中国公共卫生  2018, Vol. 34 Issue (5): 774-776   PDF    
空气污染与老年人认知损伤及痴呆关系研究进展
张文红1, 陶芳标2, 童世庐2, 胡志1, 陈若陵1    
1. 安徽医科大学卫生管理学院,安徽 合肥 230032;
2. 安徽医科大学公共卫生学院
摘要:中国老年痴呆症患者数2015年已>1 000万,为所有发达国家发病数的总和,老年痴呆已成为我国十分严峻的社会和公共卫生问题;目前认知损伤和痴呆类的疾病缺少行之有效的治疗方法,因此研究其危险因素成为了疾病预防的关键。近年来随着我国工业经济的快速发展,空气污染已成为主要的公共卫生问题,有研究表明空气污染物对老年人认知功能损伤及痴呆具有一定影响,为此本文就常见空气污染物与老年人认知损伤及痴呆的关系进行综述,旨在为降低老年人认知功能损伤及痴呆的发病率提供新的思路。
关键词认知损伤     痴呆     老年人     空气污染     关系    
Air pollution and cognitive impairment and dementia in the elderly: a literature review
ZHANG Wen-hong, TAO Fang-biao, TONG Shi-lu, et al     
School of Health Services Management, Anhui Medical University, Hefei, Anhui Province 230032, China
Abstract: In 2015, China had more than 10 million Alzheimer's patients, which was the same number as the sum of the patients in all developed countries; dementia has become a serious social and public health problem in China. Due to the lack of effective treatment method on cognitive impairment and dementia disease, finding the risk factors has become the key issue for the prevention of the disease. With the rapid development of China's industrial economy, air pollution has become a major public health problem, and many studies have shown that air pollutants have a certain influence on cognitive function damage and dementia in the elderly. This paper reviews the studies on the relationship between air pollutants and cognitive impairment and dementia in the elderly for providing some new ideas on reducing the incidence of cognitive impairment and dementia.
Key words: cognition impairment     dementia     the elderly     air pollution     relationship    

老年性痴呆是一种中枢神经系统变性病,起病隐袭,病程呈慢性进行性,主要表现为渐进性记忆障碍、认知功能障碍、人格改变及语言障碍等神经精神症状,严重影响老年人生活功能与生存质量。近年来,全球痴呆的患病率正以每20年翻一倍的速度增长,预计到2040年,世界上老年性痴呆患者将会 > 8千万 [1]。据报道,目前中国老年痴呆数已经 > 1 000万,为所有发达国家发病数的总和 [2],与1990年的370万相比,20多年患者数量翻了3倍[3]。因此在老年性痴呆以及相关的认知功能下降的阶段,探索其可能影响因素并制定适宜的干预策略显得十分重要[4]。近年来随着我国工业经济的快速发展,空气污染已成为主要的公共卫生问题。已有研究表明空气污染物会增加人群的心脑血管疾病发病率[5]、呼吸系统疾病死亡率[6],导致儿童智力损伤、学习能力下降[79]。还有研究表明,空气污染物中进入脑组织内的微小污染物粒子可能会导致阿尔茨海默综合征(Alzheimer disease,AD)[10]。为此,本文就常见空气污染物与老年人认知损伤及痴呆的关系进行综述,旨在为降低老年人认知功能损伤及痴呆的发病率提供新的思路。

