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      行業動態Dynamic

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      【轉載】 查了多篇科學文獻,給你一份PM2.5知識圖譜

      更新時間: 點擊:1130 所屬欄目:行業動態 Update Time: Hits:1130 Belong Column:Dynamic

      前言


      新冠病毒,讓我看了幾篇《柳葉刀》文章。在此基礎上,順便查了查空氣污染相關的內容,特別是PM2.5與人體健康的關系。雖然之前已比較了解霧霾,但仍然有一些疑問。比如:

      霧霾指數多少,才能室外運動呢?
      如何更有效地進行顆粒物防護?
      PM2.5對人體的傷害如何量化?
       
      帶著這些疑問,我查詢了一些文獻,包括《美國醫學會雜志》、Taylor&Francis期刊、ScienceDaily,從而對PM2.5以及對人群的影響有了更深的了解?,F在從以下幾個方面來闡述,對于普通人,可以重點看看1、2和第4點。

      1、什么是PM2.5,以及如何產生的;
      2、PM2.5會造成哪些不良后果;
      3、這些研究是怎么定性和定量出來的;
      4、普通人如何進行有效防護;
      5、關于顆粒物的一些最新研究情況簡介。




      01

      PM2.5以及產生


      PM是particulate matter的縮寫,也叫懸浮顆?;蝾w粒物,泛指懸浮在空氣中的固體顆?;蛞旱?。其中,空氣動力學直徑小于或等于10微米 (μm)的顆粒物稱為可吸入顆粒物(PM10);直徑小于或等于2.5微米的顆粒物稱為細顆粒物(PM2.5)。2.5微米是多大呢?作為對比,人的一根頭發絲直徑大概是50-70微米,2.5微米大概是頭發絲的1/28。


      圖一:pm2.5_scale_graphic-color


      顆粒物的來源比較廣泛,如上圖所示,PM10主要產生于機械過程,如建筑活動,道路揚塵和花粉等;而PM2.5主要來源于燃料燃燒,另外,維基百科上資料顯示,PM2.5還可以由硫和氮的氧化物轉化而成,這些氣體污染物往往是人類對石化燃料(煤、石油等)和垃圾的燃燒造成,類似的,沒有安裝廢氣處理裝置的柴油汽車也是顆粒物的主要來源。

      在室內,二手煙是顆粒物最主要的來源。


      圖二:Airborne-particulate-size-chart


      這張圖描述了各種顆粒的大小,單位:微米(μm)。


      【縱軸】biological contaminants-生物污染物、types of dust-灰塵的類型、 particulate contaminants-顆粒污染物、gas molecules-氣體分子。
      【橫軸】pollen-花粉、mold spores-霉菌孢子、house dust mite allergens-屋塵螨過敏原、bacteria-細菌、cat allergens-貓過敏原、virus-病毒、heavy dust -沉重的灰塵、setting dust-沉淀灰塵、suspended atmospheric dust-懸浮大氣塵、cement dust-水泥粉塵、fly ash-煤灰、oil smoke-油煙、smog-煙霧、 tobacco smoke-香煙煙霧、soot-煤煙、gaseous contaminants-氣態污染物。

      從這張圖中,我們可以明顯地看到,某一個類型污染物其典型代表的顆粒物所屬粒徑范圍。如:氣態污染物、香煙煙霧、病毒等,其粒徑都在1微米以下。



      02

      PM2.5會造成哪些不良后果


      顆粒物的大小決定了它們最終在呼吸道中的位置,較大的顆粒物往往被纖毛和黏液過濾,無法通過鼻子和咽喉。但是,小于10微米的可吸入顆粒物(PM10),可以穿透這些屏障到達支氣管和肺泡。而小于2.5μm的細顆粒物(PM2.5),更容易吸附有毒害的物質,如一些重金屬鉛、鋅、砷、鎘等,由于體積小,PM2.5具有更強的穿透力,可直接抵達細支氣管壁,并干擾肺內的氣體交換。更小的微粒(直徑小于等于100納米,0.1微米)會通過肺部傳遞影響其他器官。PM由肺然后到其他器官的影響,可以參考下面這張圖(*1-參考資料來源,參見文末)。


      由PM引起肺、心臟、血液以及其他器官的一個通路

      發表在《美國醫學會雜志》的一項研究(*2)表明,PM2.5會導致動脈斑塊沉積,引發血管炎癥和動脈硬化,最終導致心臟病或其他心血管問題。
       
      最小的顆粒物(直徑小于等于100納米,合0.1微米)帶來的危害更為嚴重。有證據表明這些顆粒物可以穿過細胞膜到達其他器官,包括大腦。有研究指出,這些微??赡芤l腦損傷(包括失智癥)。
       
      這項始于1982年的研究證實,當空氣中PM2.5的濃度長期高于10 μg/m3,就會帶來死亡風險的上升。濃度每增加10 μg/m3,總的死亡風險會上升4%,心肺疾病帶來的死亡風險上升6%,肺癌帶來的死亡風險上升8%。此外,PM2.5極易吸附多環芳烴有機污染物重金屬,使致癌、致畸、致突變的機率明顯升高。 

