北京不同污染天氣PM2.5和PM10染毒對(duì)大鼠生理病理參數(shù)的影響

程志斌，劉艷菊,*，亓學(xué)奎，李俊芳，單云芳，鐘震宇，楊崢，張婷婷，王欣欣

1. 北京麋鹿生態(tài)實(shí)驗(yàn)中心，北京 100076 2. 北京市理化分析測(cè)試中心，北京 100089

大氣污染是全球面臨的緊迫環(huán)境問題，近年來我國北方城市經(jīng)常遭受‘塵暴’和重‘霾’等極端大氣污染天氣侵?jǐn)_[1-4]。大量流行病學(xué)調(diào)查和毒理實(shí)驗(yàn)研究[5-8]表明，短期和長(zhǎng)期暴露于大氣顆粒物將會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，能增加哮喘、慢阻肺和肺癌等呼吸系統(tǒng)疾病和心血管疾病的發(fā)病率。細(xì)胞離體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)[9]表明，大氣細(xì)顆粒物具有細(xì)胞毒性作用，不僅會(huì)增加人肺泡巨噬細(xì)胞和支氣管上皮細(xì)胞的白介素6(IL-6)、白介素8(IL-8)、腫瘤壞死因子(TNF-α)和人白介素1β(IL-1β)等細(xì)胞炎癥因子的分泌[10]，損傷人和其他哺乳動(dòng)物的DNA[11-12]，而且還可增強(qiáng)人肺癌A549細(xì)胞的遷移、侵襲能力[13]。

動(dòng)物的生理生化指標(biāo)是判斷動(dòng)物健康狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，也是病理學(xué)、毒理學(xué)研究的重要參考[14]。目前，涉及大氣顆粒物危害評(píng)價(jià)的動(dòng)物體內(nèi)染毒實(shí)驗(yàn)已有呼吸系統(tǒng)[15-18]、心血管系統(tǒng)[19-20]、生殖系統(tǒng)[21]等方面的大量報(bào)道，主要側(cè)重研究同一來源或同一地區(qū)大氣顆粒物對(duì)動(dòng)物呼吸系統(tǒng)造成的傷害[22-23]，然而關(guān)于不同天氣大氣顆粒物對(duì)動(dòng)物體內(nèi)染毒危害評(píng)價(jià)鮮有報(bào)道。此外，越來越多的證據(jù)[24-26]表明，不同來源和成分不同的大氣顆粒物會(huì)不同程度地影響人體健康，為此本研究采集北京南郊地區(qū)一公園在清潔、霧霾和沙塵暴3種天氣下的可吸入顆粒物(PM10)和細(xì)顆粒物(PM2.5)，通過急性染毒實(shí)驗(yàn)研究不同天氣情況下其對(duì)大鼠血常規(guī)和呼吸系統(tǒng)的影響，同時(shí)對(duì)顆粒物中的水溶性陰陽離子(Ions)、有機(jī)碳/元素碳 (OC/WC)、16種多環(huán)芳烴 (PAHs)和7種重金屬等元素進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)各組分與大鼠生理病理指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行了分析，旨在揭示機(jī)體暴露于不同類型重污染天氣時(shí)所面臨的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。

1 材料與方法 (Materials and methods)

1.1 主要儀器與試劑耗材

主要儀器包括：中流量顆粒物采樣器(嶗應(yīng)2030，青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所)、離子色譜儀(ICS 2000，美國Dionex公司)、元素碳/有機(jī)碳分析儀(DRI Model 2001A，美國Atmoslytic公司)、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 (7500CE，美國安捷倫公司)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(7890A-5977C，美國安捷倫公司)、全自動(dòng)動(dòng)物血液細(xì)胞分析儀(邁瑞B(yǎng)C-2800Vet)、全自動(dòng)生化儀(東芝120)、721型可見光分光光度計(jì)、放射免疫儀(西安核儀器廠XH6080)、光吸收酶標(biāo)儀(瑞士帝肯Tecan Sunrise)、分析天平(德國Sartorius，CP 225D，感量為0.01 mg)、超聲震蕩儀、離心機(jī)、冷凍真空干燥、-80 ℃低溫冰箱、徠卡切片機(jī)。