1 大气颗粒物对老年人认知功能及痴呆的影响

总悬浮颗粒物(total suspended particulate,TSP)指用标准大容量颗粒采集器在滤膜上收集到的大气颗粒物的总质量。粒径<100 μm的称为TSP;粒径 < 10 μm称为可吸入颗粒PM10,粒径 < 2.5 μm的称为细颗粒物PM 2.5[11]。美国Weuve等[12]对19 709名≥70岁女性的研究结果显示,处于PM2.5暴露浓度水平前1/5的人群(11.9~50.2 μg/m3)较处于后1/5的人群(1.1~6.6 μg/m3)表现出更明显的综合认知功能下降,此种下降相当于1~2岁的退行性老化。Ailshire等[13]研究结果表明,空气中每增加10 μg/m3的PM2.5会导致记忆和方向认知的错误率相应地增加[相对发病率指数(incident rate ratio,IRR)=1.53,95 % CI = 1.02~2.30]。Gatto等[14]研究结果表明,暴露水平与口头表达能力存在显著的相关性(β = – 0.32)。美国退伍军人健康研究数据表明,双倍黑烟含量的增加会导致简易智力状况检查量表(Mini-Mental State Examination,MMSE)分数 < 25分的概率增加30 %,而MMSE量表分数与认知水平呈正相关 [15]。美国Loop等[16]的一项时间序列研究结果显示,在控制了人口统计学变量、人群行为差异、脑卒中等中间病症后发现4个浓度的PM2.5与人群认知损伤的优势比结果均无统计学意义。英国Tonne等[17]在2003 — 2009年进行了污染物与认知损伤的关系探讨,此后又按照时间分层进行确认性研究,结果显示PM2.5、PM10与记忆力减退有关。

大气颗粒物对于老年痴呆的影响与暴露时间和暴露物浓度密切相关,中国台湾Jung等[18]利用 >90 000人的国民医疗保险的基线资料开展了10年(2000 — 2010年)的前瞻性队列研究,研究收集了覆盖全岛74个污染物监测点的信息,基线资料涵盖90 %的地区人口,该研究以2000 — 2005年的PM 10浓度作为PM2.5的污染浓度,结果显示,PM2.5每增加4.34 μg/m3,老年人患痴呆的危险性会增加138 %。Wu等[19]进行的病例对照研究结果显示,PM10与血管性痴呆(vascular dementia,VD)之间存在剂量反应关系;该研究将医院收集的249例AD和125例VD共374例病例与招募的497名对照人群进行匹配,按暴露水平分为高、中、低3个等级,结果显示,暴露在最高浓度和最低浓度PM10的人群VD发病率差异有统计学意义(OR = 4.17,95 % CI = 2.31~7.54)。

2 大气有毒气体对老年人认知功能及痴呆的影响

美国Chen等[20]在控制了性别、年龄等人口统计学指标后发现,空气里臭氧含量每升高10个百分点,关于编译能力的符号数字替换测试 (symbol digit substitution test,SDST)和关于注意力及短期记忆力的串行数字学习测试(serial digit learning test,SDLT)量表测试分数分别会减少0.16分(95 % CI = 0.01~0.23)和0.56分(95 % CI = 0.07~1.05),相当于3.5~5年的年龄老化。德国Schikowski等[21]的研究中,二氧化氮、氮氧化物与阿尔茨海默综合征联合登记研究量表(The Consortium to Establish a Registry for Alzheimer's Disease,CERAD)和MMSE的分数间无统计学联系,记忆力测量的一个子测验提示氮氧化物含量的增加与CERAD分数呈负相关(β = – 0.25,95 % CI = – 0.40~– 0.09)。而以大气颗粒物和大气有毒气体均作为暴露物的Gatto等[14]在提出大气颗粒物会增加老年人认知损伤的同时也表示,综合性认知分数的下降与大气有毒气体之间无统计学联系,但在分类检测中二氧化氮与逻辑记忆能力损伤表现出了相关性,臭氧则被认为会导致执行能力的减弱。

以老年痴呆作为结局的研究中,Chang等[22]在回顾性队列中按照浓度将空气中的二氧化氮和一氧化碳四等分分为Q1、Q2、Q3、Q4,以Q1作为基线进行比较,结果显示,在二氧化氮暴露中,Q4与Q1相比,其风险比为1.54(95 % CI = 1.34~1.77);而对于一氧化碳暴露,Q3和Q4与Q1的风险比分别为1.37(95 % CI = 1.19~1.58)和1.61 (95 % CI = 1.39~1.85),提示二氧化氮和一氧化碳均会增加血管性痴呆发病的危险性。而Jung等[18]以大气颗粒物和大气有毒气体均作为暴露物的研究结果显示,大气有毒气体臭氧每提高10.91 ppb个单位,老年人患痴呆的危险性会增加212 %。Wu等[19]研究也显示,暴露在最高浓度与最低浓度臭氧的人群VD发病率差异有统计学意义(OR = 2.00,95 % CI = 1.14~3.50)。

