空气污染与心血管疾病专家共识

2021-03-28国家心血管病中心空气污染与心血管疾病专家共识组

中国循环杂志 2021年1期

国家心血管病中心空气污染与心血管疾病专家共识组

心血管疾病严重危害我国居民健康，其患病率目前仍处于持续上升阶段[1]。为有效应对心血管疾病带来的严峻挑战，实施有效预防策略，干预和控制危险因素是重要手段之一。空气污染是全球关注的重要公共卫生问题。近年来，大量证据表明空气污染已成为一项重要的且可干预的心血管疾病危险因素。空气污染与心血管疾病的相关研究取得了许多进展。在回顾国内外最新的流行病学及临床研究证据的同时，国家心血管病中心组织心血管病学、内分泌学、环境科学以及流行病学等领域专家，达成空气污染与心血管疾病专家共识，以进一步加强医疗卫生人员对空气污染危害心血管健康的认识，帮助其开展健康宣教和确定未来科研方向，并为相关部门制定公共卫生政策提供参考。在国际文献中，如果没有特别说明，心血管疾病概念通常涵盖脑血管疾病。本文与之保持一致。

1 空气污染归因疾病负担

全球疾病负担研究（GBD）显示，2017年空气污染所导致的全球超额死亡人数高达490万人，伤残调整寿命年（DALYs）约为1.5亿人年。其中，460万人死于颗粒物污染。颗粒物是最重要并且被研究得最充分的空气污染物。空气污染分为室外（环境）空气污染和室内空气污染，室外空气污染导致的死亡约占总空气污染的2/3[2]。空气污染导致的疾病负担在中低收入国家尤为严重。2015年，全球99%的室内空气污染导致的死亡和89%的室外空气污染导致的死亡均发生在中低收入国家[3]。空气污染既是全球性的严重公共卫生问题，也是对我国民众健康的严峻挑战。2017年，颗粒物污染是我国居民死亡和DALYs的第四位危险因素，仅次于收缩压升高、吸烟和高盐饮食。颗粒物污染每年导致我国113万人死亡，导致的DALYs占比约7%，危害超过了高血糖、低密度脂蛋白胆固醇升高和体质指数升高[4]。颗粒物污染导致的死亡近一半为心血管疾病死亡[2]。

2 主要空气污染物的种类、来源及空气质量标准

空气污染物由颗粒物和气态污染物组成。颗粒物根据空气动力学当量直径分类，空气动力学当量直径≤100 μm的颗粒物统称为“总悬浮颗粒物”（TSP），空气动力学当量直径≤10 μm的颗粒物统称为“可吸入颗粒物”（PM10），空气动力学当量直径≤2.5 μm的颗粒物统称为“细颗粒物”（PM2.5）[5]。目前对于PM2.5和PM10研究最深入，监测范围也最广泛。气态污染物包括氮氧化物，如二氧化氮（NO2）和一氧化氮（NO）、臭氧（O3）、二氧化硫（SO2）和一氧化碳（CO）等。部分气态污染物除了自身的毒性外，还可发生复杂的光化学反应，促进PM2.5和O3的形成，产生二次污染。

颗粒物导致的健康危害也与其化学组分有关。PM2.5的化学成分中，对血压水平有重要影响的包括有机碳、元素碳、氯离子、氟离子、镍、锌、镁、铅和砷等，对心血管生物标志物水平有重要影响的包括锌、钴、锰、硝酸根、氯离子、二次有机碳和铝等[6-7]。

空气污染物的来源在不同地区间存在较大差异。在大城市，工业和道路交通是造成污染物的主要来源；而在乡村，生物质燃烧、扬尘等是污染物的主要来源[8]。我国颗粒物污染主要来源是扬尘、化石燃料燃烧、交通排放、生物质燃烧、工业排放和二次无机气溶胶。不同地理区域间存在差异。北部、东北部和中部的首位污染物来源是工业排放；东部和西南部是二次无机气溶胶；南部是交通排放；西北部则是扬尘[9]。

