針對空氣污染對公眾健康影響的研究目前仍在持續進行中

空氣污染在新聞中向來是個熱門且可能引發爭議的話題，然而科學研究究竟顯示了什麼？根據世界衛生組織的資料，暴露於戶外空氣污染每年導致大約四百二十萬人死亡。(1)

有幾種類型的污染物會引發健康疑慮，包括：懸浮微粒、臭氧、二氧化氮和二氧化硫。這些污染物透過自然途徑與人類活動進入空氣中。森林火災和沙塵暴是常見的自然污染源。常見的人為污染源包括：車輛燃料燃燒、產生熱能與電能、工業設施、廢棄物場與焚化、住宅烹飪，以及使用污染性燃料產生熱能或照明。(1)

戶外空氣並非生物暴露於污染中的唯一場所。居家活動也可能造成污染，並可能對健康產生負面影響。根據世界衛生組織的報告，每年有三百八十萬人死於暴露在家庭空氣污染中。事實上，這與五歲以下兒童約百分之五十的肺炎死亡病例相關。常見的室內污染物包括懸浮微粒、一氧化碳、臭氧、二氧化氮和二氧化硫，這些污染物是由家用產品、黴菌、建築材料、燃燒特定燃料等所產生。(1)

懸浮微粒是最令人擔憂的污染物之一，因為研究已顯示暴露與不良健康影響之間存在直接關聯。被認為危害最大的細懸浮微粒，其粒徑為二點五微米或更小，會影響肺部將氧氣與二氧化碳進行交換的能力，在某些情況下甚至會進入組織和器官。(1)

許多研究人員正在檢視污染對公眾健康的影響，其中包括學術機構、環境保護署(EPA)、疾病管制與預防中心(CDC)、國家環境衛生科學研究所(NIEHS)等。空氣污染研究的資金來自公共和私人來源。光是美國國家衛生研究院，在2019年就提供了估計一億一千五百萬美元的研究資助，用於研究室內空氣污染所導致的健康影響。

DSI 解決方案協助臨床前研究人員研究空氣污染對動物模型的影響，以了解其對公眾健康的衝擊，並可能找到避免負面影響的新方法。

建立暴露污染的動物模型

人類通常透過呼吸暴露於污染物中。為了在動物中模擬這種情況，DSI 的 Buxco 吸入暴露塔讓研究人員能夠以可控制且均勻的方式將動物暴露於污染物中。此吸入塔確保所有動物皆可接受由使用者決定的持續劑量，並透過流經式設計消除重複呼吸的情況。研究人員可以提供來自各種來源的臭氧和懸浮微粒等污染物。由於菸草煙霧也被視為一種污染物，該系統可以結合吸菸機，以提供來自傳統紙菸或無按鈕電子菸的煙霧。

以下是引用 DSI 吸入暴露解決方案來研究懸浮微粒影響的文獻案例。

Inhalation exposure to three-dimensional printer emissions stimulates acute hypertension and microvascular dysfunction

3D列印在過去幾年中已變得越來越普及，但許多人並未意識到這些設備會排放懸浮微粒，而這可能會對健康產生不良影響。本研究中的研究人員使用 DSI 的吸入暴露系統將大鼠暴露於3D列印排放的氣膠中，並研究其對心血管功能的影響。他們的結果反映出暴露後平均動脈壓上升，即急性高血壓，以及全身性微血管功能障礙。該團隊得出結論，與暴露相關的風險可以透過適當的通風和工程控制策略來減輕，這對於患有既往疾病的人群相當重要。(2)

空氣污染對心血管系統的影響

研究已證實暴露於空氣污染中會增加高血壓和心律不整等心血管疾病的病例。研究人員可以在暴露期間或之後使用 DSI 的 PhysioTel 遙測技術，以評估其對心血管系統的影響。DSI 遙測技術提供了測量心血管（血壓/心電圖）和神經（腦波/肌電圖）終點，以及呼吸、血糖、體溫和自發運動活動，適用於從小鼠到靈長類動物等不同體型且處於清醒、自由活動狀態的動物。亦可計算其他心血管生物標記，包括心率和心率變異性，這在空氣污染研究中特別受到關注。

