表1
不同粒径大气颗粒物暴露与缺血性心脏病关联的流行病学研究
Table1.Epidemiological studies on the association between size-fractionated particulate matter exposure and ischemic heart disease
2020, 37(9):936-942.doi:10.13213/j.cnki.jeom.2020.20133
大气颗粒物（particulate matter，PM）是大气中固态、液态颗粒物的混合物，均匀稳定分散在空气中，形成了气溶胶体系[1]，其主要来源于自然活动和人为活动[2-3]。根据空气动力学直径，可将PM大致分为PM10、PM2.5和PM1。中华人民共和国生态环境部的最新报告显示，近年来我国PM2.5和PM10年平均质量浓度（简称为浓度）虽然略有下降，但污染形势仍然十分严峻[4]。随着人们对PM认识的逐渐深入，其健康风险研究也在广泛开展。越来越多的研究显示，PM与心血管疾病的发病率和死亡率显著相关[5]，是诱发心血管疾病发病率和死亡率逐年递增的重要风险因素。一项多国家多城市的研究揭示，PM10和PM2.5浓度每增加10 μg·m-3，每日心血管疾病死亡率分别增加0.36%（95% CI：0.30%~0.43%）和0.55%（95% CI：0.45%~0.66%）[6]。国内一项meta分析结果表明，PM2.5、PM10、PM10-2.5浓度每升高10 μg·m-3，人群缺血性心脏病（ischemic heart disease，IHD）死亡的合并效应值分别为1.023 6（95% CI：1.018 4~1.028 8）、1.010 6（95% CI：1.007 5~1.013 7）和0.992 0（95% CI：0.966 9~1.017 8）[7]。在所有由心血管疾病导致的死亡中，IHD和中风所占比例最大[8]。自1990年以来我国IHD所引起的疾病负担显著增加，成为仅次于中风的第二大危险因素[9]，IHD已经成为威胁中国人口健康的主要疾病之一。
虽然杨颖等[10]已简要概述空气颗粒物与IHD流行病学研究进展及可能性机制，但该综述局限于2012年前PM与IHD的部分流行病学研究，缺乏充分的相关性证据；进一步考虑到PM的粒径和地区差异对IHD存在影响，本文将从不同粒径、不同地区两个层面概述PM与IHD的相关性研究进展；由于不同环境因素（温度、湿度等）下PM暴露对IHD可能有不同的影响，本文也将对此方面研究进展进行总结。
流行病学研究显示，PM暴露与IHD发病率及死亡率存在密切联系，然而不同粒径的PM所造成的影响不尽相同。虽然PM暴露的影响取决于人体体质（例如呼吸模式、速率和人的体格），但PM粒径与健康风险效应直接相关。一般来说，PM越小，就会以更高的速率经过呼吸道，其渗透的深度就越深。由于粒径≥ 10 μm的PM组分会迅速沉降，因此滞留在气管（上喉）或支气管中，5~10μm的PM最有可能沉积在气管、支气管树中，而1~5 μm的PM则沉积在发生气体交换的呼吸细支气管和肺泡中，小于1 μm的PM的行为类似于气体分子，会向下渗透到肺泡，并且可以进一步转移到细胞组织和/或循环系统中，所以不同粒径的PM造成的影响会有差异[11]。本研究概述不同粒径PM与IHD相关性的研究进展，详细数据见表 1。
不同粒径大气颗粒物暴露与缺血性心脏病关联的流行病学研究
Table1.Epidemiological studies on the association between size-fractionated particulate matter exposure and ischemic heart disease
