者的健康。

表1 室內顆粒物與COPD患者心肺健康的流行病學研究匯總

此外，關于室內顆粒物污染導致COPD患者心肺健康受損的生物學機制研究十分有限，仍有待深入的研究，而轉錄組學、蛋白組學、代謝組學、微生物組學等多種組學技術的快速發展為全面、系統和深入闡明室內顆粒物暴露影響COPD 患者健康的生物學機制提供了良好的機遇。