地铁颗粒物对人体健康的影响

地铁颗粒物对人体健康的影响

何昊宇 高瑞京 戚臻睿 张晓熠

中国医科大学 110122

摘要：

近些年来，随着地铁在全世界范围的普及，乘坐地铁成为了人类的主要通勤方式之一，其内部颗粒物（particulate matter，PM）由于其颗粒小、金属含量高等特点，更容易诱导氧化应激和炎症反应引起人体呼吸系统、心血管系统、神经系统等一系列不良反应，对人类健康有较强的危害，因此对地铁PM的研究十分必要。

正文：

1.简介

不同地点下，PM的物理性质以及化学性质存在差异。由于PM的来源，周围环境等条件的不同，地上PM与地铁PM，不同地铁站内的PM乃至相同地铁站内不同站台之间的PM的直径、浓度、化学成分组成及含量都有着显著差异，这些差异会导致它们产生截然不同的毒性效应。这提示我们地铁PM相比外界大气中的PM对人体的危害程度很可能更大，因此更具有研究价值。

2.地铁PM暴露量的研究

地铁PM对人群产生健康影响需要人群与地铁PM进行暴露后才会进入机体，而暴露的过程中地铁PM的暴露量以及暴露量和吸入量共同评估是进入机体的PM数量主要指标。

由于地铁内部工作人员暴露于地铁PM的时间相对较长，是受到地铁PM影响的直接人群，因此许多研究对不同地点地铁工作人员的PM 暴露量进行了测量。学者们发现地铁列车员PM10和PM2.5暴露量较高，车站工作人员超细颗粒物（ultrafine particulate matter，UFPM）暴露量较高，安保人员金属元素暴露量较高。由此可见，地铁站的不同地点对PM有着不同的暴露量。

许多相关研究调查了不同通勤方式下通勤人员PM的暴露情况。研究的对象大多集中在地铁，公交，轿车，自行车和步行这五种通勤方式上。不同的交通方式下，通勤者对PM的暴露程度不同，并且在通勤时间（早晚上下班）时，由于交通运行产生的PM浓度会增加。此外，季节也是影响人群地铁PM暴露量的主要因素之一。研究表明，地铁PM在夏季的平均暴露量普遍低于冬季，且相较于其他通行方式，地铁冬夏两季PM暴露量差异更为明显。

3.地铁PM的毒性效应的研究

近些年来，除了地铁PM暴露程度的相关研究，也有一些针对地铁PM毒性效应的研究。研究集中在人群实验，通过这些研究，我们能够更加了解地铁PM产生的危害以及作用机制。

3.1人群实验

RAPTES实验包含了对不同地点的PM之间成分差异的分析以及PM对机体产生的影响。研究的主要目的是评估特定的PM特征对心血管系统以及呼吸系统各自产生的独立影响。

研究表明地铁站PM相比于其他研究地点有着更高浓度的金属元素成分以及更高的氧化电位，这可能是地铁PM在体外研究上表现出更高毒性的原因。另外，白细胞中的中性粒细胞和单核细胞的升高与地铁站中PM相关参数（如PM2.5，PM10的质量浓度，OP等）较高有关，这预示着地铁站PM可能会引起炎症反应的发生。通过对鼻部灌洗液标记物的测定发现，灌洗液中较高的乳铁蛋白浓度与地铁PM中的金属元素含量高相关。对于人体来说，这种乳铁蛋白在抵抗炎症反应方面发挥作用，其含量的升高则表明地铁PM引起的体内炎症反应的发生。RAPTES研究结果预示着：地铁PM相比于其他地点的PM可能对机体产生更严重的影响。

3.2地铁PM对机体的影响

不同直径的PM通过呼吸道吸入途径进入体内之后，对人体不同组织系统产生不同程度的危害。PM10由于颗粒较大，主要沉积在呼吸道上部引起氧化应激和炎症反应，从而引起肺部组织以及呼吸道相关疾病。PM2.5由于颗粒较小，更容易进入更深部的肺组织损伤肺上皮细胞，不仅引起氧化应激反应产生活性氧而导致一系列损伤，而且能穿过肺泡细胞的薄壁进入血流中，从而通过循环系统造成更进一步的损伤。

