生產性粉塵顆粒對個體健康的影響研究進展與展望

中圖分類號：X513 文獻標志碼：A 文章編號：2096-6717（2025）04-0183-14

Research status and prospect of effects of productive dust particles on individual health

LIU Yalin，CHAI Yihua，HUANG Yanqiu

（School ofBuilding Services Scienceand Engineering; State KeyLaboratoryofGreen Building，Xi'an Universityof Architecture and Technology，Xi'an7loo55，P.R.China）

Abstract： In recent years，the burden of health risks caused by dust particles generated by industrial operations has gradually increased.A large number of studies have shown that long-term exposure to productive dust particles is closely related to workers’respiratory occupational diseases，and the relationship between indoor exposure to dust particles in industrial buildings and adverse health effects in workers has been clarified.This is of great importance for the scientific evaluation of environmental safety and guarantee of workers’health.At present，research on the toxicityand biological effects of dust particles has graduall shifted the focus ofresearch on dustparticle exposure from environmental assessmentto individual health effects.However，the correlation betweenexposure to industrial dust particles and health efects isnot fully clarified，and the impact of exposure todifferent types and levelsofdust particles on health efects in industrial setings remains to be clarified.This paper reviews the progressof research on the health efects of industrial dust particles at home and abroad from three aspects： the possible damage caused by dust particles to respiratory system health，the correlation of health effects of dust exposure and health risk assessment，and clarifies the effects of exposure on health and the current theoretical deficiencies in quantifying the mechanism of action of dust particles based on exposure effect models.And the urgency of efective biomarker selection，to provide reference information for future scientific protection of workers’health，diferent types of industrial environmental monitoring guidelines and development of control and improvement means.

Keywords： particles dust; inhalation exposure;health effects；biomarkers; indoor environment

工業建筑環境中高濃度、高散發的污染物及其對作業工人健康的影響已經引起廣泛關注。已有研究表明，長期暴露于工業粉塵顆粒環境與個體呼吸系統、心血管系統及神經系統等疾病的發生發展密切關聯[1-3]。世界衛生組織與國際勞工組織在全球監測報告中也指出，大多數與工作相關的死亡是由呼吸系統和心血管疾病引起。有害物質危害健康的途徑主要是經口攝入、吸入及皮膚接觸，空氣中的化學物質主要考慮吸入途徑的暴露[5]，吸入的粉塵顆粒在呼吸道沉積后，其中的可溶性物質很快被溶解，并透過呼吸道表層進入人體的循環系統，因在呼吸道沉積位置不同，會引發不同的健康損傷（見圖1）。

近年來，中國針對粉塵治理及職業病的防治作出了很大努力，但職業病例數仍然維持在較高水平[6]。據2020年中國職業病危害現狀統計，在采礦業、制造業以及電力、燃氣、水的生產和供應行業中，存在一種及以上職業病危害因素的企業占總數的 93.46% ，存在粉塵危害的企業占 74.18% ；調查的從業人員中，勞動者接害率為 39.36%^[7] 。由于中國勞動者眾多，依據統計結果估計，接觸危害的勞動者在2000萬左右，給勞動者、用人單位和國家造成嚴重的經濟負擔，成為制約經濟發展的因素之一。

隨著勞動者健康防護意識的提高，粉塵顆粒健康影響研究已成為建筑環境及職業衛生研究領域的熱點。在WebofScience中搜索主題詞“respiratorysystem”和“particulatedust\"共檢索出2041篇文獻，通過關鍵詞、摘要分析及工業環境背景選擇84篇文獻，在關鍵詞分析中（圖2）可以發現，職業暴露、吸入暴露、個體和不良健康影響是粉塵顆粒研究關注的熱點；氧化應激、生物標志物、炎癥近年來也越來越受到關注。這些研究將工業粉塵暴露與工人的健康效應相關聯，包括工人體內各項生理指標的變化，呼吸系統、心血管甚至癌癥等疾病風險和死亡率的增加。由于工業環境和人體本身均為復雜的體系，明晰二者之間作用關系需要環境科學、暴露科學以及醫學之間的醫工交叉，具有較大的難度。由于缺乏可靠的呼吸道及體內定量劑量數據，缺少暴露劑量效應關系為接觸限值和環境及生物監測提供依據，目前尚無法確立粉塵顆粒與健康效應之間明確的因果關系。明確工業建筑室內粉塵顆粒與工人呼吸道疾病間的健康效應關系，對科學評價工業建筑環境安全和保證勞動者健康都具有重要意義。從粉塵顆粒在人體呼吸道內的沉積作用和通過呼吸道進入體內的毒性作用入手，結合工業環境背景，探討目前流行病學和生物標志物在明晰暴露-健康效應方面的相關研究進展，以期為全面有效地評估粉塵顆粒對勞動者帶來的健康效應和工業建筑環境干預提供參考。

