当前世界环境

介绍

城市空气污染物包括车辆排放、工业排放和发展活动排放。众所周知，它们会对人类健康和环境造成一些不良影响。大气中附着污染物的超细颗粒可以进入我们的身体，深入呼吸和循环系统，对肺、心、脑等重要器官造成损害。为评估空气质量状况而收集的全球189个特大城市的AOD(气溶胶光学深度)数据显示，印度次大陆城市、中东和华北是污染最严重的城市，因为它们的人口增长最快，与欧洲、美国东北部和东南亚国家相比，这些城市的人为排放更多。¹世界卫生组织(世卫组织)报告说，全世界每年有650万人因暴露于室内和环境空气污染而死亡(约占总死亡人数的12%)。因此，世界上约有92%的人口生活在细颗粒物(PM)年平均浓度水平低于10%的地区_2．5）直径范围(0.1-2.5 μ m)超过世界卫生组织标准(即10 μ g/m)^3.。²

二氧化硫(SO)等各种污染物的浓度₂)、二氧化氮(NO₂)，悬浮颗粒物(SPM)、可吸入悬浮颗粒物(RSPM)、臭氧(O_3.)、苯、一氧化碳(CO)、铅(Pb)和碳氢化合物(hc)随着城市化、工业化、车辆排放、化石燃料燃烧、农业活动、家庭实践以及森林火灾和风蚀等自然来源的加速而增加。^3、4颗粒物质是六大标准空气污染物中突出的空气污染物之一，它与气候变化、雾的形成、云动力学、酸雨、能见度降低等环境条件的退化呈正相关，除了对人类健康造成不利影响外，还影响辐射收支，造成死亡率和发病率。^5、6、7颗粒物质(PM)的影响取决于气溶胶的气动尺寸，气溶胶被归类为粗颗粒物质(PM)₁₀)，空气动力学尺寸为10µm，细颗粒物(PM)_2．5)，根据在大气中的运输潜力或通过呼吸系统的吸入能力，其气动直径为2.5µm。⁸通过嗅觉区或口腔吸入细颗粒物会导致多种健康问题。沉积在肺的各个区域，如头气管支气管(TB)和肺区域^9、10并导致一些疾病，比如哮喘、慢性阻塞性肺病，甚至癌症⁷此外，它还会导致心肺死亡和代谢紊乱，如糖尿病。^11、12颗粒物在人体内的沉积取决于暴露于环境空气中颗粒物的时间长短，以及各种其他因素，如鼻孔形状、体重、年龄、性别、通风情况和运动水平。¹³吸入沉积在肺部的超细颗粒可引起肺泡炎症和血液凝固、血浆粘度、纤维蛋白原、纤溶酶原激活物抑制剂等多种血液系统疾病，不仅可引起心血管疾病，还可引起炎症反应。¹⁴环境细颗粒物PM_2．52015年全球死亡率排名第五。¹⁵细颗粒物大小?根据美国环境保护署的报告，吸入时2.5µm沉积在气道和肺泡表面，对人体健康产生不良影响。¹⁶人体通过呼吸道、消化道和皮肤接触到多环芳烃(PAHs)，会导致女性肺部、皮肤、食道、结肠、胰腺、膀胱和乳房等几个器官发生癌症。¹⁷

点_2．5在肺和肝细胞中，由于内质网(ER)应激和未折叠蛋白反应(UPR)的激活而产生活性氧(ROS)，从而诱导细胞凋亡。双链rna激活蛋白激酶样ER激酶(PERK)导致翻译起始因子eIF2?并诱导C/EBP同源转录因子CHOP/GADD153产生ROS。¹⁸长期以来，在世界各地的城市人口中观察到，由于短期和长期接触混合空气污染物，对健康产生了广泛的不良影响。本文试图对空气污染物对人体各系统的不利影响进行全面的数据整理，为进一步的研究奠定基础。

方法

数据库来源

通过Web of Science和Google Scholar检索数据库，以颗粒物来源和组成、可吸入颗粒物(RPM)、细颗粒物污染、颗粒物对心血管系统、呼吸系统、神经系统、生殖健康和糖尿病患病率等关键词进行文献综述。通过对肺容量的影响、PM对心肌肌肉、神经系统的影响、空气污染物对生殖健康的影响、空气污染物引起糖尿病的生理学等关键词，搜索空气污染物对人体不同器官影响的生理机制。在细胞水平上解释污染物作用机制的研究文章被深入研究，以解释污染物对各器官的影响。

