同样是PM2.5,谁更“伤心”?顾东风院士团队10万余人研究揭示成分差异|中国重磅研究


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2026年7月15日,中国科学院院士、中国医学科学院阜外医院顾东风教授团队开展的全国性前瞻性队列研究,在《JACC》在线发表。在中国,长期暴露于空气动力学直径小于2.5微米的细颗粒物(PM2.5)与冠心病之间的关联似乎不同于高收入国家所报告的情况,这可能反映了PM2.5成分上的差异。然而,基于全国性队列研究的成分特异性证据仍然有限。


该研究基于China-PAR项目,纳入101906名基线无心血管疾病成人,整合最长17年的动态居住地暴露与严格判定的心血管结局,旨在比较PM2.5中的元素碳(EC)、有机碳(OC)、硝酸盐和硫酸盐组分与冠心病及急性心肌梗死发病和死亡的长期关联,为从PM2.5总量控制进一步走向成分和来源治理提供人群证据。


研究速读




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研究背景

2021年,我国约有1140万冠心病患者,冠心病死亡率达到134.87/10万;作为冠心病最严重的临床表现,急性心肌梗死(AMI)所造成的经济负担约占全国医疗支出的5.67%。在传统危险因素之外,长期PM2.5暴露已经被大量研究确认与心血管疾病风险升高相关。然而,PM2.5并不是性质单一的污染物,而是由来源、形成过程和毒性潜力各不相同的化学组分共同构成。中国的PM2.5浓度和组成与高收入国家存在明显差异,既往国内研究对于哪一种成分更“伤心”并未得出一致结论。


2014年以前,我国PM2.5成分地面监测站点稀少,限制了全国尺度的高分辨率暴露评估。近年来,融合卫星气溶胶光学厚度、化学传输模型、气象、土地利用和地面监测数据的机器学习模型逐渐成熟。基于这一技术基础,本研究将17年间的年度动态暴露与China-PAR队列人群长期随访相结合,系统评估四类主要PM2.5成分与冠心病及AMI发病和死亡风险之间的关联。



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研究方法

研究设计与研究人群


本研究为全国性前瞻性队列研究,研究对象来自China-PAR项目。该项目最初在中国15个省份纳入127840名具有不同人口学与地域背景的成人,并通过基线调查和3轮随访收集心血管事件、体格检查、实验室指标及生活方式信息。本次分析整合China MUCA 1998、InterASIA和CIMIC三个子队列,以2003年1月1日至2019年12月31日为观察期。


研究首先纳入108944名符合条件者,随后排除基线或2003年前已患心血管疾病者、地址或时间信息不完整者以及缺少暴露评估者,最终形成101906名基线无心血管疾病的分析人群。


研究结局


主要研究结局包括冠心病发病、冠心病死亡、AMI发病和AMI死亡。冠心病发病定义为首次出现致死性或非致死性冠心病事件,包括不稳定型心绞痛、AMI及冠心病死亡。AMI需存在心肌坏死生物标志物异常,并同时伴有缺血症状、病理性Q波、ST段抬高或压低、或接受冠状动脉介入治疗中的至少一项。


PM2.5成分暴露评估


研究采用既往验证的基于卫星驱动的机器学习模型,估算2003-2019年全国范围内PM2.5中的EC、OC、硝酸盐和硫酸盐组分的每日浓度。模型将多角度成像光谱辐射计(MISR)提供的气溶胶粒径、形态及吸光特征,与气象、土地利用、道路密度和大气再分析资料共同纳入,并以地面监测数据进行校准。月均浓度预测性能R²分别达到EC 0.71、OC 0.84、硝酸盐0.88和硫酸盐0.93。原始模型空间分辨率为10 km,研究进一步采用反距离加权法(IDW)下推至1 km,并依据受试者年度居住地址匹配年度平均暴露。


图1 2003-2019年中国PM2.5 EC、OC、硝酸盐和硫酸盐组分17年平均浓度的1 km空间分布


统计学分析


研究以年龄作为时间尺度,建立含年度动态暴露和部分动态协变量的Cox比例风险模型。模型校正教育、社会经济水平、城乡属性、吸烟、饮酒、体力活动、体重指数(BMI)、动脉粥样硬化性心血管疾病家族史(ASCVD)、高血压、糖尿病和高脂血症,并按性别、子队列和日历年份分层,以地区作为聚类变量。研究结果以每种成分四分位距(IQR)增加对应的风险比(HR)及95%置信区间表示。


研究还采用自然立方样条描绘浓度-反应关系,并通过全成分互调Cox模型、加权分位数和回归、分位数g计算评估混合暴露。敏感性分析包括采用原始的10 km暴露数据、设置1年滞后及2年和3年移动平均窗口、Fine-Gray竞争风险模型、按中国清洁空气行动不同阶段分层、按总PM2.5浓度60 μg/m³分层,并进一步考察性别、年龄、BMI、城乡、高血压、糖尿病及ASCVD家族史等亚组对效应的修饰作用。



