空氣污染與心律失常事件之間的相關(guān)性及作用機(jī)制

趙銘哲 李毅剛

1952年倫敦霧霾事件,使得人們開始意識(shí)到空氣污染對(duì)人類健康的重要影響.對(duì)此的研究表明,在1952年12月至1953年2月期間,空氣污染導(dǎo)致人群發(fā)病率和全因死亡率急劇增加[1].長(zhǎng)期以來,專家學(xué)者們進(jìn)行了許多關(guān)于空氣污染對(duì)心血管系統(tǒng)的影響方面的研究,發(fā)現(xiàn)空氣污染對(duì)心血管健康的影響體現(xiàn)在心律失常、冠狀動(dòng)脈疾病、心力衰竭、心源性猝死各個(gè)方面[2G3].我國(guó)一項(xiàng)覆蓋了26個(gè)大城市的大型流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn),空氣污染程度與心律失常風(fēng)險(xiǎn)的增加密切相關(guān)[4].長(zhǎng)期以來,亦有許多研究試圖探究空氣污染對(duì)心律失常造成影響的機(jī)制.筆者旨在回顧研究空氣污染與心律失常之間相關(guān)性的文獻(xiàn),并對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的空氣污染影響心律失常的機(jī)制進(jìn)行概括.

1 空氣中的污染物

空氣中的污染物按照物理形態(tài)可以分為氣體和顆粒物.已經(jīng)證明可以對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生危害的氣體主要包括一氧化碳(carbonic oxide,CO)、二氧化氮(nitrogen dioxide,NO2)、二氧化硫(sulfur dioxide,SO2)和臭氧(ozone,O3).顆粒物(particulate matter,PM)主要是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、工廠和發(fā)電廠燃燒過程的產(chǎn)物,通常由金屬氧化物、酸凝析物、過渡金屬、硫酸鹽、硝酸鹽以及有機(jī)化合物組成[5].而按照空氣中污染物的體積大小,又有可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物、超細(xì)顆粒物的定義.可吸入顆粒物是指空氣中氣體動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于10μm(PM10)的顆粒,細(xì)顆粒物是指空氣中氣體動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于2．5μm(PM2．5)的顆粒,而超細(xì)顆粒物(ultrafine particles,UFPs)是指空氣中氣體動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于0．1μm的超微小顆粒.由于顆粒物體積越小,就越容易進(jìn)入人體內(nèi)深層次的位置,其對(duì)人體健康的影響就越大.所以,從流行病學(xué)角度,空氣污染物中,可吸入顆粒物(PM10),包括細(xì)顆粒物(PM2．5)和超細(xì)顆粒物(UFPs)與發(fā)病率和死亡率之間的關(guān)系最為密切.

2 空氣污染與心律失常事件的流行病學(xué)研究

目前,已經(jīng)有許多流行病學(xué)研究探索了環(huán)境污染與心律失常事件之間的關(guān)系.早期的流行病學(xué)研究指標(biāo)通常選用監(jiān)測(cè)既往植入埋藏式心臟轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(implantable cardioG verterGdefibrillator,ICD)患者ICD裝置的放電頻率.美國(guó)波士頓一項(xiàng)3年隨訪研究發(fā)現(xiàn)植入ICD患者室性心動(dòng)過速(ventricular tachycardia,VT)發(fā)生頻率隨著當(dāng)日和數(shù)日前空氣污染程度增加而增加[6].而美國(guó)圣路易斯另一項(xiàng)研究則提示植入ICD患者發(fā)生心律失常的風(fēng)險(xiǎn)與空氣污染物濃度提高有關(guān),但一般需要1~2天的誘導(dǎo)時(shí)間,而且致死性室性心律失常事件反復(fù)發(fā)作的患者對(duì)于空氣污染更加敏感[7].監(jiān)測(cè)患者因心律失常事件的入院率和死亡率是分析環(huán)境污染與心律失常之間關(guān)系的另一種重要手段.中國(guó)臺(tái)灣的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)日平均氣溫低于25℃時(shí),因心律失常至醫(yī)院就診的患者數(shù)量會(huì)隨著PM2．5濃度升高而明顯增加[8].西班牙巴塞羅那的一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn),室性心律失常的發(fā)病率及死亡率與PM10和PM2．5濃度均具有相關(guān)性[9].另外,亦有研究者通過監(jiān)測(cè)患者體表心電圖(electrocardiograph,ECG)來分析環(huán)境污染和心律失常之間的關(guān)系.美國(guó)俄亥俄州一項(xiàng)研究通過連續(xù)30 min體表心電圖監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)老年人群中室上性異位搏動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)隨著空氣中硫酸鹽和臭氧濃度增加而升高[10].但是值得一提的是,雖然心電圖數(shù)據(jù)被廣泛用于證明空氣污染對(duì)心血管系統(tǒng)的影響,但很少有流行病學(xué)研究將心電圖診斷的心律失常作為感興趣的具體結(jié)果.

