通訊課程3（專業課程）：認識PM2.5及其對健康之影響

謝蕙宜　國泰綜合醫院職業醫學科主治醫師

前言

　　人為環境破壞及氣候變遷會影響大氣空氣品質惡化之頻率、規模及強度，若暴露到空氣汚染物可引發呼吸道、皮膚粘膜或心血管疾病；因為微粒越小可能更具毒性，且較易被吸入至下呼吸道甚至穿透肺泡進入全身血流或組織，所以空氣品質標準對不同懸浮微粒規範標準值，例如細懸浮微粒(particulate matter 2.5, PM_2.5)，也對不同族群發佈空氣汚染指標與活動建議，希望能減少大氣汚染微粒對民眾的不良健康影響。本文將介紹PM_2.5的產生、法規管制與公告資訊、健康影響及暴露抑低策略，以作為臨床衛教之參考。

懸浮微粒的分類與定義

　　大氣中的汚染物可分為氣態或非氣態來源，固態或液態性等非氣態性汚染物，例如花粉、黴菌孢子、液滴、粉塵(dust)、燻煙(fume)、煙(smoke)、霧(fog或mist)、煙霧(smog)或霾(haze)等，顆粒較小時可懸浮在空氣中，又稱為大氣氣膠(aerosols)或懸浮微粒(particulate matter，簡稱PM)，這些汚染物在粒徑較大、濃度較高或顏色較深時可能被肉眼查覺，例如霧、煙或霾，反之可能必需透過顯微鏡來觀測，因此通常用微米(micrometer, 簡稱micron或μm)，1μm是1米的百萬分之一(10^-6)。

　　大氣中的懸浮微粒多是由包含乾燥固體、固體核心外覆液體、或液滴等所組成的混合物，不同微粒的形狀、粒徑或化學組成有差異，微粒分類或常見粒徑之比較可參考圖一，不過要注意即使成份相同或類似，粒徑分佈也可能不同。微粒的來源包括自然界或人為行為產生，自然產生之微粒包括飛揚之塵砂、海鹽飛沫、火山活動或森林火災之燃煙、細菌或病毒等；人為產生包括各種燃燒行為或動力裝置產生之燃煙或廢氣、粉塵發生設備、或是烹飪油煙等。上述由發生來源直接排出的原生性產物，例如道路揚塵或金屬燻煙，又稱原生性氣膠；由固體、液體或氣體等前趨物，在大氣中經光化學或化學反應而生成的二次性產物，例如燃燒後產生之氣態氮氧化物(NO_x)或硫氧化物(SO_x)等轉換成硝酸(NO₃^-)或硫酸鹽(SO₄^2-)、土壤中的氨(NO₃)被微生物轉換成銨(NH₄⁺)、或各種來源產生之揮發性有機化學物(volatile organic compounds, VOCs)在大氣中經光化反應生成的煙霧，稱為衍生性氣膠或衍生性微粒(WHO, 2013)。

　　因為懸浮微粒常呈不規則形狀(如砂塵或纖維)，為了要描述這些微粒在空氣中的運動特性，會用一個假設有相同重力沈降速度且具有標準密度(1g/cm³)之圓球體，再以此圓球體直徑來代表這些微粒的直徑，稱為氣動粒徑(aerodynamic diameter)，因此氣動粒徑可能與真實微粒大小不同(WHO, 1999)。

　　空氣中的懸浮粒徑分佈範圍甚廣，為了測量空氣中的微粒(或粉塵)濃度，目前較常用的採樣分類是將所收集到的微粒依其於呼吸道可沉積範圍，區分為可吸入性(inhalable)、胸腔性(thoracic)及可呼吸性(respirable)微粒(如表一)，可吸性微粒在空汚監測資料中又可稱為總懸浮微粒(total suspended particulate, TSP)。此外也可依氣動粒徑大小來分類為PM₁₀、粗懸浮微粒(coarse particulate matter或簡稱PM_2.5-10)、細懸浮微粒(fine particulate matter或簡稱PM_2.5)及超細微粒(ultrafine particles，簡稱UFP,≤0.1μm)。因上述粒徑分類採粒徑分佈範圍來定義，在所採得的可吸入性微粒中，也會含有胸腔性及可呼吸性微粒，同時粒徑愈小的微粒在樣本中質量比率通常愈高(WHO, 1999)。

