中华预防医学杂志    2019年01期 大气PM2.5暴露对太原市过敏性鼻炎患者氧化应激水平的影响    PDF     文章点击量:292    
中华预防医学杂志2019年01期
中华医学会主办。
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杨一兵 李欣 王秦 刘柳 徐春雨 刘喆 李娜 汉锋 李韵谱 徐东群
YangYibing,LiXin,WangQin,LiuLiu,XuChunyu,LiuZhe,LiNa,HanFeng,LiYunpu,XuDongqun
大气PM2.5暴露对太原市过敏性鼻炎患者氧化应激水平的影响
Effect of ambient fine particulate matters exposure on nasal oxidative stress level in patients with allergic rhinitis in Taiyuan city
中华预防医学杂志, 2019,53(1)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.issn.0253-9624.2019.01.008

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投稿日期: 2018-07-30
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大气PM2.5暴露对太原市过敏性鼻炎患者氧化应激水平的影响
杨一兵 李欣 王秦 刘柳 徐春雨 刘喆 李娜 汉锋 李韵谱 徐东群     
杨一兵 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
李欣 山西省人民医院耳鼻喉头颈外科,太原 030012
王秦 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
刘柳 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
徐春雨 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
刘喆 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
李娜 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
汉锋 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
李韵谱 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
徐东群 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京 100021
摘要: 目的  探讨大气PM2.5暴露对过敏性鼻炎患者鼻腔氧化应激水平的影响。方法  采用定组设计,招募了60例居住在太原市城区的过敏性鼻炎患者,于2017年6月至2018年1月进行4次重复测量,采集鼻腔冲洗液并测量其中氧化应激指标丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD);收集测量期间大气污染物和气象因素的监测数据,利用时间活动模式结合微环境监测法进行PM2.5暴露评估,采用混合效应模型分析PM2.5暴露浓度与氧化应激水平的关系。结果  共有49例患者完成了所有4次重复测量,年龄为(36.7±8.4)岁。4次测量研究对象MDA含量M分别为3.70、3.70、5.58和6.24 nmol/ml,SOD活力M分别为105.50、102.50、95.00和96.50 U/ml,PM2.5暴露水平分别为(40.0±2.7)、(41.5±2.5)、(52.3±5.9)和(74.7±4. 9)μg/m3。单污染物混合效应模型分析发现,MDA含量与滞后第0至3天(lag 0 d~lag 3 d)的PM2.5浓度均呈正相关,β(95%CI)值分别为0.24(0.17,0.30)、0.34(0.27,0.41)、0.32(0.20,0.44)、0.33(0.23,0.43);SOD活力与lag 0 d~lag 2 d的PM2.5浓度均呈负相关,β(95%CI)值分别为-0.99(-1.66,-0.31)、-1.35(-2.08,-0.62)、-0.94(-1.80,-0.07)。多因素分析发现,控制气温、年龄等因素后,PM2.5浓度在lag 1 d与MDA含量和SOD活力存在关联,PM2.5浓度每升高10 μg/m3,MDA含量增加0.26(95%CI:0.18,0.33)nmol/ml,SOD活力下降0.87(95%CI:0.21,1.53)U/ml。结论  PM2.5暴露可加重过敏性鼻炎患者鼻腔的氧化应激反应。
关键词 :颗粒物;氧化性应激;鼻炎;过敏反应;PM2.5
Effect of ambient fine particulate matters exposure on nasal oxidative stress level in patients with allergic rhinitis in Taiyuan city
YangYibing,LiXin,WangQin,LiuLiu,XuChunyu,LiuZhe,LiNa,HanFeng,LiYunpu,XuDongqun     
National Institute of Environmental Health, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100021, China
Corresponding author: Xu Dongqun, Email: xudq@chinacdc.cn, Tel: 0086-10-50930104
Abstract:Objective  To explore the effect of ambient fine particulate matters (PM2.5) exposure on nasal oxidative stress level in patients with allergic rhinitis (AR).Methods  A panel of sixty AR patients was recruited as subjects. Four repeated measurements were carried out from June 2017 to January 2018. Nasal irrigation solution was collected and examined for malondialdehyde (MDA) and superoxide dismutase (SOD). Monitoring data of atmospheric pollutants and meteorological factors during measurement periods were also collected. Time activity pattern combined with micro-environment monitoring method was used to evaluate PM2.5 exposure. Mixed effect model was applied to analyze the relationship between PM2.5 exposure concentration and oxidative stress level.Results  49 subjects accomplished the four repeated measurements, and the mean±SD of their age was (36.7±8.4) years old. The median of MDA and SOD in four measurement periods was 3.70, 3.70, 5.58, 6.24 nmol/ml, and 105.50, 102.50, 95.00, 96.50 U/ml. The concentration of PM2.5 exposure in four measurement periods was (40.0±2.7), (41.5±2.5), (52.3±5.9) and (74.7±4.9) μg/m3, respectively. Results of single pollutant mixed effect model analysis showed that 0-, 1-, 2-, 3-day lag concentrations of PM2.5 was significantly positively associated with MDA, about β (95%CI) estimated as 0.24 (0.17, 0.30), 0.34 (0.27, 0.41), 0.32 (0.20, 0.44) and 0.33 (0.23, 0.43), respectively. 0-, 1-, 2-day concentrations of PM2.5 was significantly negatively associated with SOD, about β (95%CI) estimated as -0.99 (-1.66, -0.31), -1.35 (-2.08, -0.62) and -0.94 (-1.80, -0.07), respectively. Multivariate analysis found that lag 1-day concentration of PM2.5 was still significantly associated with MDA and SOD after controlling for temperature, age and other influencing factors. For a 10 μg/m3 increase of PM2.5 concentration, MDA increased 0.26 (95%CI: 0.18, 0.33) nmol/ml, and SOD decreased 0.87 (95%CI: 0.21, 1.53) U/ml.Conclusion  Our results suggested that PM2.5 exposure can aggravate the nasal oxidative stress response of AR patients.
Key words :Particulate matter;Oxidative stress;Rhinitis;Anaphylaxis;PM2.5
全文

