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摘要：[目的]研究多壁碳納米管（MWCNTs）職業接觸對工人氧化損傷及炎癥反應水平的影響，制定職業危害預防策略。[方法]分別選取廣東省某MWCNTs生產企業不吸煙的長期接觸MWCNTs的工人和不接觸職業病危害因素的行政管理人員各40人作為接觸組和對照組。對工作場所中MWCNTs濃度進行檢測。采集研究對象血樣，檢測氧化損傷和炎癥反應指標并對結果進行分析。[結果]接觸組在工作場所及個體接觸的MWCNTs濃度分別為（41.5±18.7）μg/m3和（34.4±17.7）μg/m3，均明顯高于美國國家職業安全衛生研究所（NIOSH）推薦的容許接觸限值（7μg/m3）。接觸組8-羥基脫氧鳥苷（8-OHdG）、8-異前列腺素F2α（8-iso-PGF2α）、白細胞介素6（IL-6）、白細胞介素8（IL-8）、白細胞介素33（IL-33）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、骨橋蛋白（OPN）、嗜酸性粒細胞水平高于對照組，接觸組過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）水平低于對照組，以上差異均有統計學意義（P<0.01或0.05）；兩組其他抗氧化指標、炎癥反應指標差異無統計學意義（P>0.05）。[結論]高濃度的MWCNTs職業接觸可導致工人體內活性氧水平增高，引發機體氧化損傷甚至是細胞脂膜DNA損傷，并可導致部分炎癥反應細胞因子和嗜酸性粒細胞水平升高，加重呼吸道炎癥反應和哮喘癥狀，對肺功能造成損害。接觸MWCNTs的勞動者應注意加強個人防護。

關鍵詞：多壁碳納米管；職業接觸；氧化損傷；炎癥反應；肺功能；呼吸道炎癥

碳納米管（carbonnanotube）是繼碳60（C60）之后發現的碳的又一同素異形體，是由單層（單壁碳納米管，single-walledcarbonnanotubes，SWCNTs）或多層（多壁碳納米管，multi-walledcarbonnanotubes，MWCNTs）碳原子呈六邊形排列而構成的同軸圓管。作為復合材料增強體，MWCNTs強度高、彈性好，表現出良好的抗疲勞性及各向同性，因而在超級電容器、催化器載體、儲氫材料、質子交換膜燃料電池等產品的生產中被廣泛使用，是目前全球新材料研究的一個熱點[1-2]。但有研究表明：MWCNTs顆粒能引起染毒小鼠肺部炎癥、肉芽腫、纖維化[3]；另外，腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素（IL-1β、IL-6、IL-8）等細胞因子均可參與其引起的炎癥反應[4]。MWCNTs可誘導細胞反應產生細胞內活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS），引起機體氧化應激[5-7]。然而，上述研究均在體外細胞模型或動物模型中開展，MWCNTs對職業接觸人群能否造成氧化損傷及炎癥反應，仍須通過職業流行病學研究來驗證。為此，作者進行了本項研究。

1對象與方法

1.1對象

研究對象來自廣東省某從事碳納米管開發和生產的高科技企業，該企業擁有約200名員工。粉碎、干燥、反應3個工種的92名工人存在職業性MWCNTs接觸，其中反應工種的工人為工作時間8h完全接觸，其他2個工種為間歇性接觸。從中選擇40名長期接觸MWCNTs（接觸時間不低于2年）的反應工種工人作為接觸組，選擇該企業不接觸職業病危害因素的40名行政管理人員作為對照組，入選對象均無吸煙習慣。接觸組男性21名，女性19名，平均年齡（32.6±6.5）歲，接觸MWCNTs平均工齡（4.1±3.0）年；對照組男性18名，女性22名，平均年齡（33.1±7.1）歲。兩組年齡和性別構成差異均無統計學意義（t年齡=1.168，χ2性別=0.450，P＞0.05）。

1.2方法

1.2.1主要儀器與試劑采用的主要儀器：酶標儀（美國ThermoScientificMultiskan公司）、血細胞全自動分析儀（美國BeckmanCoulter公司）、紫外可見分光光度計（日本Unico公司）、化學發光免疫分析儀（德國RocheDiagnostics公司）；采用的主要試劑：超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽過氧化酶（glutathioneperoxidase，GSH-Px）、丙二醛（malonicdialdehyde，MDA）、8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxy-2'-deoxyguanosine，8-OHdG）、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10、IL-33、TNF-α及骨橋蛋白（osteopontin，OPN）檢測試劑盒購于南京建成生物工程研究所，人8異前列腺素F2α（8-epi-prostaglandinF2alpha，8-iso-PGF2α）檢測試劑盒購于上海斯信生物科技有限公司，趨化因子C-C-基元配體2（CCL2）檢測試劑盒購于上海語純生物科技有限公司。

