污染与脑部疾病

居住在高度污染地区会对健康产生严重的长期影响。童年和青少年时期居住在这些地区可致智力下降，并增加脑损伤风险。任何年龄的人若长期居住在高污染地区，罹患各种神经系统疾病的风险都会增加。空气污染和重金属污染都对中枢神经系统（CNS）的功能有负面影响。在中枢神经系统结构大致稳定后，污染物仍有影响个体神经生理的能力，这是负向神经可塑性的一个例子。 
空气污染.
空气污染可能增加罹患发展障碍（例如自闭症）、 神经退化性疾病、 精神病、 以及自杀的风险； 而且它亦与多种神经系统疾病有关，包括中风、多发性硬化症、失智症、帕金森氏症、 阿兹海默症、 精神分裂症 及头痛，并与脑肿瘤有强烈关联。 
对少儿的影响.
一项2008年的研究比较了在墨西哥城（一个以高污染水平闻名的地点）长大的儿童和狗，以及在墨西哥波洛蒂特兰（一个污染水平符合当时美国国家环境空气品质标准的城市）长大的儿童和狗。 研究发现，在高污染地区长大的儿童在智力（即IQ测试）上得分较低，并且在脑部核磁共振扫描中显示出病灶的迹象。相比之下，来自低污染地区的儿童在IQ测试中得分符合预期，且未显示出显著的脑部病灶风险。母亲在怀孕初期暴露于较高水平交通相关空气污染的儿童，在一岁时发生过敏性致敏的风险增加。
对成年人的影响.
体能活动和空气污染对神经可塑性的影响可能相互抵消。体能活动以其对心血管系统、大脑可塑性过程、认知和心理健康的益处而闻名。神经营养因子脑源性神经营养因子（BDNF）被认为在运动引起的认知改善中扮演关键角色。短暂的体能活动可能会增加血清中的BDNF水平，但这种增加可能会因暴露于更多交通相关的空气污染而被抵销。
在较长时间的体能锻炼中，乡村慢跑者所展现出的认知改善，在参与相同12周「开始跑步」训练计划的都市慢跑者身上却未被发现。 在运动过程中，交通相关的空气污染可能会降低该运动的有益效果。
认知表现.
研究人员分析了2017年和2018年来自手机游戏《Lost in Migration》（该游戏测试玩家保持专注力的能力）的数据，发现了野火烟雾和污染悬浮粒子对大脑表现的影响。 
「我们发现证据显示，微细悬浮粒子（PM2.5）仅在暴露数小时内就能降低成年人的注意力。这是从暴露到认知表现下降之间非常快速的转变，在像野火这样的极端空气污染事件期间，考虑到公共卫生沟通的时效性，这可能具有重要意义，」美国环保署的博士预备橡树岭科学与教育研究所（ORISE）研究员Cleland解释道。 研究还发现，长期暴露于悬浮粒子污染会缩短年轻族群的注意力持续时间。在长期和短期分析中，暴露于有害悬浮粒子都导致了较低的游戏分数。
污染来源.
空气中的悬浮粒子是1级致癌物。 悬浮粒子是最具伤害性的一种空气污染（除了超细微粒外） 因为它们可透过血液深入肺部和大脑，导致健康问题，例如心脏病、肺部疾病和过早死亡。 悬浮微粒没有安全水平。 超微细悬浮粒子有人造的，也有自然产生的。热火山熔岩、海洋飞沫和烟雾是常见的天然超细悬浮粒子来源。超细悬浮粒子可以被刻意制造为细微颗粒，用于医学和技术领域的广泛应用。其他的超细悬浮粒子则是副产品，如特定制程、燃烧反应的排放物，又或由设备（例如印表机碳粉和汽车废气）所产生。 人为的超微细悬浮粒子来源包括燃烧天然气、煤炭或碳氢化合物、生物质燃烧（例如农业燃烧、森林火灾和废弃物处理）、车辆交通和工业排放、汽车煞车造成的轮胎磨损、空中交通、海港、 海上运输、建筑、拆除、修复和混凝土加工、家用柴火炉、露天燃烧、厨房和香烟烟雾。 
手持动能工具常用于翻新和建筑中，但它们会产生大量的振动和悬浮微粒（颗粒物），包括超微细悬浮粒子，这些颗粒物来自燃料燃烧和机械作业。不仅动能工具，手动工具也会产生超细悬浮粒子。 
许多建筑工序都会产生粉尘。高粉尘水平由以下一个或多个因素造成：
高粉尘水平工作的例子包括：
目前似乎很少或没有关于动能工具排放粉尘大小和数量的法规。尽管确实存在一些行业标准，但它们似乎并未在全球范围内广为人知或使用。由于知道粉尘在整个建筑过程中产生并可能导致严重的健康危害，有制造商会销售配备集尘系统（例如HEPA吸尘器）或整合式供水系统的动能工具，这些系统可在粉尘排放后将其抽除。 然而，这类产品的使用在大多数地方仍不普遍。截至2024年第一季，汽油动力工具在加州已被禁止。 
污染物.