PM10粒径较大，在空气中停留时间较短，易被人体上呼吸道的纤毛和黏液阻隔、排出，对人体健康危害较小。由于PM10监测技术要求低、数据完善，因此其与IHD的相关性研究开展时间较早。众多研究显示，PM10与IHD存在密切的相关性。希腊一项前瞻性研究显示，长期暴露于交通源污染的空气会影响女性和年轻受试者IHD的发病率[12]。同样，韩国一项研究表明，环境PM10暴露与IHD的就诊密切相关，尤其是患有高血压、糖尿病或者年龄≥ 80岁的男性[13]。比利时一项研究表明，PM10浓度降低会降低IHD的相关风险[14]。然而Ljungman等[15]对瑞典的三座城市PM10长期暴露的研究中没有观察到PM10总体水平与IHD发生率之间的关联。这提示不同地区的PM暴露与IHD相关性存在差异，造成差异的原因可能与当地易感人群、PM暴露水平和理化性质相关，有待进一步研究。
PM2.5粒径小于PM10，它可以避开人体的防御机制，深入呼吸系统，进入支气管深处，穿越肺泡进入血液，导致对心血管系统产生更大的影响。目前PM2.5与IHD的流行病学研究已经比较全面，众多证据表明PM2.5暴露会增加IHD发病率和死亡率。例如Pope等[16]早期一项研究分析发现美国长期PM2.5暴露会增加IHD死亡率。之后2006年的美国人群流行病学调查研究发现短期PM2.5暴露会增加急性IHD事件，特别是急性缺血性冠状动脉事件（不稳定性心绞痛和心肌梗死）[17]。近期Xie等[18]研究发现，中国北京地区PM2.5浓度与IHD发病率和死亡率相关，并且PM2.5与IHD发病率和死亡率之间的剂量-反应关系是非线性的。综上所述，早期与近期研究结果都表明PM2.5与IHD有明确的相关性。
PM1粒径较小，进入人体循环系统所引发的健康风险更为显著。受各国空气质量监测标准和PM1监测技术要求所限，PM1相关数据十分缺少，阻碍了相关研究进展。尚未有明确的流行病学研究证明PM1暴露与IHD之间的相关性，因此，需重点开展PM1与IHD流行病学方面的调查研究。
不同地区PM来源广泛，理化性质存在差异，所以不同地区的PM与IHD相关性可能存在差异，并且PM暴露的短期效应和长期效应可能具有差异。国外对PM与IHD的相关研究主要集中在北美洲和亚洲国家，尤其美国对于PM长期和短期暴露与IHD之间的关系早在2003年和2006年就已经有了明确的结果[16-17]。之后的相关研究集中在亚洲的大部分国家，而其他地区的国家相关研究比较缺乏。详细数据见表 2。
国外不同地区大气颗粒物暴露与缺血性心脏病的流行病学研究
Table2.Epidemiological studies on particulate matter exposure and ischemic heart disease in different regions abroad
Leiser等[19]评估了PM2.5对1999—2009年美国犹他州19 602名心血管事件后存活患者住院和死亡的影响，研究发现短期PM2.5暴露与再入院率降低、死亡风险增加有关。Zhang等[20]研究表明，IHD的住院率增加与PM2.5浓度的短期升高相关，并且入院率随着PM2.5浓度的增加而增加，在心血管疾病和心肌梗死中也观察到了类似的趋势。这些研究表明PM暴露会影响心血管事件的入院和死亡，其中包括了IHD。
Ostro等[21]对2001—2007年美国加州10万名女性教师的研究显示，IHD死亡率与长期暴露于不同种类及来源的PM2.5和超细颗粒物存在正相关性。Han等[22]采用综合暴露-反应（integrated exposure-response，IER）模型评估韩国各省份和直辖市中环境PM2.5造成的健康负担和时空趋势，结果显示2015年韩国共有11 924例过早死亡归因于PM2.5暴露，其中包含3 303例IHD死亡，IHD死亡人数仅次于中风。Faridi等[23]对伊朗首都德黑兰2006—2015年的PM2.5暴露进行了健康影响分析，结果显示长期PM2.5暴露导致了19.8%~24.1%的IHD死亡。Saini等[24]对印度2016年29个百万级人口的省份和直辖市的研究结果显示，PM2.5暴露导致过早死亡主要有五种原因（IHD、中风、慢性阻塞性肺疾病、下呼吸道感染和肺癌），而IHD是导致死亡的主要原因。
