介绍
在过去的几十年里，中国经济的快速发展导致了大气污染物排放量的急剧增加。尽管在一系列严格的控制政策下，空气质量不断改善，但空气污染仍然是中国重要的公共卫生威胁。《全球疾病负担研究》估计，2019年，空气污染导致中国185万人死亡，其中142万人死于颗粒物(PM)。
2021年，世界卫生组织(世卫组织)修订了针对细颗粒物(空气动力直径为2.5mm的颗粒物，PM2.5)和可吸入颗粒物(空气动力直径为10mm的颗粒物，PM10)的全球空气质量准则，因为有充分证据表明，即使在极低浓度的PM也会对健康产生不利影响。据估计，与2020年PM2.5水平相比，达到世卫组织新的AQG目标，中国可避免121.5万人过早死亡。中国现行空气质量标准参照世卫组织2005年AQG中期目标制定。世卫组织新空气质量标准的发布可能会刺激中国政府考虑进行新一轮的标准修订。全面评估中国人口中空气污染对健康影响的流行病学证据，对于修订中国和其他存在明显空气质量问题的发展中国家的空气质量标准(AQS)至关重要。
在过去的十年里，空气质量问题在中国引起了广泛关注。为支持大气污染对健康影响及其毒理学机制的研究，中国政府资助了国家重点研发计划项目“大气污染成因与控制技术”和国家自然科学基金重大研究项目“细颗粒物毒理学与健康效应”等。在大量的资金支持下，近年来，关于空气污染，特别是PM对健康影响的科学证据在中国迅速增加。与早期主要以生态学为主的研究相比，近十年发表的3项研究在广度、深度和因果推理方面都具有更高的质量。及时、系统地总结这些科学证据是修订中国空气质量体系的关键，对设计未来的健康研究和全球空气质量改善项目具有参考价值。
我们的目的是对过去十年中发表的关于PM和中国人类健康的最新流行病学证据进行全面回顾。本系统综述将包括以下部分:(1)中国PM空气污染的特征;(2) PM与人类健康之间短期和长期关联的流行病学证据;(3)实验或准实验研究结果;(4)不同PM成分、来源和大小组分对健康的不同影响;(5) PM流行病学研究中发现的生物学机制;(六)修订中国空气质量体系的考虑;(7)研究结论、意义及展望。
在过去的几十年里，快速的经济发展和严格的环境保护行动推动了中国空气污染格局的巨大变化。由于主要使用煤炭发电，中国的空气污染一度以煤烟为主要特征。由于中国的快速城市化和机动车数量的增加，交通相关的空气污染(TRAP)现在很突出。因此，中国的空气污染已经逐渐转变为一个复杂的模式，其中煤烟、TRAP和二次气溶胶的重要性相似。
近十年来，中国政府实施了一系列严格的大气污染治理政策措施，如《大气污染防治行动计划(2013-2017年)》、《打赢蓝天保卫战三年行动计划(2018-2020年)》等。在这些行动之后，空气质量取得了实质性改善(图1)。
如图2所示，2013年以来，人口加权PM2.5年平均浓度开始显著下降，但仍远远超出全球平均水平。2021年，中国339个主要城市PM2.5和PM10的年平均浓度分别为30 mg/m3和54 mg/m3，略低于现行的中国空气质量标准(PM2.5为35 mg/m3, PM10为70 mg/m3)，但仍明显高于最新的世卫组织空气质量标准(PM2.5为5 mg/m3, PM10为15 mg/m3)。在中国，PM2.5导致的过早死亡和残疾调整生命年的数量持续增加，尽管与全球平均水平相比，这种增长趋势相对温和(图2)。
图2 2010-2019年中国年均人口加权PM2.5、死亡人数和归因于PM2.5的DALY与全球数据的比较(数据来源:2019年全球疾病负担研究)(DALY，残疾调整生命年)
短期健康影响通常是指持续数周内暴露引发或诱发的临床或亚临床结果的变化。在中国，已经进行了大量的时间序列、病例交叉和小组研究，研究了短期暴露于PM与各种死亡率、发病率和亚临床结果的关系。中国于2012年首次将PM2.5纳入空气质量指标，并于2013年建立了全国城市空气质量实时发布平台(http://106.37.208.233:20035/)，这为开展大型、多城市研究提供了独特的机会。这些多城市研究为PM对健康的影响提供了更可靠的证据，并在中国人群中提供了更有代表性的暴露-反应(E-R)曲线。
死亡率
死亡率是最严重和最确定的健康终点。在中国，短期PM暴露与每日死亡率的关系已被广泛调查。每日平均PM水平与每日总死亡人数之间的关系通常采用时间序列或病例交叉方法进行检验。每日PM浓度数据一般从固定站点监测站收集，每日死亡率数据从疾病控制和预防中心获得。
