化学零售环境中的职业性颗粒物暴露与呼吸道氧化-炎症反应

《Discover Public Health》：Occupational particulate burden and airway oxidative–inflammatory responses in chemical retail environments

　　摘要
目的：本研究调查了尼日利亚埃努古州奥格贝特市场（Ogbete Market）化学品商店从业者的颗粒物浓度和呼吸系统生物标志物，以评估与职业毒理学相关的早期气道损伤指标。

方法：来自6家化学品商店（每家4名从业者）的24名从业者以及4名服装店从业者（来自1家商店）参与了湿季和干季的监测。28名参与者在每个季节被采样一次，持续三个月。使用Aerocet 531分析仪测量了室内颗粒物（PM1、PM2.5、PM4、PM7、PM10和总悬浮颗粒物TSP）的浓度。7家商店在每个季节也被采样一次。使用R-Tube收集呼出气体冷凝物（Exhaled Breath Condensate, EBC），并通过ELISA方法量化了慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD）的生物标志物，包括pH值、过氧化氢（H2O2）、硫代巴比妥酸反应物质（Thiobarbituric Acid Reactive Substances, TBARS）、谷胱甘肽（Glutathione, GSH）和白三烯B4（Leukotriene B4）。数据使用SPSS 25版本进行分析。

结果：化学品商店中的颗粒物浓度在所有粒径范围内均高于对照组，并且在多个地点超过了OSHA限值和WHO标准（尤其是PM2.5和PM10），尤其是在干季（例如：PM2.5在商店1中为6.4±1.1 mg/m3，而对照组为1.4±0.3 mg/m3；TSP在商店1中为24.1±3.1 mg/m3，对照组为3.5±0.8 mg/m3）。生物标志物检测显示，化学品商店从业者的EBC pH值较低，H2O2和TBARS水平升高，GSH水平降低，LTB4水平升高，且这些差异在干季更为显著（例如：LTB4在商店1中为94.0±12.5 pg/mL，对照组为24.0±6.0 pg/mL）。ANOVA分析表明组间存在显著差异（p≤0.05），并且季节性效应也是一致的。

结论：总体而言，研究结果表明，这些商店中的常规职业活动与颗粒物暴露增加以及氧化应激和气道炎症的生化证据有关。虽然无法推断因果关系和长期后果，但研究结果强调了改进暴露控制、加强工人教育和进行进一步纵向研究的必要性。R-Tube冷却套筒在-20°C下冷冻至少4小时后再使用。随后，参与者被安排坐下，并佩戴鼻夹以防止通过鼻子呼吸。每位参与者通过口件进行10-15分钟的潮式呼吸，收集到的冷凝液立即无菌转移到1.5毫升的聚丙烯管中。样本在干冰中快速冷冻，并在-80°C下保存直至分析[22]。每位参与者在雨季和旱季各提供一份EBC（呼出 breath condensate）样本。

2.5 COPD相关生物标志物的分析
在EBC中量化了以下生物标志物：H?O?作为氧化应激的指标，TBARS用于检测脂质过氧化，GSH作为抗氧化防御的标志物，LTB?反映中性粒细胞炎症，以及EBC pH值作为气道酸度的指标。冷冻的EBC样本在冰上解冻并轻轻混合后，立即使用校准的微电极pH计测量pH值[12, 30, 39]。所有生化标志物均按照制造商的说明使用商业ELISA试剂盒进行定量：每次检测都新鲜制备标准品和对照品，将EBC样本（50-100 μL）移入微孔板孔中，根据需要用磷酸盐缓冲盐水孵育和清洗孔板，加入底物溶液，然后在推荐的波长下使用微孔板分光光度计读取吸光度。浓度是根据使用四参数逻辑模型生成的标准曲线计算得出的[23]。所有测量均重复三次，平均值用于统计分析。

2.6 质量保证和质量控制
在每次采样前，Aerocet 531都会进行校准，EBC的收集遵循严格的程序以防止唾液污染。所有ELISA检测都包括制造商提供的阳性和阴性对照，只有当决定系数（R2）至少为0.98时才接受标准曲线。变异系数大于10%的重复实验会重新进行，实验室分析人员在整个分析过程中对样本身份保持盲态。

2.7 统计分析
数据使用SPSS 25版本进行准确性检查和分析。使用Shapiro–Wilk检验评估数据的正态性。使用双向方差分析（ANOVA）分析不同商店和季节间PM浓度和EBC生物标志物水平的差异。Tukey’s HSD检验用于事后均值分离。统计显著性设定为p≤0.05。结果以平均值±标准差的形式报告。

