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空气污染与心血管疾病

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作者:鲁晓春 李小鹰     来源:中华老年医学杂志     点击数:574      
大气污染严重危害人类健康,已经成为人类面临的重大课题。发展中的中国已成为空气污染的重灾区。根据国际银行的估计,空气污染导致的过早死亡和健康问题每年给中国造成1 000~3 000亿美元的损失。空气污染每年在中国导致50万人过早死亡,《全球疾病负担2010年报告》更指出,2010年中国因大气中直径≤2.5 μm的颗粒物后(PM2.5)污染导致120万人早死和2 500万的伤残调整寿命年损失。空气污染严重时,呼吸道疾病出现高发。但流行病学调查结果显示,与大气污染相关性最强的死亡原因不是肺部疾病,而是心血管疾病。2010年美国心脏协会(AHA)发布了《大气污染与心血管疾病》的科学声明,明确指出PM2.5是心血管事件的一个可控危险因素。

 

一、雾霾和PM 2.5

 

在气象学中,雾是指大气中悬浮水汽的凝结,霾则是指悬浮在空中肉眼不能分辨的大量微粒。其中雾霾关键组成的PM是危害人类健康的主要危险因素。PM是指悬浮于大气中,来源于不同的固态和液态颗粒的混合物。PM中可以检测出数以千计的化学成分和生物组分。 PM按空气动力学直径进行划分,直径小于10.0 μm的颗粒即PM10,被称为可吸入颗粒,大部分会沉积于外气道和较粗的气管、支气管。直径≤2.5 μm称为细颗粒物(PM 2.5);直径≤0.1 μm属于超细颗粒物(PM 0.1)。PM2.5可以到达小气道和肺泡,沉积于肺的深部。PM 0.1可穿透肺泡壁进入循环系统。

 

二、PM2.5对心血管事件和死亡的影响

 

流行病研究中,空气污染对心血管疾病的影响可以简单分类为短期作用和长期效应。

 

1、短期效应研究:

 

空气污染对心血管疾病的短期作用多采用时间序列研究和病例交叉研究。目前最大规模的时间序列研究包括美国大气污染与致死率、致残率研究(NMMAPS)和欧洲大气污染与健康研究(APHEA-2)。NMMAPS涉及1987–1994年美国20个大城市5 000万居民,显示PM10浓度每增高10 μg/m3,全因病死率升高(0.21±0.06)%,心肺源性病死率升高(0.31±0.09)%。

 

此外尚大量相对规模较小的研究,但都得出一致的结果,一项汇总分析显示PM2.5每升高10μg/m3心血管病死率即可增加1.4%,而且这种增加是持久和相互叠加的。另外一项对美国204座城市1 150万人健康数据的分析结果显示,PM2.5浓度每增高10.0 μg/m3缺血性心脏病住院率升高0.44% 、心力衰竭住院率升高1.28%、脑血管病住院率升高0.81%、心律失常住院率升高0.57%。

 

2、慢性效应研究:

 

空气污染的慢性效应研究多采用队列研究和横断面研究。研究证据最强的队列研究中,具里程碑意义的是哈佛6城市研究(HSC)和美国癌症学会(ACS)研究。

 

HSC研究对8 000余人进行的14~16年随访,结果证实PM是与总病死率和心血管疾病病死率的独立相关因素,心血管事件是所有死亡疾病第一原因,超过肺源性疾病。后续研究结果显示PM2.5每升高10 μg/m3总病死率增加16% (95% CI:7~26) ,心血管病死率增加28%(95% CI:13~44),当PM2.5降低,病死率即可随之下降,而且这种PM2.5暴露的长期效应主要在最初的两年发生。

 

ACS研究涉及50个国家和地区的500 000成年人,随访达16年,结果显示PM2.5每增高10 μg/m3,人群总病死率和心肺疾病病死率分别增加4.0%和8.0% ,且呈线性相关,无安全阈值存在。进一步分析结果显示,PM2.5每10 μg/m3与心血管病死率密切相关(RR=1.12,95% CI:1.08~1.15),缺血性心脏病相关性最强(RR=1.18, 95% CI:1.14~1.23),心力衰竭、心律失常和心性猝死也增加(RR= 1.13, 95% CI: 1.05~1.21)。

