空气污染对人体健康影响研究的进展

空气污染对人体健康影响研究的进展中国工程院院士魏复盛博士胡伟研究员滕恩江工程师吴国平(中国环境监测总站,北京100029)摘要:本文简要评述了室内、室外空气污染对人体呼吸健康及儿童肺功能生长发育影响的研究现状及发展趋势。空气颗粒物(PM10、PM2.5)、气体污染物(SO2、NO2、O3)及挥发性有机物是主要污染因子。空气污染物达到一定的浓度水平,且经过较长时期的暴露就能显现出人体呼吸健康的有害影响,使人们感冒时咳嗽、感冒时咳痰、感冒时气喘、支气管炎、哮喘及因呼吸系统疾病住院率明显上升;对儿童肺功能发育也有不利影响,使儿童肺功能指标异常数增加。肺功能指标FVC、FEV1、FEV1/FVC%明显下降。影响最大的首要污染物是PM10、PM2.5;影响较大居第二位的是SO2;NOx污染的影响相对较弱。关键词:空气污染人体健康呼吸疾病儿童肺功能1前言清洁的空气是人们赖以生存的必要物质基础。一个成人平均每天要呼吸15m3空气,若人们呼吸了严重污染的空气,无疑对健康是有害的。研究空气污染的影响,认识清洁空气的价值是一个十分复杂的前沿科研课题,原因是:1)空气污染是一个低剂量暴露,短期很难找到暴露剂量与健康的效应关系;2)人群是在一个大范围活动的,甚至从一个地区迁移到另一个地区,他们不仅暴露在室外空气环境中,也暴露在不同的室内环境中,其暴露剂量水平难于定量测定;3)较发达地区的空气污染一般也较严重,其生活质量、文化教育、营养卫生均较好,而空气干净的地区往往是欠发达的地区,其生产条件、营养卫生均较差。空气污染使人们健康受害,生活水平较高及营养卫生条件改善又使人们的健康大获其益,二者作用相反。后者的作用可能更大,表现出的表观现象是空气污染越重的地区人们的健康状况越好,但绝对不能因此得出空气污染越重对健康越是有利的结论。研究中要消除生活质量、卫生条件的影响,就需要找一些控制对照地区,其条件是生活质量、营养卫生条件要与选择的研究污染区尽量相同,而且要有足够数量的人群,这在实际上是很难达到的;4)不同的人种、不同的人群及不同的生活习惯与嗜好,均有明显影响,如遗传、吸烟及过量饮酒影响等,此外儿童处于生长发育,其对外界空气污染是最敏感的人群,研究空气污染对儿童的影响可能更易获得有价值的结果。因此,世界各国的流行病学专家、环境学专家在设计这方面的研究课题时,及对获得的数据资料进行统计分析时都费尽了心血,而且已取得一些有重要价值的成果。2中国城市与世界主要城市空气污染的比较中国的广州、武汉、兰州和重庆市的郊区控制(对照)点与城区污染点1995或1996年的TSP、PM10、SO2、NOx的年均值见表1。很明显每座城市两个监测点之间比较,城市污染点的污染物浓度均比郊区对照点高,与世界其他大城市比较,中国4城市污染较重,特别是TSP、PM10、SO2污染很突出,城区都超过了国家空气二级质量标准。PM2.5、PM10富集了化石燃料和工业污染的重金属、酸性氧化物、多环芳烃类致癌物和农药等,还载带着细菌、真菌、病毒等,是对人体健康危害最大的首要污染物。另外,从郊区到城区8所小学空气污染有一个较大的浓度梯度,其暴露剂量有较大差异,有利于进行比较研究。3室外空气污染对健康的影响国外许多研究报告表明,在室外空气低污染暴露条件下,儿童及其双亲患呼吸疾病如哮喘、过敏性鼻炎与空气颗粒物、SO2、NO2污染没有关联[1~4]。CuijpersCE.等人在夏季研究了烟雾暴露对小学儿童呼吸系统急性影响,在SO255g/m3,O349g/m3,NO258g/m3条件下未发现对急性呼吸系统患病率有显著影响,但发现交通污染和工业污染暴露区的孩子患过敏性病症率较高[2]。德国的研究发现在开矿区与冶金工业污染区的儿童患呼吸系统疾病与过敏性疾病增高[5]。DockeryOW等人研究发现慢性咳嗽、支气管炎和胸部疾病与TSP、PM10、PM2.5及PM2.5中的硫酸盐有正相关关系,但与气态污染物SO2、NO2的正相关关系很弱[6]。