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【轉載】 查了多篇科學文獻,給你一份PM2.5知識圖譜

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前言


新冠病毒,讓(rang)我(wo)看了幾篇(pian)《柳(liu)葉刀》文章。在(zai)此(ci)基礎(chu)上,順便查了查空氣污染相關的內容(rong),特別是(shi)PM2.5與人體健康的關系。雖然(ran)之前已比(bi)較了解霧霾(mai),但(dan)仍然(ran)有一些疑問(wen)。比(bi)如(ru):

霧霾(mai)指數多(duo)少,才能室(shi)外(wai)運動呢?
如何(he)更有效地進(jin)行顆粒物防護?
PM2.5對人體的傷害(hai)如何量化?
 
帶著這(zhe)些疑問,我查詢了一些文獻(xian),包括《美(mei)國醫學會雜(za)志》、Taylor&Francis期刊(kan)、ScienceDaily,從而對(dui)PM2.5以及對(dui)人群的(de)影(ying)響有了更深的(de)了解。現(xian)在從以下(xia)幾個方面來(lai)闡(chan)述,對(dui)于(yu)普通人,可(ke)以重點看看1、2和(he)第4點。

1、什(shen)么是PM2.5,以及如何(he)產(chan)生的;
2、PM2.5會造成(cheng)哪(na)些不(bu)良(liang)后果;
3、這些(xie)研(yan)究是怎么定性和定量出(chu)來的;
4、普(pu)通人如何(he)進行有效(xiao)防護;
5、關于顆(ke)粒物的一些最(zui)新研究情況簡介。




01

PM2.5以(yi)及產生(sheng)


PM是particulate matter的(de)(de)縮寫(xie),也叫懸(xuan)(xuan)浮顆(ke)(ke)(ke)粒或(huo)顆(ke)(ke)(ke)粒物,泛指懸(xuan)(xuan)浮在空氣中(zhong)的(de)(de)固(gu)體顆(ke)(ke)(ke)粒或(huo)液滴。其(qi)中(zhong),空氣動力學直徑小于(yu)(yu)或(huo)等于(yu)(yu)10微(wei)米 (μm)的(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)粒物稱(cheng)為(wei)(wei)可吸(xi)入(ru)顆(ke)(ke)(ke)粒物(PM10);直徑小于(yu)(yu)或(huo)等于(yu)(yu)2.5微(wei)米的(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)粒物稱(cheng)為(wei)(wei)細顆(ke)(ke)(ke)粒物(PM2.5)。2.5微(wei)米是多大(da)呢?作為(wei)(wei)對(dui)比,人的(de)(de)一根頭發絲直徑大(da)概是50-70微(wei)米,2.5微(wei)米大(da)概是頭發絲的(de)(de)1/28。


圖一:pm2.5_scale_graphic-color


顆粒(li)物的來(lai)源(yuan)比較廣泛,如上圖所示,PM10主要產生于機械過(guo)程,如建筑活動,道路(lu)揚塵和花(hua)粉等;而PM2.5主要來(lai)源(yuan)于燃(ran)料(liao)燃(ran)燒,另外,維基百科上資料顯示,PM2.5還可以由硫和氮的氧化物轉化而成,這些氣體污染物往往是人類對石化燃料(煤、石油等)和垃圾的燃燒造成,類(lei)似(si)的,沒有安裝廢氣(qi)處(chu)理裝置的柴油汽車也是顆粒物的主要來源

在室內,二手煙是顆(ke)粒物最(zui)主要的來(lai)源。


圖(tu)二:Airborne-particulate-size-chart


這張(zhang)圖描(miao)述了各種顆粒的(de)大小,單位:微米(μm)。


【縱軸】biological contaminants-生(sheng)物污染物、types of dust-灰塵的類型、 particulate contaminants-顆粒污染物、gas molecules-氣體分(fen)子。
【橫軸】pollen-花粉、mold spores-霉菌(jun)孢子、house dust mite allergens-屋塵(chen)螨(man)過(guo)敏(min)原(yuan)、bacteria-細(xi)菌(jun)、cat allergens-貓過(guo)敏(min)原(yuan)、virus-病毒、heavy dust -沉(chen)重的灰塵(chen)、setting dust-沉(chen)淀灰塵(chen)、suspended atmospheric dust-懸浮大氣(qi)塵(chen)、cement dust-水泥粉塵(chen)、fly ash-煤(mei)灰、oil smoke-油煙(yan)、smog-煙(yan)霧(wu)(wu)、 tobacco smoke-香煙(yan)煙(yan)霧(wu)(wu)、soot-煤(mei)煙(yan)、gaseous contaminants-氣(qi)態污染物。

