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    細顆粒物 PM2.5對全身各系統疾病的影響及相關機制研究進展

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    近幾十年來,大氣污染隨著工業化進程的進行 而加重,尤其是近年來由于汽車尾氣大量排放,空氣 污染物在大中城市呈上升趨勢,已成為人類共同面 對的嚴重危害健康的環境問題。在大氣污染物中, 顆粒物( PM) 污染對人體健康的危害最大,PM 按其 直徑的大小不同可分為粗顆 粒 ( 2. 5 - 10 μm, PM10 ) 、細顆 粒 ( 0. 1-2. 5 ?μm,PM2.5 ) ?及超細顆粒 ( < 0. 1 μm)。大氣顆粒物的直徑大小決定了其 最終進入呼吸道的部位: 2. 5μm 的顆粒物在肺部沉 積量可達 83% ,而 ?8. 2μm ?和 11. 5μm ?的顆粒僅有49% 和 31% 沉積下來,顆粒物的大小與其在肺部的沉積總量呈反比。直徑大于 10 μm 的顆粒很容 易被呼吸道黏液及纖毛系統排除,而直徑 小于 10 μm 的顆粒物可以進入下呼吸道,特別是 PM2.5 容易 沉積于細支氣管和肺泡,并可進入血液循環。因此,除了對肺部的影響外,PM2.5 對全身各系統均會 造成一定的影響。本文就 PM2.5 對全身各系統疾病的影響及相關的機制做一綜述。

     

    一、PM2.5 和呼吸系統疾病

     

    1、PM2.5 與慢性阻塞性肺疾病

    慢性阻塞性肺疾病( 簡稱慢阻肺) 以不完全可逆性氣流受限為特點,這種氣流受限通常為進行性 的,與肺對毒性顆粒和氣體的過度炎癥反應有關。慢阻肺已成為近年來一個重要的公共衛生問題。預防慢阻肺急性加重( AECOPD) 更是慢阻肺預防中的重中之重。近年來的流行病學研究,認為大約 30%的 AECOPD 的病因可能和大氣污染相關。Joel 等將美國六城市大氣 PM2.5 監測數據及日死亡數資料綜合分析,發現 PM2.5 日平均濃度上升 10μg / m3時,人群因 AECOPD 日死亡數上升 1. 5%。毒理學實驗表明,PM2.5 可導致大鼠肺泡巨噬細胞( AM) 的吞噬功能受損,誘導 AM 細胞分泌炎性因子一氧化氮( NO) 、白介素-8( IL-8) 、腫瘤壞死因子-α( TNF- α) 等;PM2.5 還可抑制人肺成纖維細胞的線粒體琥珀酸脫氫酶活力,并引起胞質乳酸脫氫酶( LDH)和酸性磷酸酶( ACP)向細胞膜外滲漏。研究證實PM2.5 能夠對慢阻肺患者的紅細胞造成損害,使磷酸絡氨酸酶和葡萄糖6磷酸脫氫酶活性下降,陰離子交換功能及抗氧化能力下降。PM造成AECO- PD的主要機制可能為氧化應激和抗氧化失衡。本研究也證實PM2.5 短期暴露可加重被動吸煙大鼠氣道慢性炎癥和氧化應激反應。氧自由基 ( ROS) 的大量生成,加重了呼吸道慢性炎癥過程是 AECOPD 發生的重要原因。PM引起的氧化應激使Atg5和Beclin1表達量增加,從而在A549細胞自噬過程中起重要作用,這也PM2.5導致肺功能下降的一個重要原因。

     

    2、PM2.5 與支氣管哮喘

    支氣管哮喘是由多種細胞及細胞組分參與的慢性氣道炎癥,此種炎癥常伴隨引起氣道反應性增高, 導致反復發作的喘息、氣促、胸悶和( 或)咳嗽等癥 狀。支氣管哮喘急性發作給社會人群帶來了極大的健康危害和經濟負擔。因此避免哮喘誘因和進行相關機制的研究就顯得尤為重要。研究發現在校正了天氣、氣溫、晝夜變化、季節、年齡等影響因素后,患者的長期居住地的PM2. 5濃度與哮喘急性發作之間依然存在著一定的相關性。在冬季,大氣中煙霧( 主要為 PM2.5 )濃度升高,尤其是升高后的第二天,可使因哮喘發作而就診的人數明顯增多; 且PM2.5對哮喘急性發作有很好的預警作用。PM2.5成哮喘急性發作的確切機制目前尚未明確,目前認為與PM2.5穿透肺泡上皮細胞,進入血液循環,在血液中釋放生物活性物質促進變態反應性炎癥的發生有一定的關聯。與氧化應激導致慢阻肺急性加重的機制相同,患者吸入的 PM2.5后,體內形成氧自由基( ROS) ,可使氣道上皮中的NF-κβ、激活蛋白-1( AP-1) 活化,NF-κβ的活化可使炎癥因子[IL-1β、IL-8、血管細胞粘附分子-1( VCAM-1 ) 、細胞間粘附分子-1( ICAM-1) 等]的基因表達上調。這些炎癥介質可以趨化并激活相關炎癥細胞使哮喘的慢性炎癥狀態持續存在。