關(guān)于環(huán)境污染對(duì)不同類型的心律失常的影響,也有許多研究.有研究提示,短期內(nèi)接觸高濃度的PM10和PM2．5會(huì)增加心房顫動(dòng)(簡(jiǎn)稱房顫)發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn)[11－12].同時(shí),避免接觸空氣污染還是改善房顫患者射頻消融術(shù)預(yù)后的重要影響因素[13].另有研究提示,陣發(fā)性室上性心動(dòng)過速(suG praventricular tachycardia,SVT)和VT的發(fā)生與空氣中PM10及NO2濃度均存在正相關(guān)性[14].還有研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于室性早搏頻發(fā)的患者,PM2．5濃度升高會(huì)顯著增加這些患者日間室性早搏的數(shù)量[15].這些研究結(jié)果說明空氣污染可以引起包括室上性和室性在內(nèi)的多種類型的心律失常.

3 空氣污染與心律失常事件的動(dòng)物和人群模型研究

值得一提的是,也有研究發(fā)現(xiàn)心律失常事件的發(fā)生率與空氣污染之間未體現(xiàn)出明顯相關(guān)性[16],這可能與觀察人群的人種、年齡段、健康狀況,研究區(qū)域的氣候,研究所選用的觀測(cè)指標(biāo)和暴露方案之間的差異有關(guān).因此,有許多研究者通過建立動(dòng)物模型來探究空氣污染與心律失常之間的關(guān)系.

常用的空氣污染物模型包括濃縮環(huán)境顆粒物(concenG trated ambient particles,CAPs)、渣油飛灰(residual oil fly ash,ROFA)和柴油廢氣顆粒(diesel exhaust particles,DEPS)等.CAPs是將來源于不同環(huán)境的空氣樣本進(jìn)行濃縮處理后的產(chǎn)物.Gordon等[17]發(fā)現(xiàn),暴露于CAPs的大鼠和倉(cāng)鼠,心電圖上心房傳導(dǎo)時(shí)間增加,同時(shí)QT間期縮短.ROFA主要來源于發(fā)電廠煤炭燃燒反應(yīng),成分中含有較多的過渡金屬.Wellenius等[18]發(fā)現(xiàn),暴露于ROFA中的心肌梗死模型大鼠,室性早搏發(fā)生率增加,同時(shí)心率變異性降低,而同研究中暴露于正常室內(nèi)空氣和炭黑中的心肌梗死模型大鼠沒有發(fā)生上述變化.DEPS主要來源于汽車排放的尾氣,成分中含有較多的空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于1 mm的碳顆粒.Hazari等[19]發(fā)現(xiàn)將自發(fā)性高血壓大鼠暴露于DEPS中24h,然后用多巴酚丁胺模擬運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)心率增加,結(jié)果發(fā)現(xiàn)自發(fā)性高血壓大鼠心臟儲(chǔ)備功能明顯下降.以上結(jié)果均提示空氣污染在誘發(fā)心律失常過程中具有重要作用.

亦有部分研究通過建立人類模型來分析空氣污染和心律失常之間的關(guān)系,但結(jié)果多為陰性[20].這可能與所建立的模型都是健康志愿者有關(guān),然而,在人體身上誘發(fā)心律失常事件面臨著倫理學(xué)問題,這也是進(jìn)一步探究空氣污染與心律失常之間關(guān)系的一個(gè)問題.

4 空氣污染引起心律失常事件的作用機(jī)制

到目前為止,對(duì)于空氣污染物影響心律失常的病理生理學(xué)機(jī)制尚不明確.一方面是由于空氣污染物成分復(fù)雜,難以分離出單一成分進(jìn)行分析;另一方面是由于空氣污染物進(jìn)入生物體內(nèi)后的毒理作用尚缺乏足夠研究闡明.根據(jù)目前已有的研究顯示,空氣污染可能通過三種途徑對(duì)機(jī)體造成影響,這些途徑可加重心血管疾病并誘發(fā)心律失常.這三種途徑分別是:直接進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)、介導(dǎo)肺和全身的炎癥反應(yīng)、影響自主神經(jīng)系統(tǒng).