3 综合类污染指标对老年人认知损伤及痴呆的影响

研究者们也采用综合污染指标,如空气污染指数(air pollution index,API)、氧化压力(oxidative stress,OXS)、住地距离主干道的距离等来间接测量老年人的污染物暴露程度。德国Ranft等[23]对402名≥68岁女性进行的调查结果显示,居住地在主干道50 m范围内会导致嗅觉功能和行动执行能力的衰弱,距离主干道距离同样与CERAD检测分数的下降有关。中国的一项研究结果显示,API指数每增加1个百分点,与年龄相关的认知功能的下降概率会增加9 %[24]。Sun等[25]研究表明,API每下降1个百分点,会导致样本MMSE量表分数下降0.5分,但这个联系是依托在经济水平上的,与国内生产总值(gross domestic product,GDP)较低的地区相比,GDP中等或较高水平的地区,API指数每下降1个百分点,MMSE量表的分数会下降1.8~2.7分。Sanchez-Rodriguez等[26]研究表明,在≥80岁的老年人中,墨西哥郊区人群的MMSE量表平均分较城市人群高1分。Wellenius等[27]对765名65~77岁老年人的研究表明,居住在主干道附近(< 50 m)人群的MMSE量表 < 26分的概率会增加34 %,在控制了受教育水平、身体活动和家庭收入等偏倚因素后,结果提示与主干道的居住距离和执行能力有关。

瑞典Oudin等[28]在15年的随访研究中,按照四分位数对污染物进行比较,结果显示,最高四分位数与最低四分位数人群相比,其患痴呆的风险比为1.43 (95 % CI = 0.99~2.05),为了减少时间效益偏倚,将302例新发病例中最初5年的新发病例排除在外,重新进行计算的风险比为1.71 (95 % CI = 1.08~2.73)。

4 小 结

综上所述,不同浓度的大气颗粒物TSP、PM2.5、PM10、黑烟等均会影响老年人的综合认知水平、记忆力、方向感知能力和口头表达能力;而对人体危害较大的一氧化碳、臭氧、氮氧化物等大气有毒气体也会影响老年人群的短期记忆、逻辑记忆和反应时间等认知功能,且老年人罹患痴呆的危险性也会随着颗粒物和有毒气体的浓度增加而升高。此外,采用综合类污染指标的研究结果也提示,污染物与老年人的综合认知具有负向联系。

近年来,经济的快速发展带来严重的环境问题,许多发达国家的一线城市甚至是二、三线城市都没能够把空气污染的水平控制在世界卫生组织建议的水平之内[29]。空气污染物导致老年人认知损伤及痴呆的基本路径可能有2条:(1)颗粒物通过呼吸系统肺部血液循环进入脑部血管,其携带的生物污染物(如内毒素)或含有有害重金属元素和小径粒颗粒,可诱导或传递一系列自由基活动,造成与之接触的靶神经细胞脂类核酸和蛋白质的破坏,并刺激炎症因子释放,在炎症过程中,小胶质细胞被Aβ激活,产生大量致炎性细胞因子和神经元毒性介质,形成炎症发生和持续的恶性循环,进而影响脑部树突棘神经元的建立,最后可能导致AD的发生;(2)颗粒物通过嗅觉系统进入脑部,刺激人类巨噬细胞的促炎症细胞因子引起炎症反应和氧化应激,导致脑部氧化压力增大,长期累积会导致大脑白质炎症的形成,最终形成AD的典型粥样蛋白[3037]。但污染物无论通过哪种途径均需经过一定有毒媒介物的转换。

为此,相关部门应充分重视空气污染对居民健康带来的危害性,努力改善居住环境,从而有效预防心脑血管疾病、呼吸系统疾病、老年痴呆等慢性疾病的发生,减轻社会负担,提高居民健康水平,真正实现全民健康的总体目标。