院士论坛14世界科技研究与发展表1世界一些大城市空气污染年均浓度值比较国家城市颗粒物TSP(g/m3)PM10(g/m3)NO2(g/m3)SO2(g/m3)年份纽约NA65.075.029.11998美国华盛顿NA20.437.818.21998洛杉矶NA56.281.010.41998墨西哥墨西哥城216.661.871.553.01995巴西里约热内卢138.897.283.038.01995阿根延布宜罗斯艾立斯146.0NA157.0(NOx)10.01995日本东京NANANA25.01998英国伦敦NA26.069.022.01998意大利米兰59.0NA87.052.01998德国柏林52.0NA33.020.01998西班牙巴塞罗纳119.034.050.011.01998保加利亚索非娅142.0NA29.025.01998俄罗斯莫斯科NA68.020.0NA1998中国广州(城区)458.0215.0287.0(NOx)61.01996广州(郊区)216.0100.087.0(NOx)52.01996武汉(城区)369.0133.0138.0(NOx)65.01995武汉(郊区)227.095.050.0(NOx)16.01995兰州(城区)931.0273.0118.0(NOx)124.01995兰州(郊区)680.0192.059.0(NOx)75.01995重庆(城区)299.0183.084.0(NOx)360.01995重庆(郊区)206.0128.029.0(NOx)131.01995注:NA表示无数据。BoezenHM研究了呼吸症状(嗓痛、鼻塞)、下呼吸道症状(气喘、气短)与空气污染的关系,发现有气管过激反应的儿童和总血清1gE高的儿童、颗粒物每增高100g/m3,其下呼吸道症状发生率上升32~139%,而黑烟、NO2每增高40g/m3,其下呼吸道症状发生率上升16~131%[7]。OstroBD等人在智利圣地亚哥调查了3~5岁以及2岁以下儿童的上下呼吸道症状与颗粒物和O3的关系。他们利用多元回归分析发现2岁以下以及3~15岁儿童下呼吸道门诊率与PM10有显著的关系。3~15岁儿童上呼吸道门诊率与PM10也有显著的关系。对于2岁以下儿童,PM10每升高50g/m3,其下呼吸道症状率上升3~9%,O3每升高50ppb,其下呼吸道症状率上升5%[8]。我们认为空气污染与当地人群呼吸健康有无显著的相关关系,一是取决于空气污染的程度,二是取决于被调查人群暴露时间的长短。我们选择的中国4座城市空气污染较重,被调查人群很少迁移,选择的研究对象是在该区域居住五年以上者,因此一般暴露的时间在5年以上,甚至多达几十年,其具有天然暴露实验室的条件。在此条件下,儿童患咳嗽、咳痰、支气管炎和哮喘的发生率与PM10有显著正相关关系。儿童患哮喘还与SO2污染有显著正相关关系。这些病症与PM2.5的相关性和PM10的相关性类似。空气污染越重对儿童的呼吸健康越为不利。儿童父母患感冒咳嗽发生率与PM10呈显著正相关,PM10每升高100g/m3,其感冒咳嗽的预计发生率分别增加481%和448%。儿童父亲患哮喘和支气管炎与PM10呈显著正相关。当PM10每升高100g/m3,其父亲患支气管炎预期患病率将上升513%。儿童父母亲感冒时咳痰与PM10未达到显著性水平,但与SO2污染呈显著正相关关系,SO2浓度每升高100g/m3,其父母感冒咳痰的预计发生率分别增加408%和169%。我们还对这样一个复杂的系统,为了消除诸多混杂因子的影响,采用多元非条件Logistic回归分析,发现呼吸道疾病与空气污染的相关性及其发生率的比数比(近似于风险度)无实质性的改变。总之,空气污染中以颗粒物PM10、PM2.5的危害最大,SO2的危害居其次,与NOx污染的相关性相对较弱。4室内空气污染对健康的影响人们有三分之二的时间是在家里渡过的,一般在室内生活、学习和工作的时间可占90%的时间,可见研究室内污染对人体健康影响是十分重要的。