艾烟颗粒物排放研究进展

何芙蓉 马远帆 林晓威 陈 剑 黄 剑 林岷瑜 郑美凤*

1.福建中医药大学针灸学院，福建 福州 350122；2.福建农林大学林学院，福建 福州 350002；3.福建省康复技术重点实验室，福建 福州 350003；4.北京中医药大学东方医院，北京 100078；5.北京中医药大学国际学院，北京 100029

艾灸是传统中医治疗疾病的重要手段之一，然而，在艾灸治疗疾病的同时，艾绒的燃烧也会产生多环芳烃、颗粒物等烟气(艾烟)，可导致诊室空气质量下降。而诊室作为患者与医生长期共存的环境，艾烟的排放可能对患者、尤其是长期从事艾灸工作的医务人员带来健康威胁。近十年来，随着人类健康意识的增强，艾烟的安全性在某种程度上已经成为束缚艾灸疗法传播与发展的主要瓶颈，也是保障临床施灸安全与有效性所亟待解决的重大科学问题。越来越多的学者关注了颗粒物暴露的危害，其中不乏对艾烟颗粒物排放的研究。

颗粒物是大气中广泛存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称。颗粒物的形状和大小决定其最终进入人体的部位，颗粒物的粒径与其在呼吸道内滞留、沉积和清除有关。不同粒径大小的颗粒物可沉积于呼吸道气管、支气管、细支气管和肺泡等不同的部位。大气中粒径>10 μm的颗粒物因受到重力作用，容易沉降到地面，称之为降尘；吸入颗粒物或飘尘(Inhalable Particles，PM10)是指空气动力学直径<10 μm、能较长时间飘浮于大气中并易被人体吸入呼吸道内的大气颗粒物。PM10经呼吸道进入人体，其直径越小，PM10进入人体的部位越深。PM10的质量浓度、颗粒物的粒径分布和类型对其健康效应均可产生影响[1]。PM10成分复杂，可导致呼吸系统疾病，使气管炎门诊就诊数明显增加[2]，还可导致氧化应激、炎性损伤、血液系统损伤、自主神经系统失衡、损伤心肌离子通道[3]。CHEN 等[4]对我国16个城市的研究发现，大气中PM10每增加10 μg/m3，居民总死亡风险增加0.35%，心血管疾病死亡风险增加 0.44%，呼吸系统疾病死亡风险增加0.56%。[1]。粒径为2.5～10 μm的可吸入颗粒物被称作粗颗粒物(Coarse Particulate Matter)，用PM2.5～10表示，它可以进入呼吸道的深部。细颗粒物(Fine particulate matters，PM2.5)是指空气动力学直径≤2.5 μm的颗粒物，是空气中的主要污染物之一。

颗粒物粒径越小、比表面积越大，其吸湿性越大，表面吸附形成很强的凝聚核，导致颗粒物吸附性越强，容易成为各种有毒物质如Pb、Ni、Cr、As重金属等的载体[5]。相比于PM10，PM2.5可在空气中长时间停留，远距离输送，能够直接深入到细支气管和肺泡，渗入肺部毛细血管中，使携带的有害物质进入人体循环系统，长时间可对人体健康产生更大的危害[6]。可见，颗粒物尤其是PM2.5是病毒、细菌等微生物滋生的和繁殖的营养场所，也是病原微生物传播的媒介。长期暴露的PM2.5每增加10 μg/m3，心肺死亡率就增加6%～13%[4]。无论是流行病学研究还是毒理学研究，都证实PM2.5对呼吸、心血管、神经、免疫系统都会产生影响，尤以对呼吸系统的影响最为明显。PM2.5产生的各种自由基引起个组织器官的氧化损伤和遗传损伤可能是其主要机制[7]。据此，粒径<0.1 μm的颗粒物，称为超细颗粒物(Ultrafine Particles，UF)，则更容易成为污染物的载体进入人体。基于上述颗粒物的危害，就近十年来，艾烟颗粒物的排放研究整理如下。