参考文献
[1] Ferri CP. Global prevalence of dementia[J]. Alzheimers and Dementia, 2009, 5(4): P118.
[2] Alzheimer's Disease International. World Alzheimer report2015[R]. London: Alzheimer's Disease International, 2015.
[3] 高峰. 老年痴呆: 威胁所有的老年人[J]. 老人世界, 2015(3): 31–32.
[4] 杨帆, 王超, 毛宗福. 武汉市社区老年人轻度认知功能障碍患病现状及其影响因素分析[J]. 中国公共卫生, 2016, 32(12): 1705–1707. DOI:10.11847/zgggws2016-32-12-25
[5] 牛佳钰, 肖纯凌. 空气细颗粒物对心血管系统的影响研究进展[J]. 中国公共卫生管理, 2016, 32(4): 435–437.
[6] 谷少华, 贾红英, 李萌萌, 等. 济南市空气污染对呼吸系统疾病门诊量的影响[J]. 环境与健康杂志, 2015, 32(2): 95–98.
[7] Chiu YH, Bellinger DC, Coull BA, et al. Associations between traffic-related black carbon exposure and attention in a prospective birth cohort of urban children[J]. Environ Health Perspect, 2013, 121(7): 859–864.
[8] Harris MH, Gold DR, Rifas-Shiman SL, et al. Prenatal and childhood traffic-related pollution exposure and childhood cognition in the Project Viva Cohort (Massachusetts, USA)[J]. Environmental Health Perspectives, 2015, 123(10): 1072–1078.
[9] Harris MH, Gold DR, Rifas-Shiman SL, et al. Prenatal and childhood traffic-related air pollution exposure and childhood executive function and behavior[J]. Neurotoxicology and Teratology, 2016, 57: 60–70. DOI:10.1016/j.ntt.2016.06.008
[10] Shukman D. Pollution particles'get into brain[EB/OL]. [2016 – 09 –05] .http//www.bbc.com/news/science- environment-37276219.
[11] 游燕, 白志鹏. 大气颗粒物暴露与健康效应研究进展[J]. 生态毒理学报, 2012, 7(2): 123–132.
[12] Weuve J, Puett RC, Schwartz J, et al. Exposure to particulate air pollution and cognitive decline in older women[J]. Arch Intern Med, 2012, 172(3): 219–227. DOI:10.1001/archinternmed.2011.683
[13] Ailshire JA , Crimmins EM. Fine particulate matter air pollution and cognitive function among older US adults[J]. Am J Epidemiol, 2014, 180(4): 359–366. DOI:10.1093/aje/kwu155
[14] Gatto NM, Henderson VW, Hodis HN, et al. Components of air pollution and cognitive function in middle-aged and older adults in Los Angeles[J]. Neurotoxicology, 2014, 40: 1–7. DOI:10.1016/j.neuro.2013.09.004
[15] Power MC, Weisskopf MG, Alexeeff SE, et al. Traffic-related air pollution and cognitive function in a cohort of older men[J]. Environ Health Perspect, 2011, 119(5): 682–687.
[16] Loop MS, Kent ST, Al-Hamdan MZ, et al. Fine particulate matter and incident cognitive impairment in the REasons for Geographic and Racial Differences in Stroke (REGARDS) cohort[J]. PLoS One, 2013, 8(9): e75001. DOI:10.1371/journal.pone.0075001
[17] Tonne C, Elbaz A, Beevers S, et al. Traffic-related air pollution in relation to cognitive function in older adults[J]. Epidemiology, 2014, 25(5): 674–681. DOI:10.1097/EDE.0000000000000144
[18] Jung CR, Lin YT, Hwang BF. Ozone, particulate matter, and newly diagnosed Alzheimer's disease: a population-based cohort study in Taiwan[J]. J Alzheimers Dis, 2015, 44(2): 573–584.
[19] Wu YC, Lin YC, Yu HL, et al. Association between air pollutants and dementia risk in the elderly[J]. Alzheimers Dement (Amst), 2015, 1(2): 220–228.
[20] Chen JC , Schwartz J. Neurobehavioral effects of ambient air pollution on cognitive performance in US adults[J]. Neurotoxicology, 2009, 30(2): 231–239. DOI:10.1016/j.neuro.2008.12.011
