Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
時大気粉塵を懸濁した液を1時間水上で静置し採取した上清で刺激しIL-8の転写活性を測定した。IL-8の転写活性は、IL-8の転写活性を示すstable luciferase orange (SLO)をGAPDHの転写活性を示すstable luciferase red (SLR)で除すことで細胞数を補正したnormalized SLO luciferase activity (nSLO-LA)で判定した。

（４）培養上清中のＩＬ－８濃度測定と黄砂時大気粉塵溶解液およびＣＪ－１溶解液中のエンドトキシン濃度の測定

培養液中の IL-8 濃度測定を ELISA 法によって測定した。また、黄砂時大気粉塵懸濁液および CJ-1 溶解液中のエンドトキシン濃度の測定も ELISA 法によって測定した。

## （５）動物モデルによる黄砂が気道炎症に与える影響の評価

## 1 ）実験動物

7 週齢の NC/Nga マウス（雄）を購入し、鳥取大学医学部内の動物飼育室にて実験開始日まで 1 週間順応させたのち実験を開始した。実験動物は至適温度・湿度管理下のもと，一般的な実験マウス用飼料を与えて飼育した、すべての動物実験は動物実験計画書を鳥取大学動物実験倫理審査委員会に提出し承認を得たうえで実験計画にしたがって行った、また、動物が耐え難い苦痛を伴う場合は適切な時期に実験処置を中断または中止し、安楽死措置をとるなどの人道的エンドポイントを考慮して実験を行った。

## 2 ）感作および抗原負荷

合計48匹のマウスを購入後1週間ほど実験施設内で順応させ、1グループを8匹として6グループに無作為に分けてグループを作成した。NC/Ngaマウスは図(3)-2に示すようにイソフルランによる吸入麻酔により麻酔状態としたのち、ダニ抗原 $ ^{22)} $ （Dermatophagoides farina, Greer Laboratories Inc. USA）を生理食塩水25ulあたり50ug溶解させ、1回50ugのダニ抗原を5日間連続で経鼻投与し感作を成立させた（Day 0-4）。ダニ抗原に感作されたマウスは、最終感作日から7日後のDay 11に再度ダニ抗原を同量経鼻投与して抗原惹起を行い、その24時間後に解剖を行い血清，気管支肺胞洗浄液，肺組織標本の回収を行い保存した。
図(3)-2 ダニ抗原感作喘息モデルマウス

本研究では CJ-1（黄土高原土壌）と黄砂時大気粉塵のマウスにおける免疫賦活効果と気道炎症増強効果を確認するために，それぞれの大気粉塵（生理食塩水 25u1 に 0.1mg の粉塵を溶解）をダニ抗原と共感作、あるいは単独感作を成立させ、以下に示す 6 グループ間で比較評価を行った（表 (3)-1）。

グループ名	感作物質	抗原惹起物質
グループ(i) NS/NSマウス	生理食塩水のみ	生理食塩水
グループ(ii) Df/Dfマウス	ダニ抗原と生理食塩水	ダニ抗原
グループ(iii) CJ-1/NSマウス	CJ-1と生理食塩水	生理食塩水
グループ(iv) CJ-1+Df/Dfマウス	CJ-1とダニ抗原	ダニ抗原
グループ(v) ADS/NSマウス	黄砂時粉塵と生理食塩水	生理食塩水
グループ(vi) ADS+Df/Dfマウス	黄砂時粉塵とダニ抗原	ダニ抗原

表(3)-1 喘息モデルマウスグループ分類

## 3 ）マウス気管支肺胞洗浄液の回収方法

ダニ抗原による抗原負荷をおこなった翌日のDay12に、イソフルランによる吸入麻醉下にマウス颈部に切開を加え気管を体表面に露出させたのち、18Gサーフロー針を気管内に挿入のうえ、4℃に冷却した生理食塩水1mlを1ml注射器にて5回注入と回収を繰り返し，可能な限りの気管支肺胞洗浄液を回収した。回収した気管支洗浄液は300×g回転数で5分間遠心分離し、細胞成分は細胞数と細胞分画解析に、上清はサイトカイン解析に使用した。総細胞数はチュルク染色液に希釈したのち、血球計算板を用いて計測し細胞分画はディフクイック染色液で細胞を染色したのち光学顕微鏡下でマクロファージ数、好中球数、好酸球数、リンパ球を合計300個計測して算出した。

## 4 ）肺組織の病理組織学的検討
マウスを高濃度二酸化炭素ガスにて安楽死させたのち、マウス肺を5分間にわたり、25cmH_{2}Oの圧をかけた状態で10%ホルマリンを肺内の注入し肺組織伸展固定をおこなった。ホルマリン固定された肺組織は、汎用されているパラフィンプロック作成手順と同じ手法にで、脱水・パラフィン包埋・薄切りの行程をへて、最終的に未染標本をへマトキシリン一エオジンで染色し気道周囲の炎症細胞浸潤を光学顕微鏡下に組織学的評価をおこなった。

