《科学》关注空气污染的健康危害

空气污染影响人类健康，引起心脏代谢、呼吸和神经系统疾病以及死亡率增加。污染物包括气体[例如二氧化氮(NO2)、氮氧化物(NOx)和臭氧]以及颗粒物，通常以空气动力学直径小于2.5微米(PM2.5)或小于10微米(PM10)为特征。空气污染物主要由能源生产、工业、交通、供暖和农业排放。暴露于空气污染会影响多数器官系统，造成广泛的生理变化、器官功能障碍和明显的临床疾病（参考文献1, 2）。因此，充分反映所有相关暴露-结果关系及其对目标人群疾病和死亡率影响的病负评估对于指导基于人群的预防很重要。

长期暴露于空气污染物会引起氧化应激、肺部和全身炎症，以及自主神经系统损伤，导致血管功能障碍、动脉粥样硬化、代谢受损和其他不良亚临床效应（参考文献1）。随着时间的推移，明显疾病的发展，包括缺血性心脏病、中风、高血压、充血性心力衰竭和心律失常。与空气污染相关的肺部效应，如下呼吸道感染、慢性阻塞性肺病(COPD)、哮喘、肺癌以及急慢性支气管炎也有所关联。同样，2型糖尿病、痴呆、帕金森病、出生体重降低和早产的发病率也随空气污染的暴露而增加。由于非常年轻或年老、慢性病、社会劣势和遗传易感性导致的防御机制耗竭或未完全发展，也被认为在空气污染引发疾病的风险上是重要的修饰因素。因此，老龄化、慢性病患者和社会弱势群体高发的人群特别容易受到与空气污染相关的疾病的影响。因此，在老龄化社会中，空气污染带来的疾病负担将继续是一个重大的公共卫生问题。

了解暴露-反应关系可以帮助指导什么是可接受的空气污染暴露水平，进而影响城镇规划和清洁空气政策等方面。2006年确定了空气污染对人类健康影响的非线性暴露-反应函数（参考文献3），而且最近的证据显示，在较低浓度的颗粒物和二氧化氮暴露下，每单位暴露的健康效应更强（参考文献4）。然而，这种超线性关系是指导预防和清洁空气政策的重要工具，尚未在欧洲健康影响评估(HIA)中得到体现。相反，经常使用的是从在更高污染物浓度下进行的研究得出的线性暴露-反应关系，导致特别是在低暴露地区可预防疾病负担被低估。因此，重新考虑暴露与健康效应之间的超线性关系可能对如何管理空气污染具有重要影响。

在空气污染研究领域的两大证据支持对当前评估空气污染健康效应的做法进行反思，以便用于预防和政策：2021年9月，世界卫生组织(WHO)通过将PM2.5的推荐年均水平从10微克/立方米降至5微克/立方米，将二氧化氮的推荐年均水平从40微克/立方米降至10微克/立方米，并为高峰期臭氧引入了新的60微克/立方米的指南（参考文献5）。值得注意的是，WHO强调这些不是阈值，而是在此水平以上严重健康效应高度确定会发生。这意味着即使在这些水平以下，也可以观察到健康效应，并且在估计社会和卫生保健系统的疾病负担时需要考虑这些效应。

另外，来自高收入国家的拥有数百万参与者的大型队列研究的证据正在浮现，这些国家的平均空气污染物浓度相对较低。这些在欧洲、加拿大和美国进行的研究，包括了具有深入混杂因素控制的经典队列研究的汇总，以及可以最小化选择偏差和失访的大型国家行政队列（参考文献6-9）。此外，一个欧洲汇总队列研究使用了对1990年以来整个欧洲的暴露进行回溯外推，并根据每个队列的可用数据进行了时变分析，从而防止了效应大小的高估（参考文献6）。值得注意的是，即使在低于世界卫生组织空气质量指南值的空气污染浓度下，研究也显示了对健康的影响，且在较低暴露水平下的效应大小更高。对此可能的解释包括但不限于：由于高收入和低暴露国家的监测网络更密集、暴露模型分辨率更高，导致暴露错分类减少；低浓度下空气污染混合物的差异；以及人口结构差异，老年人和易感人群比例逐渐增高。