二𫫇英中毒.
有机卤化物，例如二𫫇英，常见于农药中，或是农药制造或降解过程的副产品。这些化合物会对被暴露生物体的神经生理产生显著影响。观察到的二𫫇英暴露效应包括改变的星形胶质细胞内钙离子（Ca2+）浓度、降低的谷胱甘肽水平、中枢神经系统中神经传导物质的功能改变，以及pH值维持能力的丧失。 一项针对 350 名在 1965 年至 1968 年间暴露于除草剂合成用二𫫇英前驱物的化工厂员工的研究显示，其中 80 名员工出现了二𫫇英中毒的迹象。 该研究指出，二𫫇英的影响不仅限于初期的毒性。二𫫇英透过神经可塑性效应，可能导致长期损害，这些损害可能在数年甚至数十年后才显现出来。 
金属暴露.
重金属暴露可能导致多种神经系统疾病的风险增加。两种最具神经毒性的重金属是水银和铅。这两种重金属的影响因个体的基因变异而有很大差异。水银和铅具有特别强的神经毒性，原因有多方面：它们容易穿过细胞膜、对细胞具有氧化作用、会与体内的硫反应（导致许多依赖巯基的功能紊乱），并降低细胞内的谷胱甘肽水平。特别是甲基汞，对巯基具有极高的亲和力。 有机汞是一种特别有害的水银形式，因为其高吸收性 铅也会模拟钙，钙是在中枢神经系统中非常重要的矿物质，这种模拟会导致许多不良影响。 水银的神经可塑性机制是透过影响蛋白质生产来运作的。水银水平升高会透过影响基因表现来增加谷胱甘肽水平，这进而影响存在于星形胶质细胞和神经元中的两种蛋白质（MT1 和 MT2）。 
铅模仿钙的能力使其能够穿过血脑屏障。铅也会上调谷胱甘肽。血液铅浓度 ≥ 5.0 μg/dL 可能导致儿童在智力测验中的得分比浓度 &lt; 5.0 μg/dL 的儿童低 3 至 5 分。较高的血液铅浓度也与严重的认知功能丧失有关。「与铅相关的智商损失与学业失败率增加、行为障碍、经济生产力下降以及每年近1万亿美元的全球经济损失有关。」
病症与失调.
发展障碍.
自闭症.
重金属暴露，若结合特定的遗传易感性，可能使个体罹患自闭症的风险增加。中枢神经系统的许多病理生理学现象，如氧化压力、神经发炎和粒线体功能障碍，可能是环境压力源（如污染）的副产物，正如2010年的一项研究所发现。 曾有报导指出自闭症爆发发生在特定地点。 
生命早期的空气污染暴露可能是自闭症的一个风险因素。母亲在怀孕晚期居住在高速公路附近并暴露于交通相关污染，其子女罹患自闭症谱系障碍（ASD）的可能性是其他人的两倍。 距离高速公路1014英尺（略少于3.5个美式足球场长度）被视为邻近。带有名为MET的基因突变的儿童，若同时暴露于高浓度的空气污染中，其风险可能增加。 
胎儿期和幼儿期暴露于重金属（如水银、铅或砷）；必需金属（如锌或锰）水平的改变；农药；以及其他污染物引起了人们的担忧。 一项双胞胎研究利用乳牙来测定并比较自闭症儿童与其未患病的双胞胎手足体内的铅、锰和锌水平。 在所研究的特定发育时间段内，自闭症儿童体内的锰和锌（生命必需金属）含量较低，但铅（有害金属）含量较高。在⾃闭症病例中，调节体内金属代谢的锌铜循环失调，并被打乱。 
母亲在怀孕早期暴露于杀虫剂与其子女罹患自闭症的风险较高有关。诸如双酚A、邻苯二甲酸酯、阻燃剂和多氯联苯等污染物也正被研究中。
神经退化性疾病.