## 5 ）酵素結合免疫吸着法（ELISA；Enzyme-linked immunosorbent assay）による血清中免疫グロブリン濃度の評価

血清中の免疫グロブリン(総 IgE，総 IgG2a)濃度は、市販されている OptEIA キット(BD Pharmigen, Sandiego, Ca, USA)を用いて、添付されている実験手順したがって測定した。ダニ抗原特異的 IgE 濃度、IgG_{2a} 濃度については，確立されたキットはないため、過去に報告されている手法 $ ^{23)} $ をもとに我々独自で測定方法，条件設定を確立してから実際の測定を行った。具体的には、96 ウェルプレート内を 50 ug/ml 濃度のダニ抗原抽出液で一晩コーティングしたうえで、適正濃度に希釈したマウス血清を各ウェルに添加し、2 時間かけて血清内の各種抗体がウェル内のダニ抗原に吸着するのを促した。その後、二次抗体と発色基質を添加した後、発色させ吸光度計（Tecan Group Ltd, Japan）をもちいて 450 nm 波長で測定した。この手法では絶対的濃度の算出は困難なため、吸光度値に応じて血清中の免疫グロブリン濃度を推測した。

## 6 ）気管支肺胞洗浄液中サイトカイン濃度測定

6 グループのマウスから回収された気管支肺胞洗浄液中の各種サイトカイン（IL-γ；インターフェロンー、IL-13；インターロイキン-13、IL-5；インターロイキン-5、IL-6；インターロイキン-6、KC；Keratinocyte-derived chemokine、MIP-2；macrophage inflammatory protein-2）の測定を ELISA キット（R&D Systems Europe, United Kingdom）にておこなった。測定に用いた気管支肺胞洗浄液は、インターロイキン-γの測定時のみ希釈は行わず、その他のサイトカイン測定時にはすべて5倍希釈をして測定した。

## 4 ．結果及び考察

## （１）黄砂曝露が気道構成細胞に与える影響について結果と考察

気道構成細胞のうちヒトから分離した気道平滑筋細胞をCJ-1で刺激し、上清中のIL-8、RANTES、TSLP、Eotaxinを測定した。その結果、IL-8産生のみ増加を認めたが、RANTES、TSLP、Eotaxinの産生に影響はなかった（図(3)-3～6）。この結果から、黄砂の気道炎症への影響を評価する際には従来の報告通りIL-8が有用なマーカーになることが示唆された $ ^{18)} $ -21）。
図(3)-3 黄砂刺激による気道上皮細胞からのIL-8分泌

図(3)-4 黄砂刺激による気道上皮細胞からのEotaxin分泌

図(3)-5 黄砂刺激による気道上皮細胞からのTSLP分泌

図(3)-6 黄砂刺激による気道上皮細胞からのTSLP分泌

## （２）IL-8 promoter-luciferase gene reporter assay による黄砂が気道炎症に与える影響の評価の結果と考察

先行して実施した『黄砂曝露が気道構成細胞に与える影響について』で黄砂の気道炎症への影響を評価するためにIL-8が有用であることが確認された。そこで、IL-8 Luc Assayで黄土高原の土壌であるCJ-1と黄砂飛来時に鳥取県で採取した大気粉塵のIL-8誘導能を検討し、気道炎症に
与える影響の差異を検討した。まず、positive controlとして負荷するLPS濃度を決定するために種々の濃度のLPSでTHP-G8細胞を5時間刺激しnSLO-LAを算出してIL-8transcriptional activityを評価した（図(3)-7）。LPSが100ng/mlでnSLO-LAが最大に達することを確認した後で、LPS 100ng/mlでTHP-G8細胞を刺激した際のnSLO-LAをtime courseで評価した（図(3)-8）。その結果、4時間でnSLO-LAはほぼ最大となることから、今回のCJ-1、黄砂時大気粉塵のIL-8誘導の評価をする際に、刺激培養時間は5時間、positive controlとしてLPSを100ng/mlで刺激することとした。

図(3)-7 IL-8 transcriptional activity(こ対するLPS刺激の濃度勾配

図(3)-8 LPS刺激(100 ng/ml)によるIL-8 transcriptional activityの経時変化

CJ-1 の pH は 8.4、黄砂時捕集大気粉塵は 7.9 であった。0.1 N sodium hydroxide で pH を 7.8 に調整後に、THP-G8 細胞を CJ-1 および黄砂時大気粉塵で 100 μg/ml、200 μg/ml、400 μg/ml で 5 時間刺激培養後に発光強度を測定した。CJ-1 での刺激では nSLO-LA の増加は認められなかった（図 (3)-9）。一方、黄砂時に捕集した大気粉塵で THP-G8 細胞を刺激すると濃度依存性に nSLO-LA の増加が認められた（図 (3)-10）。
図(3)-9 CJ-1によるIL-8 transcriptional activityの経時変化

