冷空气与沙尘天气对人体尿液中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量的影响*

2016-09-01晚亚雄石艳荣陈美池王丽娜王任洪牛静萍

中国应用生理学杂志 2016年1期

关键词：可吸入颗粒物冷空气沙尘

晚亚雄，罗　斌，石艳荣，陈美池，王丽娜，王任洪，牛静萍

(兰州大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学研究所，甘肃兰州 730000)

冷空气与沙尘天气对人体尿液中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量的影响*

晚亚雄，罗斌+，石艳荣，陈美池，王丽娜，王任洪，牛静萍△

(兰州大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学研究所，甘肃兰州 730000)

目的：通过在沙尘天气和冷空气出现时，对人体尿样中白细胞介素-6(IL-6)、8-异前列腺素F2α(8-iso-PGF2α)和11-脱氢促凝血烷B2(11-DH-TXB2)水平变化的分析，探讨沙尘天气与冷空气的发生对于机体的影响。方法：选取兰州大学榆中校区同年级同专业的17名在校本科生为研究对象，分别于冷空气伴沙尘天气发生次日、单冷空气发生次日以及无沙尘无冷空气日(对照日)，收集其尿液样本，检测其中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2的含量变化。结果：冷空气伴沙尘天气日，尿样中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量与单冷空气日和对照日尿中含量相比均升高(P<0.05)，但单冷空气发生时的标志物含量与对照日相比并无显著差异。结论：冷空气并未增加沙尘天气对IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量的影响，沙尘天气发生后可吸入颗粒物的暴露可能是沙尘天气作用于机体的主要危险因素。

沙尘天气；冷空气；颗粒物；白细胞介素-6；8-异前列腺素F2α；11-脱氢促凝血烷B2

近年来，西北地区几乎每年春季都会发生沙尘暴天气[1]。沙尘天气出现时，空气中可吸入颗粒物浓度在短期内大量增加，空气水平能见度显著下降，严重影响居民健康和正常生活。目前越来越多的研究表明，沙尘天气的出现会对人体心血管系统和呼吸系统发病甚至死亡产生明显影响，也会导致皮肤、眼等的急性刺激症状的发生危险性增加。国内外多项实验研究和流行病学调查发现，沙尘天气发生时，大气颗粒物的暴露使心血管疾病和呼吸系统疾病的入院危险增加[2-4]。此外，沙尘天气的出现也往往伴随冷空气的发生，因为冷空气带来的空气扰动使得空气中扬尘增加。研究表明，冷空气活动会在某种水平上增加心血管疾病发生的危险性[5-8]。沙尘天气的发生使得大气颗粒物浓度增加，后者可通过氧化损伤、血小板激活和炎症发生等作用机制对机体造成损害。尿中白细胞介素-6 (interleukin-6,IL-6)、8-异前列腺素F2α(8-iso-prostaglandins F2α,8-iso-PGF2α)和11-脱氢促凝血烷B2(11-dehydro-thromboxane B2，11-DH-TXB2)可以分别反应机体炎性反应的发生、氧化应激损伤和血小板活化，其在尿液中含量的增加提示机体疾病发生危险性的升高[9]。本研究分别采集沙尘天气和冷空气发生以及不发生时研究对象的尿液样本，观察尿液中三种标志物的含量变化，从而探讨沙尘天气空气污染物以及冷空气活动对于机体的影响。

1　对象与方法

1.1研究对象

通过调查问卷，选取兰州大学同年级同专业17名(男10，女7)身体健康的在校本科生为研究对象。年龄：男(19.31±0.95)岁，女(19.05±1.21)岁；体重指数(body mass index，BMI)：男21.06±1.84，女19.60±0.81。经检验，年龄和BMI的性别均无显著性差异。研究对象均为在校大学生，实验过程中主要活动地点为教室和校园及校园附近区域，在冷空气伴沙尘天气、单冷空气天气和对照日天气条件下的暴露方式和暴露时间基本一致。

1.2研究方法

1.2.1天气条件的选择

1.2.1.1沙尘天气和冷空气过程沙尘天气是强风从地面卷起大量沙尘，使空气混浊，水平能见度明显下降的一种天气现象。冷空气即位于低温区的空气，冷空气过程是冷空气使得某地的日最低气温48 h内有一定幅度下降的过程。