新兴的多城市研究表明，短期暴露于PM与自然原因和主要心肺疾病的死亡率增加显著相关。Yin等人利用中国38个最大城市(样本人口>2亿)的时间序列数据发现，同期日PM10浓度每增加10 mg/m3，日死亡率增加0.44%，对心肺疾病死亡率(0.62%)的影响大于非心肺疾病死亡率(0.26%)Sun等人利用250个县的数据进行了一项时间序列研究，报告称PM2.5重污染事件对全因、非意外、循环系统和呼吸系统疾病的每日死亡率有独立影响利用272个中国城市的最大的全国数据，Chen等人报告说，PM2.5在2天移动平均值(滞后01天)中每增加10 mg/m3，全因死亡率增加0.22%，心血管死亡率增加0.27%，呼吸系统死亡率增加0.29%。作者还观察到，在PM2.5浓度较高的情况下，E-R曲线有明显的稳定趋势。另一项针对267个中国城市的全国性时间序列研究报告称，PM2.5时间加权平均暴露每增加10毫克/立方米，死亡风险就会增加(全因死亡率0.44%，呼吸系统死亡率0.59%，心血管死亡率0.50%)该研究表明，考虑室内暴露可能有助于改善PM2$5相关死亡率的估计。中国多城市研究普遍报告，每日PM浓度每增加10 mg/m3，全因死亡率增加0.22%-0.44%，心血管死亡率增加0.27%-0.62%，呼吸系统死亡率增加0.29%-0.59%。E-R关系系数明显小于欧洲和北美报告的系数。例如，一项包括 68 项时间序列研究的荟萃分析报告称，就全因死亡率、呼吸系统死亡率和心血管死亡率而言，PM2.5 每增加 10 毫克/m3的总估计值在欧洲分别为1.23%、3.81%和2.26%，在北美分别为0.94%、1.39%和0.84%。
与关注一般人群死亡率的研究相比，中国很少有研究考察PM与儿童死亡之间的关系。最近一项包括5岁以下儿童死亡病例的全国病例交叉研究发现，短期暴露于PM2.5与所有自然原因以及早产、腹泻、肺炎和消化系统疾病等特定疾病导致的5岁以下儿童死亡率显著相关。这种关联程度比一般人群的估计要大得多，这表明儿童对PM的急性影响有明显的易感性。
发病
与死亡率相比，发病率可能更敏感地反映空气污染对健康的急性影响。有数十项时间序列或病例交叉研究检验了固定地点监测仪测量的每日PM水平与每日住院、门诊或急诊室就诊之间的短期关联。
过去的大多数研究都集中在与呼吸和心血管疾病的短期联系上。邱等人利用中国西南21个城市的时间序列数据发现，粗颗粒物每增加10 mg/m3，呼吸道疾病住院率就增加1.52%;Gu等人进行了一项时间序列研究，利用医院质量监测系统(HQMS)的电子住院出院记录的国家登记数据库，评估了252个中国城市的空气污染与每日住院人数之间的关系。作者报告说，当天PM2.5浓度每增加10毫克/立方米，呼吸道疾病的每日住院人数就会增加0.29%在使用覆盖248个中国城市的HQMS数据进行的另一项时间序列分析中，作者发现PM2.5浓度每增加10 mg/m3，当天总脑血管疾病、缺血性中风和短暂性缺血性发作的住院率分别增加0.19%、0.26%和0.26%；同样，Tian等人基于中国184个主要城市的城镇职工基本医疗保险(UEBMI)进行了一项时间序列研究，发现短期暴露于PM2.5与各种心血管疾病(cvd)住院率增加有关。PM2.5浓度每增加10 mg/m3，当天因心血管疾病(0.26%)、缺血性心脏病(0.31%)、心力衰竭(0.27%)、心律失常(0.29%)和缺血性中风(0.29%)而入院的人数增加。两项全国性时间序列研究的关联程度见图2。与2010-2019年全球数据(数据来源:2019年全球疾病负担研究)(DALY，残疾调整生命年)相比，中国年均人口加权PM2.5、死亡人数和归因于PM2.5的DALY (DALY，残疾调整生命年)具有可比性，并且在E-R关系曲线中均观察到PM2.5水平较高时的平台模式。总体而言，中国多城市研究发现，PM每增加10mg/m3，呼吸系统住院人数增加0.29%-1.52%，心血管住院人数增加0.19%-0.26%。然而，一项包括54项PM2.5与住院率的时间序列研究的荟萃分析发现，欧洲的估计更高(心血管住院率为0.91%，呼吸系统住院率为1.90%)。
PM最近与精神障碍有关，精神障碍正在成为造成疾病负担的主要因素之一。一项基于HQMS数据对252个中国城市进行的全国性时间序列研究报告称，PM2.5每增加10 mg/ m3，当天精神和行为障碍住院人数就会增加0.21%。利用城镇居民基本医疗保险数据库和城镇居民基本医疗保险数据库的数据。在75个城市进行了时间序列分析。他们发现，PM2.5每增加10毫克/立方米，抑郁症住院率就会增加0.52%。在中国26个城市的病例交叉研究中，Wang等人还报告了短期PM暴露与抑郁症住院人数之间的正相关(PM2.5和PM10的每四分位数范围(IQR)变化分别增加2.92%和3.55%)在一项使用UEBMI和URBMI数据库中56个城市数据的时间序列研究中，Ma等人发现，因焦虑而入院的每日人数与PM2.5只有轻微的显著相关
