不同粒径大气颗粒物中金属元素含量及其对人双核淋巴细胞微核率的影响
作者：原福胜 马亚萍 武忠诚
单位：原福胜 马亚萍 武忠诚(山西医科大学环境卫生学教研室，太原 030001)
关键词：大气颗粒物；微核；双核淋巴细胞
卫生研究990108 摘要 运用DFJ-1型五段分级采样器采集太原市居民区大气颗粒物，用原子吸收分光光度法测定不同粒径颗粒物上4种金属元素Ni、Pb、Cd和Cr的含量，以双核淋巴细胞微核试验检测不同粒径颗粒物的诱变性。结果显示：太原市居民区大气颗粒物污染严重；颗粒物越小，所含金属元素量越多，小于1.1μm的颗粒物含金属元素量最多；不同粒径颗粒物提取液均可诱发双核细胞微核增加，尤以1.1μm下颗粒物诱发微核率较强，表明颗粒物具有致突变作用。
中图分类号 X513.031 X831.01 Q319.34
, http://www.100md.com Content of metals in different diameter airborne particles
and effect on micronuclei formation in human lymphocytes
Yuan Fusheng, Ma Yaping, Wu Zhongcheng
Department of Environmental Hygiene,Shanxi Medical University,Taiyuan 030001,China
Using a five stage sampling scheme,airborne particles were collected in a residential area of Taiyuan city.The contents of four metals,including Ni,Pb, Cd and Cr in different diameter airborne particles were determined by atomic absorption spectrophotometry.The mutagenicity of the extracts of airborne particles was investigated by means of Cytokinesis-blocking(CB) method.The results showed that the pollution of airborne particles in the residential area was very serious.The smaller the airborne particles are the more it contains metal elements.The metal content of the particles less than 1.1μm is the highest among different diameter airborne particles.The extracts of airborne particles induced a significant increase in micronuclei formation to a certain degree, especially the particles less than 1.1μm increased in micronuclei formation.It is suggested that the extracts of different diameter particles are with strong mutagenicity.
, 百拇医药
Key words:airborne particles, micronucleus, binucleate lymphocytes
大气颗粒物在空气中存在的粒径差别很大，很多研究发现大气中细颗粒与粗颗粒的比率逐年增加，同时发现细颗粒比粗颗粒含有较多的重金属和多环芳烃(PAH)[1]。因此研究不同粒径颗粒物的金属含量及其对人的远期危害正引起人们的关注。人双核淋巴细胞微核试验是一种较灵敏的测试系统[2]。本研究用此种方法检测了不同粒径颗粒物金属元素的含量以探讨其对人体远期健康危害的影响。
1 材料与方法
1.1 不同粒径颗粒物的采集和分析
于1997年2月在太原市一居民住宅区设一采样点，用DFJ-1型五段分级采样器，49型玻璃纤维滤膜(上海红光造纸厂生产)以570 L/min流量连续采样8天，同时记录气温气压，金属元素提取时用索氏提取法[3]。用岛津AA-670/GU-5原子吸收分光光度计测定提取液中Pb、Ni、Cr和Cd的含量。
, 百拇医药
1.2 CB微核试验
试剂RPMI1640培养基(GIBCO)，细胞松驰素B(CB，Sigma)，小牛血清，植物血凝素(PHA)均为国产，试验方法参照Fecech和Moleg[4]。取肝素抗凝静脉血(来自一健康青年)0.5ml，加入5ml20%小牛血清的1640培养液中，并加入PHA，置37℃ 5% CO2培养箱中培养44h后加入CB，终浓度为5μg/ml。同时加入颗粒物提取物和阳性对照物丝裂霉素C(MMC)，继续培养24h后收获细胞，然后低渗，固定，涂片和染色，每例分析1000个双核淋巴细胞，计算双核细胞的微核频率，并用二项分布法进行统计分析。