近年来我国大中城市过敏性鼻炎的患病率呈现不断上升趋势,已成为重要的公共卫生问题[1,2,3]。流行病学研究表明,PM2.5可引起过敏性鼻炎患者就诊率升高,加重患者鼻部症状,降低其生活质量[4,5,6,7]。但PM2.5加重过敏性鼻炎患者症状的机制尚不清楚。氧化应激与过敏性鼻炎的发生发展关系密切,鼻部的氧化损伤可破坏鼻黏膜的屏障功能,并可引起促炎介质释放和炎症反应,加重鼻炎症状,是过敏性鼻炎的重要调控机制[8,9,10,11]。PM2.5能够对鼻黏膜细胞和呼吸道上皮细胞造成氧化损伤[8,11,12,13],颗粒物暴露可加重哮喘、慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者等人群的机体氧化应激水平[14,15,16,17,18]。因此,PM2.5也可能通过影响过敏性鼻炎患者氧化应激水平,进而加重过敏性鼻炎的症状[8,19]
        本研究采用定组设计方法,在不同季节和污染水平下对过敏性鼻炎患者进行4次重复测量,通过问卷调查了解研究对象的基本情况,以及研究期间饮酒、自我报告过敏性鼻炎发作、服药等信息,观察患者鼻腔冲洗液中氧化应激水平的变化,探讨PM2.5暴露对过敏性鼻炎患者鼻腔氧化应激水平的影响。

对象与方法  

一、对象  采用定组设计,参考单组重复测量设计样本含量估计表[20],确定样本量为49例。考虑到可能出现失访人员,将样本量增加至60例。通过山西省人民医院耳鼻喉头颈外科,招募和筛选出60例经临床医生确诊的过敏性鼻炎患者作为研究对象。诊断标准参考《变应性鼻炎诊断和治疗指南》[21],过敏原检测方法为皮肤点刺实验。纳入标准:(1)非吸烟者;(2)无长期持续性服药习惯;(3)职业不接触粉尘、有机物等;(4)居住在太原市6城区1年以上;(5)18~59岁;(6)住宅近1年内无装修行为。研究对象均签署了知情同意书,本研究通过了山西省人民医院伦理委员会的审批[批号:(2017)省医研伦理审字4号]。于2017年6、8和12月以及2018年1月开展了4次重复测量,统一召集研究对象前往山西省人民医院耳鼻喉头颈外科进行问卷调查和生物样本采集。