1.2.2檢測方法（1）工作場所MWCNTs接觸水平檢測：工作場所MWCNTs接觸的定點空氣采樣和個體接觸采樣的具體采樣步驟和分析方法按照NIOSHMethod5040[8]進行。（2）生物樣本采集和處理：采集所有研究對象肘靜脈血5mL至EDTA-2K抗凝血管，5mL至促凝血管。采血后4h之內分別分離出血細胞和血清，0.5mL分裝并編號后，置-80℃超低溫冰箱內保存備用。（3）檢測指標與方法：血清SOD、CAT、GSH-Px、MDA采用比色法測定，血清IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10、IL-33、TNF-α、CCL2采用化學發光法檢測，血清8-OHdG、8-iso-PGF2α、OPN采用ELISA測定，白細胞及其分類計數采用血細胞全自動分析儀檢測。1.2.3統計學分析采用SPSS19.0軟件進行統計學分析。計量資料采用均數±標準差（x±s）表示，兩組間差異比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以率表示，組間比較采用χ2檢驗，理論頻數不符合χ2檢驗要求的采用Fisher確切概率法進行檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.1工作場所碳納米管暴露水平檢測及防護情況

該公司生產的MWCNTs外直徑約80nm。在企業的反應車間，對10個采樣點的MWCNTs在空氣中的時間加權平均濃度（指質量濃度）進行檢測，測得最小值為33.1μg/m3，最大值56.2μg/m3，均值（41.5±18.7）μg/m3；對10名隨機選取的工人的個體接觸濃度（時間加權平均濃度）進行采樣檢測，最小值29.6μg/m3，最大值51.8μg/m3，均值（34.4±17.7）μg/m3。工作場所及個體接觸的MWCNTs濃度均明顯高于美國國家職業安全衛生研究所（NIOSH）根據動物實驗結果推薦的容許接觸限值（7μg/m3）。作業場所防護通風排毒設施運行正常，所有工人都按要求穿戴防護用品（防護口罩、乳膠手套、防護服）。該公司配發的防護口罩符合美國材料與試驗協會（ASTM）的LevelⅢ標準的要求：對小至100nm顆粒物的過濾效率應達到98%以上。工人平均每天工作8h，每月工作26d。

2.2氧化損傷水平檢測結果

接觸組的3個抗氧化指標超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）水平均低于對照組，其中CAT和GSH-Px與對照組的差異有統計學意義（P＜0.05）。接觸組的3個氧化損傷指標丙二醛（MDA）、8-羥基脫氧鳥苷（8-OHdG）、8-異前列腺素F2α（8-iso-PGF2α）水平均高于對照組，其中8-OHdG和8-iso-PGF2α與對照組的差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

2.3炎癥反應水平檢測結果

2.3.1血清炎癥反應細胞因子檢測結果除CCL2外，接觸組7個血清炎癥反應細胞因子濃度均高于對照組，其中白細胞介素（IL-6、IL-8、IL-33）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、骨橋蛋白（OPN）濃度與對照組的差異有統計學意義（P<0.01或0.05）。見表2。

2.3.2白細胞及其分類計數除嗜堿性粒細胞（BASO）計數外，接觸組白細胞（WBC）總數及其他4種分類白細胞，即淋巴細胞（LYM）、單核細胞（MONO）、中性粒細胞（NEU）、嗜酸性粒細胞（EO）計數均高于對照組，其中EO計數與對照組的差異有統計學意義（P<0.01）。見表3。

3討論

作為一種應用越來越廣泛的新型材料，碳納米管的接觸人群必將不斷擴大。MWCNTs主要經呼吸道進入體內。動物實驗發現，MWCNTs進入體內后主要分布于肺臟，其次是腎臟，在肝臟和脾臟內也有少量分布并有蓄積。MWCNTs在體內不易降解，主要通過肝腎代謝排出體外[9]。有研究表明，碳納米管主要對肺部造成損傷，如肺部炎癥、肉芽腫、纖維化等[3]，并增加支氣管纖維化，加重哮喘相關病癥，如氣道高反應性、氣道重塑現象以及肺部炎癥加重[10]。體外實驗發現MWCNTs染毒可致肺巨噬細胞的細胞核變性、核基質減少，染色質濃縮，出現月牙樣邊界，胞質中出現空泡，這些均為細胞凋亡的表現[3]。近年也有碳納米管對心血管系統損傷的報道，如主動脈內皮細胞線粒體DNA發生劑量-反應性氧化損傷、血管內血栓形成等[11-12]。然而，這些研究絕大多數在體外細胞模型或動物模型中開展，缺乏人群健康損害的證據。作者曾針對本文涉及的相同研究對象的職業健康檢查表明，接觸組哮喘發病率（20%）明顯高于對照組（2.50%）；接觸組咳嗽發生率（22.50%）、咳痰發病率（25.00%）、喘息發病率（20.00%）均高于對照組（分別為5.00%、5.00%、2.50%）；肺功能檢查結果顯示接觸組用力肺活量為（3.38±0.85）L，第1秒用力呼氣量為（3.13±0.67）L，均低于對照組[分別為（3.76±0.85）L、（3.49±0.85）L]；以上差異均有統計學意義（P<0.05）。具體參見文獻[13]。SOD、CAT、GSH-Px均屬于機體重要的抗氧化酶，可有效防止活性氧的損傷效應。MDA是膜脂過氧化最重要的產物之一，可間接反映氧化損傷程度[14]。8-OHdG是活性自由基攻擊DNA分子，使鳥嘌呤堿基第8位碳原子羥基化而形成的一種產物，該產物水平增高反映氧化應激對DNA的損傷[15]。8-iso-PGF2α是自由基損害脂質細胞膜多不飽和脂肪酸等脂類后的特異性產物。