図(3)-10 黄砂時大気粉塵によるIL-8 transcriptional activityの経時変化

次に、黄砂時大気粉塵を懸濁した液（200 μg/ml および 400 μg/ml 懸濁液）を1時間氷上で静置し採取した上清でTHP-G8細胞を刺激した。その結果、nSLO-LAは200 μg/ml懸濁液上清において1.3±0.1 fold、400 μg/ml懸濁液上清において3.1±0.2 foldと増加していた（図(3)-11）。しかし、黄砂時大気粉塵懸濁液上清で刺激した場合、黄砂時大気粉塵懸濁液に比較してnSLO-LAは有意に低値であった。
図(3)-11 黄砂時大気粉塵の上清による

IL-8 transcriptional activityの経時変化

培養上清中の IL-8 濃度 ELISA キットで測定し、IL-8 転写活性の亢進とともに IL-8 が実際に産生されているか検討を行った。培養液上清中の IL-8 濃度は、LPS (100 ng/ml) が $ 3700 \pm 200 $ pg/ml、CJ-1 soil (400 $ \mu $ g/ml) が $ 38.1 \pm 1.7 $ pg/ml、黄砂時大気粉塵が $ 2970 \pm 150 $ pg/ml であった（図 (3)-12）。THP-G8 細胞での IL-8 転写活性の亢進は IL-8 産生に反映されていることが確認できた。
図(3)-12 培養液上清中IL-8濃度

THP-G8 細胞を刺激した CJ-1、黄砂時大気粉塵、LPS のエンドトキシン濃度を ELISA キットで測定した。エンドトキシン濃度は、LPS (100 pg/ml) が 0.885 EU/ml、CJ-1 soil (400 μg/ml) が 0.074 EU/ml、黄砂時大気粉塵が 0.192 EU/ml であった。

次に、黄砂時大気粉塵により誘導された IL-8 転写活性圧進に対する N-acetylcysteine（NAC）の抑制効果を確認した（図(3)-13, 14）。黄砂時大気粉塵で誘導された IL-8 転写活性圧進は NAC によって抑制されていた。

図(3)-13 NACによるIL-8転写活性抑制効果

図(3)-14 NACによるIL-8転写活性抑制効果

IL-8 は大気汚染物質によって誘導される気道炎症において重要な役割を果たすサイトカインである $ {}^{18-20)} $ 。また、Honda らは黄砂に付着している物質が気道上皮細胞からの IL-6 および IL-8 の産生を誘導することを報告している $ {}^{24)} $ 。本研究では、黄砂発生源土壌の黄土高原土壤では IL-8
産生誘導が確認されなかった。一方、黄砂時に鳥取県で捕集した大気粉塵ではIL-8産生誘導が確認された。すなわち、黄土高原土壤と黄砂時に鳥取県で浮遊している大気粉塵は全く異質な物になっていることを示唆していた。黄砂が呼吸器疾患患者の呼吸器症状を増悪させることも本研究で確認しているが、黄砂の本体である土壤成分、言い換えればシリカ（Si）ではなく、黄砂の本体である土壤成分に付着している化学物質や細菌、真菌などの物質こそが呼吸器疾患患者の呼吸器症状を増悪させる原因と考えられた。さらに、黄砂時大気粉塵の懸濁液上清においても、減弱はするものの同様にIL-8産生誘導能が確認された。この結果からは、黄砂に付着している可溶性物質、不溶性物質のいずれもが呼吸疾患増悪に関わる原因物質であると考えられた。また、黄砂に付着する複数の物質がヒトの健康に影響を与えていることも推察された。

LPS は IL-8 Luc Assay において陽性コントロール物質になっているが、大気粉塵中にも含まれている物質である。そこで、THP-G8 細胞を刺激した CJ-1、黄砂時大気粉塵、LPS それぞれのエンドトキシン濃度を測定した。黄砂時大気粉塵のエンドトキシンは陽性コントロールで用いた LPS 100ng/ml に含まれるエンドトキシンの 1/8000 の量であった。このことからは、黄砂時大気粉塵により誘導される IL-8 産生にエンドトキシンは関与しているものの、IL-8 の産生量を考慮したときにエンドトキシンだけでは説明ができなかった。黄砂による気道炎症増悪の一つの原因物質としてエンドトキシンが重要であることが実験結果からは示されたが、エンドトキシン以外にも気道炎症を増悪させる付着物質があると考えられた。

近年、物質がアレルギー感作性を有するのか判定するうえで IL-8 が重要なマーカーになることが報告されるようになってきた $ ^{25)} $ 。この感作の過程において樹状細胞と IL-8 が密接に関与し、感作性のある物質が樹状細胞からの IL-8 産生を誘導するこのとも報告されている $ ^{26),27)} $ 。この際、感作性のある物質は ROS を介して IL-8 を産生すると考えられている。今回、黄砂時の大気粉塵で誘導された IL-8 産生は NAC によって抑制されていた。この結果からは、黄砂時大気粉塵中に感性をもつ物質が含まれることが示唆され、黄砂時の大気粉塵はアレルギー毒性を持つことが示唆された。また、この黄砂時大気分時による IL-8 誘導が NAC により抑制されるという結果からは、NAC が黄砂による増悪に対して治療効果を示すことも示唆された。

