孩子们在哪里玩?

当孩子们玩耍、走路上学、坐在教室里时，他们的大脑发育受到了看不见的空气污染威胁的干扰。在西班牙城市巴塞罗那进行的一项具有里程碑意义的研究中，研究人员对几十所学校的3000名学生进行了调查，结果表明，这些人生活在城市地区。在交通污染较多的学校，儿童的认知发展较慢。

首席调查员是乔迪纽约州立大学他在巴塞罗那全球健康研究所从事空气污染研究已有数十年。他将这个项目的发现描述为他职业生涯中最有力的发现。他说:“研究结果令人震惊，让我确信细颗粒物是一个非常严重的问题。”越来越多的证据表明，空气污染不仅会影响人们的心脏和肺部，还会影响他们的大脑——尤其是儿童。

结果令人震惊，并使我确信细颗粒是一个非常严重的问题

最微小的颗粒，直径小于2.5微米，是最值得怀疑的。柴油废气是这些细颗粒物(小于或等于2.5微米，称为PM)的一个特别重要的来源_2.5)和超细颗粒(小于100nm，称为超细颗粒)。这个问题比你想象的更为普遍:世界上超过80%的人口生活在空气污染水平高于世界卫生组织指导标准的城市地区。伦敦是受影响最严重的城市之一，目前在全球3226个人口超过10万的城市中，伦敦的空气污染排名第2516位。

阿尔茨海默氏症链接

2015年报道的巴塞罗那调查的灵感来自于首先在墨西哥城进行的调查莉莉安卡尔德隆·加西杜埃尼亚斯他现在在美国蒙大拿大学工作。在20世纪90年代初，她对新来的流鼻血的人很感兴趣。她的发现与污染有关。随后，她将来自污染严重地区的老年狗的大脑与来自清洁城市的老年狗的大脑进行了比较。尸体解剖发现，在污染严重的街道上，宠物狗身上有炎症和蛋白质团块，这是阿尔茨海默病的标志。

在后续研究中，她从尸检组织和磁共振成像(MRI)研究中发现了儿童大脑的结构和代谢变化。她在11个月大的婴儿中记录了类似阿尔茨海默病的病理，包括淀粉样斑块的积累。Calderón-Garcidueñas警告说:“阿尔茨海默病的特征在墨西哥城的婴儿、儿童和年轻人中不断演变。”“我们公布了203例患者的尸检数据，除了一名受试者外，所有人都有阿尔茨海默病的变化。作为空气污染研究的先驱，她说，在污染严重的城市里，没有人能逃脱脑损伤，但幼儿受到的影响最大。

它们的体型和呼吸频率意味着它们每公斤体重受到的污染物剂量高于成年人。此外，暴露于空气污染的儿童的血脑屏障、鼻、肠和肺内膜等天然屏障也可能受到损害。¹这使得他们的大脑更容易受到微小颗粒的影响，这些颗粒通过肺部和鼻子进入。Sunyer在最近的一篇综述中指出，城市空气污染增加了出现注意力缺陷多动障碍(ADHD)、自闭症、学业失败和阿尔茨海默氏症发病等问题的风险。²

在巴塞罗那，7到9岁的小学生受到的影响比在墨西哥更为微妙，核磁共振成像没有观察到他们大脑的结构变化。每个孩子都通过电脑测试进行了反复评估:来自污染严重学校的孩子认知能力发展较慢，在工作记忆和持续注意力方面得分较低。^3.Sunyer认为，更严重的损害可能发生在生命早期，从胎儿开始。

哪些污染物造成的危害最大以及它们如何影响大脑是两个主要的研究问题。颗粒物质有不同的大小，但PM_2.5是非常有趣的，因为它的体积小，表面积大，在空气中停留时间长，这使得它更有可能吸附有害污染物，如金属或碳氢化合物。Calderón-Garcidueñas说，这些细颗粒和超细颗粒最有可能对大脑造成损害。重要的是，超细颗粒构成了典型混合物的大部分粒子总数和可用表面积。

这些颗粒可能会引发全身的炎症反应，甚至不会到达大脑。在这种情况下，细胞因子等蛋白质信号会穿过血脑屏障，告诉免疫细胞增加炎症，间接伤害大脑。然而，直接伤害已经得到了认可。“文献更强烈地暗示粒子到达大脑，”他说伊恩Mudway他是英国伦敦国王学院的环境健康科学家。

尽管人们对刹车和轮胎磨损颗粒的毒性知之甚少，但内燃机排放出的颗粒(通常是被金属或碳氢化合物包围的碳核)最令人担忧。认知神经心理学家说:“比头发的一部分还小的超细颗粒确实会到达大脑，我们在染色的大脑病理组织中看到了沉积物。阿米地奥•D 'Angiulli他最近审查了空气污染导致神经炎症的证据。⁴