南美洲以及澳洲等地区的国家PM与心血管疾病相关研究十分充分，但是缺少PM与IHD相关性研究，其可能原因是南美洲以及澳洲等地区PM污染水平较低，而IHD与其他危险因素的相关性更强，从而导致研究人员忽视了PM与IHD相关性的研究。
国内对PM与IHD的相关研究主要集中在2013年之后一线城市的流行病学调查，一方面是PM2.5及其健康危害性逐渐被人们了解，另一方面是中国PM2.5相关标准的制定和监测数据的完善为流行病学研究提供了数据支持。总体来说，中国PM2.5浓度与IHD发生发展密切相关。例如Song等[25]对2014年1月—2016年12月中国367个城市共1 382个国家空气质量监测站的PM2.5浓度和相应地区的疾病死亡数据进行系统研究，发现在PM诱发的疾病中，IHD是除中风、急性呼吸道感染外死亡率最高的疾病；PM2.5造成的死亡占IHD死亡总数的26.8%（95% CI：18.6%~41.3%）。2019年一项涉及我国2 109万人、53个队列研究的汇总研究分析发现，PM2.5暴露水平升高会增加IHD事件的风险[26]。详细数据见表 3。
国内不同区域PM暴露与缺血性心脏病的流行病学研究
Table3.Epidemiological studies on particulate exposure and ischemic heart disease in different regions of China
Xu等[27]研究发现2013—2014年间，上海市IHD住院与短期暴露于高水平PM2.5和PM10密切相关。Feng等[28]评估了2013年北京每日PM10浓度与心肺疾病入院率之间的关联，研究显示PM10污染与心肺疾病的急诊住院密切相关。Xu等[29]的研究同样发现急性暴露于PM2.5空气污染会增加心血管疾病急诊就诊率。Xie等[18]研究发现，PM2.5的浓度与IHD的发病率和死亡率相关，PM2.5每升高10 μg·m-3，IHD发病率增加0.27%（95% CI：0.21%~0.33%），同一天死亡率增加0.25%（95% CI：0.10%~0.40%）。Lin等[30]发现广州大气PM2.5对心血管的影响不仅与几天内的平均浓度有关，而且还与每小时内空气中PM2.5浓度达到峰值的时间有关。Wu等[31]研究发现，兰州市大气PM（PM2.5、PM10-2.5和PM10）浓度升高与心血管疾病的死亡率增加相关。
Nie等[32]采用IER模型，评估南京市PM2.5暴露所导致的生命损失（years of life lost，YLL）和PM2.5导致相关疾病的过早死亡归因分值（attributable fractions，AF）。结果显示，2014年PM2.5导致IHD过早死亡的AF为30%（95% CI：21%~52%），2015年由于PM2.5水平下降，AF降至28%（95% CI：19%~44%）。2014年每1 000人IHD的YLL为3.16岁，2015年为2.82岁。当PM2.5小于15 µg·m-3时，IHD取代中风成为主要的死亡原因。Chen等[33]通过IER模型分析得出，浙江省工业城市的居民健康风险更高，PM2.5暴露导致IHD的人群归因分值（population attributable fractions，PAFs）为25.82%。
综上研究，短期PM暴露与IHD的发病、入院和死亡存在关联，并且受PM浓度变化的影响。同时，PM长期暴露会增加人群的健康风险，导致相关疾病包括IHD的过早死亡。
PM10和PM2.5两种粒径颗粒物以及北美洲和亚洲地区国家PM暴露与IHD的发病和死亡率的相关性已经很明确，但是不同环境因素条件下，比如温度、季节、湿度变化，对PM与IHD关系的影响尚未有十分明确的结论。