1 粉塵顆粒與呼吸系統健康

通常認為， PM_2.5～10 主要沉積在咽喉與氣管區域，引發炎癥反應； PM_0.1～2.5 能進入支氣管等位置，引起氣管炎、支氣管炎、哮喘甚至癌癥等疾病； PM_0.1 能夠進入肺泡，穿透肺泡進入血液循環，威脅大腦和神經系統等[8]。但并不是所有外部粉塵顆粒均進入人體并被機體組織吸收，真正對人體產生健康影響的是進入體內的量，即內暴露（劑量）。與常說的外暴露區別在于，外暴露是人體與外部環境的接觸，通常的環境監測即是測量這種暴露量；內暴露則是由外部環境進入到體內，被機體組織吸收的量[9，關注點在于機體內環境中與暴露相關的影響因素。粉塵顆粒在進入體內后，其穿透呼吸系統的能力與粒徑密切相關，并且粒徑大小與其在呼吸系統中的沉積總量成反比[10]。較大顆粒可能通過巨噬細胞的吞噬作用而被清除，引起機體輕度炎癥反應，而細小的顆粒則容易逃避機體第1道防御機制，穿透呼吸道進入肺部，沉積到肺泡中，直接與生物體作用，造成細胞毒性和氧化應激。

1.1粉塵顆粒在呼吸道的沉積

不同工藝活動會產生不同粒徑的粉塵顆粒，既有小于 100nm 的細小顆粒[11-12]，也有超過 10μm 的大粒徑顆粒[13]。一般認為小粒徑顆粒對個體影響較大，不僅因為其可能進入呼吸道較深位置，還因其在環境中懸浮時間更長，并可以通過氣流傳播到距污染源更遠的位置[14]。由于粉塵顆粒的復雜多樣性及人體的特異性，定量不同顆粒在人體呼吸道內的濃度和劑量是一項非常重要的工作，而預測其沉積位置是評估健康不利影響的關鍵環節。

在理論研究中，通常將呼吸道看作過濾器，沉積效率用ICRP（國際輻射防護委員會）15在1994年提出的半經驗公式計算，可以快速得到呼吸道暴露水平，但不能得到呼吸道的具體沉積部位和分叉處的沉積情況，也不能預測特異性人體的沉積。早期的實驗法可以通過測量實驗者一次吸入和呼出氣流中氣溶膠濃度的差異來評估顆粒在不同人體呼吸道的沉積，但僅限于總沉積量[16]，支氣管、肺泡等區域的顆粒沉積只能通過測量放射性氣溶膠的滯留間接得出。也有學者以動物為研究對象，對經過呼吸道進入體內的顆粒沉積分布進行檢測[17-18]。但由于動物與真實人體呼吸道存在一定差異，1963年Weibel建立了著名的二分法呼吸道模型，該模型是理想化、非特異性的通用模型，被廣泛用于各種場景下顆粒的沉積特性研究[19-20]。近些年有學者基于個體呼吸道差異性提出，對采用CT掃描的呼吸道影像進行3D打印，重建真實人體的呼吸道。針對不同特性顆粒在呼吸道不同部位的沉積情況進行了一系列研究[21-23]，李福生等[24]提出不同粒徑顆粒的沉積不一致，在咽部、喉部和氣管沉積較多，呼吸量對沉積率影響較大，進一步說明不同勞動量個體的暴露程度不同。隨著計算機技術的發展，很多研究采用CFD模擬重建呼吸道模型，以明確各種不同特性顆粒在不同呼吸道的沉積特性[25-26]。顆粒物在呼吸系統的沉積主要包括3個機制：慣性碰撞、重力沉降和布朗擴散。Deng等2利用CFD數值模擬方法，對呼吸道進行三維建模，研究了3種不同沉降機理作用下不同粒徑顆粒在人體呼吸道內的沉積規律，粗顆粒 PM_2.5～10 由于慣性撞擊而沉積在呼吸道的上部（氣管支氣管），而細顆粒 PM_2.5 由于沉降和擴散而沉積在肺的深部區域。莊加瑋等28發現，不規則的異形顆粒更容易被運輸到呼吸道較深的位置，對呼吸道健康威脅越大。同時，也說明實驗室標準顆粒與真實環境場景存在差異性， Su 等[29]在實驗室中模擬焊接場景，通過可移動式肺部沉積儀器研究焊接顆粒在不同級數氣管中的沉積情況。焊接顆粒累計沉積率高于實驗常用NaC1顆粒，可能是由于真實顆粒的形態不規則。提出該設備可用于實際工作場所中的暴露評估。