2 结果
2.1 大气中不同粒径颗粒物浓度
表1可见，总悬浮颗粒物浓度达0.774mg/m3，超过国家标准0.30mg/m3 1.58倍，可吸入颗粒物(IP以7μm为上限)日均浓度为0.49mg/m3，严重超标。≤7.0μm颗粒物占63.82%，其中1.1μm以下颗粒物所占比例较大，达39.53%。
, 百拇医药
表1 大气中不同粒径颗粒物浓度 粒径范围
(μm)
浓度
(mg/m3)
累计浓度
(mg/m3)
浓度百分比
(%)
累计浓度
百分比(%)
≤1.1
0.306
, 百拇医药
0.306
39.53
39.53
1.1～2.0
0.067
0.373
8.66
48.19
2.0～3.3
0.023
0.396
2.97
51.16
, 百拇医药
3.3～7.0
0.098
0.494
12.66
63.82
≥7.0
0.280
0.774
36.18
100.00
总悬浮颗
粒物
0.774
, 百拇医药
0.774
100.00
100.00
2.2 金属元素在不同粒径颗粒物上的含量及分布
表2可见，随着颗粒物粒径减少，富集在颗粒物上的金属元素逐渐增多，尤以1.1μm以下的颗粒物含量最多。四种金属元素以Pb的富集量最大，其它依序为Ni、Cd和Cr。
表2 金属元素在不同粒径颗粒物上的含量 μg/g 粒径范围(μm)
Pb
Ni
Cr
Cd
, 百拇医药
≥7.0
120.53
18.86
0
1.56
3.3～7.0
186.89
55.63
2.39
3.79
2.0～3.3
215.57
64.32
, http://www.100md.com
9.16
14.88
1.1～2.0
398.54
79.15
18.57
36.55
≤1.1
621.63
128.74
46.66
53.50
2.3 颗粒物提取液对人双核淋巴细胞微核率的影响
, http://www.100md.com
表3可见，空白滤膜不能诱发双核微核率增加(P>0.05)，不同粒径颗粒物均可使双核微率升高(P<0.01)。随着粒径减小，微核率有所增加，各粒径颗粒物对微核的影响存在着剂量-反应关系。
表3 不同粒径颗粒物对人双核淋巴细胞微核率的影响 粒径范围
(μm)
加样量
(μl)
双核微核率
(%)
相当于空气量
(m3)
r
, 百拇医药
空白对照
0
4.3±0.3
空白滤膜
5
4.6±0.6
10
5.3±0.6
0.4039
20
5.0±0.3
≥7.0
5
, 百拇医药
11.7±1.5(1)
10.8
10
15.7±1.2(1)
21.6
0.9935
20
19.3±1.0(1)
43.2
3.3～7.0
5
12.7±0.6(1)
, 百拇医药
5.6
10
17.6±1.5(1)
11.2
0.9929
20
24.0±1.0(1)
22.4
2.0～3.3
5
13.7±0.6(1)
4.1
, http://www.100md.com
10
19.0±1.7(1)
8.2
0.9987
20
27.7±1.5(1)
16.4
1.1～2.0
5
16.7±1.0(1)
4.0
10
, 百拇医药
21.0±1.2(1)
8.0
0.9991
20
31.3±1.5(1)
16.0
≤1.1
5
20.3±1.5(1)
2.6
10
25.7±1.2(1)
, 百拇医药
5.2
0.9951
20
38.0±2.0(1)
10.4
阳性对照
70.0±3.1(1)
注：(1)P<0.01
3 讨论
本次研究结果表明，太原市居民住宅区大气颗粒物污染严重，总悬浮颗粒物浓度高达0.774mg/m3，超过国家卫生标准1.58倍，可吸入颗粒物(IP，以7μm为上限)日均浓度为0.494mg/m3，严重超标。7μm以下的颗粒物占总悬浮颗粒物的63.82%，超过太原市1987年的45.11%[5]，表明气空细颗粒所占比重增加明显。有资料表明颗粒物越小[6]，进入肺部越深，1μm以下的颗粒物在肺泡内沉积率最高。而本次监测结果1.1μm以下的颗粒物所占比重最大，达39.53%，这就意味着人们长期在那里居住，将有大量的细小颗粒物进入人体肺泡。
, 百拇医药
颗粒物对人体的危害不仅与其浓度和粒径大小有关，更重要的是与其所吸附的化学成份有关。用硝酸索氏提取颗粒物中的成份，发现含有较多的金属元素(见表2)，随着粒径减小，所含金属元素逐渐增多，尤以1.1μm以下颗粒物所含金属元素增多明显，这和国内外报道的细颗粒比粗颗粒含有较多的重金属的结论一致。在所提取的几种金属元素中，Pb的含量远高于其它元素，这可能与近几年来城市机动车增加迅速有关。这些金属元素附着在颗粒物上，尤其在细小颗粒物上，极易进入人体肺部，被吸收入血液，长期蓄积在体内。
