沙尘天气对呼吸系统损害的研究进展

刘晓丹，申亚利，张敏敏，钟玉杰

（吉林大学护理学院儿科护理教研室，吉林 长春 130021）

近年来，起源于蒙古沙漠地区，沿途波及中国、日本和韩国等地区的亚洲沙尘天气（Asian dust storms，ADS）影响着空气质量和人体健康。我国因临近ADS起源地，是受沙尘天气影响最严重的国家之一，尤其是北方城市深受沙尘天气的困扰。沙尘天气是指强风将地面上的沙尘等物质卷起，使空气混浊、水平能见度下降的一种天气现象。我国根据空气中颗粒物质的大小和水平能见度将沙尘天气分为浮尘、扬沙、沙尘天气和强沙尘天气4大类[1－2]。沙尘天气对人体健康的损害主要表现为沙尘天气中高浓度颗粒物对人体呼吸系统的损伤。按空气动力学当量直径划分，影响机体健康的主要颗粒物为直径小于10μm的可吸入颗粒物（PM10）和直径小于或等于2.5μm的细颗粒物质（PM2.5），尤其是直径相对较小的 PM2.5对人体呼吸系统损伤较大。

鉴于我国沙尘天气的严重程度及其对人体健康的损害程度日益加重，2011年12月30日修订了新的环境空气质量标准，增设了对PM10和PM2.5等空气中沙尘颗粒物质的浓度限值，诸多学者对沙尘天气危害人体健康，尤其损害呼吸系统进行了基础性和实证性研究。

1 沙尘天气对呼吸系统损害的基础性研究

沙尘天气对呼吸系统的损害主要是空气中颗粒物对呼吸系统的损害。颗粒物质直径越小，进入呼吸道的部位越深，对机体造成的危害越大。其中PM2.5因其粒径较小、相对表面积大、可携带空气中的病毒、细菌等物质进入呼吸道，同时较小的颗粒能避开气管壁上纤毛的过滤作用，进入气道深部沉积在肺泡细胞上，对呼吸系统造成严重损伤[3－4]。

1.1 沙尘天气对大鼠肺泡巨噬细胞的损伤 人体肺泡巨噬细胞是呼吸系统防御体系中重要的组成部分。肺泡巨噬细胞是引发肺内早期生物学效应的关键细胞，并将肺泡巨噬细胞早期接触PM2.5后产生的变化作为呼吸系统效应的重要指标之一。沙尘天气中颗粒物质PM10和PM2.5能损伤肺泡巨噬细胞的吞噬功能，削弱肺组织的非特异性免疫功能，尤其是细颗粒物质PM2.5对其损伤反应更明显，具有剂量－依赖效应，其损伤程度与空气中PM2.5的浓度呈正相关[5]。沙尘天气中颗粒物作用于巨噬细胞后，被吞入的颗粒物在细胞内积聚，限制巨噬细胞再摄入其他颗粒物的能力。颗粒物具有很强的聚集性，被巨噬细胞吞噬后可在细胞内聚集成块，降低巨噬细胞的清除能力，并使细胞的附着及吞噬能力受到损伤。因此，沙尘天气中可吸入颗粒物质浓度和作用时间对大鼠肺泡巨噬细胞吞噬功能的影响具有关联性。巨噬细胞作为免疫细胞的效应，通过吞噬外来物起非特异性防御作用。吞噬是巨噬细胞最基本的功能，巨噬细胞对PM2.5表现出强烈的吞噬活动，并存在剂量－反应的关系[6]。不同地区大气中PM2.5对大鼠肺泡巨噬细胞的毒性作用随染毒剂量增加而增强[7]。

1.2 沙尘天气导致大鼠肺细胞DNA损伤 沙尘天气中细颗粒物质PM2.5对大鼠肺、心、肝组织均有不同程度的氧化损伤作用，其中对肺脏的损伤最大[8]。细颗粒物PM2.5通过上呼吸道进入肺部，激活肺泡吞噬细胞中的一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）产生活性氧，活性氧形成稳定的过氧化亚硝酸根离子（peroxynitrite，ONOO－）可直接攻击肺细胞降低其活力并损伤肺细胞DNA[9]。PM2.5导致大鼠肺泡巨噬细胞DNA的损伤程度随着PM2.5浓度的增加及染毒时间的延长而加剧，且呈现剂量－效应关系和时间－效应关系[10]。沙尘天气细颗粒物质PM2.5作用于大鼠肺细胞12h后对细胞DNA损伤最强[11]，其作用机制可能为沙尘颗粒进入肺组织后，吸附到肺细胞膜表面使其过氧化，损伤细胞DNA。