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研究结果

研究人群与暴露特征


101906名研究对象累计贡献1230732人-年随访,中位随访时间为11.08年。研究期间共记录3500例冠心病发病事件,其中1771例为AMI;冠心病死亡1321例,其中808例死于AMI。基线平均年龄为50.89±12.45岁,男性占39.92%,农村居民占91.85%;38.40%报告ASCVD家族史,33.90%患高血压,5.61%患糖尿病。


表1 研究人群基线特征


四种成分中,EC年均暴露最低(3.47 μg/m³),硫酸盐最高(11.93 μg/m³),其后依次为OC (11.47 μg/m³)和硝酸盐(10.55 μg/m³)。研究中PM2.5 EC、OC、硝酸盐、硫酸盐的IQR分别为0.84 μg/m³、4.12 μg/m³、3.18 μg/m³、3.20 μg/m³。

各成分之间呈中等程度相关,其中总PM2.5与OC相关性最强(r=0.78)。


单一组分模型:不同组分的风险信号并不相同


在冠心病发病结局中,EC、OC和硝酸盐暴露每增加1个IQR均与冠心病发病风险升高相关,HR分别为1.10(95% CI 1.01~1.19)、1.60(95% CI 1.31~1.95),其中OC的风险增幅最为突出,达到60%;硫酸盐HR为0.93(95% CI 0.82~1.06),未显示统计学显著的正相关。换算为相对变化,OC的风险增幅最为突出,达到60%。冠心病死亡方面,EC、OC、硝酸盐和硫酸盐的HR依次为1.04(95% CI 0.90~1.21)、1.61(95% CI 1.10~2.36)、1.28(95% CI 0.76~2.13)和0.92(95% CI 0.77~1.09)。


对于PM2.5 EC、OC、硝酸盐和硫酸盐组分,AMI发病对应HR分别为1.09(95% CI 1.01~1.18)、1.48(95% CI 1.08~2.03)、1.36(95% CI 0.88~2.09)和0.99(95% CI 0.86~1.14);AMI死亡对应HR分别为1.16(95% CI 1.03~1.30)、1.73(95% CI 1.09~2.75)、1.43(95% CI 0.73~2.80)和1.02(95% CI 0.81~1.30)。


总体来看,OC在四类结局中均呈稳定的正向关联,EC和硝酸盐的效应相对较小或精确度较低,硫酸盐则较弱且不一致。


图2 单一组分模型中,每个PM2.5成分每IQR增加与冠心病及AMI发病和死亡风险的HR及95% CI


多成分与混合物分析:OC仍是最突出的危害组分


在同时纳入四种成分的多组分模型中,多数组分的效应估计有所衰减,但OC仍与冠心病发病和AMI死亡保持最突出的正相关,HR分别为1.48(95% CI 1.28~1.72)和1.40(95% CI 1.26~1.56)。分位数g计算显示,四种成分作为混合暴露与冠心病发病存在显著联合效应(HR 1.25,95% CI 1.01~1.54)。


不同混合物分析方法对各组分相对贡献的排序并非完全一致:分位数g计算中,OC在冠心病及AMI发病和死亡结局中均表现出最高的正向权重,是主要贡献组分;而在加权分位数和回归中,硝酸盐和EC对冠心病发病的权重较高,而EC在冠心病死亡及AMI结局中的权重更高。这种差异提醒我们,相关污染混合物中“单一主导毒性成分”的归因可能依赖模型,研究结果更适合解释为OC、EC和硝酸盐呈现较一致的高风险组合信号,而非认定某一种成分可以脱离其他污染物独立致病。


浓度-反应关系


OC、EC和硝酸盐在大部分低至中等暴露范围内,冠心病及AMI风险总体随浓度升高而增加。EC和OC在较高暴露范围内出现平台或轻度减弱,可能反映高暴露尾部样本稀疏、暴露误差、易感人群差异或混合物结构变化。硫酸盐曲线则呈非单调波动,在各结局中均没有形成持续上升的风险模式。


图3 PM2.5不同成分长期暴露与冠心病及AMI发病和死亡的浓度-反应曲线及暴露分布


敏感性分析与亚组结果


主要结果在多项敏感性分析中总体稳健。部分模型虽轻度偏离比例风险假设,但加入时间交互项后效应方向和量级基本一致;采用不同空间分辨率、滞后及移动平均暴露窗口时,关联幅度有所减弱,但总体模式未改变。竞争风险模型、清洁空气行动三个时期分层以及按总PM2.5水平分层均支持相似结论:EC、OC和硝酸盐总体呈正向关联,而硫酸盐未表现出稳定的风险升高趋势。