Li等[34]使用时间序列分析来探讨温度对PM10和IHD的死亡率之间关联的调节作用，结果表明，2007—2009年，高温天气PM10浓度上升对IHD死亡率的影响要强于低温天气。在分别以14.65℃和20℃为高低温分界线时，高温下PM10浓度每升高10 µg·m-3死亡率分别增加为1.08%（95% CI：0.61%~1.55%）和1.20%（95% CI：0.63%~1.78%），而在低温下的分析结果均无统计学意义。同样，Xu等[29]的研究发现，PM2.5暴露的环境温度会影响IHD的急诊就诊率，高温（>11.01℃）时PM2.5对IHD急诊就诊率的影响高于低温（≤ 11.01℃）时PM2.5对IHD急诊就诊率的影响。综上研究可以推测，温度会影响PM与IHD的相关性，高温条件下PM与IHD的相关性更强。
Qiu等[35]使用Poisson广义线性模型对1998—2007年香港的平均温度、相对湿度和每日IHD入院率进行了分析，以评估随季节和相对湿度变化的PM暴露对IHD急诊入院的影响。结果显示在凉爽（11—4月）且湿度较低（≤ 80%）的季节，PM10每增加10 μg·m-3，滞后3 d的IHD入院率增加1.82%（95% CI：1.24%~2.40%）。目前尚未有其他研究分析湿度对PM与IHD相关性的影响，推测湿度也会影响PM与IHD相关性，但仍需要进一步的研究分析。
季节因素对PM与IHD的影响涉及许多方面，例如温度与湿度，而温度与湿度又可能对其有不同的效应，因而造成结果复杂。在众多PM与IHD的研究中，往往通过不同的方法排除季节因素的影响，因而单独分析其对PM和IHD关系的影响的研究十分缺少。
国内外众多流行病学研究已明确PM与IHD的相关性，PM暴露会增加人群IHD的发病和死亡风险。在不同粒径中，PM2.5与IHD的研究资料最充分，PM10由于粒径大，造成的IHD危害相对小，相关研究资料稍显不足，而PM1受监测技术的影响，缺乏相关研究。除此之外，不同地区的PM与IHD研究结果显示，PM暴露与IHD可能存在相对性的差异，其可能原因是不同地区人群的身体素质以及易感性差异，亚洲和北美洲地区国家的研究资料较为充分，而其他地区国家的相关研究较为缺乏。此外，不同理化因素条件下的PM与IHD的相关性研究也相对缺乏。因而，仍需开展进一步的研究工作，分析不同地区易感人群，不同理化因素以及PM1与IHD之间的相关性。关于相关毒性机制研究，虽然文献研究表明PM影响IHD的可能性机制主要涉及血管功能、促进血栓形成、刺激炎症反应和氧化应激[10, 36]，但尚未有明确的直接性研究阐明PM影响IHD的作用途径以及作用机制。空气污染既有短期急性的健康效应，又有长期慢性的危害，而两者一般具有不同的生物学机制，前者更多为促进疾病发展的作用，后者可能有更多的病因学关联。因此，PM影响IHD的毒性分子机制仍有待从多方面继续深入研究。
表1 不同粒径大气颗粒物暴露与缺血性心脏病关联的流行病学研究
Table 1Epidemiological studies on the association between size-fractionated particulate matter exposure and ischemic heart disease
表2 国外不同地区大气颗粒物暴露与缺血性心脏病的流行病学研究
Table 2Epidemiological studies on particulate matter exposure and ischemic heart disease in different regions abroad
表3 国内不同区域PM暴露与缺血性心脏病的流行病学研究
Table 3Epidemiological studies on particulate exposure and ischemic heart disease in different regions of China
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[基金项目] 国家自然科学基金项目（21976114，21707085）；山东省泰山青年学者资助项目（tsqn201909101）
[作者简介]
[收稿日期] 2020-03-28
引用格式
张泽,
吴柳,
李浩芃, 等.
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