【正文】 ：城市可吸入顆粒物的組成非常復(fù)雜，富集了大量重金屬元素、酸性非金屬化合物、有害的有機(jī)物（如 PAHs、 PCBs、有機(jī)氯農(nóng)藥等）（魏復(fù)盛 , 2021） [5]，直接危害著人們的身體健康。由于在城市中不同的時(shí)間和空間中存在著不同污染源，因此大氣中可吸入顆粒物存在著時(shí)空變化。金屬元素可代表不同的污染來(lái)源，如 Sb, Cd, Pb, Cr, Zn可能來(lái)自于垃圾的焚燒，燃油的標(biāo)志元素則是 V和 Ni。而有機(jī)成分的正構(gòu)烷烴主要是來(lái)自于生物質(zhì)和化石燃料的不完全燃燒。因此研究哈爾濱市可吸入顆粒物的有害金屬元素的時(shí)空分布規(guī)律，對(duì)進(jìn)行全面地評(píng)價(jià)大氣環(huán)境質(zhì)量、制訂大氣污染控制措施都具有重要的意義。 （ 6）可吸入顆粒物的健康效應(yīng)評(píng)價(jià)及其與有害金屬元素、主要微觀形貌參數(shù)的相關(guān)關(guān)系研究：國(guó)內(nèi)外眾多流行病學(xué)的研究證明 [8] [11]，可吸入顆粒物濃度水平的升高可導(dǎo)致死亡率的急劇增加，如 1930年比利時(shí)的 Meuse Valley和 1952年的倫敦?zé)熿F 事件。 近幾年來(lái)雖然 國(guó)內(nèi)外 加強(qiáng)了可吸入顆粒物對(duì)健康的負(fù)面效應(yīng)科學(xué)證據(jù)的工作，但是可吸入顆粒物對(duì)人體健康的損傷機(jī)理尚不清楚（魏復(fù)盛 , 2021） [5]。國(guó)內(nèi)外的專家通過(guò)研究提出了各種假說(shuō)，但目前最為流行的一種假說(shuō)是顆粒物中的金屬元素催化氧化細(xì)胞，從而導(dǎo)致人體細(xì)胞發(fā)生病變而損傷人體組織。 本研究對(duì)哈爾濱市不同季節(jié)，市區(qū)和背景區(qū)的大氣可吸入顆粒物進(jìn)行氧化性損傷評(píng)價(jià)，并將其與樣品中的 質(zhì)量濃度 和顆粒物的微觀參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析， 為了 進(jìn)一步研究 ， 尋求導(dǎo)致顆粒物對(duì)人體細(xì)胞氧化性損傷的機(jī)理，從而為決策部門制訂污染防治措施提供 可靠的依據(jù)和切實(shí)保護(hù)人群的健康，達(dá)到 社會(huì)和諧 發(fā)展的目的。 本研究擬通過(guò)對(duì)哈爾濱市可吸入顆粒物 物理化學(xué)特征 研究，找出哈爾濱市大氣顆粒物組成的時(shí)空變化，主要使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（ FESEM）對(duì) PM10和 ，找出其變化規(guī)律，并對(duì)礦物學(xué)組成及粒度分布進(jìn)行研究，找出污染來(lái)源 ；其中以上 （ 5） 、 （ 6） 兩個(gè)方面是以后所要研究的內(nèi)容，本次的研究可以為以后的研究提供足夠的數(shù)據(jù)。 為環(huán)保部門在哈爾濱市制訂有效地控制可吸入顆粒物的污染提供決策依據(jù)，同時(shí)可為其 它 城市的可吸入顆粒物的綜合評(píng)價(jià)，主要是健康影響評(píng)價(jià)提 供一套行之有效的方法和手段。 2. 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 大氣可吸入顆粒物的危害 可吸入顆粒物污染已成為城市空氣污染的主要指標(biāo)，嚴(yán)重地危害著人們的日常生產(chǎn)、生活和身體健康?？晌腩w粒物的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）可吸入顆粒物的最大危害是對(duì)人體健康的影響 。 （ 2）引起空氣能見(jiàn)度的降低，給人們的日常出行和交通安全帶來(lái)不便。國(guó)外的諸多研究表明，能見(jiàn)度同 ，對(duì)北京市空氣能見(jiàn)度的影響研究得到相同結(jié)論，并發(fā)現(xiàn)顆粒物的消光作用在北京市能見(jiàn)度下降中占有主要地位，與細(xì)粒子的關(guān)系更為 密切；顆粒物引起能見(jiàn)度降低的另一個(gè)原因是，可吸入顆粒物可以作為凝結(jié)核，吸收空氣中的水分形成霧而影響能見(jiàn)度。 （ 3）長(zhǎng)距離輸送，引起大區(qū)域污染。因可吸入顆粒物粒徑較小，且在空氣中保留的時(shí)間較長(zhǎng)，因此可以進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送，從而引起區(qū)域性污染。 （ 4） 可吸入顆粒物的表面可作為大氣化學(xué)反應(yīng)的界面，可發(fā)生大量的大氣化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生對(duì)人體具極大危害的污染物，如硫酸煙霧、自由基等。 （ 5）可吸入顆粒物是許多病毒、細(xì)菌傳播的載體，成為多種疾病的傳播途徑。 （ 6）還可對(duì)建筑物、自然景觀、生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生影響。 可吸入顆粒物不僅嚴(yán)重 地危害著人們的生活環(huán)境，更直接危害著人們的身體健康，這是可吸入顆粒物最致命的危害，因此可吸入顆粒物對(duì)人體健康的影響成為國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)與熱點(diǎn)問(wèn)題。據(jù)世界衛(wèi)生組織（ WHO）估計(jì)，全球每年有將近 300萬(wàn)人死于大氣污染相關(guān)疾病，約占全球死亡總數(shù)的 5%（ WHO, 2021）?？晌腩w粒物可引發(fā)各種疾病的發(fā)生，增加發(fā)病率、住院率和死亡率，尤其是呼吸系統(tǒng)疾病及心肺疾病，還可縮短人的正常壽命。 哈佛等六城市研究證實(shí)，生活在低濃度大氣顆粒物環(huán)境中的居民要比高濃度城市居民的平均壽命長(zhǎng)兩年 。目前已有大量流行病學(xué)調(diào)查研究證實(shí)了可吸 入顆粒物的濃度與發(fā)病率、住院率和死亡率之間存在著正相關(guān)關(guān)系（ Chang 等 , 2021。 Pope, 1995） [3] [4]，大量的動(dòng)物體內(nèi)、外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了可吸入顆粒物的遺傳毒性和非遺傳毒性。下面從流行病學(xué)和毒理學(xué)兩個(gè)方面綜述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和存在問(wèn)題。 諸多流行病學(xué)研究結(jié)果證實(shí)，大氣可吸入顆粒物與許多健康效應(yīng)直接或間接相關(guān)，可以對(duì)人體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、免疫功能產(chǎn)生一定的危害，造成肺功能下降、心肺疾病門診量的增加和死亡率的升高，還可引起心率變率（ HRV）下降，這與心臟病患者 和正常人群的死亡率存在相關(guān)性。美國(guó)的一項(xiàng)研究顯示大氣中 PM10濃度每上升 10μg/m3，兒童哮喘的就診率隨之增加 3%～ 6%。哈佛六城市流行病學(xué)調(diào)查研究結(jié)果： 10μg/m3，由此引起的肺炎死亡率增加 4%，慢性障礙性肺疾病增加3%，缺血性心臟病增加 2%。而公眾焦點(diǎn)集中的肺炎死亡率，只有 6%是由自然原因引起的，而 16%是由 PM引起的死亡；缺血性心臟病 32%是由自然原因引起的，而 44%是由 PM引起的。并且證實(shí) PM10同心血管病和呼吸系統(tǒng)疾病的死亡率有關(guān)， PM10濃度每增加 10μg/m3，心血管病和呼 吸系統(tǒng)疾病的死亡率會(huì)提高 %。在 “ 哈佛六城市的研究 ” 中， 10μg/m3，由此引起的肺炎死亡率增加 4%，慢性阻塞性肺病增加 3%，而缺血性心臟病增加 2%。美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)癌癥防治研究（ Pope 等 , 1995）[4]對(duì) 1202100個(gè)成年人進(jìn)行研究，也得到了相同的結(jié)論，并根據(jù)中國(guó)流行病學(xué)中死亡率、住院率和慢性呼吸癥狀與疾病的研究結(jié)果，認(rèn)為大氣中 PM10 的質(zhì)量濃度每增加 1μg/m3，由急性病、心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病引起的死亡率增加 %、 %和 %，而由這三種疾病引起 的住院率分別增加 %、%、 %。