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雾霾伤脑——保护孩子的大脑,从戴好N95开始

2021-01-03

随着数九寒冬的到来,一个老生常谈的问题又出现了——雾霾。

你可能会疑惑,比起那些“伸手不见五指”的日子,现在雾霾不是已经好多了吗?再说大家现在都戴着口罩防新冠,顺便不就防雾霾了吗?

确实,那些雾霾“爆表”的日子似乎已经离我们远去了,然而,不爆表就代表没有雾霾吗?防病毒的口罩防得了雾霾吗?

今天我就要专门跟大家唠唠,为什么即使在轻度雾霾的情况下,你依然要认真防护;更重要的是,为什么要特别重视儿童和孕妇的雾霾防护

太长不看版:

 雾霾,即使是轻度雾霾,吸入人体后,都会对我们的脑部造成损伤。

雾霾对儿童正在发育的脑危害更大,有可能改变大脑皮层结构、损害认知功能(如学习能力、记忆能力、注意力控制能力等)

由于雾霾细颗粒可以通过母婴连接进入到胎儿体内,并长远的影响儿童在未来的脑发育和认知功能,孕妇要特别注意加强雾霾防护。

PM 2.5就像特洛伊木马,暗携毒物入侵大脑

经历了多年的雾霾围城,大家都知道PM2.5就是指直径小于2.5微米的颗粒,通常来自于烟雾、灰尘和车辆废气。然而你可能不知道的是,PM2.5最大的危害不在于颗粒物本身,而在于它可以携带各种污染物,包括有毒化合物(如二恶英),以及重金属(如铅)等等。纽约罗彻斯特大学的神经毒理学家 Cory-Slechta说:“它们就像特洛伊木马一样。人类已知的每种金属几乎都存在于这些微粒上。[1]

雾霾围城 | 图虫创意

由于PM2.5是如此细小(比人的平均头发直径小30倍),因此它可以长时间悬浮在空气中四处传播,渗入建筑物,随着呼吸进入到人体。

人们通常以为,雾霾只对肺部有害,但近年来的研究表明,PM2.5在被吸入鼻腔后,可以绕过血脑屏障,通过嗅觉神经直接侵入大脑。除此以外,PM2.5还可以通过血液进入大脑。有研究表明,小颗粒可以穿过肺泡的质膜(肺中的微小气囊),并被毛细血管吸收,带到人体各个地方,其中一些最终会突破血脑屏障。

进入脑部的PM2.5颗粒及其有毒的“搭车客”,不仅会直接损害神经元,还会过度激活脑中的免疫细胞——小胶质细胞,从而引起更广泛的伤害。小胶质细胞可能会将入侵者误认为是病原体,于是释放化学物质以杀死它们。而当这些化学物质积聚过多时,有可能引发炎症。大脑中的慢性炎症则与神经退行性疾病有关。

即便没有进入脑部,PM2.5也依然能够对大脑造成损害,因为我们的免疫系统会对肺里、血液里和肠道中的微小颗粒物做出反应,进而引发全身性的炎症,影响大脑。

加利福尼亚大学欧文分校的分子神经病理学家Masashi Kitazawa说:“PM(particulate matter,颗粒物)只是载体,空气污染对脑的损伤可能是由于其携带的多种化学物质同时进入大脑,并以不同的方式发生作用。”

空气污染对儿童的大脑危害更大

与成年人相比,儿童尚在发育中的神经系统可能更容易受到毒性物质的侵害。因为一方面儿童的呼吸速率更高,而且儿童在户外的时间更长,吸入的雾霾相对更多;另一方面,童自身的天然屏障(如血脑屏障、鼻、肠和肺上皮)还比较弱,因此对空气中污染物的敏感性更高,从而降低了大脑自我保护的能力。[2]

更糟糕的是,儿童的大脑一旦受到侵害,后果也往往比成年人更加严重。这是因为,儿童在生长发育的过程中,中枢神经系统也在不断地发展建构,在这期间,细胞的增殖、迁移和分化必须遵循一套严格的流程,才能确保大脑的结构正确、功能正常。一旦暴露于有毒的环境,导致细胞的增殖或迁移失败,就有可能导致中枢神经系统的形态改变,并伴有功能改变,导致永久性的缺陷[3]

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雾霾对儿童的危害更大 | 图虫创意

空气污染造成脑损伤的几项研究

降低记忆力和注意力

一项研究探查了西班牙巴塞罗那地区儿童认知表现与PM2.5暴露程度之间的联系。这项研究招募了该地区2,221名7-10岁的儿童被试,并在一年内对他们的工作记忆和注意力开展了四次测试。研究还推算了他们从胎儿期(妈妈怀孕期间)到7岁期间居住地的年平均PM2.5暴露量。

这些儿童出生前后普遍暴露于PM2.5年平均值为16.8 µg/m3的空气中(相当于美国空气质量指数AQI为50-100的中等空气质量),高于世界卫生组织建议的年平均值上限(每立方米10微克)

在注意力测量中,研究者会在屏幕上展示一排小鱼,儿童需要尽快判断出位于中间位置的鱼与其他鱼的方向是相同还是相反。结果显示,儿童过往生活环境中(特别是胎儿期和5、6岁时)的PM2.5越高,其反应速度就越慢,也就是说他们的注意控制能力越弱。