它能夠選擇性地收縮腎臟、冠狀動脈、視網膜和肺臟等臟器的血管，并且可放大炎癥細胞及炎癥介質的作用[16]。本研究結果顯示，MWCNTs可誘發機體脂質過氧化反應，可能引起機體過度氧化應激，甚至對細胞脂膜DNA造成損傷。多種細胞因子均可影響炎癥進程，IL-6、IL-8、TNF-α的水平升高可有效刺激炎癥發生，哮喘患者尤為明顯[17]；體外實驗表明IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-8等細胞因子均參與碳納米管引起的炎癥反應[4]。IL-33及其受體ST2可通過調解免疫應答，介導炎癥反應的發生，哮喘病人的血清IL-33表達升高[18]。有研究認為MWCNTs能誘導肺上皮細胞分泌IL-33，后者通過與肥大細胞表面ST2受體結合而導致肺部炎癥、肉芽腫、纖維化[19]。嗜酸性粒細胞是白細胞的一種，在變態反應性疾病如支氣管哮喘、蕁麻疹中，患者嗜酸性粒細胞計數明顯增高。OPN對嗜酸性粒細胞功能具有趨化和調節作用，誘導嗜酸性粒細胞向氣道遷移，促進氣道變態反應性炎癥的發生，參與哮喘發病[20]。本研究結果表明，接觸MWCNTs可提高工人體內某些炎癥相關細胞因子的水平，造成氣道高反應性，引發以嗜酸性粒細胞增多及浸潤為主的慢性氣道炎癥，加重哮喘癥狀，并出現肺免疫毒性損傷，從而引起工人肺功能降低。體外實驗和動物實驗研究結果表明，MWCNTs通過胞吞和擴散等方式進入細胞，刺激細胞釋放炎癥介質（TNF-α、IL-6、IL-8、IL-33等），在細胞內提升活性氧（ROS）水平，降低抗氧化劑含量，導致8-OHdG等氧化產物水平升高，對多種細胞系造成氧化損傷和細胞毒效應，引發呼吸道炎癥和纖維化[21]。本文研究結果與之一致。值得注意的是，MWCNTs介導的氧化損傷對炎癥反應可能起到協同效應，這種協同效應的產生可能與碳納米管通過直接和間接途徑形成的ROS促進NLRP3炎性小體的激活有關[22]。值得注意的是，雖然本次調查對象所處的作業場所通風排毒設施運行正常，所有工人都按要求穿戴防護用品（防護口罩、乳膠手套、防護服），但工人仍受到健康損害。

分析其原因可能有：（1）美國職業安全與衛生管理局規定合成石墨的時間加權平均容許濃度為5mg/m3，石英為0.1mg/m3，美國國家職業安全衛生研究所根據動物實驗結果推薦的碳納米管職業接觸限值為7μg/m3，說明碳納米管的毒性遠高于合成石墨、石英。多數碳納米管生產企業可能對MWCNTs的健康損害了解不夠，將MWCNTs歸類為合成石墨，僅采用5mg/m3作為接觸限值，這在一定程度上反映了對該物質的健康危害缺乏重視。（2）雖然該公司配發的防護口罩是市面上的頂級產品，對小至100nm的顆粒物的過濾效率達99.8%，但該公司生產的MWCNTs外直徑約80nm，被人體吸入機會肯定高于0.2%，故工人長期低劑量吸入MWCNTs引起的健康損害不容忽視。目前，國內外已有納米粉塵防護口罩的發明專利，這類口罩能更有效地阻止納米粉塵的吸入。綜上所述，高濃度的MWCNTs職業接觸可導致工人體內ROS水平增高，引發機體氧化損傷甚至是細胞脂膜DNA損傷，并可導致IL-6、IL-8、IL-33、TNF-α、OPN等炎癥反應細胞因子和嗜酸性粒細胞水平升高，加重呼吸道炎癥反應和哮喘癥狀，對肺功能造成損害。接觸MWCNTs的勞動者應注意加強個人防護，以降低相關健康損害的發生風險。同時，高濃度MWCNTs職業接觸背后更細微、更具體的機制（例如通過哪種途徑介導的ROS水平升高）仍有待進一步研究。

作者：周金鵬 張方方 黃紅英 馮文艇 單位：深圳市職業病防治院