摘要
传统上,空气颗粒物(PM)对健康影响的研究主要集中在直径<10 μm的颗粒物(PM)上10)或直径<2.5 μm的颗粒(PM2.5).PM的粗分数10,颗粒>2.5 μm,最近才开始研究。与PM相比,这些颗粒的来源和成分不同2.5.本文基于对联合分析细颗粒物和粗颗粒物的研究的系统回顾,并对粗颗粒物对健康影响的流行病学证据进行了检验。
在一些地方,有关环境颗粒物与死亡率的时间序列研究提供了粗颗粒物对每日死亡率有独立影响的证据,但在大多数城市地区,细颗粒物的证据更强。少数关于粗PM对生存影响的长期研究没有提供任何关联的证据。
在慢性阻塞性肺疾病、哮喘和呼吸系统入院的研究中,粗颗粒物的短期影响比细颗粒物更强或同样强,这表明粗颗粒物可能导致肺部不良反应,触发导致入院的过程。也有支持粗PM和心血管入院之间的关联。
得出结论,应特别考虑将粗颗粒与细颗粒分开研究和调节。
空气中的颗粒有各种大小、形状和成分。最小的“超细”颗粒是由成核和冷凝产生的,主要来自燃烧排放。它们的数量大(每毫升约为>万),质量小(质量浓度通常只有几μg·m)−3).超细颗粒具有固有的不稳定性,通过凝固和凝结生长为较大的“堆积”颗粒,其直径大多为0.1-1 μm。这些颗粒通常占周围空气中颗粒质量的一半以上。硫酸盐、硝酸盐、元素碳和有机碳通常是它们的主要成分。因为燃烧过程最终会产生所有这些粒子,所以这些粒子通常被称为“燃烧”粒子。颗粒>1 ~ 2 μm通常具有完全不同的来源和组成。它们主要是由机械过程产生的,如风或磨损。通常,地壳物质,如硅酸盐,是粗颗粒的很大一部分,但这取决于具体的来源:当大型冶金工业是主要来源时,金属可能很重要。这些粗颗粒的大小可以一直变化到100 μm,较大的颗粒变得太重,无法在空气中停留任何时间。
在过去的15年里,通过测量直径<10 μm的颗粒物(PM),在许多地区对空气中的颗粒物进行了表征10),因为这种大小的颗粒可以渗透到呼吸道的胸部部分,在那里它们可能会产生不良影响。更广泛的总悬浮颗粒(TSP)测量方法确实纳入了较大的颗粒,但被认为太不具体,不能用作旨在保护人类健康的空气质量标准的基础。有效地,引入PM10在研究和调节颗粒对健康的影响时,已经排除了较大的颗粒,这些颗粒仍可能沉积在上呼吸道(鼻子,喉咙)。因为下午10通常主要由小于几微米的颗粒组成,在研究中不能轻易地将其与细颗粒(FP)区分出来,细颗粒通常测量为<2.5 μm或PM2.5.这并不是说浓度是一样的;问题是PM的时间和空间变化2.5和点10尽管细颗粒和粗颗粒(CP)的来源和组成不同,但它们通常是相似的,这仅仅是因为PM2.5PM的比例这么大10.