      另外一篇《美國醫學雜志》上的文章(*3)研究了接觸細顆粒物的水平和深靜脈血栓形成(DVT)之間的關系,研究結果表明暴露在細顆粒物中和血栓風險之間存在線性關系。

      國內方面,北京大學醫學部公共衛生學院與環保組織聯合發布的報告《危險的呼吸2:大氣PM2.5對中國城市公眾健康效應研究》(*4)給出了一個結論:2013年在中國31個省會城市和直轄市,因長期暴露于PM2.5污染帶來的長期人群健康損害所致的缺血性心臟病、腦血管病、肺癌和慢性阻塞性肺疾病致超額死亡人數總數為256693例,其95%可信區間高限值達366309例。



      03

      研究方法探尋


      可能有人會問,這些顆粒物的短期和長期影響,科研人員是怎么跟蹤和評估的呢?污染導致了幾百萬人死亡,這個數據科學嗎?我把看文獻過程中總結的幾點記錄如下,大家可自行評估、參考。


      在來自《美國醫學雜志》的參考文獻2中,其分析是基于美國癌癥協會(ACS)收集的數據,該數據是癌癥預防研究(CPS-II)的一部分。研究招募了約120萬成年人,參與者需要填寫一份詳細的調查問卷,用以評估危險因素,其中包括年齡,性別,種族,體重,身高,吸煙史,教育程度,婚姻狀況,飲食,飲酒,職業暴露和其他特征的問題。


      在隨后的若干年里,ACS會持續跟進和研究參與者的生命狀態,一旦有報告的死亡情況需要通過死亡證明予以核實。這項研究持續進行了16年,研究期間完成了至少93%的死亡確認,并獲得了死亡證明或死亡原因代碼。然后研究人員使用一個叫做“Cox比例風險模型”的方法,模型擬合涉及兩個階段。在第一階段,使用標準的Cox比例風險模型對生存數據進行建模。在第二階段,使用線性隨機效應回歸模型,確認特定健康響應的估計值與微??諝馕廴居嘘P。當然,模型還需要考慮其他風險因子的影響,包括年齡,性別,吸煙情況,職業暴露等。(感興趣的可自行研究論文)


      國內的研究相對來說更加理論化一些,在參考資料4《危險的呼吸2:大氣PM2.5對中國城市公眾健康效應研究》中,研究人員以當年的年平均PM2.5濃度作為基線情景,然后設置了三個對比組,包括“2017年情景、國標情景和WHO情景”。然后以WHO情景為本底,采用細顆粒物暴露造成的全球疾病負擔估算中所采用的“整合風險函數”方法計算國標情景、2017情景和基線情景下,相對于本底情景,各城市缺血性心臟病、腦血管病、慢性阻塞性肺疾病和肺癌死亡率的相對危險度。


      相對來說,國外的研究屬于流行病學研究范疇,跨度的時間也很長,數據更有說服力;國內更多的是采用倒推法,是根據已有數據、算法模型推演出的結果。




      04

      普通人如何防護


      國內多次的大型污染事件,已經讓大部分人意識到顆粒物污染帶來的危害。身處京津冀地段,也能感受到近幾年在政府部門強力干預下天氣變好的趨勢。但我發現,有一部分人可能仍然沒有意識到這一塊,包括家庭中二手煙對家人的影響,空氣污染指數達到多少是對身體有傷害的,甚至還有一小部分人在空氣質量不好時去跑步,更別說如果沒有新冠肺炎這件事口罩的普及率很低,等等。


      吸煙及二手煙

      從上面的圖二中我們可以看到,香煙產生的顆粒物直徑在0.1-1微米之間,這個粒徑的顆粒物可以直接穿過肺泡進入到血液循環中,危害非常大。


      來自ncbi上的一篇論文(*5)統計了中國吸煙所致的死亡率,論文中給出了一組數字:在2005年全中國共有673000例死亡(95%可信區間)可被歸因于吸煙。其中80%為男性死亡,吸煙相關死亡的根本死因為:癌癥268200例(214500-321900),心血管疾病146200例(79200-213100),呼吸系統疾病66800例(20300-113300)。而2012年中國衛生部發布的《中國吸煙危害健康報告》中報導說每年因吸煙導致死亡的人數已超過100萬。


      所以別吸煙,以及盡量不要被二手煙污染。特別是小孩和老人,讓他們盡量遠離煙。


      空氣污染指數

      我們大部分人手機里都有實時的空氣污染指數,手機自帶或者獨立App,比如墨跡天氣。但這個里面有兩個問題:


      一是大部分的手機自帶或者獨立污染指數App,用的都是《中國AQI標準》(*6),和《美國AQI標準》(*7)以及《世界衛生組織-空氣質量準則》(*8)相比,國內的標準仍然采用的是過渡期標準。這樣就會出現相同的污染物質和污染值,基于中國的AQI等級計算出來的空氣質量是“良”、“輕度污染”,基于美國的AQI等級計算出來的則是“輕度污染”、“不健康”。


