晚亞雄， 羅　斌， 石艷榮， 陳美池， 王麗娜， 王任洪， 牛靜萍

(蘭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院勞動(dòng)衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生學(xué)研究所， 甘肅 蘭州 730000)

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冷空氣與沙塵天氣對(duì)人體尿液中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量的影響*

晚亞雄， 羅斌+， 石艷榮， 陳美池， 王麗娜， 王任洪， 牛靜萍△

(蘭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院勞動(dòng)衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生學(xué)研究所， 甘肅 蘭州 730000)

目的：通過(guò)在沙塵天氣和冷空氣出現(xiàn)時(shí)，對(duì)人體尿樣中白細(xì)胞介素-6(IL-6)、8-異前列腺素F2α(8-iso-PGF2α)和11-脫氫促凝血烷B2(11-DH-TXB2)水平變化的分析，探討沙塵天氣與冷空氣的發(fā)生對(duì)于機(jī)體的影響。方法：選取蘭州大學(xué)榆中校區(qū)同年級(jí)同專業(yè)的17名在校本科生為研究對(duì)象，分別于冷空氣伴沙塵天氣發(fā)生次日、單冷空氣發(fā)生次日以及無(wú)沙塵無(wú)冷空氣日(對(duì)照日)，收集其尿液樣本，檢測(cè)其中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2的含量變化。結(jié)果：冷空氣伴沙塵天氣日，尿樣中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量與單冷空氣日和對(duì)照日尿中含量相比均升高(P<0.05)，但單冷空氣發(fā)生時(shí)的標(biāo)志物含量與對(duì)照日相比并無(wú)顯著差異。結(jié)論：冷空氣并未增加沙塵天氣對(duì)IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2含量的影響，沙塵天氣發(fā)生后可吸入顆粒物的暴露可能是沙塵天氣作用于機(jī)體的主要危險(xiǎn)因素。

沙塵天氣；冷空氣；顆粒物；白細(xì)胞介素-6；8-異前列腺素F2α；11-脫氫促凝血烷B2

近年來(lái)，西北地區(qū)幾乎每年春季都會(huì)發(fā)生沙塵暴天氣[1]。沙塵天氣出現(xiàn)時(shí)，空氣中可吸入顆粒物濃度在短期內(nèi)大量增加，空氣水平能見(jiàn)度顯著下降，嚴(yán)重影響居民健康和正常生活。目前越來(lái)越多的研究表明，沙塵天氣的出現(xiàn)會(huì)對(duì)人體心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)發(fā)病甚至死亡產(chǎn)生明顯影響，也會(huì)導(dǎo)致皮膚、眼等的急性刺激癥狀的發(fā)生危險(xiǎn)性增加。國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究和流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沙塵天氣發(fā)生時(shí)，大氣顆粒物的暴露使心血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病的入院危險(xiǎn)增加[2-4]。此外，沙塵天氣的出現(xiàn)也往往伴隨冷空氣的發(fā)生，因?yàn)槔淇諝鈳?lái)的空氣擾動(dòng)使得空氣中揚(yáng)塵增加。研究表明，冷空氣活動(dòng)會(huì)在某種水平上增加心血管疾病發(fā)生的危險(xiǎn)性[5-8]。沙塵天氣的發(fā)生使得大氣顆粒物濃度增加，后者可通過(guò)氧化損傷、血小板激活和炎癥發(fā)生等作用機(jī)制對(duì)機(jī)體造成損害。尿中白細(xì)胞介素-6 (interleukin-6,IL-6)、8-異前列腺素F2α(8-iso-prostaglandins F2α,8-iso-PGF2α)和11-脫氫促凝血烷B2(11-dehydro-thromboxane B2，11-DH-TXB2)可以分別反應(yīng)機(jī)體炎性反應(yīng)的發(fā)生、氧化應(yīng)激損傷和血小板活化，其在尿液中含量的增加提示機(jī)體疾病發(fā)生危險(xiǎn)性的升高[9]。本研究分別采集沙塵天氣和冷空氣發(fā)生以及不發(fā)生時(shí)研究對(duì)象的尿液樣本，觀察尿液中三種標(biāo)志物的含量變化，從而探討沙塵天氣空氣污染物以及冷空氣活動(dòng)對(duì)于機(jī)體的影響。