## （３）動物モデルによる黄砂が気道炎症に与える影響の評価について結果と考察

Df/Df マウスは，コントロールマウス（NS/NS マウス）と比較して，気管支肺胞洗浄液中の総細胞数の著しい増加を示した（図(3)-15）。また，黄砂発生源土壌である CJ-1 とダニ抗原の共感作をおこなった CJ-1+Df/Df マウスにおいては，Df/Df マウスにおける総細胞数の 4.6 倍の炎症細胞が気道内に誘導されていた。一方，黄砂時大気粉塵とダニ抗原により共感作された ADS+Df/Df マウスは，CJ-1+Df/Df マウスと比較して，さらに強い気道炎症が誘導されており、総細胞数として 2.5 倍の炎症細胞が気道内に誘導されていた。この総細胞数の増加は，主としてマクロファージ数、好酸球数、好中球数の増加によるものであり，CJ-1+Df/Df マウスに対する ADS+Df/Df マウスにおけるそれぞれの細胞分画増加率は，マクロファージが 1.9 倍、好酸球が 3.3 倍、好中球が 6.2 倍であった。このことは黄砂時粉塵とダニ抗原で共感作を行うと、強い気道炎症が誘導され、特に好中球性炎症が強く誘導されることを示している。
$ ^{*} $ p < 0.05 vs. CJ-1 and Df/Df group

$ ^{\#} $ p < 0.05 vs. CJ-1/NS group

図(3)-15 気管支肺胞洗浄液中の総細胞数と細胞分画
黄砂時粉塵とダニ抗原の共感作が、マウス肺組織に与える影響をヘマトキシリンーエオジン染色された肺組織切片にて病理組織学的に検討した。図(3)-16に示すように、ADS + Df/Df マウスにおいては、CJ-1 + Df/Df マウスと比較しても、気管支周囲と肺末梢血管周囲に著しい炎症細胞の浸潤を認め、肺組織内で強い炎症細胞誘導が起こっていることが病理組織学的にも証明された。気管支肺胞洗浄液中の総細胞数増加、好中球数増加、好酸球数増加などの所見を支持する組織所見と考えられた。

図(3)-16 マウス肺組織所見 x200 HE染色

黄砂発生源土壌である CJ-1 と黄砂時粉塵が、免疫賦活効果を有しているかどうかを明らかにすることを目的として血清中の免疫グロブリン濃度（総 IgE 濃度、ダニ抗原特異的 IgE 濃度、総 IgG_{2}a
濃度、ダニ抗原特異的 IgG2a 濃度）を評価した。図(3)-17 に示すように、ADS+Df/Df マウスは CJ-1+Df/Df マウスと比較して総 IgE 濃度（1.9 倍），、総 IgG₂a 濃度（1.6 倍）、ダニ抗原特異的 IgE 濃度（450nm 吸光度値）の上昇を認めた。一方、CJ-1+Df/Df マウスは Df/Df マウスと比較して免疫賦活効果はなく、いずれの免疫グロブリン濃度の上昇を示さなかった。これらの結果は、黄砂時粉塵による感作は肺組織への炎症細胞を強く誘導するだけではなく、免疫賦活効果を有していることを示しており、その効果は黄砂時粉塵に特異的で黄砂発生源土壤には認められなかった。

図(3)-17 血清中IgE, IgG_{2a}値の相違
黄砂時粉塵がアレルギー性気道炎症を増強させるメカニズムを明らかにすることを目的として、気管支肺胞洗浄液中の各種サイトカイン濃度を測定した。今回の実験としてはTh1サイトカインとしてIL-γ、Th2サイトカインとしてIL-13とIL-5,炎症性サイトカインとしてIL-6,KC,MIP-2を測定した。図(3)-18に示すように、ADS+Df/Dfマウスの気管支肺胞洗浄液ではCJ-1+Df/DfマウスやDf/Dfマウスと比較して、Th2サイトカイン(IL-13とIL-5)や炎症性サイトカイン(IL-6、MIP-2)濃度の有意な上昇を認めた。一方、CJ-1+Df/DfマウスはDf/Dfマウスと比較して、同等のサイトカイン濃度であり、CJ-1は自体には黄砂時粉塵と違いサイトカインを誘導する能力を有しない可能性が示唆された。以上のことから、黄砂時粉塵はTh2サイトカインや炎症性サイトカインを介してダニ抗原誘導喘息モデルマウスにおける気道炎症増強を引き起こしている可能性が示唆された。
$ ^{*} $ p < 0.05 vs. CJ-1 and Df/Df group

図(3)-18 気管支肺胞洗浄液中サイトカインレベルの相違
## 本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