二、问卷调查  通过问卷调查收集研究对象的基本情况(年龄、性别、身高、体重等信息)、过敏性疾病史,以及研究期间饮酒、自我报告过敏性鼻炎发作、服药和各场所停留时间等信息。

三、鼻腔冲洗液的收集与测定  鼻腔冲洗液采集过程:要求研究对象坐正并微抬下颌,使用注射器抽取0.9%生理盐水,要求患者闭气并将5 ml生理盐水注入其一侧鼻腔中,保持10 s后,低头使冲洗液流入漏斗中,漏斗下方连接离心管以收集冲洗液,再将5 ml生理盐水注入患者另一侧鼻腔并重复上述操作。3 488×g,离心10 min后使用无菌吸管吸取上清液至新离心管中,保存于-40 ℃冰箱中。使用南京建成生物工程研究所生产的微量丙二醛(malondialdehyde,MDA)测定试剂盒(A003-2型)和超氧化物歧化酶(total superoxide dismutase,SOD)测试盒(A001-1型),测定鼻腔冲洗液氧化应激指标MDA含量和SOD活力。

四、暴露评价  采用时间活动模式结合微环境暴露评估方法,估计研究对象的PM2.5暴露浓度:首先,通过对研究对象典型住宅和工作场所室内外PM2.5浓度进行监测采样,获得4次重复测量期间住宅和工作场所室内/室外PM2.5浓度比值关系(I/O比值);然后,基于太原市城区8个环境监测站PM2.5浓度数据,利用反距离加权插值法估算各建筑物室外PM2.5浓度,并结合I/O比值,得到建筑物内PM2.5浓度;最后,基于研究对象的时间活动模式调查结果,得到其在每个微环境所处时间,并结合各微环境PM2.5浓度,估算出研究对象在各微环境的总暴露量,计算出个体暴露浓度。采样泵为小流量PM2.5采样器(MicroPEMTM型,美国RTI公司),滤膜为直径25 mm Teflo滤膜[22,23](美国PALL公司)。PM2.5、NO2和SO2的监测站数据来源于中国环境监测总站的全国城市空气质量实时发布平台(http://106.37.208.233∶20035/)。本研究还收集了气象因素包括气温和相对湿度的监测数据,来源于中国气象局气象数据中心。

五、统计学分析  采用Epidata 3.1软件进行调查资料的数据双录入,R 3.4.4进行统计分析,身体测量指标、大气污染物及气象数据服从正态分布,以±s表示,使用方差分析进行多组间大气污染物及气象数据差异性检验,采用LSD法进行两两比较;采用Spearman相关来分析污染物与气象因素的相关性。氧化应激指标MDA和SOD为偏态分布,采用MQR)进行描述,对数转换后呈正态分布,采用单组重复测量设计的方差分析比较重复测量间研究对象MDA含量和SOD活力的差异;采用LSD法进行两两比较。以P<0.05为差异有统计学意义。
        通过单污染物线性混合效应模型,以氧化应激指标为因变量,PM2.5暴露浓度为固定效应变量,研究对象编号为随机效应变量,分析PM2.5暴露浓度与鼻腔冲洗液中氧化应激指标之间的关联。由于呼吸系统急性反应多集中出现于污染物暴露后0~3 d[7,24,25],而且气象因素和其他污染物与氧化应激指标也可能存在联系,因此在确认PM2.5暴露与氧化应激指标关联较强的滞后天数后,以氧化应激指标为因变量,分别以SO2、NO2和气温为固定效应变量,患者编号为随机效应变量,进行混合效应模型分析。最后,为控制气温和研究对象服药、性别等潜在混杂因素的影响,分步骤纳入这些变量进入混合效应模型中进一步分析PM2.5暴露对氧化应激指标的影响。以P<0.05为有统计学意义。