1　對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷，選取蘭州大學(xué)同年級(jí)同專業(yè)17名(男10，女7)身體健康的在校本科生為研究對(duì)象。年齡：男(19.31±0.95)歲，女(19.05±1.21)歲；體重指數(shù)(body mass index，BMI)：男21.06±1.84，女19.60±0.81。經(jīng)檢驗(yàn)，年齡和BMI的性別均無(wú)顯著性差異。研究對(duì)象均為在校大學(xué)生，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要活動(dòng)地點(diǎn)為教室和校園及校園附近區(qū)域，在冷空氣伴沙塵天氣、單冷空氣天氣和對(duì)照日天氣條件下的暴露方式和暴露時(shí)間基本一致。

1.2研究方法

1.2.1天氣條件的選擇

1.2.1.1沙塵天氣和冷空氣過(guò)程沙塵天氣是強(qiáng)風(fēng)從地面卷起大量沙塵，使空氣混濁，水平能見(jiàn)度明顯下降的一種天氣現(xiàn)象。冷空氣即位于低溫區(qū)的空氣，冷空氣過(guò)程是冷空氣使得某地的日最低氣溫48 h內(nèi)有一定幅度下降的過(guò)程。

1.2.1.2各組主要?dú)鉁財(cái)?shù)據(jù)資料本研究中冷空氣伴沙塵天氣及單冷空氣天氣最低溫分別為-1.3℃和-9℃，明顯低于對(duì)照日13.3℃。兩次冷空氣過(guò)程48 h降溫幅度分別為4.5℃和5℃，均為弱冷空氣過(guò)程。兩次冷空氣過(guò)程的平均溫度分別為13.6℃和-2.5℃，均顯著低于對(duì)照天氣平均氣溫22℃(表1)。

Tab. 1　Temperature data for each group(℃)

1.2.1.3各組主要空氣污染物濃度比較冷空氣伴沙塵天氣日和單冷空氣日空氣污染物中SO2和NO2濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；對(duì)照日空氣污染物中SO2和NO2濃度高于冷空氣伴沙塵天氣日和單冷空氣日，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；各組空氣中O3濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；對(duì)照日與單冷空氣日空氣污染物中PM10和PM2.5的濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；冷空氣伴沙塵天氣日空氣中PM10、PM2.5濃度顯著高于對(duì)照日與單冷空氣日，分別約為其12.3倍和9.3倍、5.3倍和3.3倍(P<0.05，表2)。

Tab. 2　Daily mean concentration of air pollutants the day before sampling for each group(ug/m3， ±s)

*P<0.05vscontrol;?#P<0.05vscold air group

1.2.2空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)和氣象數(shù)據(jù)以上空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采用中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部-數(shù)據(jù)中心2014年4月24日、7月14日及11月29日空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于氣象監(jiān)測(cè)部門。

1.2.3樣本材料的選擇本研究選擇尿液樣本中三種標(biāo)志物：IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2進(jìn)行濃度水平的測(cè)定，由于其代謝特點(diǎn)，相比較血液樣本的檢測(cè)更為靈敏，且具有無(wú)創(chuàng)和簡(jiǎn)便易行的優(yōu)勢(shì)。

1.2.4尿樣的采集及處理分別于冷空氣伴沙塵天氣發(fā)生次日2014年4月25日、單冷空氣發(fā)生次日2014年11月30日以及無(wú)沙塵天氣和冷空氣的2014年7月15日(對(duì)照日)采集研究對(duì)象尿液樣本，約20 ml，采樣后離心20 min左右(2 000～3 000 r/min)，仔細(xì)收集上清，于-80℃凍存至分析。

1.2.5樣品檢測(cè)用ELISA試劑盒(由上海晶天生物科技有限公司生產(chǎn))進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，指標(biāo)包括IL-6、8-iso-PGF2α11-DH-TXB2。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 13.0建立數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究對(duì)象一般情況中年齡和BMI的比較以及不同組內(nèi)生物標(biāo)志物濃度均值的性別差異比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，三次尿中生物標(biāo)志物濃度均值的比較采用單因素重復(fù)測(cè)量資料的方差分析。

