原文以Chemists can help to solve the air-pollution health crisis為標題
發布在2017年11月13日的《自然》評論上
原文作者：馬克斯·普朗克化學研究所大氣化學主任Jos Lelieveld & 多相化學主任Ulrich P?schl
Jos Lelieveld和Ulrich P?schl認為，深入理解污染物如何進入身體并造成損害有助于減少疾病和死亡。
空氣質量差是全球五大健康風險之一，其它四項是高血壓、吸煙、糖尿病和超重。2015年，全球死亡案例中有近8%由糟糕的空氣質量造成。長期暴露在污染的空氣中會引起呼吸道感染、慢性阻塞性肺病、中風、心臟病和肺癌。這被稱為“戶外被動吸煙”實在不為過。
印度東部賈坎德邦的一個孩子呼吸著被地下煤火煙霧嚴重污染的空氣。
Robb Kendrick/NGC
在城市和其它受污染地區，必須對氮氧化物（比如NO和NO2）、臭氧（O3）和懸浮微粒等空氣污染物加以控制。PM2.5是主要危險，因為這些顆粒直徑不到2.5微米，能夠滲透入人體氣道和肺。全球每年平均有超過90%的人口——約70億人——被暴露在超過WHO標準上限（每立方米10微克PM2.5）的戶外污染中。
10月，《柳葉刀》污染與健康委員會發布報告證實，每年約450萬人死于戶外空氣污染引起的病癥。其中有一半發生在中國和印度，不過俄羅斯的人均死亡率更高：每年每千人中約1.6人死亡，是印度的兩倍。平均而言，受空氣污染影響的人比在呼吸潔凈空氣的情況下少活28年。綜合起來，每年約有1.2億年的人類壽命被剝奪（見“被奪走的壽命”）。
來源：WHO/Ref.5
大多數國家的空氣質量法規都不足以阻止疾病和死亡，PM2.5的年度排放標準常常超過WHO規定的指導上限。歐盟目前的排放限度是每立方米25微克（μg m–3），但是將在2020年調降至20微克以下。即使如此，該地區仍有約274,000例死亡與糟糕的空氣質量有關。在日本，PM2.5的上限是15 μg m–3 （有79,000例相關死亡案例），美國是12 μg m–3（有115,000例相關死亡案例）。5月，安全閾值（最低風險暴露水平）被調低，因為流行病學研究認為安全閾值應該從5.8–8.8 μg m–3降至2.4–5.9 μg m–3，這遠低于WHO規定的限值。
雖然公共衛生專家揭示了空氣污染、疾病和死亡之間的聯系，但是他們仍需要更多信息來弄清前因后果。比如，人們對不同種類的懸浮微粒單獨的或混合的毒性仍舊知之不多。很少有大氣化學家直接研究污染物對健康的影響。
為了人類的健康，我們需要更全面的多學科研究團隊來優化污染物排放控制措施。除了醫學工作者和生物學家，還應該包括流行病學家、毒理學家、健康經濟學家和大氣化學家。
俄羅斯因戶外空氣污染導致的人均死亡率高企，圖為車里雅賓斯克的工廠。
Aaron Huey/NGC
模糊的視點
空氣質量影響人們的壽命，大氣化學影響空氣污染物的壽命。但是將這些影響聯系起來并不容易，原因有很多。
首先，戶外空氣污染有許多源頭。居民供暖和烹飪，尤其是低收入國家使用的燃油爐和柴火，對死亡數的影響最大。每年約有135萬人因其死亡。農業活動是第二大原因，占死亡人數的五分之一。它的影響主要表現為糞肥和化肥釋放的氨與空氣中的硫酸鹽和硝酸鹽結合，形成硫酸銨和硝酸銨，從而產生PM2.5。發電、工業和交通也會產生大量臭氧和PM2.5。
第二，大氣中的化學反應非常復雜，難以跟蹤。臭氧和大多數PM2.5顆粒是二級污染物，由各種人為和自然排放物形成。環境因子，比如溫度、濕度和風力擴散，也會影響污染水平。細小顆粒物被吸入之前，可能已經在大氣中漂浮好幾天，而且在此期間發生了多次化學變化。
第三，污染物之間互相作用。比如，臭氧水平取決于氮氧化物和揮發性有機化合物（VOCs）在陽光下的反應。因此，要減少臭氧必須多管齊下。盡管如此，結果仍然難以預料。歐盟從本世紀初開始每年減少2-3%的氮氧化物和VOC排放量，但是該地區的臭氧水平并沒有下降。風也可能把其它大陸的排放物吹過來。不過，控制氮氧化物排放也有望帶來其它好處，比如減緩亞洲大城市硫酸鹽顆粒的形成。
第四，因為排放水平基于有限的測量項目和不同的假設，所以它們的數值并不確定且常常被低估。全球約有三分之一的重型汽車和超過一半的輕型汽車的尾氣排放量超過認證限度。如果柴油車遵守當前的排放標準（比如EURO 6/VI），則能立馬產生健康效益。
