發(fā)布時(shí)間：2020-04-10 10:50

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,環(huán)境問題逐漸凸顯,我國的空氣污染特征也趨于明顯,這不僅體現(xiàn)在種類繁多的大氣污染源清單上,也呈現(xiàn)于復(fù)雜多變的污染物本身。目前,工業(yè)廢氣、汽車尾氣、燃煤煙塵、建筑揚(yáng)塵已是眾所周知的空氣污染的主要來源,對空氣質(zhì)量影響舉足輕重。而隨著環(huán)境空氣質(zhì)量的惡化,大氣顆粒物對人體健康的影響和評價(jià)逐漸成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。顆粒物的毒性研究和健康損傷機(jī)制已逐步深入開展,然而大多研究均是針對大氣中復(fù)合顆粒物的毒性,較少對大氣中礦物顆粒的毒性和機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)評估。本研究以大氣中常見的石英、方解石、蒙脫石、絹云母和鈉長石礦物塵為主要研究對象,并開展復(fù)相礦物粉塵及負(fù)載Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)重金屬離子的礦物粉塵對A549細(xì)胞活性影響分析,探討單相礦物粉塵對A549細(xì)胞的氧化損傷機(jī)制,研究復(fù)相粉塵、負(fù)載重金屬離子礦物粉塵對A549細(xì)胞膜界微環(huán)境的影響,揭示不同礦物相以及重金屬離子與礦物粉塵對A549細(xì)胞的聯(lián)合損傷效應(yīng)機(jī)制。具體內(nèi)容如下:(1)單相、復(fù)相以及負(fù)載重金屬礦物粉塵的特性研究以大氣顆粒成分中最常見的礦物粉塵和重金屬離子作為研究背景,制備相應(yīng)的單相、復(fù)相以及負(fù)載重金屬礦物粉,采用XRF、XRD、SEM、FTIIR等手段對其化學(xué)組成、物相、形貌、表面官能團(tuán)進(jìn)行表征;采用Zeta電位分析儀分析粉塵表面電性;采用ICP測定礦物粉塵元素溶出情況;研究結(jié)果表明礦物的表面電性、羥基等活性位點(diǎn)與晶格置換、破鍵、八面體片解離等相關(guān),同時(shí)受到溶液H+、Ca2+、Mg2+以及OH-等離子的影響;礦物的復(fù)合及表面負(fù)載重金屬離子影響粉塵解離和表面態(tài)。(2)單相礦物粉塵氧自由基釋放及誘發(fā)A549細(xì)胞氧化損傷研究采用生物化學(xué)的方法檢測與粉塵共培養(yǎng)條件下A549細(xì)胞存活率,加樣瞬時(shí)和穩(wěn)定后胞內(nèi)外自由基濃度及胞內(nèi)酶活性的響應(yīng),表征細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)。研究表明粒徑相近的幾種礦物粉塵對細(xì)胞的增殖抑制效應(yīng)表現(xiàn)為:蒙脫石絹云母≥石英鈉長石≥方解石;礦物粉塵釋放·OH的規(guī)律及其與引起A549細(xì)胞胞內(nèi)外H2O2的變化受礦物成分(Si02和Fe203)、礦物晶體結(jié)構(gòu)、表面鍵磨損和斷裂、表面不飽和離子、水化表面和活性官能團(tuán)等的影響;礦物粉塵作用引起A549細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)累積,谷胱甘肽(GSH)含量降低,超氧化物歧化酶(SOD)活性波動;礦物粉塵造成的氧化損傷是導(dǎo)致細(xì)胞代謝和增殖活力降低及凋亡的原因。(3)復(fù)相礦物粉塵對A549細(xì)胞的膜界微環(huán)境影響研究以方解石/石英為主要復(fù)合礦物研究體系,通過對復(fù)相粉塵聯(lián)合作用引起體系自由基釋放、主要離子溶出的變化,A549細(xì)胞內(nèi)外pH、膜界氧化態(tài)、膜電位等研究,指出方解石存在的復(fù)相粉塵體系中,硅質(zhì)粉塵的離子溶出規(guī)律抑或發(fā)生改變,方解石表面為H+-HC03--C032--Ca2+微堿緩沖界面,硅質(zhì)粉塵表面形成≡Si-O-Ca+配合體;作用體系的改變減弱了粉塵的理化性質(zhì)引起的培養(yǎng)環(huán)境pH變化及復(fù)相粉塵對細(xì)胞的機(jī)械刺激作用;方解石/石英復(fù)相粉塵引起A549細(xì)胞內(nèi)鈣離子([Ca2+]i)的增加,但并不與胞外溶出Ca2+相關(guān);方解石/石英復(fù)相粉塵誘導(dǎo)的A549細(xì)胞內(nèi)ROS積累的拮抗與協(xié)同作用受粉塵總濃度的影響;且隨石英粉塵劑量增加,細(xì)胞膜極化增強(qiáng),ROS升高,而方解石粉塵能顯著降低細(xì)胞膜的極化作用,減弱胞內(nèi)ROS水平;不同種類粉塵之間的聯(lián)合作用不同,與礦物性質(zhì)密切相關(guān)。(4)負(fù)重金屬礦物粉塵的A549細(xì)胞膜區(qū)損傷研究通過對與負(fù)載重金屬礦物粉塵中A549細(xì)胞生長代謝和增殖活力、細(xì)胞內(nèi)ROS、線粒體膜電位(MMP)及[Ca2+]i的變化研究,分析了重金屬單獨(dú)、粉塵單獨(dú)及浸染重金屬粉塵對A549細(xì)胞的聯(lián)合作用效果,并結(jié)合重金屬離子在粉塵表面的結(jié)合態(tài)及理化性質(zhì)分析負(fù)載重金屬粉塵在細(xì)胞膜表面的賦存位點(diǎn)及對細(xì)胞膜損傷機(jī)制。研究表明負(fù)載重金屬的石英和方解石粉塵可誘導(dǎo)A549細(xì)胞ROS升高、MMP破壞和增殖抑制作用;負(fù)載重金屬與石英和方解石粉塵整體呈現(xiàn)對細(xì)胞活力的協(xié)同抑制作用,并受重金屬離子在粉塵表面結(jié)合態(tài)的影響;重金屬離子與粉塵之間呈現(xiàn)協(xié)同作用,而碳酸鹽結(jié)合態(tài)的金屬離子與粉塵之間呈現(xiàn)拮抗作用;粉塵表面重金屬離子易與細(xì)胞膜分子結(jié)合,造成細(xì)胞膜邊界層的[Ca2+]i升高;但細(xì)胞熒光強(qiáng)度增強(qiáng)的部位不同,并因負(fù)載重金屬離子不同而熒光差異較大。(5)礦物粉塵的細(xì)胞膜損傷微觀機(jī)制研究采用3-D熒光、紅外、拉曼等光譜法對礦物粉塵與蛋白質(zhì)、磷脂等主要膜分子的相互作用進(jìn)行研究,研究表明礦物粉塵、負(fù)載重金屬礦物粉塵依賴表面的正電荷與細(xì)胞膜表面羧基、磷�；姿峄鶊F(tuán)等負(fù)電荷發(fā)生靜電吸引作用,粉塵表面帶負(fù)電的硅醇和硅自由基則可與細(xì)胞表面的胺(銨)等正離子發(fā)生靜電吸引作用;引起細(xì)胞膜磷脂頭部磷�；鶊F(tuán)振動發(fā)生變化,蛋白二級結(jié)構(gòu)的變化,且損傷過程中粉塵的液相自由基也引起細(xì)胞膜蛋白和磷脂結(jié)構(gòu)的變化,最終引起細(xì)胞功能和結(jié)構(gòu)的變化。
【圖文】：