1.3 沙尘天气对大鼠呼吸系统的免疫损伤 免疫损伤是指由内源性或外源性抗原所致的细胞或体液介导的免疫应答导致的组织损伤。沙尘天气中高浓度的细颗粒物PM2.5可引起大鼠呼吸系统显著的免疫损伤，其中以高剂量的PM2.5染毒24h后对机体的免疫损伤尤为明显[12]。肺细胞长时间接触高浓度的可吸入颗粒物会直接降低机体免疫力，当颗粒物累计量超出机体的清除能力时，会诱发肺组织产生严重的免疫应答反应，导致呼吸系统的免疫损伤。PM2.5作用于肺组织时，肺细胞抗炎因子的产生量低于促炎因子的表达量，两者无法抵消引起呼吸系统的免疫损伤，而且呼吸系统损伤程度同染毒剂的剂量呈正相关，染毒剂的剂量越大，免疫损伤越明显[13]。

1.4 沙尘天气对肺纤维原细胞增殖周期的影响 PM2.5不仅可以直接损害肺细胞的功能，还可以通过影响肺细胞的增殖分裂过程而间接影响呼吸系统的功能。PM2.5能阻断人体肺纤维原细胞之间的连接通讯，妨碍肺纤维原细胞正常的有丝分裂和增殖过程。无论是沙尘天气PM2.5还是非沙尘天气PM2.5对肺纤维原细胞的增殖周期都有双向作用：低浓度的PM2.5对细胞循环周期有促进作用，而高浓度的PM2.5则能抑制肺细胞的增殖[14]。

2 沙尘天气对呼吸系统损害的临床实证研究

2.1 沙尘天气导致人群呼吸系统症状增加 日本东部沙尘天气中高浓度颗粒物可加重哮喘患者的呼吸道症状[15]。沙尘天气发生前1d与沙尘天气发生当天比较，儿童呼吸系统症状的发生率均不同程度地升高，其中鼻腔干燥、流涕、鼻塞、流鼻血、咽部干痒、咽痛、口苦、持续咳嗽、早晨咳嗽、户外咳嗽加重、咳嗽有痰及胸部憋闷症状发生率升高；沙尘天气过境后第1～5天，儿童呼吸系统症状发生率逐渐降低。沙尘天气发生前有身体不适、支气管炎、上呼吸道感染等病史的儿童在沙尘天气期间呼吸系统症状发生的危险性升高。因此，沙尘天气可导致儿童呼吸系统的急性损伤，且高发于既往有呼吸系统病史的儿童[16－17]。沙尘天气可吸入颗粒物进入呼吸系统后，同机体进行反应产生自由基，对肺部上皮细胞造成损伤，引发炎症，增加肺细胞的渗透性，从而影响机体的最大呼气流速，最终严重损害肺功能[18－19]，机体出现一系列的呼吸系统症状。

2.2 沙尘天气导致人群呼吸系统患病率存在地区差异 甘肃省民勤县是我国长期受沙尘天气影响的地区之一，当地居民长期暴露于沙尘天气中，咽喉炎和气管炎的患病率高于其他地区，乡镇居民呼吸系统患病率高于县城居民，这与居民暴露在沙尘天气中的时间长短有关[20]。Chen等[21]发明一种检测大气中流感病毒数量的技术，并且将这种技术用于研究沙尘天气对流感病毒传播的影响。在沙尘天气和非沙尘天气中用高容量空气取样器和可以过滤可吸入颗粒物的过滤盒分别收集空气，并进行病毒数量检测，其结果是过滤盒中流感病毒数量要高于高容量空气取样器中的病毒数量，即沙尘天气中的流感病毒数量高于非沙尘天气中的流感病毒数量，说明沙尘天气影响空气中流感病毒的传播，可增加人群感染流感病毒的几率。

2.3 沙尘天气导致医院呼吸科患者就诊率升高 沙尘天气对人体呼吸系统的损害得到证实。孟紫强等[22－23]对国内沙尘天气中医院呼吸科门诊人数的数量变化进行研究，结果表明：沙尘天气当天至沙尘天气滞后3～5d内医院呼吸系统的就诊人数和入院人数均有上升。按沙尘天气的强弱程度划分，沙尘暴天气对呼吸系统疾病日门诊数量和入院人数的影响要大于扬沙天气和浮尘天气。2012年台湾省学者进一步验证了这个结果，Kang等[24]研究分析台北市10年间肺炎患者入院治疗的人口学资料，发现沙尘天气时肺炎患者的日入院人数高于日均入院人数和非沙尘天气时的日入院数。Barnett等[25]在澳大利亚用时间序列分析沙尘天气中入院人数的变化，结果发现：医院中急诊人数有明显但是短暂的升高（只有1d），但是呼吸科就诊人数并无明显变化。分析原因可能为：国内外生活方式和人群对健康知识掌握程度的差异，澳大利亚居民在沙尘天气中能更好地采取防护措施，保护自身健康，从而减少了呼吸系统急性症状的发病率。

