地鐵車站空氣中可吸入顆粒物污染狀況及對人群健康影響的研究進展

巫豐宏，池艷

（1.廣西南寧市疾病預(yù)防控制中心公共衛(wèi)生科，廣西 南寧 530023；2.廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)與遺傳中心，廣西 南寧 530021）

地鐵是城市軌道交通的一個重要類別。地鐵在地下隧道運行，處于全封閉環(huán)境，有專屬路權(quán)，不受外界交通狀況的影響，具有運量大、速度快、準點、綠色環(huán)保等優(yōu)點。地鐵已經(jīng)成為現(xiàn)代城市一種非常重要的公共交通工具。截至2019年底，中國已有超過40個城市建成地鐵運營線路累計逾5 000 km，2019年全年累計客運量達到237.1億人次[1]，我國已成為世界地鐵線路總長度最長及客運量最大的國家之一。但地鐵位于地下，地鐵車站屬于相對封閉的空間，且乘客密集，自然通風不足，如果僅靠空調(diào)通風系統(tǒng)來調(diào)節(jié)站內(nèi)空氣，對各類有害物質(zhì)的稀釋和排出非常不利[2]。近十年來，隨著地鐵交通在各大城市的普及，以及乘客人數(shù)的不斷增加，地鐵車站空氣中的污染物及其引發(fā)的健康風險已成為一種新的環(huán)境問題和公共衛(wèi)生問題[3-5]。

地鐵車站空氣中常見的污染物有可吸入顆粒物、各種揮發(fā)性有機物以及一些細菌、真菌等微生物。其中，可吸入顆粒物成分復(fù)雜、污染水平較重、健康危害風險較高，已受到人們的高度關(guān)注?？晌腩w粒物指空氣動力學(xué)直徑＜10 μm的顆粒物（particulate matter of aerodynamic diameter＜10 μm，PM10），一般研究常見的為PM10及空氣動力學(xué)直徑＜2.5 的細顆粒物（particulate matter of aerodynamic diameter＜2.5，PM2.5），可進入人體呼吸系統(tǒng)，具有粒徑小、表面積較大、易吸附有害物質(zhì)以及在空氣中停留懸浮時間過長等特點。作為健康風險較高的污染物，可吸入顆粒物已成為影響地鐵車站空氣質(zhì)量狀況的一個重要因素?；诖?，本文對地鐵車站空氣中可吸入顆粒物的污染狀況、來源成因以及對人群健康的影響進行綜述。

1 地鐵車站空氣的污染狀況

地鐵車站的空氣計算可吸入顆粒物濃度范圍從每立方米幾十微克到上千微克不等，國外很多城市的地鐵車站均存在不同程度的可吸入顆粒物污染情況。如SEATON等[6]對倫敦地鐵車站空氣中的可吸入顆粒物進行測定，結(jié)果顯示，PM10濃度最高達 1 500 μg/m3，PM2.5濃度最高達480 μg/m3；有研究報道，斯德哥爾摩地鐵車站空氣中PM10和PM2.5最高濃度分別為469 μg/m3和258 μg/m3[7]，洛杉磯、首爾、巴黎等城市地鐵車站空氣中PM10濃度也均＞100 μg/m3[8-10]。據(jù)國內(nèi)城市地鐵系統(tǒng)的研究報道，北京地鐵某車站的PM10和PM2.5濃度分別達到365 μg/m3和275 μg/m3[11]，上海地鐵某車站的PM10濃度達到229 μg/m3[12]，武漢地鐵2號線車站的PM10和PM2.5平均濃度分別為247 μg/m3和 228 μg/m3[13]。目前，我國制定的關(guān)于空氣中可吸入顆粒物的濃度標準各有差異?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095-2012）制定PM10和PM2.5的日平均濃度限值分別為150 μg/m3和75 μg/m3（二級）；《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》（GB/T 18883-2002）制定PM10的日平均濃度限值為150 μg/m3；《公共交通等候室衛(wèi)生標準值》（GB 9672-1996）以及《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157-2013）制定PM10的日平均濃度限值為250 μg/m3。而世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《空氣質(zhì)量標準》要求更為嚴格，其PM10和PM2.5的日平均濃度指導(dǎo)值分別為50 μg/m3和25 μg/m3。由此可見，國內(nèi)外多數(shù)城市的地鐵車站空氣中可吸入顆粒物濃度均存在不同程度的超標情況，見表1。