主要試劑耗材包括：石英濾膜(英國Whatman公司，直徑90 cm)、總蛋白(TP)試劑盒(雙縮脲法)(北京北檢·新創(chuàng)源生物技術(shù)有限公司)、乳酸脫氫酶(LDH)測(cè)定試劑盒(乳酸法)(北京北檢.新創(chuàng)源生物技術(shù)有限公司)、總抗氧化能力(T-AOC)試劑盒(可見光法)(南京建成生物工程研究所)、碘[125I] IL- 6放射免疫分析試劑盒(北京北方生物技術(shù)研究所)、TNF-α放射免疫分析試劑盒(北京北方生物技術(shù)研究所)、大鼠(rat)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)ELISA檢測(cè)試劑盒(CK-E00078R)。

1.2 大氣顆粒物樣品采集與化學(xué)成分測(cè)定

1.2.1 樣品采集

采樣地點(diǎn)為北京市東南郊區(qū)的北京南海子麋鹿苑(116.4584 °E、39.7759 °N)，位于北京市大興區(qū)南苑至廊坊公路東側(cè)鹿圈鄉(xiāng)三海子，距北京城區(qū)14 km，占地64 公頃，處在面積為11.65 km2的北京四大郊野公園之一的南海子公園的正中央。2015年3月29日(沙塵暴天氣)、4月17日(霧霾天氣)、4月21日(清潔天)在北京南海子麋鹿苑科普樓頂(樓高6 m)，使用中流量顆粒物采樣器，以100 L·min-1的流速分別采集24 h，獲得PM10和PM2.5樣本，每次均分別使用3臺(tái)采樣器以取得3個(gè)平行樣。參照文獻(xiàn)[27-28]，采樣前后濾膜進(jìn)行預(yù)處理并用萬分之一天平稱重，獲得PM10和PM2.5的質(zhì)量濃度，3個(gè)平行樣誤差小于5%，其中一個(gè)用于化學(xué)成分分析，一個(gè)用于急性染毒實(shí)驗(yàn)，一個(gè)作為備份。-20 ℃避光保存。

1.2.2 化學(xué)成分的測(cè)定

取清潔、霧霾和沙塵暴3種天氣的PM2.5和PM10濾膜各1張以分析測(cè)試化學(xué)成分。參考Liu

1.3 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及染毒1.3.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

采用北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供(合格證號(hào)：11400700122773)的64只雄性7周齡SPF級(jí)Wistar大鼠，體重(200±20) g。實(shí)驗(yàn)在北京實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心SPF鼠房進(jìn)行，大鼠實(shí)驗(yàn)前適應(yīng)性飼養(yǎng)1周。

1.3.2 染毒試劑的制備

取清潔、霧霾和沙塵暴3種天氣的PM10和PM2.5濾膜各1張用于急性染毒實(shí)驗(yàn)。參照李峰和石輝(2014)[30]洗脫P(yáng)M濾膜上顆粒物，把濾膜分割為1 cm×1 cm，放入裝有20 mL生理鹽水的50 mL的PVC離心管中，超聲震蕩(功率80%/500 W，溫度20 ℃，工作頻率40 Hz)30 min共4次以洗脫顆粒物，振蕩液用6層無菌紗布過濾，為不改變?nèi)芙庠谏睇}水中的化學(xué)物質(zhì)毒性，保留了所有過濾后的液體，采用真空冷凍干燥濃縮后用生理鹽水定容于10 mL容量瓶，即每張濾膜上的顆粒物配制成10 mL的染毒試劑，染毒試劑濃度為每毫升洗脫液的顆粒物質(zhì)量(假定濾膜上所有顆粒物均被洗脫)，-80 ℃低溫冰箱保存?zhèn)溆?，顆粒物及染毒溶液濃度見表1。為保證顆粒物的實(shí)際毒性效果，顆粒物未做消毒滅菌處理。