只是在最近几年,人们才更加明确地认识到粗颗粒和细颗粒之间的区别。研究人员在研究中分别测量了细颗粒和粗颗粒,而不是测量PM2.5和点10.这表明,相比之下,PM之间的相关性很高10和点2.5在美国,PM之间的相关性往往要小得多2.5粗颗粒,通常定义和测量为>2.5和<10 μm的颗粒。值得注意的是,有时这个量是通过减去PM的直接测量得出的2.5从PM的直接测量10;这样做的缺点是粗颗粒测量受到两个测量误差的影响,而不是一个。其他采样配置在将细颗粒和粗颗粒收集到过滤器上进行称重或通过其他方法进行检测之前将它们分开。
这些最近的研究使我们能够调查细颗粒和粗颗粒的作用,而不会遇到任何关于PM的复杂情况10也可能对PM有效(甚至由PM主导)2.5,因为PM2.5PM的比例这么大10.细颗粒和粗颗粒之间的相关性通常很低,这使得在现场研究中分离它们的影响相对容易。在适当的培养基上分别收集细颗粒和粗颗粒也有助于毒理学研究,从而得出结论,在质量基础上,这两个组分在定性和定量上具有相同或不同的毒性。
关于粗颗粒和细颗粒的发生、测量和相关性的详细描述可以在Wilson和Su中找到1.这些作者得出结论,“细颗粒和粗颗粒是不同类别的污染物,在研究和流行病学研究中应该分别测量。点2.5和点(10- - - - - -2.5)是细颗粒的指标或替代品,而不是测量值。”为了说明最后一点,有证据表明,在某些地区,风沙对PM有显著的贡献2.52.
一个早期的研究例子是来自美国的一项研究,该研究分别研究了细颗粒物和粗颗粒物3.,4研究发现,6个城市的每日死亡率与细颗粒物有关,而与粗颗粒物无关。从那时起,出现了少量的证据,可以进一步分析细颗粒和粗颗粒的相对重要性。
目标和方法
本文回顾了流行病学研究中关于粗颗粒对健康影响的已知情况。因为除了PM之外,几乎没有研究定义了“粗颗粒”10- - - - - -2.5(偶尔点15- - - - - -2.5),我们所知道的粗颗粒质量(CM)是指颗粒<10(或15)μm, >为2.5 μm。重点是比较研究中细颗粒和粗颗粒的影响估计值,本综述的目的是包括所有时间序列研究,为这两个组分提供系数。论文是通过PubMed和伦敦大学圣乔治医院医学院的时间序列数据库空气污染流行病学数据库(ape)的系统搜索选择的,用于世界卫生组织最近的荟萃分析5.本文探讨了时间序列研究中是否有证据表明粗颗粒对每日死亡率和发病率的影响。由于测量误差可能取决于测量粗颗粒的方法(即。通过直接测量或减去测量的PM2.5从测量的PM10),表中已显示所采用的方法。大多数研究报告了对这两个指标的几种效应估计;在本综述中,选择了一个或几个数据作为研究的代表性,以确保粗颗粒物和细颗粒物的影响估计来自研究中严格可比较的数据集。在对时间序列数据建模的新见解出现后,最近对几项研究进行了重新分析;如果是这样,则从重新分析的数据中选择了健康影响研究所出版的专著中报告的影响估计6.很少有研究提出了细颗粒物和粗颗粒物联合分析的结果。只要有两种污染物模型的结果,就加以讨论。目前关于粗颗粒物效应的数据过于稀疏,无法对结果进行正式的元分析。
粗颗粒对短期死亡率的影响
细颗粒和粗颗粒对死亡率影响的时间序列研究结果汇总在表1中⇓3.,4,7- - - - - -22.该表包括报告的细颗粒和粗颗粒之间的相关性,这些相关性通常在0.5左右或略小于0.5。在所有报道的研究中,PM10粗颗粒和细颗粒的含量都要高得多(因为细颗粒和粗颗粒都是PM的一部分10).
