Mitochondrial toxicity and in vitro biological effects of ambient PM2.5 from an urban site in China

Abstract

The roles of PM_2.5-induced mitochondrial damage and oxidative stress on mast cell degranulation were examined in vitro. Mast cells were treated with suspensions of PM_2.5 in Dulbecco’s modified Eagle’s medium at concentrations from 25 to 200?mg/L in the absence or presence of 10?mmol/L N-acetyl-L-cysteine. Biological effects and mitochondrial function were assessed by determining cell viability, β-hexosaminidase release, interleukin-4 secretion, reactive oxygen species generation, adenosine triphosphate production, potential alteration of mitochondrial membrane, and activities of mitochondrial electron transport chain complexes I and III. Exposure of mast cells to PM_2.5 induced reduction of adenosine triphosphate production, collapse of mitochondrial membrane potential, and inhibition of the activity of complex III. Co-treatment of mast cells exposed to PM_2.5 with N-acetyl-L-cysteine attenuated cytotoxicity and the production of reactive oxygen species, and decreased the release of β-hexosaminidase and interleukin-4. Evidently, PM_2.5-induced oxidative stress plays an essential role in mitochondrial toxicity and mast cell activation.     

上海市道路环境PM1、PM2.5和PM10污染水平

道路环境是城市中颗粒物污染的典型微环境,同时又是人群受大气颗粒物污染暴露的典型微环境.日复一日的通勤出行使居民不可避免地要受到道路环境中颗粒物污染的影响.我国道路环境的颗粒物浓度水平与欧美等发达国家相比要高得多,尤其在交通干线附近的颗粒物水平更为惊人.因此道路环境的颗粒物污染对人群暴露的影响较大.     

北京市大气颗粒物PM2.5,PM10及降雪中的汞

研究了北京大气颗粒物PM25,PM10及降雪中的汞.结果表明,北京大气颗粒物PM25中汞的浓度为024—179ng·m-3,PM10中汞的浓度为038—302ng·m-3,冬季PM25和PM10中汞的浓度明显高于夏季;北京大气可吸入颗粒物中的汞均以细粒子(≤25μm)为主,冬季细粒子中汞的浓度高是细粒子多且其汞含量高共同作用的结果,而夏季则是细粒子中汞的含量高.降雪中汞的浓度在106—162ng·l-1之间,降雪中可溶性汞为总汞的一半左右.     

河南省平顶山市大气PM10和PM2.5污染水平及其微量元素特征

目前,大气颗粒物的研究主要集中在可吸入颗粒物(PM10),尤其是细颗粒物(PM2.5)方面.美国EPA(1997年)颁布了PM2.5的空气质量标准,其日均值为0.065mg·m-3,年均值为0.015mg·m-3,其限制非常严格.我国现行的环境空气质量标准中PM10的二级质量标准日均值为0.15mg·m-3,年均值为0.10mg·m-3,标准中尚无对PM2.5的规定.     

广州市街道交通高峰期PM2.5/PM10质量浓度的初步研究

空气动力学直径小于10μm的可吸入颗粒物(PM10),尤其是粒径小于2．5μm的细颗粒(PM2.5),是大气光化学烟雾、酸沉降、极端气候事件发生的重要贡献者．广州是可吸入颗粒物污染较为严重的城市,目前,已有许多关于广州市可吸入颗粒物的浓度水平及其化学组成的研究．本文在广州市东山区一过街天桥采集样品,研究交通高峰期PM2.5／PM10质量浓度的水平．     

北京PM2.5化学物种的质量平衡特征

以北京2个采样点连续采集的样品对PM2.5中的元素、水溶性离子和含碳组分进行分析．车公庄和清华园PM2.5中有机物的含量分别为27．8％和30．9％,是含量最丰富的物种,其次是二次无机粒子、土壤尘、元素碳和微量元素．PM2.5中约有24％的质量未能鉴别成分,相关性分析表明,含碳物种的估算所引起的偏差可能是主要的原因．采暖期重污染周和春季沙尘周PM2.5的化学物种构成悬殊,反映了季节性变化的源排放和特殊气象条件的综合作用．     

