“十三五”开展细颗粒物个人暴露研究的重要意义

王 宁 宁 淼 史 宇 杨丽阎(.环境保护部环境规划院，北京 000；.中国环境监测总站，北京 000)

“十三五”开展细颗粒物个人暴露研究的重要意义

王 宁1宁 淼1史 宇2杨丽阎1
(1.环境保护部环境规划院，北京 100012；2.中国环境监测总站，北京 100012)

细颗粒物是目前复合型大气污染环境下的典型污染物，由于其粒径细小，极易被人体吸入至肺部而引发疾病。开展细颗粒物个人暴露研究是经济社会发展的基础条件，也是实现国民健康长寿，国家富强、民族振兴的重要标志。本文旨在总结细颗粒物对人体健康的影响，开展细颗粒物的个人暴露研究的必要性以及介绍细颗粒物个人暴露研究的成功案例，为我国今后健康暴露的研究提供技术支撑。

细颗粒物；个人暴露；重量法

党中央、国务院高度重视生态环境保护工作。《大气污染防治行动计划》的出台推进了大气污染防治工作，大气环境质量有所改善。“十三五”期间，全国地级及以上城市重污染天气频发、细颗粒物浓度“爆表”等问题依然突出。大气环境质量与人民群众需求和期待仍有较大差距，民众关心的细颗粒物浓度与人体健康影响的研究尚不多见。因此，“十三五”期间在我国开展细颗粒物的个人暴露研究具有重要意义。细颗粒物(PM2.5)是“十二五”以来我国大气污染防治工作中的重中之重。由于细颗粒物的来源复杂，有一次生成和二次生成，且粒径细小，会被人体吸入后直接进入肺部，引发哮喘、支气管炎甚至肿瘤等疾病。我国在细颗粒物的污染防治方面起步较晚，监测数据尚不全面，尤其是对人体健康的影响的研究成果较少。本文旨在总结细颗粒物对人体健康的影响，开展细颗粒物的个人暴露研究的重要意义，介绍细颗粒物个人暴露研究的成功案例，促使细颗粒物个人暴露工作的稳步推进。

1 细颗粒物对人体健康的影响

空气中的污染物对人体健康有直接的影响。临床方面主要表现在呼吸道疾病、心血管疾病、生理机能障碍和眼鼻等粘膜组织疾病等。颗粒物作为空气污染的代表污染物，被民众所熟知的就是世界十大公害事件中的伦敦烟雾事件和洛杉矶光化学烟雾事件。1952年英国伦敦烟雾事件爆发的4天中，伦敦市区的大气颗粒物最高浓度达4.46mg/m3，SO2的日均浓度达到3.83 ppm，死亡人数达4000人。在这些急性的大气污染事件中，高浓度的大气污染物随呼吸进入人体肺部，使人发病或加速慢性病患者的死亡。而即使大气污染物浓度不高，在人体长期呼吸后，也会诱发慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病，甚至减少人体寿命。一般而言，可吸入颗粒物(PM10)主要来自道路扬尘等。细颗粒物(PM2.5)，其产生的主要来源是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属、多环芳烃等有毒有害物质。其中，粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2. 5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡，临床表明一个正常成年人每分钟呼吸大约16～20次，每日吸入空气达15～20m3，被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

2 开展细颗粒物个人暴露研究的必要性

2.1 开展细颗粒物个人暴露研究的起源

美国在上世纪50年代就开始严格的控制煤炭和石油的燃烧，二氧化硫和颗粒物的浓度在一定程度上得到了控制，但由于在70～80年代机动车数量的大幅增加使得美国提早进入了以臭氧和PM2.5为代表污染物的复合型污染。当时没有PM2.5的概念，但是因为心肺疾病而死亡的人数却逐年增加。为此医学工作者做了长期的临床研究。Dockery 等对美国哈佛等6 城市进行了队列研究。首次提出了大气污染物的长期暴露与不良健康效应的关系，发现颗粒物与心血管疾病死亡率有相关性。各大都市细颗粒物大气浓度和死亡率与硫酸盐粒子和死亡率都呈良好的直线相关，详见图1。Pope等[1]等使用死亡率来研究大气污染的长期健康效应，对美国50个州的超过55万成年人的健康数据进行研究，发现在控制饮食和污染物联合作用等混杂因素后，PM2.5的年平均浓度每增加10μg/m3，全病因死亡率、心血管死亡率和肺癌死亡率分别上升4%、6%和8%。