室内污染和室外污染有密切的相关关系,因为室外空气污染重,室内也不能幸免,此外由于家庭成员吸烟、燃煤取暖、做饭烹饪的油烟等是颗粒物、SO2、NO2、CO以及致癌物多环芳烃的主要污染源。此外室内现代装修引起了油漆及化学品甲醛、苯、甲苯、二甲苯及其它挥发性有机物的污染。BenedettoDi.G认为受被动吸烟危害的儿童,其急性和慢性呼吸系统疾病患病率都较高。受母亲被动吸烟也是儿童患哮喘、支气管炎的致病因素之一[9]。WareJH.等人的研究发现母亲吸烟使调查的8种呼吸系统疾病和症状率增高20%~35%。父亲吸烟对上述疾病患病率的增高幅度虽然较小,但仍是显著的。病症发生率与母亲吸烟量呈线性关系。未发现家庭气炉暴露与呼吸系统病症之间的显著性关联[10]。Krzyzanowski等人研究了室内甲醛暴露对儿童呼吸系统的长期影响。发现受甲醛暴露影响的儿童,其慢性咳嗽和咳痰、气喘、气短的发生率、慢性支气管炎的患病率都显著高于未受暴露的儿童,特别是当同时暴露于被动吸烟下的儿童,患病率更高[11]。PopeCA.等人评价了中国安徽省三个相似纺织厂的933名年龄20~40岁非吸烟妇女的资料,比较了家庭燃煤取暖院士论坛22卷3期15与不用燃煤取暖以及具不同吸烟人数的家庭成员的呼吸系统病症率,发现呼吸系统症状与被动吸烟和取暖的联合暴露有关[12]。DuhmeH等人认为,室内空气污染以及其它环境因素(包括生活方式)在哮喘发病原因解释上显得很重要。他们指出流行病学调查是研究环境因素对哮喘的病因作用的有力手段[13]。我们的调查表明,广州等四座城市的儿童父亲吸烟比例在世界上均是很高的,达到631~834%,而中国儿童母亲吸烟比例则很低。父亲每天吸烟1包以上可使儿童感冒时咳嗽、咳痰、气喘、支气管炎、哮喘和因呼吸道疾病住院的风险性增加12~65%。父亲吸烟对自身患感冒咳嗽及未感冒时咳嗽、感冒时咳痰和未感冒时咳痰已产生严重危害,所述病症发生率是不吸烟组的2~6倍[14]。丈夫吸烟对妻子的呼吸健康也有一定的不利影响。家庭燃煤取暖和因做饭、通风不良造成居室内烟雾污染也使儿童及其双亲的呼吸健康受到不同程度的危害。5空气污染对儿童肺功能发育的影响51影响儿童肺功能发育的因素儿童正处于身体生长发育的阶段,如6~12岁的小学生,随着年龄的增长,其身高、体重和肺功能指标FVC(最大呼气流量)、FEV1(1秒内最大呼气量)也随之增加。增加的程度受到家庭社会经济地位,营养卫生条件及室内外空气污染的影响。宫泽正治等人在日本低空气污染地区(以减少空气污染对肺功能产生的可能影响)对1357名健康儿童进行了肺功能测量和体格测量。他们建立了VC、FVC、FEV1、FEV1/FVC%等肺功能指标的多元回归预测模型。并给出了FEV1/FVC%的正常值范围(男孩887%50,女孩897%50)。他们认为随着饮食生活的变化,儿童的体格生长也发生了变化,因此儿童的肺功能生长情况也相应发生改变[15]。WangX.等人通过研究6~18岁白种儿童的肺功能增长速度,阐述了白种儿童的肺功能增长规律,并绘制了儿童的肺功能增长曲线[16]。我们的研究表明儿童的肺功能指标随年龄(7~12岁)增长呈线性增长,见表2。四城市8所小学儿童FVC的增长率为178~270ml/a,FEV1增长率为140~248ml/a。男女儿童在7~12岁期间身高和肺功能增长具有规律性。表24城市8所小学儿童肺功能指标的增长曲线地点FVCFEV1线性方程R2线性方程R2广州污染点Y=222.8X-107.70.9951Y=168.6X-1810.9747广州对照点Y=212.6X-15.620.9872Y=180.1X+57.60.9671武汉污染点Y=239.7X-286.50.9612Y=201X-138.30.9468武汉对照点Y=211.1X-106.80.9784Y=174.7X-18.80.9694兰州污染点Y=203X-4.010.9782Y=155.9X+166.00.9866兰州对照点Y