1 艾烟颗粒物排放研究

1.1 基于PM10、PM2.5的艾烟颗粒排放研究 黄茶熙[8]应用P-5L2C便携式数字微电脑粉尘仪、高分辨率场发射扫描电镜(Field Emission Scanning Electron Microscopy,FESEM)和图像分析技术，对京津地区13个艾灸场所夏季可吸入颗粒物PM10的质量浓度进行了监测，并对其微观形貌特征进行了相应的分析，研究显示艾灸场所的PM10的质量浓2.04～6.18 mg/m3，平均值为3.54 mg/m3，超过医院候诊室卫生标准(GB9671-1996)中规定的最高限值(0.15 mg/m3)[9]。艾烟PM10中主要的单颗粒物类型有烟尘集合体、球形颗粒、矿物颗粒和超细未知颗粒物。其中，超细未知颗粒物和烟尘集合体数量贡献较大；而矿物颗粒和烟尘集合体则对体积的贡献较大。黄茶熙[10]还分别对冬、夏季节艾灸诊室与非艾灸诊室、室外的PM10的质量浓度、颗粒物的微观形貌、粒度分布、单颗粒物的特征及化学组成、微量元素组成特征进行了系统比较研究，并开展了PM10质粒DNA损伤试验，对其安全性进行了研究。结果显示：夏季艾灸诊室的PM10的平均质量浓度为2.60 mg/m3；冬季艾灸诊室的PM10的平均质量浓度为3.06 mg/m3。不同季节的艾灸诊室PM10中金属元素的质量浓度检测结果显示：主要影响因子主要来源为艾烟，其次为地面扬尘；

黄剑[10-11]采用质粒DNA评价法，比较冬、夏季节(不同时间)艾灸诊室与非艾灸诊室、室外(不同空间)PM10对质粒DNA的损伤；并采用电感耦合等离子体质谱法分析了艾灸诊室内、外PM10在夏季和冬季元素组成，以分析艾烟颗粒物对健康的影响。提示艾灸诊室PM10对质粒DNA有一定损伤性，艾灸环境下PM10氧化能力比室内或室外低，其致损伤能力明显低于其它环境中的PM10，且艾烟诊室PM10具有一定的抗氧化损伤作用。其氧化损伤与室内铁、铯、铝和钴高度相关，但艾灸环境的关联性较低。艾灸环境中总元素浓度也低于室内或室外。

HUANG J等[12]于2012年冬季在模拟艾灸诊室对3年3∶1、3年8∶1以及10年3∶1三种艾绒样本施灸产生的PM10质量浓度进行检测，结果分别为273.33 ug/m3、172.22 μg/m3、168.89 μg/m3，均超过国际空气质量标准中关于PM10的规定，但明显低于生物质和煤燃烧产生的PM10，跟汽油燃烧的PM10质量浓度相近。同时，通过质粒分离实验比较上述三种艾绒样本燃烧产生的PM10对质粒DNA的损伤情况，结果提示：艾烟诊室PM10对DNA有一定氧化损伤作用，但其致损伤率明显低于其它环境中的PM10。

黄玉海[13]对不同储存年份、不同加工比例艾条燃烧生成的艾烟中PM2.5与PM10质量浓度的进行了测定：选取为14.8 m2×3.4 m、温度20～25 ℃的实验室为实验场所，分别燃烧4 g 3年3∶1、10年3∶1及3年15∶1的艾条各6份，采用P-5L2C便携式激光数字粉尘仪和LD-5C微电脑激光粉尘仪分别检测PM2.5、PM10的质量浓度(采样点位于实验室中央1～1.2 m高度，相当于患者平躺时高度)，计算每克艾条燃烧产生的PM2.5、PM10量及其比例。结果：上述3种不同储存年份、不同加工比例艾条燃烧产生的PM2.5、PM10含量均无统计学差异,相同加工比例不同储存年份(3年3∶1和10年3∶1)艾条燃烧产生的PM2.5与PM10的比值无统计学差异，但随着艾条储存年份增高，产生的PM2.5、PM10的质量浓度有增大的趋势；相同储存年份不同加工比例(3年3∶1和3年15∶1)艾条燃烧产生的PM2.5与PM10的比值有统计学差异，艾条加工比例越高，其燃烧产生的PM2.5占比例越高。但随着艾条加工比例增高，产生的PM2.5、PM10的质量浓度有增大的趋势，且PM2.5占PM10中的比例越高。