表1 國內(nèi)外部分城市地鐵車站空氣中可吸入顆粒物污染水平（μg/m3）

除可吸入顆粒物濃度超標外，地鐵車站的空氣中可吸入顆粒物濃度也有時間及空間分布特點。地鐵車站空氣中可吸入顆粒物的濃度存在一定季節(jié)性變化特點。FURUYA 等[14]關(guān)于東京地鐵車站空氣中可吸入顆粒物的研究發(fā)現(xiàn)，秋冬季節(jié)地鐵車站空氣中可吸入顆粒物的濃度高于春夏季節(jié)。在關(guān)于首爾地鐵車站空氣中可吸入顆粒物的研究也表明，秋冬季節(jié)地鐵車站空氣中可吸入顆粒物濃度顯著高于夏季，這一季節(jié)性的濃度變化趨勢可能與秋冬季節(jié)的外環(huán)境大氣污染較重，從而影響地鐵車站內(nèi)部的空氣質(zhì)量有關(guān)[15]。而除季節(jié)性變化特點外，地鐵車站空氣中可吸入顆粒物的濃度還呈現(xiàn)出每天時段性變化特點。研究表明，客流高峰期時段的地鐵車站空氣中可吸入顆粒物濃度一般高于客流非高峰期時段，這種不同時段的濃度差異現(xiàn)象與地鐵車站客流量大小有關(guān)，客流量增大則可吸入顆粒物濃度有升高的趨勢[16-17]。

地鐵車站空氣中可吸入顆粒物濃度還存在一定的空間分布特點。首先是車站內(nèi)濃度高于車站外。國內(nèi)外研究結(jié)果顯示，地鐵車站內(nèi)部空氣的顆粒物濃度普遍高于車站室外地面空氣環(huán)境的顆粒物濃度[18-19]，這可能與地鐵車站為地下封閉式建筑，缺乏自然通風，顆粒物易于積聚有關(guān)。其次，車站內(nèi)不同位置地點的可吸入顆粒物濃度也存在差異。研究發(fā)現(xiàn)，車站站臺層的可吸入顆粒物濃度一般高于站廳層，其原因可能為站廳層靠近地面，通風條件相對較好，顆粒物水平更接近地面環(huán)境，而站臺層位于車站的最深處，且靠近鐵軌隧道[9,12,20]。胡澤源[21]對地鐵車站空氣中可吸入顆粒物濃度的空間分布進行了數(shù)值模擬和實測研究，發(fā)現(xiàn)站臺層和站廳層的兩端及售票機區(qū)域的可吸入顆粒物濃度較高，其他區(qū)域的濃度較低，其與車站集中空調(diào)及通風系統(tǒng)風口位置分布及換氣效率有關(guān)；在縱向空間分布上，不同高度的可吸入顆粒物濃度也存在差異，高度2 m的可吸入顆粒物濃度最高，＞2 m或＜2 m的位置則呈現(xiàn)出濃度降低的趨勢。

