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    1. 行業(yè)動(dòng)態(tài)Dynamic

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      【轉載】 查了多篇科學(xué)文獻,給你一份PM2.5知識圖譜

      更新時(shí)間: 點(diǎn)擊:15094 所屬欄目:行業(yè)動(dòng)態(tài) Update Time: Hits:15094 Belong Column:Dynamic

      前言


      新冠病毒,讓我看了幾篇《柳葉刀》文章。在此基礎上,順便查了查空氣污染相關(guān)的內容,特別是PM2.5與人體健康的關(guān)系。雖然之前已比較了解霧霾,但仍然有一些疑問(wèn)。比如:

      霧霾指數多少,才能室外運動(dòng)呢?
      如何更有效地進(jìn)行顆粒物防護?
      PM2.5對人體的傷害如何量化?
       
      帶著(zhù)這些疑問(wèn),我查詢(xún)了一些文獻,包括《美國醫學(xué)會(huì )雜志》、Taylor&Francis期刊、ScienceDaily,從而對PM2.5以及對人群的影響有了更深的了解?,F在從以下幾個(gè)方面來(lái)闡述,對于普通人,可以重點(diǎn)看看1、2和第4點(diǎn)。

      1、什么是PM2.5,以及如何產(chǎn)生的;
      2、PM2.5會(huì )造成哪些不良后果;
      3、這些研究是怎么定性和定量出來(lái)的;
      4、普通人如何進(jìn)行有效防護;
      5、關(guān)于顆粒物的一些最新研究情況簡(jiǎn)介。




      01

      PM2.5以及產(chǎn)生


      PM是particulate matter的縮寫(xiě),也叫懸浮顆?;蝾w粒物,泛指懸浮在空氣中的固體顆?;蛞旱?。其中,空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于10微米 (μm)的顆粒物稱(chēng)為可吸入顆粒物(PM10);直徑小于或等于2.5微米的顆粒物稱(chēng)為細顆粒物(PM2.5)。2.5微米是多大呢?作為對比,人的一根頭發(fā)絲直徑大概是50-70微米,2.5微米大概是頭發(fā)絲的1/28。


      圖一:pm2.5_scale_graphic-color


      顆粒物的來(lái)源比較廣泛,如上圖所示,PM10主要產(chǎn)生于機械過(guò)程,如建筑活動(dòng),道路揚塵和花粉等;而PM2.5主要來(lái)源于燃料燃燒,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(lèi)對石化燃料(煤、石油等)和垃圾的燃燒造成,類(lèi)似的,沒(méi)有安裝廢氣處理裝置的柴油汽車(chē)也是顆粒物的主要來(lái)源。

      在室內,二手煙是顆粒物最主要的來(lái)源。


      圖二:Airborne-particulate-size-chart


      這張圖描述了各種顆粒的大小,單位:微米(μm)。


      【縱軸】biological contaminants-生物污染物、types of dust-灰塵的類(lèi)型、 particulate contaminants-顆粒污染物、gas molecules-氣體分子。
      【橫軸】pollen-花粉、mold spores-霉菌孢子、house dust mite allergens-屋塵螨過(guò)敏原、bacteria-細菌、cat allergens-貓過(guò)敏原、virus-病毒、heavy dust -沉重的灰塵、setting dust-沉淀灰塵、suspended atmospheric dust-懸浮大氣塵、cement dust-水泥粉塵、fly ash-煤灰、oil smoke-油煙、smog-煙霧、 tobacco smoke-香煙煙霧、soot-煤煙、gaseous contaminants-氣態(tài)污染物。

      從這張圖中,我們可以明顯地看到,某一個(gè)類(lèi)型污染物其典型代表的顆粒物所屬粒徑范圍。如:氣態(tài)污染物、香煙煙霧、病毒等,其粒徑都在1微米以下。



      02

      PM2.5會(huì )造成哪些不良后果


      顆粒物的大小決定了它們最終在呼吸道中的位置,較大的顆粒物往往被纖毛和黏液過(guò)濾,無(wú)法通過(guò)鼻子和咽喉。但是,小于10微米的可吸入顆粒物(PM10),可以穿透這些屏障到達支氣管和肺泡。而小于2.5μm的細顆粒物(PM2.5),更容易吸附有毒害的物質(zhì),如一些重金屬鉛、鋅、砷、鎘等,由于體積小,PM2.5具有更強的穿透力,可直接抵達細支氣管壁,并干擾肺內的氣體交換。更小的微粒(直徑小于等于100納米,0.1微米)會(huì )通過(guò)肺部傳遞影響其他器官。PM由肺然后到其他器官的影響,可以參考下面這張圖(*1-參考資料來(lái)源,參見(jiàn)文末)。


      由PM引起肺、心臟、血液以及其他器官的一個(gè)通路

      發(fā)表在《美國醫學(xué)會(huì )雜志》的一項研究(*2)表明,PM2.5會(huì )導致動(dòng)脈斑塊沉積,引發(fā)血管炎癥和動(dòng)脈硬化,最終導致心臟病或其他心血管問(wèn)題。
       
