大气颗粒污染物健康损害效应及户外锻炼对策的研究——以太原市颗粒物污染为例

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目的:社会经济的不断向前发展,健康愈来愈受到人们的重视,再加身心两方面压力的堆积,使得以户外体育锻炼为主的健康活动方式备受人们关注和喜爱。然而,经济快速发展导致工业化和城市化进程的飞速发展不可避免的带来了一系列的空气污染问题,特别是大气颗粒污染,已成为我国城市空气质量恶化首要的污染因素,并对人体健康造成威胁进而对户外体育锻炼产生诸多不利影响。本文通过分析大气颗粒污染物(particulate matter,PM,包括PM10和PM2.5)对人体健康损害的一般途径和可能机制,及其对普通群众死亡率的影响,阐明城市大气颗粒物的健康损害效应;最后,以典型重工业城市太原市为案例,通过分析了大气颗粒污染时空变化特征,提出适应太原市大气颗粒污染时空变化规律的户外锻炼对策,以期更好协调户外空气恶化和户外锻炼意愿增加的矛盾,对于人们做出合理科学的户外锻炼决策具有积极的现实意义。  方法:(1)通过查阅文献资料对大气颗粒污染物理化性质、致病机理,以及运动中人体呼吸系统变化等加以综述,进而分析大气颗粒污染物健康危害的阈值特征以及运动中人体所具有的特殊健康风险;(2)通过各大文献检索平台收集国内外关于大气颗粒物污染与居民每日死亡关系的文献及数据。对文献筛选后,进行Meta分析,对大气颗粒污染物PM10和PM2.5浓度每上升10μg/m3居民每日死亡增加的相对危险度(RR)和死亡率上升百分比的过往研究数值,进行合并;(3)通过山西省环境监测站,收集了2014年2月16日到2016年2月16日共计733天的PM10和PM2.5数据,运用经典描述性统计学方法、热图(HeatMap)分析、Morlat连续小波变换的功率谱和总体方差分析以及主成分分析PCA来确定多时间尺度下的PM10和PM2.5的时空变化特征,并据此提出相应的户外锻炼对策。  结果:(1)现有研究证明,大气颗粒污染物会对人体造成多种健康损害。研究亦表明,在任何浓度的大气颗粒物暴露下都存在健康风险。而人体在运动过程中,呼吸方式的改变,通气量的增加,肺扩散能力的增强,以及运动产热使毛孔打开等因素,会加剧颗粒污染物对人体的危害;(2)Meta分析结果显示,大气中PM10和PM2.5的浓度每上升10μg/m3,居民每日死亡增加的相对危险度(RR)分别为0.999和1.001,其相应95%CI为0.622~1.376和0.628~1.374;相应的居民死亡率分别上升0.98%和1.05%,相应95%CI为0.97%~0.99%和1.01%~1.08%。研究还揭示了,PM2.5在相对危险度和死亡率中的合并效应值均高于PM10;(3)2014-2016年的整个监测期间,各监测点PM10和PM2.5污染程度在空间上,人口经济活动频繁的新兴经济区(坞城、晋源、小店)较其它监测站点颗粒物污染相对最重。时间上,季节尺度下,大气颗粒污染物PM10和PM2.5在冬季均表现出污染程度相对严重的现象;同一周时间内,周六和周天的污染情况在大部分要比其他几天污染程度相对要轻,聚类结果揭示的颗粒物周内变化特征和一周内周末污染情况相对较轻微的现象,从某种程度上验证大气颗粒污染变化与人类生产活动有着密切的联系;在一天24h内,PM10的污染受夜晚影响最大,PM2.5污染受早晨影响最大,而且PM10和PM2.5均在午后表现出相对比较严重的污染特征。  结论及对策:(1)城市大气颗粒污染物(PM10和PM2.5)主要通过呼吸系统进入人体,进而对人体产生各种毒害效应,颗粒物浓度对健康的损害没有明显的阈值。大气颗粒污染情况在不同国家和地区的时空变化特征是不稳定的,应通过研究不同地区自身大气颗粒污染时空变化的规律性特征来推荐最佳锻炼地点和时间,来降低颗粒污染对户外锻炼人群的危害。(2)Meta分析结果揭示了户外大气颗粒污染物暴露对普通群众死亡率有重要影响。城市大气颗粒污染物(PM10和PM2.5)浓度的上升均会增加居民的死亡风险,且PM2.5对人体健康带来的危害程度要大于PM10,提示户外体育活动中特别需要注意颗粒污染物浓度的上升及带来的健康威胁。(3)太原市大气颗粒污染物浓度时空变化特征结果揭示了在人口经济活动频繁的新兴经济区(坞城、晋源、小店)较其它监测站点颗粒物污染相对最重。冬季上风区和城市新兴区的上兰和涧河站点污染程度相对较轻。在时间尺度上表现为,在季节上,冬季污染程度最为严重,而春、夏、初污染程度相对比较轻微;在一周内,周三、周四和周五污染情况最为严重,而周六、周天则相对轻微;在一天中,大气颗粒污染物PM10在早晨、午后及夜间污染情况比较严重,PM2.5在在早晨和午后的污染情况比较严重。  因此,太原市范围内的人群在进行户外锻炼时,处于城市繁荣区,传统重工业区以及冬季下风区的人群在选择外出锻炼时需格外注意大气颗粒污染情况。同时,尽量避免在冬季进行户外锻炼,如果不可避免的进行户外锻炼,需做好防护措施;在安排一周内的户外锻炼计划时,尽量避开工作日中的周二、周三、周四,最好将外出锻炼时间安排在周末,这样可以有效的避开污染的高峰期;安排一天内的户外锻炼计划时,根据自己具体的工作生活情况,在污染情况较为轻微的上午或者傍晚选择户外锻炼时间。
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