從這張圖中(zhong),我們可(ke)以明顯地看(kan)到,某一(yi)個(ge)類型(xing)污(wu)染物(wu)其典型(xing)代表的(de)顆粒物(wu)所屬粒徑(jing)(jing)范圍。如:氣態污(wu)染物(wu)、香煙煙霧、病毒(du)等,其粒徑(jing)(jing)都在1微米以下。



02

PM2.5會(hui)造成哪些(xie)不良后果


顆(ke)粒(li)物(wu)(wu)的(de)(de)大小(xiao)決定了它們最(zui)終在呼吸道(dao)中的(de)(de)位置(zhi),較大的(de)(de)顆(ke)粒(li)物(wu)(wu)往往被纖毛(mao)和(he)黏液過濾(lv),無法通過鼻子(zi)和(he)咽喉。但(dan)是,小(xiao)于(yu)10微(wei)米的(de)(de)可吸入顆(ke)粒(li)物(wu)(wu)(PM10),可以(yi)穿(chuan)透這些屏障到達支氣管(guan)和(he)肺泡(pao)。而小(xiao)于(yu)2.5μm的(de)(de)細顆(ke)粒(li)物(wu)(wu)(PM2.5),更(geng)(geng)容易(yi)吸附(fu)有毒害的(de)(de)物(wu)(wu)質,如一些重金屬鉛、鋅、砷、鎘等,由(you)于(yu)體積(ji)小(xiao),PM2.5具有更(geng)(geng)強(qiang)的(de)(de)穿(chuan)透力,可直(zhi)接抵達細支氣管(guan)壁(bi),并干(gan)擾肺內(nei)的(de)(de)氣體交換。更(geng)(geng)小(xiao)的(de)(de)微(wei)粒(li)(直(zhi)徑小(xiao)于(yu)等于(yu)100納(na)米,0.1微(wei)米)會通過肺部傳(chuan)遞影響其(qi)(qi)他器官。PM由(you)肺然后到其(qi)(qi)他器官的(de)(de)影響,可以(yi)參考下面這張(zhang)圖(*1-參考資(zi)料(liao)來源,參見文末(mo))


由PM引起肺(fei)、心臟、血液以及其他器官(guan)的(de)一(yi)個(ge)通路

發表(biao)在《美國醫學(xue)會雜志》的一項研究(*2)表明,PM2.5會(hui)導致動脈斑塊沉積,引(yin)發血管(guan)炎癥和(he)動脈硬化,最終導致心(xin)臟病或其他心血管(guan)問題。
 
最小的顆粒(li)物(直徑小于等于100納米,合0.1微米)帶來的危害(hai)更為嚴重。有證據(ju)表明這些顆(ke)粒(li)物可以穿過細胞膜(mo)到達其(qi)他器官,包括大腦(nao)。有研究指出,這些微(wei)粒可能引發(fa)腦(nao)損傷(包括失智癥)。
 
這(zhe)項始于1982年的(de)研究證實,當空氣(qi)中PM2.5的(de)濃(nong)度長(chang)期高于10 μg/m3,就會(hui)帶(dai)來(lai)死(si)亡(wang)(wang)(wang)風(feng)險的(de)上(shang)升(sheng)。濃(nong)度每增(zeng)加10 μg/m3,總的(de)死(si)亡(wang)(wang)(wang)風(feng)險會(hui)上(shang)升(sheng)4%,心肺疾(ji)病(bing)帶(dai)來(lai)的(de)死(si)亡(wang)(wang)(wang)風(feng)險上(shang)升(sheng)6%,肺癌帶(dai)來(lai)的(de)死(si)亡(wang)(wang)(wang)風(feng)險上(shang)升(sheng)8%。此外,PM2.5極(ji)易吸附多環芳烴(jing)有機污(wu)染(ran)物重金(jin)屬,使(shi)致癌(ai)、致畸、致突變的機率(lv)明顯升(sheng)高。 