表1 顆粒物濃度、染毒組別及大鼠染毒劑量Table 1 PM concentration, group classification and injected dose

1.3.3 氣管滴注染毒

將動(dòng)物隨機(jī)分為8 組，每組8 只。設(shè)對(duì)照組2 個(gè)，即空白組(Blank group，Bl)和生理鹽水組(Normal saline group，NS)；PM10和PM2.5各設(shè)3個(gè)，即清潔天組(Clean weather group, CW)、霧霾組(Haze weather group, HW)和沙塵暴組(Dust storm weather group, DS)。染毒前，顆粒物懸液超聲振蕩5 min以使其均勻。大鼠用乙醚麻醉后，取仰位固定于染塵架上，用灌胃針進(jìn)行非暴露式氣管內(nèi)注入法進(jìn)行滴注實(shí)驗(yàn)[31]，染毒組每只鼠滴注0.2 mL的對(duì)應(yīng)PM濃度的染毒劑，相當(dāng)于1 mL·kg-1鼠，空白組不滴注，生理鹽水組滴注0.2 mL的0.9 %的生理鹽水。染毒劑量濃度范圍為0.742 mg·kg-1～5.34 mg·kg-1(見表1)，屬于以往研究如鄧芙蓉等(2009)[32]，李峰和石輝[33]設(shè)計(jì)的較低劑量濃度范圍。

1.4 動(dòng)物樣本制備及各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定1.4.1 動(dòng)物血液的制備及血細(xì)胞分析

采用眼眶取血法采集約1 mL血，用中國深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司生產(chǎn)的BC-2800Vet型全自動(dòng)動(dòng)物血液細(xì)胞分析儀分析18個(gè)血常規(guī)指標(biāo)(表2)。

1.4.2 肺泡灌洗液(BALF)制備及氧化炎癥因子測(cè)試

每組取6只大鼠進(jìn)行肺泡灌洗。采血后打開胸腔以暴露氣管和肺組織，對(duì)全肺做肺泡灌洗，把3 mL生理鹽水緩慢注入肺內(nèi)，同時(shí)輕輕按摩胸壁，3 s后緩慢抽出灌洗液，以3 000 r·min-1在4 ℃下離心，上清液分裝后-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

采用雙抗體夾心法測(cè)定TGF-β1，乳酸底物法測(cè)定LDH，可見光法測(cè)定T-AOC，放射免疫法測(cè)定IL-6和TNF-α，詳細(xì)參考程志斌等[34]的研究。

1.4.3 肺和氣管組織病理切片制備、染色和觀察

每組取采血后的2只大鼠，采集同一部位的肺和氣管組織，制作病理切片，采用HE染色，獲得肺和氣管組織病理切片，之后在高倍顯微鏡下觀察拍照。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

用Excel和SPSS 17.0軟件計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，對(duì)各組之間的差異性進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，方差齊性采用LSD檢驗(yàn)，方差非齊性采用Dunnett’s T3檢驗(yàn)，并繪制柱狀圖(平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤)，用皮爾森(Pearson)相關(guān)性(雙尾檢驗(yàn))分析所有PM化學(xué)成分與大鼠所有生理和病理參數(shù)相關(guān)性。

2 結(jié)果(Results)

2.1 3種天氣的大氣顆粒物濃度及其各化學(xué)成分急性染毒劑量

清潔、霧霾和沙塵暴天氣PM10的質(zhì)量濃度分別為157 μg·m-3、262 μg·m-3和330 μg·m-3，PM2.5的質(zhì)量濃度分別為50.0 μg·m-3、102 μg·m-3和133 μg·m-3(表1)。