有四项研究不仅报告了细颗粒物和粗颗粒物的单独估计,而且还报告了两种污染物分析的结果7,9- - - - - -12,14.前三个研究发现,在对细颗粒物进行调整后,粗颗粒物的影响不再存在,而细颗粒物的影响仍然存在。加拿大的数据还没有发表过两种污染物的分析9,10但已经进行了试验,结果表明细颗粒物效应持续存在,但粗颗粒物效应减弱且不显著(R. Burnett,安全环境局、健康环境和消费者安全处生物统计和流行病学司,加拿大卫生部,渥太华,个人交流)。表中的影响估计来自于最近的再分析报告9.这只是墨西哥城的一项研究14结果正好相反。作者推测,墨西哥城粗质量部分存在大量生物污染。
在仅报告单一污染物分析的研究中,最初的Schwartz等.3.克莱姆在美国六个城市进行了同样的研究等.4仍然是观察数量最多的研究,在数年内观察了约19万例死亡。在这项研究中,细颗粒物与死亡率相关,但粗颗粒物与死亡率无关。有趣的是,在一个发现CP与死亡率相关的城镇(Steubenville),计划生育与CP之间的相关性很高,为0.69。费城的另一项研究发现,死亡率与细颗粒物和粗颗粒物之间的相关性大致相似,尽管与CM之间的相关性大多不显著8.美国环境保护署(EPA) PM标准文件计算出的效果估计值约为每10 μg·m心血管死亡率增加1.6%−3对于这两个指标,对细颗粒物显著,但对粗颗粒物不显著23.
许多研究发现,没有证据表明任何一种PM指标对死亡率有影响13,15- - - - - -17,20..
在加利福尼亚州干旱的科切拉山谷进行的一项研究中,奥斯特罗等.18发现细颗粒(而非粗颗粒)对总死亡率有影响的证据。当分析仅限于心血管疾病死亡率时,粗颗粒而非细颗粒有显著相关性,尽管细颗粒的效应估计仍比粗颗粒颗粒物大得多。结果通常不受模型规格的影响19.在2003年发表的重新分析中,作者只研究了心血管疾病的死亡率,因此在总死亡率方面不可能与原始报告进行比较。
在美国亚利桑那州凤凰城的一项小型研究中,由于干旱条件,粗颗粒物高于细颗粒物,两者都被发现与滞后0时的心血管死亡率相关。滞后1时,细粒(7.1% / 10 μg·m)的相关性更强−3, 95%可信区间(CI) 1.1 ~ 12.9%,高于粗颗粒(1.6% / 10 μg·m)−3, 95% ci−0.5-3.8%)21,22.在圣地亚哥,夏季粗PM比FP更重要7.
图1显示了粗颗粒物和细颗粒物对死亡率的影响估计值⇓.
![图1 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/26/2/309/F1.medium.gif)
在已发表的时间序列研究中,细(•)和粗(〇)颗粒对总死亡率的影响。
粗颗粒对长期死亡率的影响
在美国进行的规模最大的队列研究发现,在长期随访中,没有证据表明粗颗粒物与死亡率相关,对总死亡率的影响估计基本为零23.六个城市的研究24美国环保署在最终的颗粒物标准文件中引用的数据也没有发现粗颗粒(定义为PM)之间的显著关系15- - - - - -2.5)和14年随访后的死亡率(浓度范围9.7,相对危险度1.19 (0.91-1.55)25.这是一个重要的观察结果,因为精细PM的年平均限值(建议)部分依赖于这些队列研究的结果。
粗颗粒对发病率短期测量的影响
11篇论文介绍了呼吸道和心血管疾病入院的相关研究13,16,26- - - - - -32,33,34还有三项关于急诊就诊的研究35- - - - - -37(表2⇓).其中五项研究来自加拿大多伦多26,27,29,31,32但他们使用了不同的结果、研究人群和粒子暴露指标。在心肺入院的长期研究中29以及儿童呼吸系统入院31,321980 ~ 1994年,用TSP和硫酸盐对粗馏分和细馏分进行了测定。这些研究表明粗馏分可能更重要27,31,32或者至少是对某些终点更强的预测29.特别是粗部分对所有年龄的CVD总入院率有很强的影响,每10 μg·m约为8%−3在单一污染物模型中27.然而,这些加拿大研究中的PM指标对两种污染物模型中气态污染物的包含较为敏感,但对PM则更为敏感2.5相比于粗颗粒27.从TSP和硫酸盐中估计粗颗粒和细颗粒的水平,对CVD入场的影响的支持较少29.
