R95活性炭呼吸器对减少氧化产物吸入的作用

赵志刚

R95活性炭呼吸器对减少氧化产物吸入的作用

赵志刚①

目的：探讨佩戴R95活性炭呼吸器是否可以减少多环芳香烃(PAH)的摄入量，分析R95活性炭呼吸器对减少氧化产物吸入的作用，方法：选取44名街道工作人员，将其按照数表发随机分为观察组和对照组组，每组22名。观察组连续2 d工作时间佩戴呼吸器，对照组则连续2 d工作时间未佩戴呼吸器，运用气相色谱法和(或)高分辨质谱法检测羟基多环芳烃(OH-PAH)。结果：在两组受试者中，出租车司机占38.6%，街头小贩占34.1%。尿液中1-羟基芘浓度(1-OHP)的基线肌酐校正水平比其他国际标准高：1020 ng/g肌酐(IQR：604～1551)。佩戴R95活性炭呼吸器对1-OHP水平无显著影响，乘数效应1.00(95%CI：0.92～1.09)；对其他OH-PAHs亦无显著影响，1-羟基萘(1-OHN)例外，乘数效应0.86(95%CI：0.77～0.96)。结论：街道工作者的尿PAH含量较高。在大城市中空气高度污染的地区内，佩戴R95活性炭呼吸器并不会影响尿OH-PAH水平，除1-OHN例外。缺乏效果可能是因为R95活性炭呼吸器无法有效地过滤气相PAHs。此外，检测出的高浓度尿OH-PAHs，提示采取有效干预措施的必要性。

尿液；污染；城市；多环芳烃(PAH)；1-羟基芘；呼吸器

当前，城市空气污染已成为日益严重的健康威胁问题，这是由于工业化和经济社会的发展导致了化石燃料燃烧的迅速增加，其产生一种复杂的大气转化相关的初级排放物与颗粒组成的污染混合物[1-2]。城市空气污染在世界范围内引起了约3%的成年人死于心肺疾病，呼吸道恶性肿瘤的病死率约为5%，儿童急性呼吸系统疾病(acute respiratory illness in children，ARI)的病死率约为1%[3-4]。由此，导致80万人过早死亡，总计640万的年寿命损失(year life loss，YLL)，且主要发生在发展中国家，东南亚地区占20%～39%[5]。在空气污染水平超过世界卫生组织(World Health Organization，WHO)标准的亚洲大城市，研究空气污染对健康的影响，并制定相关的干预措施以减少发病率与病死率。本研究通过检测尿液中的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH)代谢物(OH-PAHs)来确定工人的PAH吸入量，并研究通过佩戴防尘呼吸器过滤PAHs颗粒物是否可以减少PAH的吸入量。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1-6月每日在街头至少工作4 h的44名非吸烟受试者，其中男性24名，女性20名；平均年龄42.5岁；职业包括摩托车司机17名(占38.6%)，街头小贩15名(占34.1%)，安保4名(占9.1%)，自行车修理工2名(占4.5%)，街道工作人员6名(占13.6%)。将其按照数表发随机分为观察组和对照组，每组22名。观察组连续2 d工作时间佩戴呼吸器，对照组则连续2 d工作时间未佩戴呼吸器，运用气相色谱法和(或)高分辨质谱法检测羟基多环芳烃(OH-PAH)。本研究通过牛津大学和NIOEH伦理委员会的批准，临床试验注册号为ISRCTN74390617。所有受试者均签署了书面知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：每日在街头至少工作4 h的非吸烟者。

(2)排除标准：①可能导致尿中OH-PAHs水平增加的其他PAH暴露；②吸烟，在家用生物质燃料做饭；③研究期间不愿意停止吃烧烤食品；③防尘呼吸器密合度测试不合格。

1.3 仪器与材料

佩戴R95活性炭呼吸器(9913 K呼吸器，3 M，美国)。该呼吸器在0.3 mm的邻苯二甲酸二辛酯气溶胶测试时过滤效率至少为95%；具有活性炭，可减少异味气体的吸入；并具有可调节鼻夹，适应性更强且能防止眼镜起雾。活性炭已被证明能够过滤水汽，如甲苯和苯，具有10%的突破性价值，至少可持续60 min。本研究中，所有受试者均通过了呼吸器密合度测试，并均被演示了如何正确佩戴呼吸器。