2　結(jié)果

冷空氣伴沙塵天氣組尿中，IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2的平均濃度均高于單冷空氣日組和對(duì)照日組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；單冷空氣日組與對(duì)照日組尿中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2三種標(biāo)志物平均濃度的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)照日組女性尿液樣本中11-DH-TXB2含量高于男性，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，其余各組男女性研究對(duì)象尿液樣本中標(biāo)志物濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，各組與性別之間均無(wú)交互作用(表3)。

Tab. 3　Effect of cold air and dust weather on biomarkers of cardiovascular disease in ±s)

IL-6：Interleukin-6; 8-iso-PGF2α：8-iso-prostaglandins F2α； 11-DH-TXB2：11-dehydro-thromboxane B2

*P<0.05vscontrol day;?#P<0.05vscold air;?△P<0.05vsmale in the same group

3　討論

沙塵天氣發(fā)生時(shí)，強(qiáng)風(fēng)作用使得空氣中顆粒性污染物濃度顯著增加，顆粒物作用于機(jī)體可產(chǎn)生急性效應(yīng)和慢性損傷。急性效應(yīng)多為呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)以及皮膚和眼的急性損傷，慢性損傷表現(xiàn)為沙漠塵肺等。損傷效應(yīng)的主要毒理學(xué)機(jī)制為炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激性損傷和血小板活化等[2,9]。可吸入顆粒物如PM10和PM2.5可對(duì)人體健康造成嚴(yán)重影響。PM2.5粒徑較小，不受上呼吸道清除屏障的阻擋，可直接進(jìn)入呼吸系統(tǒng)深部甚至血液循環(huán)當(dāng)中較難排出體外，PM2.5表面積相對(duì)較大，易吸附細(xì)菌、病毒、有毒重金屬、酸性氧化物以及有機(jī)污染物等，威脅人體健康；PM10動(dòng)力學(xué)直徑較大，一旦吸入便可沉積于小氣道內(nèi)，持久影響人體健康[10,11]。冷空氣伴隨沙塵天氣發(fā)生，影響人體血脂水平，增加心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生危險(xiǎn)性[5-8]。

IL-6又稱前炎癥細(xì)胞因子，氣道炎癥和結(jié)構(gòu)重建與它的釋放密切相關(guān)，且在血管發(fā)生和血管重構(gòu)中發(fā)揮重要功能[12]。8-iso-PGF2α是前列腺素F2α的異構(gòu)體，是通過(guò)非環(huán)氧化酶催化自由基損傷細(xì)胞膜脂質(zhì)花生四烯酸，使其發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化后的終末產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定性心絞痛患者中8-iso-PGF2α含量比健康對(duì)照組明顯升高，慢性梗阻性肺氣腫患者尿液中8-iso-PGF2α含量明顯高于正常人[13,14]。11-DH-TXB2是促凝血烷B2(TXB2)的體內(nèi)主要酶代謝產(chǎn)物，是體內(nèi)血小板活化的標(biāo)志[15]。正常情況下，血小板在血液循環(huán)中處于靜息狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生心血管系統(tǒng)疾病，如冠心病、充血性心力衰竭、心律失常等時(shí)，血小板發(fā)生粘附、變形、聚集、釋放等活化反應(yīng)[16]。尿中IL-6、8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2的含量能夠反映沙塵天氣對(duì)人體健康產(chǎn)生的不利影響[9]。