加速的神经老化.
神经发炎与神经退化率增加有关。 发炎往往会随著年龄增长而自然加剧。空气悬浮粒子和重金属等污染物透过促进发炎，导致中枢神经系统老化得更快。许多晚发性疾病是由神经退化引起的。多发性硬化症、帕金森氏症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）和阿兹海默症都被认为会因发炎过程而加剧，导致个体在比通常预期更早的年龄出现这些疾病的迹象。 
当慢性发炎导致寡突胶质细胞受损，进而导致髓鞘破坏时，就会发生多发性硬化症。接著轴突开始出现损伤迹象，进而导致神经元死亡。多发性硬化症与居住在空气中悬浮粒子水平高的地区有关。 
根据《刺针》（2021年）研究，暴露于「对帕金森氏症相关神经元和脑回路有害的环境毒物污染，例如农药（如巴拉刈）或化学物质（如三氯乙烯）」，与帕金森氏症有关。 长达数十年的研究已发现，从事农业工作、暴露于农药以及居住在农村地区与帕金森氏症的发生率增加有关。用于商业和工业应用（如干洗和脱脂）的氯化溶剂与帕金森氏症风险增加有关，特别是三氯乙烯。 其他化学风险因素包括锰、交通废气中的悬浮粒子，以及暴露于其他重金属，如水银和铅。 
在阿兹海默症的情况下，发炎过程透过抑制轴突生长和活化产生蛋白聚糖的星形胶质细胞来导致神经元死亡。这种产物只能沉积在海马回和大脑皮质中，这表明这可能是这两个区域在阿兹海默症中显示最高退化程度的原因。 微小粒子（例如，工程奈米粒子和燃烧奈米粒子排放物，也称为奈米材料，包括那些含有锰的粒子）可以绕过血脑屏障（身体的过滤系统），在吸入时进入大脑。 
一项针对墨西哥城大都会区（MMC）年轻成年公民的研究发现，空气污染暴露与嗅觉功能障碍及嗅球病理变化有关。 这些年轻成人表现出嗅球内皮增生、神经元内粒子积累，以及神经元、胶质细胞和/或血管对Aβ和/或α-突触核蛋白的免疫反应性。他们的嗅球内皮细胞质和基底膜中有超微细粒子沉积。 
研究一致表明，长期暴露于悬浮微粒（PM），特别是PM2.5和超细悬浮微粒（UFPM），与失智症和阿兹海默症（AD）的发病，以及神经退化样病理变化和认知缺陷之间存在强烈关联。 氧化压力在悬浮微粒引起的神经元损伤中扮演核心角色。神经发炎可能进一步损害神经元及其他细胞，例如神经血管单元（NVU）中的内皮细胞。 神经血管单元由神经元、星形胶质细胞、脉管系统（内皮和血管壁细胞）、血管舒缩装置（平滑肌细胞和周细胞）以及微胶细胞组成。 透过药理学 抑制剂或基因敲落来靶向HMGB1/TLR4/NF-κB路径或氧化压力，已显示出作为治疗干预的潜力。 
根据[神经代谢体学]]分析结果，应进一步研究悬浮微粒对代谢的影响，因为研究不仅显示了谷胱甘肽代谢紊乱在悬浮微粒引起的神经元损伤发病机制中的牵连，还证明了悬浮微粒可能影响神经元中的脂肪酸和能量代谢。 暴露于悬浮微粒后神经血管单元的损伤也会损害受影响脑区的能量代谢。 因此，紊乱的代谢稳态也可能在悬浮粒子引起的神经病理学发展中扮演关键的致病角色。 恢复这些代谢紊乱可能增强神经元抵抗暴露于悬浮微粒所造成压力的能力。 
认知能力下降与失智症.