以下是引用 DSI 解決方案於空氣污染對心血管影響研究中的文獻案例。

Cardiac effects of seasonal ambient particulate matter and ozone co-exposure in rats

本研究探討了懸浮微粒的季節性差異及其對高血壓大鼠模型的影響。大鼠在植入 DSI 遙測設備的情況下暴露於濃縮環境微粒與臭氧之中。該研究團隊測量了心電圖、心率和心率變異性。他們也尋找了自發性心律不整。結果顯示懸浮微粒的粒徑、質量、成分、來源以及隨後的心血管反應存在季節性差異。(3)

Long-Term Exposure to Concentrated Ambient PM2.5 Increases Mouse Blood Pressure through Abnormal Activation of the Sympathetic Nervous System: A Role for Hypothalamic Inflammation

該研究團隊想要了解中樞神經系統的發炎是否會導致與長期暴露於懸浮微粒所引起的血壓升高有關。為此，他們將小鼠暴露於懸浮微粒中，並利用 DSI 遙測技術測量其血壓、心率和自發運動活動。該研究得出結論，因暴露於懸浮微粒而引發的交感神經系統活化（可能涉及下視丘發炎）導致了血壓升高。(4)

空氣污染對呼吸系統的影響

暴露於空氣污染中也會對呼吸系統造成嚴重破壞，因為污染物會被吸入肺部。常見的相關呼吸道疾病包括氣喘、過敏、慢性阻塞性肺病等。DSI 的 Buxco 呼吸解決方案可以讓研究人員收集直接和間接的測量數據，包括呼吸頻率/體積/流量、阻力、順應性和肺部特性，適用於從小鼠等小型齧齒動物到靈長類動物等大型動物。研究人員還可以將呼吸解決方案與吸入塔互相結合，以測量污染暴露對呼吸的即時影響。

以下是使用DSI技術進行空氣污染呼吸影響研究的發表文獻範例

A Muscarinic Antagonist Reduces Airway Inflammation and Bronchoconstriction Induced by Ambient Particulate Matter in a Mouse Model of Asthma

已知吸入懸浮微粒會引發氣管發炎以及氣喘患者的支氣管收縮。此研究團隊在氣喘小鼠模型中探討了長效型蕈毒鹼拮抗劑 - tiotropium bromide。他們使用DSI的Buxco非侵入式呼吸道力學系統雙腔室測量特定呼吸道阻力，並使用FinePointe軟體計算呼吸頻率、潮氣量、每分鐘通氣量、吸氣時間以及呼氣時間。研究結果指出tiotropium bromide減輕了支氣管收縮與呼吸道發炎。(5)

Benzo(a)pyrene facilitates dermatophagoides group 1 (Der f 1)‐induced epithelial cytokine release through aryl hydrocarbon receptor in asthma

這項研究同樣探討了污染物對氣喘小鼠模型的影響。具體來說，他們研究了常見環境污染物benzo(a)pyrene與過敏原第一類塵蟎過敏原共同作用於芳香烴受體的影響。他們想了解共同暴露是否會活化芳香烴受體訊號傳遞，進而調節氧化壓力、細胞激素釋放以及過敏性發炎。該團隊使用DSI的Buxco全身全體積描記系統測量呼吸道高反應性。結果指出共同暴露加劇了肺部發炎，且benzo(a)pyrene透過芳香烴受體 - 活性氧軸促進第一類塵蟎過敏原誘發的上皮細胞激素釋放。