而根據(jù)問(wèn)卷抽查的結(jié)果表明，長(zhǎng)時(shí)間暴露于 PM10中，其質(zhì)量濃度每增加 1μg/m3，所引起成人和兒童患慢性呼吸系統(tǒng)疾病的幾率分別增加 %和 %。 Pope 等（ Pope 等 , 1995） [4]對(duì)美國(guó)于 1979至 2021年間死亡的 500000 人的數(shù)據(jù)研究證實(shí)， 10μg/m3，所有疾病的死亡率每年增加 6%，而心肺疾病死亡率增加 9%。流行病學(xué)的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)表明，嚴(yán)重的空氣污染不僅對(duì)呼吸系統(tǒng)有影響，還可增加心血管疾病的發(fā)病率和死亡率，事實(shí)上在城 市空氣污染事件中，與肺疾病相比，更多的人死于心血管疾病（ Pope 等 , 1995） [4]。 目前，文獻(xiàn)中對(duì)于大氣顆粒物的毒理學(xué)主要機(jī)制與引起肺炎的顆粒物成分之間的關(guān)系仍存在著矛盾。識(shí)別和研究細(xì)顆粒物中那些最初引起肺部疾病的有毒成分已成為毒理學(xué)和流行病學(xué)研究的目的，為 當(dāng)前流行病學(xué)研究中提供了許多細(xì)顆粒物物理和化學(xué)成分的測(cè)定結(jié)果，包括顆粒物的質(zhì)量濃度、粒徑大小、數(shù)量和硫酸鹽、硝酸鹽、有機(jī)碳、元素碳和金屬離子的濃度。基于此，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者根據(jù)對(duì)不同類型的顆粒物和顆粒物中的不同成分，提出了幾種不同的假說(shuō)，主要包括以物 理特征為基礎(chǔ)的假說(shuō)、有害有機(jī)成分假說(shuō)、酸性氣溶膠假說(shuō)、生物質(zhì)成分假說(shuō)、氧化性損傷假說(shuō)等。但沒(méi)有一種假說(shuō)可以很好地解釋大氣顆粒物對(duì)人體損傷的健康效應(yīng)。 1．物理特征假說(shuō) 大氣顆粒物的物理特征包括質(zhì)量、粒子數(shù)目、粒徑大小和表面積。細(xì)顆粒物尤其是超細(xì)顆粒物具有大的表面積，其表面攜帶的化學(xué)元素與肺胞作用的機(jī)會(huì)就會(huì)增大。而透過(guò)上皮細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞間隙的超細(xì)顆粒物可與巨噬細(xì)胞和其它免疫細(xì)胞進(jìn)行反應(yīng)，很可能發(fā)生肺部炎癥，繼而導(dǎo)致潛在疾病的發(fā)生。研究表明，小于 。大氣顆粒物可能在很短的 時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致炎癥的發(fā)生，而超細(xì)顆粒物因具有大的表面積可以更容易導(dǎo)致炎癥的發(fā)生（ Donaldson 等 , 1998） [2]。大量研究證明，顆粒物粒徑越小，它對(duì)人體的損傷能力越大。在 PM數(shù)量中占很大比重的細(xì)顆粒物，比大顆粒具有更大的損傷性，因?yàn)榧?xì)顆粒物更容易保留在肺的間隙細(xì)胞，其表面更易與細(xì)胞作用。一些流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，超細(xì)顆粒物的健康效應(yīng)與其數(shù)量有更好的相關(guān)性，但臨床研究表明，超細(xì)顆粒物的表面屬性化學(xué)成分可能是引起其毒性的重要因素。 2． 有害有機(jī)物假說(shuō) 大氣顆粒物中含有多種有機(jī)物質(zhì)，其中許多是 “ 三致 ” 物質(zhì)，嚴(yán)重 地威脅著人類健康。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)大氣顆粒物中的有機(jī)成分進(jìn)行提取，并對(duì)其毒性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。表明 具有更大的細(xì)胞毒性。顆粒物中的有機(jī)成分也可以參與氧化性損傷。 3． 生物質(zhì)假說(shuō) (內(nèi)毒素假說(shuō) ) 生物質(zhì)假說(shuō)即是認(rèn)為顆粒物中的生物質(zhì)成分如孢粉、細(xì)菌、病毒等是導(dǎo)致人體健康損傷的原因。