上述研究結果基本明確了顆粒在呼吸道的沉積原理和規律，一定程度上為研究工業環境中粉塵顆粒產生健康影響提供理論支持。然而，在實際情況中，理論中的標準顆粒與現實產生的顆粒存在差異、不同勞動者的生理參數也不一致；工業環境中粉塵顆粒在呼吸道內的沉積不僅與呼吸道形態結構相關，也與顆粒本身特性相關。并且大部分研究基于標準呼吸道或健康呼吸道，但是已有研究表明，顆粒沉積與呼吸系統疾病導致的呼吸道結構改變相關28，這將需要職業衛生研究提供數據支持，在獲得潛在患病勞動者的呼吸道形態后，通過CFD模擬或3D打印呼吸道模型進一步闡明工業背景下粉塵顆粒在不同呼吸道內的沉積特性。了解顆粒物沉積對評估顆粒物產生的不利健康效應具有重要意義，現階段定量化確定勞動者吸入暴露程度仍是待解決的關鍵問題，對于工業環境健康風險評估和不同工種下呼吸道職業病預測有積極作用。

1.2體內暴露劑量

研究粉塵顆粒在呼吸道的沉積規律是將外暴露向內暴露進行延伸，而對個體可能產生的健康影響則是由進人體內血液、器官的劑量決定。劑量是指某一時間段人體吸收或沉積污染物的量[30]，是影響其毒理作用的關鍵因素，取決于顆粒特性（粒徑、形狀）暴露情況（呼吸方式、呼吸道形態和生理功能）等[31]。暴露劑量學評價模型可以量化被吸入呼吸道的顆粒在體內不同位置的沉積率、劑量及清除率，廣泛用于表征環境和職業暴露中的人體內劑量，主要有多粒子劑量測定（MPPD）國際輻射防護委員會（ICRP）和藥代動力學模型（PBPK）3種暴露劑量模型，具體介紹見表1。MPPD模型最初用于估算經清除作用后顆粒沉積在人類和大鼠肺部的劑量，隨后擴展到更多生物體。Khan等32使用MPPD評估了不同粒徑顆粒在不同年齡個體體內的沉積和清除率， PM₁₀ 在頭部的沉積量隨著年齡的增長而增加；1a后沉積在肺部的亞微米顆粒中仍有54.5% 被保留。宋從波[30]估算了焊接顆粒在呼吸道不同位置的劑量，其中鼻腔咽喉、氣管、肺部3個區域的作用劑量占人體潛在劑量的 40，3%4，7% ！7.5% ， 50% 的焊工日作用劑量大于 3.64mg/d 。ICRP提出的肺部模型可以通過劑量估計導致肺負荷的工作壽命平均濃度，用于描述顆粒在呼吸道肺泡間質區域的長期清除和滯留，可用于估計勞動者在特定工作年限下的死亡年齡[33]。PBPK通常用于估算吸入體內的化學物質的吸收、分布、代謝和清除。有學者[34采用PBPK模型描述工人暴露于不同濃度二氧化硅粉塵后體內粉塵負荷的變化過程，確定炎癥所需的最小暴露濃度約為 0.13mg/m³ ，并發現與長時間低濃度相比，較短時間內較高濃度會在體內產生較高的峰值濃度，此時采用的加權平均接觸濃度限值可能不具有保護性。

粉塵顆粒對人體健康損傷的關鍵在于環境暴露-暴露劑量和暴露劑量-機體健康效應的關系。環境-暴露劑量取決于吸入粉塵顆粒的物理特性和動力學特征，即在呼吸道內運輸沉積和清除的過程以及不同成分導致的毒性作用。個體吸入暴露研究中存在的問題是難以確定暴露劑量，相對于傳統外推方法計算劑量，用暴露劑量學模型可以考慮個體差異，并且可模擬特征顆粒在體內沉積和清除情況。目前，對于體內不同特征顆粒劑量的有效估算，是暴露研究中較為薄弱的環節，并且上述模型也存在一定缺陷，僅依靠數學函數或簡單替換生理參數進行預測。需要進一步與其他內暴露研究方法進行相互驗證，以證明其準確性。而暴露劑量-機體健康效應則表示粉塵顆粒在體內沉積后對機體產生的生物學效應，受到個體特征、健康狀況、工作差異、職業暴露等因素影響。