[21] Schikowski T, Vossoughi M, Vierkotter A, et al. Association of air pollution with cognitive functions and its modification by APOE gene variants in elderly women[J]. Environ Res, 2015, 142: 10–16. DOI:10.1016/j.envres.2015.06.009
[22] Chang KH, Chang MY, Muo CH, et al. Increased risk of dementia in patients exposed to nitrogen dioxide and carbon monoxide: a population-based retrospective cohort study[J]. PLoS One, 2014, 9(8): e103078. DOI:10.1371/journal.pone.0103078
[23] Ranft U, Schikowski T, Sugiri D, et al. Long-term exposure to traffic-related particulate matter impairs cognitive function in the elderly[J]. Environ Res, 2009, 109(8): 1004–1011.
[24] Zeng Y, Gu D, Purser J, et al. Associations of environmental factors with elderly health and mortality in China[J]. Am J Public Health, 2010, 100(2): 298–305. DOI:10.2105/AJPH.2008.154971
[25] Sun R, Gu D. Air pollution, economic development of communities, and health status among the elderly in urban China[J]. Am J Epidemiol, 2008, 168(11): 1311–1318. DOI:10.1093/aje/kwn260
[26] Sanchez-Rodriguez MA, Santiago E, Arronte-Rosales A, et al. Relationship between oxidative stress and cognitive impairment in the elderly of rural vs. urban communities[J]. Life Sci, 2006, 78(15): 1682–1687. DOI:10.1016/j.lfs.2005.08.007
[27] Wellenius GA, Boyle LD, Coull BA, et al. Residential proximity to nearest major roadway and cognitive function in community-dwelling seniors: results from the MOBILIZE Boston Study[J]. J Am Geriatr Soc, 2012, 60(11): 2075–2080.
[28] Oudin A, Forsberg B, Adolfsson AN, et al. Traffic-related air pollution and dementia incidence in northern Sweden: a longitudinal study[J]. Environ Health Perspect, 2016, 124(3): 306–312.
[29] Chen B, Kan H. Air pollution and population health: a global challenge[J]. Environ Health Prev Med, 2008, 13(2): 94–101. DOI:10.1007/s12199-007-0018-5
[30] Oberdorster G, Sharp Z, Atudorei V, et al. Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain[J]. Inhal Toxicol, 2004, 16(6-7): 437–445. DOI:10.1080/08958370490439597
[31] 吕鹏, 宋晓明, 刘红, 等. 大气颗粒物对大鼠血液及内皮损伤作用[J]. 中国公共卫生, 2010, 26(3): 323–324. DOI:10.11847/zgggws2010-26-03-34
[32] Calderon-Garciduenas L, Reed W, Maronpot RR, et al. Brain inflammation and Alzheimer's-like pathology in individuals exposed to severe air pollution[J]. Toxicol Pathol, 2004, 32(6): 650–658. DOI:10.1080/01926230490520232
[33] Calderon-Garciduenas L, Mora-Tiscareno A, Ontiveros E, et al. Air pollution, cognitive deficits and brain abnormalities: a pilot study with children and dogs[J]. Brain Cogn, 2008, 68(2): 117–127. DOI:10.1016/j.bandc.2008.04.008
[34] Balasubramanian P, Sirivelu MP, Weiss KA, et al. Differential effectsof inhalation exposure to PM2.5 on hypothalamic monoaminesand corticotrophin releasing hormone in lean and obese rats [J]. Neurotoxicology, 2013, 36: 106–111. DOI:10.1016/j.neuro.2012.02.016
[35] Fonken LK, Xu X, Weil ZM, et al. Air pollution impairs cognition, provokes depressive-like behaviors and alters hippocampal cytokineexpression and morphology[J]. Mol Psychiatry, 2011, 16(10): 987–995, 973. DOI:10.1038/mp.2011.76
[36] 赵鹏, 孙亚平, 陈红, 等. 阿尔茨海默病发病机制探究[J]. 中风与神经疾病杂志, 2016, 33(1): 86–89.
[37] 刘晓莉, 杨东升, 孟紫强. 大气细颗粒物对大鼠脑组织的氧化损伤效应[J]. 中国公共卫生, 2005, 21(8): 990–991. DOI:10.11847/zgggws2005-21-08-51