此外，其他健康疾病也与短期PM暴露有关。这些疾病包括来自内分泌、营养、代谢、神经、消化、肌肉骨骼或泌尿生殖系统的疾病。
亚临床变化可早于死亡或发病事件的出现，因此它们对短期PM暴露更敏感。这种类型的证据非常有助于pmm相关疾病的早期预防，以及建立pmm与死亡率和发病率之间观察到的关联的生物学合理性。许多观察性研究，主要是小组研究，已经证明短期PM暴露与广泛的亚临床结果的变化有显著关联，包括健康成人、老年人、儿童、心肺疾病患者的生物标本中的分数呼出一氧化氮、肺功能、血压、心率变异性(HRV)、肾功能和各种生物标志物。此外，一些短期干预研究表明，通过个人防护措施(空气净化器和微粒过滤呼吸器)或改善空气质量的行动来减少空气污染暴露，可以帮助减轻由PM暴露引起的各种亚临床效应。这些发现存在明显的异质性，可能是由于研究设计、空气污染混合物的特征、人群易感性、样本量、暴露评估、结果测量(如实验室测试)、统计模型和协变量调整等方面存在巨大差异。
总之，大量的流行病学研究提供了基本一致的证据，证明短期PM暴露与多种疾病(尤其是心肺系统疾病)的死亡率和发病率风险增加之间存在关联(图3)。E-R关系曲线在浓度较低时趋于陡峭，在PM浓度较高时趋于稳定，没有明显的阈值。在脆弱人群中，这种关联的程度似乎更大，但在中国，这种关联程度略低于发达国家。 尽管对亚临床效应的研究普遍存在异质性，但它们仍然为短期暴露于可吸入颗粒物的危害效应的一致性和生物学合理性提供了证据。中国和其他国家在风险估计上的差异可能归因于几个方面的差异。首先，中国的PM浓度是发达国家的几倍，并且在PM浓度较高时E-R曲线趋于平稳。其次，决定PM毒性的成分和来源在中国和其他国家之间也有所不同。例如，中国的颗粒在地壳物质、粉尘和煤炭燃烧成分中含量较高，这可能导致毒性相对低于发达国家主要来自交通的颗粒。第三，与发达国家相比，中国的年龄结构相对年轻，这可能会进一步降低人群对PM暴露的易感性。
长期联系
长期关联是指暴露在辐射中对健康造成的持续数月至数十年的慢性影响。PM浓度通常是通过暴露模型来估计的。PM的长期影响通常通过横断面研究或队列研究来评估。尽管横断面研究报告了年度PM暴露与多种不良健康结果的关联，但这些发现可能受到因果推断的限制。而队列研究可以为长期暴露对健康的影响提供可靠的流行病学证据，为修订AQS和开展健康风险评估提供依据。在北美和欧洲进行的数十项队列研究表明，长期接触相对低浓度的PM会对健康产生不利影响。然而，尚不确定在发达国家发现的这些关联是否适用于中国，因为中国的PM浓度比在北美和欧洲观察到的浓度高出数倍。
死亡率
近十年来，中国出现了几项前瞻性队列研究，并报道了长期暴露于PM2.5与各种原因或一系列心肺疾病的死亡率之间的显著关联。2017年，Yin等人在全国范围内对40岁及以上的中国男性进行了前瞻性队列研究，评估了长期暴露于PM2.5对死亡风险的影响在中国男性队列中，PM2.5每增加10 mg/m3死亡率的风险比(HR)在非意外原因中为1.09，心血管疾病为1.09，慢性阻塞性肺疾病(COPD)为1.12，肺癌为1.12。本研究观察到PM2.5与死亡结果之间的非线性关系，浓度越高风险越大。基于中国动脉粥样硬化性心血管疾病风险预测(China- par)项目的另一个前瞻性队列也获得了类似的估计。在近11.7万名年龄在18岁以上的参与者中，中国-par项目观察到，PM2.5每增加10mg/m3，非意外死亡率(HR:1.11)、心脏代谢死亡率(HR:1.22)、41和心血管疾病死亡率(HR:1.16)的风险就会增加该队列显示弱指数E-R曲线，PM2.5浓度越高，斜率越陡。基于对65岁及以上成年人的中国纵向健康寿命调查(CLHLS)，另一项全国前瞻性队列研究估计，PM2.5平均3年暴露量每增加10 mg/m3，导致全因死亡率增加(HR:1.08)，且浓度较低时E-R曲线更陡除了上述全国范围的前瞻性研究外，在中国特定地区进行的一些队列研究发现，PM2.5与全因死亡率、中风、癌症、肾衰竭等死亡率存在显著关联。总的来说，所有这些队列研究都获得了中国长期PM2.5暴露对死亡率影响的相对可比较的估计(PM2.5每增加10mg/m3，全因死亡率约增加10%)。而且估计也与发达国家的报告相当。
尽管许多横断面研究发现了PM与中国特定疾病患病率之间的长期关联，但有限数量的中国队列研究探索了长期PM暴露对发病率的影响。