大脑上的金属

2016年，在人脑组织中发现了磁铁矿纳米颗粒，与燃烧或摩擦加热形成的纳米球相匹配。⁵一年后，Calderón-Garcidueñas在许多脑细胞中发现了燃烧产生的富含铁的纳米颗粒，这些纳米颗粒与细胞内重要结构以及神经元的长度和分支顶端的损伤有关。她的论文称纳米颗粒是阿尔茨海默病发展的罪魁祸首。⁶她还发现，墨西哥城的儿童和年轻人表现出早期帕金森病的特征。

站在繁忙的路边，你可能会接触到10个⁸一立方米空气中的磁铁矿纳米颗粒

“所有细颗粒物和超细颗粒物都有导致细胞损伤的机械途径，”Calderón-Garcidueñas解释说，比如对细胞内能量发生器线粒体的损伤。“但有些颗粒更有可能造成破坏，包括与燃烧有关的富含铁的纳米颗粒。目前专家们普遍认为，富含金属的颗粒会干扰大脑发育，这与之前认为阿尔茨海默氏症和帕金森病与金属化学有关的观点相吻合。

“磁性粒子从排气装置中被抽出来。燃料中会有杂质，发动机碎片会熔化，二茂铁等富含铁的添加剂也会混入其中芭芭拉·马赫他领导的团队在脑组织中发现了磁铁矿污染颗粒。但她补充说，路边可能有四分之一的颗粒物来自车辆刹车。“站在繁忙的路边，你可能会接触到10个⁸马赫说:“一立方米空气中有磁性纳米颗粒，这非常可怕，问题是这些颗粒可以通过嗅觉神经直接进入大脑。”

一个脑细胞可能包含5到10个纳米颗粒，这些纳米颗粒几乎可以到达身体的每个器官。Maher说，当铁(II)和(III)与生物系统相互作用时，其氧化还原活性的潜力可能在与空气污染有关的脑病中发挥重要作用。

在老鼠和人身上

对金属的关注不仅来自人类和宠物的死后组织。对啮齿动物的实验室研究增加了人们的担忧。毒理学家黛博拉Cory-Slechta她在美国罗切斯特大学(University of Rochester)的研究小组将环境空气中的超细颗粒送入实验室小鼠的呼吸室。对怀孕老鼠的污染水平被调到洛杉矶高速公路附近的典型浓度。然后，她研究了幼鼠正在发育的大脑。

科里-斯雷切塔说:“我们从暴露室中取出滤镜，并对其进行了分析。”“我们发现了大量的硫和铁。“在子宫内暴露于这种污染的老鼠的大脑表现出各种各样的病理。⁷值得注意的是，科里-斯雷切塔发现，连接大脑两个半球的主要通道(胼胝体)的大小严重增加，但髓磷脂却很少，髓磷脂是神经周围的绝缘层，可以使电信号快速有效地传播。还有过量的谷氨酸，一种兴奋性神经递质。

大脑中过量的硫会破坏抗氧化剂

当她在老鼠的大脑中寻找微量金属时，她发现了出乎意料的高含量。⁸科里-斯雷切塔说:“在怀孕期间，动物过早地摄入了过多的铁，大脑的反应是产生髓磷脂，增加了胼胝体的大小。”“我对这些大脑中的金属摄入量感到非常惊讶。过量让她更多地思考大脑功能障碍的可能机制。她指出，驱动髓磷脂包裹神经的是铁元素——铁元素过多导致髓磷脂过多，而铁元素过少则导致髓磷脂缺乏。铁含量的增加也会促进铁下垂，这是一种依赖铁的程序性细胞死亡。这可以产生活性氧(ROS)，以及破坏脂质。

同时，科里-斯雷切塔说，过量的硫会阻碍一种主要抗氧化剂——谷胱甘肽的作用。“我的猜测是，过量的游离铁会增加活性氧，并吞噬包括髓磷脂在内的脂质膜。”然后，通常起到刹车作用的抗氧化剂谷胱甘肽就会被大脑中过量的硫弄脏。她的计划是在啮齿动物模型中验证这一假设。她最近报告说，碳颗粒本身不会对实验室老鼠产生如此强烈的影响——颗粒周围的污染物似乎对异常发育至关重要。⁹

自闭症的担心

科里-斯雷切塔说，她在小鼠大脑中看到的许多缺陷与自闭症儿童的不规则性有相似之处。例如，早期白质过多，大脑成熟后白质减少，谷氨酸神经递质过多，然后脑室增大。她补充说，她在老鼠身上观察到的一些社交缺陷，如缺乏灵活性和冲动，也与自闭症表型重叠。然而，她强调，空气污染不会引发自闭症，但它会损害正常的大脑发育。这增加了患自闭症的风险，尤其是男性。似乎还有遗传因素，有些人可能比其他人更容易受到影响。