 

另一项研究针对6.6万绝经后女性观察了6年,发现PM2.5每增高10 μg/m3心血管事件增加24% (95% CI: 9~41) ,致命性心血管事件(包含卒中)增加76% (95% CI:25~147) ,PM对超重妇女影响更大。Beelen等的Meta分析涉及22个大型队列研究共367 383人,显示PM2.5增高5 μg/m3全因病死率HR为1.21(95% CI: 0.87~1.69)。

 

3、PM2.5持续时间与心血管事件相关性:

 

前述多个研究已经表明,颗粒污染物升高对心血管事件的发生是迅速的,短至几小时的PM2.5升高即可以使心血管事件和死亡出现升高,在污染发生后1~5 d最高,而且呈累计效应。但PM2.5的短期效应和长期作用存在一些不同。从机制上,前者主要表现在易感人群如存在基础血管、心脏病变患者,是PM对于心血管事件的诱发。

 

机制上包括:对于易感病变(如不稳定斑块)、易感状态(如血液高凝)的触发和诱导,对其他心血管事件促发因素(如呼吸道感染)的诱发和共效应等。长期效应表现除了心血管事件的发生外,还涉及对心血管疾病发生的作用,机制上除包括短期作用中的部分诱发机制外,另一重要部分的是对全身和心血管系统的作用,如全身炎症激活、氧化磷酸化效应、神经内分泌激活和对血压的影响等,以及这些因素如何促进心血管疾病如动脉硬化、高血压、心脏重构等。固然两部分作用无法完全准确区分,但可以推测这也是PM2.5长期效应中更高病死率的原因。

 

三、PM2.5对各种心血管疾病的影响

 

1、缺血性心脏病:

 

ACS研究结果证实,在各种心血管疾病中,与PM2.5升高关系最为密切的是缺血性心脏病。另一项针对女性的队列研究则发现,PM2.5增高长期暴露引起的主要心脏病是致死性冠状动脉事件。

 

在病例交叉研究中,PM2.5升高后1~2 h即可观察到缺血性心脏事件的急性增加,对7500 000例住院病例的调查中,PM2.5每增高10μg/m3缺血性心血管事件危险1.02~1.05,在污染发生的0~1 d增长最为明显。Xie等的研究涉及北京的1 961万人, PM2.5每增高10μg/m3,心源性死亡增加0.25% (95% CI:0.10~0.40),缺血性心血管事件发生增加0.27%(95% CI:0.21~0.33)%。另外一项分析结果显示,这种急性事件主要发生在有明确冠状动脉狭窄的患者,提示个体的易感性是PM2.5效应的基础。

 

2、心律失常和心性猝死:

 

PM可能促发心律失常,特别是心房颤动的发生。一些基于埋藏式除颤器数据的分析也观察到阵发性心房颤动的增加。ACS的研究结果证实PM2.5与恶性心律失常相关,但多个基于埋藏式除颤器数据的分析中,室性心律失常和猝死的结果并不一致

 

3、心力衰竭:

 

ACS研究结果已证实了心力衰竭的住院率、病死率均与PM2.5增高相关,前述多个大型研究也证实这种相关。根据对美国Medcare数据库的分析,PM2.5增高10.0 μg/m3心力衰竭危险度(RR=1.28,95% CI:0.78 ~1.78)。最近的Meta分析结果显示,PM2.5每增高10.0 μg/m3心力衰竭的住院率或病死率增高2.12%,PM10.0每增高10.0 μg/m3心力衰竭的住院率或病死率增高1.63%。据估算,在美国如果PM2.5降低3.9 μg/m3即可每年减少7 978例心力衰竭住院,节约3.3亿美元的医疗支出。

 

4、高血压:

 

空气污染对于人群血压的影响并不一致,PM对血压的升高是急性效应,但不会持续,可能是交感激活的结果。一项对空气污染与血压关系的Meta分析结果提示,PM2.5增高10.0 μg/m3可以使收缩压升高1.393 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa,95% CI:0.874~1.912),舒张压升高0.895 mmHg(95% CI:0.490~1.299)。短期暴露于污染环境,在第5天血压升高达最高值,长期处于污染环境,血压的升高可呈持续状态。

