张文楼，邓芙蓉

（北京大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系，北京 100191）

颗粒物污染是全球主要的环境问题之一，而人的一生中约有80%以上的时间是在室内度过的，老年人、儿童及患有慢性疾病的人群在室内度过的时间可能更长［1－3］，更多地暴露于室内颗粒物，因此，室内颗粒物污染与人群健康关联密切。近年来，我国的大气颗粒物污染防治已取得了显著成效，然而，室内颗粒物污染状况仍不容乐观。尽管我国室内细颗粒物（fine particulate matter，PM2.5）的浓度也呈现下降趋势，但其下降速率（平均每年2.3 μg／m3）尚不及室外（平均每年5.3 μg／m3）的一半［4］。

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是全球主要的慢性呼吸系统疾病之一，其特征在于持续的呼吸道症状和气流受限，通常是由于长期暴露于有害颗粒或气体所引起［5］。据估计，全球COPD患者已近3亿［6］；在我国，20岁及以上人群中COPD患者已将近1亿，40岁及以上人群中COPD患病率高达13.7%［7］。空气污染与COPD的不良预后有关［8］，在室内空气污染导致的过早死亡中COPD患者占比达17%［9］。

颗粒物污染已被认为是COPD发病的重要危险因素［7，10］。颗粒物是一种包含数百种化学物质的复杂混合物，室内颗粒物不仅来源于室外渗透，还存在烹饪等重要的室内来源，其组成成分不同于室外颗粒物，对人群心肺健康的影响特征也可能有别于室外颗粒物。本文将对室内颗粒物污染特征（包括质量浓度、粒径、化学组成和来源）与COPD患者心肺健康关联的研究证据进行总结，以期为开展进一步的相关研究提供依据与思路。

1 室内颗粒物污染对COPD患者呼吸系统的影响

空气中悬浮的颗粒物可直接被人体吸入并沉积于呼吸系统的各个部位，从而引发和加重呼吸系统疾病。迄今为止，室内颗粒物污染与COPD患者呼吸健康相关的研究主要开展于污染水平更低的发达国家，而在室内颗粒物污染较为严重的发展中国家［11］，相关研究证据十分有限。

1.1 室内颗粒物污染与肺功能 肺功能是COPD诊断以及反映COPD患者呼吸功能受损最为重要的指标之一。Chi等［12］在北京开展的定组研究发现，采暖期室内PM2.5的2 d滑动平均浓度每增加一个 四分位数区 间 （interquartile range，IQR，102.4 μg／m3），患者第1秒用力呼气量（forced expiratory volume in the first second，FEV1）降低1.7%。然而，在室内污染水平更低的发达国家，Hart等［13］在125例COPD患者中开展的研究观察到，室内PM2.5浓度每升高一个IQR（5.80 μg／m3），使用支气管扩张剂后用力肺活量（forced vital capacity，FVC）降低23.49 ml；其他研究均未观察到室内颗粒物短期暴露与COPD患者肺功能改变之间的关联［14－17］。

颗粒物的某些组分可能与COPD患者肺功能受损的关联更为密切。研究发现低水平室内黑炭（black carbon，BC） ［平均浓度（0.24±0.28）μg／m3］浓度 每升高 一个IQR（0.22 μg／m3），COPD患 者FEV1、FVC和FEV1／FVC分 别 降 低17.87 ml、7.53 ml和0.35%［13］，BC被 认 为 是PM2.5中交通来源的成分。不过，室内颗粒物的其他成分（比如无机元素）与COPD患者肺功能受损的关联尚待进一步探讨［18－19］。

室内颗粒物存在室内和室外来源，国内外研究多采用示踪元素对室内PM2.5的来源进行拆分，欧美国家常选取硫或镍等作为示踪元素，然而，由于室内PM2.5来源的差异，铁元素被认为是更适用于我国的示踪元素［20］。Chi等［12］的研究观察到采暖期室内源PM2.5与COPD患者FEV1下降有关；而Ebelt等［21］的研究则观察到室外源PM2.5与FEV1下降之间的关联。这可能与不同地区颗粒物的室内外源谱不同有关，需要进一步明确各类来源的室内PM2.5对COPD患者的健康影响，以优化室内空气污染控制策略。