黄砂による健康影響が本邦を含め東アジア各国から報告されており、呼吸器疾患、特に喘息は黄砂により影響を受けやすいことが分かってきている。しかしながら、黄砂が喘息を含む呼吸器疾患を悪化させる機序や黄砂中の何が悪化させる原因であるのかはほとんど分かっていない。本研究結果から、他の大気汚染物質と同様に黄砂はIL-8という炎症性サイトカインを介して気道炎症を増悪させることが示唆された。さらに、IL-8産生誘導能は黄砂発生源土壤である黄土高原土壤にはないことを確認し、黄砂がIL-8を介して気道炎症を増悪させるのは黄砂に付着している物質であることを明らかにした。黄砂に付着するどのような物質がIL-8を介して気道炎症を増悪させるかが重要な点になるが、黄砂に付着する可溶性物質、不溶性物質のいずれにもその能力があり、物質を特定することが今後の重要なテーマと考えられる。その中で唯一、LPS（＝エンドトキシン）が重要であることを本研究で示すことが出来たのは大きな意義があつと考えられる。一口に黄砂の健康影響といっても、その程度が黄砂毎に大きく異なることも我々はサブテーマ②で明らかにした。今回の研究結果からは黄砂に含まれる、あるいは付着するエンドトキシンの量がヒトへの健康影響を左右すると考えられる。今後は大気粉塵を量でモニタリングするだけではなく、健康影響を考慮するのであれば一つには大気中のエンドトキシン量をモニタリングする必要があるように考えられた。また、黄砂による呼吸器疾患増悪に対する治療薬としてN-acetylcysteineが有用である可能性を示した。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項なし

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

黄砂発生源土壌と黄砂飛来時の国内で採取した大気粉塵では気道炎症に与える影響が著しく異なっていた。この結果からは、浮遊粒子状物質による健康影響はその組成によって大きく変化すると推察される。現在は浮遊粒子状物質を量に基づいてモニタリングし環境基準値が発表されている。しかし、それだけでは不十分でありその時々の浮遊粒子状物質の性状も考慮することが極めて重要であることを本研究は示した。浮遊粒子状物質のヒト健康への影響を規定する原因物質の一つとして大気中エンドトキシンが候補になることを本研究は明らかにした。また、黄砂による呼吸器疾患増悪に対する治療薬としてN-acetylcysteineが有用である可能性を示した。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>
特に記載すべき事項はない。

## くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。

## （2） 口頭発表（学会等）

1）倉井 淳、渡部 仁成、阿部 智志、齋藤 るみ子、山崎 章、相場 節雄、押村 光雄、清水 英治。「花粉と黄砂 鳥取県で採取した黄砂時降下粉塵の免疫学的毒性評価」第 63 回日本アレルギー学会秋季学術大会、2013 年

2）倉井 淳、渡部 仁成、山崎 章、清水 英治。「ダニ抗原誘発性気管支喘息モデルマウスにおける黄砂時降下粉塵の気道炎症増強効果の検討」 第 63 回日本アレルギー学会秋季学術大会、2013 年

3) 渡部仁成、倉井淳、山崎章、阿部智志、齋藤るみ子、相場節也、押村光雄、清水英治。「大気粉塵 IL-8 転写活性への影響について粒径および時期による相違」第 54 回日本呼吸器学会学術講演会、2014 年

4）倉井淳、渡部仁成、山崎章、清水英治。「黄砂時粉塵に曝露されたダニ抗原誘発気管支喘息モデルマウスにおけるプランルカストの有効性に関する検討」第26回日本アレルギー学会春期臨床大会、2014年

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない。

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

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25) Nukada Y, Miyazawa M, Kosaka N, Ito Y, Sakaguchi H, Nisiyama N: Production of IL-8 in THP-1 cells following contact allergen stimulation via mitogen-activated protein kinase activation or tumor necrosis factor-alpha production. J Toxicol Sci 2008; 33:175-185.

26) Toebak MJ, Pohlmann PR, Sampat-Sardjoepersad SC, von Blomberg BM, Bruynzeel DP, Scheper RJ, Rustemeyer T, Gibbs S: CXCL8 secretion by dendritic cells predicts contact allergens from irritants. Toxicol In Vitro 2006; 20: 117-124.

