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世界衛生組織（WHO）報導，環境空氣污染在2012年造成370萬人死亡，佔全球死亡人數的6.7％，其中，約16％誘發肺癌、約11％誘發慢性阻塞性肺疾病、約29％誘發心臟病或中風和約13％誘發呼吸道感染而死亡 [1]。

空氣汙染的類型可以依照來源分成2種:

  1. 固定汙染源→圖A

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圖A. 固定汙染源

 

  1. 移動汙染源→圖B

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圖B. 移動汙染源

 

來看看台灣的空氣污染組成及來源!!

 

空氣中存在許多污染物，
漂浮在空氣中類似灰塵的粒狀物就稱為懸浮微粒 (particulate matter, PM)
PM粒徑大小有別，單位以微克/立方公尺(μg/m3)表示!! 如圖C。

PM10的直徑等於1根頭髮的直徑!!
PM2.5等於PM10的1/4大!!

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圖C. PM10 vs PM2.5

 

另外，懸浮微粒也可能攜帶有毒物質，進入人體中!!
依照不同的大小，對人體會產生不同程度的傷害，如圖D

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圖D. 不同懸浮微粒對人體的影響

PM10和PM2.5會導致人體產生那些生理狀態或疾病?

  1. 心血管疾病
  • PM2.5誘發心血管疾病的死亡率(69%)比呼吸系統疾病誘發的死亡率高(28％) [1]。
  • 50萬名青少年和成年人進行了16年隨訪監控的研究顯示，環境中，PM2.5的濃度約為 10.5 μg/ m3，會增加8〜18％產生缺血性心臟病、心衰竭、心律失常和心臟停搏的風險 [1]。
  1. 肺癌  
  • PM2.5和PM10會造成呼吸道症狀增加、肺功能下降、慢性咳嗽、支氣管炎和結膜炎發病率增加，甚至會導致肺癌的產生 [1]。
  1. 血癌
  • 根據全世界汙染最嚴重的國家-伊朗，統計發現空氣汙染與血癌的發生率有相關性 [3]。
  1. 男性精子的健康程度
  • 研究發現空氣污染對會影響精液的質量參數，包括影響精子的形態和DNA分裂的能力，而影響男性的生育力 [4]。

為什麼PM2.5和PM10會對人體產生傷害?

在這邊大家要先了解”人體的免疫系統”有3道防線(如圖E)，來保護人體免於疾病。

知識補給站：

第一道防線→
皮膚、分泌液、黏膜等物理及化學性防禦，此道防線就像城牆一樣，目的是將敵人阻隔在身體外面。

 

第二道防線→
免疫士兵上場: 白血球，包括嗜酸性白血球、嗜中性白血球、嗜鹼性白血球、單核球和巨噬細胞，

  • 這些白血球個別有不同的功能，包括誘發發炎反應、吞噬作用和產生干擾素等作用。
  • 前兩道防線是局部的，其症狀為紅、腫、脹、痛與發炎。

 

第三道防線→
敵人太強大，會通知免疫系統的司令官: B 淋巴球細胞和 T 淋巴球細胞，啟動第三道防線，讓B細胞和T細胞接手作戰，

  • B細胞會產生抗體來攻擊誘發抗體性免疫反應，就像戰鬥機會瞄準敵人後發射追蹤性導彈
  • T細胞可以發號司令外，也可以直接辨識並攻擊敵人，啟動細胞性免疫反應
  • 第三道防線是全面性的，具有全身反應、專一性、記憶性的特性。

 

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圖E. 免疫系統防線

為什麼PM2.5和PM10會對人體產生傷害的程度

初步了解人體免疫系統的結構後~
我們再來講講PM2.5和PM10可以直搗黃龍到甚麼程度?

看到這張圖F

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圖F. PM誘發心血管疾病

 

PM10有礙於體積比較大，所以被第一道防線攔截下來!! 
PM2.5瞬間根本就是FREE PASS第一道防線，直接進入第二道防線，
此時，白血球士兵才發現PM2.5，然後肺泡巨噬細胞才把PM2.5吞噬掉，在一場混戰中，
因數量過多或具有毒性而導致巨噬細胞 [1]。

 

更小的懸浮微粒，會直接穿透血管內皮細胞進入血液循環中或被內皮細胞吃掉，造成血管內皮細胞受損，也會導致血管大小不同或血壓改變導致血流方向及速度改變，加速動脈粥樣硬化，導致心血管疾病，如圖G [2]。

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圖G. PM誘發心血管疾病的機制

 

此外!!
PM2.5也會影響自律神經系統的調控，間接影響到心臟功能的調控或甚至是產生有助於全身性發炎症狀，並誘發其他疾病 [2]，如圖F。

PM2.5會促使肺癌患者的病情惡化嗎?

如圖H，有研究發現肺癌細胞經PM2.5暴露後，會促使肺癌細胞增生及移行的情況增加!!

 

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圖H. PM2.5影響肺癌細胞移行

 

科學家再進一步去研究肺癌細胞哪一些的基因有發生變化?

如圖I結果呈現~

  1. IL-1 (促進發炎因子)、MT1X (調控腫瘤對毒物的反應)、MMP1 (促進移行)、EREG (促進細胞生長)的基因表達都有增加的現象。
  2. TP53及TNFRSF1A (調控細胞凋亡和發炎)的基因表達都是下降的。
  3. 因此，PM2.5暴露後，會促進肺癌惡化。

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圖I. PM2.5影響肺癌細胞基因的表達

結論

PM2.5不僅會提升罹患心肺相關疾病甚至是癌症的風險外

還會促使這些疾病持續惡化!!

 

 

參考資料:

  1. Air Pollution Exposure and Cardiovascular Disease
  2. The mechanisms of air pollution and particulate matter in cardiovascular diseases
  3. The effects of air pollutants on the mortality rate of lung cancer and leukemia
  4. Outdoor air pollution and sperm quality
  5. The effects for PM2.5 exposure on non‑small‑cell lung cancer induced motility and proliferation

 

 

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