这些发现和世界卫生组织的建议有可能严重影响高收入国家当前的实践和环境法规。例如，截至2024年1月，美国和欧洲的PM2.5年度标准分别为12和25微克/立方米，而二氧化氮的年度标准分别为100和40微克/立方米。然而，现在有降低标准的动向。到2024年2月7日，美国环境保护署（EPA）将PM2.5标准加强至9微克/立方米。欧洲议会在2024年2月20日暂时同意将PM2.5的年度限值降至10微克/立方米，二氧化氮降至20微克/立方米。根据欧洲环境署简报（参考文献10），在2022年，不到1%的欧洲城市人口暴露在超过当前欧洲年度标准的PM2.5水平，而有97%超过了新的2021年世卫组织空气质量指南（参考文献5）。因此，由于当前的疾病负担计算可能大幅低估了真实负担，目前水平的空气污染可能在相对暴露水平较低的高收入国家造成巨大的疾病负担。

2023年2月，在美国加利福尼亚州洛杉矶可见空气污染。

健康影响评估（HIA）与疾病负担计算是对特定风险因素对人群健康潜在影响的系统评估，它产生了可归因死亡、失去的生命年（YLLs）和残疾调整生命年（DALYs）的估算。HIA的核心输入数据包括每种污染物结果组合的效果，例如PM2.5浓度和死亡率或疾病发病率。许多大型HIA研究使用了来自全球荟萃分析的线性暴露-反应函数（参考文献5），不论暴露水平如何，都赋予相同的健康效果百分比增加。例如，使用2021年世卫组织空气质量指南背后的全球线性暴露-反应函数，得出2020年欧洲因PM2.5暴露导致的疾病负担为275,000例死亡（参考文献11）。然而，当在HIA中应用超线性暴露-反应函数的估算时，欧洲因PM2.5导致的疾病负担增加了约40%，而因二氧化氮导致的疾病负担增加了约110%。这意味着低浓度空气污染物对人类健康的影响比之前认为的要大。此外，清洁空气法规的好处以及温室气体减少措施的共同好处，这两者往往重叠，比之前预期的要大。

不同暴露-反应函数对死亡率的影响，以及对在较低空气污染浓度下每单位质量效应更高的超线性关系的适应，之前已有研究提出。随着来自几个队列的新证据的出现，2018年得出了新的全球暴露死亡模型（GEMM），证实了在低暴露范围内对死亡率的效应大小更高（参考文献12）。然而，疾病负担不仅仅定义为增加的死亡率，还包括那些有时患有残疾慢性病的个体所度过的多年生活。发病率的影响包括与PM2.5相关的心血管疾病和中风、肺癌、哮喘、慢性阻塞性肺病（COPD）和糖尿病的发病率更高，以及二氧化氮对儿童哮喘发病率的影响，导致许多年份生活在可能的严重限制中。对于低暴露区域许多相关发病率结果的暴露-反应函数的数据缺乏。因此，在低暴露范围内，许多疾病的暴露-反应函数的形状无法定义。因此，在欧洲大规模的健康影响评估（HIA）中，要么忽略了发病率效应，要么严重低估了（参考文献13）。没有这些补充，空气污染对经济和社会福祉损失的重要决定因素就被遗漏了。这些决定因素包括对医疗系统的压力和由于病假造成的生产力损失。如果不包括这些参数，就无法完全捕捉到空气污染对人群健康的真实负担。

另一个问题是在HIA中纳入除PM2.5之外的其他污染物。特别是，长期二氧化氮暴露对健康的独立因果效应一直存在争议，主要是因为缺乏来自毒理学研究和长期流行病学研究的机制证据，以及因为二氧化氮与其他交通相关空气污染物之间的高空间相关性。然而，一项受控人类暴露研究使美国环保署得出结论，短期二氧化氮暴露对呼吸健康有因果效应（参考文献14），世卫组织的系统审查（参考文献15）证明了二氧化氮对COPD死亡率和全因死亡率的健康影响，低至10微克/立方米的水平。同样，2021年世卫组织空气质量指南（参考文献9）记录了在臭氧高峰期暴露对全因死亡率的影响，但需要更多研究来澄清各种污染物的相互作用，并将这些相互作用纳入HIA。同样，最易感群体对空气污染的健康影响风险最大，但也将从减少空气污染的政策中获益最多。为了全面评估空气污染对健康的影响以及减缓措施的好处，还需要考虑易感性因素与污染的相互作用。

空气污染与健康效应之间的超线性关系表明，即使在空气污染水平较低的情况下，减少空气污染仍然可能带来人群益处，在这种情况下，每单位减少的效果似乎更大。因此，目前在低暴露地区可能低估了减少暴露的好处，这呼吁开发更精细和更广泛应用的暴露-反应函数用于HIA。因此，虽然保持对最高污染地区的关注，但也应当以同等的承诺解决低暴露地区非常真实的空气污染效应。