呼吸含內(nèi)毒素顆粒物可導(dǎo)致呼吸疾病的發(fā)生。生物質(zhì)特征可能包括對(duì)某一生物質(zhì)成分，如細(xì)菌內(nèi)霉素的免疫學(xué)反應(yīng)，內(nèi)毒素已被證實(shí)在某些工作中可導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病其它的生物氣溶膠還包括過(guò)敏原，如與居室灰塵、蟑螂和 動(dòng)物皮屑等相關(guān)的抗原等。但它們?cè)诃h(huán)境疾病中所起的作用受到了質(zhì)疑。 4． 酸性氣溶膠假說(shuō) 酸性氣溶假說(shuō)認(rèn)為氣溶膠的酸堿度可對(duì)人體健康產(chǎn)生影響， 20 世紀(jì)七八十年代的研究表明，在強(qiáng)酸性硫酸氣溶膠的環(huán)境下，人或動(dòng)物的肺功能將受到嚴(yán)重影響。這些疾病的發(fā)生同環(huán)境中強(qiáng)酸性顆粒物的存在有著直接的關(guān)系，硫酸鹽只是構(gòu)成顆粒物酸度 H+的一種組分，構(gòu)成顆粒物酸度的還有其它水溶性組分如硝酸鹽、銨鹽、氯化物、水溶性有機(jī)酸等，直接對(duì)人體健康造成影響的應(yīng)該是顆粒物的酸度。然而，當(dāng)人或動(dòng)物暴露在弱酸性的硫酸銨氣溶膠環(huán)境下，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)。 美國(guó)和加拿大 24社區(qū)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)顆粒物中年平均強(qiáng)酸性每增加 52nmol/m3 會(huì)導(dǎo)致用力肺活量（ FVC）和第 1 秒用力肺活量（ FEV1）分別下降 %和 %，對(duì)應(yīng)于強(qiáng)酸性范圍的低功能相對(duì)危險(xiǎn)度為 。這份研究結(jié)果指出長(zhǎng)期暴露于顆粒物強(qiáng)酸性下會(huì)對(duì)兒童的肺功能增長(zhǎng)、發(fā)育和功能都造成不利的影響。但近幾年很少有學(xué)者將顆粒物對(duì)健康的影響機(jī)制集中在酸性氣溶膠假說(shuō)上。 5． 氧化性損傷假說(shuō) 隨著大氣顆粒物毒理機(jī)制研究的增多，氧化性損傷假說(shuō)得到認(rèn)可，即認(rèn)為顆粒物中成分，如金屬元素、半醌和超細(xì)顆粒物可對(duì)細(xì)胞直接進(jìn)行氧化 性損傷，也可通過(guò)催化氧化空氣中的氧氣或其它成分而產(chǎn)生活性氧（ ROS）或自由基，這一機(jī)制可能是顆粒物導(dǎo)致肺損傷的主要原因。氧化性損傷可導(dǎo)致 DNA損傷，引起細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生蛋白質(zhì)。導(dǎo)致氧化性損傷和細(xì)胞破壞的 ROS 或自由基，如羥自由基很可能是通過(guò) PM10相關(guān)的過(guò)渡金屬元素產(chǎn)生，顆粒物表面穩(wěn)定的自由基還能在其它類型顆粒物與細(xì)胞作用時(shí)起協(xié)同作用。越來(lái)越多的研究表明，過(guò)渡性金屬元素可催化氧化生物分子，因此與這些過(guò)渡金屬相關(guān)的毒性至少 可以 導(dǎo)致組織的氧化性損傷。近來(lái)的研究表明，鐵、銅、鎘、鉻、鉛、鎳和釩均表現(xiàn)出產(chǎn)生活性氧的 能力，可導(dǎo)致脂質(zhì)的過(guò)氧化反應(yīng)、 DNA的損傷、巰基的損耗和鈣的動(dòng)態(tài)平衡變化。 既然活性氧和自由基是氧化性損傷的直接原因，大氣顆粒物中的什么成分會(huì)產(chǎn)生自由基呢？國(guó)外眾多的學(xué)者將研究的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了這一問(wèn)題上。研究證明， PM 中的醌類化合物是一種持續(xù)產(chǎn)生自由基的機(jī)制。而更多的研究證明大氣顆粒物中的水溶部分，尤其是金屬離子是導(dǎo)致細(xì)胞或 DNA 氧化性損傷的原因。研究認(rèn)為，大氣顆粒物中水溶和非水溶部分的具催化能力的金屬的氧化產(chǎn)物均能對(duì)細(xì)胞進(jìn)行氧化性損傷，故認(rèn)為細(xì)胞的氧化性損傷來(lái)自于水溶和非水溶兩部分。進(jìn)一步的研究表明，水溶性 的金屬離子是產(chǎn)生自由基的主要原因。