长期暴露于PM2.5已被证明与呼吸系统和心血管疾病的风险增加有关。一些横断面研究表明PM2.5与慢性呼吸系统疾病的患病率呈正相关，特别是copd。据我们所知，中国大陆没有队列研究评估PM2.5对呼吸系统疾病发病率的长期影响。基于中国-par项目的队列研究报告，PM2.5每增加10 mg/m3，心血管疾病(HR: 1.25)、冠心病(HR: 1.43)、中风(HR: 1.13)的发病率风险增加。另一项使用中国家庭小组研究(CFPS)数据的队列研究也表明，心血管疾病风险增加与长期PM2.5暴露相关，PM2.5每增加1 IQR (27.9 mg/m3)的风险比为1.29。
癌症发病率的增加，特别是肺癌，也被发现与PM有关。Guo等人利用中国国家癌症登记处75个社区的肺癌发病率数据(N=368,762)进行了前瞻性分析，发现2年平均PM2.5浓度每增加10 mg/m3，男性肺癌发病率的相对风险为1.06，女性为1.15通过在2013年至2016年中国UEBMI受益人中随机抽取5%的样本，从12,966,137名保险受益人中共发现16,483例新发肺癌病例。利用这些数据，Zhang等人观察到，在3年的PM2.5暴露中，每增加10 mg/m3，肺癌风险就会增加12%Li等人利用ChinaPAR项目发现，暴露于PM2.5浓度第二至第五分位数的参与者患肺癌的风险明显高于暴露于PM2.5浓度第一分位数的参与者。
PM2.5已被发现会增加代谢综合征的发病风险，如糖尿病、肥胖、高血压和血脂异常。基于中国par项目的队列研究表明，长期PM2.5暴露每增加10 mg/m3，糖尿病增加15.66%，超重/肥胖增加13.5%，高血压增加11.0%中国的一些横断面研究也支持代谢综合征患病率与长期暴露于PM2.5之间的正相关关。
来自病例对照研究、横断面研究和队列研究(如出生队列)的越来越多的证据表明，长期暴露于PM2.5可能损害孕产妇、生殖和儿童健康，并增加多种不良出生结局的风险。中国的几项研究将PM2.5与生殖力下降和男性精液质量下降联系起来。一些妊娠期疾病，如高血压和糖尿病也被观察到与PM2.5有关。此外，据报道，产前PM2.5暴露会导致各种不良出生结果，包括早产，低出生体重，胎儿生长受限，胎膜早破，先天性心脏缺陷，甚至死产。此外，据报道，在怀孕或生命早期接触PM2.5会影响儿童在童年时期的健康状况，包括增加呼吸系统疾病的风险，超重或肥胖，自闭症和神经发育损伤。
亚临床结果。一些横断面和纵向研究已经将长期暴露于PM与一些亚临床结果联系起来，包括肺功能降低，血压升高，动脉僵硬度增加，肾功能降低，认知功能低下，血糖和血脂水平升高，胰岛素抵抗恶化，血小板计数升高等等。特别是，最近的一项研究将PM2.5暴露与多层次的大脑网络功能障碍联系起来，表现出较差的推理和解决问题的能力，以及更高的特质焦虑/抑郁。
总之，有足够的证据支持长期PM暴露与许多疾病的死亡率和发病率增加之间的关联(图3)。全国前瞻性队列研究的结果表明，长期PM2.5暴露每增加10 mg/ m3，全因死亡率增加约10%。与北美和欧洲进行的队列研究报告的水平大致相当。长期PM暴露对亚临床指标的不利影响为队列研究中观察到的死亡率和发病率的增加提供了一些生物学上的合理性。
实验或准实验研究
与观察性研究相比，干预研究是推断因果关系的最佳设计之一，因为干预研究有明确的暴露和事件的时间顺序，可以更好地控制混杂因素。在过去十年中，在人口水平上进行了几项准实验研究，评估了由于清洁空气政策或奥运会等大型活动而减少空气污染对健康的好处。此外，在个人水平上进行了一些随机交叉试验，以评估使用室内空气净化、戴口罩和服用膳食补充剂对空气污染的潜在保护作用。 这些干预研究的结果对于推断空气污染与各种健康结果之间的因果关系以及评估减少暴露措施的有效性非常有价值。
准实验研究
自2013年以来，中国颁布了一系列严格的清洁空气政策，包括CAP(2013-2017)，每年的空气质量都有了显著改善。在北京奥运会和南京青奥会等重大活动期间，为了暂时改善空气质量，采取了积极的空气污染控制行动。2003年，健康影响研究所提供了一个"问责链"的概念框架，描述了管制行动如何影响排放、污染物浓度、受试者接触和人类健康,中国的这些政策和事件为开展“问责”研究提供了独特的机会，可以评估受这些政策影响的人群是否获得了健康福利。
随着CAP的实施，中国PM2.5年平均浓度从2013年的67.4 mg/m3大幅下降到2017年的45.5 mg/m3。Xue等人利用CAP与中国健康与退休纵向研究(CHARLS)的重叠期，在150个县级地区的2万名中老年人中进行了一项准实验研究。2013年至2017年，CHARLS项目分别在2011年(CAP前)、2013年和2015年(CAP后)进行了三波调查。采用差异中的差异方法，作者发现PM2.5的减少与抑郁症风险的降低、血脂水平的改善、血脂异常风险的降低以及医疗支出的减少存在显著关联另一项基于CLHLS的准实验研究在2014年和2018年的2812名60岁及以上的参与者中进行。在本研究中，23个省份中有18个设定了从2014年起每年至少减少5%的PM目标，而其余5个省份没有设定PM减排目标。Yao等人发现，生活在有PM减少目标地区的人的认知功能下降幅度明显小于那些没有PM减少目标地区的人。