27) Python F, Goebel C, Aeby P: Assessment of the U937 cell line for the detection of contact allergens. Toxicol Appl Pharmacol 2007; 220: 113-124.
## （４）大気粉塵の量及び化学成分の季節的変動の解析

京都薬科大学 公衆衛生学分野 渡辺徹志・若林敬二・長谷井友尋

〈研究協力機関〉

福岡県保健環境研究所 世良暢之、

鳥取県衛生環境研究所 大呂忠司、

富山県環境科学センター 木戸瑞佳

平成 23（開始年度）～25 年度累計予算：18,230 千円

（うち、平成25年度予算額：7,000千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

黄砂飛散時に喘息患者の症状が増悪するなどの報告があり、その原因物質の解明が急がれている。本研究は、黄砂飛来と本邦の大気汚染との関係について明かにするため、黄砂が多く観測されている3月から5月を重点的に年間を通じて福岡県太宰府市、鳥取県湯梨浜町及び富山県射水市において大気粉塵を捕集し、粉塵中に含まれる金属元素、イオン及び多環芳香族炭化水素（PAHs）をモニタリングした。その結果、本研究における粉塵捕集日のうち、気象庁の調査により福岡県、鳥取県及び富山県において黄砂が観測された日では、粉塵濃度は高く、黄砂の観測が報告されていない日にも粉塵濃度が高い日が多数あり、それらの日の大気粉塵では、地殻中に多く存在するCa、Fe、Mgなどの金属元素の濃度が高く、粉塵濃度とそれら金属元素濃度の間に強い相関関係があることがわかった。また、人為起源であることが報告されているPbやVなどの金属元素の濃度も粉塵濃度が高かった日に高く、粉塵濃度とそれら金属元素濃度は強い相関関係がみられた。石炭燃焼によって生成することが報告されているSO_{4}^{2-}の濃度も同様に粉塵濃度と強い相関関係がみられた。以上のことから黄砂の観測された日の粉塵中に人為起源と考えられる汚染物質が多く含まれ、3月から5月には黄砂の観測が報告されない日にも黄砂日と同様の大気汚染が発生する日が多数存在する可能性が高いことがわかった。

## [キーワード] 黄砂、大気粉塵、金属、イオン、多環芳香族炭化水素

### 1. はじめに

近年、中国では急速な都市化及び産業化により石炭、石油など化石燃料の使用量が著しく増加し、深刻な大気汚染が発生し大きな社会問題となっている。黄砂はタクラマカン砂漠、ゴビ砂漠や黄土高原などの乾燥・半乾燥地域で巻き上げられた土壌・鉱物粒子が偏西風に乗って中国東部や日本などに飛来するものであるが、黄砂粒子の分析から土壌起源ではないと考えられる硫酸イオンなども検出され、輸送途中で人為起源の大気汚染物質を取り込んでいる可能性が示唆されている。また、黄砂が多く観測される春季は、中国大陸方面から季節風や偏西風により空気塊が本邦に流入しやすいと考えられる。しかし、大気汚染物質の本邦への飛来に関する知見は十分に得られていない。一方、黄砂飛来時に喘息症状の増悪や呼吸機能の低下が起こることが報告されているが
その原因については未だ明らかにされていない。大気汚染の状況を明らかにすることは越境汚染の実態を明らかにするうえで重要であるばかりでなく、ヒト健康へ影響を及ぼす原因物質を解明し健康被害を防ぐうえで必要であると考えられる。

## 2 ．研究開発目的

本研究の目的は、黄砂飛来時における本邦の大気汚染の状況を明らかにすることであり、黄砂飛来時に起こる喘息症状の増悪に関与する物質を解明するための基礎的情報を得ることである。また、黄砂が多く観測される春季（3月から5月まで）の本邦における大気の状況を詳細に調査することで、黄砂の観測が報告されない日の大気の汚染状況を明らかするとともに黄砂日と同様に健康影響について注意すべき日の有無について明らかにすることである。

### 3. 研究開発方法

福岡県太宰府市、鳥取県湯梨浜町、富山県射水市において大気粉塵を2011年6月から2014年2月までハイボリウムエアサンプラーを用いて石英繊維フィルター上に捕集した。その際、フィルターは24時間毎に交換し、大気粉塵量を測定した。2012年2月～5月、2013年2月～5月については原則として毎平日に、それ以外の月は原則として第2週目の平日4日間に大気粉塵を捕集した。大気粉塵を捕集したフィルターは、粉塵を捕集している部分の面積を100％として、その内10％を金属分析、5％をイオン分析、40％を有機成分分析用に切り分けた。

金属元素は、試料フィルターをふっ化水素酸・硝酸・過塩素酸法により分解して試験溶液を調製し、誘導結合プラズマ発光分光分析（ICP-AES）法あるいは原子吸光光度法により測定した。すなわち、大気粉塵を捕集したフィルター10％を細かく切り、硝酸、塩酸とともに加熱した。冷却後、硝酸、過塩素酸、ふっ化水素酸を加え、再び加熱した。ほとんど乾固するまで加熱を続けた後、蒸留水を加えて穏やかに加熱して溶解した。室温冷却後、ろ紙でろ過し、ろ液を蒸発乾固した後、硝酸に溶解して試験溶液とした。Ba、Ca、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ti及びZnはICP-AESを用いて測定した。V、Cd、Pb、Ni及びCrは電気加熱式原子吸光光度計を用いて測定した。