　　懸浮微粒會因為粒徑、組成、帶電量或吸入之空氣流速等因素，影響在呼吸道的沈積範圍，影響的機轉包括(1)撞擊：此機轉約佔90%影響最大，隨空氣進入鼻腔後，因氣流方向的改變可藉此作用粘附在呼吸道表面，當粒徑超過10μm時則易因撞擊作用粘附在上呼吸道表面而不易進入下呼吸道；(2)重力沈積：微粒在隨氣流進入呼吸道後可藉由重力沉降於呼吸道表面；(3)擴散：直徑小於0.5-1μm的微粒在空氣中的活動軌跡與氣體分子相近，因此擴散為此類微粒進入終末小支氣管或肺泡的最主要機轉；此外還有攔截或靜電吸引等機轉(International Labour Organization (ILO), 2012)。

表一、懸浮微粒分類及常見來源

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PM_2.5的來源

　　大氣中的PM_2.5通常不由單一物質組成，而是以金屬、碳、硝酸或硫酸鹽等為主成份之混合物，衍生性微粒在人類活動較密集的區域佔PM_2.5組成的大部份。在不同地區或季節，PM_2.5的化學組成或粒徑會有差異，來源可包括本地或境外長程運輸等，例如有機或元素碳的來源可能是交通工具或野地火災，硝酸鹽通常源自工業燃燒，硫酸鹽可能源自發電、揚塵或冶煉等工業製程，中國大陸飄來的沙塵暴及霾害也含有細小微粒，這些微粒也可能含有金屬成份。在台灣除了花東地區，PM_2.5濃度由北往南逐漸增加，在北部地區以境外地區來源佔率較高，在中南部地區則可發現本地汚染源排放貢獻率明顯昇高。由監測資料也可以發現，台灣地區PM_2.5的濃度變化趨勢與氣溫呈正相關，因此夏秋平均濃度高於冬春兩季。中國在每年的10月至隔年4月的東北季風期間，北方地區燃燒煤等燃料取暖或重工業活動產生之霾害，或3至5月的冬末春季之沙塵暴期間，西北等沙漠地區的較小沙塵顆粒，這些汚染物均可向上傳送至高空中，隨氣流向東傳送再因沉降或隨降雨而落至地面，造成同期間台灣含PM_2.5在內的懸浮微粒平均濃度明顯上昇(臺北市政府衛生局, 2012)。

　　在主要都會區，交通的汽機車排放源、車行與裸露地表揚塵等為PM_2.5及UFP的主要來源；在中南部，除了交通來源，工業(電廠、石化或鋼鐵廠)排出的原生性細懸浮微粒、衍生性PM_2.5前驅物(SO_x與NO_x等)轉換的硫酸鹽、硝酸鹽和有機碳也是為主要來源。

PM_2.5對健康的影響

　　空氣中的微粒可經由鼻、咽及喉進入人體呼吸道，粒徑愈小愈可能深入下呼吸道、穿過肺泡進入人體血流散佈至全身組織；在質量相同時，粒徑愈小的微粒的表面積總和較大，如此除了在微粒表面能吸附更多的毒性物質，進入人體後也易與細胞或酵素發生反應，因此被認為愈小的微粒更具毒性。PM_2.5因可能深入肺部組織也較PM₁₀有較大的表面積，所以更受到關注(ILO, 2012)。

　　近來的研究均支持PM_2.5對健康的急性或慢性影響，特別是呼吸道及心血管疾病的急診就醫率、住院率、罹病率與死亡率；研究發現PM_2.5暴露濃度每增加10 µg/m³，短期(2天)的暴露可使死亡率上昇2%，長期除了會增加死亡率達6-13%、減少人口平均餘命，也認為可能與糖尿病盛行率上昇有關。推測可能的致病機轉包括引發呼吸道及全身性發炎反應、增加氧化壓力或影響迷走神經肺叢等。流行病學研究發現短期的PM_2.5暴露可誘發呼吸道不適症狀、造成血壓昇高或引發心律不整，此外暴露到懸浮微粒無論期間長短，均可誘發或加重過敏性鼻炎、支氣管炎或氣喘，長期暴露的影響還包括增加兒童過敏性鼻炎、致敏化或氣喘的盛行率、降低肺功能並影響肺部之發育，在成人除了影響氣喘、肺氣腫或慢性阻塞性肺疾等慢性肺病、心血管疾病之進展或急性發作，也與肺癌發生率增加有關，對於生育的影響則包括增加嬰兒死亡率或低出生體重。此外長者、嬰幼兒、兒童或患有心肺疾病者較易受到PM_2.5的影響，在戶外活動時因為體能活動造成肺換氣量增加，PM_2.5可更加深入肺部，經常在戶外活動的兒童或運動員會延長暴露時間及劑量，研究認為兒童濕疹或異位性皮膚炎的盛行率增加，可能與戶外懸浮微粒或交通性空氣汚染物濃度有關(WHO, 2006, 2013)。