2.2 不同污染天氣顆粒物急性染毒對(duì)雄性大鼠血液生理指標(biāo)的影響

空白組和生理鹽水組雄性大鼠的幾乎所有血常規(guī)指標(biāo)均無顯著差異(表2)，認(rèn)為注射溶劑生理鹽水對(duì)血常規(guī)帶來的影響可以忽略，后面只比較染毒組與生理鹽水對(duì)照組大鼠血常規(guī)指標(biāo)的變化。

PM10顆粒物染毒實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，與生理鹽水對(duì)照組相比，清潔天組和沙塵暴組大鼠血液中的白細(xì)胞數(shù)、淋巴細(xì)胞數(shù)目及中性粒細(xì)胞數(shù)目顯著下降(P<0.05)，而霧霾組各指標(biāo)的水平較對(duì)照組均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。此外，與生理鹽水對(duì)照組相比，沙塵暴組的血小板數(shù)目有較大程度升高，清潔天組的血小板數(shù)目和霧霾組的中間細(xì)胞百分比也有一定程度的升高，但統(tǒng)計(jì)學(xué)意義均不顯著。霧霾組和清潔天組的白細(xì)胞數(shù)、淋巴細(xì)胞數(shù)以及霧霾組的血紅蛋白有一定程度的降低，但與生理鹽水對(duì)照組相比，也無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

圖1 不同污染天氣每千克大鼠染毒顆粒物的化學(xué)成分含量注：DS PM10，沙塵暴PM10-5.34 mg·mL-1；HW PM10，霧霾PM10-3.77 mg·mL-1；CW PM10，清潔天PM10-2.29 mg·mL-1；DS PM2.5，沙塵暴PM2.5-1.81 mg·mL-1；HW PM2.5，霧霾PM2.5-1.46 mg·mL-1；CW PM2.5，清潔天PM2.5-0.74 mg·mL-1。Fig. 1 Injected PM chemical dose per kg rat under different polluted weathersNotes：DS PM10, dust storm PM10-5.34 mg·mL-1; HW PM10, haze weather PM10-3.77 mg·mL-1; CW PM10, clean weather PM10-2.29 mg·mL-1; DS PM2.5, dust storm PM2.5-1.81 mg·mL-1; HW PM2.5, haze weather PM2.5-1.46 mg·mL-1; CW PM2.5, clean weather PM2.5-0.74 mg·mL-1.

PM2.5顆粒物染毒實(shí)驗(yàn)表明，與生理鹽水對(duì)照組相比，統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著下降的參數(shù)包括霧霾組的白細(xì)胞數(shù)、淋巴細(xì)胞數(shù)目、中間細(xì)胞數(shù)目和中性粒細(xì)胞數(shù)目，沙塵暴組的中性粒細(xì)胞數(shù)目，以及清潔天組的血紅蛋白和中性粒細(xì)胞數(shù)目。另外，與生理鹽水對(duì)照組相比統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著差異，但均值有較大程度降低的參數(shù)包括清潔天組的白細(xì)胞數(shù)、淋巴細(xì)胞數(shù)目、血紅蛋白和血小板數(shù)目及霧霾組的血紅蛋白數(shù)目；均值有一定程度降低的參數(shù)包括沙塵暴組的白細(xì)胞數(shù)和淋巴細(xì)胞數(shù)目。

2.3 不同污染天氣PM急性染毒對(duì)雄性大鼠BALF氧化炎癥因子的影響

結(jié)果表明，除TGF-β1外，空白組和生理鹽水組雄性大鼠的BALF氧化炎癥因子均無顯著差異(圖2)，認(rèn)為注射溶劑生理鹽水對(duì)除TGF-β1之外的BALF氧化炎癥因子帶來的影響可以忽略，為了扣除生理鹽水的效應(yīng)，后面分析只比較染毒組與生理鹽水對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