图1 美国6大都市平均大气污染物浓度和死亡率的关系(其中图例中字母代表各城市群)

2.2 我国细颗粒物污染与人体健康评价工作面临机遇与挑战

随着我逐步国进入复合型大气污染阶段，人民群众对环境保护的呼声也越来越高。但细颗粒物的污染形势依然严峻，2015年数据结果表明，338城市PM2.5年均浓度范围为11～125μg/m3，平均为50μg/m3。日均值超标天数占监测天数的比例为17.5%。仅有0.6%的城市(2个，林芝和阿勒泰)PM2.5年均浓度达到一级标准，21.9%的城市(74个)达到二级标准，仍然有77.5%的城市(262个)劣于二级标准[2]。

鉴于我国大部分城市细颗粒物浓度未达到二级标准，开展细颗粒物污染与人体健康评价工作意义重大。很多学者认为开展短期内高浓度空气污染造成的人体健康风险评价以及健康经济损失研究，对推进城市大气污染防控，保证人民群众的健康水平具有重要的科学价值和实际意义。近年来，一些相关成果相继出现。北京的谢元博，陈娟，李巍[3]等人研究选择2013年1月发生的北京市雾霾重污染事件，采用泊松回归模型评价全市居民对10～15日高浓度PM2.5暴露的急性健康损害风险，并采用环境价值评估方法估算人群健康损害的经济损失。河北省肿瘤研究所肿瘤登记办公室教授贺宇彤[4]在文章中称，研究表明肺癌发病与吸烟．职业致癌因子(石棉、无机砷化合物)、空气污染，电离辐射、饮食与营养等有关。其中，环境污染特别是空气污染被列为肺癌病因的第1位。她还在上述文章中引用国内外许多研究称，“大气污染程度与肺癌的发生率和死亡率呈正相关，1m3空气中的污染物每增加10μg，患肺癌的概率就增加8%左右”。

但与此同时，北京大学公共卫生学院邓芙蓉[5]的研究表明单纯采用室外固定监测点数据进行健康影响评价，有可能由于对研究对象暴露水平的估算误差，从而高估了室外大气PM2.5对人群的健康风险。室外大气PM2.5监测数据并不能客观地反映个体的暴露水平和健康影响。

相比采用室外固定监测点的数据研究暴露水平，使用细颗粒物采样器让实验者携带后采集的数据分析的结果可信度会大幅提升。目前我国大气污染流行病学研究主要以环境固定监测站的浓度来直接反映群体平均暴露水平或个体暴露水平，多存在一定的暴露测量误差问题，给结果的解释带来较大的挑战，同时也制约了未来高质量流行病学研究的顺利开展。在欧美发达国家，暴露评价已发展成为一门比较成熟的学科，越来越多的流行病学研究采用了个体暴露评估技术，实现了对个体暴露水平的评估。因此，开展细颗粒物的个人暴露研究是科学反映人民群众健康水平的必要手段，也是实现美丽中国、健康中国的必要途径。

3 细颗粒物个人暴露研究的成功案例

细颗粒物的个人暴露研究通常会受采样方法、被验者的器具便携性和噪音等因素影响而制约，因此在世界范围成功的研究案例较少。目前PM2.5个人暴露的测定方法主要包括TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance)、β射线、光散乱法等。TEOM和β射线受到便携性的制约、光散乱法由于受到粒子密度和空气中水分的影响导致误差较大，因此重量法仍为捕集PM2.5的最佳方法。

个人暴露使用重量法最难以克服的问题是滤纸受外界湿度变化的影响，雨谷、王宁等[6]在排除玻璃纤维、石英纤维等吸湿性较强的滤纸后，选用涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维滤纸，此滤纸的特点为吸湿性低，但也会产生静电，容易吸附一些挥发性有机物。经过反复实验，形成了在氢气气流中进行6小时的300℃加热的前处理方法，经24小时恒温恒湿后装入小型的PM2.5捕集器，使用1～3L/min程度的流量来捕集环境中的PM2.5(图2)。