      還有一個問題就是,中美兩國AQI標準里,最主要的就是PM2.5的限值不同。在美國標準里,PM2.5大于35.4(μg/m3)就是輕度污染了,而國內PM2.5濃度大于75(μg/m3)才算輕度污染。


      所以,在這里給三點小建議:

      1、當AQI值大于100時,請盡量減少室外運動;
      2、當AQI值大于150時,建議戴上口罩再出門;
      3、記得裝一款可以設置美國AQI標準的空氣監測軟件,并設置為“美國AQI標準”,同時除了看AQI外,看一下對應的PM2.5值。

      PM2.5值多少合適運動

      目前國內使用的空氣質量標準在PM2.5的要求上和世界衛生組織(WHO)的空氣質量準則值相比,無論是24小時平均或者年平均,相差都比較大。


      中國的空氣質量標準與WHO標準對比

      目前各個研究論文中都沒有關于環境PM2.5暴露造成人群健康損害的閾值濃度問題。WHO對空氣質量準則值的解釋,認為年平均濃度在10μg/m3及以下的PM2.5暴露不對人群健康造成損害。但總體上,并沒有一個PM2.5閾值可以拿來直接說對人群健康無損害。

      所以,我個人的建議是按照美國AQI的標準走比較穩妥,對于敏感人群PM2.5濃度值需要小于35.5μg/m3,對于普通人群PM2.5濃度值需要小于55.5μg/m3,在此條件下才適合運動,高于這個值適當減少戶外運動時長。如果做一個表,大概是下面這樣(以美國AQI為例)。

      PM2.5 24小時濃度均值
      空氣質量指數(AQI)
      空氣質量級別
      對健康影響
      建議采取的措施
      0-12
      0-50

      基本無影響
      盡情地跑步
      12.1-35.4
      51-100
      中等
      基本無影響
      正常地跑步
      35.5-55.4
      101-150 對敏感人群不健康
      易感人群有癥狀
      適當減少跑步和室外運動
      55.5-150.4
      151-200
      不健康
      有影響
      不建議跑步和室外活動

      口罩防護
      大部分人已經認識到口罩的重要性了,在此就不多說了。像現在流行的N95口罩,對于0.3μm的顆粒物攔截效率達到95%以上。對于大部分場合的污染防治,基本上夠用了。之前TK有一篇文章寫過口罩,里面有一張圖,大家拿過來對照就夠了。



      其他
      雖然污染給我們帶來了傷害,但并不是意味著什么也不做。我還看過一個研究,2010年,荷蘭的研究人員通過對流行病數據的分析得出結論:在污染環境中的每日出行和曝露會減少人類壽命0.8—40天,然而,額外的鍛煉卻可以帶來3—14個月的壽命延長。

      雖然這個實驗還沒有最終定論,但總體上來說,作者想研究的是:運動比污染的影響力要大,而且已有一部分數據支撐這個論點。每個人的體質不一樣,所以,避免重污染天氣下的室外運動,戴上口罩,其他的請根據自己的情況來調整。



      05

      顆粒物最新研究情況


      按照當前國內的現狀,大部分城市想在最近幾年實現PM2.5年平均濃度35μg/m3會比較困難,更別說按WHO的要求達到10μg/m3。但顆粒物對人群的健康影響,已經得到了一致認同。

      我看了幾篇最新的研究論文,ScienceDaily在2020年1月29日和2020年2月14日分別發表了2篇論文(*9&*10),討論了更小的顆粒物(1微米)對心血管疾病、心臟病的深入影響。也有研究在討論柴油機排氣會增加血凝塊的形成和血小板活動-可能導致心臟病和中風。

      研究越來越細的顆粒物對人體健康的影響,會是接下來的一個方向。




      參考資料:

      1

      https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/10473289.2006.10464485?needAccess=true

      2

      https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/194704?resultClick=1

      3

      https://jamanetwork.com/journals/jamainternalmedicine/fullarticle/414214?resultClick=1

      4

      https://wenku.baidu.com/view/875fdf45c1c708a1284a44ce.html

      5

      https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19129528

      6

      http://183.203.132.90:85/ribao/doc/W020120410332725219541.pdf

      7

      https://www3.epa.gov/airnow/aqi-technical-assistance-document-sept2018.pdf

      8

      https://www.who.int/publications/list/who_sde_phe_oeh_06_02/zh/

      9

      https://www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200129091444.htm

      10

      https://www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200214134717.htm







      你好,我是鋒言冷語,前產品經理,現開發經理。

      從事過測試和硬件開發、負責過質量管理、帶過產品線,在安防公司廝混過,也曾短暫地加入過創業公司打拼,如今在一家環境監測儀器廠家里擔任開發經理。

      愛好運動、每年跑1-2次馬拉松、喜歡獨處和看書,也喜歡用文字記錄自己的日常感悟與管理心得。



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