1.2.1.2各组主要气温数据资料本研究中冷空气伴沙尘天气及单冷空气天气最低温分别为-1.3℃和-9℃，明显低于对照日13.3℃。两次冷空气过程48 h降温幅度分别为4.5℃和5℃，均为弱冷空气过程。两次冷空气过程的平均温度分别为13.6℃和-2.5℃，均显著低于对照天气平均气温22℃(表1)。

Tab. 1　Temperature data for each group(℃)

1.2.1.3各组主要空气污染物浓度比较冷空气伴沙尘天气日和单冷空气日空气污染物中SO2和NO2浓度差异无统计学意义；对照日空气污染物中SO2和NO2浓度高于冷空气伴沙尘天气日和单冷空气日，差异有统计学意义(P<0.05)；各组空气中O3浓度差异无统计学意义；对照日与单冷空气日空气污染物中PM10和PM2.5的浓度差异无统计学意义；冷空气伴沙尘天气日空气中PM10、PM2.5浓度显著高于对照日与单冷空气日，分别约为其12.3倍和9.3倍、5.3倍和3.3倍(P<0.05，表2)。

Tab. 2　Daily mean concentration of air pollutants the day before sampling for each group(ug/m3， ±s)

*P<0.05vscontrol;?#P<0.05vscold air group

1.2.2空气质量监测和气象数据以上空气质量数据采用中华人民共和国环境保护部-数据中心2014年4月24日、7月14日及11月29日空气质量监测数据，气象数据来源于气象监测部门。

1.2.3样本材料的选择本研究选择尿液样本中三种标志物：IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2进行浓度水平的测定，由于其代谢特点，相比较血液样本的检测更为灵敏，且具有无创和简便易行的优势。

1.2.4尿样的采集及处理分别于冷空气伴沙尘天气发生次日2014年4月25日、单冷空气发生次日2014年11月30日以及无沙尘天气和冷空气的2014年7月15日(对照日)采集研究对象尿液样本，约20 ml，采样后离心20 min左右(2 000～3 000 r/min)，仔细收集上清，于-80℃冻存至分析。

1.2.5样品检测用ELISA试剂盒(由上海晶天生物科技有限公司生产)进行实验室检测，指标包括IL-6、8-iso-PGF2α11-DH-TXB2。

1.3统计学处理

采用SPSS 13.0建立数据库进行统计分析，研究对象一般情况中年龄和BMI的比较以及不同组内生物标志物浓度均值的性别差异比较采用两独立样本t检验，三次尿中生物标志物浓度均值的比较采用单因素重复测量资料的方差分析。

2　结果

冷空气伴沙尘天气组尿中，IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2的平均浓度均高于单冷空气日组和对照日组，差异有统计学意义(P<0.05)；单冷空气日组与对照日组尿中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2三种标志物平均浓度的差异均无统计学意义。对照日组女性尿液样本中11-DH-TXB2含量高于男性，差异有统计学意义(P<0.05)，其余各组男女性研究对象尿液样本中标志物浓度差异无统计学意义，各组与性别之间均无交互作用(表3)。

Tab. 3　Effect of cold air and dust weather on biomarkers of cardiovascular disease in ±s)

IL-6：Interleukin-6; 8-iso-PGF2α：8-iso-prostaglandins F2α； 11-DH-TXB2：11-dehydro-thromboxane B2

*P<0.05vscontrol day;?#P<0.05vscold air;?△P<0.05vsmale in the same group

3　讨论

沙尘天气发生时，强风作用使得空气中颗粒性污染物浓度显著增加，颗粒物作用于机体可产生急性效应和慢性损伤。急性效应多为呼吸系统、循环系统以及皮肤和眼的急性损伤，慢性损伤表现为沙漠尘肺等。损伤效应的主要毒理学机制为炎性反应、氧化应激性损伤和血小板活化等[2,9]。可吸入颗粒物如PM10和PM2.5可对人体健康造成严重影响。PM2.5粒径较小，不受上呼吸道清除屏障的阻挡，可直接进入呼吸系统深部甚至血液循环当中较难排出体外，PM2.5表面积相对较大，易吸附细菌、病毒、有毒重金属、酸性氧化物以及有机污染物等，威胁人体健康；PM10动力学直径较大，一旦吸入便可沉积于小气道内，持久影响人体健康[10,11]。冷空气伴随沙尘天气发生，影响人体血脂水平，增加心血管系统疾病发生危险性[5-8]。