该研究中对记忆力的测试是让儿童观看一系列数字,当屏幕上出现的数字与三步之前的数字一致时按下按钮(3-back,完成这个任务对被试的工作记忆有更高的要求)。结果显示,儿童暴露的年平均PM2.5越高,其工作记忆的成绩越低。这个现象在男孩被试中尤为显著。

工作记忆是学习能力的一个重要基础。甚至有研究认为,儿童在接受正式教育前(5岁左右)的工作记忆比智商更能预测随后的学业成功[4]。该研究的作者认为,工作记忆在7-9岁会有一个飞速发展时期[5],大脑的相应脑区在此时也会产生更多的神经连接,因此,儿童大脑在这之前的健康成长就显得尤为重要。

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记忆力降低 | 图虫创意

改变大脑结构

2018年3月发表在《生物精神病学》(Biological Psychiatry)上的一篇论文证明,孕妇暴露在空气污染(包括低污染)环境中与孩子脑功能降低之间存在联系[6]

研究者们于2002-2006年间跟踪了在荷兰出生的783名儿童,通过磁共振成像观测他们在6岁到10岁之间的大脑发育情况,并对他们进行了包括注意力和执行功能等在内的一系列认知能力测试。研究者同时也收集了这些孩子的母亲们孕期生活环境的空气污染指数,特别是PM2.5。

被试儿童的母亲们孕期生活在 PM2.5均值为20.2 µg/m3的地区(相当于美国空气质量指数AQI在50-100区间的PM2.5浓度),也就是说,她们并非来自严重污染地区。然而尽管如此,该实验结果依然发现,妈妈孕期生活环境中的微粒污染度相对越高,其孩子左右脑多个区域的皮层就越薄,特别是与冲动控制能力相关的大脑皮层。研究者在控制了诸如家长受教育水平、家庭收入、母亲吸烟和酗酒史、母亲心理健康状况等一系列变量之后,发现PM2.5水平与大脑皮层变薄的相关性依然存在。

进一步的认知测试也表明,母亲在怀孕期间生活地区的PM2.5越高,她们的孩子在测试中的错误就越多,表明其控制冲动的能力越弱。研究者认为,如果孩子在这个年龄段控制冲动的能力较差,未来“可能会影响个体的学业成绩,并增加精神障碍的风险”。

加速脑的退化

墨西哥城曾是世界闻名的“污染城市”。在那里进行的一项研究发现,空气污染不但会加速老年人神经退行性疾病的恶化,甚至还会使孩子出现神经退化的迹象。

与非严重污染地区的儿童相比,墨西哥城的儿童大脑神经发炎的症状要严重得多,且认知能力明显降低。通过检查墨西哥城里意外死亡且死因不明的儿童的脑组织,研究者看到了他们脑中的发炎组织所环绕的微小黑色颗粒就是细颗粒物(PM2.5)与超细颗粒物(PM0.1)。而在这些发炎的斑点周围,有时会看到常见于老年阿尔茨海默症患者大脑中的淀粉样斑块。[7]

加速大脑退化 | 图虫创意

现在中国的雾霾污染已经大大好过前几年了。然而新的问题在于,经历过重度污染的人们很容易轻视PM2.5在50-200这样的轻中度雾霾。但如上所述,轻度雾霾也有可能对处在发育期的儿童(甚至胎儿)造成长远的不良影响。

家长们都很关注孩子的智力和学习,乐意花很多钱去给孩子上早教班、兴趣班、辅导班,竭力提高孩子的认知表现,却没有意识到,孩子在雾霾空气中的每一口呼吸都可能给他们的大脑带来的伤害。长期累积,可能会降低儿童重要的认知能力。

保护儿童不受雾霾侵害,就是保护他们的大脑和认知发展,也就是保护他们的未来。因此,我们每一个人,特别是大脑尚在发育的儿童和孕妇,依然要严防死守,做足防护,即使轻度雾霾也要在室外戴N95口罩,在室内打开空气净化装置。坚决不让雾霾进入到我们的身体!

作者名片

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作者:竞一

编辑:袁玥

排版:雷昱儿

题图来源:图虫创意

参考文献:

1. Peeples, L. News Feature: How air pollution threatens brain health. Proceedings of the National Academy of Sciences 117, 13856 (2020).

2. Brockmeyer, S. & D'Angiulli, A. How air pollution alters brain development: the role of neuroinflammation. Transl Neurosci 7, 24-30 (2016).

3. Costa, L.G., Cole, T.B., Dao, K., Chang, Y.-C. & Garrick, J.M. Developmental impact of air pollution on brain function. Neurochemistry international 131, 104580 (2019).

4. Alloway, T.P. & Alloway, R.G. Investigating the predictive roles of working memory and IQ in academic attainment. J Exp Child Psychol 106, 20-29 (2010).

5. Anderson, P. Assessment and Development of Executive Function (EF) During Childhood. Child Neuropsychol 8, 71-82 (2002).

6. Guxens, M., et al. Air Pollution Exposure During Fetal Life, Brain Morphology, and Cognitive Function in School-Age Children. Biological psychiatry 84, 295-303 (2018).

7. Calderón-Garcidueñas, L., et al. Air pollution, cognitive deficits and brain abnormalities: A pilot study with children and dogs. Brain and cognition 68, 117-127 (2008).

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