在2008年北京奥运会期间，中国政府实施了严格的措施来减少空气污染排放，导致PM2.5在奥运期间与非奥运期间相比减少了31%，PM10减少了35%利用准实验条件，一些流行病学研究评估了减少空气污染对健康的潜在益处。Su等人发现，2008年奥运会期间空气质量的改善导致北京心血管疾病死亡风险的降低。Rich等人利用出生登记处(83,672名足月产妇)的数据发现，与2007年和2009年同期的孕妇相比，2008年奥运会期间妊娠第8个月空气污染的短期减少与较高的出生体重有关。Rich等人观察到，从奥运前期到奥运期间，可溶性p选择素和c反应蛋白水平显著改善，从奥运期间到奥运后，收缩压和p选择素水平升高在同一研究人群中，Huang等人观察到，从奥运会前到奥运会期间，呼吸炎症、呼吸和全身氧化应激的生物标志物大幅下降，而从奥运会期间到奥运会后，这些生物标志物的增加幅度更大据报道，奥运会期间较低的空气污染水平还与儿童全身氧化应激和呼吸道炎症水平降低有关。
2014年南京青奥会是评估短暂空气质量改善对健康益处的又一个机会。Li等人对31名健康成年人进行了一项准实验研究，观察到一些全身炎症生物标志物从奥运前到奥运期间显著下降，而从奥运期间到奥运后则显著上升。
利用地区间不同的空气污染水平，对迁移对健康的影响进行了调查。Lin等人对26名在洛杉矶和北京之间旅行的大学生进行了一项基于生物标志物的准实验研究。102研究人员发现，当参与者从洛杉矶到北京旅行时，六种脂质过氧化生物标志物和两种炎症生物标志物的循环水平增加，抗氧化活性降低。这些促炎和亲氧化生物标志物的变化在参与者返回洛杉矶后被逆转。在健康志愿者自然搬迁研究中，选取41名从郊区校园搬迁到城市校园的大学生，对搬迁前后的健康指标进行了反复检查。研究人员发现，PM2.5与肺功能下降、血压升高、某些炎症生物标志物升高有关。
个性化干预研究
除了政府减少空气污染物排放的努力外，个性化的缓解措施也有助于减少接触微粒并减轻其有害影响。几项干预研究探讨了使用空气净化器、口罩和膳食补充剂对健康的短期益处。这些试验采用随机对照设计，也揭示了涉及颗粒物对健康影响的生物过程。
使用高效微粒空气净化器似乎是一种很有前途的工具，可以减少个人接触PM，因为人们通常大部分时间都在室内度过。几项随机、双盲、交叉研究表明，通过空气净化降低室内PM浓度可能有益于健康。在上海市35名健康大学生中，Chen等研究发现，使用空气净化设备2天，PM2.5暴露量可减少57%(从96.2毫克/立方米降至41.3毫克/立方米)。这种干预与血压、气道炎症、炎症和血栓形成生物标志物循环水平的显著降低以及重复元件和促炎症、凝血和血管收缩基因中DNA甲基化的增加有关。在另一项针对55名健康的上海大学生的试验中，PM2.5在真实和虚假净化下的9天平均暴露水平分别为24.3和53.1 mg/m3。在本试验中，Li等人发现在PM暴露较低的个体中，血压、激素、胰岛素抵抗、氧化应激和炎症水平显著降低。代谢组学分析进一步显示，葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和脂质在组间存在显著差异，并提示PM暴露可激活下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)和交感神经-肾上腺-髓质轴较高的PM2.5还与炎症和血管收缩相关的蛋白质或mRNA表达增加以及调节相应蛋白质或mRNA表达的mirna减少有关基于同一试验的全表观基因组关联分析也显示了注释基因甲基化水平的改变，这与PM2.5暴露的潜在病理生理途径有关其他几项干预研究评估了老年人使用空气净化器对健康的影响。例如，在一项包括重庆一家老年护理中心24名健康居民的试验中，发现使用48小时空气过滤与炎症和凝血的生物标志物显著降低有关然而，在北京对35名不吸烟的老年人进行为期2周的干预后，研究人员没有观察到大多数心肺功能，包括肺功能，血压和HRV.1的改善。