1.3粉塵顆粒的致病機制

粉塵顆粒導致的健康損傷主要是由于其滯留在下呼吸道和肺泡內，引起以肺組織纖維性病變為主的全身性慢性疾病—塵肺[36]。也有研究表明，粉塵顆粒可以穿越氣血屏障進入血液循環中[]；進入血液循環的顆粒可跟隨血液循環分布到不同器官和組織中，甚至到達大腦，小顆粒在腦組織中的滯留時間比在肝臟和脾臟等其他器官更長，揭示了其對神經系統長期的慢性健康危害[38]。

粉塵顆粒誘導的肺部纖維化是對人體健康危害最大的生物學作用，纖維化導致塵肺病的發病機制基于3種理論：巨噬細胞破壞、導致纖維化的炎癥和免疫機制。一般認為粉塵顆粒經呼吸道進人肺泡后，首先激活肺泡巨噬細胞聚集、吞噬粉塵，然后啟動氧化應激、細胞凋亡、炎性反應，最后發展為纖維化[39-40]。炎癥可促進肺纖維化，導致塵肺病，塵肺病反過來又促進纖維化進展[41]。矽肺是塵肺病中最常見的一種類型。一項采用小鼠模型的研究表明，二氧化硅粉塵導致矽肺的過程分為4個階段：正常期、炎癥期、發展期和纖維化期[42]。二氧化硅粉塵可以激活炎癥小體并誘導巨噬細胞中促炎細胞因子的分泌[43-44]，也有研究表明，在二氧化硅暴露停止后，肺部損傷會繼續發展[45-46]。有學者采用體外人肺上皮細胞為研究對象，將其暴露于不同濃度的二氧化硅顆粒中 24h ，導致人肺細胞壞死[47]。Louis[48]研究發現，炎癥在細胞群中的傳播有一個閾值：如果只有一小部分細胞發炎，暴露停止時炎癥可自行消退；但如果達到臨界閾值以上，即使暴露停正，炎癥也會擴散并維持，此時肺泡巨噬細胞將無法清除粉塵，估算啟動炎癥和纖維化的臨界負荷為（2 （1.96±0.12） mg。因此，勞動者的健康不僅需要限制暴露時的平均濃度，也需考慮引發炎癥的閾值和導致慢性炎癥的時間。

綜上所述，粉塵顆粒對人體健康的致病機制主要是通過誘導細胞產生氧化應激和炎癥反應，進而導致肺部纖維化等疾病，但具體的致病機制及病因還不完全明確，并且工業環境中粉塵顆粒成分復雜，化學組成是決定其毒性作用的重要因素，例如二氧化硅的含量、致癌、非致癌金屬元素及有機化合物等。在今后的勞動者職業暴露研究中，深入探究不同環境產生的粉塵顆粒的生物學毒性作用及導致疾病發生的途徑將成為重中之重，有助于精細化預防勞動者各種職業病的發生和發展。

2 工業環境中的暴露效應研究

粉塵顆粒的呼吸道吸入沉積特性和致病機理研究有助于更好地認識粉塵顆粒的危害，然而，由于工業環境對個體健康影響中不確定的劑量、長期或短期急性、多途徑以及不同成分粉塵聯合作用等特點，引發了真實環境下暴露測量的困難。目前暴露效應在職業暴露中被廣泛研究，從臨床研究到流行病學研究，從暴露到疾病發生的全過程，力求探索建立從污染源到勞動者暴露-健康效應的綜合評價手段。