イオンは、試料フィルターから水抽出法により試験溶液を調製し、イオンクロマトグラフ法により測定した。すなわち、大気粉塵を捕集したフィルター5％を細かく切り、蒸留水とともに超音波抽出して得た抽出液をメンブランフィルターでろ過し、試験溶液とした。陰イオンとしてCl⁻、NO₃⁻及びSO₄²⁻を、陽イオンとしてNa⁺、K⁺、NH₄⁺、Mg²⁺及びCa²⁺を電気伝導度検出器付きイオンクロマトグラフで測定した。

有機成分は、試料フィルターから有機溶媒抽出法により試験溶液を調製し、高速液体クロマトグラフ（HPLC）法により多環芳香族炭化水素（PAHs）を測定した。すなわち、大気粉塵を捕集したフィルター40％を細かく切り、メタノールとともに超音波抽出した。抽出液をろ紙でろ過し、ろ液を蒸発乾固した後、エタノールに溶解して試験溶液とした。フルオランテン（FL）、ピレン（PY）、ベンツ[a]アントラセン（BaA）、クリセン（CHR）、ベンゾ[f]フルオランテン（BbF）、ベンゾ[k]フルオランテン（BkF）、ベンゾ[a]ピレン（BaP）、ジベンゾ[a,h]アントラセン（DahA）、ベンゾ[g,h,i]ペリレン（BghiP）及びインデノ[1,2,3-c,d]ピレン（IcdP）を蛍光検出器付きHPLCで測定した。
後方流跡線解析は、米国海洋大気庁（NOAA）の HYSPRIT を用いて行った。太宰府市、湯梨浜町及び射水市を起点として大気粉塵捕集の開始及び終了の中間である 22 時（JST）を計算開始時間として、高度 1500 m で等温位法により 96 時間遡って行った。

### 4. 結果及び考察

2011年6月から2012年3月までの福岡県太宰府市、鳥取県湯梨浜町及び富山県射水市における大気粉塵捕集日及び捕集された大気粉塵量から算出した大気粉塵濃度を表(4)-1に示す。本捕集日のうち、気象庁による調査で黄砂が観測された日はなかった（気象庁ホームページ[地球環境のデータバンク]）。大宰府市では、2011年6月14日、2012年3月7、15、28、29日に高い粉塵濃度が観測され、粉塵濃度はそれぞれ71.2、80.2、75.3、72.7、90.6 μg/m³であった。湯梨浜町においては2012年3月27日に最も粉塵濃度が高く、57.4 μg/m³であった。射水市では2012年3月29日に最も粉塵濃度が高く67.9 μg/m³であった。以上のようにいずれの地点においても2012年3月に比較的高い濃度が観測された日がみられたが、大気粉塵の捕集を行った日で100 μg/m³以上の高い粉塵濃度の日はなかった。

2012年4月から2013年3月までの福岡県太宰府市、鳥取県湯梨浜町及び富山県射水市における大気粉塵捕集日及び捕集された大気粉塵量から算出した大気粉塵濃度を表(4)-2に示す。本捕集日のうち、福岡県、鳥取県及び富山県において以下の日（場所）に黄砂が観測されたことが気象庁より報告されている（気象庁ホームページ[地球環境のデータバンク]）：2012年4月9日（富山市）、23日及び24日（福岡市、鳥取市）、4月25日（鳥取市）、2013年3月8日（福岡市、鳥取市）、3月9日（福岡市、鳥取市、富山市）、3月10日（福岡市）、3月19日及び20日（福岡市、鳥取市、富山市）。これらの日のうち、太宰府市では2012年4月23、24日、2013年3月8、9、10及び19日に粉塵濃度が高く、それぞれ90.9、108.5、128.8、96.4、79.0及び169.2μg/m³であった。湯梨浜町においては2012年4月23、24日、2013年3月8、9、19日にそれぞれ75.6、77.9、182.2、200.7、104.4μg/m³と高濃度であった。射水市では2012年4月9日、2013年3月9日及び19日にそれぞれ76.2、103.3及び86.4μg/m³と高濃度であった。気象庁からは黄砂の観測が報告されなかったが、大宰府市では、2012年4月2、3、5日、5月6、7、16、17、28、29、30日、11月5日、2013年2月28日、3月4、5、7日に70μg/m³以上の高い粉塵濃度であり、2012年5月7日及び2013年3月4日の粉塵濃度は、それぞれ123.1及び133.5μg/m³と非常に高かった。湯梨浜町では2012年4月4日、5月7、8、16日、2013年3月4、6、7日に70μg/m³以上の高い粉塵濃度であり、2013年3月7日の粉塵濃度は110.8μg/m³と非常に高かった。射水市では2012年4月10、24日、5月16日、2013年3月7、8、12日に70μg/m³以上の高い粉塵濃度であり、2013年3月8日及び12日の粉塵濃度は、それぞれ120.3及び119.0μg/m³と非常に高かった。