PM10染毒實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與生理鹽水對(duì)照組的氧化炎癥因子相比，統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著升高的有清潔天組的和沙塵暴組的TGF-β1，這2組的其他參數(shù)和霧霾組所有參數(shù)均無顯著變化；另外，與生理鹽水對(duì)照組相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但均值較大程度升高的有清潔天組的和沙塵暴組的IL-6、LDH、TNF-α，均值一定程度升高的有霧霾組的IL-6和LDH，而霧霾組的TGF-β1基本無變化。染毒組之間比較表明，清潔天組的TNF-α顯著高于霧霾組的。

PM2.5染毒實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與生理鹽水對(duì)照組相比，統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著升高的有清潔天組的T-AOC含量，清潔天組的其他參數(shù)和另外兩組的所有參數(shù)均無顯著變化；另外，與生理鹽水對(duì)照組相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但均值較大程度升高的有沙塵暴組的IL-6和霧霾組的LDH，均值一定程度升高的有清潔天組的IL-6和霧霾組的IL-6，其他參數(shù)均值變化不大。染毒組之間比較發(fā)現(xiàn)，沙塵暴組大鼠BALF的IL-6和TGF-β1的平均分泌水平明顯高于霧霾組的和清潔組的，無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.4 不同天氣顆粒物急性染毒對(duì)雄性大鼠肺、氣管組織病理變化的影響

病理組織觀察發(fā)現(xiàn)，空白組的大鼠肺泡細(xì)胞正常；生理鹽水組的大鼠肺泡細(xì)胞輕微充血、肺泡壁增厚，肺泡細(xì)支氣管粘膜細(xì)胞輕微脫落。各染毒組均表現(xiàn)為肺泡組織充血，肺泡壁增厚，肺泡細(xì)支氣管粘膜細(xì)胞嚴(yán)重脫落。另外，PM2.5各染毒組大鼠的肺泡組織充血比PM10染毒的嚴(yán)重，且沙塵暴PM2.5染毒組肺泡壁增厚最為嚴(yán)重(圖3)。

醫(yī)院黨支部工作信息化建設(shè)離不開人才的支撐。當(dāng)前，醫(yī)院黨建工作人才缺乏主要表現(xiàn)在：一是專職人才缺乏。無論公立醫(yī)院還是私立醫(yī)院，醫(yī)院專職黨務(wù)工作者配置不齊，黨建工作任務(wù)重，大多數(shù)醫(yī)院的黨務(wù)工作者兼職臨床科室負(fù)責(zé)人。二是復(fù)合型人才缺乏。“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展要求醫(yī)院黨支部建設(shè)必須順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”搞活黨支部工作，需要黨務(wù)工作者不僅具有專業(yè)知識(shí)，還要熟練懂得互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，但受專業(yè)能力、業(yè)務(wù)技能、思維意識(shí)等因素的限制，這樣的人才十分匱乏。

病理組織觀察還發(fā)現(xiàn)，空白組和生理鹽水組的大鼠氣管粘膜及其與氣管軟骨之間的間質(zhì)細(xì)胞均正常；而各染毒組的氣管粘膜均出現(xiàn)不同程度的脫落，且氣管粘膜與氣管軟骨之間的間質(zhì)細(xì)胞死亡、融合較多，PM10與PM2.5各染毒組的損傷程度接近(圖4)。

圖2 不同天氣顆粒物染毒后雄性大鼠BALF氧化炎癥因子的變化注：DS PM10，沙塵暴PM10-5.34 mg·mL-1；HW PM10，霧霾PM10-3.77 mg·mL-1；CW PM10，清潔天PM10-2.29 mg·mL-1；DS PM2.5，沙塵暴PM2.5-1.81 mg·mL-1；HW PM2.5，霧霾PM2.5-1.46 mg·mL-1；CW PM2.5，清潔天PM2.5-0.74 mg·mL-1；Bl，空白組；NS，生理鹽水組。不具有相同上標(biāo)字母的不同處理的同類顆粒物的同一參數(shù)間具有顯著差異(P<0.05)。Fig. 2 BALF inflammatory factor variation of male rats after acute exposure to PM10 and PM2.5 in different weathersNote: DS PM10, dust storm PM10-5.34 mg·mL-1; HW PM10, haze weather PM10-3.77 mg·mL-1; CW PM10, clean weather PM10-2.29 mg·mL-1; DS PM2.5, dust storm PM2.5-1.81 mg·mL-1; HW PM2.5, haze weather PM2.5-1.46 mg·mL-1; CW PM2.5, clean weather PM2.5-0.74 mg·mL-1; Bl, blank; NS, normal saline.There is significant difference for the same parameter of same type PM between different treats without same uppercase letter (P <0.05).