2.1體內外暴露研究

職業衛生研究中常采用動物或細胞模型建立暴露效應關系，明確工業粉塵顆粒的致病過程，進而探究有效生物標志物，以更好地保護勞動者健康。一個系統的毒理學作用研究，通過對細胞或動物進行暴露實驗，明確有害物質對細胞損傷和體內損傷和病理變化的毒理學作用。進而通過生物標志物表明有害物質的潛在毒理學機制49。蘇文進等[50]采用豚鼠的肺泡巨噬細胞測定瓷廠和鎢礦中粉塵的毒性及效應，粉塵導致豚鼠肺泡巨噬細胞活力下降；誘導肺泡巨噬細胞釋放活性氧（ROS）和腫瘤壞死因子（TNF- ?α ）升高，隨著粉塵濃度的升高呈顯著劑量反應關系；鎢礦粉塵誘導TNF- ?α 水平高于瓷廠，與鎢礦工人塵肺病患病率高于瓷廠相符。姚三巧等[51]收集矽肺患者和接塵工人的肺泡巨噬細胞，指出與二氧化硅誘導纖維化有關的細胞因子的差異性表達在發病及病程進展中起重要作用。巨噬細胞凋亡也與環境因素相關，Tan等52收集接觸二氧化硅粉塵工人的肺泡巨噬細胞，研究環境中脂多糖是否會加劇纖維化，結果表明，暴露于脂多糖的巨噬細胞中炎癥因子（IL-6、IL-1β、TNF- ?α ）升高，脂多糖可能通過增加肺泡巨噬細胞的凋亡和炎癥來加速矽肺肺纖維化進程。Grytting等[53]通過礦物顆粒誘導人肺上皮細胞和巨噬細胞，證明不同礦物組成顆粒的效力不同，黑云母和石英是促炎細胞因子最有效的誘導劑。Park等[54收集水泥廠附近空氣中含重金屬的粉塵顆粒，輸送到小鼠氣管，發現小鼠肺部炎癥因子升高，觀察到心臟組織的可能變化，表明顆粒不僅對肺部而且對全身造成健康影響。除常見的二氧化硅粉塵外，由于焊接材料和工藝的不同，作業時產生的顆粒不盡相同，也成為近期研究的主要關注點。體外研究表明，巨噬細胞產生誘導氧化應激的活性氧在不銹鋼焊煙中更高[55]。有學者認為，焊接顆粒毒性的不同可能取決于金屬納米顆粒成分，其中，鐵（Fe）和錳（Mn）可能會誘發氧化應激和炎癥，從而導致肺損傷[56]。將人肺上皮細胞暴露于濃度為 100μg/m³ 元素比例不同的焊接煙霧中，結果表明，焊接煙霧中顆粒的成分變化可能會影響吸入毒性，IL-8在暴露后表現出最顯著的變化，是焊接煙霧暴露誘導炎癥反應的主要細胞因子[56]

體內外研究都發現，粉塵顆粒的不同毒理學效應包括炎癥反應、氧化應激和細胞凋亡。盡管體內外研究可以準確量化不同特征粉塵的生物學效應，但粉塵的理化性質與肺毒性機制之間關系的證據仍然有限，并且體內外暴露研究也存在一定局限性。由于大多數研究中使用的滴注劑量遠高于實際工作環境中工人吸入的劑量，并且存在生理構造差異，其結果類推到真實工業環境中存在一定的局限性。Liberda等[5認為，煤炭燃燒產生粉塵顆粒的毒性與幾個因素有關，包括暴露的持續時間、顆粒的大小、燃燒煤的方法、煤的類型、體內外實驗中使用的物種菌株或細胞類型、顆粒劑量以及吸附在顆粒上的元素物種，進一步說明在暴露效應研究中以勞動者為對象的必要性。盡管如此，這些體內外的實驗仍然非常重要，它們可以提供粉塵顆粒在生物體內如何作用的機制見解，揭示粉塵吸入對肺部的影響，并用于識別暴露后早期誘導肺纖維化的因素。

2.2 流行病學調研

流行病學研究可用于描述人體對所處場所危害的不良反應[58]，早期采用累積接觸量，隨后研究者根據暴露強度和暴露停留時間，在一般暴露指數（GEI）框架內構建了包含肺部停留時間和濃度影響的暴露指數[59]，定量地關聯了每日濃度、多年累積量以及數年后職業病發展率，暴露15a后患矽肺的風險增加，當平均暴露濃度為 0.3mg/m³ 時，發生矽肺的概率為 20% 。工作暴露矩陣（JEMs）模型是大規模流行病學職業暴露評估工具，用于無法完成詳細個人職業史的職業暴露估計。Grahn等2通過工作暴露矩陣將職業顆粒暴露與31個不同行業聯系起來，工人患缺血性心臟病的風險增加，接觸小于 1μm 顆粒的風險略高于大于 1μm 的，但連續5a的隊列研究沒有發現暴露強度和患病之間存在顯著相關性。Vacek等[將工作歷史與JEM關聯，通過logistic回歸評估二氧化硅粉塵與矽肺之間的暴露-反應關系，平均暴露濃度每增加 0.10mg/m³ ，矽肺年進展率增加0.052，認為砂工矽肺的發生與累積暴露、暴露時間和均暴露濃度有定量關系。根據 ^′T Mannetje等]的模型發現，在 20～65 歲期間，暴露在濃度 0.10mg/m³ 下，估計矽肺的累積死亡風險為每1000人中13人死亡，估計 0.05mg/m³ 的累積死亡風險為每 1000 人中6人死亡。Omidianidost等[62]依據 ^′T Mannetje的模型評估了鑄造廠工人累積暴露量與矽肺風險之間的關系，其中累積暴露5.4mg/m³ 一年的相對死亡風險為 13.7/1000 。在一項對人造大理石行業、制造業和建筑業工人的橫斷面研究中[63]，年平均二氧化硅粉塵暴露水平為 （0.23± 0.34） mg/m³ 時，患病工人中矽肺病 9.58% 、慢性阻塞性肺疾病（COPD）合并肺氣腫 3.83% 多種艾滋病 2.30% 、肺結核 1.92% 、腎臟疾病 1.15% 、結節病0.77% ；勞動者作業時產生的二氧化硅粉塵是矽肺、肺結核和艾滋病的重要危險因素；預測暴露于二氧化硅濃度 0.1mg/（m³?a）10 a后， 2.67% 的工人會患上矽肺病，20a后發病率將翻倍，國際規定的0.1mg/m³ 限值保護性可能不足。