室内空气污染与室外大气污染密不可分。室内空气污染是对人类健康的严重威胁[10-12]。研究表明，2017年全球有164万人死亡归因于室内空气污染[2]。室内空气污染导致的健康损害大部分源自室外大气污染。部分室外大气污染物也可通过各种方式进入室内，因此尽管人们大多数时间待在室内，仍可受到大气污染物的影响。一项欧洲研究表明，全球室内空气污染造成的疾病负担中，有60%归因于室内和室外气体交换带来的PM2.5污染[13]。此外，在室内烹饪、燃烧煤炭、吸烟等也是室内空气污染的重要来源[10]。

世界卫生组织（WHO）制定了空气质量准则（AQG）值。此外，还确定了过渡时期目标值（IT），旨在通过采取连续、持久的污染控制措施，逐步实现空气质量的改善。过渡时期目标值有助于各国评价在逐步减少人群颗粒物暴露的艰难过程中所取得的进展[8]。我国目前适用的《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633-2012）规定，空气质量指数＞100为污染超标。其中，AQI在101～150之间为“轻度污染”，151～200为“中度污染”，201～300之间为“重度污染”，300以上为“严重污染”[14]。我国AQI清洁标准对应的各类污染物浓度符合WHO的过渡时期目标-1。

3 空气污染与心血管疾病死亡

目前已证实，PM2.5和PM10浓度升高均可增加心血管疾病死亡风险。而且无论暴露水平高低，这种关联关系都存在，即使在PM2.5浓度＜10 μg/m3的极低水平也是如此。但在较低暴露水平和较高暴露水平的暴露-反应关系并不一致。与低浓度颗粒物暴露相比，在高浓度暴露下，颗粒物单位浓度增加产生的超额死亡的短期效应较弱。然而，对于全因死亡和心血管死亡，与低浓度颗粒物暴露相比，在高浓度暴露下，颗粒物单位浓度增加的慢性健康效应较强[15-16]。

空气污染短期暴露即可显著增加心血管疾病的死亡风险。就全球范围而言，PM2.5短期暴露每增加10 μg/m3，非意外全因死亡平均增加1%，心血管疾病死亡平均增加0.8%[17]。最近一项涵盖了包括我国在内的24个国家、PM2.5年平均浓度跨度从4.1 μg/m3到116.9 μg/m3的研究显示，两天内PM2.5平均水平每增加10 μg/m3，每日心血管疾病死亡增加0.55%，而两天内PM10平均水平每增加10 μg/m3，每日心血管疾病死亡增加0.36%[18]。一项Meta分析汇总了来自我国17个城市的36项关于短期暴露效应的研究，PM2.5浓度处于39～177 μg/m3之间。研究发现PM2.5短期暴露每增加10 μg/m3，非意外死亡增加0.4%，心血管疾病死亡增加0.63%。而PM10短期暴露每增加10 μg/m3，对应的非意外死亡和心血管疾病死亡都增加0.36%[19]。一项来自北京市的研究结果表明，2010年至2012年，北京市PM2.5平均浓度96.2 μg/m3，日均浓度每增加10 μg/m3，当天因缺血性心脏病死亡增加0.25%[20]。一项包括了我国不同区域的30个县、PM2.5浓度范围在50.7～105.7 μg/m3的研究显示PM2.5浓度每增加10 μg/m3，当天心血管疾病死亡增加0.12%，全因死亡增加0.13%[21]。NO2对心血管疾病死亡的效应值与颗粒物相似。欧洲30个城市数据显示，NO2短期暴露每增加10 μg/m3，全因死亡增加0.3%，心血管疾病死亡增加0.4%[22]。我国272个城市的死亡数据显示，2天内NO2平均浓度每增加10 μg/m3，非意外死亡和心血管疾病死亡均可增加0.9%[23]。CO的2天平均浓度每增加1 mg/m3可使心血管疾病死亡风险增加1.12%，但调整PM2.5浓度后不再有统计学意义[24]。

