超细雾霾颗粒的嗅觉神经毒性效应的理论模化及数值评估

The health risks induced by haze have attracted an increasing attention. In recent year, an increasing number of studies have demonstrated that the olfactory nervous system is one of the most important routes for nano-size haze particles transporting from the environment to the central nervous system. As the distance of this transporting route is very short, the transporting efficiency is relatively high and the thus induced damage is therefore severe. Our research group has conducted substantial studies in this field, and found out that the transport process of haze particles through the olfactory nervous system is crucial to the final neurotoxicity of ultra-fine haze particles. This project will be an extension and expansion of our previous study, which focuses on transport of haze particles in the olfactory nerve filaments, olfactory bulb, olfactory pathway and the brain. Both experimental and theoretical studies will be conducted, which will contribute to a comprehensive predictive model. The outcomes of this project would be utilized in assessing and preventing the neurotoxicity of ultra-fine haze particles.

雾霾污染导致的健康危害已成为全社会共同关注的重大问题。近年来越来越多的证据表明纳米级的超细雾霾能够通过嗅觉神经系统转运至大脑，从而导致中枢神经系统损伤。由于经嗅觉神经至大脑的通路距离很短，因此雾霾颗粒经此通路的转运效率很高，由此造成的神经系统损伤也较大。课题组提出了研究超细雾霾颗粒在鼻腔嗅觉区域沉积、经嗅神经丝扩散至嗅球，继而经嗅觉通路转运入脑的新思路，并开展了大量的前期工作。本项目拟在前期研究的基础上通过细胞实验、动物暴露及测量、理论分析和数值模拟相结合的方法将前期研究中没有解决的问题及研究中发现的新问题进一步深入下去，目标是要深入理解鼻腔嗅觉区域内沉积的超细雾霾颗粒的运动、迁移及转运入脑的物理机制，建立相关的理论预测模型，为雾霾颗粒神经毒性效应的评估，以及今后医疗卫生方案及法规的制定奠定必要的理论和实践基础。

超细雾霾颗粒物对人体的健康危害已成为全社会共同关注的重大问题。相对应相同组分的微米级颗粒，纳米级颗粒物的毒性普遍较大。由于其小尺寸效应，吸入人体后很容易在体内蓄积，产生严重的健康后果。研究证据表明吸入纳米级颗粒物可以经鼻腔嗅觉区转运入脑组织，继而造成中枢神经系统损伤。因此，深入研究大气超细颗粒物在鼻腔嗅觉区内沉积、迁移及转运入脑的物理机制，对于雾霾颗粒神经毒性效应的评估，以及今后医疗卫生方案及相关法规制定具有重要的理论意义和现实意义。本项目以此为目标，通过清华大学与国家纳米科学中心强强联合，采用暴露环境现场监测、动物暴露、细胞实验、理论分析和数值模拟相结合的新思路，有针对性的开展了一系列研究工作，取得了丰硕成果。实验方面，课题组首先完成了金属线切割加工车间气溶胶监测，拿到了颗粒物浓度的实时数据，并分析了颗粒物的组分构成，为相关细胞和动物毒理学实验提供了真实的暴露依据。理论方面，通过深入研究超细颗粒在鼻腔嗅觉区内沉积、迁移及转运的物理机制，准确的掌握了影响这一转运和吸收过程的关键因素以及相互依存和制约的关系，实现了对超细颗粒物经嗅觉区神经转运至脑的复杂过程的理论建模，并建立了相关理论预测模型。同时，本项目深入研究和分析了物种间颗粒输送和沉积特性的差异，为合理解释动物实验数据对人的相关性以及数据外推提供了依据。根据以上成果，本项目建立了超细颗粒物神经毒性一体化预测模型，成功完成了项目申请书和计划书规定的研究目标，为今后相关领域的暴露风险评估及防范工作提供了十分便捷有效的解决方案。