2015年美国的一项流行病学研究得出结论，更多地接触PM_2.5在怀孕期间，尤其是在最后三个月，放弃了孩子患自闭症的更大几率。¹⁰包括加州、丹麦和加拿大在内的一些人口层面的研究都支持这种联系。我们应该关注交通尾气中产生的颗粒物和挥发性有机化合物，他说Beate丽兹他是美国加州大学洛杉矶分校的流行病学家。她报告说全国性的研究这将自闭症的风险增加了10%归因于产前暴露于交通污染的空气中。

最近，研究已经开始仔细检查产前生活，以确定母亲的暴露在多大程度上可以预测孩子的不良认知轨迹。消息并不好。穆德韦说:“越来越多的研究表明，其中一些(对大脑的负面影响)发生在子宫里。”暴露在空气污染中与早产和低出生率有关。Calderón-Garcidueñas网站说:“儿童的危险很大，因为他们的大脑还在发育，损伤在子宫里就开始了。”

在巴塞罗那，Sunyer已经开始研究怀孕8到10周的女性。参与者携带颗粒物监测设备，并进行胎儿神经超声检查，以跟踪发育中的大脑。当婴儿出生时，进行新生儿核磁共振成像，并对儿童进行监测，直到他们18个月大。“我怀疑生命早期是一个易受影响的窗口期，这段时间的损害可能更严重，并持续一生，”桑耶说。他还与兰开斯特大学的Maher合作，对胎盘组织进行活检。

监管措施

了解颗粒上的哪些金属或化学物质造成的损害最大，对监管行动至关重要。“每个人都想知道空气污染的罪魁祸首是什么，”科里-斯雷切塔说，他的研究重点是包裹着金属的超细颗粒。“如果事实证明空气中含铁过多是一个真正的问题，那就应该加以管制。”

超细颗粒很少被追踪，也没有国家对其设定法律限制

在她职业生涯的早期，她专注于铅污染及其在儿童健康中的作用。与一位同事的工作让她开始关注空气污染问题，她对这个问题相当不满。她回忆说，我当时想，空气污染不会在这里发生太多事情。在完成这些研究后，她现在将空气污染描述为儿童的“第二铅”，这意味着它是一种对他们的大脑发育构成严重风险的环境污染物。

各国监管PM_2.5，但这是一个规模指定，有时只有一小部分来自流量。有自然来源，包括海浪。而不是减少PM_2.5Mudway建议，最好考虑其来源，并减少人口密集城市地区车辆的排放。“从政策的角度来看，如果我们能在PM的环境中确定哪些组件_2.5他说，如果交通是因果关系，那么我们就可以采取更有效的措施。

如何调节空气微粒污染是有争议的。这是一个悬而未决的问题是否控制PM_2.5还能处理超细污染物。科里-斯雷切塔认为，调节PM_2.5无法处理超细颗粒，她怀疑这是罪魁祸首。目前，超细颗粒很少被追踪，也没有国家对其设定法律限制。这些措施不会直截了当。超细颗粒物在城市中的分布往往是零星的，热点地区相对靠近较清洁的地区。

实际的保护

与此同时，专家表示，采取具体行动保护儿童是合理的。“学校不应该建在繁忙的道路旁，”桑耶说，因为那里的超细颗粒物含量要高得多。距离很重要:PM_2.5距离繁忙的道路50米的水平降低了一半，200米的水平降低了10倍。

减少交通污染的一个有保证的方法是减少不必要的汽车旅行

Sunyer的组织最近列出了政府和学校当局可以采取的行动，以改善学校周围的空气质量。¹¹应降低道路交通密度，避免拥堵。孩子们花时间最多的教室不应该面对最繁忙的道路，通风的进气口应该放置在离道路交通最远的地方。扩大学校周围的绿地可以减少有害污染物的暴露;例如，报告显示，树木可以形成屏障，将污染水平降低高达60%。孕妇也应该采取措施尽量减少接触空气污染，比如避免走最繁忙的街道。

但这不仅仅取决于空气污染的潜在受害者。Mudway说:“减少交通污染的一个保证方法是减少不必要的汽车旅行。”他指出，在农村社区，污染最严重的地方可能是学校的接送点。他认为，托儿所不应该被许可在繁忙的道路旁经营。另外，如果地价较低，不应该在这些地区新建住宅，这是一种诱惑。

此外，父母开车送孩子上学并没有保护他们免受有毒交通烟雾的伤害。穆德韦解释说，司机处于零起点，超细颗粒浓度最高的地方是道路中间排气产生的烟雾。“你在排气管后面开车。他警告说，除非你的汽车安装了极好的空气过滤器(而很少有这样的)，否则你呼吸的污染比路上行走的人还要多。

上学的孩子应尽可能避开主要道路。在巴塞罗那，一个孩子可能花2%的时间在通勤上学上，但在这段时间里，他接触到的空气污染是他们每天接触到的空气污染的20%。“重要的是孩子们离排气管只有几米远，”桑耶说。

他警告说，鉴于正在出现的证据，这是一个看不见的问题，不容易看到或尝到，但政治家和政策制定者需要采取行动。

安东尼·金是一位居住在爱尔兰都柏林的科学作家