空气污染长期累积产生的心血管疾病超额死亡更不容忽视。一项系统综述纳入25个国内外队列研究、随访时间为3～35年，Meta分析显示PM2.5长期暴露每增加10 μg/m3，全因死亡风险平均增加6%，心血管疾病死亡风险平均增加11%[25]。美国一项大型队列纳入超过51万人，在9年的随访中，PM2.5暴露每增加10 μg/m3，心血管疾病死亡风险增加10%[26]。空气污染的危害在特定人群中作用更明显，美国妇女健康行动（Women’s Health Initiative）研究纳入超过65 000名绝经期妇女，中位随访时间6年，观察到PM2.5年均暴露浓度每增加10 μg/m3，心血管疾病死亡风险增加76%[27]。由于我国缺乏PM2.5的历史监测数据，我国早期的长期暴露研究主要关注总悬浮颗粒物和PM10的浓度。一项在我国7万名40岁以上男性中开展的研究显示，在随访的9年内，PM10长期暴露每增加10 μg/m3，全因死亡风险增加1.6%，心血管疾病死亡风险增加1.8%[28]。基于中国高血压流行病学随访研究覆盖31个城市约7万人的数据分析发现，在随访的9年期间，总悬浮颗粒物、SO2和氮氧化物每增加10 μg/m3，心血管疾病死亡分别增加0.9%，3.2%和2.3%[29]。一项来自中国北方四个城市的回顾性队列纳入约4万名社区居民，随访12年，PM10年均暴露浓度每增加10 μg/m3，全因死亡和心血管疾病死亡风险分别增加24%和23%[30]。中国香港老年人（65岁及以上）队列长期随访发现，在随访的13年时间内PM2.5长期暴露浓度每增加10 μg/m3，全因死亡风险增加14%，心血管疾病死亡风险增加22%，其中冠心病死亡相对风险增加42%，脑血管疾病死亡相对风险增加24%[31]。一项前瞻队列纳入来自我国45个地区的约19万名40岁及以上男性，在研究开展的15年期间，PM2.5长期暴露浓度每增加10 μg/m3，心血管疾病死亡风险增加9%[32]。最新的一项在我国15个省约12万自然人群中开展的前瞻性队列中国动脉粥样硬化性心血管疾病风险预测（China-PAR）研究发现，PM2.5年均浓度每增加10 μg/m3，心血管疾病死亡风险增加16%[16]。我国关于大气污染长期暴露的研究数据还不够充分，但近年来关于PM2.5的研究提示，我国人群中，PM2.5长期暴露增加心血疾病死亡风险的作用可能强于欧美人群。

一项在我国5个农村地区开展的大型队列研究对27万余人平均随访8年，发现使用固体燃料（煤、柴、炭）烹饪和取暖分别使全因死亡风险增加11%和14%，分别使心血管疾病死亡风险增加20%和29%。与一直使用固体燃料者相比，转换为清洁能源（天然气、电或集中供暖）者全因死亡和心血管疾病死亡风险都降低。在使用固体燃料者中，炉子能通风排烟者也比不能排烟者全因和心血管疾病死亡风险都降低[33]。

4 空气污染与心血管疾病发病

研究发现，空气污染与各类心血管疾病发病风险增加相关，主要包括冠心病、心力衰竭、脑卒中、心律失常。空气污染导致心血管疾病的病理生理机制主要包括六个方面，一是炎症反应、氧化应激反应及血管内皮功能紊乱；二是血液高凝状态及血栓形成；三是血压升高、动脉粥样硬化及心脏重构；四是自主神经调节功能紊乱；五是心脏电生理改变及心律失常；六是代谢综合征及胰岛素抵抗[34-36]。

4.1 冠心病

空气污染和心血管疾病的关系中，研究最充分、证据最为确凿的是冠心病。空气污染增加致死性和非致死性冠心病的风险。一项Meta分析纳入34项研究，报告PM2.5短期暴露浓度每增加10 μg/m3，急性心肌梗死发病风险增加2.5%。此外，CO、NO2和SO2浓度升高也与急性心肌梗死发病风险增加相关，但O3浓度与急性心肌梗死发病风险无关[37]。来自我国常州的一项研究显示PM2.5和PM10短期暴露浓度每增加10 μg/m3，急性心肌梗死发病风险分别增加1.6%和0.8%，但该研究并未观察到NO2、SO2和O3短期暴露增加急性心肌梗死发病风险[38]。一项来自北京的研究显示，PM2.5短期暴露浓度每增加10 μg/m3，每日因心肌梗死住院的患者增加0.46%[39]。此外，PM2.5短期暴露也与因冠心病导致的急诊就诊人数增加相关[40]。美国妇女健康行动研究显示PM2.5年均暴露浓度每增加10 μg/m3，绝经期妇女在6年随访期间致死性和非致死性冠心病风险增加21%，但PM10无显著影响[27]。ESCAPE研究对欧洲的11项队列研究进行Meta分析，共纳入超过10万名研究对象，中位随访时长11.5年，结果表明PM2.5年均暴露浓度每增加5 μg/m3，冠心病风险增加13%，PM10年均暴露浓度每增加10 μg/m3，冠心病风险增加12%[41]。一项基于我国12万成年人平均随访8年的前瞻性研究显示，PM2.5年均暴露浓度每增加10 μg/m3，冠心病风险增加43%[42]。