底特律老年人中各种类型的心血管疾病住院与细颗粒和粗颗粒(以及其他污染物)呈正相关,在某些情况下显著相关。当混合污染物包括在模型中时,这种关联相当强大16.无论是从最初的分析还是重新分析,都不可能得出任何一个分数比另一个分数更重要的结论。粗馏分的最强效应为~ 4% / 10 μg·m−3用于老年人IHD住院。
在哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)和/或所有呼吸系统入院的几项研究中,粗分数是一个更好的预测每日数字的指标16,29- - - - - -32在某些情况下,细颗粒和粗颗粒对哮喘的影响更为相似28,34- - - - - -36.总体上,每10 μg·m增加2 ~ 6%的吸收率−3用于呼吸系统入院。粗组分的最高效应量估计值超过10% / 10 μg·m−3,特别是平均时间较长32.在智利的一项研究中,不同的诊断和季节的结果不一致36.其中三个诊断季节组合与FP的相关性最强,三个与CP的相关性最强。在多伦多的一项研究中,在对共污染物进行调整后,只有CP显示出至少边际水平的相关性证据27.图2显示了细颗粒和粗颗粒对呼吸、COPD和心血管入院的影响⇓- - - - - -⇓4⇓.
![图2 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/26/2/309/F2.medium.gif)
在已发表的时间序列研究中,细(•)和粗(〇)颗粒对呼吸入院的影响。
![图3 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/26/2/309/F3.medium.gif)
在已发表的时间序列研究中,细颗粒(•)和粗颗粒(〇)对慢性阻塞性肺疾病(COPD)入院的影响。
![图4 -](http://www.qdcxjkg.com/content/erj/26/2/309/F4.medium.gif)
在已发表的时间序列研究中,细颗粒(•)和粗颗粒(〇)对心血管入院的影响。CVD:心血管疾病;HF:心力衰竭;缺血性心脏病。
沙尘暴和风沙的影响
施瓦兹等.39分析了沙尘暴经常发生的美国华盛顿州斯波坎市的时间序列死亡率数据。作者发现,在沙尘暴的日子里,平均PM10浓度263 μg·m−3,与有平均PM的对照组相比,死亡率没有增加10浓度42 μg·m−3.
一项来自美国华盛顿州的呼吸系统住院病人的研究40发现与PM有关10.在秋季,当PM10被认为是由风吹来的灰尘主导的。如果风吹来的灰尘是无害的,人们会认为这种关联会小一些。美国安克雷奇的一项研究表明,PM10以粗粒地壳物质为主,发现PM10用于哮喘、支气管炎和上呼吸道感染的门诊41.
美国华盛顿州的另一项研究发现,沙尘暴后呼吸道住院人数略有增加,最长时间为下午24小时10浓度超过1000 μg·m−342.系数估计为每100 μg·m ~ 3 ~ 4%−3,这与从PM和入院率的大时间序列研究中估计的系数没有太大差异。
在欧洲的一些地区,道路被铺上砂石,冬季使用铆钉轮胎,积雪融化后,就会出现所谓的“春季粉尘”高浓度事件。芬兰的一项研究解决了可能的健康后果43.TSP,点10和点2.5粗质量通过减去PM2.5从下午10.中位浓度分别为57、28、15和8 μg·m−3最大浓度分别为234、122、55和67 μg·m−3(平均24小时)。在本研究中,不同颗粒指标之间的相关性在0.90-0.98之间非常高,因此在分析中无法将它们分开。在一组哮喘儿童中,发现晨高峰流量和咳嗽与所有颗粒指标(TSP除外,未进行分析)相关。由于指标之间的高度相关性,无法得出关于粗项目管理的独立作用的确切结论。来自芬兰的另外两项研究发现,没有证据表明粗颗粒物(“春季粉尘”)对哮喘患者的峰值流量和症状有影响44,45.