2.4 沙尘天气影响顺风地区的人口死亡率 《美国医学杂志》的研究表明：空气中 PM2.5的浓度长期高于10μg·m－3，会提高居民的死亡风险。Chan等[26]对台湾省1994—2007年14年间居民非意外死亡、心血管死亡和呼吸系统死亡数据进行条件Logistic回归分析，将其中380d沙尘天气日的死亡人数同基准日（无沙尘天气）的死亡人数做交叉分析，结果发现：人群急性暴露于沙尘天气中，能增加65岁以上居民非意外死亡的死亡率，且亚洲男性对沙尘可吸入颗粒的敏感度要高于女性，而欧洲则相反。

3 预防沙尘天气对人群健康的损伤

3.1 关注沙尘天气预测，提高预防保健意识 现有的科学技术手段可以对沙尘天气进行预测，部分地方的气象中心也开启了沙尘天气预测预警系统[27]，公众对沙尘天气的防范知识主要来源于电视的宣传[28]，所以通过电视、广播、报纸等多种途径向公众传播沙尘天气预警信息，提供相应的防护措施是非常重要的，可增加公众的自我保健知识，提高防护意识，主动采取行动保护自身健康。

3.2 采取相应防护措施 医护人员应运用自身的专业知识，向公众普及沙尘天气的防护措施，减少人体对颗粒物质的吸入量。

室外防护措施：沙尘天气期间尽量减少户外停留的时间，户外活动时应戴口罩（包覆鼻腔、口腔）和戴防风眼镜（保护眼角膜、禁忌隐形眼镜）或者专业用的防沙尘帽。多层医用纱布构成的纱布口罩，因其固定效果、通气效果好、阻尘效率高，是防尘效果最好的口罩；由2层无纺布和1层竹炭组成的竹炭口罩防护效果也很好；普通的纯棉口罩和丝质口罩达不到防尘的目的。必须注意有严重的呼吸系统和心血管系统疾病的患者，不能擅自使用专业口罩，以免导致缺氧，增加机体的负担。在沙尘天气进行户外活动后，应及时漱口和清洗鼻腔（双手捧清水至鼻，将水轻轻吸入鼻腔，然后把水擤出，反复数次）[29]，能有效减少沙尘对心、肺的损伤。

室内防护措施：沙尘天气致使空气干燥，增加了可吸入颗粒物对人体呼吸系统的损害，所以应在室内使用加湿器，增加空气湿度，保持人体呼吸道的舒适度；在室内或车内开空调时，将空气流通档调至内循环模式，减少外界沙尘颗粒物的进入；保证多饮水补充水分，加快机体新陈代谢和废物的排出。

4 小 结

沙尘天气是全球性的问题。目前由于受地域和时间条件的限制，研究者致力于沙尘天气的区域性和对人体短期危害的研究[30－31]。沙尘天气对人体的长期危害、人群健康干预及研发新的有效的防护措施将是未来研究的方向。

[1]杜吴鹏，高庆先，王跃思，等.沙尘天气对我国北方城市大气环境质量的影响 [J].环境科学研究，2009，22（9）：1022-1026.

[2]秦雪亮 .沙尘天气的危害及防治对策 [J].科技情报开发与经济，2008，18（22）：204-205.

[3]李 怡，朱 彤，尚 羽 .沙尘天气颗粒物对呼吸道损伤机制初步研究 [C].第四届环境模拟与污染控制学术研讨会论文集，2005.

[4]陈晓燕 .沙尘天气对人群健康的影响极其细颗粒物质PM2.5的毒理学研究 [D].兰州：兰州大学，2007.

[5]黄雪莲，金 昱，郭新彪，等 .沙尘天气PM2.5、PM10对大鼠肺泡巨噬细胞吞噬功能的影响 [J].卫生研究，2004，33（2）：154-157.

[6]黄丽红，宋伟民，胡 敏 .大气PM2.5对巨噬细胞的毒性作用研究 [J].上海环境科学，2002，21（5）：288-290.

[7]郭 翔，闫庆倩，赵学彬，等 .不同地区大气PM2.5对大鼠肺泡巨噬细胞毒性作用的实验研究 [J].环境与健康杂志，2012，29（1）：12-16.