3 结果
3.1 颗粒物浓度
在两个季节中，不同化学商店间的颗粒物浓度存在显著差异（p≤0.05）。在雨季，几个商店的可吸入颗粒物和呼吸性颗粒物浓度相对于对照地点较高，其中商店1的浓度始终最高。所有表格中具有相同上标字母的商店在统计上没有差异，表明这些商店的颗粒物负荷相似。结果显示，在旱季颗粒物浓度明显增加。所有颗粒物尺寸组（包括细颗粒物（PM?, PM?.?）和粗颗粒物（PM?, PM??）的增幅都具有统计学意义。在雨季表现相对中等的商店在旱季的暴露水平显著升高（表1和表2），这反映了环境颗粒物负荷和封闭商店内重新悬浮的作用。在所有情况下，对照地点的颗粒物浓度最低，证实了暴露的局部性。
表1 恩古Ogbete市场化学商店中的颗粒物浓度（mg/m3）（雨季）
表2 恩古Ogbete市场化学商店中的颗粒物浓度（mg/m3）（旱季）

重要的是，几个商店在某些颗粒物尺寸上的浓度超过了OSHA的允许暴露限值，尤其是在旱季，这突显了观察到的变化的职业相关性。PM2.5和PM10的浓度在两个季节也都超过了WHO的标准限值。

3.2 呼出呼吸冷凝液生物标志物
在不同商店和季节间，EBC中的过氧化氢（H?O?）和TBARS存在显著差异（p≤0.05）。暴露程度较高的商店的抗氧化应激标志物水平始终高于对照组。结果显示，在旱季这种差异进一步加剧，暴露程度最高的商店形成了与对照组和低暴露商店不同的统计组。

抗氧化状态（GSH）：暴露工作者的还原型谷胱甘肽（GSH）明显低于对照组（表3和表4），所有商店中GSH均显著降低（p≤0.05）。GSH的季节性下降尤为明显，特别是在颗粒物负荷最高的商店中。颗粒物负荷较高的商店属于GSH水平较低的统计类别，这与氧化负荷增加时抗氧化防御系统的补偿性消耗一致。

炎症标志物（LTB?）：白三烯B?的水平在不同商店间存在显著差异（p≤0.05），形成了与相对PM暴露程度相符的统计组。暴露程度最高的商店显示出最高的LTB?浓度，旱季的值进一步加剧了这种差异。对照组始终形成了一个独特的统计类别，反映了气道炎症最小。

气道酸度（EBC pH值）：暴露商店的EBC pH值显著低于对照组（p≤0.05），表明气道酸度增加。结果还显示，在旱季酸度进一步增加，尤其是在颗粒物浓度最高的商店中下降最为明显。事后分组反映了暴露梯度。

综合暴露-反应模式：总体来看，生物标志物模式显示了清晰的暴露-反应关系，即颗粒物浓度较高的商店——特别是在旱季加剧的商店——也表现出更高的氧化应激（↑H?O?, ↑TBARS）、较低的抗氧化防御（↓GSH）、更高的中性粒细胞炎症活性（↑LTB?）和更酸性的气道环境（↓pH），统计分析一致地将商店工作者按暴露程度分组，支持了这些关联的生物学合理性。

4 讨论
本研究详细描述了Ogbete市场化学商店工作者的颗粒物暴露和早期呼吸损伤标志物，揭示了连贯且生物学上合理的暴露-反应关系。研究结果表明，小型封闭式化学商店的工人经历了显著升高的颗粒物水平；特别是在旱季，这些暴露伴随着气道中的可测量氧化、炎症和生化变化。

4.1 颗粒物暴露模式
观察到的明显季节性变化，特别是在旱季浓度升高，与热带市场的环境动态一致。大气湿度降低、灰尘重新悬浮增加以及自然通风受限共同加剧了室内颗粒物负荷[7, 8, 34]。商店级别的异质性强调了暴露依赖于微环境特征，如库存密度、通风情况、产品类型和商店布局[36, 43]。几个商店超过了既定的职业暴露限值，这突显了非正式化学贸易中保护措施的紧迫性。需要注意的是，OSHA的允许暴露限值是针对总颗粒物和可吸入颗粒物定义的，而不是针对特定的颗粒物尺寸。因此，将测量的PM?–PM?浓度与OSHA限值进行比较仅用于情境解释。

4.2 氧化应激和抗氧化耗竭
商店工作者EBC中过氧化氢和TBARS的升高提供了氧化应激增强的有力证据，这是颗粒物诱导的气道损伤的已知早期途径。细颗粒物和超细颗粒物在多个商店中持续升高，由于其较大的表面积、化学反应性和深入肺部的能力，它们是活性氧生成的强大驱动因素[13, 15, 16, 33]。还原型谷胱甘肽的同时耗竭进一步支持了这一解释：GSH的减少是抗氧化防御系统受压的标志，在涉及可吸入颗粒物的职业和环境暴露研究中经常报告[3, 26, 41]。这些变化在旱季的加剧反映了颗粒物水平的上升，加强了暴露与氧化损伤之间的时间和机制联系。这些模式在生物标志物和季节间的重复性支持了研究结果的内部有效性。