作为一种简单实用的减少个人暴露于空气污染，特别是室外空气污染的干预措施，颗粒过滤口罩或呼吸器已被报道可以减轻空气污染对中国健康年轻人和心血管疾病患者的有害影响。例如，在上海24名健康年轻人的随机交叉试验中，Shi等人发现，佩戴颗粒过滤式呼吸器48小时与血压降低和心率升高相关。在北京的另一项针对40名健康青年的试验中，在地铁中佩戴呼吸器4小时与大多数HRV参数升高、ST段抬高和心率降低相关在一项涉及98名冠心病患者的更大规模试验中，langish等人发现，在北京市中心路线步行2小时时，使用高效口罩可以减少自我报告的症状，改善心血管指标，包括减少最大ST段抑郁、降低平均动脉压和提高hrv。在一项涉及15名健康年轻人的试验中，他们在北京一条繁忙的交通道路上步行2小时。结果表明，戴口罩可以减少气道炎症。
氧化应激被广泛认为是空气污染引起的不良健康影响的主要途径之一，因此从生物学上讲，膳食中补充抗氧化剂可以减轻空气污染的有害影响。在一项针对上海65名健康大学生的随机、双盲、安慰剂对照试验中，鱼油补充剂通过减轻pm2.5介导的全身炎症、凝血、内皮功能、氧化应激和神经内分泌应激反应而可能对心血管健康有益，同时通过减轻pm2.5介导的皮肤炎症和氧化应激而可能对皮肤健康有益114另一项随机、双盲、安慰剂对照试验在北京118名血压升高的成年人中进行，通过在繁忙的道路上散步2小时来评估l-精氨酸补充剂的保护作用。结果提示，补充l -精氨酸可降低空气污染对血压和血小板mtDNA甲基化的不良影响。
综上所述，中国现有的研究提供了强有力的证据，表明个性化干预行为和空气污染减排政策对一系列健康结果的短期有利变化。然而，很少有实验或准实验研究评估长期健康益处(特别是临床事件)。因此，报告的这些有利的分子或亚临床变化是否可以转化为临床益处(例如，降低死亡率和发病率)仍有待确定。
颗粒物质成分、来源和大小分数对健康的不同影响
大多数关于PM的流行病学研究侧重于总质量浓度对健康的影响。然而，PM的毒性是由化学成分、来源和大小分数相关的特征决定的。确定具有重大毒性和健康影响的物理化学特征，对于进行准确的健康风险评估、制定有针对性的空气质量管理战略和制定本地化的公共卫生应对措施非常重要。
PM2.5是由复杂的化学成分组成的混合物，包括有机碳、无机碳、无机离子和金属或非金属元素，每种元素可能相互独立或相互作用。由于这些成分与特定来源密切相关，因此了解各种成分的相对重要性对于识别更有害的来源具有重要意义。中国的一些流行病学研究试图确定造成pm2.5相关健康影响的关键成分。乔等人利用上海健康保险局的数据进行了一项时间序列研究，报告了有机碳和元素碳与每日急诊室就诊有很强的相关性。Wu等人在一项针对北京40名大学生的小组研究中发现，短期暴露于碳质组分、某些离子和金属与血压升高密切相关，某些金属成分可能导致肺功能受损，内皮功能循环生物标志物改变和氧化应激在一项针对上海30名COPD患者的小组研究中，Chen等人发现有机碳、元素碳、硝酸盐和铵与气道炎症增加和编码基因DNA甲基化降低显著相关一些队列研究也报告了特定成分的长期影响。例如，在一项对中国161个区县90672名成年人的前瞻性分析中，黑碳、有机质、硝酸盐、铵和硫酸盐的心血管疾病及其亚型死亡率明显高于PM2.5总质量，而土壤粉尘的风险没有增加另一项包含14331名成年人(CFPS)的全国队列研究表明，黑碳、硝酸盐、铵和硫酸盐是长期暴露于PM2.5与心血管疾病和高血压发病率增加之间的主要关联He等人使用了来自中国336个城市的3723169例活产单胎出生队列的数据，发现有机碳和黑碳与更高的早产风险有关虽然结果并不总是一致的，但过渡金属、碳质组分、硝酸盐和硫酸盐可能是造成PM不利影响的原因，这表明来自化石燃料燃烧的来源可能是造成不利健康影响的主要因素。
粒径分数是确定颗粒物对健康影响的另一个重要特征。假设较小尺寸的PM具有更高的毒性，因为这些颗粒具有更大的表面积，更高的反应性，并且更有可能深入呼吸系统。此外，纳米级颗粒甚至可能在吸入后被吸收到血液中。与PM2.5和PM10不同，较小尺寸的颗粒不是标准污染物，由于缺乏环境监测数据，通常不会对其健康影响进行调查。作为PM2.5的主要来源(中国PM2.5的80%以上)，PM1(空气动力学直径%1 mm的颗粒物)最近被报道与各种不良后果有关，包括心血管发病率和死亡率，高血压，哮喘症状，代谢综合征，自闭症，75和早产研究进一步发现，PM1对健康的影响独立于其他空气污染物，可能比PM2.5更有害。PM还含有大量的纳米级颗粒，例如<0.1mm的颗粒(即超细颗粒[ufp])。虽然这些颗粒在PM2.5中只占很小的质量部分，但它们在数量浓度中所占的比例最大。最近在中国大城市进行的时间序列或小组研究的证据表明，短期暴露于ufp与一系列心肺疾病或其生物标志物有关。中国的一些研究进一步表明，超细颗粒物的有害影响不依赖于其他空气污染物，而且比大颗粒物更强。世卫组织于2021年首次提供了ufp的定性说明，但由于流行病学证据不足，没有得出ufp的特定AQG。