黄剑[14]采用国际环境科学标准检测方法——滤膜称重法测定艾灸环境颗粒物PM2.5的浓度：艾灸诊室的PM2.5平均空气质量浓度为224.28 μg/m3，超过我国空气质量PM2.5日平均二级浓度限值、美国环境保护署推荐空气质量指南的日均值35 μg/m3以及世界卫生组织(WHO)规定限值25 μg/m3。其次，黄剑等[14-15]在密闭的燃烧室，使用滤膜称重法的Mini Vol TM PM2.5/PM10采样器与LD-5C(B)PM10型激光粉尘仪,将吸入口置于监测点的同高度、同方向，作同步采样，分别对3年3∶1与3年15∶1以及10年3∶1艾绒燃烧产生的PM2.5进行采集与测定，研究显示：3年3∶1与3年15∶1以及10年3∶1艾绒燃烧产生的PM2.5平均质量浓度分别为224.28 μg/m3、226.39 μg/m3、210.56 μg/m3。三种不同储存年份、不同加工比例艾绒燃烧的诊室空气质量浓度无显著差异，且均超过国际空气质量标准规定的限值。3年3∶1与3年15∶1以及10年3∶1艾绒燃烧产生的PM2.5通过LD-5C(B)型微电脑激光粉尘仪的转换系数K值，提示相同存储年份,但不同加工比例的艾绒PM2.5K值存在显著差异(P<0.05)，表明艾绒的加工比例可能对其燃烧产生的颗粒物物理化学特征影响更加显著。再次，黄剑[14]使用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术测定艾灸诊室PM2.5水溶和全溶样品的27种微量元素浓度，对27种微量元素的特点进行了描述，并与教室、室外PM2.5的含量进行了比对。提示艾绒燃烧产生的PM2.5所含微量元素,尤其是绝大多数的重金属含量低于其他污染源(汽车尾气、工业废气等)。另外，黄剑[14]使用美国环境保护署推荐的职业暴露吸入风险评估模型对艾灸诊室急慢性暴露人群进行PM2.5致癌与非致癌物质健康风险预估，并强调：实际工作中艾灸诊室人群暴露浓度平均水平并不稳定，因此根据评估模型得出的风险水平是否能真实反映健康危害的实际水平，还有待相关艾灸诊室流行病学调查数据的验证。

黄剑[14]还采用质粒DNA评价法，对比研究艾灸诊室、教室和室外PM2.5对质粒DNA的氧化损伤作用以分析艾烟颗粒物对健康的影响。提示艾灸诊室PM2.5对质粒DNA氧化损伤率与其他两个环境无显著差异，虽然艾灸PM2.5质量浓度明显高于其他两个环境，但其对人体的健康影响无显著差异。同时，还用该质粒DNA评价法评价不同加工比例、不同储存年份(3年3∶1与3年15∶1以及10年3∶1)艾绒燃烧产生的PM2.5与艾灸灰烬的氧化损伤能力。研究显示：不同比例、不同年份艾绒燃烧产生的PM2.5之间以及灰烬之间的D500氧化损伤率未见显著差异，提示各艾绒重金属与过渡金属含量可能未有显著差异，重金属与过渡金属可能不是评价艾绒质量优劣的最好指标，但各样本PM2.5D500的损伤率大于相应的灰烬，统计学有显著差异，表明PM2.5抗氧化损伤能力超过灰烬研究还显示：艾灸诊室PM2.5对质粒DNA的氧化损伤作用低于其他环境，然而艾灸后PM2.5质量浓度相对较高，艾灸时应确保充分通风以减少任何可能的风险[14-15]。