=178.5X-150.50.9893Y=140X+262.40.9932重庆污染点Y=246.5X-335.80.9692Y=225.6X-402.20.9673重庆对照点Y=270.3X-542.20.8577Y=245X-586.70.8282Y分别为FVC、FEV1;X为儿童年龄52室外空气暴露的影响FrischerT等人对1150名儿童在三年内的肺功能增长情况进行了研究,发现夏天的O3浓度与FEV1、MEF和FVC的变化都有显著的负相关,但未观察到与NO2、SO2、PM10的显著相关关系[17]。DockeryDW等人的研究也未发现颗粒物污染与肺功能指标(FVC、FEV1、FEV0.75和MMEF)的关系[6]。RoemerW等人研究了空气污染对峰值流量(PEF)、呼吸系统症状的影响,发现在用过呼吸药物的患哮喘儿童中PEF与污染呈正相关,而在未用过呼吸药物只咳嗽的儿童中呈负相关,但在未用过呼吸药物的患哮喘儿童中未发现一致的相关[18]。波兰的研究发现在较高污染地区儿童的通气功能紊乱(EFV1/FVC%85%)与空气污染有显著的统计相关性[4]。JedrychowskiW等人在波兰的克拉科夫市研究了低浓度空气污染对青春期前儿童的肺功能生长发育的不良影响。他们发现在污染区经身高生长速度调整后的男女儿童肺功能增长率都要显著地降低,而且肺功能增长迟缓的比例比较高。他们认为城市空气污染与青春期前儿童的肺功能发育迟缓可能有一定的因果关系[19]。JohnM.等人在南加州的研究发现PM10、PM2.5和NO2与经调整后的儿童肺功能(FVC和FEV1、MMEF)低下有关联,特别是对于在户外活动比较多的儿童[20]。关于肺功能正常值没有统一的规定,一般认为FVC/预测值%85%,EFV1/预测值%85%属肺功能指标异常。对用FEV1/FVC%(实测值)来评定肺功能异常时,有人用75%作标准,也有人用85%作标准,前者认为是阻塞性通气障碍,后者认为是通气功能紊乱。我们考虑到FEV1/FVC%的正常值约为88~90%,而标准差约为5%,取902%,即以FEV2/FVC%80%作为异常值进行评价是肺功能通气功能性紊乱(还不是疾病)可能比较合适。我们的研究发现兰州市两所小学污染最重,广州、武汉、重庆三市的城区污染中等,这三市的郊区小学污染相对较轻,兰州市儿童FVC/预测值%85%、FEV1/预测值%85%、FEV1/FVC%(实测值)80%的异常比率最高,与其他三市有统计上显著的差异。经用模型调整到相同年龄、身高、体重和测量时温度时,污染重的兰州儿童肺功能相应较低,而且异常组儿童的肺功能指标明显要小,见表3。由表可见,男女儿童异常组FVC比正常组分别下降334~395ml和378~467ml,FEV1分别下降369~432ml和341~393ml。FEV1/FVC%异常组男女儿童分别下降128~139%和127~150%。表3正常与异常儿童肺功能指标(空气污染的影响)院士论坛16世界科技研究与发展A类B类城区组郊区组正常异常差值正常异常差值正常异常差值女FVC(ml)178014463341803140839517801394386FEV1(ml)154812073411615124537015991206393FEV1/FVC(%)8873.814.29077.312.790.275.215.0男FVC(ml)190815233851910153237819271460467FEV1(ml)163912703691678129438416851253432FEV1/FVC(%)88.574.613.988.374.913.487.574.712.853室内空气污染暴露的影响B.H.O.Azizi等人研究了吉隆坡小学生的肺功能受室内空气污染的影响情况发现家庭环境与FEV1、FEF25~75%和PE-FR的下降有关系。被动吸烟的儿童FEF25~75%都显著地低下。受木柴炉或煤油炉的暴露与肺功能的下降也有关联[21]。