本研究結(jié)果顯示，冷空氣伴沙塵天氣組尿液樣本中，IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2水平都高于單冷空氣日組和對(duì)照日組，而單冷空氣組和對(duì)照日組三種標(biāo)志物濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。根據(jù)采樣點(diǎn)空氣污染物濃度比較結(jié)果以及氣象條件比較可知，沙塵天氣發(fā)生時(shí)，主要會(huì)對(duì)空氣中SO2、NO2、PM10和PM2.5四種污染物濃度產(chǎn)生影響。強(qiáng)沙塵天氣于春季到來(lái)，春季降水較少，空氣中顆粒物不容易被清除，加之大量塵土從源地輸送到蘭州，導(dǎo)致PM10等顆粒物日均濃度大量增加，而沙塵天氣發(fā)生時(shí)，所伴隨的大風(fēng)等氣象條件反而有利于SO2和NO2的擴(kuò)散[17]。因此，沙塵天氣日PM10和PM2.5濃度顯著高于其他兩組，但SO2和NO2濃度低于對(duì)照日，而與具有相似氣象條件的單冷空氣日相比無(wú)顯著差異。對(duì)照日SO2和NO2濃度高于單冷空氣日，氣溫也明顯高于單冷空氣日，但由于可吸入顆粒物濃度無(wú)顯著差異，尿中三種標(biāo)志物含量也無(wú)明顯差異。綜上提示SO2和NO2對(duì)尿液中IL-6、8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2含量可能沒(méi)有影響，冷空氣過(guò)程可能不會(huì)增加沙塵天氣時(shí)機(jī)體疾病發(fā)生的危險(xiǎn)性，可吸入顆粒物的暴露，使尿中這三種標(biāo)志物含量升高，是沙塵天氣發(fā)生時(shí)機(jī)體發(fā)病的主要危險(xiǎn)因素。國(guó)內(nèi)外許多研究發(fā)現(xiàn)，可吸入顆粒物可使機(jī)體氧自由基集團(tuán)大量增加，產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷，使脂質(zhì)過(guò)氧化、DNA鏈斷裂、多種功能蛋白被氧化修飾，能引起血液系統(tǒng)和血管緊張性的改變，也可使肺泡巨噬細(xì)胞吞噬功能和生存能力下降，甚至導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)的發(fā)生[18,19]。本研究反應(yīng)氧化損傷、血小板激活和炎癥發(fā)生的三個(gè)指標(biāo)8-iso-PGF2α、11-DH-TXB2和IL-6在沙塵天氣發(fā)生時(shí)，含量增高，與國(guó)內(nèi)外研究基本一致。本次研究中冷空氣活動(dòng)未對(duì)三種標(biāo)志物含量產(chǎn)生影響，而之前研究表明，冷空氣過(guò)程是心血管疾病發(fā)生的危險(xiǎn)因素，兩者相左，原因可能是先前研究中，冷空氣活動(dòng)對(duì)于機(jī)體特別是心血管系統(tǒng)疾病的影響多為促進(jìn)凝血功能增強(qiáng)、血脂水平變化以及對(duì)心肌損傷血清標(biāo)志物產(chǎn)生影響。本研究中選取的尿液中三種標(biāo)志物可能不是反應(yīng)冷空氣活動(dòng)作用于心血管系統(tǒng)的最佳標(biāo)志物。

本研究提示，沙塵天氣發(fā)生時(shí)，可吸入顆粒物的暴露可能是機(jī)體疾病發(fā)生的危險(xiǎn)因素，伴隨的冷空氣活動(dòng)未對(duì)三種疾病標(biāo)志物產(chǎn)生影響。尿中IL-6、8-iso-PGF2α和11-DH-TXB2三種生標(biāo)志物的含量變化可以反映可吸入顆粒物對(duì)機(jī)體的損傷作用，這為沙塵天氣出現(xiàn)時(shí)，機(jī)體呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)等疾病發(fā)生的危險(xiǎn)性提供一定的參考依據(jù)。冷空氣活動(dòng)作用于機(jī)體時(shí)生物標(biāo)志物的選擇，以及顆粒物和冷空氣活動(dòng)的交互作用對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的可能影響，都有待進(jìn)一步探索研究。

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dust weather;cold air;particulate matter;IL-6;8-iso-PGF2α;11-DH-TXB2

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41405108)

2015-03-11

2015-09-28

△Tel：13909467346; E-mail：niujingp@lzu.edu.cn；

R122.2

A

1000-6834(2016)01-005-04

10.13459/j.cnki.cjap.2016.01.002

+：共同第一作者