暴露于空气污染与中风住院（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 及 O3）、发病（PM2.5、SO2 及 NO2）及死亡（PM2.5、PM10、SO2 及 NO2）风险增加呈正相关。 「PM2.5 与血管损伤之间以及血管损伤在失智症中的作用存在公认的联系」。 脑血管系统中的空气污染可能导致「中风、血管性失智症或其他类型的失智症」。 长期暴露于 PM2.5 可能会增加罹患失智症的风险，包括阿兹海默症和血管性失智症。 
对空气污染物可能影响大脑的关注始于 2002 年左右，当时 Calderon-Garciduenas 及其同事报告说，暴露于墨西哥城空气污染的狗只出现了与阿兹海默症相关的神经病理学变化。这项工作是 1990 年代进行的关于墨西哥城空气污染对人类和狗只嗅觉上皮影响研究的延伸。后来，流行病学研究加强了对空污可能影响大脑的关切，这些研究表明，暴露于空气污染物与认知功能下降和失智症的发展有关。 
在大脑中发现了磁铁矿奈米粒子，其形态表明是外源性的。在英国交通路边收集的空气中也发现了类似的含铁奈米粒子。这些奈米粒子可能通过嗅神经和嗅球，或者通过血脑屏障通透性较高的脑室周围器官进入大脑。此外，暴露于空气污染物是全身性发炎的已知风险因素，而全身性发炎可能使血脑屏障的可通透性增加。血脑屏障在幼年和老年时期通透性也较高，使得这两个生命阶段成为奈米粒子进入大脑并可能引发神经损伤的机会。 
除了奈米粒子到达大脑可能产生的直接影响外，还有污染物可能导致脑损伤的间接机制。这些机制包括对血管系统的损害，导致脑缺血或神经毒性蛋白（如纤维蛋白原）的外渗。脑损伤也可能是对空气污染的全身性发炎反应的次级后果。 
Calderon-Garciduenas 等人回顾了他们在墨西哥城对儿童和青少年的研究，报告了儿童和年轻成人中出现类似阿兹海默症的神经病理学变化。神经发炎和血管损伤增加：上调的 mRNA 环氧合酶-2、介白素-1β 和 CD14，以及在额叶和颞叶皮质、下托和脑干的血管周围出现单核细胞簇和活化的微胶细胞。他们还发现了 β-淀粉样蛋白42、α-突触核蛋白、过度磷酸化的 tau蛋白 的沉积，以及氧化压力、神经元损伤和死亡的证据。墨西哥城（空气污染水平高）的儿童血清 BDNF 浓度也较低。 
关于白质体积的研究发现，暴露于空气污染与白质体积减少有关。 证据表明，长期暴露于空气污染物与认知能力下降以及罹患失智症的风险有关。 流行病学证据显示，暴露于多种空气污染物与多种神经系统影响之间存在因果关系，包括加速认知能力下降和诱发失智症。 
失智症是一个总称，涵盖一系列影响大脑运作方式的疾病，会降低记忆、思考和推理的能力。它主要影响老年人，并随时间恶化。已知健康和生活方式因素，如高血压和吸烟，会增加罹患失智症的风险。 
英国空气污染物医学效应委员会（COMEAP）审查了近 70 项针对人群的研究（流行病学研究），认为空气污染很可能导致老年人智力下降和失智症。已知空气污染，特别是微细悬浮粒子污染，会影响心脏和循环系统，包括脑部循环。这些影响与血管性失智症（失智症的一种形式）有关，后者是由脑部血管损伤引起的。 因此，空气污染很可能通过影响血管而导致智力下降和失智症。
空气污染也可能刺激大脑中的免疫细胞，进而损害神经细胞。 
2022 年，COMEAP 得出结论，证据显示环境空气污染物与加速通常与衰老相关的认知功能下降以及罹患失智症的风险之间存在关联。
关于空气污染物如何影响大脑导致加速认知能力下降和失智症，存在多种合理的生物学机制。其中一些已在实验研究中得到证实。有充分理由认为空气污染物对心血管系统的影响会对大脑产生次级效应。COMEAP 先前已认定长期暴露于空气污染物会损害心血管系统（COMEAP 2006, 2018）。这些影响很可能会影响脑部血液供应。这种影响很可能导致脑损伤似乎是合理的。因此，认为暴露于空气污染物与认知能力下降和失智症影响之间的关联，就此机制而言，很可能具有因果关系。 
关于空气污染物如何直接影响大脑，已提出多种机制。这些包括细小微粒从肺部转移到血流中，然后再进入大脑。证据表明，吸入的极小微粒中有一小部分可以进入大脑，既可以通过血液，也可以通过从鼻腔通向嗅球的嗅神经。 然而，暴露于环境浓度的悬浮微粒是否会导致足够的转移以产生脑损伤，这一点尚不清楚。文献研究表明，进入大脑的微粒从大脑中清除的速度非常缓慢，甚至根本不清除。这显然支持了进入大脑的悬浮微粒可能产生有害影响的观点。 对超微细悬浮粒子]]、柴油引擎废气或臭氧的动物和体外研究都显示了对大脑或脑细胞的影响。涉及的机制包括在大脑内产生和释放自由基以及诱导发炎反应；这两种机制似乎很可能相互关联。多种常见污染物可能影响大脑功能。 
COMEAP 总结如下：
精神疾病.