圖１．１邋２０１３年全國霾日數(shù)分布示意圖（引自２０１３中國環(huán)境狀況公報(bào)）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｈａｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１３邋（ｑｕｏｔｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋２０１３邋Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ邋Ｂｕｌｌｅｔｉｎ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ）．逡逑依據(jù)我國大氣環(huán)境狀況公報(bào)（圖１．２），２０１３年ＰＭ２．５年均濃度范圍為２６？１６（Ｈｉｇｉｒｆ３，逡逑平均濃度為７２邋，ｕｇｍ－３，達(dá)標(biāo)城市比例僅為４．１％；邋ＰＭ１０年均濃度范圍為４７？３０５邋ｐｇＴｒｒ５，逡逑平均濃度為１１８Ｍｇ＿ｎＶ３，，顯著高二級標(biāo)準(zhǔn)年平均濃度限值７０噸沉３。重污染區(qū)如京津冀逡逑區(qū)域２０１３年和２０１４年ＰＭ２．５和ＰＭ１０的平均濃度分別為１０６邋，ｕｇ邋ｎｒ３、１８１邋（ｊｇ．ｍ－３和逡逑９３邋Ｍｇ邋ｍ＇邋１５８邋Ｍｇ＇ｎｖ３。雖然大氣污染防治計(jì)劃在不斷深入執(zhí)行，國家范圍內(nèi)的空氣逡逑質(zhì)量有所改善，但在２０１５年間，京津冀及周邊地區(qū)內(nèi)７０個(gè)地級以上城市仍共發(fā)生逡逑１７１０天次重度及以上污染天氣，占２０１５年全國的４４．１％。直至２０１７年空氣污染防逡逑２逡逑

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｈｅａｌｔｈ邋ｉｎｐａｃｔｓ邋ｏｆ邋ＰＭ．逡逑顆粒物濃度升高可以導(dǎo)致老年呼吸系統(tǒng)疾病相關(guān)的慢性支氣管炎、哮喘、的急診增加［３Ｓ］。Ｈｕ等研究表明暴露于ＰＭ２．５和ＰＭ１０時(shí)會引起肺最大呼，而每升高１０邋，ｕｇ＇ｍ＿３能分別對應(yīng)減少０．１１邋Ｌ／ｓ和０．５２邋Ｌ／ｓ邋李沛等建立粒物對人群健康危害風(fēng)險(xiǎn)的暴露－反應(yīng)模型，發(fā)現(xiàn)ＰＭ２．５、ＰＭ１０濃度每上，非意外總死亡人數(shù)百分比分別上升０．６５％和０．１５％，其中呼吸系統(tǒng)疾病比分別上升０．６７％和０．０８％，循環(huán)系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)百分比分別上升１．３７｜｜１。馬洪群等的研究表明ＰＭ２．５當(dāng)日濃度與呼吸系統(tǒng)疾病患者住院人數(shù)的ＰＭ２．５濃度每X椉櫻

本文編號：2622133