LU C Y 等[16]在密闭的针灸诊室，模拟艾灸治疗，分别采用陈艾绒替代新艾绒施灸、局部排气通风措施和空气净化器净化空气三种措施干预，比较三种措施下针灸诊室空气中PM2.5、PM10的质量浓度。研究显示：使用陈艾绒代替新艾绒施灸可导致PM2.5、PM10平均质量浓度分别提高75%、94%；采用局部排气通风措施可使PM2.5、PM10平均质量浓度分别下降96%、100%；采用空气净化器净化空气可使PM2.5、PM10平均质量浓度分别下降71%、60%。该研究还发现：陈艾绒比新艾绒燃烧生成更多的PM2.5和PM10，陈艾绒燃烧生成的PM2.5和PM10分别是新艾绒的1.94倍和1.75倍。LU C Y等[16]还指出采用陈艾绒PM2.5和PM10质量浓度较之新艾绒明显增加，可能是因为在新艾条的生产过程中加入了碳酸钙、氯化钠等化合物以提高其燃烧效率，进而增加了不完全燃烧。

段文秀等[17]通过检测模拟艾灸诊室的空气质量，对艾灸诊室是否存在空气污染的评估提供参考依据。建立艾灸临床环境，委托专业检测公司分别在10根艾条同时燃烧后0.5、1、2 h以及燃烧0.5 h开门通风5 min和燃烧1h开门通风5 min 5个不同时间点上对空气中PM2.5和PM10的含量进行检测。点燃10根艾条0.5、1、2 h后灸室空气中PM2.5和PM10的浓度范围分别为0.13～0.53 mg/m3和0.22～1.28 mg/m3，均高于国家标准规定的限值。点燃10根艾条0.5 h开门通风5 min和点燃10根艾条1 h开门通风5 min后灸室空气中PM2.5和PM10的浓度范围分别为0.04 mg/m3和0.11～0.13 mg/m3，均低于国家标准规定的限值。指出长时间艾灸可产生较高浓度的艾烟，空气中PM2.5和PM10的浓度会超出国家标准规定的限值，但通过保持良好的排气通风，灸室空气中PM2.5和PM10的质量浓度可控制在安全范围。

皮大鸿等[18]采用PM2.5空气检测仪对针灸病区PM2.5质量浓度进行监测，发现春冬季节PM2.524 h浓度值为92～265 μg/m3,夏秋季节PM2.524 h浓度值为72～224 μg/m3,且具有统计学差异(P<0.05)。皮大鸿等[19]还在施灸时采用毛巾覆盖恒温灸具，与采用普通艾灸盒自然燃烧法对照，比较两组不同时间点室内PM2.5质量浓度，以评价毛巾覆盖恒温灸具对艾灸环境下室内空气中PM2.5浓度的影响。结果显示：施灸过程使用毛巾覆盖恒温灸具能明显降低室内空气中PM2.5的浓度。

惠鑫[20]通过观察在不同艾灸装置内艾燃烧生成PM2.5的质量浓度等探讨艾灸装置对艾烟排放的影响。将艾条样品随机分为自然暴露燃烧组、灸筒燃烧组、灸筒加过滤罩组，将艾灸装置在密闭玻璃房内点燃,对其产生的PM2.5质量浓度进行实时监测，结果发现灸筒加过滤罩组的PM2.5质量浓度低于灸筒燃烧组和自然暴露燃烧组，认为艾灸装置加过滤罩可以降低艾灸环境中的PM2.5质量浓度，可以避免艾灸过程中产生的烟雾危害。