2 地鐵車站空氣可吸入顆粒物的來源

地鐵車站空氣中可吸入顆粒物污染的主要來源包括車站外界空氣污染、地鐵乘客活動及鐵軌隧道。地鐵車站一般通過車站出入口、新風亭及活塞風亭等通道與外界大氣環(huán)境進行聯(lián)通，在一定程度上也會受到外界大氣污染的影響。地鐵車站的位置一般設(shè)置在地面主要交通路線附近或城市的繁華地區(qū)，人流和交通流密集，地面交通的汽車尾氣或其他環(huán)境污染物可通過車站出入口、新風亭及活塞風亭等進入車站內(nèi)[22-23]。有研究發(fā)現(xiàn)，地鐵車站內(nèi)空氣中PM10及PM2.5濃度與車站外界空氣中的PM10及PM2.5濃度呈正相關(guān)[24-25]。程剛等[26]對北京、上海和廣州3 個城市共10 條地鐵線路的PM2.5進行了測試分析發(fā)現(xiàn)，影響地鐵站內(nèi)PM2.5濃度的主要因素是外界大氣環(huán)境中PM2.5水平；WOO等[27]認為，外界環(huán)境中的PM10濃度是控制地鐵車站內(nèi)PM10濃度的一個重要因素，認為室外空氣進入地鐵車站內(nèi)部前需要進行有效凈化。目前大多數(shù)地鐵車站的空調(diào)通風系統(tǒng)安裝的顆粒物過濾裝置是初效過濾器，只能有效去除空氣中較粗的顆粒物，對于可吸入顆粒物PM10，特別是PM2.5的過濾效果有限。

乘客活動是地鐵車站空氣中可吸入顆粒物污染的一個重要來源?？土鞲叻迤冢罔F乘客除了攜帶外面環(huán)境空氣中的顆粒物進入車站，在車站內(nèi)的活動也會引起車站內(nèi)顆粒物的二次懸浮[5,28]，從而增加車站空氣中的顆粒物濃度。有研究表明，人體活動對室內(nèi)空氣的顆粒物濃度有重要影響[29-30]。此外，人體自身也可產(chǎn)生顆粒物，人體呼吸時除了呼出CO2外，還會呼出一些細微的顆粒物，人體產(chǎn)生的顆粒物等也是室內(nèi)空氣顆粒物的來源。有研究計算了不考慮室內(nèi)地面顆粒物二次懸浮的因素，人體自身的PM10發(fā)塵量為每小時10 mg/人[31]。因此，地鐵乘客活動對于車站內(nèi)空氣可吸入顆粒物污染是一個重要的影響因素。

鐵軌隧道是地鐵車站內(nèi)空氣中可吸入顆粒物的一個非常重要的來源[32]。地鐵列車經(jīng)過車站時車輪與鐵軌摩擦和沖擊、制動器剎車等所產(chǎn)生的顆粒物，以及列車由于活塞風效應(yīng)將顆粒物從隧道區(qū)域帶進站臺區(qū)域可導(dǎo)致車站空氣中可吸入顆粒物濃度升高[33-35]。有研究報道，米蘭地鐵車站空氣中的可吸入顆粒物富含鐵、鋇、錳、銅等元素，追溯其來源與列車車輪剎車、軌道磨損有關(guān)[36]；在東京地鐵車站空氣中可吸入顆粒物中所含的硫酸鋇、重晶石被確認來源于列車剎車的制動器[37]。列車制動所產(chǎn)生的顆粒物是地鐵交通線路空氣中顆粒物的最大來源。地鐵列車在剎車制動時，制動裝置的摩擦?xí)尫懦鲱w粒物。該研究發(fā)現(xiàn)，列車制動片每運行1 km可釋放30 mg 顆粒物，這些顆粒物在地下車站及隧道等密閉空間無法被有效排出，積聚成極高的濃度，平均濃度＞250 μg/m3，高出地面濃度的10倍左右[38]。國內(nèi)有研究對某市地鐵車站PM2.5和PM10濃度的時空分布特征發(fā)現(xiàn)，地鐵線路每年運行所產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)量高達1 700 kg[39]。