大气颗粒物对人体健康的影响主要表现在其远期危害上。本研究用颗粒物的提取液进行人双核淋巴细胞微核试验，结果表明(见表3)，空白滤膜没有诱发双核细胞微核率升高(P>0.05)，不同粒径颗粒物均诱发双核微核率增加(P<0.01)，表明颗粒进入人体后，可诱发染色体或染色单体发生断裂。对同一粒径颗粒物，在一定浓度范围内，随着浓度增大微核率逐渐上升，说明其断裂强度与其浓度有关。比较不同粒径颗粒物对微核率的影响，随着粒径变小，其双核微核率相应增高，即诱发突变所需的空气量变小，尤以1.1μm以下的颗粒物诱变作用最强，所需空气量最少。结合颗粒物对微核率的影响和金属元素在颗粒物上的分布进一步分析，结果表明颗粒物诱发微核率的强度与其金属元素含量分布多少相一致，推断这些金属元素起了主要作用。鉴于颗粒物对人体的远期危害的物质主要富集在粒径小的颗粒物上，粒径小的颗粒物在空气中所占比率又较高，因此治理大气环境，应着重于细小颗粒物。
, 百拇医药
作者简介：原福胜，男，硕士，副教授
参考文献
1 李震，曹守仁.可吸入尘采样.环境保护，1984，(7)：21—25
2 詹德进，陈雯，吴中亮，等. 体外双核细胞微核试验的应用研究.癌变.畸变.突变，1993，5(4)：10—13
3 季延安，傅光.用索氏提取法测定大气飘尘中重金属元素.环境科学，1986，7(1)：64—68
4 Fenech M,Morley A A.Measurement of micronuclei in lymphocytes.Mut Res, 1985,147(1):29—36
5 原福胜，邢权，马亚萍.大气中不同粒径颗粒物诱导人羊膜FL细胞UDS的研究.环境与健康杂志，1994，11(2)：49—51
6 姚志麒，邢权，朱振刚，等.环境卫生学.北京：人民卫生出版社，1994.54—56
1998-06-15收稿, 百拇医药
单位：原福胜 马亚萍 武忠诚(山西医科大学环境卫生学教研室，太原 030001)
关键词：大气颗粒物；微核；双核淋巴细胞
卫生研究990108 摘要 运用DFJ-1型五段分级采样器采集太原市居民区大气颗粒物，用原子吸收分光光度法测定不同粒径颗粒物上4种金属元素Ni、Pb、Cd和Cr的含量，以双核淋巴细胞微核试验检测不同粒径颗粒物的诱变性。结果显示：太原市居民区大气颗粒物污染严重；颗粒物越小，所含金属元素量越多，小于1.1μm的颗粒物含金属元素量最多；不同粒径颗粒物提取液均可诱发双核细胞微核增加，尤以1.1μm下颗粒物诱发微核率较强，表明颗粒物具有致突变作用。
中图分类号 X513.031 X831.01 Q319.34
, http://www.100md.com Content of metals in different diameter airborne particles
and effect on micronuclei formation in human lymphocytes
Yuan Fusheng, Ma Yaping, Wu Zhongcheng
Department of Environmental Hygiene,Shanxi Medical University,Taiyuan 030001,China
Using a five stage sampling scheme,airborne particles were collected in a residential area of Taiyuan city.The contents of four metals,including Ni,Pb, Cd and Cr in different diameter airborne particles were determined by atomic absorption spectrophotometry.The mutagenicity of the extracts of airborne particles was investigated by means of Cytokinesis-blocking(CB) method.The results showed that the pollution of airborne particles in the residential area was very serious.The smaller the airborne particles are the more it contains metal elements.The metal content of the particles less than 1.1μm is the highest among different diameter airborne particles.The extracts of airborne particles induced a significant increase in micronuclei formation to a certain degree, especially the particles less than 1.1μm increased in micronuclei formation.It is suggested that the extracts of different diameter particles are with strong mutagenicity.