IL-6又称前炎症细胞因子，气道炎症和结构重建与它的释放密切相关，且在血管发生和血管重构中发挥重要功能[12]。8-iso-PGF2α是前列腺素F2α的异构体，是通过非环氧化酶催化自由基损伤细胞膜脂质花生四烯酸，使其发生脂质过氧化后的终末产物。研究发现，不稳定性心绞痛患者中8-iso-PGF2α含量比健康对照组明显升高，慢性梗阻性肺气肿患者尿液中8-iso-PGF2α含量明显高于正常人[13,14]。11-DH-TXB2是促凝血烷B2(TXB2)的体内主要酶代谢产物，是体内血小板活化的标志[15]。正常情况下，血小板在血液循环中处于静息状态，当发生心血管系统疾病，如冠心病、充血性心力衰竭、心律失常等时，血小板发生粘附、变形、聚集、释放等活化反应[16]。尿中IL-6、8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2的含量能够反映沙尘天气对人体健康产生的不利影响[9]。

本研究结果显示，冷空气伴沙尘天气组尿液样本中，IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2水平都高于单冷空气日组和对照日组，而单冷空气组和对照日组三种标志物浓度差异无统计学意义。根据采样点空气污染物浓度比较结果以及气象条件比较可知，沙尘天气发生时，主要会对空气中SO2、NO2、PM10和PM2.5四种污染物浓度产生影响。强沙尘天气于春季到来，春季降水较少，空气中颗粒物不容易被清除，加之大量尘土从源地输送到兰州，导致PM10等颗粒物日均浓度大量增加，而沙尘天气发生时，所伴随的大风等气象条件反而有利于SO2和NO2的扩散[17]。因此，沙尘天气日PM10和PM2.5浓度显著高于其他两组，但SO2和NO2浓度低于对照日，而与具有相似气象条件的单冷空气日相比无显著差异。对照日SO2和NO2浓度高于单冷空气日，气温也明显高于单冷空气日，但由于可吸入颗粒物浓度无显著差异，尿中三种标志物含量也无明显差异。综上提示SO2和NO2对尿液中IL-6、8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2含量可能没有影响，冷空气过程可能不会增加沙尘天气时机体疾病发生的危险性，可吸入颗粒物的暴露，使尿中这三种标志物含量升高，是沙尘天气发生时机体发病的主要危险因素。国内外许多研究发现，可吸入颗粒物可使机体氧自由基集团大量增加，产生氧化应激损伤，使脂质过氧化、DNA链断裂、多种功能蛋白被氧化修饰，能引起血液系统和血管紧张性的改变，也可使肺泡巨噬细胞吞噬功能和生存能力下降，甚至导致全身炎症反应的发生[18,19]。本研究反应氧化损伤、血小板激活和炎症发生的三个指标8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2和IL-6在沙尘天气发生时，含量增高，与国内外研究基本一致。本次研究中冷空气活动未对三种标志物含量产生影响，而之前研究表明，冷空气过程是心血管疾病发生的危险因素，两者相左，原因可能是先前研究中，冷空气活动对于机体特别是心血管系统疾病的影响多为促进凝血功能增强、血脂水平变化以及对心肌损伤血清标志物产生影响。本研究中选取的尿液中三种标志物可能不是反应冷空气活动作用于心血管系统的最佳标志物。

本研究提示，沙尘天气发生时，可吸入颗粒物的暴露可能是机体疾病发生的危险因素，伴随的冷空气活动未对三种疾病标志物产生影响。尿中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2三种生标志物的含量变化可以反映可吸入颗粒物对机体的损伤作用，这为沙尘天气出现时，机体呼吸系统和心血管系统等疾病发生的危险性提供一定的参考依据。冷空气活动作用于机体时生物标志物的选择，以及颗粒物和冷空气活动的交互作用对机体产生的可能影响，都有待进一步探索研究。

[1]赵红岩, 陈旭辉, 王锡稳, 等. 西北地区春季沙尘暴气候分析及预测方法研究 [J]. 中国沙漠, 2004, 24(5): 121-125.