      最小的顆粒物(直徑小于等于100納米,合0.1微米)帶來(lái)的危害更為嚴重。有證據表明這些顆粒物可以穿過(guò)細胞膜到達其他器官,包括大腦。有研究指出,這些微??赡芤l(fā)腦損傷(包括失智癥)。
       
      這項始于1982年的研究證實(shí),當空氣中PM2.5的濃度長(cháng)期高于10 μg/m3,就會(huì )帶來(lái)死亡風(fēng)險的上升。濃度每增加10 μg/m3,總的死亡風(fēng)險會(huì )上升4%,心肺疾病帶來(lái)的死亡風(fēng)險上升6%,肺癌帶來(lái)的死亡風(fēng)險上升8%。此外,PM2.5極易吸附多環(huán)芳烴有機污染物重金屬,使致癌、致畸、致突變的機率明顯升高。 

      另外一篇《美國醫學(xué)雜志》上的文章(*3)研究了接觸細顆粒物的水平和深靜脈血栓形成(DVT)之間的關(guān)系,研究結果表明暴露在細顆粒物中和血栓風(fēng)險之間存在線(xiàn)性關(guān)系。

      國內方面,北京大學(xué)醫學(xué)部公共衛生學(xué)院與環(huán)保組織聯(lián)合發(fā)布的報告《危險的呼吸2:大氣PM2.5對中國城市公眾健康效應研究》(*4)給出了一個(gè)結論:2013年在中國31個(gè)省會(huì )城市和直轄市,因長(cháng)期暴露于PM2.5污染帶來(lái)的長(cháng)期人群健康損害所致的缺血性心臟病、腦血管病、肺癌和慢性阻塞性肺疾病致超額死亡人數總數為256693例,其95%可信區間高限值達366309例。



      03

      研究方法探尋


      可能有人會(huì )問(wèn),這些顆粒物的短期和長(cháng)期影響,科研人員是怎么跟蹤和評估的呢?污染導致了幾百萬(wàn)人死亡,這個(gè)數據科學(xué)嗎?我把看文獻過(guò)程中總結的幾點(diǎn)記錄如下,大家可自行評估、參考。


      在來(lái)自《美國醫學(xué)雜志》的參考文獻2中,其分析是基于美國癌癥協(xié)會(huì )(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(wàn)成年人,參與者需要填寫(xiě)一份詳細的調查問(wèn)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(yè)暴露和其他特征的問(wèn)題。


      在隨后的若干年里,ACS會(huì )持續跟進(jìn)和研究參與者的生命狀態(tài),一旦有報告的死亡情況需要通過(guò)死亡證明予以核實(shí)。這項研究持續進(jìn)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(gè)叫做“Cox比例風(fēng)險模型”的方法,模型擬合涉及兩個(gè)階段。在第一階段,使用標準的Cox比例風(fēng)險模型對生存數據進(jìn)行建模。在第二階段,使用線(xiàn)性隨機效應回歸模型,確認特定健康響應的估計值與微??諝馕廴居嘘P(guān)。當然,模型還需要考慮其他風(fēng)險因子的影響,包括年齡,性別,吸煙情況,職業(yè)暴露等。(感興趣的可自行研究論文)


      國內的研究相對來(lái)說(shuō)更加理論化一些,在參考資料4《危險的呼吸2:大氣PM2.5對中國城市公眾健康效應研究》中,研究人員以當年的年平均PM2.5濃度作為基線(xiàn)情景,然后設置了三個(gè)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(fēng)險函數”方法計算國標情景、2017情景和基線(xiàn)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。


      相對來(lái)說(shuō),國外的研究屬于流行病學(xué)研究范疇,跨度的時(shí)間也很長(cháng),數據更有說(shuō)服力;國內更多的是采用倒推法,是根據已有數據、算法模型推演出的結果。




      04

      普通人如何防護


      國內多次的大型污染事件,已經(jīng)讓大部分人意識到顆粒物污染帶來(lái)的危害。身處京津冀地段,也能感受到近幾年在政府部門(mén)強力干預下天氣變好的趨勢。但我發(fā)現,有一部分人可能仍然沒(méi)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(zhì)量不好時(shí)去跑步,更別說(shuō)如果沒(méi)有新冠肺炎這件事口罩的普及率很低,等等。


      吸煙及二手煙

      從上面的圖二中我們可以看到,香煙產(chǎn)生的顆粒物直徑在0.1-1微米之間,這個(gè)粒徑的顆粒物可以直接穿過(guò)肺泡進(jìn)入到血液循環(huán)中,危害非常大。


      來(lái)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(guān)死亡的根本死因為:癌癥268200例(214500-321900),心血管疾病146200例(79200-213100),呼吸系統疾病66800例(20300-113300)。而2012年中國衛生部發(fā)布的《中國吸煙危害健康報告》中報導說(shuō)每年因吸煙導致死亡的人數已超過(guò)100萬(wàn)。