人群流行病學研究、暴露模型分析和勞動者隊列研究明確了職業性粉塵顆粒接觸與勞動者職業病發病/死亡風險的暴露-效應關系，對于發現統計暴露問題具有重要價值。由于收集的數據時間跨度大，通常采用問卷調查的方式獲取外暴露信息，盡管接觸的粉塵顆粒種類相同，但得到的疾病終點和患病率不盡相同，因此，難以準確、全面地描述和反映復雜工業場景下的實際暴露水平及內暴露的程度[63]。大部分人群流行病學多關注職業病與一種或幾種環境因素的關系，環境中復雜因素可能存在聯合效應，難以區分環境因素與職業病之間的定量關系，需要開展更多相關研究，進一步量化工業復雜環境因素對勞動者健康影響的聯合效應作用。

2.3 現場生物監測

在大氣暴露研究中，提出除強調對外部環境全面評價外，也應關注用生物標志物以內暴露來評價環境暴露[64]。因此，為了明確工業粉塵顆粒帶來的健康危害，生物監測是職業暴露研究中的重要工具，從生物學角度為環境質量的監測和評價提供依據，常用體內或代謝物的生物標志物變化來監測其健康狀況和環境的改變。Clara細胞蛋白（CC16）是肺上皮破壞的外周生物標志物，氣道炎癥可能導致血清CC16的減少，反映二氧化硅粉塵對呼吸上皮細胞的早期毒性作用[65-67]，表達水平與肺功能參數相關，能更好地評估暴露個體的敏感性和特異性。Miao等8測定了矽塵暴露組和對照組的氧化應激指標，血清谷胱甘肽過氧化物酶（GSH- ?Px ）與矽肺分期、粉塵暴露時間和職業類型呈顯著正相關，認為氧化和抗氧化系統失衡與矽肺的發生發展有關。對確診塵肺病例體內炎癥因子表達進行分析發現，病例組IL-6、IL-8、TNF- ?α 等炎癥因子不僅顯著高于健康對照組，并且表達程度的變化與疾病嚴重程度及進展相關[69-70]。近期亦有研究認為血清硅同樣是一項重要的生物標志物[46]，血清硅水平在接觸二氧化硅粉塵后迅速升高，其變化早于TNF- a 轉化生長因子（TGF-β1）、CC16等生物標志物的表達。

綜合上述研究不難發現，體內氧化應激和炎癥可能是評估肺部纖維化早期變化的有效參數[71]，將環境暴露與工人生物監測相結合，可以更加科學地評價環境[72。表2列出了有關勞動者外暴露與健康效應的研究，從表2可以看出，環境暴露與暴露組生理變化之間存在明顯關聯，表明勞動者職業暴露與全身炎癥和氧化損傷的相關性。生物標志物克服了傳統肺功能測定的局限性，后者通常顯示不可逆的肺功能障礙，并且暴露組變化不顯著。如果能做到盡早檢測生物標志物變化，找到一種或多種作為相對特異性的指標，將環境監測與生物監測相結合，有助于評估其與職業病的發展、嚴重程度的關系，加強職業病的預防以及粉塵顆粒暴露人群的普查。