　　雖然研究發現不同粒徑和組成的微粒對個別呼吸道組織的傷害不同，但目前沒有足夠的證據支持PM_2.5對人類健康影響的安全閾值，或微粒個別成份造成之健康效應的差異。不過因燃燒產生之微粒似乎較其它微粒來源更具不良影響，除了與缺血性心臟病的發生有關，國際癌症研究署在2012年將柴油引擎廢氣(diesel engine exhaust)提昇為1級的人類致癌物，認為此廢氣及戶外空氣汚染物與肺癌的發生有關，因為此PM_2.5來源在移動式排放源中佔率超過5成，顯示交通汚染源在PM_2.5健康效應的重要角色(IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risk to Humans, 2014)。

減少PM_2.5暴露的策略

　　環保署目前訂定PM_2.5空氣品質標準24小時與年平均值分別值為35及15µg/m³，略高於WHO的25與10µg/m³，在環保署空氣品質監測網(http://taqm.epa.gov.tw/)開放查詢PM_2.5即時或1小時濃度，「細懸浮微粒(PM_2.5)指標對照表與活動建議」(表二，http://taqm.epa.gov.tw/taqm/tw/fpmi.htm)以綠、黃、紅、紫等四色並細分十個等級，可與現有空氣指標(pollutant standards index, PSI)併行，提供一般民眾、長者和有心血管疾病等敏感族群的活動建議，俗稱的「紫爆」即是指空氣中PM_2.5濃度到達每立方公尺70微克(指標第10級)以上的不良品質(行政院環境保護署, 2014)。

　　當戶外PM_2.5濃度昇高時，可以減少非必要的戶外活動來因應，特別是易感受或是已出現呼吸道症狀的族群宜避免至戶外進行體能運動。外科口罩無法過濾微粒，僅能作為口鼻吸入外部空氣的屏障以及減少較大微粒對呼吸道的刺激性，N95口罩可以有效過濾95%粒徑最小為0.3µm的微粒（PM_2.5的粒徑≤2.5µm），正確配戴可以有效減少吸入的微粒量，不過因為會增加換氣的困難度，罹患慢性心肺疾病或有其它顧慮的民眾，在選配前應先與醫護人員討論。因為研究發現有些植物可以吸附懸浮微粒及吸收有害氣體，且交通汚染源是PM_2.5的重要來源，在戶外步行或騎腳踏車時，可以選擇具林蔭或植株較茂密且交通流量較低的街路巷道或庭園設施，並避開壅塞時段。有些過濾裝置可去除微粒，其中高效能空氣濾網(high-efficiency particulate air,HEPA)可以過濾最小約0.3µm的微粒，不過需要定期更換濾網。

　　控制家戶PM_2.5的方法，包括避免開啟毗鄰主要街道或面向季風風向等戶外微粒濃度較高區域的窗戶，並經常以濕式清潔方式或使用HEPA吸塵器清除地面或物品表面的落塵，避免因活動再度帶至空氣中。在烹調時要避免因油炸、煙煄及燒烤產生大量的油煙，烹調前先開啟抽油煙機並持續運轉至烹調結束後數分鐘，勿打開接近烹調處的窗戶或使用電風扇以免影響排煙氣流，選用台面型下吸式抽油煙機可減少自鼻部吸入由爐台向上方排放的油煙。衣物乾洗劑、清潔用品或建材中含有的揮發性有機溶劑溢散至空氣中，會增加衍生性PM_2.5的生成應避免使用。空氣清淨機雖然設計來過濾室內空氣中的微粒，功效會受到空氣汚染源的種類、濃度或室內換氣速率等的影響，選用HEPA清淨機可以過濾較小的微粒，不過大部份的空氣清淨機均無法有效去除有害氣體成份。觀葉植栽可增加對懸浮微粒的攔截及降低室內甲醛或二氧化氮等氣體濃度，對改善室內空氣品質也有助益(臺北市政府衛生局, 2012)。

　　祭祀焚燒金紙、鞭炮或香燭，也會明顯影響空氣品質，可「以功代金」、集中至焚化爐或採用環保祭祀可減少吸入過多有害物質。此外根據研究，搭乘公共運輸工具較自行開車或騎乘機車，可減少引擎廢氣及道路揚塵等PM_2.5重要交通汚染源，選擇地鐵捷運、駕駛或搭乘小型車或公車造成的PM_2.5暴露量在不同研究中結果不同，不過均一致建議避免繁忙的交通時段。

　　因為PM_2.5主要產生自人為環境破壞與工業活動，減少汚染源的排放並避免破壞環境，才能有效減少本地或鄰近汚染源的生成，改善空氣品質。

表二、環保署細懸浮微粒(PM_2.5)指標對照表與活動建議

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資料來源：行政院環境保護署 (http://taqm.epa.gov.tw/taqm/tw/fpmi.htm)

參考文獻

IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risk to Humans. (2014). Diesel and gasoline engine exhausts and some nitroarenes (Vol. 105). Lyon (FR): International Agency for Research on Cancer (IARC).

