原文以Chemists can help to solve the air-pollution health crisis為標(biāo)題

發(fā)布在2017年11月13日的《自然》評論上

原文作者：馬克斯·普朗克化學(xué)研究所大氣化學(xué)主任Jos Lelieveld & 多相化學(xué)主任Ulrich P?schl

空氣質(zhì)量差是全球五大健康風(fēng)險之一,，其它四項(xiàng)是高血壓,、吸煙、糖尿病和超重,。2015年,，全球死亡案例中有近8%由糟糕的空氣質(zhì)量造成。長期暴露在污染的空氣中會引起呼吸道感染,、慢性阻塞性肺病,、中風(fēng)、心臟病和肺癌,。這被稱為“戶外被動吸煙”實(shí)在不為過,。

印度東部賈坎德邦的一個孩子呼吸著被地下煤火煙霧嚴(yán)重污染的空氣。

Robb Kendrick/NGC

在城市和其它受污染地區(qū),，必須對氮氧化物（比如NO和NO₂）,、臭氧（O₃）和懸浮微粒等空氣污染物加以控制。PM_2.5是主要危險,，因?yàn)檫@些顆粒直徑不到2.5微米,，能夠滲透入人體氣道和肺。全球每年平均有超過90%的人口——約70億人——被暴露在超過WHO標(biāo)準(zhǔn)上限（每立方米10微克PM_2.5）的戶外污染中,。

10月,，《柳葉刀》污染與健康委員會發(fā)布報告證實(shí)，每年約450萬人死于戶外空氣污染引起的病癥,。其中有一半發(fā)生在中國和印度,，不過俄羅斯的人均死亡率更高：每年每千人中約1.6人死亡，是印度的兩倍,。平均而言,，受空氣污染影響的人比在呼吸潔凈空氣的情況下少活28年。綜合起來，每年約有1.2億年的人類壽命被剝奪（見“被奪走的壽命”）,。

來源：WHO/Ref.5

大多數(shù)國家的空氣質(zhì)量法規(guī)都不足以阻止疾病和死亡,，PM_2.5的年度排放標(biāo)準(zhǔn)常常超過WHO規(guī)定的指導(dǎo)上限。歐盟目前的排放限度是每立方米25微克（μg m^–3）,，但是將在2020年調(diào)降至20微克以下,。即使如此，該地區(qū)仍有約274,000例死亡與糟糕的空氣質(zhì)量有關(guān),。在日本,，PM2.5的上限是15 μg m^–3 （有79,000例相關(guān)死亡案例），美國是12 μg m^–3（有115,000例相關(guān)死亡案例）,。5月,，安全閾值（最低風(fēng)險暴露水平）被調(diào)低，因?yàn)榱餍胁W(xué)研究認(rèn)為安全閾值應(yīng)該從5.8–8.8 μg m^–3降至2.4–5.9 μg m^–3,，這遠(yuǎn)低于WHO規(guī)定的限值,。

雖然公共衛(wèi)生專家揭示了空氣污染、疾病和死亡之間的聯(lián)系,，但是他們?nèi)孕枰嘈畔砼迩耙蚝蠊?。比如，人們對不同種類的懸浮微粒單獨(dú)的或混合的毒性仍舊知之不多,。很少有大氣化學(xué)家直接研究污染物對健康的影響,。

為了人類的健康，我們需要更全面的多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)來優(yōu)化污染物排放控制措施,。除了醫(yī)學(xué)工作者和生物學(xué)家,，還應(yīng)該包括流行病學(xué)家、毒理學(xué)家,、健康經(jīng)濟(jì)學(xué)家和大氣化學(xué)家,。

俄羅斯因戶外空氣污染導(dǎo)致的人均死亡率高企，圖為車?yán)镅刨e斯克的工廠,。

Aaron Huey/NGC

模糊的視點(diǎn)