盡管在職業衛生領域常通過檢測分析勞動者血液尿液中生物標志物變化來判斷是否存在健康損傷。但是在關注環境外部暴露的環境學科中，侵入式樣本的獲取并不容易，因此，有學者提出可以用顆粒粉塵樣本自身的毒性表征勞動者健康水平。上述體外研究表明，脂多糖會加劇粉塵誘導的肺部纖維化，是內毒素的物質基礎。Tefera等[3通過棉花加工紡織廠粉塵和工人體內的內毒素暴露情況研究粉塵樣本的內毒素水平和暴露水平是否統一，結果顯示， 1% 的粉塵樣本和 89% 的內毒素樣本超過了工作場所的暴露限值，可吸入粉塵與內毒素之間存在中度相關性 （r=0.450，L_Plt;0.001） ，說明低質量濃度粉塵暴露并不能保證低內毒素暴露。近些年，在大氣顆粒物研究領域中，提出氧化潛勢（OP）指標，為顆粒導致的健康效應提供一種發生機制解釋——氧化應激[74-75]，其定義為顆粒誘導氧化應激的能力，與質量濃度相比，可以更好地表征顆粒對健康的影響[76]。氧化潛勢相當于體外化學反應，無需體內外細胞、動物實驗等，可模擬體內生化過程。Yang[85等檢測了中國南京全年室內（辦公室、會議室和宿舍）和室外環境中污染水平和氧化潛勢，盡管 PM_2.5 的質量濃度從室外到室內的過程中在持續下降，但氧化潛勢兩個方向上的變化都高達2倍，表明室內和室外 PM_2.5 破壞氧化還原平衡的能力存在一定差異。Fang等8從美國東南部不同環境（城市、路邊和農村）收集不同環境的 PM_2.5 顆粒， PM_2.5 的氧化潛勢在空間上均勻，并且與質量濃度有很好的相關性 （r=0，49～0，88） 。不同季節氧化潛勢存在差異性。張曼曼等8在中國廣州測定了大氣PM_2.5 的氧化潛勢，在干季（1月）和濕季（4月）的氧化潛勢均無明顯差別。Strak等8在荷蘭5個不同的地點（地下火車站、2個交通站點、1個農場和1個城市背景站點）環境暴露參數，并在暴露前后測量志愿者的肺功能參數和呼氣一氧化氮分數（FENO），結果表明，顆粒濃度的變化與急性氣道炎癥（FENO）和肺功能受損相關，然而顆粒質量濃度和PM10氧化電位不能預測觀察到的急性反應。上述研究主要針對大氣和民用建筑，例如街道、辦公室、公寓等顆粒的氧化潛勢進行研究。也有學者將氧化潛勢指標引入工業環境中，Zazouli等89對煤礦下產生粉塵的礦物學、微觀形貌、化學特征及氧化毒性進行了研究，煤塵氧化潛勢與其中的Mn、Cr、Fe、As、Co、Ba、Al和Pb金屬元素顯著相關， PM₄ 質量濃度在可吸入煤塵的氧化電位中起著至關重要的作用。工業環境產生的粉塵顆粒濃度高，成分復雜，導致的健康效應可能與室外大氣和民用建筑顯著不同。因此，在未來的研究中可以利用氧化潛勢評估工業環境帶來的健康風險，并找到影響氧化潛勢的關鍵因素，有效保護勞動者身體健康。

盡管毒理學、流行病學和生物監測研究已表明粉塵顆粒的暴露與各種職業病的發生之間存在關聯，但由于缺乏定量的閾值數據，無法量化保護工人免受健康損傷的界限，并且研究報道的大多數暴露與疾病在統計學上相關性并不顯著。一些國家已經開展了關于粉塵顆粒暴露-劑量-效應方面的研究，但是外部環境污染（不同地區工廠工作模式、工業化發展等）、地理環境、營養和文化差異（個人衛生習慣等）必然會導致群體之間生物效應方面的差異。盡管歐美等國家的粉塵暴露導致個體生物學效應的研究有借鑒意義，但直接將歐美數據類推到中國的實際工業環境暴露，可能會導致其結果的不準確性。因此，未來需要以中國工人為對象開展粉塵職業暴露的研究，為了解決中國生產性粉塵的環境污染和工人健康難題，對中國粉塵顆粒物的性質、暴露特征及生物學健康效應進行研究，具有迫切性和必要性。