圖3 不同天氣PM10、PM2.5急性染毒后雄性大鼠肺組織的病理變化HE染色圖(10×10倍)注：A，空白組；B，生理鹽水組；C，PM10清潔天組；D，PM10霧霾組；E，PM10沙塵暴組；F，PM2.5清潔天組；G，PM2.5霧霾組；H，PM2.5沙塵暴組。a，肺泡組織充血；b，肺泡壁增厚；c，肺泡細(xì)支氣管粘膜細(xì)胞脫落。Fig. 3 HE stain of pathological changes in male rats lung tissue after acute exposure to PM10 and PM2.5 in different weathers (10×10)Note: A, blank group; B, normal saline group; C, PM10 clean weather group; D, PM10 haze weather group; E, PM10 dust storm group; F, PM2.5 clean weather group; G, PM2.5 haze weather group; H, PM2.5 dust storm weather group. a, alveolar congestion; b, thickening of alveolar walls; c, exfoliation of alveolar bronchiole mucosal cells.

圖4 不同天氣PM10、PM2.5急性染毒后雄性大鼠氣管組織的病理變化HE染色圖(10×10 倍)注：A，空白組；B，生理鹽水組； C，PM10清潔天組；D，PM10霧霾組；E，PM10沙塵暴組； F，PM2.5清潔天組；G，PM2.5霧霾組；H，PM2.5沙塵暴組。a，氣管粘膜脫落；b，間質(zhì)細(xì)胞死亡、融合。Fig. 4 HE stain of pathological changes in male rats trachea after acute exposure to PM10 and PM2.5in different weathers (10×10) Note: A, blank group; B, normal saline group; C, PM10 clean weather group; D, PM10 haze weather group; E, PM10 dust storm weather group; F, PM2.5 clean weather group; G, PM2.5 haze weather group; H, PM2.5 dust storm weather group.a, exfoliation of tracheal mucosal cells; b, death and fusion of interstitial cell.

2.5 顆粒物化學(xué)成分與大鼠生理病理參數(shù)的相關(guān)性分析

3 討論(Discussion)

3.1 不同污染天氣PM濃度比較及染毒劑使用情況

環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[35]所規(guī)定的24 h的PM10和PM2.5濃度均值的二級(jí)濃度限值分別為150 μg·m-3和75 μg·m-3。清潔天PM10的質(zhì)量濃度高出限值5%，PM2.5的質(zhì)量濃度達(dá)標(biāo)；霧霾天PM10的質(zhì)量濃度高出限值74.7 %，PM2.5的高出36.0 %；沙塵暴天PM10的質(zhì)量濃度高出限值120%，PM2.5的高出77.3%。

PM2.5的化學(xué)成分中，沙塵暴和霧霾2種天氣條件下化學(xué)成分的濃度普遍高于清潔天，與國際城市的研究結(jié)論類似，如新加坡霧霾天氣PM2.5的平均濃度以及大多數(shù)化學(xué)成分都較清潔天增加2倍[40]；馬來西亞吉隆坡霧霾天氣空氣多環(huán)芳烴中苯并芘等顯著增加[41]。我國渾善達(dá)克沙地氣溶膠研究表明，隨著沙塵濃度增大，PM2.5中的化學(xué)元素質(zhì)量濃度和普遍增大[42]。