另外一篇《美(mei)國醫(yi)學雜(za)志》上的(de)(de)文章(*3)研究了接觸(chu)細(xi)顆(ke)粒物(wu)的(de)(de)水平和深靜脈(mo)血栓(shuan)(shuan)形(xing)成(DVT)之間(jian)的(de)(de)關(guan)系,研究結(jie)果表明暴露在細(xi)顆(ke)粒物(wu)中(zhong)和血栓(shuan)(shuan)風(feng)險之間(jian)存在線性關(guan)系。

國內(nei)方面,北(bei)京大學(xue)醫(yi)學(xue)部公(gong)共衛生(sheng)學(xue)院與環保組織(zhi)聯(lian)合發布的報告《危險的呼吸(xi)2:大氣PM2.5對中(zhong)國城(cheng)市(shi)公(gong)眾(zhong)健(jian)康效應(ying)研(yan)究》(*4)給(gei)出了一個結論:2013年(nian)在中(zhong)國31個省會城(cheng)市(shi)和直轄(xia)市(shi),因長期暴(bao)露于PM2.5污(wu)染帶來的長期人群健(jian)康損害所(suo)致的缺血性心臟(zang)病(bing)、腦血管病(bing)、肺癌(ai)和慢性阻塞(sai)性肺疾病(bing)致超額死亡人數(shu)總數(shu)為256693例,其95%可信區間(jian)高限值達366309例。



03

研究方法探尋(xun)


可能有人會問,這些(xie)顆粒(li)物的(de)短期(qi)和長期(qi)影響,科(ke)研人員是(shi)怎(zen)么跟蹤和評估的(de)呢?污染(ran)導致(zhi)了幾百萬人死亡,這個(ge)數據(ju)科(ke)學(xue)嗎?我把(ba)看文(wen)獻(xian)過程中總結的(de)幾點記錄如下,大家可自行評估、參考。


在來自《美國醫學(xue)雜志》的參考文獻2中,其分析是基于美國癌癥協會(ACS)收集的數據,該數據是癌癥預防研究(CPS-II)的一部分。研究招募了約120萬成年人,參與者需要填寫一份詳細的調查問卷,用以評估危險因素,其中包括年齡,性別,種族,體重,身高,吸煙史,教育程度,婚姻狀況,飲食,飲酒,職業暴露和其他特征的問題。


在隨后的若干年里,ACS會持續跟進和研究參與者的生命狀態,一旦有報告的死亡情況需要通過死亡證明予以核實。這項研究持續進行了16年,研究期間完成了至少93%的死亡確認,并獲得了死亡證明或死亡原因代碼。然后研究人員使用一個叫做“Cox比例風險模型”的方法,模型擬合涉及兩個(ge)階(jie)段。在第(di)一階(jie)段,使(shi)用標準的Cox比例風險模型對生存數(shu)據進行建模。在第二階段,使用線性隨機效應(ying)回(hui)歸模型,確認特定健康(kang)響(xiang)應(ying)的(de)(de)估計值與微粒空(kong)氣污染有關。當然,模型還需要(yao)考慮其他風險因子的(de)(de)影(ying)響(xiang),包(bao)括年齡,性別(bie),吸煙情況(kuang),職業(ye)暴(bao)露等。(感興趣的(de)(de)可自行研究論(lun)文)


國內的研究相對來說更加理論化一些,在參考資料4《危險的呼吸(xi)2:大氣PM2.5對中(zhong)國(guo)城市(shi)公眾健康效應研(yan)究(jiu)》中,研究人員以當年的年平均PM2.5濃度作為基線情景,然后設置了三個對比組,包括“2017年情景、國標情景和WHO情景”。然后以WHO情景為本底,采用細顆粒物暴露造成的全球疾病負擔估算中所采用的“整合風險函數”方法計算國標情景、2017情景和基線情景下,相對于本底情景,各城市缺血性心臟病、腦血管病、慢性阻塞性肺疾病和肺癌死亡率的相對危險度。


相對(dui)來說,國(guo)外的研究屬于(yu)流行(xing)病(bing)學研究范疇,跨(kua)度(du)的時間也很(hen)長,數據(ju)(ju)更有(you)(you)說服力;國(guo)內更多的是采用倒推(tui)法,是根據(ju)(ju)已有(you)(you)數據(ju)(ju)、算法模(mo)型(xing)推(tui)演(yan)出的結果。