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Key words:airborne particles, micronucleus, binucleate lymphocytes
大气颗粒物在空气中存在的粒径差别很大，很多研究发现大气中细颗粒与粗颗粒的比率逐年增加，同时发现细颗粒比粗颗粒含有较多的重金属和多环芳烃(PAH)[1]。因此研究不同粒径颗粒物的金属含量及其对人的远期危害正引起人们的关注。人双核淋巴细胞微核试验是一种较灵敏的测试系统[2]。本研究用此种方法检测了不同粒径颗粒物金属元素的含量以探讨其对人体远期健康危害的影响。
1 材料与方法
1.1 不同粒径颗粒物的采集和分析
于1997年2月在太原市一居民住宅区设一采样点，用DFJ-1型五段分级采样器，49型玻璃纤维滤膜(上海红光造纸厂生产)以570 L/min流量连续采样8天，同时记录气温气压，金属元素提取时用索氏提取法[3]。用岛津AA-670/GU-5原子吸收分光光度计测定提取液中Pb、Ni、Cr和Cd的含量。
, 百拇医药
1.2 CB微核试验
试剂RPMI1640培养基(GIBCO)，细胞松驰素B(CB，Sigma)，小牛血清，植物血凝素(PHA)均为国产，试验方法参照Fecech和Moleg[4]。取肝素抗凝静脉血(来自一健康青年)0.5ml，加入5ml20%小牛血清的1640培养液中，并加入PHA，置37℃ 5% CO2培养箱中培养44h后加入CB，终浓度为5μg/ml。同时加入颗粒物提取物和阳性对照物丝裂霉素C(MMC)，继续培养24h后收获细胞，然后低渗，固定，涂片和染色，每例分析1000个双核淋巴细胞，计算双核细胞的微核频率，并用二项分布法进行统计分析。
2 结果
2.1 大气中不同粒径颗粒物浓度
表1可见，总悬浮颗粒物浓度达0.774mg/m3，超过国家标准0.30mg/m3 1.58倍，可吸入颗粒物(IP以7μm为上限)日均浓度为0.49mg/m3，严重超标。≤7.0μm颗粒物占63.82%，其中1.1μm以下颗粒物所占比例较大，达39.53%。
, 百拇医药
表1 大气中不同粒径颗粒物浓度 粒径范围
(μm)
浓度
(mg/m3)
累计浓度
(mg/m3)
浓度百分比
(%)
累计浓度
百分比(%)
≤1.1
0.306
, 百拇医药
0.306
39.53
39.53
1.1～2.0
0.067
0.373
8.66
48.19
2.0～3.3
0.023
0.396
2.97
51.16
, 百拇医药
3.3～7.0
0.098
0.494
12.66
63.82
≥7.0
0.280
0.774
36.18
100.00
总悬浮颗
粒物
0.774
, 百拇医药
0.774
100.00
100.00
2.2 金属元素在不同粒径颗粒物上的含量及分布
表2可见，随着颗粒物粒径减少，富集在颗粒物上的金属元素逐渐增多，尤以1.1μm以下的颗粒物含量最多。四种金属元素以Pb的富集量最大，其它依序为Ni、Cd和Cr。
表2 金属元素在不同粒径颗粒物上的含量 μg/g 粒径范围(μm)
Pb
Ni
Cr
Cd
, 百拇医药
≥7.0
120.53
18.86
0
1.56
3.3～7.0
186.89
55.63
2.39
3.79
2.0～3.3
215.57
64.32
, http://www.100md.com
9.16
14.88
1.1～2.0
398.54
79.15
18.57
36.55
≤1.1
621.63
128.74
46.66
53.50
2.3 颗粒物提取液对人双核淋巴细胞微核率的影响
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表3可见，空白滤膜不能诱发双核微核率增加(P>0.05)，不同粒径颗粒物均可使双核微率升高(P<0.01)。随着粒径减小，微核率有所增加，各粒径颗粒物对微核的影响存在着剂量-反应关系。
表3 不同粒径颗粒物对人双核淋巴细胞微核率的影响 粒径范围
(μm)
加样量
(μl)
双核微核率
(%)
相当于空气量
(m3)
r
, 百拇医药
空白对照
0
4.3±0.3
空白滤膜
5
4.6±0.6
10
5.3±0.6
0.4039
20
5.0±0.3
≥7.0