3 健康風險評價

風險評估有助于了解健康風險與粉塵暴露之間的關系，包括調研特定工作環境以確定存在的危險，決定采取何種有效通風控制措施將風險降低到可接受的水平。國際上的研究多采用基于美國環境保護署（USEPA）推薦的4步式吸入健康風險評估模型[9]，其他國家如加拿大、英國等提出的其他健康風險評價模式與4步法基本相似，包括危害識別、劑量-反應關系、暴露評估、風險表征4個步驟（圖3）。EPA模型計算出的風險值小于等于 10^-6 ，表明危害可以接受，而大于 10^-4 則表示嚴重風險， 10^-6～ 10^-4 表示存在潛在風險。由于環境中存在影響評估的不確定因素，為考慮暴露參數和粉塵濃度等因素對評價結果帶來的不確定性，研究人員通常在風險評估模型的基礎上采用蒙特卡羅模擬進行概率風險評估[91]。在對伊朗煤礦中粉塵及金屬元素造成的健康風險研究中發現[89]，吸人暴露是導致非癌癥風險的主要因素，其次是攝入暴露，其中鉻（ ∣Cr? 和鈷（Co）的風險超過人類健康可接受范圍。Tong等[92]估計了建筑揚塵引起的健康風險，木制模板區工人的健康風險較高，其中 40% 超過 10^-6 。研究表明，不同建筑活動中產生的粉塵對建筑工人有不同的影響，應識別哪一項工種受到粉塵的危害更大，為后續提供重點防治方向。隨著傷殘調整生命年（DALYs）的應用，粉塵健康風險評價得到了進一步發展。DALYs是由于過早死亡而損失的生命年數和根據嚴重程度調整的殘疾年數的總和[93]，也有學者提出，與健康風險值相比，DALYs提供的健康損害量化指標能更加直觀地反映造成的健康損害[92]，為制定合理的津貼政策補償勞動者提供參考。健康風險也可用于驗證工業建筑中采用不同的干預措施所帶來的健康效益。Chen等[94]基于隧道工人粉塵暴露濃度建立了健康風險評估體系，隧道工人受到的健康風險最大，佩戴防塵口罩可將健康風險的范圍降低至 82%～26% （依據口罩質量和使用情況當不同）。Sahihazar等[91量化了鑄造工人二氧化硅粉塵暴露的健康風險，鑄造廠中各工位的風險均高于可接受范圍，所有工人都可能存在健康風險，進而驗證了在采用通風控制和佩戴口罩的情況下健康風險分別降低了 77.52%.56.77% 。進而有學者提出，可以采用生物監測明確干預措施在健康方面的增益，Cavallo9在工作區域安裝特殊過濾罩以及改善環境和個人防護設備，6個月后測量發現顆粒數濃度下降，與第1次生物監測相比，采用的暴露緩解措施展現出一定的有效性。

概率風險評估模型大大改善了傳統健康風險評估方法帶來的不確定性，可以幫助工廠加強職業健康和安全管理，以預防粉塵引起的職業病和損害。然而評估模型也存在一些局限性：首先，計算時設定的吸入率與真實人體吸入率存在差異，因為個體吸入率不恒定，隨個體特征和工作強度發生變化；其次，模型考慮了不同類型粉塵顆粒的毒性，但在粒徑、成分復雜的工業環境中的適用性存在一定局限；并且真實工廠中粉塵濃度也并非恒定，會隨時間、空間和工藝等變化。因此，需要根據產生粉塵顆粒的不同工業環境中的暴露時間、暴露特征和健康危害建立更詳細的數據庫，并考慮實時變化的吸入率及不同粒徑的粉塵顆粒，將風險評估模型更好地運用于工業建筑室內環境中，包括工人健康損傷以及通風措施有效性的評估。

4 結論與展望

工業建筑環境中的污染物種類繁多，成分性質、暴露水平、時空分布、毒性效應等差異巨大，如何確定勞動者所面臨的健康損傷，保護其身體健康，已成為建筑環境和職業衛生學科等交叉領域的重要課題。由于個體差異及學科研究側重點不同，建立工業環境復雜的外暴露與人群內暴露之間的聯系極為困難。缺少外暴露和體內健康效應的有效整合，“污染源頭-個體暴露-個體健康效應\"的研究鏈條尚未完全打通，但是闡明生產性粉塵顆粒暴露健康效應之間的因果關系是降低其對勞動者健康危害、采取有效保護緩解措施的科學依據。目前針對粉塵顆粒吸人暴露及暴露效應的研究不僅提出復雜粉塵顆粒的致病機理問題，也深入研究在真實工業環境下勞動者實際健康效應關系，并在過程中創新了許多技術方法。因此，需要依據工業環境特點，完善吸人暴露特性與勞動者的暴露健康效應關系，根據工業環境特點和健康效應研究的實際情況，建議如下：

1）明晰工業粉塵顆粒的健康效應與其特征（如污染物源頭、化學成分、粒徑等）之間的關系，尤其是在體內的沉積清除特性、生物學效應、毒理作用及治病機制。

2）進行廣泛的暴露評估研究，以確定多種不同工業場所的接觸情景。在進行暴露評估的同時，迫切需要填補關于暴露于粉塵對健康的不良影響與劑量關系的知識空白。

3）利用生物監測及健康風險評估等方法，建立評價干預措施有效性模型，進一步全面分析量化干預措施對暴露-健康-經濟的影響。

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（編輯胡玲）