ShenS.等人研究了室内空气污染地儿童肺功能的影响。发现在成都和上海燃煤家庭的儿童,FVC、FEV1、PEF、V75、V50、V25、比燃气炉和LPG炉家庭儿童要低15%~107%。而在沈阳和武汉这两组儿童的肺功能却没有显著性的差异。这一现象提示儿童肺功能受室内空气污染、被动吸烟和室外大气污染等多种因素综合影响[22]。HabyMM.等人计算了澳大利亚儿童肺功能的正常标准,并估计了被动吸烟、患哮喘、患过哮喘对儿童肺功能的影响。通过对1278名正常儿童的资料进行回归分析计算预测值方程,被动吸烟与较低的FEV1、PEFR和FEF25~75%有关联[23]。BenedettoDi.G发现被动吸烟对儿童的肺功能下降有较小但显著的影响[9]。我们的研究结果表明室内污染因子中的燃煤取暖对儿童肺功能影响最大、最为显著。54呼吸系统病症的影响HoekG等人研究了儿童自报调查问卷与父母代填写调查问卷中儿童呼吸系统病症与儿童肺功能之间的关系。发现这两种调查问卷中的儿童咳嗽发生率同FVC、FEV1、PEF和FEF25%~75%的下降有一些关系。对于两种调查问卷都报告有的病症和上述肺功能指标下降的关系就更加明显[24]。HabyMM等人对1278名正常儿童资料分析发现,患哮喘的儿童FVC、FEV1和FEF25~75%较低[23]。我们研究表明无论男女儿童,凡患过感冒时咳嗽、感冒时咳痰、感冒时气喘、哮喘和支气管炎等疾病的儿童FVC、FEV1、FEV1/FVC%的异常比例均比未患过这些疾病的儿童高,但只有FEV1/FVC%异常率达到统计上显著性的水平。患过这些疾病肺功能异常的儿童比未患过这些疾病且肺功能正常的儿童,调整后的FVC预测值下降345~718ml,调整后的FEV1预测值下降356~467ml,FEV1/FVC%平均下降142~194%。可见,儿童患或患过呼吸系统疾病对肺功能指标是有不利影响的。6几点建议环境保护的目的是保护人体的健康和公众福利(生态环境、文物古迹等)。环境污染将使人们患病,降低工作效率,增加医药费支出,缩短寿命,造成巨大损失。因此建议在以下几个方面进一步开展深入研究。1)室内外空气污染监测研究:监测研究室外、室内空气细颗粒物PM2.5、可吸入颗粒物监测PM10及SO2、NO2、CO、O3和挥发性有机物的污染状况(特别是室内污染底数不清楚)。对研究人群,采用便携式的或被动式的采样器,监测这些人群受污染暴露的剂量水平。并进行流行病学调查取得准确与足够充分的数据,找到污染物暴露剂量与健康效应的定量关系,以便为制订法规标准、控制对策等提供科学依据。2)进一步开展环境污染数据与流行病学统计模型和数据处理方法的研究,以便能消除诸多混杂因子的干扰,真正找到对人体健康有害的主要污染因子,阐明单因子的影响及多因子的交叉影响和联合影响。3)PM2.5不仅对人体健康十分有害,而且也是再现蓝天工程的主要障碍。去除工业生产过程中的PM2.5污染是世界性的难题,建议研究开发治理PM2.5、PM10的科学方法和工艺,清除其污染,改善环境质量。4)大力宣传环境保护科普知识,提倡绿色消费,养成良好的生活习惯和卫生习惯,不吸烟,不乱抛乱烧垃圾,提倡使用清洁能源,保持室内良好通风,防治污染要人人积极参与,从我做起。5)难降解有害有机物,雌激素类化学品污染对人体有遗传毒性,生殖毒性,会干扰甚至破坏人体的内分泌系统和免疫系统,关系到人类的生存繁衍,是一个重大的环境安全问题,是世界上热门的研究课题之一。因此我们在这方面也应开展污染现状和流行病学调查,研究其污染程度及潜在性的长期影响,进行环境安全和风险评价,制订相应措施加以控制。