[8]孟紫强，张全喜 .沙尘天气PM2.5对大鼠肺、心、肝组织的氧化损伤效应 [J].卫生研究，2006，35（6）：690-692.

[9]Meng Z，Zhang Q.Damage effects of dust storm PM2.5on DNA in alveolar macrophages and lung cells of rats [J].Food Chem Toxicol，2007，45（8）：1368-1374.

[10]孟紫强，张全喜 .大气细颗粒物致大鼠肺泡巨噬细胞DNA损伤 [J].中国环境科学，2005，25（1）：15-17.

[11]徐大琴，牛静萍，万学中，等 .沙尘天气细颗粒物致大鼠肺细胞DNA损伤研究 [J].环境与健康杂志，2008，25（1）：67-68.

[12]晓开提·依不拉音，地丽拜尔·斯拉木，范妙丽 .沙尘天气PM2.5对大鼠呼吸系统免疫损伤机制研究 [J].新疆医科大学学报，2011，34（10）：1097-1099.

[13]Yip G， Abraham T， Belohlavek M， et al.Clinical applications of strain rate imaging [J].J Am Soc Echocardiogr，2003，16（12）：1334-1342.

[14]Deng FR，Guo XB，Liu H，et al.Effects of dust storm PM2.5on cell proliferation and cell cycle in human lung fibroblasts [J].ToxicolinVitro，2007，21（4）：632-638.

[15]Watanabe M，Yamasaki A，Burioka N，et al.Correlation between Asian dust storms and worsening asthma in Western Japan [J].Allergol Int，2011，60（3）：267-275.

[16]赵春霞，王振全，牛静萍，等.沙尘天气对儿童呼吸系统症状的影响 [J].环境与健康杂志，2010，27（9）：772-775.

[17]赵春霞 .沙尘天气对人群健康的影响 [D].兰州：兰州大学，2011.

[18]Hong YC，Pan XC，Kim SY，et al.Asian dust storm and pulmonary function of school children in Seoul[J].Sci Total Environ，2010，408（4）：754-759.

[19]叶晓芳，KIMDS，张翼翔，等 .沙尘天气大气颗粒物对学龄儿童最大呼气流速的影响 [J].环境与健康杂志，2008，25（7）：571-574.

[20]杨振华，孟紫强，潘竞界，等 .沙尘天气多发地区人群呼吸与循环等系统疾病的现患调查 [J].环境与职业医学，2008，25（1）：8-12.

[21]Chen PS，Tsai FT，Lin CK，et al.Ambient influenza and avian influenza virus during dust storm days and background Days[J].Environ Health Perspect，2010，118（9）：1211-1216.

[22]孟紫强，张 剑，耿 红，等.沙尘天气对呼吸及循环系统疾病日门诊量的影响 [J].中国环境科学，2007，27（1）：116-120.

[23]孟紫强，卢 彬，周 义，等 .沙尘天气对呼吸系统疾病日入院人数影响的时间序列研究（1995～2003）[J].环境科学学报，2006，26（11）：1900-1908.

[24]Kang JH，Keller JJ，Chen CS，et al.Asian dust storm events are associated with an acute increase in pneumonia hospitalization [J].Ann Epidemiol，2012，22（4）：257-263.

[25]Barnett AG，Fraser JF，Lynette M.The effects of the 2009 dust storm one mergency admissions to a hospital in Brisbane，Australia [J].Int J Biometeorol，2012，56（4）：719-726.

[26]Chan CC，Ng HC.A case-crossover analysis of Asian dust storms and mortality in the downwind areas using 14-year data in Taipei[J].Sci Total Environ，2011，410（411）：47-52.

[27]朱晓炜 .民勤地区沙尘天气年际变化研究及其监测预警技术的对比分析 [D].南京：南京信息工程大学，2011.

[28]Im HJ，Kwon HJ，Ha M，et al.Public perceptions of the risk of Asian dust storms in Seoul and its metropolitan area [J].J Prev Med Public Health，2006，39（3）：205-212.

[29]昆 仑 .沙尘天气灾害与沙尘天气的防护 [J].城市与减灾，2011（1）：40-41.

[30]Choi H，Choi DS.Concentrations of PM10，PM2.5and PM1influenced by atmospheric circulation and atmospheric boundary layer in the Korean mountainous coast during a duststorm [J].Atmospheric Res，2008，89（4）：330-337.

[31]潘小川.沙尘天气健康效应的研究进展与展望 [J].环境与健康杂志，2010，27（9）：753-754.