野火烟雾如何会对你的大脑和身体造成永久性损害

当地居民聚集在一起,观看在2023年7月30日加拿大奥索约斯边境附近的鹰崖野火中进行的扑火行动,烟雾弥漫。呼吸道疾病已经成为儿科住院和急诊就诊的主要原因,但野火烟雾也可能会对儿童和成人造成永久性损害。 (图片:路透社/Redux via National Geographic)

越来越多的证据证明,野火烟雾增加了神经系统疾病的风险,同时也损害肺部、肾脏和其他器官。

科学家们知道,野火烟雾可能会加剧哮喘和慢性阻塞性肺病等病状,增加心脏病发作和中风的风险,影响注意力,减弱机体抵抗感染的能力,并引发针对肺部、肾脏、肝脏等器官的炎症,甚至可能导致其他器官的炎症。但更持久、甚至永久的影响呢?暴露于短时间的剧烈野火烟雾是否会在你的身体内留下永久性疤痕?

虽然这是一个相对年轻的科学研究领域,但答案似乎是肯定的;尽管潜在的损害取决于年龄、与火灾的距离、烟雾暴露的数量,甚至火灾的特性。加州大学戴维斯分校的免疫学家丽莎·米勒(Lisa Miller)正在研究野火烟雾暴露对恒河猴长期影响的问题,她表示:“野火的问题在于燃烧物品的种类各不相同,”“这是一团化学混合物。”

“虽然人们对空气污染对人体健康的影响已有一段时间的了解,但我们最近才开始了解野火烟雾对人体健康的影响有多大,”澳大利亚昆士兰大学的神经科学家安东尼·怀特(Anthony White)表示。“这个问题被放大,因为很难区分环境空气污染的影响和野火烟雾特定的健康影响,特别是当烟雾污染出现间歇性且没有警告时。”

不仅仅是空气污染

关于野火烟雾持续影响的科学研究大多来自动物研究、野火烟雾的短期研究以及有关空气污染和木材燃烧厨房火灾的研究。大部分研究都测量了对PM2.5的暴露,这是一种直径约为人类头发直径的30倍的颗粒物。

“虽然我们还没有很多关于长期野火烟雾暴露的证据,但从城市空气污染对健康的影响中可以推断出很多东西,”环境保护局的环境统计学家阿娜·拉波尔德(Ana Rappold)表示。但空气污染研究只能揭示一部分故事,因为野火烟雾不仅与空气污染不同,而且每次野火烟雾的组成都会有所不同。

这取决于燃烧物的种类,包括生物质(树木、灌木、草地、动物)以及其他燃料,如房屋和企业,环保局的环境健康流行病学家斯蒂芬妮·克莱兰德(Stephanie Cleland)表示。

除了PM2.5,野火烟雾还含有其他有毒化学物质和挥发性有机化合物,其成分因燃烧物品、燃烧温度甚至烟雾年龄的不同而异。“很可能会导致不同类型的健康影响,或者不同的严重程度;你同时暴露于多种物质,而典型的环境空气污染并不总是如此,”克莱兰德表示。此外,由于野火产生的PM2.5浓度较高,以及各种来自野火的气体,“可能会产生协同作用,”拉波尔德补充道。

脑损伤

由于血脑屏障的存在,大脑通常比其他器官具有更好的保护机制,血脑屏障是一种严密的血管网络,严格调控可通过的物质,类似于一个决定谁能进入夜总会的保镖。但是,血脑屏障并不是完全不透水的。科罗拉多州立大学的环境毒理学家亚当·舒勒(Adam Schuller)描述了污染物可能到达大脑的三种途径:颗粒物通过含氧血液从肺部直接到达大脑;颗粒物直接进入大脑沿嗅觉通道;或由肺部炎症反应引发的炎症因子侵入大脑。

一旦进入大脑,颗粒物可以通过直接损害神经元,通过积聚有害的不稳定分子(称为自由基)或间接损害神经元(怀特表示,通过触发免疫细胞释放分子,这些分子会损害或杀死神经元,并破坏允许脑细胞进行交流和储存记忆的连接,即使神经元没有死亡。

克莱兰德和拉波尔德通过比较受到野火烟雾影响地区的10,000多名美国成年人在“Luminosity”(一款脑力训练移动应用)上的分数,发现暴露于中等或高密度烟雾的人(根据NOAA的卫星数据),在注意力得分方面表现较差,比那些暴露于轻度或无烟雾的人稍低。中等和高密度的定义与空气质量指数(AQI)数值并不直接相关,但拉波尔德表示,纽约市在6月初经历的情况可能就可以被归类为中等或高密度烟雾。

将这些发现与有关其他类型烟雾暴露的已知信息相结合,暗示长期认知影响很可能存在。有强有力的证据表明,环境空气污染和厨房用火木烟会增加阿尔茨海默病和其他痴呆症的风险,并且有证据表明空气污染会增加抑郁症的风险。

怀特表示:“我们可能会看到野火烟雾对其他神经变化的额外影响,但这需要更多的研究和更多的人来产生可靠的研究结果。”他还说:“我们目前还在努力确定与暴露于环境空气污染相比,野火烟雾对痴呆症的影响有多大。”