1.2 室内颗粒物污染与呼吸道症状 持续的呼吸道症状是COPD的重要特征之一，主要包括呼吸困难、咳嗽和（或）咳痰等，COPD伴有呼吸系统症状的急性恶化已成为诊断COPD急性加重的重要诊断标准［5］。在我国台湾19例COPD患者中开展的定组研究发现，室内较高的颗粒物水平（PM2.5＞35 μg／m3或PM10＞125 μg／m3）与患者更严重的喘息症状和更频繁的急性加重有关［22］。Osman等［23］的研究发现，仍在吸烟的COPD患者中，其室内PM2.5暴露水平与其圣乔治呼吸问卷（St.George′s Respiratory Questionnaire，SGRQ）症状评分呈正相关。即使在低水平的室内颗粒物暴露下，Hansel等［17］也观察到室内平均浓度（12.2±12.2）μg／m3PM2.5短期暴露与COPD患者喘息症状、药物使用以及重度急性加重（急诊或住院）风险增加有关；依据体重指数（body mass index，BMI）分层后发现，室内PM2.5与COPD患者多种不良呼吸结局的关联在肥胖人群（BMI≥30 kg／m2）中更为显著［24］。研究者还通过对多种过敏原的血清特异性IgE分析将COPD患者分为特应性和非特应性组，结果发现室内PM2.5与特应性组呼吸道症状发生增加和药物使用关联更为显著［25］。

2 室内颗粒物污染对COPD患者心血管系统的影响

短期和长期PM2.5暴露是心血管疾病发生发展的最重要的环境危险因素［26］。而COPD患者发生心血管疾病的风险显著增加，这会对其预后产生不良影响［27－28］。研究发现，即使低水平的PM2.5暴露也会增加COPD患者发生心血管疾病的风险［29］，因此，室内颗粒物污染对COPD患者心血管健康的影响也不容忽视。

2.1 室内颗粒物污染与心脏自主神经功能 心率变异性（heart rate variability，HRV）是一种无创地反映自主神经对心脏节律调控的有效指标，HRV降低被认为与高血压、心肌梗死等多种心血管疾病发生发展有关［30］，同时也被认为是颗粒物污染介导心血管疾病的潜在机制之一［26］。Pan等［1］在北京开展的定组研究发现，室内不同粒径颗粒物（PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM5.0和PM10） 和BC均与COPD患者HRV指标下降和心率增加有关，更小粒径的颗粒物的效应更强，并且室内颗粒物和BC暴露对超重患者（BMI≥24 kg／m2）高频功率（high－frequency power，HF）的效应更强；Pan等［31］对其中8对稳定期COPD患者及其健康配偶的分析发现，相较于健康老年人，室内颗粒物和BC暴露对COPD患者心脏自主神经功能影响存在更强的滞后效应。张文楼等［32］的研究还发现室内PM2.5和粗颗粒物（coarse particulate matter，PM2.5－10）的某些金属组分可能与COPD患者心脏自主神经功能失衡有关。迟锐等［33］的研究发现，与室外来源的PM2.5相比，室内来源的PM2.5暴露对COPD患者心脏自主神经功能的影响更为明显。不过，Ebelt等［21］的研究并未观察到室内来源的PM2.5与HRV指标的显著关联，这可能与其样本量较小、PM2.5浓度较低以及组成成分不同有关。