近年来，对于心血管系统炎症的生物标志物研究发现，急性血管反应的几种生物标志物是心血管疾病风险的促成因素。持续暴露于颗粒暴露导致长期的炎症效应时，PAI-1水平升高，导致纤溶活性降低，增加血栓形成，从而导致心血管疾病(VCD)。研究人员在斯德哥尔摩地下地区观察到长期高度暴露于地铁中的职工CVD风险的标记物水平要高于低暴露的员工，这说明长期暴露于地铁PM对心血管系统可能有更严重的影响。

此外，研究表明心血管功能的参数（HRV和HR）会因PM的尺寸不同而改变，颗粒尺寸（除PM0.5外）越小，对心血管系统的影响就越大。其中，PM1.0可能是触发心血管效应的最危险的尺寸。而与较大的颗粒相比，UFPM更有可能诱发全身氧化应激和炎症，而地铁PM中UFPM的过渡金属含量比地上PM高，我们推测地铁中UFPM是导致心血管疾病的重要因素之一。

图2 地铁PM对呼吸系统和心血管系统的影响

4.地铁PM危害的解决措施

通过对地铁PM的体外研究以及地铁PM人群暴露实验的研究，我们对地铁PM的健康影响有了一定的认识。为了减少地铁PM对人体健康的影响，学者们针对从地铁PM的产生到在机体发生反应这一过程进行阻断并建立预测模型、监测系统和环境指标来更好的控制地铁PM产生的风险。

地铁PM与人群产生接触会对身体健康造成影响，通过采取阻断PM来源和传播的措施可以减少个人接触地铁PM。在地铁运行的过程中金属装置的摩擦产生对人体有害的PM，通过将金属材料替换成环保材料（例如橡胶），可以减少或消除有害物质的释放。乘客通过佩戴口罩，可以减少人体对地铁PM的暴露，在COVID-19大流行期间，也可以有效控制COVID-19的传播。有一些证据表明，短期佩戴口罩或呼吸机不仅可以减少PM的暴露，而且还对心血管有一定的益处，比如提高HRV、降低HR等等。然而，较长时间佩戴口罩能否降低心血管风险还有待商榷。研究发现佩戴N95或医用外科口罩能明显减少地铁系统中PM2.5中的金属暴露。但阻挡效果可能会由于面部贴合不良而达不到预期效果，所以我们应该在关注口罩种类的同时着重学习佩戴口罩的正确方式。

除了解决环境中地铁PM与人体的接触以外，还可以通过健康的饮食方式来降低接触地铁PM导致相关健康风险。目前来看，热量限制（CR）可以通过触发机体抗氧化和抗炎等连续的分子事件，减少DNA损伤，抑制炎症。此外，实验发现CR通过降低小鼠肺组织和BALF中的ROS和丙二醛（MDA）水平，减轻肺部氧化应激、遗传毒性损伤和炎症反应，进一步证明了CR饮食对肺损伤带来的益处。在从不吸烟的人中，肺癌的风险与环境空气污染物的浓度呈剂量依赖性。由于PM诱导的氧化应激是肺癌发展的主要机制，因此使用抗氧化剂也可作为一种潜在的癌症预防方式。

5.结论

地铁PM对人体健康造成危害需要其从外界进入人体，因此探究人群与地铁PM的暴露过程十分重要。通过研究发现，地铁系统内暴露的PM浓度明显高于地上，且不同季节、地铁内不同位置、外界是否有雾霾等不同情况都会导致地铁内PM的暴露浓度不同乘坐地铁。相对于其他几种交通方式，在冬季乘坐地铁时通勤者的PM暴露程度更高。

为了减少地铁PM对人群健康的影响，学者们进行了许多的研究，首先，阻断来源传播途径和改善通风系统都是通过减少人群对地铁PM的接触过程使进入机体地铁PM降低。其次，学会正确佩戴口罩也能大大降低PM的暴露量。改变饮食方式可以减少体内氧化应激和炎症反应的产生。随着对地铁PM健康影响更深一步的研究，降低地铁PM健康危害的解决措施也将进一步改善，寻找更加有效、更加全面的解决措施也是相关研究未来的方向。