新兴研究还表明,怀孕期间暴露于空气污染会增加胎儿患自闭症谱系障碍和注意力缺陷多动症(ADHD)的风险。大部分有关野火烟雾暴露和怀孕的研究主要集中在早产和出生体重上,但野火烟雾中包含与空气污染相同的PM2.5,因此理论上存在胎儿长期影响的风险。

免疫系统和肺部的影响

有关持续野火烟雾健康影响的有限研究表明,肺部和免疫系统尤其容易受到影响。2017年,当野火笼罩蒙大拿州西利湖地区时,蒙大拿大学毒理学家克里斯·米利亚乔(Chris Migliaccio)开始研究野火烟雾对附近居民的影响。最初,他在暴露两个月后并未发现对其肺功能的显著影响。但在一年和两年后,居民的肺功能(迅速排空肺部的能力)显著下降。大流行病阻止了更长期的随访。

关于野火烟雾影响的长期研究之一来自加利福尼亚戴维斯的一个获得国立卫生研究院(NIH)支持的实验室的恒河猴。尽管那里的科学家们并没有计划在这些动物中研究野火烟雾,但在2008年6月和7月的附近野火中,烟雾被送到了猴子的户外围栏上,暴露于10天的PM2.5水平高于美国环保局的日常标准。免疫学家丽莎·米勒(Lisa Miller)一直在研究那个春天出生的猴子们的暴露影响,当时它们年龄只有4到6个月,相当于人类2到3岁。

当米勒在实验室培养猴子的血液并将其暴露于细菌时,免疫细胞的反应有缺陷,这表明它们无法对细菌感染进行强有力的防御。但那是15年前的事了,米勒今天仍然看到这些猴子的异常免疫功能。

她还在CT扫描中发现了猴子的生物钟发生了变化,生物钟控制着睡眠-清醒周期,以及肺部结构发生了“相当惊人”的变化。猴子在应对压力时产生更高水平的皮质醇,并且睡眠较少,他们的肺部更加僵硬,容积更小。她说:“他们似乎有肺间质疾病的证据,”这是一种导致肺部瘢痕的疾病集合。

尽管猴子并不是人类的完美代理,但它们是最接近的,米勒的证据与蒙大拿州在8年内研究了流感率和野火烟雾暴露的另一项研究一致。研究人员发现,暴露于野火季节(7月至9月)的PM2.5与随后流感季节的流感率较高有关。怀特表示,空气污染,因此也包括野火烟雾,对患有心脏病的人的风险更大,但科学家们刚刚开始研究烟雾暴露对心脏的长期影响。

尽管米勒的研究是有关长期暴露的最佳证据,但仍然只揭示了来自一次火灾的影响。米勒表示:“公众需要理解野火烟雾与壁炉烟雾的区别,以及并不是所有野火都会产生相同的影响。”

降低风险

毒理学的一个核心原则是“剂量决定毒性”,但剂量——或者在野火烟雾情况下,即PM2.5和其他气体的密度——只是其中一个因素。科罗拉多州立大学的环境毒理学家卢克·蒙特罗斯(Luke Montrose)解释说,持续时间和频率也很重要。

“考虑如何在自己的生活中调整这些杠杆,降低剂量、持续时间和频率,”蒙特罗斯表示,这有助于你找到减少健康影响风险的方法。其中一种方法是使用手持式空气质量监测器或检查当地的空气质量指数。就像你在进行徒步旅行或其他活动前可能会查看天气一样,“它让人们意识到他们应该在外出前查看空气质量,以了解他们是否应该外出,”蒙特罗斯说。

克莱兰德和拉波尔德也推荐使用手持监测器,因为它们还可以告诉你室内空气质量情况。公共卫生建议通常会建议人们在空气质量不佳的日子里呆在室内,但“野火烟雾能够穿透并破坏室内空气质量,”舒勒表示。使用HEPA过滤器、MERV-13过滤器甚至是自制的Corsi-Rosenthal盒子都可以改善室内空气质量,减少健康影响。如果室内空气质量比室外好,呆在室内使用空调还可以保护你免受炎热的侵扰。

“政府官员无法阻止烟雾,但他们可以向公众传达风险,并使用和分享环保局的《野火准备工具箱》等资源,”怀特表示。“需要向公众传达一个信息,即野火烟雾可能会有更多的长期影响,”他说。“在烟雾可能影响他们的时候,为社区提供明确的公共健康警告至关重要,以便让人们制定尽量避免暴露的计划。”

一两天的橙色天空可能不会造成永久影响——我们尚不清楚——但随着野火的频率和地理范围的增加,烟雾弥漫的时间可能会超过几天,发生的次数也会更多。

“不幸的是,我们真的不知道我们可以暴露于野火烟雾多少时间和多少量才会对健康产生长期影响,”怀特说。“但或许最重要的事实是,我们研究空气污染和野火烟雾的越多,就越了解较低的量仍然可能产生毒性影响,因此,你获得的暴露越少,就越好。”

 

来源:国家地理杂志(National Geographic)(2023年8月14日)