3 地鐵車站空氣可吸入顆粒物對人群健康的影響

可吸入顆粒物易懸浮于空氣中，且比表面積大，可吸附和富集多種有害物質(zhì)，其中包含一些可致癌重金屬，如砷、鉻、鎘以及可致癌有機物苯并芘等。這些有害物質(zhì)隨著一些顆粒物吸入人體的肺部深處或穿透氣血屏障進入血液循環(huán)中，可增加罹患心肺疾病、內(nèi)分泌疾病及癌癥等風險[40-41]?？晌腩w粒物通過呼吸途徑進入人體，對人體肺部細胞直接造成氧化性損傷，可催化空氣中的氧氣產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）或自由基，間接地損傷人體肺部細胞[42]，長期暴露于污染環(huán)境中，可能會引起呼吸和心血管系統(tǒng)等疾病，甚至引發(fā)癌變風險[43-44]。有研究發(fā)現(xiàn)，地鐵車站空氣中顆粒物的基因毒性是地面顆粒物的8 倍，致氧化應(yīng)激性是地面顆粒物的4倍[45-46]。國外有研究發(fā)現(xiàn)，乘客如每天在地鐵站停留的時間＞30 min，可吸入顆粒物中重金屬鐵、錳和銅的日暴露劑量可分別增加200%、60%和40%[47]。相關(guān)健康危害研究顯示，長期暴露于地鐵車站空氣中，可吸入顆粒物可導(dǎo)致人群引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，如支氣管炎、咳嗽、哮喘、肺癌等，引發(fā)過敏反應(yīng)以及導(dǎo)致心臟疾病的病死率升高等[48-49]。對于敏感人群（如兒童、老人、有呼吸疾病的人群等），短時間乘坐地鐵暴露于較高濃度的可吸入顆粒物環(huán)境中，也可能引起健康損害[50-51]。北京大學(xué)的一項研究發(fā)現(xiàn)[52]，乘坐地鐵交通暴露于可吸入顆粒物環(huán)境中，可能對健康成人的心率變化產(chǎn)生短期影響，地鐵交通暴露的可吸入顆粒物水平上升與正常竇性心搏間期標準差（standard deviation of normal number of intervals，SDNN）的降低密切相關(guān)，而SDNN降低時，預(yù)示心血管疾病的不良結(jié)局。一項人群隨機交叉研究結(jié)果顯示，在地鐵環(huán)境中短期暴露于可吸入顆粒物中，可能會增加心血管疾病的風險，并以粒徑依賴性的方式影響尿液代謝產(chǎn)物[53]。在致癌風險研究方面，王懷記等[54]對武漢市地鐵站臺空氣中可吸入顆粒物所含重金屬進行健康風險評估顯示，可吸入顆粒物所含的重金屬砷、鉻的濃度對暴露人群有潛在致癌風險。

4 展望

地鐵交通具有快速、便捷、環(huán)保的特點，已成為很多大城市緩解交通壓力，降低城市交通污染的首選公共交通方式。目前國內(nèi)對地鐵交通可吸入顆粒物污染的研究多集中在污染物監(jiān)測和調(diào)查、污染物排除技術(shù)等方面，在地鐵環(huán)境中，污染物對人群健康風險的影響研究尚未系統(tǒng)化和深入。如需進一步系統(tǒng)地對地鐵空氣的可吸入顆粒物進行溯源，并分析其各元素組成，對其所含的有害成分或元素重點進行動物毒理學(xué)及人類流行病學(xué)研究，同時開展系統(tǒng)化的健康風險評估等。此外，國內(nèi)外尚未制定系統(tǒng)性、專門性的地鐵環(huán)境顆粒物管理標準。我國目前僅在《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157-2013）中標注了地鐵車站公共區(qū)域的PM10濃度限值為250 μg/m3，但參考的是1996年國家環(huán)保標準制定的限值，而目前我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095-2012）及《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》（GB/T 18883-2002）制定的PM10濃度限值（150 μg/m3）遠遠嚴格于該標準。因此，由于該標準管理體系尚未發(fā)展成熟，尤其是針對地鐵車站環(huán)境的特殊性，今后仍需要加大研究力度，系統(tǒng)監(jiān)測和收集地鐵車站空氣中顆粒物污染特征數(shù)據(jù)，積極開展相關(guān)流行病學(xué)研究及人群健康風險評估，為進一步制定和完善相關(guān)衛(wèi)生標準提供參考依據(jù)，同時也為制定干預(yù)措施進行探索和指導(dǎo)，有效改善地鐵空氣質(zhì)量，為更好地保護乘客的健康奠定堅實基礎(chǔ)。