物品选择

通过对上述关键词的深入研究，共检索到483篇文章。在总共483篇文章中，126篇文章被发现适合纳入审查论文，这些文章批判性地解释了空气污染物对人体各器官的不利影响的机制。其余的357篇文章被排除在外，因为它们的科学结果不符合本综述文章的要求。

空气污染物对人体各系统的影响

对呼吸系统的影响

每个人每天都或多或少地接触各种环境空气污染物，而人的健康在从出生到死亡的每个生命阶段都受到影响。¹⁹考虑到空气中污染物水平不断增加，在世界范围内进行了几项长期和短期研究，以确定各种空气污染物的影响与人类健康之间的关系。研究发现，短期接触颗粒物会增加因呼吸道疾病而住院的人数₁₀和点_2．5与慢性阻塞性肺病(COPD)和哮喘呈正相关。妇女和老年人(65岁以上)更容易患PM_2.5.^20.有充分的证据表明，与交通有关的空气污染(TRAP)会加重哮喘患者的病情。研究还表明，儿童和成人中新发哮喘的增加是由于氧化应激和免疫失调是由于暴露于TRAP而引起的，TRAP包括颗粒物质、二氧化硫、二氧化氮和臭氧等污染物的混合物。^{21日,22日,23日,24日,25日,26日,27日,28日,29日,30日,31日}长期暴露于交通相关的空气污染物与系统性红斑狼疮(SLE)的风险显著相关，SLE是一种多系统慢性自身免疫性疾病。³²细颗粒物的吸入量增加儿童期系统性红斑狼疮(CSLE)患者气道炎症的研究³³细颗粒物(PM)的化学种类_2．5)和气态污染物，包括元素碳(EC)、有机碳(OC)、硫₂,没有₂和一氧化碳施加长时间的炎症和血栓反应，而细颗粒物(PM_2．5)会立即导致脆弱个体的自主神经失衡。³⁴众所周知，与交通有关的空气污染也有可能破坏青少年内分泌系统的功能^35、36急性肺水肿和死亡率与高浓度二氧化氮的暴露有关。³⁷颗粒在肺中的沉积取决于颗粒的气动尺寸，沉积的区域取决于肺解剖结构和呼吸系统中的气流模式。³⁸粒径在0.2-5µm之间的细颗粒很容易被运输到气道并在肺泡中积聚，而粒径在5µm以上的粗颗粒则仅限于上呼吸道。吸入超细碳颗粒由于间质颗粒的生理作用而对肺弥散能力产生不利影响³⁹而吸入超细颗粒1 h可穿过上皮屏障，到达细胞质和细胞核内的肺组织主室，对肺弥散能力产生不利影响。⁴⁰由于能够破坏细胞和破坏其功能，环境空气污染物被发现是第一类人类致癌物。⁴¹在向肺泡移动的过程中，除了肺癌外，还会在呼吸系统中产生几种疾病。^42、43细颗粒物极有可能引起多种疾病，这可归因于它们与其质量相关的更大表面积，这有助于更多地吸附污染物和表面活性金属，使其毒性更大。^44、45因此，环境空气中细颗粒物浓度越高，对人体的毒性作用就越大。由于细颗粒(Ë， 2.5µm)有可能深入肺部，它们会造成严重的不良健康影响，因为这些颗粒具有较高的毒素负担⁴⁶慢性阻塞性肺疾病(COPD)目前是全世界50岁以上成年人死亡的第四大原因。⁴⁷几项研究表明，长期接触空气污染物与人口中肺癌和死亡率增加之间存在密切联系。汽车尾气与从不吸烟的人罹患肺癌的风险增加之间有着密切的联系，无论是曾经的吸烟者还是现在的吸烟者。⁴⁸工业和采矿过程中排放的重金属也会导致肺功能障碍，后来可能导致肺癌。⁴⁹除微粒外，二次气溶胶主要是硝酸盐(来自化石燃料燃烧、道路运输、空间供暖、飞机和农业氨氧化)和硫酸盐(来源包括发电厂排放、工业排放、海洋、植物、土壤和火山活动)，会增加儿童患呼吸道疾病的风险⁵⁰二氧化硫:一种水溶性刺激性气体，可引起支气管收缩和粘液分泌，导致气道细胞损伤和随后分泌粘液的杯状细胞增殖。⁵¹由于其对细支气管的破坏作用，即使在低于1ppm的浓度下长期暴露也会导致更高的支气管炎发病率。⁵²硫酸作为大气中形成的细气溶胶对呼吸道的各种细胞(如吞噬细胞和上皮细胞)有不利影响，因为它的高比酸性和沿呼吸道更深的沉积导致支气管炎。⁵³同样，二氧化氮对呼吸系统和身体的一般功能也会产生一些不利的健康影响。急性暴露于环境二氧化氮可导致肺扩散能力受损、限制性和阻塞性通气缺陷以及低氧血症⁵⁴皮质醇，一种类固醇激素，负责调节气道病变中的免疫和炎症反应⁵⁵由于长期暴露于二氧化氮和其他与交通有关的空气污染物中，青少年肾上腺会释放出异常水平的二氧化氮。⁵⁶导致呼吸系统功能障碍。气体进入肺部的渗透取决于水的溶解度。像SO这样高度水溶性的气体₂除非浓度非常高，否则不会渗透，而不溶性气体如NO₂臭氧穿透肺部深处，到达最小的肺泡^57岁的58导致严重的损害。吸入一氧化碳气体会降低血液中的含氧量，并通过与血红蛋白反应形成碳氧血红蛋白，因此用于将氧气从肺部输送到身体其他部位的血红蛋白减少，从而导致头晕、无意识和疲劳。⁵⁹表1总结了空气污染对呼吸系统的显著影响。