空氣質(zhì)量影響人們的壽命,，大氣化學(xué)影響空氣污染物的壽命。但是將這些影響聯(lián)系起來并不容易,，原因有很多,。

首先，戶外空氣污染有許多源頭,。居民供暖和烹飪,，尤其是低收入國家使用的燃油爐和柴火，對死亡數(shù)的影響最大,。每年約有135萬人因其死亡,。農(nóng)業(yè)活動是第二大原因,，占死亡人數(shù)的五分之一。它的影響主要表現(xiàn)為糞肥和化肥釋放的氨與空氣中的硫酸鹽和硝酸鹽結(jié)合,，形成硫酸銨和硝酸銨,，從而產(chǎn)生PM_2.5。發(fā)電,、工業(yè)和交通也會產(chǎn)生大量臭氧和PM_2.5,。

第二，大氣中的化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜,，難以跟蹤,。臭氧和大多數(shù)PM_2.5顆粒是二級污染物，由各種人為和自然排放物形成,。環(huán)境因子,，比如溫度、濕度和風(fēng)力擴(kuò)散,，也會影響污染水平。細(xì)小顆粒物被吸入之前,，可能已經(jīng)在大氣中漂浮好幾天,，而且在此期間發(fā)生了多次化學(xué)變化。

第三,，污染物之間互相作用,。比如，臭氧水平取決于氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）在陽光下的反應(yīng),。因此,，要減少臭氧必須多管齊下。盡管如此,，結(jié)果仍然難以預(yù)料,。歐盟從本世紀(jì)初開始每年減少2-3%的氮氧化物和VOC排放量，但是該地區(qū)的臭氧水平并沒有下降,。風(fēng)也可能把其它大陸的排放物吹過來,。不過，控制氮氧化物排放也有望帶來其它好處,，比如減緩亞洲大城市硫酸鹽顆粒的形成,。

第四，因?yàn)榕欧潘交谟邢薜臏y量項(xiàng)目和不同的假設(shè),，所以它們的數(shù)值并不確定且常常被低估,。全球約有三分之一的重型汽車和超過一半的輕型汽車的尾氣排放量超過認(rèn)證限度。如果柴油車遵守當(dāng)前的排放標(biāo)準(zhǔn)（比如EURO 6/VI）,，則能立馬產(chǎn)生健康效益,。

最后,，空氣污染水平和健康影響之間的關(guān)系是非線性的。減少一半的污染不一定等于減少一半的死亡人數(shù),。污染最嚴(yán)重的地方需要最大的努力,，這一點(diǎn)中國最清楚。比如,，在中國東部的受污染地區(qū),，二氧化硫排放量從2010年起減少了逾50%，但是死亡率只降低了一點(diǎn)點(diǎn),。不過,，空氣凈化可以帶來成倍的好處。根據(jù)我們的計(jì)算,，由于執(zhí)行歐盟的空氣質(zhì)量法規(guī),，從上世紀(jì)70年代到2010年之間，英國由空氣污染造成的死亡率降低了30%,。然而在污染更嚴(yán)重的其它歐盟國家（比如德國和意大利）,，盡管它們在交通和能源領(lǐng)域也執(zhí)行了同樣的法規(guī)，但是死亡率下降幅度不到20%,。

污染物的排放控制需要因地施策,，而且需要將空氣污染物的化學(xué)反應(yīng)和全球流動考慮在內(nèi)。然而,，亞洲,、中東和非洲的某些國家還未簽署聯(lián)合國的《長程跨界空氣污染公約》。在許多國家,，地方政府雖然無力控制大氣環(huán)境,，卻要對空氣質(zhì)量負(fù)責(zé)。

不確定的毒性

懸浮微粒的不同成分對其總體毒性究竟有多大影響,，人們?nèi)匀涣私獠欢唷?/strong>但這樣的信息對于制定政策措施,，以便減少相關(guān)死亡數(shù)量具有重要意義，如對最危險的化合物嚴(yán)格加以限制,。過渡金屬,，包括鐵和銅，可在人體內(nèi)產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng),。煤煙和其他含碳化合物會伴有多環(huán)芳烴,，而多環(huán)芳烴可致突變和致癌。超細(xì)顆粒物（直徑小于0.1?μm）能夠滲透肺膜并進(jìn)入血液,。

從同一源頭排放出來的不同PM_2.5成分在環(huán)境濃度上存在一定關(guān)聯(lián),。大氣科學(xué)家可以通過厘清各成分的來源來幫助解決污染?；瘜W(xué)家可以闡明污染物與人體及免疫系統(tǒng)互作的分子機(jī)制,。研究大氣過程的實(shí)驗(yàn)方法和理論方法可延伸用于跟蹤空氣污染物與皮膚的互作以及它們與氣道內(nèi)流體的互作,。將這樣的研究和物理化學(xué)及生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)合起來，應(yīng)當(dāng)可以建立污染物接觸和人體反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián),。