大氣顆粒物PM10和PM2.5染毒劑的配制是把每日采集的PM按同一稀釋比例配制，相當(dāng)于每千克體重大鼠肺部一次性吸入14.4 m3的大氣顆粒物，且染毒實(shí)驗(yàn)在同一條件下進(jìn)行，基本能反映3種天氣條件下大氣顆粒物毒理效應(yīng)的不同。按照每只大鼠體重200 g，呼吸頻率85.5(66～114) 次·min-1，潮氣量即每次吸入和呼出的氣體量0.86(0.6～1.25) mL計(jì)算，則每只200 g大鼠24 h可吸入0.105883 m3的空氣，即染毒顆粒物劑量相當(dāng)于大鼠肺部一次吸入27.1 d正常呼吸情況下可吸入的大氣顆粒物量。

3.2 影響大鼠血液生理指標(biāo)變化的PM毒理因素分析

表3 顆粒物化學(xué)成分與大鼠生理病理參數(shù)相關(guān)性Table 3 The Pearson correlation between PM components and physiological & pathological parameters of male rats

注：*表示差異性顯著P<0.05，** 表示差異性顯著P<0.01。Note: Significance probability, *P<0.05， **P<0.01.

與PM10染毒處理后不同，與生理鹽水對(duì)照組相比，霧霾組PM2.5染毒后大鼠血液中白細(xì)胞系的大部分關(guān)鍵參數(shù)均顯著下降，血紅蛋白有較大程度降低，表明大鼠機(jī)體均受到了感染，免疫力顯著下降，較PM10染毒后嚴(yán)重，可能與其顆粒物粒徑較小、相對(duì)作用面積較大有關(guān)。沙塵暴組PM2.5染毒的大鼠血液中僅中性粒細(xì)胞數(shù)目顯著下降，白細(xì)胞數(shù)及淋巴細(xì)胞數(shù)目有一定程度的降低，表明大鼠機(jī)體均受到了感染，免疫力下降，但不及PM10染毒后突出，可能與其化學(xué)成分的種類及濃度低于PM10的有關(guān)。而清潔天組PM2.5染毒后大鼠血液中的中性粒細(xì)胞數(shù)目及血紅蛋白顯著下降，同時(shí)白細(xì)胞數(shù)、淋巴細(xì)胞數(shù)目和血小板數(shù)目也有較大程度降低，表現(xiàn)出一定的感染風(fēng)險(xiǎn)，可能是清潔天氣PM2.5中含有較高濃度的菲發(fā)揮了一定作用，抑或其他化學(xué)成分，雖濃度相對(duì)污染天氣較低，但對(duì)機(jī)體損傷的累積效應(yīng)也不可忽視。

3.3 不同污染天氣PM染毒對(duì)大鼠BALF氧化炎癥因子的毒理因素分析

大量的研究表明，不同污染天氣下，大氣顆粒物及其有毒化學(xué)成分的含量存在差異，導(dǎo)致對(duì)動(dòng)物和人體健康的危害也不同[44-46]。肺泡巨噬細(xì)胞受吞噬進(jìn)入肺部的顆粒物刺激，釋放出一系列細(xì)胞因子和前炎癥因子，導(dǎo)致炎癥發(fā)生。