总之，尽管越来越多的流行病学研究评估了中国特定成分和尺寸分离颗粒与各种健康结果的关系，但对于具有主要健康危害的具体化学成分或尺寸范围尚未达成共识。更好地了解各种颗粒来源对健康的潜在不同影响，对于制定更有针对性的政策以减少空气污染物排放具有重要价值。然而，缺乏流行病学证据将不同颗粒来源与不良健康后果直接联系起来。
基于人类的生物机制研究综述
基于人类的机械证据对于推断因果关系是有价值的，因为它提供了生物学上的合理性。这也有助于识别早期效应的生物标志物和关键的生理病理途径，可能用于pm相关疾病的预防和干预。在中国，大量的观察、实验和准实验研究广泛探索了不同亚群中pm相关效应的生物学机制。与氧化应激、炎症反应、内皮功能障碍、血栓形成和凝血和表观遗传变化相关的生物标志物经常被报道与PM暴露的变化相关(图4)。这些生物标志物大多在短期暴露的研究中进行了检测，这仍需要通过前瞻性队列研究来证实。尽管这些生物标志物或提出的途径在文献中并不新颖，但中国的分子流行病学研究结果在高度污染的背景下重复了机制证据。
图4 中国分子流行病学研究中提出的颗粒物空气污染对健康影响的生物学途径ROS，活性氧;下丘脑-垂体-肾上腺轴;SAM，交感-肾上腺-髓质轴。
随着高通量技术的发展，国内新兴研究利用基因组学、表观基因组学、转录组学、代谢组学、脂质组学和微生物组学等组学手段研究PM的生物学机制。组学分析允许对潜在的生物学机制进行无假设的评估，这有助于发现新的生物学途径和生物标志物。例如，在 Li 等人对55名健康大学生进行的随机、双盲、交叉试验中，代谢组学分析确定了一系列新陈代谢变化，表明短期暴露于PM2.5后 HPA 轴和交感-肾上腺-髓质轴被激活。这项新发现为了解PM2.5对健康的影响提供了新的机理证据。其他单组学分析揭示了广谱生物分子的变化，揭示了空气污染引发的一些生物途径。然而，很少有研究使用多组学方法探讨空气污染引起的系统性改变。在TRAP的随机交叉试验中，同时结合转录组学、蛋白质组学、代谢组学和脂质组学，绘制了短期暴露于TRAP后基因表达、蛋白质、代谢物和脂质的变化。作者发现，暴露于TRAP后，数十种调节途径被激活，包括一些众所周知的与空气污染相关的途径，如炎症、氧化应激、凝血、内皮素-1信号传导、肾素-血管紧张素信号传导和脂质代谢，以及某些新的途径，如生长激素信号传导、肾上腺髓质素信号传导、花生四烯酸代谢和血管平滑肌细胞增殖。
值得注意的是，中国现有的大多数机制证据来自于在现实环境中进行的观察性研究或干预研究，这在一定程度上可能会受到残留混淆的影响。此外，几乎所有的机制研究都集中在PM的短期效应上，而对PM的长期效应的研究很少。需要更多的对照暴露试验和前瞻性队列研究来阐明潜在健康影响的生物学机制。鼓励采用多组学方法，特别是通过中介或“中间相遇”分析，更全面地了解PM诱导的全身反应中的全局分子变化及其因果关系。还需要进行多次交叉验证，以提高研究结果的可靠性和可重复性。
修订中国空气质量标准的考虑
空气质量指标是空气质量管理的基石。在中国，定期更新空气质量体系是生态环境部的责任。中国现行的AQS (GB 3095-2012)于2012年发布，并于2018年进行了部分修订。是否以及何时开始新一轮的标准修订已经提上了生态环境部的议程。世卫组织新AQG的发布不可避免地引发了更多的讨论。正如世界卫生组织建议的那样，包括中国在内的世界各国政府可以根据当地的技术能力、经济能力、空气质量管理政策以及其他政治和社会因素，以不同的方式使用空气质量指标。
有关空气污染对健康影响的科学证据，是制定/修订空气质量指标的基石。在更新中国的空气质量指标时，应充分考虑空气污染与健康之间关系的最新科学，并特别强调中国的流行病学数据。在修订质量体系的过程中，对E-R关系的最佳现有证据进行广泛评估是必不可少的。一些因素，如人口特征、气候、空气污染水平和来源，可能会改变E-R关系。例如，在中国人口中观察到的急性健康风险，按污染量计算，比在发达国家发现的风险要小一些。因此，在修订中国AQS时，本地证据尤为重要。
与此同时，仅仅根据流行病学证据修改中国的AQS可能会发现，预期的标准在实践中是无法实现的。面对空气污染水平相对较高的现实和经济快速发展的需求，使用中期目标来设定中国主要空气污染物的AQS可能是可行的。鉴于中国各地区空气污染水平和E-R关系的巨大差异，应鼓励采用区域性空气质量指标。此外，中国空气质量体系的发展还应考虑环境正义和社会公平问题。例如，中国人口正在迅速老龄化，因此中国的AQS不仅应该保护普通人群，还应该保护弱势群体，如慢性病患者(如呼吸系统或心血管疾病)和老年人。然而，为了在理想的目标值和中国的实际可行性之间取得平衡，还需要进行更深入的研究和讨论。
结论、意义和未来展望