表1:空气污染物对呼吸系统的影响。

对心血管系统的影响

空气污染导致三分之二以上的死亡，特别是缺血性心脏病和脑血管疾病造成的死亡。⁶⁰所有心血管疾病的主要原因是氧化应激(血液丙二醛水平升高)导致心脏系统功能障碍。长期暴露在高水平的细颗粒物中会损害血管功能，从而导致心肌梗死、动脉性高血压、中风和心力衰竭。^{2, 61}一些流行病学研究报告了暴露于空气污染，特别是PM造成的动脉粥样硬化血栓形成、血栓性中风和血栓栓塞。⁶²由于暴露于空气污染物，导致过度凝血，导致血栓性动脉闭塞，导致心血管功能障碍。动脉血栓闭塞的这一过程是通过与PM暴露有关的促血栓途径的血液标志物来研究的，包括纤维蛋白原、组织因子、血管性血友病因子(vWF)、p -选择素和导致凝块分解的纤维蛋白溶解途径活性的降低。^62年,63年研究表明，即使短期接触超细颗粒物也与心率变异性有关⁶⁴导致对心血管系统的不良影响。颗粒物浓度的增加增加了缺血性和M的风险yocardial梗死和中风。^{65, 66, 67, 68}

已经确定了与环境颗粒物及其对心血管系统的不利影响相关的三种生物学途径。^19日,61年

1)促炎介质或血管活性分子因吸入颗粒而从肺细胞释放，引起全身连锁反应。这种连锁反应导致血管功能改变，诱导凝血状态，形成血栓、缺血反应和动脉粥样硬化病变增加。

2)肺系统颗粒沉积引起自主神经系统或心律的改变。这种自主神经系统或心律的不平衡是由刺激肺神经反射或诱导氧化应激导致肺部炎症引起的，心律失常和血管斑块的不稳定是由自主神经张力的改变进一步引起的。

3)粘附在超细颗粒和颗粒物上的化学成分在血液中易位，导致内皮功能障碍和血管收缩，血压升高，血小板聚集。在车辆密度高、空气污染物如PM增加的地区附近进行的研究_2．5,没有_2，和O_3.还显示妊娠引起高血压疾病的风险增加。⁶⁹还发现，心肺疾病的发病率和死亡率与空气动力学直径在10微米至小于2.5微米范围内的颗粒物有关。增加10µg/m^3.的点_2．5在同一天当浓度增加10µg/m时，心血管和呼吸系统死亡率分别增加0.47%和0.5%，而心血管和呼吸系统死亡率分别增加0.27%和0.56%^3.的点₁₀当天。⁷⁰急性和慢性暴露于环境颗粒物(PM)_2．5)会对心血管系统产生直接影响，而(UPF_年代)超细颗粒物通过肺部循环进入心脏或间接损伤，引起全身炎症和氧化应激、凝血功能异常、血管功能障碍、神经系统功能障碍，导致心血管和神经系统功能障碍。⁷¹儿童和老年人更容易受到空气污染的不利影响。研究表明，53岁至87岁之间的人暴露在高水平的细颗粒物PM中，心率变异性(HRV)会降低_2．5和臭氧。⁷²脉压(PP)和收缩压(SBP)升高与暴露于PM密切相关_2．5这种关联在高度接触道路交通的人群中更为明显。⁷³住在主要道路附近的人死于心肺疾病的风险更高。⁷⁴细颗粒物由于具有较高的穿透能力，比粗颗粒物危害更大。短期接触细颗粒物PM_2．5低至几小时至一周可导致心血管疾病，导致死亡以及某些非致命性事件，而长期接触数月至数年则在更大程度上增加死亡风险，并缩短寿命。⁶¹长期接触PM_2．5与缺血性心脏病、死亡率以及收缩压、舒张压、脉压和高血压的风险增加密切相关。^75年,76年汽车尾气导致PM中有机碳浓度升高_2．5直接影响人体健康，可使动脉直径减少0.09毫米。⁷⁷长期暴露在居民区的道路交通噪音和颗粒物中有可能导致高血压和舒张压。PM浓度增加_2．51µg / m^3.导致高血压的发病率高达15%。⁷⁸表2总结了由于接触空气污染物而引起的疾病。