2.2 室内颗粒物污染与血压 血压也是评估机体心血管功能最为常见的指标之一，一项荟萃分析指出，PM2.5升高10 μg／m3与人群收缩压和舒张压分别升高1.393 mmHg（95%CI：0.874～1.912）和0.895 mmHg（95%CI：0.49～1.299）有关［34］。然而，室内颗粒物暴露与COPD患者血压之间的关联尚缺乏研究证据支 持，Chi等［12］、Jansen等［16］和Ebelt等［21］的研究均未观察到室内PM2.5短期暴露对COPD患者血压的影响。一方面可能与这些研究样本量较小有关；另一方面，这些研究均为短期研究。一项荟萃分析结果表明，PM2.5的长期暴露与血压升高的关联最强，而短期暴露在累积滞后5 d时观察到较强的关联［34］，因此，有必要开展更长期的研究探讨室内颗粒物暴露与COPD患者血压之间的关联。此外，颗粒物是一种复杂的混合物，与质量浓度相比，颗粒物中的某些成分与血压的关联可能更为密切，Zhang等［18］的研究观察到室内PM2.5的燃烧源和道路粉尘源及其相关的无机组分与COPD患者血压升高显著相关，并且这些组分的暴露存在正向的联合效应。因此，未来的研究需要深入分析不同来源室内颗粒物及其组分与人群健康的关联，为采取针对性措施控制室内颗粒物污染提供科学依据。

3 室内颗粒物污染对COPD患者心肺健康影响的潜在机制

3.1 氧化应激 氧化应激已被认为是颗粒物污染导致不良健康结局的重要机制之一，Grady等［35］的研究发现低水平室内BC（浓度中位数0.18 μg／m3）短期暴露与COPD患者尿液中8－羟基－2′－脱氧鸟苷（8－hydroxy－2′－deoxyguanosine，8－OHdG）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）呈正相关，在肥胖（BMI＞30 kg／m2）患者中BC与8－OHdG的相关性更强，而8－OHdG和MDA分别是DNA氧化损伤和脂质过氧化的常见标志物。

3.2 炎症反应 暴露于生物质燃烧产生的颗粒物诱导的气道和系统性炎症可能是其介导心肺不良健康影响的潜在机制［36］。动物实验发现，室内燃煤产生的PM2.5暴露会诱导哮喘小鼠呼吸道中性粒细胞等先天性免疫细胞浸润并加剧其气道重塑和支气管周围炎症［37］。体外实验表明，相较于室外颗粒物，室内颗粒物可能具有更高的生物活性，可引发更强的炎症反应［38］。研究发现，低水平室内颗粒物暴露可诱导COPD患者的全身炎症，包括外周血中性粒细胞、C－反应蛋白（C－reactive protein，CRP）和白介素－6（interleukin 6，IL－6）增加，在肥胖组中更为显著［24］。也有研究发现，低水平的室内BC（浓度中位数0.19 μg／m3）暴露与COPD患者外周血CRP升高有关［39］。不过，既往研究未观察到室内颗粒物暴露与COPD患者气道炎症标志物（呼出气一氧化氮和呼出气硫化氢）之间的显著关联［16，24，40］。

3.3 代谢组学 近年来，组学技术被广泛用于识别环境暴露对健康影响的潜在机制和生物标志物，其中，代谢组学技术也已开始被用于深入探讨室内颗粒物暴露介导COPD心肺健康效应的潜在生物学机制。Huang等［41］的研究首次采用尿液代谢组学方法鉴定了与室内PM2.5暴露和COPD相关的代谢产物，发现室内PM2.5可能通过降低COPD患者的抗氧化能力和肺部能量的产生对COPD患者健康产生不良影响，其中，PM2.5的多种组分（如As、Se、Sn、Pb、V等）可能发挥了重要作用。

4 小结与展望

综上所述，室内颗粒物污染对COPD患者心肺健康的威胁不容忽视，即使低水平的室内颗粒物暴露也可能产生不良的心肺健康效应（表1）。颗粒物是一种包含数百种化学物质的复杂混合物，室内颗粒物的来源更为多样，其组成成分以及对人群的心肺健康效应可能有别于室外颗粒物。然而，目前对于室内颗粒物污染特征（包括关键毒性组分和来源）及其健康效应的研究仍然有限，这十分不利于采取有效的和针对性的措施改善室内空气污染，保护易感人群尤其是COPD患者的健康。

表1 室内颗粒物与COPD患者心肺健康的流行病学研究汇总

此外，关于室内颗粒物污染导致COPD患者心肺健康受损的生物学机制研究十分有限，仍有待深入的研究，而转录组学、蛋白组学、代谢组学、微生物组学等多种组学技术的快速发展为全面、系统和深入阐明室内颗粒物暴露影响COPD 患者健康的生物学机制提供了良好的机遇。