     

    3、PM 2.5和肺癌

    一系列的流行病學調查研究探討了PM2.5暴露和肺癌發生之間的關系,盡管PM2.5和肺癌風險的結果在這些文章中存在差異,但絕大多數文章均證實了這種關系的存在。最新的研究發現PM2.5與肺癌風險的增加明顯相關,PM2.5的濃度每增加10μg / m3 ,肺癌發生的OR值為1. 29,95% ,CI 為 0. 95 ?~1. 76。這和最近的一項薈萃研究的結果類似 OR= 1. 09( 95% CI: 1. 04 ~ 1. 14)。肺癌占據腫瘤發生率的第一位,使社會負擔和患者個人經濟負擔明顯加重,因此降低PM暴露的風險或許會使一大部分人群受益。PM2. 5暴露導致肺癌發生的具體機制尚不明了,可能和其產生的 ROS對肺上皮細胞長期刺激所致。

     

    二、PM2.5 和心血管系統疾病

    流行病學研究結果發現大氣中PM2. 5濃度在短時間內升高可誘發心律失常、加重心衰、加重缺血性 心肌病和缺血性腦卒中等。最近的薈萃分析結果顯示PM2.5暴露和心臟變異率 ( ?HRV)之間存在正相關,并可提示心血管事件預后不良。動物研究表明小鼠暴露于環境PM2.5后,心臟組織中,線粒體功能受損,且與心肌收縮力降低明顯相關。載脂蛋白E基因敲除小鼠模型暴露于PM2.5后可引起血管炎癥,和動脈粥樣硬化進一步加重。PM還可通過激活 NF-κB ?炎癥信號通路,進而促進血管鈣化。PM 導致心血管系統疾病發生的機制較為復雜,存在以下幾條致病途徑: ①刺激肺上皮細胞或肺內細胞釋放前炎癥因子及血管活性介質; ② 激活肺部受體,從而影響自主神經功能;③PM2.5從肺泡上皮進肺組織間隙后可透過血管內皮細胞進入微循環,其作為外源性組織因子可激活血管內皮和凝血 / 纖溶系統,進而引起心血管系統的損傷。此外PM顆粒被認為是刺激自主神經系統( ANS) 的重要因素,可影響植物神經平衡,這可能通過血管收縮導致心血管風險和易感性心律失常的發生。

     

    三、PM2. 5 和消化系統疾病

    非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確的損肝因素所致的,以彌漫性肝細胞大泡性脂肪變為主要特征的臨床病理綜合征。研究表明西方發達國家NAFLD的患病率為20% ~ 33%,因此 NAFLD需引起足夠的重視。一項包括4582名成年人的營養調查顯示,血清谷丙轉氨酶( ALT) 在 環境污染物( 主要為 PM2.5 )暴露后明顯升高,在對年齡、種族、性別、體質指數、貧困收入比和胰島素抵抗等因素校正后,ALT仍明顯升高且具有PM2.5劑量后,枯否細胞出現明顯增殖,枯否細胞的激活可使大量細胞因子釋放,進而觸發炎癥和肝星狀細胞合成膠原蛋白,最終導致肝臟纖維化。PM還可通過酶促反應產生大量ROS,而氧化應激和胰島素抵 抗可能是NAFLD發生的中心環節。

     

    綜上所述,PM2.5 濃度升高可造成和加重全身各系統損害。而這種損害包括了PM2.5 引起的機體免疫變態反應與氧化應激進而導致呼吸系統,循環系統和消化系統的系統性炎癥反應,介導了臟器損傷。因此,做好個人防護和減少污染物就顯得尤為重要。隨著工業和交通業的發展,PM2.5 污染將愈來愈嚴重,所以加強人群保護和減少大氣顆粒物污染將成為未來工作的重點。因此以后的目標應在減輕大氣污染的基礎上,做好大氣污染預測,使個人提前做好防護,從而減輕全身各系統疾病的發生。此外,應對相關機制進行更深入研究,為突發氣候事件給現有各系統損傷的防治奠定理論基礎,臨床依據及相應的預防策略。

     

    本文轉自《臨床肺科雜志》,2015年5月 第20卷第5期。

     

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