表2:空气污染物对心血管系统的影响。

对神经系统的影响

尺寸小于0.1µm的超细颗粒物(upm)由于其纳米尺寸，很容易穿透并积聚在肺部，并在呼吸道以外造成有害影响，最有效地造成严重的健康影响(表3)。^79、80、81空气污染引起的最突出的影响是氧化应激和神经炎症引起的发育性神经毒性，并可能导致神经发育障碍，包括自闭症谱系障碍。⁸²颗粒物从上呼吸道转移到大脑，导致脑部炎症，扰乱正常的大脑活动和病理功能，使神经认知能力下降，最终引起精神和行为障碍，并有患阿尔茨海默病和帕金森病的风险。^{83, 84.85, 86, 87}空气污染浓度的增加通过在嗅球基底膜和内皮细胞质中积累超细颗粒物导致嗅球功能障碍。⁸⁸从通过鼻腔的总空气中，有5-20%的空气穿过嗅觉区⁸⁹因此受到呼吸频率的影响，影响PM的嗅觉沉积。与成年人相比，儿童在户外的时间更长，而且呼吸频率与体型之比更高，因此他们的嗅觉沉积可能更高。^90年,91年因为他们的大脑还处于发育阶段⁹²也没有发达的防御屏障来防止颗粒进入肺部⁹¹，UFPM穿过嗅上皮并积聚在大脑中。⁹³短期暴露于高浓度的PM₁₀和点_2．5冬季因精神和行为障碍而入院的人数增加，因为与夏季相比，分散较少，污染物浓度增加。⁹⁴此外，粗颗粒物和细颗粒物以及二氧化氮与老年妇女的抑郁症状和抑郁有关⁹⁵除了…之外暴露于PM等交通相关污染物的老年人的睡眠障碍症状₁₀下午,_2.5,没有₂,所以_2，和O_3.。⁹⁶空气动力学尺寸小于10µm (PM)的颗粒物₁₀)也与多发性硬化症的风险增加有关。⁹⁷中枢神经系统的一种炎症性脱髓鞘紊乱。由于微血管内皮细胞活力降低、线粒体电位改变、氧化应激增加和紧密连接蛋白表达降低，纳米颗粒被发现会损伤内皮细胞和血脑屏障(BBB)。⁹⁸