1.2 基于粒径<2.5 μm艾烟颗粒排放物研究 黄茶熙[10]的研究显示PM10中主要的单颗粒物类型有烟尘集合体、二次粒子、矿物颗粒和超细未知颗粒物(空气动力学直径<100 nm)。比较了夏、冬两季艾烟PM10中不同的单颗粒物类型所占的体积和数量比例，并比较了PM10中粒径<0.5 μm的颗粒物比例。FESEM研究结果显示，在微观形貌上，夏季和冬季的艾灸诊室PM10中颗粒物最大共同特征是球形颗粒含量比例最高，粒径主要分布在0.5～0.8 μm之间，而体积分布为1～2.5 μm的矿物颗粒的体积比例最大，冬季艾灸诊室里超细颗粒数量比较多，粒径主要分布在0.2～0.3 μm。杨嫒茹[21]对针灸诊室内细小颗粒物进行了研究，显示针灸室内颗粒物直径主要集中于小于0.3 μm，其次是0.3～2.5 μm，而2.5～5 μm的颗粒物数目比较少。并针对针灸室内细小颗粒物的污染现状提出了针灸室内颗粒物污染的控制策略。张宏升等[22]采用TSIAeroPack9000(量程：0.3～20 μm)检测在冬季采暖季节测试了南京市9家医院针灸诊室内的粒径<5 μm的细小颗粒物的质量浓度，结果显示艾灸诊室的颗粒物粒径主要分布在0.5 μm以内。鲁松林等[23]采用烟气分析仪、空气动力学粒径谱仪(Aerodynamic Particle Sizer，APS)检测显示：艾草根茎部和枝叶部燃烧后散发烟气粒径为10 μm以下小颗粒。艾草根茎部燃烧后烟气中0.5 μm以上颗粒粒径分布有明显峰值，峰值为1.4 μm；艾草枝叶部燃烧后烟气在0.5 μm以上粒径分布较为平均，也在1.4 μm出现峰值，且两者峰值粒径对应浓度亦相当。为了进一步得到粒径在0.5 μm以下颗粒粒径分布情况，还采用扫描电迁移率粒径谱仪(Scanning Mobility Particle Sizers，SMPS)对样品燃烧后发散物进行检测。结果显示：艾草根茎部和枝叶部燃烧发散颗粒物粒径峰值均在100 nm附近。不同的是艾草枝叶部在0.5 μm以下的燃烧颗粒分布较艾草根茎部多，这可能与艾草枝叶部的生物质纤维组成和性质有关。研究显示：艾草经过燃烧后散发的颗粒物大部分处于1 μm以下，且在粒径在100 nm附近的颗粒呈现出明显的高浓度分布，该粒径范围内的颗粒远低于2.5 μm，因此，很容易被人体吸入，产生危害健康的影响。

2 分析与展望

2.1 文献特征分析 从发表的文献来看，关于艾烟颗粒物排放的14项研究出现在2012～2018年之间，在此之前未见相关报道。随着各种空气质量标准的陆续颁布，艾烟颗粒物的排放也受到了关注，14项关于艾烟颗粒物的排放中，有5篇文献关注了PM10，8篇文献关注了PM2.5，还有4篇文献关注了空气动力学直径<2.5 μm的颗粒物。另外，还有学者[8，10]对颗粒物的微观形貌、所含微量元素等进行了分析。

从研究思路来看，有12项研究在艾灸场所模拟艾灸治疗，从而监测诊室内空气中艾烟颗粒物的排放，只有1项研究[23]检测了艾草的根茎部和枝叶部燃烧后散发烟气颗粒物的粒径分布特征，另外，还有1项[20]借助PM2.5指标，来观察过滤装置对密闭玻璃房内艾条燃烧生成颗粒物的影响。虽然上述研究都是阐述艾烟颗粒物的排放情况，但出发点不同，大部分的研究检测艾灸场所空气中的艾烟颗粒物，主要考虑诊室空气质量对医患健康的影响；检测艾草样本，则是从产生艾烟的原料来考虑，观察艾草不同部位[23]，以及不同储存年份和不同加工比例[12-15]对颗粒物排放的影响；而皮大鸿等[19]、惠鑫等[20]的研究意在观察毛巾覆盖恒温灸具或过滤装置对艾烟颗粒物的过滤效应。

2.2 艾烟颗粒物排放研究展望 粒度分布是指某一粒子群中不同大小的粒子所占的比例，是评价可吸入颗粒物健康效应和环境影响的重要参数之一，可吸入颗粒物的粒度分布不仅决定其在体内沉积作用，还能决定进入人体以及体内器官的位置，而且与颗粒物的其他性质都有密切相关。从上述艾烟颗粒物排放的研究文献来看，对颗粒物的关注，已经由可吸入颗粒物，到细颗粒物，再到超细颗粒物以及颗粒物的具体有毒物质组分(内毒素、细胞片段等化合物，碳核，有机碳，元素碳，氮，硫，多环芳烃类有机物，以及铁、镍、锌、钒等金属元素，硝酸盐、疏酸盐、铵盐、钠盐等无机盐)。艾烟PM10和PM2.5的研究主要采用便携式粉尘仪动态监测颗粒物排放的质量浓度，部分研究采用了国家环境科学标准检测方法[10,12,14-15,17]。粒径<2.5 μm的颗粒物研究还采用了TSI AeroPack 9000(量程：空气动力学粒径为0.3～20 μm)[22]、扫描电迁移率粒径谱仪(量程：空气动力学粒径为0.5～20 μm)、空气动力学粒径谱仪(量程：空气动力学粒径为3～1000 nm)[23]。颗粒物粒径越小、比表面积越大，表面吸附形成很强的凝聚核，容易成为各种有毒物质的载体并深入肺泡，甚至进入血液循环。目前，无论是艾灸场所空气中的颗粒物，或者不同年份、不同比例的艾绒样本，或艾草的不同部位燃烧生成的颗粒物来看，研究主要集中在PM10和PM2.5，对粒径<2.5 μm的颗粒物尚有很大的探索空间。故关注粒径<2.5 μm的颗粒物的排放特征及其具体组分应该是艾烟颗粒物研究的方向之一。