5
, 百拇医药
11.7±1.5(1)
10.8
10
15.7±1.2(1)
21.6
0.9935
20
19.3±1.0(1)
43.2
3.3～7.0
5
12.7±0.6(1)
, 百拇医药
5.6
10
17.6±1.5(1)
11.2
0.9929
20
24.0±1.0(1)
22.4
2.0～3.3
5
13.7±0.6(1)
4.1
, http://www.100md.com
10
19.0±1.7(1)
8.2
0.9987
20
27.7±1.5(1)
16.4
1.1～2.0
5
16.7±1.0(1)
4.0
10
, 百拇医药
21.0±1.2(1)
8.0
0.9991
20
31.3±1.5(1)
16.0
≤1.1
5
20.3±1.5(1)
2.6
10
25.7±1.2(1)
, 百拇医药
5.2
0.9951
20
38.0±2.0(1)
10.4
阳性对照
70.0±3.1(1)
注：(1)P<0.01
3 讨论
本次研究结果表明，太原市居民住宅区大气颗粒物污染严重，总悬浮颗粒物浓度高达0.774mg/m3，超过国家卫生标准1.58倍，可吸入颗粒物(IP，以7μm为上限)日均浓度为0.494mg/m3，严重超标。7μm以下的颗粒物占总悬浮颗粒物的63.82%，超过太原市1987年的45.11%[5]，表明气空细颗粒所占比重增加明显。有资料表明颗粒物越小[6]，进入肺部越深，1μm以下的颗粒物在肺泡内沉积率最高。而本次监测结果1.1μm以下的颗粒物所占比重最大，达39.53%，这就意味着人们长期在那里居住，将有大量的细小颗粒物进入人体肺泡。
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颗粒物对人体的危害不仅与其浓度和粒径大小有关，更重要的是与其所吸附的化学成份有关。用硝酸索氏提取颗粒物中的成份，发现含有较多的金属元素(见表2)，随着粒径减小，所含金属元素逐渐增多，尤以1.1μm以下颗粒物所含金属元素增多明显，这和国内外报道的细颗粒比粗颗粒含有较多的重金属的结论一致。在所提取的几种金属元素中，Pb的含量远高于其它元素，这可能与近几年来城市机动车增加迅速有关。这些金属元素附着在颗粒物上，尤其在细小颗粒物上，极易进入人体肺部，被吸收入血液，长期蓄积在体内。
大气颗粒物对人体健康的影响主要表现在其远期危害上。本研究用颗粒物的提取液进行人双核淋巴细胞微核试验，结果表明(见表3)，空白滤膜没有诱发双核细胞微核率升高(P>0.05)，不同粒径颗粒物均诱发双核微核率增加(P<0.01)，表明颗粒进入人体后，可诱发染色体或染色单体发生断裂。对同一粒径颗粒物，在一定浓度范围内，随着浓度增大微核率逐渐上升，说明其断裂强度与其浓度有关。比较不同粒径颗粒物对微核率的影响，随着粒径变小，其双核微核率相应增高，即诱发突变所需的空气量变小，尤以1.1μm以下的颗粒物诱变作用最强，所需空气量最少。结合颗粒物对微核率的影响和金属元素在颗粒物上的分布进一步分析，结果表明颗粒物诱发微核率的强度与其金属元素含量分布多少相一致，推断这些金属元素起了主要作用。鉴于颗粒物对人体的远期危害的物质主要富集在粒径小的颗粒物上，粒径小的颗粒物在空气中所占比率又较高，因此治理大气环境，应着重于细小颗粒物。
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作者简介：原福胜，男，硕士，副教授
参考文献
1 李震，曹守仁.可吸入尘采样.环境保护，1984，(7)：21—25
2 詹德进，陈雯，吴中亮，等. 体外双核细胞微核试验的应用研究.癌变.畸变.突变，1993，5(4)：10—13
3 季延安，傅光.用索氏提取法测定大气飘尘中重金属元素.环境科学，1986，7(1)：64—68
4 Fenech M,Morley A A.Measurement of micronuclei in lymphocytes.Mut Res, 1985,147(1):29—36
5 原福胜，邢权，马亚萍.大气中不同粒径颗粒物诱导人羊膜FL细胞UDS的研究.环境与健康杂志，1994，11(2)：49—51
6 姚志麒，邢权，朱振刚，等.环境卫生学.北京：人民卫生出版社，1994.54—56
1998-06-15收稿, 百拇医药