探索性亚组分析则进一步提示了城乡差异。冠心病发病中,EC在农村与城市人群中的HR分别为1.15和0.95,OC为1.79和1.09,硝酸盐为1.62和1.04,AMI结局也呈现相似分布。这可能与农村地区生物质燃烧、燃煤电厂分布以及室内固体燃料使用更加常见有关,但由于城乡属性仅在基线测量、室内污染资料缺失,这一发现仍需谨慎解释和进一步验证。



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结论

在这项全国性长期队列研究中,OC与冠心病及AMI的发病和死亡呈最稳定、最显著的正向关联;EC和硝酸盐的效应较小但总体偏向风险升高,硫酸盐在主要模型中未达到统计学显著。该研究并不否定继续降低PM2.5总质量浓度的重要性,而是进一步提出:当总体浓度下降到一定阶段,污染防控需要关注“颗粒物由什么组成、来自哪里”。从总量控制进一步延伸至燃烧相关排放、二次污染前体物和重点暴露场景的精细治理,可能为降低我国冠心病负担带来新的增量获益。



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严道心得

从“PM2.5总量”走向“成分与来源”,是研究最重要的推进


从毒理和暴露科学角度看,PM2.5更像一锅来源复杂的“混合汤”。同样的质量浓度,可以由交通尾气、燃煤、生物质燃烧或二次无机气溶胶以不同配比组成。该研究的价值就在于,它没有停留在“空气污染增加心血管风险”这一已知结论,而是将风险进一步拆分到具体成分,并在全国队列、长期动态暴露和经严格判定的冠心病结局中获得了成分差异证据。尤其在总量持续改善的背景下,如果高毒性或与燃烧相关的组分下降较慢,心血管健康收益可能低于单纯根据总质量浓度推算的预期。


OC为何最突出?它可能是燃烧污染混合物的“风险标记”


OC颗粒可携带多环芳烃、醌类等物质,诱导氧化应激、炎症反应和内皮损伤;长期累积后,这些过程可能促进动脉粥样硬化进展,并增加斑块破裂和心肌梗死风险。EC和硝酸盐也呈较一致的风险信号,提示需要继续控制交通、燃煤和生物质燃烧等污染来源。需要注意的是,OC并不是单一化合物,而是一大类有机物的集合,也常与其他燃烧污染物共同出现,其更可能同时反映OC本身所吸附的有毒物质及其所代表的排放混合物,但目前成分归因仍存在不确定性。


农村信号更强,提示“户外+室内”暴露场景不能被忽视


OC、EC和硝酸盐与冠心病的关联在农村居民中更强,是这项研究颇具现实意义的发现。我国农村地区可能同时面临生物质燃烧、燃煤排放、固体燃料烹饪取暖及区域输送污染,环境监测得到的户外浓度难以完整覆盖个人真实吸入量。若室内燃料使用与室外污染来源叠加,单纯依据居住地环境浓度可能低估高暴露人群的实际风险。然而,相关亚组结果属于探索性分析,更适合作为下一步研究和精准防控的线索,而不是立即据此给出确定的城乡因果结论。


研究优势与局限:证据很强,但仍是观察性关联


研究的核心优势包括样本量大、地域覆盖广、随访时间长等,但其局限同样需要正视。卫星模型在地面监测稀疏地区仍可能存在误差,反距离加权下推可能平滑局地差异。此外,研究无法获得室内污染、详细饮食、职业暴露等潜在混杂因素,且不同PM2.5成分彼此相关,多组分模型的系数不能被理解为完全独立的因果效应。研究对象迁居时间仅在随访节点更新,也可能造成短期暴露错分。数据分析层面,由于浓度-反应曲线和部分亚组对模型设定较敏感,相应结果仍需谨慎解读。


临床与公共卫生意义:冠心病预防还需要一张“环境处方”


对于临床医生,这项研究最直接的提醒是环境暴露应被视为冠心病全生命周期风险的一部分。传统管理聚焦血压、血脂、血糖、吸烟和体重,这些个体危险因素当然仍是基础,但对于居住在交通、燃煤或生物质燃烧污染较重地区的患者,减少高污染时段户外暴露、改善室内通风和清洁能源使用,也可能成为风险预防的重要内容。


真正能产生大规模健康收益的仍是源头治理。研究支持将空气污染防控从“PM2.5总量达标”升级为更精细的成分监测和来源控制,优先减少与OC、EC及硝酸盐相关的燃烧排放,并关注农村和其他高暴露场景。它把心血管预防的边界从诊室向城市交通、能源结构和家庭燃料延伸,也让“清洁空气”成为一种覆盖整个人群的心血管一级预防策略。



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