中国2003年3月1日正式颁布实施的《室内空气质量标准》PM10的日平均浓度的最高限值浓度为0.15mg/m3(GB/T18883-2003),于2016年1月1日实施的《室内空气质量标准》(GB/3095-2012)规定PM2.5二级浓度限值为0.075 mg/m3。《医院候诊室卫生标准》(GB9671-1996)也中规定的PM10最高限值为0.15 mg/m3。目前，艾灸诊室并没有相应的空气质量标准，大部分医院的针灸科诊室多采用机械通风设备，并没有规范地采取有效防护措施控制室内空气质量，其重要原因再远目前还缺乏相应的控制标准和对控制策略的科学研究[24]。故深入探究艾灸诊室艾烟颗粒物的排放特征及其安全性将成为艾灸诊室空气质量标准的参考依据之一。

LU Chungyen 等[16]在密闭的针灸诊室，模拟艾灸治疗，采用陈艾绒替代新艾绒施灸，可导致PM2.5、PM10平均质量浓度分别提高75%、94%，陈艾绒燃烧生成的PM2.5和PM10分别是新艾绒的1.94倍和1.75倍。研究指出可能是因为在新艾条的生产过程中加入了碳酸钙、氯化钠等化合物以提高其燃烧效率，进而增加了不完全燃烧所导致。有研究认为[13-14]随着艾条储存年份增高，产生的PM2.5、PM10的质量浓度有增大的趋势；随着艾条加工比例增高，产生的PM2.5、PM10的质量浓度有增大的趋势，且PM2.5占PM10中的比例越高；也提示艾绒的储存年份、加工比例可能对其燃烧产生的颗粒物物理化学特征影响显著，并认为从颗粒物角度区分不同储存年份与不同加工比例的灸用艾绒质量的优劣可能具有重要的参考价值。这些都有待于进一步开展相关实验深入研究。

目前，关于灸用艾绒的质量主要体现储存年限和加工比例两个方面。在古代文献中并未见关于艾绒加工比例的论述，在明代李时珍《本草纲目》中也仅是如是描述：“拣去净叶，扬去尘屑，入石臼内，木杵捣熟，罗去渣滓，取白者再捣，至柔烂如绵为度。”关于艾绒的储存年限，在《孟子·离娄上》里记载“七年之病，求三年之艾”；《本草纲目》中也有相关论述：“凡用艾叶，须用陈久者，治令细软，谓之熟艾，若生艾灸之则易伤人肌脉。”那么，是否加工越精细的艾绒，其排放的颗粒物危害就越小？是否存储时间越久，反而增加了艾烟颗粒物的排放？

随着人类的环保和安全意识的增强，艾烟的安全性越来越受到关注，艾灸疗法作为中国传统疗法中的重要组成部分，必将接受时代的挑战，才能更好地为人类健康事业服务。灸用艾绒作为施灸的主要材料、是燃烧生成艾烟颗粒物的重要来源。只有逐步解决制约艾灸发展的瓶颈，艾灸疗法才能更好地造福人类。从艾烟颗粒物的粒径分布及其具体组分的角度深入探讨不同加工比例和不同储存年限艾绒的颗粒物排放特征和安全性，将为拟定艾灸诊室空气质量标准、灸用艾绒的规范化标准、安全地开展艾灸治疗提供重要参考。