人口密集且污染嚴(yán)重的地方是大氣研究和健康研究的“重點(diǎn)對象”,，比如中國的大城市，研究它們是檢驗(yàn)毒性假設(shè)和厘清不同污染物之間的相互影響的一種有用方式,。用于檢測高反應(yīng)活性,、短壽命的有毒化合物（比如碳中心或氧中心自由基）的技術(shù)可以與毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來。比如將細(xì)胞培養(yǎng)物暴露在周圍空氣中,，或者對呼吸道疾病,、心血管疾病和炎癥性疾病開展流行病學(xué)調(diào)查。

不同的地點(diǎn)有不同的化學(xué)和氣象條件,，也有不同的污染源頭,，在多個地點(diǎn)開展調(diào)查研究可以補(bǔ)充從空氣質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)中得到的信息，幫助弄清楚不同污染源對健康的影響,。這樣的研究或許可以揭示出汽車尾氣顆粒物,、汽車輪胎和剎車磨損以及二次有機(jī)氣溶膠的作用，也可能闡明PM_2.5構(gòu)成成分的質(zhì)量相對于顆粒大小,、數(shù)量和組分的重要性,。

科學(xué)家應(yīng)該研究人體吸入活性氣體和氧化劑（如臭氧和氮氧化物）的影響，以及它們對細(xì)顆粒物的表面性質(zhì)與毒性的作用,。過敏性疾病日益普遍,，這在西方國家尤其明顯,。認(rèn)清氣溶膠粒子和氣相組分之間的相互作用,，包括凝結(jié)、吸附和化學(xué)反應(yīng),，對于理解這些疾病具有重要意義,。

基本權(quán)利

一個人平均每天吸入逾10,000升空氣，喝掉約2升的水,。這些需求必須作為人權(quán)納入政策之中——每年,，450萬人死于空氣污染，180萬人死于水污染,。聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之一將獲取安全飲用水和衛(wèi)生設(shè)施作為一項(xiàng)基本人權(quán),。我們認(rèn)為潔凈的空氣也應(yīng)該被列入可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

全球應(yīng)該共同努力制定合適有效且統(tǒng)一的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),，應(yīng)該禁止高污染產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移到環(huán)保法規(guī)較寬松的國家,，因?yàn)檫@有可能通過國際貿(mào)易造成跨境健康影響。聯(lián)合國環(huán)境計(jì)劃署與WHO聯(lián)合起來,，有能力召集科學(xué)家和政策制定者,，像在解決平流層臭氧耗竭和氣候變化時一樣,，共同解決空氣污染問題。世界銀行或許可以給空氣污染防治項(xiàng)目提供更有力的支持,。

大氣化學(xué)家應(yīng)該更加積極地參與公共衛(wèi)生研究,，比如研發(fā)經(jīng)濟(jì)適用的方法來測量人類暴露于污染物的程度，并且加大力度對數(shù)據(jù)匱乏的亞洲,、非洲,、中東和南美洲地區(qū)展開研究。他們應(yīng)該探尋PM_2.5的各種源頭,，研究大氣圈-生物圈界面的化學(xué)互作,。支持“氣候和清潔空氣聯(lián)盟”（Climate and Clean Air Coalition）的倡議，減少空氣污染物,，既有益于緩解氣候變化,，也有益于改善空氣質(zhì)量。教皇科學(xué)院（Pontifical Academy of Sciences）也在11月公開表態(tài),，倡導(dǎo)減少空氣污染,。

總而言之，跨學(xué)科合作是迫切所需的,，11月在中國舉辦的兩場國際會議為此再添動力：一是11月16-19日在廣州舉行的區(qū)域性空氣質(zhì)量管理主題研討會,，二是11月17-19日在成都舉行的環(huán)境污染與人類健康主題會議（11月17-19日）。?

Nature|doi:10.1038/d41586-017-05906-9

你有參與空氣污染相關(guān)的研究嗎,？在評論中告訴我們你的心得體會吧,！