早期的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),PM2．5和UFPs可以進(jìn)入人體肺循環(huán)和體循環(huán)[21].這一結(jié)果提示,PM可以透過肺泡上皮細(xì)胞,進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng),進(jìn)而誘導(dǎo)急性心血管反應(yīng),導(dǎo)致心血管疾病的發(fā)生.有研究發(fā)現(xiàn),柴油廢氣可以產(chǎn)生過量的活性氧和氧自由基,誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng),而這些活性氧和氧自由基又會(huì)引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷,進(jìn)而引起心血管系統(tǒng)疾病[22].同時(shí),PM誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)和Ca2＋濃度升高導(dǎo)致了線粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔開放,引起線粒體滲透轉(zhuǎn)變,加速細(xì)胞凋亡[23].

有研究發(fā)現(xiàn)高濃度的PM2．5暴露可觸發(fā)由PM介導(dǎo)的肺部炎癥反應(yīng),并且通過影響腎素G血管緊張素系統(tǒng)、內(nèi)皮素系統(tǒng)和凝血機(jī)制,干擾肺組織和全身的血管穩(wěn)態(tài)[24].另有研究發(fā)現(xiàn),暴露于高濃度的PM,會(huì)使炎癥、凝血功能和氧化應(yīng)激反應(yīng)的血清學(xué)標(biāo)志物水平增加,對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響[25].肺和全身的炎癥反應(yīng)在很大程度上取決于空氣污染物的體積大小、表面積、成分和暴露時(shí)間,以及不同個(gè)體對(duì)于心血管不良事件的敏感性.

自主神經(jīng)系統(tǒng)在心率(heart rate,HR)和心率變異性(heart rate variability,HRV)的控制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用.已有研究發(fā)現(xiàn),自主神經(jīng)系統(tǒng)參與了PM誘導(dǎo)心臟疾病的病理生理過程[26].PM可以影響HRV、靜息HR和血壓,這表明PM可以激活交感神經(jīng)系統(tǒng).暴露于PM可以導(dǎo)致交感神經(jīng)沖動(dòng)激活,HRV迅速下降,從而增加了心律失常的發(fā)生率和心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)病率和死亡率[27].另外,近期有研究發(fā)現(xiàn),空氣污染物中的丙烯醛成分可以通過肺部神經(jīng)末梢上的瞬時(shí)受體電位離子通道影響交感及副交感神經(jīng)系統(tǒng),并已有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明丙烯醛可以誘導(dǎo)健康小鼠心律失常事件增加[28－29].

5 總結(jié)

一般認(rèn)為,空氣污染會(huì)對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響,暴露于PM會(huì)加重各種急慢性心血管疾病的發(fā)生和進(jìn)展.但是學(xué)術(shù)界在這一方面的認(rèn)知差距仍然很大,而且難以得出確定的結(jié)論.關(guān)于空氣污染物對(duì)心律失常的影響,在不同的研究中結(jié)果并不完全一致.不同研究人群的年齡和健康狀況、不同空氣污染物的組成成分以及不同研究中統(tǒng)計(jì)學(xué)方法之間的差異均是潛在的影響因素.這提示我們?cè)趯淼难芯恐?應(yīng)該使用新的技術(shù)控制空氣污染物的成分,并更好地量化暴露的影響以及更好地探究空氣污染物的毒理作用.

通過適當(dāng)?shù)母深A(yù)措施控制空氣污染,可以減少心血管疾病的發(fā)病率和死亡率,為公共衛(wèi)生和公共健康帶來巨大收益.在過去的幾十年中,我國(guó)已經(jīng)實(shí)施了許多重要的干預(yù)措施,大大改善了公共場(chǎng)所的空氣污染情況,包括在公共場(chǎng)所實(shí)行禁煙和開發(fā)新能源汽車等等.然而,除這些干預(yù)措施外,更好地了解空氣污染對(duì)心血管系統(tǒng)造成損害的機(jī)制也很重要,因?yàn)檫@將幫助我們發(fā)現(xiàn)更有針對(duì)性的醫(yī)學(xué)治療手段.