4.2 心力衰竭

空气污染短期暴露可增加心力衰竭住院和死亡风险。一项涵盖35项研究的Meta分析显示，颗粒物污染和多种气态污染物短期暴露都可增加心力衰竭住院或死亡的风险。PM2.5和PM10短期暴露浓度每增加10 μg/m3，导致心力衰竭住院或死亡风险分别增加2.1%和1.6%。此外，CO浓度每增加1.25 mg/m3，风险增加3.5%；SO2浓度每增加28.6 μg/m3，风险增加2.4%；NO2浓度每增加20.5 μg/m3，风险增加1.7%，但O3与心力衰竭住院或死亡无关。有慢性心力衰竭病史或合并高血压、心律失常的患者在暴露于空气污染时发生心力衰竭住院或死亡的风险更高[43]。我国一项研究纳入来自26个大城市的超过10万例慢性心力衰竭住院患者，分析了各种空气污染物与心力衰竭住院的关联关系。PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO浓度每升高一个四分位（依次为47.5 μg/m3、76.9 μg/m3、22.1 μg/m3、24.1 μg/m3、0.56 mg/m3），当天心力衰竭住院事件风险分别增加1.2%、1.3%、1.0%、1.6%和1.2%。但这项研究未观察到O3的短期暴露与心力衰竭住院或死亡相关[44]。另外一项北京的研究显示，PM2.5短期暴露浓度每增加10 μg/m3，当天心力衰竭住院事件数增加0.35%[45]。然而，目前尚不清楚空气污染长期暴露对心力衰竭的影响。

4.3 脑卒中

空气污染增加脑卒中住院和死亡的风险。一项系统综述纳入来自28个国家的94项研究，显示PM2.5、PM10短期暴露浓度每增加10 μg/m3，脑卒中住院及死亡风险分别增加1.1%和0.3%。SO2、NO2和CO短期暴露也增加脑卒中住院和死亡的风险，但O3的作用很微弱[46]。美国妇女健康行动研究发现，PM2.5年均暴露浓度每增加10 μg/m3，绝经期妇女脑卒中6年发病风险增加28%[27]。ESCAPE研究显示，在16年的研究期间，老年亚组和非吸烟亚组中PM2.5长期暴露增加脑卒中发病风险，在总体人群中也观察到此趋势，但结果无统计学意义[47]。一项来自沈阳的回顾性队列研究显示，在12年的研究期间内，PM10和NO2年均暴露浓度每增加10 μg/m3，脑血管疾病死亡风险分别增加49%和144%[48]。我国China-PAR研究对包含南北方近12万成年人的前瞻性队列随访16年，显示PM2.5年平均浓度每升高10 μg/m3，脑卒中发病风险增加13%，其中缺血性脑卒中和出血性脑卒中发病风险分别增加20%和12%[49]。

4.4 心律失常

空气污染与心律失常的关系尚不明确，相关研究的结论并不一致。近年来一些研究报告空气污染增加心房颤动的发生风险。两项研究通过对埋藏式心律转复除颤器植入患者进行心房颤动监测发现，PM2.5短期暴露当天，阵发性心房颤动发生率显著增加[50-51]。一项Meta分析纳入4项研究，合计超过46万人，显示气态及颗粒污染物短期暴露与心房颤动的风险增加显著相关[52]。一项韩国队列纳入超过43万无心房颤动的人群，平均随访时长接近4年，发现PM2.5和PM10年均暴露浓度每增加10 μg/m3，心房颤动发生风险将分别增加17.9%和3.4%，SO2、NO2和CO也可增加心房颤动的发生风险，分别为0.5%、1.1%和1.7%[53]。但也有研究显示心房颤动与空气污染不相关。美国的一项研究纳入10 457例心房颤动住院患者，显示PM2.5短期暴露与心房颤动住院事件的关联无统计学意义[54]。另外一项Meta分析纳入15项研究，报告颗粒物和O3短期暴露增加院外心跳骤停风险。PM2.5、PM10和O3短期暴露浓度每增加10 μg/m3，院外心跳骤停的发生风险分别增加2.1%和4.1%和1.6%[55]。此外，也有其他研究报告空气污染与室性心律失常相关，但证据尚不充分[36]。