然而金屬離子的毒性與其溶解性、吸收性、體內(nèi)運(yùn)輸、化學(xué)活性和在體內(nèi)的絡(luò)合相關(guān)，而金屬離子產(chǎn)生自由基和最終毒性的機(jī)制最常見(jiàn)的是氧化還原生物機(jī)體細(xì)胞。更進(jìn)一步的研究表明，可吸入顆粒物的氧化性損傷主要由某一過(guò)渡金屬離子引起的。過(guò)渡金屬的毒性主要包括神經(jīng)毒性、肝毒性和腎毒性。 Adamson 等（ 2021） [1]對(duì) EHC93 的研究表明其毒性很可能來(lái)自于顆粒物中水溶性鋅的水平，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中不含鋅的其它金屬的混合溶液只引起很小的肺反應(yīng)。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)大氣污染與控制所對(duì)北京市室內(nèi)外的可 吸入顆粒物的氧化性損傷進(jìn)行初步研究也得到了同樣的結(jié)論 [10] [12]。但以前的研究對(duì)單一的 Zn2+進(jìn)行毒性分析時(shí)，表明 Zn2+的毒性明顯小于水溶性的 Fe、Cu和 Ni。并利用質(zhì)粒 DNA法測(cè)得 Zn2+的 TD50 值 1000μg/mL，遠(yuǎn)大于 Fe2+、 Fe3+ 、 Cu2+ 和 VO2+的 TD50值，也表明了樣品中若只有 Zn2+時(shí)其生物活性（或毒性）并不強(qiáng)，但當(dāng)與其它元素共同作用時(shí)產(chǎn)生的損傷 卻很大 [19]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)暴露于 Cu2+和 Zn2+混合物時(shí)，所產(chǎn)生的細(xì)胞損傷較單獨(dú)暴露于 Cu2+或 Zn2+時(shí)損傷更嚴(yán)重。也 證明了 Cu2+和 Zn2+混合物對(duì) DNA 的損傷程度比 Cu2+或 Zn2+的單獨(dú)作用大的多，因此證明了 Zn2+的協(xié)同效應(yīng)，并且當(dāng) Zn2+的劑量大于 ，協(xié)同作用產(chǎn)生的 DNA損傷是只有 Cu2+作用時(shí)的 10倍之多。同時(shí)這種協(xié)同作用也發(fā)生在 Zn2+與 Fe3+和 VO2+的混合物中，但當(dāng) Zn2+與 Fe2+混合時(shí)，即使Zn2+的劑量達(dá)到 80μg/mL 也未觀察到協(xié)同效應(yīng)，表明 Zn2+的協(xié)同作用有選擇性。 Zn2+對(duì)關(guān)鍵的信號(hào)轉(zhuǎn)換起作用的活性機(jī)制包含由于暴露于 PM 中普遍存在的 Zn2+后而引起的一系列的細(xì)胞反應(yīng)，它是 以一種驚人的特定方式，通過(guò)對(duì)生理信號(hào)系統(tǒng)的破壞而引起細(xì)胞反應(yīng) [20]。 由于流行病學(xué)只能提供暴露和致病結(jié)果之間的關(guān)系 [9]，不能解析 PM對(duì)人體健康的影響的真正原因，經(jīng)過(guò) 觀察 和 研究 ，并且也 不能分辨出健康效應(yīng)和顆粒物成分之間的關(guān)系，因?yàn)轭w粒物的成分是隨時(shí)間和空間變化的。因此國(guó)內(nèi)外的學(xué)者加強(qiáng)了毒理學(xué)方面的研究。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)大氣中的顆粒物進(jìn)行毒理學(xué)評(píng)價(jià)多使用分子生物學(xué)方法，它使毒理學(xué)研究提高到分子水平，主要包括體內(nèi)方法 (in vivo )和體外方法 (in vitro)。常見(jiàn)的體內(nèi)方法即是整體實(shí)驗(yàn)方法，通常以動(dòng)物 為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物暴露于某一污染環(huán)境或按一定的劑量 /體重注入到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)后，連續(xù)觀察一定時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的機(jī)體反應(yīng)。如成年雄鼠模擬實(shí)驗(yàn)，將不同劑量的殘余燃油