[2]王金玉, 李盛, 王式功, 等. 沙尘污染对人体健康的影响及其机制研究进展 [J]. 中国沙漠, 2013, 33(4): 1160-1165.

[3]刘晓丹, 申亚利, 徐林燕, 等. 沙尘天气与儿童呼吸系统疾病日门诊量的关联性分析 [J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(1): 190-194.

[4]杨振华, 张月霞, 张全喜, 等. 沙尘天气PM10对多种心血管疾病日门诊人数的影响 [J]. 中国环境科学, 2015, 35(1): 277-284.

[5]赵娜娟, 牛静萍, 阮烨, 等. 冷空气活动对人群血脂水平的影响 [J]. 环境与健康杂志, 2011, 28(11): 953-955.

[6]罗斌, 张书余, 周骥, 等. 探讨模拟冷空气降温过程对健康大鼠和高血压大鼠凝血功能的影响 [J]. 中国应用生理学杂志, 2012, 28(5): 390-393.

[7]阮烨, 牛静萍, 张莉, 等. 冷空气活动对心脑血管疾病发生相关敏感指标影响的研究 [J]. 环境与健康杂志, 2012, 29(6): 496-498.

[8]罗斌, 王丽娜, 晚亚雄, 等. 低温条件下大气PM2.5对大鼠心脏抗氧化能力及炎症反响 [J]. 中国应用生理学杂志, 2015, 31(1): 11-13.

[9]Cesari M, Kritchevsky SB, Nicklas B,etal. Oxidative damage, platelet activation, and inflammation to predict mobility disability and mortality in older persons: results from the health aging and body composition study [J].JGerontolABiolSciMedSci, 2012, 67(6): 671-676.

[10]刘勇, 芦茜, 黄志军, 等. 大气污染物对人体健康影响的研究 [J]. 中国现代医学杂志, 2011, 21(1)：87-91.

[11]陶燕, 刘亚梦, 米生权, 等. 大气细颗粒物的污染特征及对人体健康的影响 [J]. 环境科学学报, 2014, 34(3): 592-597.

[12]林丽艳, 张慧云, 何韶衡. IL-6及其受体与炎症性疾病关系的新进展 [J]. 中国热带医学, 2008, 8(4): 680-682.

[13]陈玲玲, 肖昕, 向军俭. 8-异前列腺素F2α的检测及其临床价值 [J]. 国外医学(临床生物化学与检验学分册), 2004, 25(5): 408-410.

[14]牟海英, 马静. 8-异前列腺素F2α与氧化应激损伤性疾病的研究进展 [J]. 国外医学(卫生学分册), 2007, 34(6): 377-381.

[15]王兆钺, 王山喜, 阮长耿. 11-去氢-血栓烷B2测定及其临床应用 [J]. 中华血液学杂志, 1996, 17(9): 25-27.

[16]张素华, 王梅, 王丽坤, 等. 血小板活化与心血管疾病 [J]. 中国心血管杂志, 2002, 7(5): 361-364.

[17]芝永华, 傅朝, 邵志宏. 兰州市沙尘天气及其对空气质量的影响 [J]. 灾害学, 2007, 22(1): 77-81.

[18]李万伟, 李晓红, 徐东群. 可吸入颗粒物心血管毒性作用机制研究进展 [J]. 环境与健康杂志, 2011, 28(11): 1026-1030.

[19]李红, 曾凡刚, 邵龙义, 等. 可吸入颗粒物对人体健康危害的研究进展 [J]. 环境与健康杂志, 2002, 19(1): 85-87.

dust weather;cold air;particulate matter;IL-6;8-iso-PGF2α;11-DH-TXB2

国家自然科学基金资助项目(41405108)