4.3 气道炎症和EBC酸度
暴露商店工作者的LTB?水平始终较高，反映了中性粒细胞炎症途径的激活。LTB?在COPD发病机制中起核心作用，促进中性粒细胞的招募和激活，从而导致气道重塑和黏液过度分泌[6, 35, 37]。LTB?在不同商店间的梯度与测量的颗粒物梯度一致，表明了暴露与炎症之间的直接关系。暴露参与者中EBC pH值的降低进一步表明气道酸度增加，这与炎症介质活性和氧化失衡有关[14]。气道环境的酸化被认为是职业吸入损伤的早期和敏感指标，其季节性加剧与记录的颗粒物负荷增加相吻合[9, 14, 42]。

4.4 暴露-生物标志物一致性及其与COPD风险的相关性
所有测量标志物的一致性；更高的氧化应激、较低的抗氧化水平、升高的炎症介质和气道酸化，强调了颗粒物暴露的紧密生物学反应。这些生物标志物组合类似于COPD早期或亚临床阶段的模式，并已被验证为预测职业队列中肺功能下降的指标[29]。重要的是，研究的商店工作者没有被诊断出慢性呼吸系统疾病，这表明这些变化代表了早期或临床前损伤过程。这一发现在非正式劳动环境中尤为重要，因为缺乏监测和有限的职业健康服务可能会延迟疾病的发现。除了季节效应外，本研究还偶然观察到化学商店之间的微环境差异似乎影响了室内颗粒物浓度和相关的生物标志物反应。商店大小、通风特性、库存密度、处理的化学品类型、靠近繁忙走道的程度以及顾客流量的频率等都可能影响同一市场内不同商店的颗粒物负荷[22]。这些局部环境因素可能同时影响颗粒物的生成和重新悬浮，从而影响暴露强度。某些商店中较高的颗粒物浓度与更明显的氧化和炎症生物标志物变化之间的对应关系表明，商店特定的条件可能独立于季节调节呼吸风险。这些发现强调了在评估非正式零售环境中的职业暴露时考虑微环境背景的重要性，并表明干预措施可能需要根据季节性和商店特性进行定制。

4.5 公共卫生和监管影响
本研究突显了非洲城市市场中一个被忽视的职业危害。化学商店工作者在小型、通常通风不良的空间内工作，处理多种化学品，这些化学品既会导致颗粒物的直接产生，也会导致反应性物质吸附到空气中的颗粒物上。暴露的季节性加剧强调了全年采取保护措施的必要性，包括改善通风、使用颗粒物过滤装置和加强职业健康监测计划。在政策层面，结果呼吁加强对化学零售环境的监管、执行暴露标准并提高工人教育。鉴于这一相对年轻且活跃的劳动力群体中明显的生物标志物扰动，有针对性的干预措施有可能预防长期的呼吸系统疾病。

4.6 强点和局限性
本研究的主要优点包括在两个不同季节同时测量不同尺寸的颗粒物和机制相关的EBC生物标志物，从而能够多维度地理解暴露和早期损伤。使用三次测量和标准化的采样程序提高了可靠性。局限性包括样本量较小、缺乏肺功能测试，以及可能存在未测量的混杂因素，如家庭暴露或饮食中的抗氧化剂摄入。由于表5中列出的选择标准，仅选择了二十八名商店工作者。然而，商店间的显著暴露差异和生物标志物内部一致性强烈支持了观察到的关联。另一个研究局限性是研究参与者自我报告的健康评估尚未得到证实。

4.7 整体解读
综合来看，研究结果表明Ogbete市场的化学商店工作者经历了显著的颗粒物暴露，伴随着可测量的氧化和气道变化。这些损伤的季节性加剧以及与早期COPD风险一致的生物标志物特征强调了立即需要职业健康关注的必要性。

5 结论
研究表明，Ogbete市场的化学商店工作者暴露于较高的颗粒物水平，特别是在旱季。这些暴露伴随着呼出呼吸冷凝液生物标志物的持续变化，表明氧化应激增加、抗氧化能力降低、气道炎症和气道酸度增加。尽管研究结果没有确定长期健康后果，但它们表明在这些环境中常规工作可能导致与呼吸风险相关的早期气道变化。改善通风、促进更安全的操作实践和提高对暴露危害的认识可能有助于降低这些商店中的颗粒物水平。进一步的研究纳入更大的样本队列和直接的肺功能测量将有助于更好地理解这些暴露的长期影响。