1.4 研究方法

(1)采集受试者的相关数据，包括受试者的年龄、性别、职业、体重、吸烟史、病史、生活环境以及以往使用的与本研究无关的呼吸器类型。每日填写日记评估，其内容包括：呼吸道症状(打喷嚏、鼻塞、流鼻涕、咽喉疼痛、咳嗽，呼吸困难以及眼刺激等)，呼吸器舒适性，食物消耗，开始和(或)停止工作的时间，以及摩托车行驶的距离，见表1。

(2)使用贴有标签的无菌容器，于周二和周五下午采集受试者的尿液标本(10～20 ml)。采集后，立即冷链运输标本，在检测前-80 ℃下冷冻保存。由于OHPAHs在暴露后24～48 h内可回归基线水平，所以选择2 d作为观察时间期限。呼吸器为一次性使用，每日更新。通过每周的暗访和检查，研究小组成员对受试者的依从性进行评估。此外，当需要佩戴呼吸器时，将发送提醒短信到受试者的手机上。受试者还被要求在日记中记下是否佩戴呼吸器，见表2。

(3)本研究的主要终点为尿1-OHP，其为芘的代谢产物，是一种常见的PAH混合物成分，可作为评估PAH暴露的生物学指标。尿中1-OHP的半衰期平均最少约3.9 h，且随着暴露时间而变化，最高可达18 h。本研究设计交叉研究来评估佩戴R95活性炭呼吸器的效果。

1.5 观察与评价指标

(1)在研究结束时，收集的尿液样本利用气相色谱法和(或)高分辨质谱法(GC-HRMS)分析OHPAHs[6]。OH-PAH代谢物在人体尿液中的存在形式为葡糖苷酸和(或)硫酸结合物，使用Gilson 215型液体样品处理器(Gilson 215 Liquid Handler)(Gilson Inc. Middleton，WI)自动液萃取出戊烯。将样品浸提液放置在化学通风柜蒸发以除去戊烯溶剂；最后，在甲苯中重新组合，衍生出三甲基硅氧烷基衍生物。采用气相色谱-同位素稀释-高分辨质谱法(GC-IDHRMS)、MAT95XP仪器(ThermoFinnigan MAT，Bremen，Germany)，测定目标分析物。测量可的宁的浓度以检测受试者在高浓度烟草烟雾的暴露程度。在尿液样本(5 ml)中加入氢氧化钠(5 M，15 ml)和消泡剂(酚红，5% w/w，1 ml)，并用二氯甲烷进行萃取。通过涡流混合和离心分离后，转移有机相至玻璃管，且在溶剂蒸发。滤渣溶于1 ml甲苯，不分流进样2 μl，采用Hewlett Packard模型HP5890A气相色谱仪(Agilent Technologies，Atlanta，GA，USA)和氮磷检测器(NPD)进行分析。

表1 研究方法安排表

表2 两组基线特征对比[名(%)]

(2)空气中芘的浓度采用以往研究结果，1-OHP的半衰期为3.9 h。假定受试者在工作期间始终佩戴呼吸器，＞8 h的总吸入量估计约2880 L，每日尿排泄量2 L，芘的摄入量在104～789 ng/8 hours之间波动。假设R95活性炭呼吸器可减少90%的PAH摄入量，则1-羟基芘的摄入量最少(即104 ng)，基线1-OHP水平为30 ng/L，未佩戴呼吸器时尿1-OHP为82 ng/L(104 ng/2 L+30 ng/L)，而佩戴呼吸器时为35.2 ng/L([104 ng×0.1]/2 L+30 ng/L)。假设受试者内标准偏差与呼吸器的影响数值相当(对应0.85的自然对数)，双侧α水平为0.05，考虑到膳食摄入量的变动较大以及其他可能的暴露。

1.6 统计学方法

测定代谢物的尿液浓度，评估总体呼吸器效果，推导出线性混合效应模型，可用于模拟后续评估。排除可的宁阳性的受试者后(主动吸烟或二手烟暴露)，分析受试者符合方案数据集，包括受试者未表现出依从性或依从状态未知的状态。当模型根据年龄、性别、职业和代谢物基线值进行调整后，需要进行二次分析。所有代谢产物在分析前进行对数变换，但在分析后呼吸器效果需转换为原数值，即报告的数值形式是乘法效应。此外，还对残渣进行了检测，即呼吸器效果-时间的相互作用。所有的分析都采用自由软件R版本2.11.1(基于R的统计计算，Vienna，Austria)进行。