最后，空氣污染水平和健康影響之間的關系是非線性的。減少一半的污染不一定等于減少一半的死亡人數。污染最嚴重的地方需要最大的努力，這一點中國最清楚。比如，在中國東部的受污染地區，二氧化硫排放量從2010年起減少了逾50%，但是死亡率只降低了一點點。不過，空氣凈化可以帶來成倍的好處。根據我們的計算，由于執行歐盟的空氣質量法規，從上世紀70年代到2010年之間，英國由空氣污染造成的死亡率降低了30%。然而在污染更嚴重的其它歐盟國家（比如德國和意大利），盡管它們在交通和能源領域也執行了同樣的法規，但是死亡率下降幅度不到20%。
污染物的排放控制需要因地施策，而且需要將空氣污染物的化學反應和全球流動考慮在內。然而，亞洲、中東和非洲的某些國家還未簽署聯合國的《長程跨界空氣污染公約》。在許多國家，地方政府雖然無力控制大氣環境，卻要對空氣質量負責。
不確定的毒性
懸浮微粒的不同成分對其總體毒性究竟有多大影響，人們仍然了解不多。但這樣的信息對于制定政策措施，以便減少相關死亡數量具有重要意義，如對最危險的化合物嚴格加以限制。過渡金屬，包括鐵和銅，可在人體內產生氧化應激反應。煤煙和其他含碳化合物會伴有多環芳烴，而多環芳烴可致突變和致癌。超細顆粒物（直徑小于0.1?μm）能夠滲透肺膜并進入血液。
從同一源頭排放出來的不同PM2.5成分在環境濃度上存在一定關聯。大氣科學家可以通過厘清各成分的來源來幫助解決污染。化學家可以闡明污染物與人體及免疫系統互作的分子機制。研究大氣過程的實驗方法和理論方法可延伸用于跟蹤空氣污染物與皮膚的互作以及它們與氣道內流體的互作。將這樣的研究和物理化學及生物醫學實驗與模擬結合起來，應當可以建立污染物接觸和人體反應之間的關聯。
人口密集且污染嚴重的地方是大氣研究和健康研究的“重點對象”，比如中國的大城市，研究它們是檢驗毒性假設和厘清不同污染物之間的相互影響的一種有用方式。用于檢測高反應活性、短壽命的有毒化合物（比如碳中心或氧中心自由基）的技術可以與毒理學實驗結合起來。比如將細胞培養物暴露在周圍空氣中，或者對呼吸道疾病、心血管疾病和炎癥性疾病開展流行病學調查。
不同的地點有不同的化學和氣象條件，也有不同的污染源頭，在多個地點開展調查研究可以補充從空氣質量網絡中得到的信息，幫助弄清楚不同污染源對健康的影響。這樣的研究或許可以揭示出汽車尾氣顆粒物、汽車輪胎和剎車磨損以及二次有機氣溶膠的作用，也可能闡明PM2.5構成成分的質量相對于顆粒大小、數量和組分的重要性。
科學家應該研究人體吸入活性氣體和氧化劑（如臭氧和氮氧化物）的影響，以及它們對細顆粒物的表面性質與毒性的作用。過敏性疾病日益普遍，這在西方國家尤其明顯。認清氣溶膠粒子和氣相組分之間的相互作用，包括凝結、吸附和化學反應，對于理解這些疾病具有重要意義。
基本權利
一個人平均每天吸入逾10,000升空氣，喝掉約2升的水。這些需求必須作為人權納入政策之中——每年，450萬人死于空氣污染，180萬人死于水污染。聯合國可持續發展目標之一將獲取安全飲用水和衛生設施作為一項基本人權。我們認為潔凈的空氣也應該被列入可持續發展目標。
全球應該共同努力制定合適有效且統一的空氣質量標準，應該禁止高污染產業轉移到環保法規較寬松的國家，因為這有可能通過國際貿易造成跨境健康影響。聯合國環境計劃署與WHO聯合起來，有能力召集科學家和政策制定者，像在解決平流層臭氧耗竭和氣候變化時一樣，共同解決空氣污染問題。世界銀行或許可以給空氣污染防治項目提供更有力的支持。
大氣化學家應該更加積極地參與公共衛生研究，比如研發經濟適用的方法來測量人類暴露于污染物的程度，并且加大力度對數據匱乏的亞洲、非洲、中東和南美洲地區展開研究。他們應該探尋PM2.5的各種源頭，研究大氣圈-生物圈界面的化學互作。支持“氣候和清潔空氣聯盟”（Climate and Clean Air Coalition）的倡議，減少空氣污染物，既有益于緩解氣候變化，也有益于改善空氣質量。教皇科學院（Pontifical Academy of Sciences）也在11月公開表態，倡導減少空氣污染。
總而言之，跨學科合作是迫切所需的，11月在中國舉辦的兩場國際會議為此再添動力：一是11月16-19日在廣州舉行的區域性空氣質量管理主題研討會，二是11月17-19日在成都舉行的環境污染與人類健康主題會議（11月17-19日）。?
Nature|doi:10.1038/d41586-017-05906-9
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