结果  

一、基本情况  分别有60、55、53和55例过敏性鼻炎患者参加了4次重复测量,共有49例患者完成了所有4次重复测量,女性37例,男性12例。年龄为(36.7±8.4)岁,范围为23~59岁,身高为(164.7±5.8)cm,体重为(62.8±11.0)kg,体重指数(body mass index,BMI)为(23.1±3.3)kg/m2。22例研究对象的亲属中有人患有过敏性鼻炎;20例研究对象存在饮酒行为,但无酗酒;35例研究对象对秋季花草过敏;4例研究对象家中喂养了宠物;10例研究对象报告家中有蟑螂和霉斑。4次重复测量期间,分别有14、17、14和11例研究对象存在饮酒行为;在第2次测量时,29例研究对象自我报告在1周内有过敏性鼻炎发作,而且其中14例研究对象服用了过敏性鼻炎相关药物。

二、MDA含量和SOD活力水平  4次测量研究对象MDA含量M分别为3.70、3.70、5.58和6.24 nmol/ml,SOD活力分别为105.50、102.50、95.00和96.50 U/ml,详见表1。重复测量设计方差分析发现MDA在4次测量间差异存在统计学意义,采暖季两次测量的MDA含量高于非采暖季,且MDA含量在第4次测量高于第3次,P值均<0.05。SOD活力在4次测量间差异也存在统计学意义,采暖季2次测量的SOD活力低于非采暖季,P值均<0.05。

表1不同时间太原市过敏性鼻炎患者鼻腔冲洗液中MDA水平和SOD活力检测结果[MQR)]

三、空气污染物浓度与气象条件  

1.重复测量期间空气污染物和气象因素的分布情况:  4次重复测量期间外环境PM2.5M平均浓度分别为43.5、43.7、60.6和96.2 μg/m3。第4次PM2.5浓度均高于其他3次(P值均<0.05)。NO2和SO2平均浓度的高低排序依次为第4次>第3次>第2次>第1次(P值均<0.05)。第2次测量期间相对湿度高于第1次测量(P=0.028),非采暖季两次测量的相对湿度均高于采暖季两次测量(P<0.001)。4次测量期间研究对象PM2.5暴露浓度平均值分别为40.0、41.5、52.3和74.7 μg/m3,第4次PM2.5暴露浓度高于其他3次(P值均<0.001)(表2)。

表2不同时间太原市空气污染物和气象因素测量结果(±s

2.空气污染物和气象因素的相关关系:  PM2.5与NO2、SO2高度正相关,r值分别为0.84和0.86(P值均<0.001)。为了避免共线性的影响,多因素分析中不宜将SO2和NO2放入回归模型中。PM2.5与气温呈负相关(r=-0.50,P<0.001),与相对湿度无相关关系(r=-0.30,P=0.057)。

四、PM2.5暴露对氧化应激水平的关联  

1.PM2.5暴露与氧化应激水平关联的混合效应模型分析:  单污染物混合效应模型分析发现,MDA含量与lag 0 d~lag 3 d的PM2.5浓度均呈正相关,β(95%CI)值分别为0.24(0.17,0.3)、0.34(0.27,0.41)、0.32(0.20,0.44),0.33(0.23,0.43);SOD活力与lag 0 d~lag 2 d的PM2.5浓度均呈负相关,β(95%CI)值分别为-0.99(-1.66,-0.31)、-1.35(-2.08,-0.62)、-0.94(-1.80,-0.07),与lag 3 d PM2.5浓度无关联。lag 1 d时PM2.5浓度每升高10 μg/m3,MDA含量增加0.34(95%CI:0.27~0.41)nmol/ml,SOD活力降低1.35(95%CI:0.62~2.08)U/ml。详见图1

图1不同滞后时间PM2.5暴露浓度每升高10 μg/m3时太原市过敏性鼻炎患者鼻腔冲洗液中氧化应激指标的改变量(混合效应模型)

2.NO2、SO2和气温与氧化应激指标的关联性分析:  lag 0 d和lag 1 d的SO2、NO2和气温均与MDA含量存在关联。lag 0 d和lag 1 d的SO2,以及lag 1 d的NO2与SOD活力呈负相关;气温与SOD活力呈正相关(表3)。

表3NO2、SO2和气温与太原市49例过敏性鼻炎患者鼻腔冲洗液中氧化应激指标的关联性分析(混合效应模型)

