煤烟型污染城市学校室内外空气细颗粒物化学成分及与儿童呼吸道健康的暴露－效应研究

There is an increasing prevalence of respiratory disease related to particulate matter pollution in China. However, there are few studies on the effects of chemistry composition of fine particles in indoor and outdoor on children's asthma and respiratory health in schools in coal-burning polluted area..The aim of the study is to describe exposure assessment of air particles, as well as elemental composition of the fine particle (PM2.5) both in classrooms and campus in schools in Taiyuan city, the capital city of Shanxi province as well as the winter and summer differences. The elemental composition of PM2.5 are detected by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), ion chromatography and carbon analyzer separately. Moreover, we will study the health survey by questionnaires among students and perform the indicators including fractional exhaled nitric oxide (FeNO), forced vital capacity (FVC), forced expiratory volume in one second (FEV1.0) and so on, which reflect airway inflammation. Finally, we will demonstrate the correlation between different elements of PM2.5 in schools and the incidence of respiratory disease as well as clinical markers. A further aim is to show scientific evidence for protecting children's heath, and appropriate intervention measures should be involved in school environment improvement and building construction.

近年来，由可吸入颗粒物引起的小学生呼吸系统疾病呈逐年增加趋势。目前针对煤烟型污染城市学校室内外空气中细颗粒物成分和对儿童呼吸道疾病的"环境暴露-健康效应"研究尚属少见。.本项目拟在采暖期及其前后，对太原市城区小学开展以教室和校园环境为单位的室内、室外空气颗粒物污染监测；用分级采样器采集PM2.5颗粒，以电感耦合等离子体质谱技术结合碳分析仪、离子色谱仪等表征PM2.5的化学成分，评估暴露量，分析PM2.5在学校环境下的污染暴露程度；以环境检测与健康问卷调查结果结合呼出气体中NO和肺功能等相关医学检验情况，定量分析儿童呼吸道疾病类型及发病率，揭示出不同季节学校环境中的PM2.5化学成分、浓度变化对儿童呼吸道疾病及其相关临床指标的影响，为保护儿童呼吸道健康，改善煤烟型污染地区儿童在校学习环境、开展有效的早期预防和建立环境卫生干预措施提供有重要价值的科学依据。

太原市地处我国北方内陆城市，钢铁、化工和机械等重工业一直是主要经济发展的支柱。近年来，当地政府及环保部门采取了一系列节能减排等相关举措，使得二氧化硫（SO2）、臭氧（O3）等传统污染物排放量逐年减少，然而由于城市发展速度较快，机动车保有量持续增长，尤其是仍以燃煤为主要能源物质，使得大气污染特征由典型的煤烟型污染逐渐演变成为煤烟-机动车混合型污染，雾霾天气时有发生。由于大气污染物来源丰富、成分复杂，因此本文首先以大气细颗粒物PM2.5为研究对象，揭示了PM2.5的浓度水平及所含元素成分，同时监测SO2、NO2、O3及气传微生物等其他环境污染物的浓度变化，为全面了解太原市大气污染特征提供理论依据。此外，由于儿童处于生长发育期，大部分时间都是在学校室内度过，大气污染对儿童呼吸系统健康的影响极为严重。因此本文将采样地点选在初中现场进行，同时对学生健康状况进行问卷调查，旨在研究大气污染物与学生健康的相关性。结果表明：（1）采样期PM2.5浓度均值为162.99±107.43 µg/m3，浓度范围为45.32-411.30 µg/m3，季节变化对于PM2.5浓度有显著影响。ICP-MS测得PM2.5中66种元素，其中，S元素含量最高，Si、K、Ca、Fe、Al等地壳元素的浓度仅次于S元素。燃煤、工业排放和机动车污染是太原市冬季主要污染物。（2）10所学校室内PM2.5、SO2、NO2和O3的平均浓度分别为67.9 µg/m3、264.8 µg/m3、39.4 µg/m3和10.1 µg/m3。室外SO2、NO2和PM2.5浓度分别约为室内的2-3倍、1-1.5倍和2倍，O3浓度室外与室内相近。过敏、鼻粘膜炎、鼻塞、喉咙干燥和疲乏等症状发病率较高，分别为13.7%、17.6%、16.4%、14.9%和20.7%。室内环境中的PM2.5、SO2、NO2和O3浓度及其室内外浓度的比率与调查的多数症状存在显著性正相关，危害着学生的健康。（3）室内的微生物组分与学生皮肤、黏膜及普通症状呈现负相关，即室内微生物的存在一定程度上保护学生的健康，这与“卫生假说学”相一致，此结论有待进一步的研究分析。以上结果说明，太原市冬季大气污染仍比较严重，威胁着学生的身体健康，因此，必须采取相应的措施，严格控制污染源的排放；此外，应该更加关注儿童健康，改善煤烟型污染地区儿童校舍环境，开展有效的早期预防措施。