大气细颗粒物的体内旅程 | 大气细颗粒与人体健康

为了阐明我国PM2.5 污染的健康危害机制，2013 年，江桂斌院士率先提出开展大气细颗粒物的毒理与健康效应研究。2014 年召开国家自然科学基金委员会第111 期双清论坛（“环境污染的毒理与健康研究方法学”）和第515 次香山科学会议（" 持久性有毒污染物的环境暴露与健康效应"）。2015 年国家自然科学基金委员会组织并启动了“大气细颗粒物的毒理与健康效应”重大研究计划。该研究计划由中国科学院生态环境研究中心江桂斌院士、中国科学院生物物理研究所张先恩研究员、国家食品安全风险评估中心吴永宁研究员、中国科学院大连化学物理研究所张玉奎院士、中日友好医院王辰院士、清华大学郝吉明院士、南京医科大学沈洪兵院士等组成专家组，打破学科界限，联合了化学、大气科学、地学、公共卫生、毒理学、生命科学、医学等不同领域的研究力量，并联合国际同行，共同围绕“大气细颗粒物（PM2.5）的毒性组分、毒理机制与健康危害”进行了长达8 年的联合攻关。该重大研究计划在系统总结PM2.5 健康危害理论和方法学的基础上，面向社会公众开展PM2.5 健康危害和防护的科学普及工作，积极履行社会责任。

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《大气细颗粒与人体健康》（陆达伟等编. 北京：科学出版社，2024.3）采用图文并茂的呈现方式，以尽量通俗易懂的语言介绍了PM2.5 污染与人体健康的关系，以期全面了解PM2.5 健康危害和我国为持续改善空气质量制定的政策及取得的成效。

本文节选“3-1 大气细颗粒物的体内旅程”以飨读者。

大气细颗粒物的体内旅程

生物体是一个极为复杂、精巧的体系。大气细颗粒物进入生物体内会经历怎样的历程呢？生物体内不同的系统、器官、组织以及细胞等之间相互联系，形成复杂的网络，可能会对进入体内的大气细颗粒物产生不同的响应，同时这些响应反过来也会对网络本身造成影响。本章（文）将揭秘大气细颗粒物在人体内的旅程。沿着这条旅程，我们将探索大气细颗粒物在人体内的奇妙经历，包括“进出”“ 穿越”层层障碍、分布和变化等一系列全生命周期过程。

▲ 大气细颗粒物的体内旅程

▋ 从“空气伤害者”到“体内逃犯”

呼吸暴露是空气中的细颗粒物进入人体的主要暴露途径。空气中的颗粒物随着呼吸进入我们的呼吸道，粒径较大的颗粒物会被呼吸道所捕获和沉积。PM2.5也被称为“可入肺颗粒物”。一部分PM2.5 会被呼吸道黏液纤毛截留并从体内清除，而另一部分则会通过呼吸道进入人的肺部，在肺部进一步沉积。其中，粒径小于100 纳米的颗粒物被称为超细颗粒物。这些纳米尺度的小颗粒，甚至能够穿透生物屏障，进入体内，到达远端的器官和组织，进而对人体健康造成更大的危害。此外，胃肠道、皮肤甚至眼部等也可能是空气中细颗粒物进入人体的途径。

▋细颗粒物的生物大逃亡：穿越生物屏障

生物屏障是保护人体健康的重要防线。大气细颗粒物可能会穿越这些屏障，进入不同的器官并蓄积，对人体健康造成不容忽视的危害。

气血屏障是指肺泡内氧气与肺泡隔毛细血管内血液携带的二氧化碳进行气体交换所通过的结构，也是防止大气细颗粒物进入人体的核心屏障。大部分细颗粒物会被气血屏障阻挡在血液循环系统之外，但超细颗粒物仍然可以通过穿过细胞（例如，胞吞作用）或穿过肺泡上皮细胞间隙进入血液循环，进而到达全身各处。血脑屏障是人体严密的屏障之一，能够阻止某些物质（多半是有害物质）由血液进入脑组织。在人的大脑中，已经发现了外源性的磁性纳米颗粒——一种典型的大气细颗粒物组分的存在。这些主要由燃烧和交通来源排放的细小的磁性颗粒物可能与一些高发疾病之间存在潜在联系，比如认知障碍等。此外，一些大气细颗粒物还可能穿透胎盘屏障，比如，黑碳颗粒可能通过母婴传递对子宫内的胎儿构成直接的健康威胁。

▋追踪细颗粒物：探秘体内分布与代谢清除

除肺外，肺近区（如淋巴结和胸膜）和远端器官（如肝脏、心脏、肾脏、脾脏、骨髓）也是体内大气细颗粒物的潜在分布场所。通过模式颗粒暴露实验可以揭示大气细颗粒物在体内的分布规律。例如，以金纳米颗粒作为大气细颗粒物的模式颗粒对成年大鼠进行暴露，可以在许多器官和组织中发现细颗粒物的滞留，且含量顺序为（从大到小）：肝脏、脾脏、肾脏、骨、血、子宫、心脏、大脑。

大气细颗粒物被吸入呼吸道后，可以通过一些物理过程（如黏膜纤毛运动、巨噬细胞吞噬、上皮细胞内吞、间质易位、淋巴引流、血液循环和感觉神经等）清除。

▲ 大气细颗粒物在呼吸道中通过一些物理过程清除

一部分细颗粒物可通过黏膜纤毛从肺区被清除到胃肠道，最终通过粪便排出。这些巨噬细胞含有大量溶酶体，位于肺泡、器官、骨髓和一些其他组织中，可以吞噬进入全身各处的外源细颗粒物。进入体内的大气细颗粒物的代谢清除机制尚不十分明确，经肾脏和肝胆清除被认为是两个主要的清除代谢途径。大气细颗粒物可能通过一系列代谢转化后，以尿液、粪便等形式排出体外，但是仍有一部分可能会长期蓄积在体内。

▲ PM2.5 在人体中的内暴露模型

本文摘编自《大气细颗粒与人体健康》（陆达伟等编. 北京：科学出版社，2024.3）一书“第3 章 空气中的毒物？”“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-077515-3

责任编辑：朱 丽 石 珺

本书介绍了大气细颗粒物（PM2.5）与人体健康的关系。全书共有5 章：介绍了全球曾经发生的多起典型大气污染事件、PM2.5 污染与各类疾病发生发展的关系、PM2.5 在人体内的“旅程”及其引发的毒性效应、PM2.5 与人群死亡率之间的关系及室内PM2.5 的主要来源和健康风险，以及我国为改善空气质量、保障人民健康，在大气污染防治方面的举措和效果。本书适合所有关心地球环境和人类健康的人士阅读。

（本文编辑：刘四旦）

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