在过去十年中，关于空气微粒污染与人类健康的流行病学研究在中国不断增加，包括大型、多城市研究、前瞻性队列研究、实验和准实验研究以及分子流行病学研究。这些研究提供了令人信服的证据，表明空气微粒污染与广泛的不利健康影响有关，特别是对心肺系统(表1，图形摘要)。根据对近十年来在中国开展的流行病学研究的综合回顾，我们可以得出以下结论:具体而言，(1)短期和长期PM暴露会增加死亡率和发病率风险，但没有明显的阈值;(2)中国与死亡率的长期关联程度与发达国家相当，而短期关联程度明显小于发达国家;(3)政府的清洁空气政策和个性化缓解措施在保护公众和个人健康方面可能有效，但需要使用死亡率或发病率结果加以证实;(4)粒径范围较小的颗粒和来自化石燃料燃烧的颗粒似乎显示出较大的相对健康风险;(5)分子流行病学研究为PM危害效应的生物学合理性和机制提供了证据。
表1 中国细颗粒物空气污染对健康影响的流行病学证据综述
这些发现对政策制定和进一步调查具有影响。首先，PM2.5的不良影响似乎没有可辨的“安全”阈值，这表明中国空气质量持续改善的必要性。其次，E-R相关性因地理区域而异，提示在未来的AQS修订、风险评估、疾病负担估算和政策制定中应考虑当地的具体情况。第三，患有慢性疾病(如呼吸系统或心血管疾病)的人、儿童和老年人易受PM的影响。这一发现对保护敏感人群和探索易感性背后的机制具有重要意义。最后，PM似乎对各种人体系统产生不利影响，这加强了对PM影响的疾病谱的理解。未来有必要进行流行病学和毒理学研究以进一步阐明它们之间的因果关系。
虽然PM对健康的不良影响在中国已经有了很好的记录，但在基于人体的研究中仍有几个问题或挑战有待解决，特别是为了更有力的因果关系推断。首先，队列研究是推断因果关系的最佳设计之一，因为它可以观察到从长期空气污染暴露到不良健康结果发生率的自然过程。来自队列研究的证据在AQS的制定和健康风险或疾病负担的评估中起着至关重要的作用。尽管在发达国家进行的大量队列研究报告了长期PM暴露的各种危害，但这些关联是否也适用于中国仍不确定。尽管中国最近的一些前瞻性队列研究已经研究了PM暴露对总死亡率和心肺死亡率或发病率的长期影响，但仍然缺乏来自队列研究的证据来检查全系列疾病引起的死亡率和发病率。其次，还需要评估清洁空气政策的长期健康效益的问责研究和减少个人接触的干预研究，以澄清空气污染的终止效应。应用差中差方法和随机交叉设计已被证明可以进一步改善因果关系。第三，受控接触人体试验对于确定空气污染对健康不利影响的生物学原因特别有用。第四，基于人类的特定粒径范围、化学成分和来源的证据仍然是初步的，基于大规模前瞻性队列和使用更先进的统计方法的调查特别有帮助。第五，外界PM或其成分如何进入人体，诱导系统生物学功能，并最终导致疾病，缺乏明确的认识，特别是从暴露学的角度。最后，应鼓励提高暴露评估的更精细时空分辨率，特别是个人暴露测量或建模，以提高与健康结果的估计关联的精度。
2019冠状病毒病(COVID-19)大流行已成为全球重大卫生危机。PM2.5可能不仅是一个重要的载体，促进病毒在空气中的持续存在，而且还可能降低免疫反应，增加病毒感染的易感性。 最近的流行病学研究表明，短期和长期暴露于PM2.5与COVID-19的传播和致死率增加有关。然而，这些流行病学研究受到明显的限制，可能潜在地掩盖了真正的关联。这些限制主要包括设计中的生态或横断面性质，以及无法控制导致COVID-19传播和致死率的一些关键因素(例如社会人口统计学特征、控制政策、人口密度和医疗保健系统能力)。另一方面，虽然封锁期间的空气质量有所改善，并对随后的健康益处进行了评估，但在流行病学研究中很少审查这些关联。因此，细颗粒物空气污染与COVID-19大流行之间的相互作用值得进一步调查，以更好地应对这两大紧迫的公共卫生危机。
气候变化被广泛认为是全球最大的公共卫生挑战。排放温室气体的来源也可以产生空气污染物，它们可以与空气污染相互作用，造成健康影响。因此，减缓气候变化政策也可通过减少空气污染而带来健康方面的协同效益。作为最大的二氧化碳排放国，中国在2020年9月宣布了雄心勃勃的气候承诺，即到2030年达到碳峰值，到2060年实现碳中和。雄心勃勃的“双碳”目标是改善中国空气质量的强大推动力。据估计，如果中国在2060年实现碳中和目标，PM2.5的年平均水平(2021年为30 mg/m3)将降至约8 mg/m3，非常接近世卫组织新的AQG目标(5 mg/m3)，约78%的中国人口的年平均PM2.5水平将低于10 mg/m3。旨在减少化石燃料消耗的空气质量改善行动也将促进低碳发展。实现碳中和和减少空气污染反过来将带来相当大的健康附带效益。因此，应同时考虑空气质量、气候变化和健康影响，以最大限度地提高公共卫生效益。