粗颗粒对发病率长期测量的影响
在南加州儿童健康研究中进行的分析发现,在哮喘儿童的前瞻性评估中,没有证据表明粗颗粒物和支气管炎症状之间存在关联46.在同一数据中,NO2有机碳是与症状最密切相关的污染物。年平均PM之间的相关性2.5粗颗粒仅为0.24,而PM10二者高度相关,为0.79。这项分析考虑了4年期间社区内部和社区之间的变化。这表明,在实际测量细颗粒物和粗颗粒物时,可以对两者的关联进行单独评估。该队列的早期出版物发现了一些证据,表明粗颗粒物对肺功能生长的影响与其他颗粒指标的影响是不可分割的47,48.然而,在这些分析中,没有考虑到社区内空气污染暴露随时间的变化,以及PM之间的相关性10由于这个原因,粗颗粒和细颗粒比儿童支气管炎症状的分析要高得多。
一项来自中国4个城市8个区的研究报告称,儿童呼吸道症状的流行与TSP的相关性更大,而且与粗颗粒的相关性比细颗粒的相关性更大。平均浓度为356 μg·m−3TSP含量分别为151、92和59 μg·m−3对点10下午,2.5和粗质量49.
粗颗粒的毒理学评论
在讨论粗颗粒和细颗粒的毒理学时,一个重要的考虑因素是剂量学。很少有研究人员专门研究细颗粒物和粗颗粒物的颗粒肺剂量。Venkataraman和Kao50显示,在质量基础上,细颗粒物在肺部区域沉积的比例是粗颗粒物的比例的三倍。然而,细颗粒物对肺部区域的剂量比粗颗粒物高5个数量级。这表明,即使颗粒物的影响与颗粒数有一定的关系,细粒分数也完全占主导地位。
迄今为止,大多数研究粗颗粒物和细颗粒物影响的毒理学研究都以质量为基础。史等.51发现粗模态颗粒的羟基自由基生成能力高于细模态颗粒,尤其在冬季采样时。相比之下,溶剂萃取有机化合物的细胞毒性在细颗粒中比粗颗粒中更大52.另一项研究发现,按质量计算,细颗粒的溶血潜力比粗颗粒大53.然而,当按颗粒表面积表示时,影响是相似的,这表明颗粒表面积可能是颗粒对健康影响的重要决定因素。贝克尔等.54粗颗粒颗粒物对巨噬细胞细胞因子的产生有明显的促进作用,特别是粗颗粒颗粒物中细菌内毒素含量的增加。同一组研究人员进行的另一项研究发现,与细颗粒物相比,粗颗粒物更容易刺激人类肺巨噬细胞产生炎症反应,而且还是在质量基础上,这与细菌内毒素含量有关55.化学成分很可能是导致毒性作用的原因,对于粗颗粒物,不同地方和季节之间可能有很大差异。
综上所述,这些研究清楚地表明,粗颗粒物在实验室实验中具有毒性作用,如果按质量计算,这种影响至少与使用细颗粒物的实验中观察到的效果相同。然而,当考虑到颗粒数量或表面积时,与细颗粒物相关的有毒物质的肺剂量可能比与粗颗粒物相关的剂量大得多,因此仅就质量进行比较可能信息量较小。
关于粗颗粒对健康影响的结论性意见
死亡率
有一些证据表明粗PM对死亡率有影响。这在干旱地区(美国凤凰城的科切拉山谷)的研究中最为突出,那里粗颗粒物浓度相对较高。来自墨西哥城、底特律地区和加拿大的研究也为粗颗粒物对死亡率的影响提供了一些支持。
很少有研究将细颗粒物和粗颗粒物联合分析。有三项研究表明,在对细颗粒物进行调整后,粗颗粒物的影响降低到不显著,但在对粗颗粒物进行调整后,细颗粒物的影响仍然存在。墨西哥的一项研究得出了相反的结论。在圣地亚哥,夏季粗PM比FP更重要。粗颗粒物和细颗粒物也可能与其他(气态)污染物有不同的关联,因此对这些污染物的调整也可能影响统计分析的结果。然而,目前的数据库不允许对此进行评估。
