东北地区室内外大气细颗粒物微生物组分来源、演化及多尺度时空暴露基础问题研究

As the effect of geographical location, climatic conditions, energy structure, industrial layout and other factors in China 's northeast old industrial base, the fine particles in the atmosphere can easily become a carrier of bacteria, fungi and their toxins, which resulting in various diseases when inhaled by the respiratory system. This study will carry out the research of the correlations of indoor and outdoor fine particles and the formation mechanism and health hazard of microbial toxicology components according to the characteristics of atmospheric fine particles in northeastern China by the means of field survey and numerical simulation, analyzing the source and spatio-temporal evolution of microbial aerosol components in Northeast China. Exposure assessment of microbial aerosol will be carried out in vitro exposure and vivo exposure. In order to develop an outdoor - indoor - human microbial aerosol exposure assessment method, the exposure risk of microbial aerosols in different groups will be studied by establishing a complete three-dimensional geometric model of the mouth - throat - tracheal bronchus-lungs. The ultimate objective is to provide theoretical basis for further studying the toxicity, physiological and risk effects of microbial pollutants in fine particles in China.

我国东北老工业基地受地理位置、气候条件、能源结构、工业布局等因素影响，大气中的细颗粒物极易成为细菌、真菌及其毒素的载体，通过呼吸系统被人体吸入，诱发各种疾病。本研究围绕指南核心科学问题一“典型区域大气细颗粒物毒性组分及暴露研究方法学”，结合我国东北地区大气细颗粒物的特点，通过实测分析和数值模拟开展大气细颗粒物室内外关联性及微生物组分来源和时空演化特性研究。并从体外暴露和体内暴露两方面开展微生物气溶胶暴露评价研究，通过建立完整的口腔-咽喉-气管支气管-肺部三维几何模型，模拟研究微生物气溶胶随呼吸在不同人群体内的暴露风险，构建“室外-室内-人体”的微生物气溶胶暴露评价方法。本项目将为深入研究我国大气细颗粒物的毒性组分、毒理机制与健康危害提供理论依据。

受地理位置、气候条件、工业布局等因素影响，我国东北地区大气细颗粒物极易成为化学和生物污染物的载体，直接或间接被人体摄入或吸入，影响人民群众健康。本研究围绕指南关键科学问题之一“典型区域大气细颗粒物毒性组分及暴露研究方法学”，以建筑环境学、微生物学、计算流体力学为理论基础，开展了我国东北地区大气细颗粒物室内外关联性及微生物组分形成机制、传播扩散与暴露评价研究。在大气细颗粒物室内外关联性及微生物组分形成机制方面，项目选择我国东北地区10座典型城市室内外环境进行实测研究，结果表明在非供暖季室内外大气细颗粒物的渗透系数为0.7128—0.8367，在供暖季为0.4303—0.6980；大气细颗粒物的微生物组分分析表明，在非供暖季细菌微生物主要为变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门，在供暖季主要为变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和放线细菌门；源解析表明，微生物主要来源于土壤、水体、粪便、人体与腐败有机物。在大气细颗粒物传播扩散方面，本研究建立了微生物生长衰亡模型，结合湍流模型对建筑尺度的细菌气溶胶非稳态扩散进行了模拟研究，结果表明在建筑小区尺度上风速影响细菌气溶胶扩散区域的范围，在建筑尺度上污染源下方向的细菌气溶胶浓度分布较上方向更加广泛，且与房间结构、湍流形式和粒子重力场有关。在大气细颗粒物暴露评价方面，体外暴露研究表明，同一人群暴露量及潜在剂量易受到季节、性别和地区的影响，总体上供暖季的暴露风险高于非供暖季；成年男性的暴露风险高于女性，但性别对于儿童群体的暴露风险影响较小；城市群体的人群暴露水平比农村高。体内暴露研究表明，咽喉与主气道相接处及支气管分支处易导致细菌气溶胶的积聚且左支气管相较于右支气管更容易致使细菌气溶胶颗粒积聚，细菌气溶胶在呼吸系统内部的流动受呼吸系统几何结构与尺寸及气道黏膜等生理活性组分影响。