04

普通人如何防護


國內多次的大型污染事件,已經讓大部分人意識到顆粒物污染帶來的危害。身處京津冀地段,也能感受到近幾年在政府部門強力干預下天氣變好的趨勢。但我發現,有一部分人可能仍然沒有意識到這一塊,包括家庭中二手煙對家人的影響,空氣污染指數達到多少是對身體有傷害的,甚至還有一小部分人在空氣質量不好時去跑步,更別說如果沒有新冠肺炎這件事口罩的普及率很低,等等。


吸煙及二(er)手煙

從上面的(de)圖二中(zhong)我們可(ke)以(yi)看到(dao),香煙產生的(de)顆粒(li)(li)物(wu)直(zhi)徑在0.1-1微米之間,這(zhe)個粒(li)(li)徑的(de)顆粒(li)(li)物(wu)可(ke)以(yi)直(zhi)接穿過肺泡進入到(dao)血液循環中(zhong),危害非常大。


來自ncbi上的一篇論文(*5)統計了中國吸煙所致的死亡率,論文中給出了一組數字:在2005年全中國共有673000例死亡(95%可信區間)可被歸因于吸煙。其中80%為男性死亡,吸煙相關死亡的根本死因為:癌癥268200例(),心血管疾病146200例(),呼吸系統疾病66800例()。而2012年中國衛生部發布的《中國吸煙危害健康報告》中報導說每年因吸煙導致死亡的人數已超過100萬。


所(suo)以(yi)別(bie)吸煙,以(yi)及盡(jin)量(liang)不要被二手煙污染(ran)。特別(bie)是小孩(hai)和(he)老人,讓他們盡(jin)量(liang)遠離煙。


空氣污染指數

我們大部分人手(shou)機里都有實時的(de)空氣(qi)(qi)污染指(zhi)數,手(shou)機自帶或者獨立(li)App,比(bi)如墨跡天氣(qi)(qi)。但這個里面有兩(liang)個問題:


一是大部分的手機自帶或者獨立污染指數App,用的都是《中國AQI標準》(*6),和《美國AQI標準》(*7)以及《世界衛生組織-空氣質量準則》(*8)相比,國內的標準仍然采用的是過渡期標準。這樣就會出現相同的污染物質和污染值,基于中國的AQI等級計算出來的空氣質量是“良”、“輕度污染”,基于美國的AQI等級計算出來的則是“輕度污染”、“不健康”。


還有一個問題就是,中美兩國AQI標準里,最(zui)主要(yao)的(de)就(jiu)(jiu)是(shi)PM2.5的(de)限值(zhi)不同。在美國標準里,PM2.5大于(yu)35.4(μg/m3)就(jiu)(jiu)是(shi)輕度污(wu)染了(le),而國內PM2.5濃度大于(yu)75(μg/m3)才算輕度污(wu)染。


所以,在(zai)這里(li)給三點小建議(yi):

1、當AQI值大于100時,請盡量減少室外(wai)運動(dong);
2、當AQI值大于(yu)150時,建議戴上口罩(zhao)再出(chu)門;
3、記得(de)裝一款(kuan)可以(yi)設(she)置(zhi)美國(guo)(guo)AQI標準的空氣監測(ce)軟件(jian),并設(she)置(zhi)為“美國(guo)(guo)AQI標準”,同(tong)時除(chu)了看(kan)(kan)AQI外,看(kan)(kan)一下對(dui)應的PM2.5值。

PM2.5值多少合(he)適運動

目前國內使(shi)用的空氣質(zhi)量標(biao)準在PM2.5的要求上和(he)世界(jie)衛(wei)生組(zu)織(WHO)的空氣質(zhi)量準則值相比,無(wu)論是24小時平均(jun)(jun)或者(zhe)年平均(jun)(jun),相差都(dou)比較大(da)。


中國的空氣質量標準與WHO標準對比

目前各個研究論文中都沒有關于環境PM2.5暴露造成人群健康損害的閾值濃度問題。WHO對空氣質量準則值的解釋,認為年平均濃度在10μg/m3及以下的PM2.5暴露不對人群健康造成損害。但總體上,并沒有一個PM2.5閾值可以拿來直接說對人群健康無損害。