精神分裂症.
暴露于空气污染可能与精神分裂症风险升高有关。
其他.
癫痫.
多种空气污染物可能与癫痫风险有关， 例如一氧化碳、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、粗悬浮粒子及超微细悬浮粒子。据推测，空气污染物通过增加发炎介质，并提供氧化压力来源来增加癫痫风险，最终改变血脑屏障的功能并引起脑部发炎。已知脑部发炎是癫痫的风险因素；因此，这一系列事件提供了一个合理的机制，说明污染可能增加对该疾病遗传易感个体的癫痫风险。 
经济影响.
失智症.
失智症是一个紧迫的公共卫生挑战。其患病率与年龄密切相关：65 岁以上每 5-6 年翻一倍。全球失智症患者人数估计为 5000 万，预计到 2050 年将达到 1.52 亿。目前全球的经济成本为每年 8180 亿美元（截至 2015 年），并将随受影响人数成比例上升（WHO，2019）。 
缓解措施.
对于点源污染：
不要产生污染物。
如果产生了，尽快在源头去除。
如果未在源头去除，使用屏障。
如果屏障效果不佳或安装不当（即污染物逸出），邻近地区需要对其场所进行过滤、密封和/或适当通风/污染物稀释等。大型空气净化系统也可作为被动措施提供帮助。可能需要清理计划以防止进一步的二次污染。 
在个人层面，可以通过更好地选择停留地点、防止交叉污染或二次污染（人与人之间和/或其个人物品/环境之间）、改善个人卫生、使用口罩和空气清净机等方式来减少空气污染物的暴露。 
教育.
「教育与意识提升」的优先领域包括：(8) 让这个未被认识的公共卫生议题广为人知；(9) 开发教育产品；(10) 将空气污染与大脑健康纳入现有策略和宣传活动；以及 (11) 提供公开可用的监测、评估和筛检工具… 
饮食.
自闭症.
NIEHS 资助的研究发现，服用产前维他命可能有助于降低自闭症风险。对于在怀孕期间暴露于某些环境污染物的人来说，服用维他命和补充剂可能提供保护作用。 与未服用维他命的女性相比，在怀孕前三个月和怀孕第一个月每天服用产前维他命的女性，其子女患有自闭症的可能性较小。这一发现在具有使其更易患自闭症的遗传变异的女性和儿童中更为明显。 
叶酸是产前维他命保护作用的来源之一。在怀孕第一个月服用每日建议摄取量的女性，其子女患有自闭症的风险降低。 对于高度暴露于空气污染和农药的女性来说，怀孕早期摄入叶酸可能会降低其子女患有自闭症的风险。 
使用综合维他命（无论是否额外添加铁或叶酸）的怀孕母亲，其子女患有自闭症和智能障碍的可能性较小。 在高风险家庭中，母亲在怀孕第一个月摄入产前维他命也可能降低患有自闭症谱系障碍（ASD）儿童的兄弟姐妹中 ASD 的复发率。
改善室内空气品质.
 
大型清洁系统.
 
参见.
污染物
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其他