3.PM2.5与氧化应激水平关联的多因素分析:  气温与氧化应激指标具有较强关联,气温与PM2.5负相关,首先将气温变量纳入混合效应模型中(表4),发现调整气温后PM2.5浓度与氧化应激指标的β值均有所下降,lag 0 d和lag 1 d的PM2.5浓度与MDA含量仍存在关联;PM2.5 lag 0 d与SOD活力不再相关,lag 1 d的PM2.5仍与SOD活力存在关联。服用过敏性鼻炎相关药物能够直接影响研究对象鼻部症状,也可能会降低鼻部氧化应激水平,本研究进一步对此变量进行了调整,发现PM2.5对MDA含量的β值有所增加。最后,本研究对研究对象过敏原情况、年龄、性别等潜在混杂变量也进行了调整,发现PM2.5浓度与氧化应激指标仍存在关联,并且lag 1 d的PM2.5浓度对氧化应激水平影响最大,PM2.5浓度升高10 μg/m3,MOD含量增加0.26(95%CI:0.18,0.33)nmol/ml,SOD活力下降0.87(95%CI:0.21,1.53)U/ml。

表4PM2.5与太原市49例过敏性鼻炎患者鼻腔冲洗液中氧化应激指标的关联性分析

讨论  氧化应激与炎症反应存在紧密联系[8,10,26,27],也是PM2.5引起呼吸系统损伤(包括鼻黏膜损伤)的重要机制[8,18,28]。MDA和SOD常用来反映机体氧化应激水平[29,30]。本研究结果显示,采暖季研究对象MDA含量高于非采暖季,且第4次测量时MDA含量最高;采暖季SOD活力低于非采暖季。马晓燕[31]在针对哮喘患者的研究中也得到类似结果,PM2.5浓度高的春季患者血浆MDA水平高于其他季节,SOD活力水平低于其他季节。PM2.5对机体氧化应激影响的人群研究相对较少,已开展的研究提示颗粒物暴露可影响机体全身性和局部氧化应激水平[14,15,16,17,32]。本研究对过敏性鼻炎患者PM2.5暴露与鼻部氧化应激进行关联性分析,调整气温、服药等因素,发现PM2.5与MDA含量和SOD活力仍显著关联,随着PM2.5浓度升高,鼻腔冲洗液中MDA含量增加,SOD活力降低,表明了PM2.5暴露可加重患者氧化应激水平。
        SO2和NO2与过敏性鼻炎的发生存在联系[3,23,33,34,35],也可造成机体氧化损伤[14,36,37,38];气温与空气污染物关系密切,而冷空气可对鼻部产生刺激。本研究发现了气温、NO2和SO2与患者氧化应激相关,随着NO2和SO2浓度增加、气温降低,MDA表达上调和SOD的表达下降,提示它们对PM2.5与氧化应激的关联可能会有干扰。吸烟和住宅装修是过敏性鼻炎发作的影响因素,释放的甲醛等也可引起鼻部刺激[2,31,39],为减少它们的影响,本研究在设计阶段即剔除吸烟及1年内住宅装修的患者。服用过敏性鼻炎药物,特别是鼻腔局部用药,可缓解患者鼻部症状,也可能降低鼻腔氧化应激水平,本研究多因素分析发现调整服药后PM2.5的回归系数相比仅调整气温有所上升,提示了服药的混杂作用。性别对过敏性鼻炎发生的影响尚无一致性结论[2,40,41,42,43,44,45],而本研究以患者自身为对照多次重复测量,招募对象时并未对性别进行限定,为了避免可能的干扰在多因素分析中对其也加以调整。
        本研究对过敏性鼻炎患者鼻腔冲洗液中氧化应激指标进行测定,获得了不同季节和污染水平下患者鼻部氧化应激水平;利用时间活动模式结合微环境监测法进行PM2.5暴露评估,在PM2.5暴露方面进行了比较精确的评价[46,47];本研究发现了PM2.5暴露与患者氧化应激水平的关联。但本研究也存在一些局限,首先本研究发现了SO2和NO2与氧化应激的关联,但SO2和NO2与PM2.5高度相关,为了避免共线性的影响,未对SO2和NO2进一步分析,可能会高估PM2.5对效应指标的独立影响。其次,虽然本研究样本量满足设计要求,但仍然偏小,且仅限于太原市,结果的推广性存在一定局限,未来的研究应在更大范围扩大样本量,进一步观察空气污染暴露对过敏性鼻炎患者氧化应激水平的影响。

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