2 结果

2.1 OH-PAHs基线水平与 OH-PAHs 的半衰期

无受试者患有慢性肺部疾病，多数受试者住在靠近工作的地方(平均：0.5 km，IQR：0.1～1.0 km)。白昼，受试者平均每日行驶6 km(四分位数间距[IQR]：2～100 km)，在街上平均工作时间约10 h(IQR：8～12 h)。在研究之前，40.9%的受试者工作中从不佩戴呼吸器，有时是27.3%，通常为31.8%。多数受试者(88.6%)抱怨R95活性炭呼吸器很不舒服。其他人则抱怨：呼吸器太紧2名，疼痛2名，或呼吸不畅1名。所有受试者的尿中OH-PAHs平均基线浓度水平见表3。

表3 OH-PAHs基线水平(ng/g 肌酐)与 OH-PAHs 的半衰期

2.2 呼吸器效果评估

在研究阶段，观察组平均每日需佩戴呼吸器7 h(IQR：6.5～8)。1名受试者在某个研究日只佩戴了3 h，因为认为呼吸器太紧，很难呼吸。1名需要被纠正如何正确佩戴呼吸器，因为其在访问期间佩戴不恰当。无证据表明佩戴R95活性炭呼吸器可影响尿1-OHP浓度的主要终点。调整分析和符合方案数据分析的结果(n=39，由于4名受试者尿液中检出可的宁，1名依从状态未知；此外，3期依从状态未知或不依从而排除)与主要分析一致，见表4。

无证据表明存在后遗效应(F＝0.66，P＞0.05)，但存在明显的时间效应(F＝13.61，P＜0.001)，这主要是由于两组间第3期的检测结果较高。也无证据表明，除1-OHN外的任何其他代谢产物佩戴呼吸器出现效果。佩戴呼吸器后，1-OHN平均降低了0.86(95%CI：0.77～0.966)。

表4 佩戴呼吸器对PAH代谢物的影响(乘法模型)

3 讨论

本研究数据显示，工人内总尿PAH代谢物的水平非常高，表明暴露PAHs浓度很高。石化行业工人较低，尤其是焦炉工人。上述数据表明空气中高浓度的PAHs，空气吸入是主要的暴露途径。但由于样本量较小，本研究无法从尿OH-PAHs浓度上证明呼吸器的效果。

除1-OHN外，在尿OH-PAH水平上看不到佩戴呼吸器的效果。对于1-OHN，空气吸入是主要的暴露途径，但不适用于2-OHN。考虑到其他暴露来源的存在，缺乏呼吸器效果的可能解释是：①气相PAHs高暴露，呼吸器无法有效过滤；②工作时间外未佩戴呼吸器，但存在PAH暴露高；③未连续佩戴呼吸器，导致吸入的PAHs由尿排泄时已代谢完毕；④存在其他暴露源，如皮肤暴露、饮食暴露；⑤本研究只在单个季节的短时期内进行，结果可能会有所影响。

本研究结果显示，尿液中代谢物PAHs更多存在于气相中，而不是颗粒物。高分子量PAHs主要吸附在烟尘和颗粒物，在气相中的吸附量取决于特定的PAH和其他因素，如温度和浓度。在研究时未对颗粒物和气相的PAH水平进行评估，这是本研究存在的局限，因为R95活性炭呼吸器是为了过滤掉颗粒物中而不是气相中的PAHs而设计。虽然呼吸器具有活性炭，但不足以过滤气相PAHs。

本研究为在一个非职业的社区环境中，第一个使用呼吸器以减少PAHs暴露的随机干预研究。大多数的研究是在职业环境中进行，相应的干预研究设计的标准指南已经建立[7-9]。有报告显示，佩戴简易呼吸器值班1周后，体内生物标志物明显减少[10-12]。其他研究则设定在职业环境中使用防尘呼吸器的结果显示，尿中OH-PAH水平降低[13-14]。上述研究未存在随机设计，但研究表明，呼吸器可防止PAH与颗粒物相结合，这与某些相关专家的研究报告相一致[15]。

街道工人中，尿OH-PAHs(污染生物标志物)的浓度极高。但还需要进一步的干预研究，以减少存在的空气污染有关的健康风险。在本实证研究中，在2 d的工作时间内，佩戴R95活性炭呼吸器对尿液中OHPAH的水平无影响，除1-OHN外。在随后的研究中，呼吸器应佩戴较长的连续期间，最好是在导致污染水平变化的各种气候条件下开展。此外，未来的研究需要考虑呼吸器是否过滤气相PAHs。

[1]Anonymous：China：the air pollution capital of the world[J].Lancet，2005，366：1761-1762.