长治市秋冬季PM2.5组分特征及来源解析

采集了2017—2018年秋冬季长治市审计局站、监测站、清华站等3个监测站点的大气PM_(2.5)样品,分析了其元素、水溶性离子及碳质组分特征,并利用化学质量平衡模型(CMB)对PM_(2.5)进行来源解析.结果表明,采样期间长治市PM_(2.5)浓度为67.9μg·m~(-3),其中审计局站PM_(2.5)浓度最高(70.6μg·m~(-3)),其次为监测站(70.0μg·m~(-3))和清华站(63.0μg·m~(-3));二次无机离子(SO_4~(2-)、NO~-_3、NH~+_4)平均浓度(20.7μg·m~(-3))占PM_(2.5)浓度的30.5%,与大量排放到大气中的SO_2、NO_2二次生成有关;OC(12.6μg·m~(-3))和EC(6.6μg·m~(-3))分别占PM_(2.5)的18.6%和9.7%;OC/EC为2.06,且SOC(5.9μg·m~(-3))在OC中占比高达63.1%,表明长治市秋冬季二次污染较重;典型地壳元素Si和Ca占元素组分平均浓度的29.8%和22.8%,说明扬尘污染对长治市PM_(2.5)的有一定影响;源解析结果表明,长治市秋冬季PM_(2.5)主要来源为:机动车源17.0%、燃煤源16.5%、扬尘源14.6%、二次硝酸盐13.9%、二次硫酸盐11.0%、二次有机气溶胶10.8%、工艺过程源9.3%、生物质燃烧源1.9%、其他源5.0%.因此,为进一步降低长治市环境空气中PM_(2.5)的污染,需在加强管控机动车,燃煤和扬尘等一次排放源的基础上,降低一次污染物SO_2、NO_2等的排放,从而实现对二次污染源前体物的控制.     

舟山市环境空气PM2.5及水溶性离子污染特征分析

为探究舟山市PM_(2.5)及水溶性离子组分的污染特征,于2016年4月、7月、10月和2017年1月在舟山市区3个国控点采集了168个PM_(2.5)样品,利用离子色谱仪测定颗粒物中的9种水溶性离子(Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、NH_4~+、K~+、F~-、Na~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)),结合气象数据和数值分析手段对舟山市区PM_(2.5)和水溶性离子质量浓度特征、颗粒物酸碱度及二次离子的影响因素(气象参数、前体物)进行研究.结果表明,采样期内,舟山市PM_(2.5)质量浓度时间变化规律为春季冬季夏季秋季,空间分布较为均匀;二次离子是舟山PM_(2.5)主要水溶性组成,且在PM_(2.5)中具有一致的季节变化特征;阴阳离子平衡分析显示舟山市PM_(2.5)整体呈现酸性,并以夏季酸度最低、秋季酸度最高;温度是影响舟山市二次离子浓度的主要气象因素;以燃煤源为主的固定源是舟山市水溶性污染物的主要污染来源,檀枫和临城采样点的SO_4~(2-)和NO_3~-受电厂和燃煤锅炉的污染排放影响严重,普陀区船舶客货运输量大,是普陀点二次离子前体物的主要污染来源.     

长白山PM2.5中水溶性无机离子观测研究

2005年12月-2006年11月在长白山北坡海拔763 m处,利用大流量滤膜采样器对大气中的PM2.5进行采样,并用离子色谱(IC)分析了PM2.5中水溶性无机离子的成分含量.结果表明,PM2.5中总水溶性无机离子年平均浓度为(7.4±5.7)μg·m-3.其中,主要的3种离子SO2-4、NH+4和NO-3占PM2....     