此后，雨谷、王宁等通过此方法在对环境香烟中的PM2.5个人暴露量进行了相关试验研究。选取了吸烟者(11人)、被动吸烟者(10人)、不吸烟者(9人)三个群体)进行了采样，测量了不同人群的PM2.5暴露浓度，采用了吸光光度法测定了样品中的多环芳烃以及环境香烟中特有的茄呢醇(Solanesyl)。

图2 滤纸前处理方法、被验者携带便携式光散乱测定器和PM2.5低噪音捕集器范例

图3 光散乱测定器与PM2.5低噪音捕集器监测的PM2.5浓度比较

图3的结果表明从浓度上看不吸烟者和被动吸烟者的暴露浓度呈线性关系，而吸烟者的两种测量方法中，由于环境香烟中水分的影响，光散乱法的测定结果约为重量法的两倍。此后，在吸烟者、被动吸烟者、不吸烟者3个群体间，运用ANOVA分析了群体间的数据差异(图4)。结果表明PM2.5浓度对吸烟活动存在显著的差异，而多环芳烃中代表物质苯并芘(BaP)对吸烟活动的影响无显著差异。调查的人群数量较少，虽然不能精确的说明问题，但对于衡量吸烟活动的影响，PM2.5作为标尺更为合理。

图4 运用ANOVA分析群间有意义差的比较

4 结 论

本文总结了细颗粒物对人体健康的影响，开展细颗粒物的个人暴露研究的必要性，剖析了开展个人暴露难点，介绍了以环境香烟为案例进行细颗粒物个人暴露的研究。确立了科学的PM2.5个人暴露重量法前处理方法、样品中多环芳烃的低浓度检测方法、以及运用统计学原理分析试验群体间数据相关性的方法，为我国“十三五”期间开展细颗粒物健康影响评价工作做出重要技术支撑。

[1]Pope C A，Thun M J，Namboodiri M M，et al． Particulate air pollution as a predictor of mortality in a prospective study of U．S． adults [J]． American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine，1995，151( 3):669-674.

[2]2015年全国环境质量状况.中国环境监测总站内部资料.

[3]谢元博，陈娟，李巍.雾霾重污染期间北京居民对高浓度PM2.5持续暴露的健康风险及其损害价值评估[J]环境科学，2014，第35卷.

[4]贺宇彤，栗华，朱俊卿.河北省肺癌死亡趋势分析.现代预防医学，2009，22期.

[5]邓芙蓉.室外PM2.5数据不能反映个体真实暴露水平.[2016-12-05].Http://www.hlj.xinhuanet.com/info/2016-02/03/c_135069946.htm.

[6]雨谷敬史，王宁.An Analytical Method for Indoor/Personal Concentration of PM2.5by Gravimetry [in Japanese] [J]，Indoor Environment，2012，Japan 15(1)，1-6.

The Significance of Developing Study about PM2.5Personal exposure among The 13th Five-year

WANG Ning1NING Miao1SHI Yu2YANG Liyan1
(1.Chinese Academy for Environmental Planning ，Beijing 100012； 2.China National Environmental Monitoring Centre ，Beijing 100012)

PM2.5is the typical pollutant of the complex of atmospheric pollution in China. Breathing PM2.5into lung will lead to disease or cancer，as the tiny particle size. Developing study about PM2.5personal exposure is basic condition for economic and social development. It is also the mark of achieving good health and a long life，country's prosperity and national development. This study conclude the affect form PM2.5personal exposure，significance of developing personal exposure study，some cases of correlational study.

PM2.5；Personal exposure；Gravimetry

项目资助：国家自然科学基金重点项目“ 区域空气质量管理机制创新研究”(批准号：71433007)

王宁，助理研究员，硕士，主要研究方向复合型大气污染形成机理与控制技术政策

宁淼，副研究员，博士，主要研究方向为复合型大气污染控制技术与政策

X21

A

1673-288X(2017)01-0161-03

引用文献格式：王 宁 等.“十三五”开展细颗粒物个人暴露研究的重要意义[J].环境与可持续发展，2017，42(1)：161-163.