2013年4月～2014年2月の太宰府市、湯梨浜町及び県射水市における大気粉塵捕集日及び捕集された大気粉塵量から算出した大気粉塵濃度を表(4)-3に示す。本捕集日のうち、気象庁より福岡県、鳥取県及び富山県において黄砂が観測されたと報告された日はなかった（気象庁ホームページ[地球環境のデータバンク]）。しかし、2013年4月9日には太宰府市と湯梨浜町において、粉
塵濃度はそれぞれ 99.3 及び 76.4 μg/m³ と高く、2013 年 4 月 16 日には湯梨浜町と射水市において 88.7 及び 71.5 μg/m³ と粉塵濃度が高かった。2013 年 4 月 30 日には湯梨浜町で 91.0 μg/m³ の高い粉塵濃度であった。また、2013 年 5 月 13 日には太宰府市、湯梨浜町及び射水市で粉塵濃度が 85.9、75.7 及び 89.9 μg/m³ と高く、2013 年 5 月 14 日には太宰府市と射水市でそれぞれ 71.3 及び 74.7 μg/m³ と高い粉塵濃度であった。太宰府市ではほかにも 2013 年 5 月 21、22、23、30 日及び 2014 年 1 月 20 日に 70 μg/m³ 以上の高い粉塵濃度であり、2013 年 5 月 21 日及び 22 日において粉塵濃度は 107.6 及び 104.2 μg/m³ と非常に高かった。以上のように、気象庁による調査で黄砂が観測された日の多くで粉塵濃度が高かったが、黄砂観測が報告されなかった日にも粉塵濃度が高い日が多数みられ、特に太宰府市において粉塵濃度の高い日が多かった。

太宰府市、湯梨浜町及び射水市において2011年6月～2013年5月までに捕集した大気粉塵中の金属元素を分析した。2012年3月～5月と2013年3月～5月の大気粉塵濃度と大気粉塵中の金属元素の分析結果を図(4)-1-1から図(4)-6-3に示す。分析した15種類の金属元素のうち、Ca、Fe及びMgなどは地殻中に多く存在する金属であり、黄砂飛来の指標になると報告されている。Fe濃度は、太宰府市では2012年3月7、8、14、15、28、29日、4月2、4、5、24日、5月6、7、16、17、28、29、30日、11月5日、2013年2月21、25、27、28日、3月4、5、7、9、12、19、4月9、11、15、16、25、30日、5月1、13、14、16、21、22、23、30日に1000 ng/m³以上と高かった。このうち、2012年3月7、15、28、29日、4月2、5、24日、5月6、7、16、17、28、29、30日、11月5日、2013年2月21、25、27、28日、3月4、5、7、9、19、4月9日、5月13、14、21、22、23、30日は粉塵濃度も高く70 μg/m³以上であった。湯梨浜町では、2012年3月27日、4月2、4、24、25日、5月7、8、16日、2013年3月4、6、7、8、9、19日、4月9、15、16、30日、5月13、21、30日にFe濃度が1000 ng/m³以上であった。このうち、2012年4月4、24日、5月7、8、16日、2013年3月4、6、7、8、9、19日、4月9、16、30日、5月13、21、30日は粉塵濃度が70 μ/m³以上であった。射水市では、2011年8月1日、2012年4月2、9、10、29、30日、5月7、8、16日、2013年3月7、8、19日、4月16、30日、5月13、14、21、22、31日にFe濃度が1000 ng/m³以上であった。このうち、2012年4月9、10日、5月16日、2013年3月7、8、19日、4月16日、5月13、14日は粉塵濃度が70 μg/m³以上であった。太宰府市、湯梨浜町、射水市においてFe濃度が1000 ng/m³以上であった日の多くは粉塵濃度が70 μg/m³以上と高かった。2012年2月～5月及び2013年2月～5月のうち、気象庁により黄砂が観測された日のほとんどでFe濃度が高かった。また、黄砂飛来の報告がないにも関わらずFeを多く含み粉塵濃度が高い日が多数存在することが明らかになった。粉塵濃度と金属元素濃度の間の相関係数を表(4)-4に示す。2012年3月～5月と2013年3月～5月の3地点の粉塵濃度とFe濃度の相関係数は0.78（射水市、2013年3月から5月）～0.96（湯梨浜町、2013年3月～5月）であり、これらの期間においていずれの地点でも粉塵濃度とFe濃度は強く相関していた。また、同期間の3地点の粉塵濃度とCa濃度、粉塵濃度とMg濃度の相関係数は、それぞれ0.79（太宰府市、2012年3月～5月）～0.93（湯梨浜町、2013年3月～5月）、0.70（太宰府市、2012年3月～5月）～0.88（2013年3月～5月）であり、粉塵濃度と各金属濃度は強く相関していた。

大気粉塵中の一部の金属は人為起源であることが報告されており、K、Cd、Ni、Crなどは廃棄物燃焼、Vは石油燃焼、Pbは有鉛ガソリン及び石炭燃焼に伴う大気汚染の指標になると報告されている。Pb濃度は、太宰府市では2012年3月7、8、14、15、28日、4月5、23、24日、5月7、28、