参考文献[1]RoemerW,HoekG,BrunekreefB,HaluszkaJ,KalandidiA,PekkanenJ.Dailyvariationsinairpollutionandrespiratoryhealthinamulticentrestudy:thePEACEproject.PollutionEffectsonAsthmaticChildreninEu-rope.EurRespirJ,1998,12(6):1354-1361[2]CuijpersCE.,SwaenGM.,WesselingG.,WoutersEF.Acuterespira-toryeffectsofsummersmoginprimaryschoolchildren.Toxicol.Lett.,1994,72(1~3):227-235[3]OyamaS,MasukoN,TsuchiyaS,TajimaM,NiiyaH,KashimaH,NakachiS,HondaT,WakabayashiT,YamanamiS,WakabayashiI,AndoT,KamiyaS,ShimojyoH.AnalysisofairpollutionandprevalencerateofallergicdiseasesamongelementaryschoolchildreninKawaguchiandHatgayacity.Arerugi,1998,47(11):1190-1197[4]JedrychowskiW,FlakE,MrazE.[Occurrenceofallergyinschool-agechilerenandtheirparentsinrelationtoatmosphericairpollution.ProspectivestudyinCracow].PrzeglLek,1998.55(9):437-441[5]HeinrichJ,HoelscherB,WjstM,RitzB,CyrysJ,WichmannH.Res-piratorydiseasesandallergiesintwopollutedareasinEastGermany.En-vironHealthPerspect,1999,107(1):53-62[6]DockeryDW,SpeizerFE,StramDO,WareJH,SpenglerJD,FerrisBGJr.Effectsofinhalableparticlesonrespiratoryhealthofchildren.AmRevRespivDis,1989,139(3):587-594[7]BoezenHM,vanderZeeSC,PostmaDS,VonkJM,GerritsenJ,HoekG,BrunekreefB,RijckenB,SchoutenJP.Effectsofambientairpollu-tiononupperandlowerrespiratorysymptomsandpeakexpiratoryflowinchildren.Lancet,1999,353(9156):874-878[8]OstroBD,EskelandGS,SanchezJM,FeyziogluT.Airpollutionand院士论坛22卷3期17healtheffects:AstudyofmedicalvisitsamongchidreninSantiago,Chile.EnvironHealthPerspect,1999,107(1):69-73[9]NenedettoDi.G.,Passivesmokinginchildhood,J.R.Soc.Health.,1995,115(1):13-16[10]WareJH.,DockeryDW.,Spiro.A.3d,SpeizerFE.,FerrisBGJr.,Passivesmoking,gascooking,andrespiratoryhealthofchildrenlivinginsixcities.,Am.Rev.Respir.,Dis.,1984,129(3):366-374.[11]KrzyzanowskiM.,quackenbossJJ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