表3:空气污染物对神经系统的影响。

空气污染与糖尿病

根据美国糖尿病协会⁹⁹糖尿病是由胰岛素分泌异常引起的高血糖(高血糖症)引起的一组代谢性疾病。糖尿病是一个全球关注的问题，目前有50多万14岁以下儿童患有1型糖尿病，4.15亿20-79岁年龄组的成年人患有这种非传染性疾病，1.93亿成年人未得到诊断。^{One hundred.}据国际糖尿病联合会报告，2017年全球有4.51亿成年人(18-99岁)¹⁰¹估计到2045年将增加6.93亿人。印度人的糖尿病情况与全世界没有太大不同，因为他们的基因特征包括久坐不动的生活方式、令人厌恶的饮食习惯、失眠和高压力水平。¹⁰²除了上述原因，长期暴露于PM_2．5也没有₂与糖尿病死亡风险增加呈正相关。¹⁰³有几项临床研究估计了糖尿病和环境空气污染物(如PM)之间的关系_2．5，黑碳，O_3.也没有₂。^{104105106107年}由于暴露于空气污染物中，人体会发生不同的生理生化变化，从而导致糖尿病(表4)。长期暴露于空气污染中会导致胰岛素分泌减少，这是由于细胞功能受损，同时也会导致胰岛素依赖性葡萄糖摄取减少，从而导致胰岛素抵抗。¹⁰⁸氧化应激和全身性炎症是暴露于空气污染物引起的胰岛素抵抗和细胞功能障碍的结果，这表明2型糖尿病与空气污染之间存在显著相关性。¹⁰⁹使用几种生物标志物的研究表明，胰岛素抵抗与糖尿病的发展之间存在相关性^110111年即使在暴露于PM的亚急性期，也发现改变的HOMA IR表明代谢胰岛素敏感性降低_2．5导致糖尿病的发生。¹¹²对啮齿动物进行的临床研究显示，高浓度的细颗粒物(PM)_2．5)诱导糖耐量受损，与未暴露小鼠相比，暴露小鼠的HOMA- IR指数显示胰岛素敏感性更高。¹¹³进一步，PM的影响₁₀在低温下对脂质的影响更大，而SO的影响则更大₂也没有₂被发现在高温下会更高。¹¹⁴环境空气污染物浓度增加，如黑碳、一氧化氮_2，和O_3.导致患有糖尿病、高血压和肥胖的老年人全身性炎症增加。¹¹⁵研究还表明，当暴露在与交通有关的污染中时，女性比男性更容易患糖尿病。^114116年一些研究也发现了PM与_2．5(颗粒物)，NO_x(氮氧化物)_，所以₂(二氧化硫)和O_3.(臭氧)伴有妊娠期糖尿病。口服葡萄糖耐量试验(OGTT)提示暴露于PM的非糖尿病孕妇妊娠期糖尿病_2.5,母体在哪里暴露于SO₂也没有_x妊娠前几周与妊娠期糖尿病(GDM)相关。^117118119年接触与交通有关的空气污染物和PM_2．5导致血糖异常与怀孕期间呈正相关糖耐量受损(IGT)。¹²⁰长期接触PM等空气污染物₁₀也没有₂与血清葡萄糖和糖化血红蛋白(HbAlc)水平升高密切相关，这表明中年城市人群患2型糖尿病的风险增加。¹²¹证据还表明，暴露于空气污染物，特别是与交通有关的空气污染物，如NO₂可能导致患2型糖尿病的风险增加¹⁰⁵对糖尿病的病因有最强的影响。¹²²人们还发现，暴露于非常高浓度的颗粒物(PM)₁₀是相互依存的2型糖尿病和高血压的发生。¹²³在非胰岛素依赖型糖尿病患者中，低密度脂蛋白胆固醇浓度升高，高密度脂蛋白胆固醇浓度降低，甘油三酯浓度升高，可引起冠状动脉疾病和高血压。¹²⁴空气污染物，如PM_10，所以_2，也没有₂与血脂水平升高有关，比如甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、总胆固醇(TC)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)2型糖尿病患者中。这会造成胆固醇水平的不平衡，增加收缩压和舒张压^114125年加重病人的健康状况。糖尿病患者患糖尿病性视网膜病变的风险也有报道。¹²⁶因此，很明显，糖尿病可以影响任何年龄的人，也可以引起额外的健康问题。

表4:空气污染物对糖尿病病因的影响。

结论

本文综述了为评价空气污染物对人体健康的影响而进行的临床研究的各种结果。(表1、2、3和4)是空气污染物调查结果对人类健康影响的主要重点。系统性红斑狼疮(SLE)是一种多系统慢性自身免疫性疾病，血液过度凝血导致动脉血栓闭塞导致心血管功能障碍，多发性硬化症，中枢神经系统炎症性脱髓鞘疾病，以及细胞功能受损和胰岛素依赖性葡萄糖摄取减少诱导胰岛素抵抗，这些都是暴露于城市空气污染物导致的主要系统性损害。考虑到空气污染造成的一系列疾病，预防污染战略显然是任何区域发展计划中最被忽视的方面。因此，执行严格的污染控制战略可以证明对保护人类健康、经济和各收入阶层社会的环境组成部分具有短期和长期的多重好处。由于大气中包含了包括超细颗粒在内的多种新的空气污染物，因此可以为进一步研究大气化学变化的各种空气污染物对健康的影响奠定基础。考虑到目前的情况，未来的研究可以将空气污染对健康的影响与全球气候条件的变化联系起来。

鸣谢

作者要感谢斋浦尔IIS(被认为是大学)为在环境科学系开展博士研究工作提供许可和设施。作者还感谢大学为撰写综述论文提供了检索和分析在线数据库的网络设施。

资金来源

作者未因研究、撰写和/或发表本文而获得任何经济支持。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

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