在所有这些研究中,细颗粒物和粗颗粒物之间的相关性在0.28-0.59之间处于中等水平,在美国Steubenville的相关性较高,为0.6924.相比之下,PM10在所有研究中,细颗粒物和粗颗粒物的含量都要大得多。通常,PM之间的相关性10和细颗粒物是最大的,但也有一些例外,特别是在干旱地区10以粗PM为主。其含义是基于PM的分析10一般无法支持关于细颗粒物和粗颗粒物相对重要性的陈述。另一方面,细颗粒物和粗颗粒物之间的适度相关性允许分离这两种影响。不幸的是,到目前为止,很少有研究报告了两种污染物分析的结果。
目前只有一份来自欧洲的报告。英国的这项研究发现,细颗粒物和粗颗粒物对死亡率没有影响。而在暖季,细粒颗粒物对土壤的影响显著,粗粒颗粒物对土壤的影响不显著。两项美国队列研究未显示粗颗粒的空间变化对死亡率有显著影响。
发病
在慢性阻塞性肺病、哮喘和呼吸系统入院的研究中,粗粒颗粒物的短期疗效比细粒颗粒物更强或同样强。一些研究发现,在未发现与死亡率相关的地区,呼吸道发病率终点与粗颗粒之间存在关联。现有证据表明,粗颗粒的潜在毒性足以引起呼吸道和心血管疾病,从而导致住院人数增加。很少有数据可以估计粗颗粒物对发病率的长期影响。来自中国的一项研究表明,在高暴露水平下,儿童呼吸道疾病的流行与粗颗粒物尤其相关。相比之下,来自加州的儿童健康研究发现,几乎没有证据表明粗颗粒物对发病率有长期影响。
暴露评估
在流行病学研究中更难解决粗颗粒影响的一个原因是,粗颗粒的空间变异往往比细颗粒大56.在干旱地区,空间变异性可能较小。此外,当间接测量粗颗粒浓度时,仪器测量误差可能更大,即。粗颗粒物浓度由测量颗粒物的减法产生2.5从测量的PM10浓度。在所有报道的流行病学研究中,这些问题都没有得到明确的处理。只有来自科切拉谷的研究报告18粗颗粒和细颗粒之间的相关性报告分别在两个不同的地点测量:粗颗粒的相关性为0.61,细颗粒的相关性为0.60。另外两项研究提供了一些证据。奥地利最近的一项研究发现,夏季细颗粒物的空间相关性高于粗颗粒物(0.91与0.55),而冬季则相反(0.73)与0.84)57.前德意志民主共和国(GDR)的一项研究发现,细颗粒物和粗颗粒物以及细颗粒物和粗颗粒物中的内毒素具有较高的空间相关性(0.85与0.88)58.在这项研究中,粗颗粒物中的内毒素比细颗粒物高10倍,这可能解释了之前毒理学研究中细颗粒物的一些高毒性。这些有限的数据并不支持粗颗粒物的空间相关性比细颗粒物差得多的观点,但这需要进一步的数据。在已发表的研究中,很少有作者试图通过将粗颗粒物和细颗粒物纳入同一统计模型来确定它们的独立影响。如前所述,两者之间的相关性通常很低,可以进行有意义的双污染物分析。未来的分析需要考虑这些基本的风险暴露问题。
政策问题
这项系统综述确定了世界各地的大量研究,证明了粗颗粒对健康的不利影响。这种颗粒大小的部分对健康的影响在某种程度上被忽视了,现在提出了一个重要的挑战,需要通过流行病学、毒理学和化学方法进一步研究。粗颗粒分数在调节过程和控制措施中也很重要。
致谢
英国伦敦圣乔治医院和医学院的R. Atkinson帮助选择纳入发病率分析的研究。
脚注
编辑评论见第187页。
- 收到了2005年1月6日
- 接受5月13日。
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