International Labour Organization (ILO). (2012). Chapter 10 - respiratory system.Encyclopaedia of occupational health and safety (fifth ed.). Retrieved from http://www.ilocis.org/documents/chpt10e.htm#JD_Ch10_1

World Health Organization (WHO). (1999). Hazard Prevention and Control in the Work Environment: Airborne Dust. Protection of the Human Environment Occupational Health and Environmental Health Series, (WHO/SDE/OEH/99.14: English only). Geneva. Retrieved from http://www.who.int/occupational_health/publications/en/oehairbornedust.pdf?ua=1

World Health Organization (WHO). (2006). Air quality guidelines: global update 2005: particulate matter, ozone, nitrogen dioxide, and sulfur dioxide. Copenhagen Ø,: WHO Regional Offi ce for Europe. Retrieved from http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0005/78638/E90038.pdf

World Health Organization (WHO). (2013). Health effects of particulate matter – policy implications for countries in eastern Europe, Caucasus and central Asia (EECCA). Retrieved from http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0006/189051/Health-effects-of-particulate-matter-final-Eng.pdf

行政院環境保護署. (2014). 細懸浮微粒(PM_2.5)指標對照表與活動建議. Retrieved from http://taqm.epa.gov.tw/taqm/tw/fpmi.htm.

臺北市政府衛生局. (2012). 細懸浮微粒健康風險與預防手冊. Retrieved from http://health.gov.taipei/Portals/0/健康管理處/健康促進股/細懸浮微粒健康風險與預防手冊201212.pdf

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通訊考題

成績100分(不限考試次數)，登錄「品質課程」積分2點，請於考完試次月月底後上衛生福利部醫事系統入口網查詢。

通訊考題(選擇題，共10題)

大氣中的懸浮微粒，不包含下列那一個類型的汚染物？(1)一氧化碳或臭氧等氣體 (2)沙塵暴中的砂粒 (3)焊接金屬產生之金屬燻煙 (4)細菌或黴菌等生物性微粒。
對於大氣中的懸浮微粒，我們通常使用那一種方式來表示粒徑？(1)算數平均粒徑 (2)投影粒徑(Faret粒徑) (3)氣動粒徑 (4)定方向最大粒徑。
在砂塵暴中，主要組成的微粒粒徑多介於下列那一個範圍？(1)>100μm (2)10~100μm (3)2.5-10μm (4)<2.5-10μm。
大氣中懸浮微粒中的PM_2.5，意指這些微粒之粒徑範圍為？(1)>2.5μm (2)2.5-10μm (3)2.5μm (4)≤2.5μm。
下列對PM_2.5的描述何者錯誤？(1)單一區域的PM_2.5多是單一化學物質成份 (2)可以源自機動車輛排放之廢氣 (3)可以源自地殼岩石或土壤因風力作用產生之揚塵 (4)可以源自家庭烹飪產生之油煙。
下列對台灣PM_2.5來源的描述何者錯誤？(1)工業活動產生之衍生性PM_2.5也是可能的來源 (2)全台均以中國飄來的沙塵暴及霾害等境外移入之汚染源為主要來源 (3)都會地區的交通來源所佔比例較其它本地汚染源高 (4)台灣各地的PM_2.5來源可能不同。
PM_2.5造成之健康危害之安全閾值為？(1)10 µg/m3 (2)依不同影響器官或系統而有不同的安全閾值 (3)沒有對人類健康影響的安全閾值 (4)24小時平均值與年平均值低於35及15µg/m³。
目前對PM_2.5的流行研究證據尚未支持與下列何種健康危害有關？(1)氣喘 (2)季節性感冒 (3)肺氣腫 (4)肺癌。
下列有關環保署「細懸浮微粒(PM_2.5)指標對照表與活動建議」的說明何者有誤？(1)依不同濃度提供一般民眾、老人家和有心血管疾病等敏感族群活動建議 (2)依大氣濃度細分十個等級 (3)可與現有空氣指標(pollutant standards index, PSI)併行供民眾參考 (4)簡化分成綠、黃、橘、紅、紫等顏色。
一般民眾可以如何減少PM_2.5的暴露？(1)在烹調時加吹電風扇稀釋油煙 (2)空氣品質不佳時避免不必要的戶外活動 (3)長時配戴外科口罩 (4)長時間開啟空氣清淨機。