[2]周国伟，胡在方，胡洁，等.北京市顺义区部分企业接触苯系物作业人员接受职业卫生服务情况[J].职业与健康，2016，32(12)：1589-1592.

[3]Chen B，Hong C，Kan H.Exposures and health outcomes from outdoor air pollutants in China[J].Toxicology，2004，198(1-3)：291-300.

[4]Chhabra SK，Chhabra P，Rajpal S，et al.Ambient air pollution and chronic respiratory morbidity in Delhi[J].Arch Environ Health，2001，56：58-64.

[5]Cohen AJ，Ross Anderson H，Ostro B，et al.The global burden of disease due to outdoor air pollution[J].J Toxicol Environ Health A，2005，68(13-14)：1301-1307.

[6]姜雪松，曹晓琳.某耐火棉生产企业职业病危害4年调查[J].职业卫生与应急救援，2016，34(2)：128-130.

[7]彭永强.口罩使用不当有损健康[J].中华养生保健，2016(3)：31.

[8]Hopke PK，Cohen DD，Begum BA，et al.Urban air quality in the Asian region[J].Sci Total Environ，2008，404(1)：103-112.

[9]卢玮，朱啸川，张欣雨，等.不同环境下N95自吸过滤式防尘口罩与医用口罩对细菌滤过性能的比较[J].中华劳动卫生职业病杂志，2016，34(09)：643-646.

[10]冯杰，陈珊，欧武英，等.深圳市区接触粉尘所致肺纤维化状况及预防措施[J].国际检验医学杂志，2016，37(8)：1055-1056，1059.

[11]王丽华，刘小方，俞丹丹，等.上海市金山区矽肺病防治现状的调查[J].中华劳动卫生职业病杂志，2015，33(6)：456-458.

[12]Kishida M，Imamura K，Takenaka N，et al. Concentrations of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons in particulate matter and the gaseous phase at roadside sites in Hanoi，Vietnam[J].Bull Environ Contam Toxicol，2008，81(2)：174-179.

[13]王昕妍，史廷明，卢玮，等.常用N95型自吸过滤式防尘口罩阻力与过滤效率及影响因素[J].中华劳动卫生职业病杂志，2015，33(1)：3-6.

[14]Pope CA 3rd，Ezzati M，Dockery DW.Fineparticulate air pollution and life expectancy in the United States[J].N Engl J Med，2009，360(4)：376-386.

[15]朱方艳，陈睿，姚明远，等.石化工程施工期间主要职业病危害因素识别[J].现代预防医学，2015，42(15)：2709-2711.

Effect of respirator with R95 activated carbon for reducing the breath-in of oxidative product/

Z HAO Zhi-gang//
China Medical Equipment,2017,14(8):32-35.

Objective: To investigate whether respirator with R95 activated carbon could reduce the intake of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) so as to analyze the effect of respirator with R95 activated carbon in reducing the breath-in of oxidative product. Methods: 44 subjects were divided into wearing respirator group (22 cases) and un-wearing respirator group (22 cases). The experiment period was 2d, and the gas chromatographic method and (or) high resolution mass spectrum were adopted to detect hydroxy PAH(OH-PAH). Results: In 44 subjects, the ratios of taxi driver was 38.6% and street hawker was 34.1%, respectively. In urine, the corrected level of baseline creatinine of 1-OHP concentration was higher than that of international standards: 1020 ng/g creatinine (IQR: 604-1551). Whether wearing respirator with R95 activated carbon didn't has significant effect on 1-OHP level, and its multiplier effect was 1.00 (95% CI: 0.92-1.09). Besides, it also didn't has significant effect on other OH-PAHs except 1-OHN, and its multiplier effect was 0.86 (95% CI: 0.77-0.96). Conclusion: In street workers, the OH-PAHs level in urine was higher. In the area with severe air pollution, wearing respirator with R95 activated carbon don't influence the OH-PAH level in urine except 1-OHN. The reasons might be respirator with R95 activated carbon couldn't efficiently filter PAHs. Besides, the OH-PAHs of high concentration indicates that it is necessary to adopt effective intervention.

Urine; Pollution; Urban; Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAH); 1-hydroxypyrene, Respirator

Department of Equipment, Huzhou Traditional Chinese Medicine Hospital, Huzhou 313000, China.

1672-8270(2017)08-0032-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.08.009

2017-02-21

①湖州市中医院设备科 浙江 湖州 313000

赵志刚,男,(1979- ),本科学历，工程师。湖州市中医院设备科，从事设备维修保养工作。