剥夺地球人1.2亿年寿命的空气污染，需要更全面的多学科研究

原文以Chemists can help to solve the air-pollution health crisis为标题

发布在2017年11月13日的《自然》评论上

原文作者：马克斯·普朗克化学研究所大气化学主任Jos Lelieveld & 多相化学主任Ulrich Pöschl

Jos Lelieveld和Ulrich Pöschl认为，深入理解污染物如何进入身体并造成损害有助于减少疾病和死亡。

空气质量差是全球五大健康风险之一，其它四项是高血压、吸烟、糖尿病和超重。2015年，全球死亡案例中有近8%由糟糕的空气质量造成。长期暴露在污染的空气中会引起呼吸道感染、慢性阻塞性肺病、中风、心脏病和肺癌。这被称为“户外被动吸烟”实在不为过。

印度东部贾坎德邦的一个孩子呼吸着被地下煤火烟雾严重污染的空气。

Robb Kendrick/NGC

在城市和其它受污染地区，必须对氮氧化物（比如NO和NO₂）、臭氧（O₃）和悬浮微粒等空气污染物加以控制。PM_2.5是主要危险，因为这些颗粒直径不到2.5微米，能够渗透入人体气道和肺。全球每年平均有超过90%的人口——约70亿人——被暴露在超过WHO标准上限（每立方米10微克PM_2.5）的户外污染中。

10月，《柳叶刀》污染与健康委员会发布报告证实，每年约450万人死于户外空气污染引起的病症。其中有一半发生在中国和印度，不过俄罗斯的人均死亡率更高：每年每千人中约1.6人死亡，是印度的两倍。平均而言，受空气污染影响的人比在呼吸洁净空气的情况下少活28年。综合起来，每年约有1.2亿年的人类寿命被剥夺（见“被夺走的寿命”）。

来源：WHO/Ref.5

大多数国家的空气质量法规都不足以阻止疾病和死亡，PM_2.5的年度排放标准常常超过WHO规定的指导上限。欧盟目前的排放限度是每立方米25微克（µg m^–3），但是将在2020年调降至20微克以下。即使如此，该地区仍有约274,000例死亡与糟糕的空气质量有关。在日本，PM2.5的上限是15 µg m^–3 （有79,000例相关死亡案例），美国是12 µg m^–3（有115,000例相关死亡案例）。5月，安全阈值（最低风险暴露水平）被调低，因为流行病学研究认为安全阈值应该从5.8–8.8 µg m^–3降至2.4–5.9 µg m^–3，这远低于WHO规定的限值。

虽然公共卫生专家揭示了空气污染、疾病和死亡之间的联系，但是他们仍需要更多信息来弄清前因后果。比如，人们对不同种类的悬浮微粒单独的或混合的毒性仍旧知之不多。很少有大气化学家直接研究污染物对健康的影响。

为了人类的健康，我们需要更全面的多学科研究团队来优化污染物排放控制措施。除了医学工作者和生物学家，还应该包括流行病学家、毒理学家、健康经济学家和大气化学家。

俄罗斯因户外空气污染导致的人均死亡率高企，图为车里雅宾斯克的工厂。

Aaron Huey/NGC

模糊的视点

空气质量影响人们的寿命，大气化学影响空气污染物的寿命。但是将这些影响联系起来并不容易，原因有很多。

首先，户外空气污染有许多源头。居民供暖和烹饪，尤其是低收入国家使用的燃油炉和柴火，对死亡数的影响最大。每年约有135万人因其死亡。农业活动是第二大原因，占死亡人数的五分之一。它的影响主要表现为粪肥和化肥释放的氨与空气中的硫酸盐和硝酸盐结合，形成硫酸铵和硝酸铵，从而产生PM_2.5。发电、工业和交通也会产生大量臭氧和PM_2.5。

第二，大气中的化学反应非常复杂，难以跟踪。臭氧和大多数PM_2.5颗粒是二级污染物，由各种人为和自然排放物形成。环境因子，比如温度、湿度和风力扩散，也会影响污染水平。细小颗粒物被吸入之前，可能已经在大气中漂浮好几天，而且在此期间发生了多次化学变化。

第三，污染物之间互相作用。比如，臭氧水平取决于氮氧化物和挥发性有机化合物（VOCs）在阳光下的反应。因此，要减少臭氧必须多管齐下。尽管如此，结果仍然难以预料。欧盟从本世纪初开始每年减少2-3%的氮氧化物和VOC排放量，但是该地区的臭氧水平并没有下降。风也可能把其它大陆的排放物吹过来。不过，控制氮氧化物排放也有望带来其它好处，比如减缓亚洲大城市硫酸盐颗粒的形成。

第四，因为排放水平基于有限的测量项目和不同的假设，所以它们的数值并不确定且常常被低估。全球约有三分之一的重型汽车和超过一半的轻型汽车的尾气排放量超过认证限度。如果柴油车遵守当前的排放标准（比如EURO 6/VI），则能立马产生健康效益。