 

5、脑卒中:

 

多数大规模研究都提示空气污染与包括脑卒中在内的脑血管事件相关。PM2.5增高10 μg/m3的环境中发生非致死性卒中(RR=1.28,95% CI: 1.02~1.61),致死性卒中(RR=1.83,95% CI: 1.11~3.00)。基于美国9个州健康数据库的调查发现PM引起缺血性卒中发生增高,但与出血性卒中无关。而且颗粒污染物与卒中病死率增高相关。亦有研究结果证实,PM2.5与缺血性卒中和短暂脑缺血发作相关。

 

6、动脉粥样硬化性血管病:

 

虽然动物实验结果表明,PM可加速粥样硬化的发生,但基于人群的资料并不多见。一项对5 172例成年人20年随访的研究发现,PM2.5与颈动脉厚度、腹主动脉钙化有弱相关性。而德国学者的研究结果表明,PM2.5与冠状动脉钙化计分相关。美国的流行病调查结果显示,PM2.5与外周血管疾病的住院发生有关。

 

7、静脉血性疾病:

 

实验结果证实PM可促进血液高凝,但相关对于静脉血栓性疾病的流行病学研究较少。意大利病的例对照研究结果显示,长期的PM暴露可使深静脉血栓的发生增加70%。来自智利的基于540万人的研究结果证实,PM2.5增高20 μg/m3深静脉血栓(RR=1.05,95% CI:1.03~1.06)和肺栓塞(RR=1.05,95% CI:1.03~ 1.06),与血栓事件相关的污染成分是SO2 、NO2和臭氧。

 

8、先天性心脏病:

 

空气污染对于先天性心脏异常的影响多来自政府的出生统计资料,结果并不确定。早期研究结果提示,先心病可能与污染物中成分如臭氧、CO等相关,但未发现PM2.5的相关性。最近一项美国的研究结果显示,PM10与肺动脉瓣狭窄、膜部室间隔缺损相关,PM2.5则与大动脉转位发生正相关,但与膜部室间隔缺损呈负相关。另一项以色列的研究结果显示,PM10与多种先天性心脏缺损正相关,PM2.5则与动脉导管未闭呈负相关。但是所有基于出生记录的研究均未统计严重的心脏缺陷可能引发的早产和死胎,因此会低估PM对先心病发生的影响。

 

9、易感人群:

 

PM导致的心血管事件大部分都发生在特定人群,在对大量研究的总结中,2004年AHA的空气污染与心血管疾病科学声明中,老年人、糖尿病、被证实的冠状动脉狭窄、心力衰竭、慢性肺疾病、低收入和低经济社会地位等被称为易感因素。2010年的AHA更把女性和肥胖作为可能的易感因素。这些易感因素大都是基于事件的,PM长期效应中还有部分属于促进疾病的发生,但这一机制易感人群研究目前还鲜有报道。

 

四、PM2.5影响心血管病的机制

 

目前对于PM2.5影响心血管病的机制的认识还不够明确和系统,已知的可能机制如下。

 

PM颗粒的直接作用:作用于肺部细胞,促进炎症介质或血管活性分子释放;进入血液循环,导致血栓形成、血小板激活和凝血功能障碍,影响血管内皮细胞;某些成分(金属有机物、醌)可以直接产生氧自由基,导致炎症发生;超细颗粒物可直接进入肺泡细胞,作用于细胞器。

 

PM颗粒的间接作用:PM引起细胞分子水平氧化磷酸化发生;全身炎症的激活;交感和肾素-血管紧张素-醛固酮系统等的神经内分泌激活;PM导致的心率变异性下降,促进心律失常发生;PM对血压的影响;对血管内皮的损伤,引起血管功能障碍;对胰岛素抵抗的影响。此外还可能通过对其他系统的影响引发心血管事件发生。

 

空气污染是一种可控的心血管危险因素,对于污染的治理才是治本之道。这不仅需要国际、政府和社会层面的积极干预,更需要卫生部门和个人的教育,特别是易感人群对危害的知晓,尽可能避免危害的发生。

 

文章来源:中华老年医学杂志, 2015,34(06)

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