TGF-β1是致肺纖維化的關(guān)鍵性細(xì)胞因子，又可誘導(dǎo)大量炎性細(xì)胞趨化[47]，發(fā)揮其在呼吸道感染的炎癥反應(yīng)中的抑制性調(diào)節(jié)作用，增強(qiáng)呼吸道感染的免疫調(diào)節(jié)功能。TNF-α是激活炎癥介質(zhì)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的主要初級(jí)炎癥介質(zhì)，可促進(jìn)凝血及誘導(dǎo)其他炎癥細(xì)胞因子的分泌增加而引起肺組織損傷[48-49]。IL-6、LDH均是細(xì)胞的炎癥反應(yīng)的指示參數(shù)。PM10染毒實(shí)驗(yàn)表明，與生理鹽水對(duì)照組比較，沙塵暴組和清潔組PM10染毒后大鼠BALF的TGF-β1顯著升高，以及炎癥因子IL-6、LDH、TNF-α較大程度升高，表明這2種天氣的PM10染毒后導(dǎo)致大鼠肺部炎癥，沙塵暴天氣高質(zhì)量濃度的PM10攜帶了較高濃度的多種化學(xué)組分的交互作用可能是產(chǎn)生原因。而清潔天氣PM10雖然質(zhì)量濃度基本達(dá)標(biāo)，但其含有某些較高濃度的化學(xué)物質(zhì)如EC和菲也可能是原因所在，有研究表明，菲有著與致癌多環(huán)芳烴類似的區(qū)域結(jié)構(gòu)K-region和Bay-region，且菲對(duì)人體的呼吸道和皮膚有毒害作用[50]。與生理鹽水對(duì)照組相比，霧霾組的IL-6和LDH有一定程度升高但不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能意味著一定的感染風(fēng)險(xiǎn)。染毒組之間結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，清潔天組的TNF-α顯著高于霧霾組的，可能與清潔天較高濃度特殊化學(xué)組分有關(guān)，有研究認(rèn)為，北京霧霾過后的清潔天條件下細(xì)菌、真菌氣溶膠濃度高于霧霾天的[51]，附著在顆粒物上直接吸入肺中影響人體健康[52-53]，具體原因仍需進(jìn)一步研究。

另外，與生理鹽水對(duì)照組相比，清潔天組PM2.5染毒顯著提高了大鼠BALF中的T-AOC水平，反映了大鼠機(jī)體體系中的大小分子和酶總和的水平升高，可能與積極抵抗大鼠急性炎癥的出現(xiàn)有關(guān)。有研究表明，質(zhì)量濃度為2.21 mg·kg-1、8.82 mg·kg-1和7.5 mg·kg-1的PM2.5急性染毒會(huì)顯著降低大鼠BALF的T-AOC，對(duì)肺組織細(xì)胞造成一定氧化應(yīng)激損傷[60-61]，而本次實(shí)驗(yàn)清潔天組染毒試劑PM2.5的濃度僅為0.74 mg·kg-1，可能是大鼠仍處于積極應(yīng)對(duì)外界環(huán)境變化狀態(tài)的內(nèi)在原因。

3.4 不同污染天氣PM染毒對(duì)大鼠肺、氣管組織造成的病理變化原因

與空白對(duì)照組相比，生理鹽水染毒對(duì)大鼠肺和氣管組織有輕微傷害。但沙塵暴、霧霾和清潔3種天氣下PM10和PM2.5急性染毒后大鼠的肺組織和氣管比生理鹽水組表現(xiàn)出的炎癥病變更為明顯，且同一類型天氣情況下，PM2.5比PM10急性染毒造成的大鼠肺組織充血和肺組織增生更嚴(yán)重。張偉等[60]在研究冬季北京市源于交通污染的大氣顆粒物染毒后(染毒劑量濃度為7.5 mg·kg-1)對(duì)雄性Wistar大鼠肺組織影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)，隨著顆粒物粒徑的減小肺組織炎癥程度增加，原因可能在于PM2.5表面積相對(duì)較大，可以吸附大量有毒有害物質(zhì)，通過呼吸沉積在肺泡，且顆粒物粒徑越小，進(jìn)入人體呼吸道部位就越深，甚至可以通過血液循環(huán)到達(dá)其他器官，引起呼吸、心血管、免疫等系統(tǒng)的損害[62-64]。

致謝：軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所林本成博士對(duì)實(shí)驗(yàn)方法提供了指導(dǎo)，北京實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心李亮在實(shí)驗(yàn)鼠的飼養(yǎng)中給予了幫助，文中英文由英國伯明翰大學(xué)Jianxin Yin 博士幫忙修改，在此一并表示感謝。