5 空气污染和心血管疾病危险因素

空气污染与一些重要的心血管疾病危险因素存在关联。国内外大量研究已证实PM2.5暴露使血压升高。PM2.5短期暴露浓度每增加10 μg/m3，几天内收缩压和舒张压可升高1～3 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）[36]。此外，空气污染长期暴露与高血压发病相关。中国台湾的一项队列纳入13万成年人，平均随访近5年，结果显示PM2.5年均浓度每下降5 μg/m3，高血压的发病风险下降16%[56]。中国一项大型前瞻性队列随访证据表明，大气PM2.5长期暴露与中国成人高血压和糖尿病发病风险增加有关，在平均随访6年多的研究期间，PM2.5浓度每升高10 μg/m3，高血压和糖尿病发病风险分别增加11%和16%[57-58]。随机对照试验也证实，与吸入过滤后的空气相比，吸入含污染物的空气使血压升高[59-61]。另外一些研究表明空气污染会促进胰岛素抵抗，增加2型糖尿病的发病风险。对中外16项研究进行Meta分析发现，PM2.5长期暴露浓度每增加10 μg/m3，2型糖尿病发病风险增加11%[62]。大气污染物长期暴露与老年人超重或肥胖、高血压和高甘油三酯血症存在正相关关系，在男性和65岁以上人群中，空气污染3年内的长期暴露与高血糖呈正相关[63]。此外，有一些关于空气污染与慢性肾脏病和呼吸睡眠暂停综合征的研究，但证据尚不充分。

6 空气污染个体防护措施

采取有效个人防护措施可以降低个体水平的污染物暴露水平。自2008年以来，陆续有十余项小规模的交叉随机对照临床试验，对采取个体防护措施减轻心血管损害的效果进行评价，其中也包括几项我国的研究[36,64-67]。这些研究所评价的个体防护措施主要分为两类：空气净化器和口罩，干预时长从数小时到数周不等。全部研究均采用心血管疾病相关的替代终点，包括血压、心率及其变异性、心电图改变、微血管血流和功能、内皮功能、炎性标志物、凝血功能标志物和代谢产物、呼出气体中反映氧化应激的指标等。不同研究中本底空气污染水平和干预措施不同，达到的效果也不尽相同。一般而言，采取个体防护措施可有效降低个体空气污染暴露水平至本底水平的一半左右，有些研究中替代终点得到改善，但各项研究的结论并不完全一致。目前尚无评价个人防护措施对预防主要心血管事件等临床结局作用的随机对照研究。

此外，一项随机对照临床试验在上海65名健康大学生中研究服用鱼油对空气污染导致心血管损害的保护作用。结果显示鱼油组与安慰剂相比，一些与PM2.5短期暴露相关的生物标志物发生有益的变化，包括炎症、凝血、内皮功能、氧化应激和神经内分泌等方面。提示服用鱼油可能减轻PM2.5导致的心血管损害[68]。

7 建议

降低空气污染最根本的措施是消除或减少污染源的排放，这需要社会各界的共同努力。2013年以来，我国先后发布并实施了《大气污染防治行动计划》和《蓝天保卫战三年行动计划》，环境空气质量持续改善，2017年，全国地级及以上城市PM10平均浓度比2013年下降22.7%；京津冀、长三角、珠三角等重点区域PM2.5平均浓度分别比2013年下降39.6%、34.3%、27.7%；北京市PM2.5年均浓度降至58 μg/m3[69]，重污染天数明显减少，公众的蓝天获得感和幸福感不断增加，也降低了大气污染对公众健康的影响。尽管如此，现阶段我国京津冀及周边、汾渭平原和长江三角洲地区大气污染仍然比较严重，需要持续开展大气污染综合防治。

医务人员应积极宣传关于空气污染与心血管疾病的科普知识，提高公众的环保意识，同时积极为政府环保政策、公共卫生政策献言献策，并指导个体采取相应的措施，降低个体对空气污染物的暴露水平，减轻空气污染造成的心血管损害。