最后，空气污染水平和健康影响之间的关系是非线性的。减少一半的污染不一定等于减少一半的死亡人数。污染最严重的地方需要最大的努力，这一点中国最清楚。比如，在中国东部的受污染地区，二氧化硫排放量从2010年起减少了逾50%，但是死亡率只降低了一点点。不过，空气净化可以带来成倍的好处。根据我们的计算，由于执行欧盟的空气质量法规，从上世纪70年代到2010年之间，英国由空气污染造成的死亡率降低了30%。然而在污染更严重的其它欧盟国家（比如德国和意大利），尽管它们在交通和能源领域也执行了同样的法规，但是死亡率下降幅度不到20%。

污染物的排放控制需要因地施策，而且需要将空气污染物的化学反应和全球流动考虑在内。然而，亚洲、中东和非洲的某些国家还未签署联合国的《长程跨界空气污染公约》。在许多国家，地方政府虽然无力控制大气环境，却要对空气质量负责。

不确定的毒性

悬浮微粒的不同成分对其总体毒性究竟有多大影响，人们仍然了解不多。但这样的信息对于制定政策措施，以便减少相关死亡数量具有重要意义，如对最危险的化合物严格加以限制。过渡金属，包括铁和铜，可在人体内产生氧化应激反应。煤烟和其他含碳化合物会伴有多环芳烃，而多环芳烃可致突变和致癌。超细颗粒物（直径小于0.1 µm）能够渗透肺膜并进入血液。

从同一源头排放出来的不同PM_2.5成分在环境浓度上存在一定关联。大气科学家可以通过厘清各成分的来源来帮助解决污染。化学家可以阐明污染物与人体及免疫系统互作的分子机制。研究大气过程的实验方法和理论方法可延伸用于跟踪空气污染物与皮肤的互作以及它们与气道内流体的互作。将这样的研究和物理化学及生物医学实验与模拟结合起来，应当可以建立污染物接触和人体反应之间的关联。

人口密集且污染严重的地方是大气研究和健康研究的“重点对象”，比如中国的大城市，研究它们是检验毒性假设和厘清不同污染物之间的相互影响的一种有用方式。用于检测高反应活性、短寿命的有毒化合物（比如碳中心或氧中心自由基）的技术可以与毒理学实验结合起来。比如将细胞培养物暴露在周围空气中，或者对呼吸道疾病、心血管疾病和炎症性疾病开展流行病学调查。

不同的地点有不同的化学和气象条件，也有不同的污染源头，在多个地点开展调查研究可以补充从空气质量网络中得到的信息，帮助弄清楚不同污染源对健康的影响。这样的研究或许可以揭示出汽车尾气颗粒物、汽车轮胎和刹车磨损以及二次有机气溶胶的作用，也可能阐明PM_2.5构成成分的质量相对于颗粒大小、数量和组分的重要性。

科学家应该研究人体吸入活性气体和氧化剂（如臭氧和氮氧化物）的影响，以及它们对细颗粒物的表面性质与毒性的作用。过敏性疾病日益普遍，这在西方国家尤其明显。认清气溶胶粒子和气相组分之间的相互作用，包括凝结、吸附和化学反应，对于理解这些疾病具有重要意义。

基本权利

一个人平均每天吸入逾10,000升空气，喝掉约2升的水。这些需求必须作为人权纳入政策之中——每年，450万人死于空气污染，180万人死于水污染。联合国可持续发展目标之一将获取安全饮用水和卫生设施作为一项基本人权。我们认为洁净的空气也应该被列入可持续发展目标。

全球应该共同努力制定合适有效且统一的空气质量标准，应该禁止高污染产业转移到环保法规较宽松的国家，因为这有可能通过国际贸易造成跨境健康影响。联合国环境计划署与WHO联合起来，有能力召集科学家和政策制定者，像在解决平流层臭氧耗竭和气候变化时一样，共同解决空气污染问题。世界银行或许可以给空气污染防治项目提供更有力的支持。

大气化学家应该更加积极地参与公共卫生研究，比如研发经济适用的方法来测量人类暴露于污染物的程度，并且加大力度对数据匮乏的亚洲、非洲、中东和南美洲地区展开研究。他们应该探寻PM_2.5的各种源头，研究大气圈-生物圈界面的化学互作。支持“气候和清洁空气联盟”（Climate and Clean Air Coalition）的倡议，减少空气污染物，既有益于缓解气候变化，也有益于改善空气质量。教皇科学院（Pontifical Academy of Sciences）也在11月公开表态，倡导减少空气污染。

总而言之，跨学科合作是迫切所需的，11月在中国举办的两场国际会议为此再添动力：一是11月16-19日在广州举行的区域性空气质量管理主题研讨会，二是11月17-19日在成都举行的环境污染与人类健康主题会议（11月17-19日）。ⓝ

Nature|doi:10.1038/d41586-017-05906-9

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