      所以別吸煙,以及盡量不要被二手煙污染。特別是小孩和老人,讓他們盡量遠離煙。


      空氣污染指數

      我們大部分人手機里都有實(shí)時(shí)的空氣污染指數,手機自帶或者獨立App,比如墨跡天氣。但這個(gè)里面有兩個(gè)問(wèn)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(zhì)量準則》(*8)相比,國內的標準仍然采用的是過(guò)渡期標準。這樣就會(huì )出現相同的污染物質(zhì)和污染值,基于中國的AQI等級計算出來(lái)的空氣質(zhì)量是“良”、“輕度污染”,基于美國的AQI等級計算出來(lái)的則是“輕度污染”、“不健康”。


      還有一個(gè)問(wèn)題就是,中美兩國AQI標準里,最主要的就是PM2.5的限值不同。在美國標準里,PM2.5大于35.4(μg/m3)就是輕度污染了,而國內PM2.5濃度大于75(μg/m3)才算輕度污染。


      所以,在這里給三點(diǎn)小建議:

      1、當AQI值大于100時(shí),請盡量減少室外運動(dòng);
      2、當AQI值大于150時(shí),建議戴上口罩再出門(mén);
      3、記得裝一款可以設置美國AQI標準的空氣監測軟件,并設置為“美國AQI標準”,同時(shí)除了看AQI外,看一下對應的PM2.5值。

      PM2.5值多少合適運動(dòng)

      目前國內使用的空氣質(zhì)量標準在PM2.5的要求上和世界衛生組織(WHO)的空氣質(zhì)量準則值相比,無(wú)論是24小時(shí)平均或者年平均,相差都比較大。


      中國的空氣質(zhì)量標準與WHO標準對比

      目前各個(gè)研究論文中都沒(méi)有關(guān)于環(huán)境PM2.5暴露造成人群健康損害的閾值濃度問(wèn)題。WHO對空氣質(zhì)量準則值的解釋?zhuān)J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(méi)有一個(gè)PM2.5閾值可以拿來(lái)直接說(shuō)對人群健康無(wú)損害。

      所以,我個(gè)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(dòng),高于這個(gè)值適當減少戶(hù)外運動(dòng)時(shí)長(cháng)。如果做一個(gè)表,大概是下面這樣(以美國AQI為例)。

      PM2.5 24小時(shí)濃度均值
      空氣質(zhì)量指數(AQI)
      空氣質(zhì)量級別
      對健康影響
      建議采取的措施
      0-12
      0-50
      優(yōu)
      基本無(wú)影響
      盡情地跑步
      12.1-35.4
      51-100
      中等
      基本無(wú)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(dòng)
      55.5-150.4
      151-200
      不健康
      有影響
      不建議跑步和室外活動(dòng)

      口罩防護
      大部分人已經(jīng)認識到口罩的重要性了,在此就不多說(shuō)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(chǎng)合的污染防治,基本上夠用了。之前TK有一篇文章寫(xiě)過(guò)口罩,里面有一張圖,大家拿過(guò)來(lái)對照就夠了。



      其他
      雖然污染給我們帶來(lái)了傷害,但并不是意味著(zhù)什么也不做。我還看過(guò)一個(gè)研究,2010年,荷蘭的研究人員通過(guò)對流行病數據的分析得出結論:在污染環(huán)境中的每日出行和曝露會(huì )減少人類(lèi)壽命0.8—40天,然而,額外的鍛煉卻可以帶來(lái)3—14個(gè)月的壽命延長(cháng)。

      雖然這個(gè)實(shí)驗還沒(méi)有最終定論,但總體上來(lái)說(shuō),作者想研究的是:運動(dòng)比污染的影響力要大,而且已有一部分數據支撐這個(gè)論點(diǎn)。每個(gè)人的體質(zhì)不一樣,所以,避免重污染天氣下的室外運動(dòng),戴上口罩,其他的請根據自己的情況來(lái)調整。



      05

      顆粒物最新研究情況


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

      我看了幾篇最新的研究論文,ScienceDaily在2020年1月29日和2020年2月14日分別發(fā)表了2篇論文(*9&*10),討論了更小的顆粒物(1微米)對心血管疾病、心臟病的深入影響。也有研究在討論柴油機排氣會(huì )增加血凝塊的形成和血小板活動(dòng)-可能導致心臟病和中風(fēng)。

      研究越來(lái)越細的顆粒物對人體健康的影響,會(huì )是接下來(lái)的一個(gè)方向。




      參考資料:

      1

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

      2

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

      3

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

      4

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

      5

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

      6

      http://183.203.132.90:85/ribao/doc/W020120410332725219541.pdf

      7

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

      8

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

      9

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

      10

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







      你好,我是鋒言冷語(yǔ),前產(chǎn)品經(jīng)理,現開(kāi)發(fā)經(jīng)理。

      從事過(guò)測試和硬件開(kāi)發(fā)、負責過(guò)質(zhì)量管理、帶過(guò)產(chǎn)品線(xiàn),在安防公司廝混過(guò),也曾短暫地加入過(guò)創(chuàng )業(yè)公司打拼,如今在一家環(huán)境監測儀器廠(chǎng)家里擔任開(kāi)發(fā)經(jīng)理。

      愛(ài)好運動(dòng)、每年跑1-2次馬拉松、喜歡獨處和看書(shū),也喜歡用文字記錄自己的日常感悟與管理心得。



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