結合多項技術以實現更全面的研究方法

DSI系統亦具備結合多項技術的彈性，能為空氣污染研究提供更全面的方法。有意測量呼吸與心血管終點的研究人員可同時利用遙測和呼吸系統，在DSI的Ponemah軟體中收集並分析數據。

以下是同時採用遙測和呼吸解決方案的研究範例。

Dobutamine “Stress” Test and Latent Cardiac Susceptibility to Inhaled Diesel Exhaust in Normal and Hypertensive Rats

在人類中，運動壓力測試是了解心臟在發生不良心血管事件前能承受多少壓力的常用工具。在大鼠中dobutamine試驗模擬了這個過程。此研究目的在探討在dobutamine試驗期間單次暴露於柴油廢氣是否會增加正常與高血壓大鼠發生心律不整或心肌梗塞等事件的風險。DSI的Buxco全身全體積描記系統用於在大鼠接受dobutamine時將其暴露其中並測量換氣功能。該研究團隊同時使用DSI遙測技術測量心血管終點，包括心電圖與心率，以及核心體溫，以評估對心臟的影響。這項研究首次證實大鼠對污染物暴露的心臟反應與在人類中所見相似，從而能在此模型中為未來的預防與治療方案進行探討。結果指出暴露於低濃度的污染中亦會增加不良心血管事件的風險。

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參考資料

1. World Health Organization. (2019). “Air Pollution”. https://www.who.int/airpollution/en/
2. Stefaniak AB, LeBouf RF, Duling MG, Yi J, Abukabda AB, McBride CR, Nurkiewicz TR. (2018). “Inhalation Exposure to Three-Dimensional Printer Emissions Stimulates Acute Hypertension and Microvascular Dysfunction”. Toxicology and Applied Pharmacology, 335, 1-5. https://doi.org/10.1016/j.taap.2017.09.016 
3. Farraj AK, Walsh L, Haykal-Coates N, Malik F, McGee J, Winsett D, Duvall R, Kovalcik K, Cascio WE, Higuchi M, Hazari MS. (2015). “Cardiac effects of seasonal ambient particulate matter and ozone co-exposure in rats”. Particle and Fibre Toxicology, 12. https://particleandfibretoxicology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12989-015-0087-3
4. Ying Z, Xu X, Bai Y, Zhong J, Chen M, Liang Y, Zhao J, Liu D, Morishita M, Sun Q, Spino C, Brook RD, Harkema JR, Rajagopalan S. (2014). “Long-Term Exposure to Concentrated Ambient PM2.5 Increases Mouse Blood Pressure through Abnormal Activation of the Sympathetic Nervous System: A Role for Hypothalamic Inflammation”. Environmental Health Perspectives, 122(1). https://doi.org/10.1289/ehp.1307151
5. Kurai J, Watanabe M, Sano H, Iwata K, Hantan D, Shimizu E. (2018). “A Muscarinic Antagonist Reduces Airway Inflammation and Bronchoconstriction Induced by Ambient Particulate Matter in a Mouse Model of Asthma”. International Journal of Environmental Research and Public Health, 15(6), 1189. https://doi.org/10.3390/ijerph15061189 
6. Wang E, Liu X, Tu W, Do DC, Yu H,  Yang L, Zhou Y, Xu D, Huang SK, Yang P, Ran P, Gao PS, Liu Z. (2019). “Benzo(a)pyrene facilitates dermatophagoides group 1 (Der f 1)‐induced epithelial cytokine release through aryl hydrocarbon receptor in asthma”. European Journal of Allergy and Clinical Immunology. https://doi.org/10.1111/all.13784 
7. Hazari MS, Callaway J, Winsett DW, Lamb C, Haykal-Coates N, Krantz QT, King C, Costa DL, Farraj AK. (2012). “Dobutamine “Stress” Test and Latent Cardiac Susceptibility to Inhaled Diesel Exhaust in Normal and Hypertensive Rats”. Environmental Health Perspectives, 120(8). https://doi.org/10.1289/ehp.1104684