PM2.5暴露致机体损伤及其机制研究进展

近年来,大气污染日益严重,细颗粒物(PM2.5)作为大气颗粒物的主要成分之一,对人们的日常生活造成了极大的影响,对人类的身体健康更是造成了严重的危害。如今,PM2.5成为了国内外学者的研究热点,深入研究PM2.5对机体的损伤作用及其机制,可为有效预防与治疗人类相关疾病提供理论依据。本文从人群流行病学调查、细胞实验和动物实验三方面回顾PM2.5对呼吸系统、心血管系统、免疫系统和中枢神经系统等机体各系统的损伤作用,其次从氧化应激、炎症反应、免疫紊乱、DNA损伤和遗传毒性、信号通路改变五方面总结归纳PM2.5对机体的损伤机制,并对当前研究中遗留的不足以及未来的研究方向进行了探讨。     

绵阳市PM2.5中水溶性离子特征及来源分析

为研究绵阳市PM2.5中水溶性离子污染特征及来源,于2018年4月15日-2019年2月28日在绵阳市设置5个采样点位进行样品采集,利用Dionex ICS-2000离子色谱仪分析了9种离子(F-、Cl-、NO3-、SO42-、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+),并通过SPSS进行来源解析.结果 表明,绵阳市ρ(总水溶性离子)年均值为20.8 μg·m-3,在PM2.5中w(总水溶性离子)为46.6％.离子中质量浓度大小顺序依次为:ρ (NO3-)＞ρ(SO42-)＞ρ(NH4+)＞ ρ(Ca2+)＞ ρ(K+)＞ρ(Cl-)＞ ρ(Na+)＞ ρ(Mg2+)＞ ρ(F-),其中SNA(二次离子NO3-、SO42-、NH4+)为水溶性离子主要组成部分,水溶性离子中w(SNA)为86.4％.水溶性离子质量浓度季节变化趋势为:冬季＞秋季＞春季＞夏季,除Mg2+外其余离子质量浓度季节变化趋势与总离子浓度趋势一致,ρ(Mg2+)夏季与春季相当.SNA间具有较好的相关性,表明二次离子来源具有高度相似性,NH4+与SO42-摩尔当量浓度线性拟合斜率大于0.75,表明绵阳市大气环境为富氨状态,二次离子主要以(NH4)2SO4和NH4NO3形式存在.污染天NO2、 w(NO3-)和NOR(氮氧化率)均增大,且污染水平越严重w(NO3-)增幅越大,而w(SO42-)和w(NH4+)基本不变,表明NO3-增加导致PM2.5浓度升高.四季SOR(硫氧化率)和NOR均大于0.1,表明NO3-、SO42-主要来源于气态污染物二次转化,受温度和湿度影响,SOR值夏季最高,NOR值夏季最低冬季最高.SPSS来源解析结果显示绵阳市PM2.5中水溶性离子主要受二次转化、生物质燃烧以及扬尘源影响,三者合计贡献率为82.7％.     

石河子市PM2.5中重金属污染及健康风险评价

采集石河子市供暖时期的PM_(2.5)样品,使用ICP-MS对PM_(2.5)中5种重金属元素(Ni、Cu、Zn、Pb、Fe)进行检测,并对重金属元素进行健康风险评价.选取重金属元素中的Zn进行动物实验,以观察PM_(2.5)及其Zn元素对大鼠肺部的影响.将不同浓度的PM_(2.5)(0.5、3.0、15.0 mg·kg~(-1)体重)和Zn(0.06、0.3、1.5 mg·kg~(-1)体重)通过气管滴注的方式暴露于大鼠来探究PM_(2.5)中的Zn元素对大鼠肺部的损伤.处死大鼠后获取大鼠的支气管肺泡灌洗液(BALF)和肺组织,使用ELISA、比色法和HE染色来检测大鼠BALF中促炎因子白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、肺组织中氧化应激指标超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)以及观察大鼠肺组织的病理变化.结果表明供暖期间石河子市PM_(2.5)浓度为109.85±58.76μg·m~(-3),PM_(2.5)中重金属的浓度为Fe (27.766μg·m~(-3)) Zn (3.484μg·m~(-3)) Pb (1.444μg·m~(-3)) Cu (0.628μg·m~(-3)) Ni (0.094μg·m~(-3)).Ni存在一定的致癌风险,Cu,Zn,Pb不存在非致癌风险.PM_(2.5)以及Zn浓度的升高能够显著抑制SOD活性并增加MDA、IL-6、TNF-α水平,但是在同等Zn元素含量的情况下(PM_(2.5)高剂量组和Zn中剂量组),PM_(2.5)对大鼠的损伤更为严重.因此,PM_(2.5)及其Zn元素可以引起大鼠肺部的损伤,在这一过程中Zn元素发挥重要作用.     