所以,我個人的建議是按照美國AQI的標準走比較穩妥,對于敏感人群PM2.5濃度值需要小于35.5μg/m3,對于普通人群PM2.5濃度值需要小于55.5μg/m3,在此條件下才適合運動,高于這個值適當減少戶外運動時長。如果做一個表,大概是下面這樣(以美國AQI為例)。

PM2.5 24小時濃度均值
空氣質量指數(AQI)
空氣質量級別
對健康影響
建議采取的措施
0-12
0-50

基本無影響
盡情地跑步
12.1-35.4
51-100
中等
基本無影響
正常地跑步
35.5-55.4
101-150 對敏感人群不健康
易感人群有癥狀
適當減少跑步和室外運動
55.5-150.4
151-200
不健康
有影響
不建議跑步和室外活動

口罩防護
大部分人已經認識到口罩的重要性了,在此就不多說了。像現在流行的N95口罩,對于0.3μm的顆粒物攔截效率達到95%以上。對于大部分場合的污染防治,基本上夠用了。之前TK有一篇文章寫過口罩,里面有一張圖,大家拿過來對照就夠了。



其他(ta)
雖然污染給我們帶來了傷害,但并不(bu)(bu)是意(yi)味著什(shen)么(me)也不(bu)(bu)做(zuo)。我還看過一個研(yan)究,2010年,荷蘭的研究人員通過對流行病數據的分析得出結論:在污染環境中的每日出行和曝露會減少人類壽命0.8—40天,然而,額外的鍛煉卻可以帶來3—14個月的壽命延長。

雖然(ran)這個實驗還沒有(you)最(zui)終(zhong)定論,但總體(ti)上(shang)來(lai)說,作者(zhe)想研究的是:運(yun)動比污(wu)染的影響力要大,而且已有(you)一部分數據支撐這個論點。每個人的體(ti)質不一樣(yang),所以,避免重(zhong)污(wu)染天氣下的室外運(yun)動,戴上(shang)口罩(zhao),其他的請根據自(zi)己的情(qing)況來(lai)調整。



05

顆粒(li)物最(zui)新研究情況


按照當前國內的現狀,大部分城市想在最近幾年實現PM2.5年平均濃度35μg/m3會比較困難,更別說按WHO的要求達到10μg/m3。但顆粒物對人群的健康影響,已經得到了一致認同。

我看了(le)幾篇(pian)最新(xin)的研(yan)究(jiu)論(lun)文,ScienceDaily在2020年(nian)1月(yue)29日和2020年(nian)2月(yue)14日分別發表了(le)2篇(pian)論(lun)文(*9&*10),討論(lun)了(le)更小的顆粒物(1微米(mi))對心(xin)血(xue)管(guan)疾(ji)病、心(xin)臟病的深入影(ying)響。也有研(yan)究(jiu)在討論(lun)柴油機排氣會(hui)增加血凝塊的形成和血小板活動-可能導致心臟病和中風。

研究(jiu)越(yue)來越(yue)細的顆粒(li)物(wu)對人體健康的影(ying)響,會是接下(xia)來的一個方向。




參考資料:

1

//www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/10473289.2006.10464485?needAccess=true

2

//jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/194704?resultClick=1

3

//jamanetwork.com/journals/jamainternalmedicine/fullarticle/414214?resultClick=1

4

//wenku.baidu.com/view/875fdf45c1c708a1284a44ce.html

5

//www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19129528

6

//183.203.132.90:85/ribao/doc/W0205219541.pdf

7

//www3.epa.gov/airnow/aqi-technical-assistance-document-sept2018.pdf

8

//www.who.int/publications/list/who_sde_phe_oeh_06_02/zh/

9

//www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200129091444.htm

10

//www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200214134717.htm







你好,我是鋒(feng)言(yan)冷語(yu),前產品經理,現開發經理。

從事(shi)過(guo)測試和硬件開(kai)發(fa)(fa)、負責過(guo)質量管理、帶過(guo)產品線(xian),在安(an)防公(gong)司廝混過(guo),也(ye)曾短暫地加入(ru)過(guo)創(chuang)業(ye)公(gong)司打拼,如今在一家(jia)(jia)環境監測儀器廠(chang)家(jia)(jia)里擔任開(kai)發(fa)(fa)經理。

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