北京市大气颗粒物中PM10和PM2.5质量浓度及其化学组分的特征分析

近年来,PM10和PM2.5由于其对人类健康的负面影响,愈来愈受到人们的关注.细粒子PM2.5更容易富集有毒金属元素,并可进入人体肺部,对人体的危害性更大.本文对北京市PM10和PM2.5的质量浓度及其元素含量进行了分析.     

盘锦市冬季大气PM2.5元素污染特征及来源解析

为研究盘锦市冬季大气PM_(2.5)中元素污染特征及其来源,于2017年1月采集盘锦市3个点位PM_(2.5)样品,通过富集因子以及因子分析法对盘锦市PM_(2.5)中载带的元素进行污染特征分析及来源解析.结果表明,盘锦市冬季大气PM_(2.5)日均浓度顺序为开发区第二中学文化公园,日均浓度值超过环境空气质量标准(GB3095—2012)二级标准限值(75μg·m~(-3))的天数分别为9、4、7 d;各元素浓度平均值由高到低依次为AlCaFeNaMgZnPbMnVAsCuNiCrCd,其中Al、Ca、Fe、Na、Mg、Zn和Pb元素质量浓度之和占所有检测元素浓度的96.85%.富集因子分析表明,Cd、Zn、Pb、As、Cu属于极强富集,Ni、V属于强烈富集,Cr、Ca和Mg属于显著富集,Mn、Na属于中度富集,Fe属于轻微富集.因子分析结果表明,盘锦市冬季大气PM_(2.5)污染元素主要来源为煤烟尘、道路交通尘、燃油尘和土壤扬尘.     

我国城市冬季PM2.5空间特征及其人为影响因子

以我国114个城市冬季(2013年12月-2014年2月)公布的PM25数据为基础,结合其他相关数据,运用空间自相关分析、克里格插值法和逐步回归分析法,研究我国冬季PM2.5浓度空间分布差异及其影响因素.结果显示,研究期间PM2.5在空间分布上具有高值集聚、低值集聚和高值邻域的低值集聚的变化特征,全局自相关系数Moran's I为0.27.PM2.5浓度分布由北到南、从内陆到沿海具有先升高后逐渐降低的变化趋势,高浓度区域主要集中在华北平原、长江中下游平原和陕西关中平原等地区,这些区域的冬季PM2.5平均质量浓度都达到150 μg·m-3以上,最高达250 μg·m-3.多因子逐步回归分析结果表明,人为活动对我国高浓度PM25(＞150μg·m-3)分布影响显著,对低浓度PM2.5(≤75μg·m-3)分布影响不显著.市辖区人口密度和第二产业GDP是显著影响我国高浓度PM2.5分布的主要人为影响因子.市辖区建成区面积、全市年末总人口和市辖区道路面积等是影响我国城市间PM2.5浓度分布差异的主要人为影响因子.     

沈阳市大气PM2.5中水溶性离子的季节变化特征

为研究沈阳市大气中PM2.5及其水溶性离子的污染特征、季节差异和来源情况,使用URG-9000D在线监测系统对沈阳市2019年大气颗粒物进行连续的采样分析,并利用正交矩阵因子分析法(PMF)进行污染物的来源解析.结果 表明,2019年沈阳市秋冬季节PM2.5质量浓度变化受相对湿度影响较大,冬季PM2.5平均质量浓度达到85.76 μg·m-3,细粒子污染较为严重.沈阳市大气PM2.5中SNA(SO42-、NO3和NH4+)所占比重表现为春季最高秋季最低;夏季SO42-和NH4+浓度较高,而NO3-浓度较低.SO42-在夏季呈单峰型日变化,与NO3-变化趋势相反.春夏秋三季NH4+与SO42-、NO3-主要结合为(NH4)2SO4和NH4NO3,冬季NH4+主要以(NH4)2SO4和NH4HSO4的形式存在.沈阳市存在较强的SO2和NOx二次转化现象,且各季节中SO2的转化率均高于NO2.PMF源解析结果表明,二次源对沈阳市大气污染贡献最大,夏秋季生物质燃烧和冬季燃煤源贡献同样不可忽视.