シンガポールにおけるヘイズ時と非ヘイズ時の粒子状物質の個人レベルの暴露と危険性

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Chemosphere.2020 Mar;243:125401. S0045-6535(19)32641-4. doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.125401.Epub 2019-11-18.

シンガポールにおけるヘイズ時と非ヘイズ時の粒子状物質の個人レベルの暴露と危険性

Personal level exposure and hazard potential of particulate matter during haze and non-haze periods in Singapore.

Saji George
Mei Ling Chua
Dyan Zhang ZheWei
Reshmi Das
Veonice Au Bijin
John E Connolly
Khai Pin Lee
Chee Fu Yung
Oon Hoe Teoh
Biju Thomas

PMID: 31995870 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.125401.

抄録

東南アジアでは、バイオマス燃焼に起因する深刻なヘイズが一般的である。しかし、ヘイズ時と非ヘイズ時の大気中に存在する粒子状物質（PM）の個人的な暴露と特性に関するデータは少ない。本研究の目的は、シンガポールの学童のPMへの24時間歩行暴露をモニターし、気管支上皮細胞培養モデル（BEAS-2B）を用いて、ヘイズ時と非ヘイズ時のPMの物理化学的特性、細胞毒性、炎症性の特徴を明らかにすることであった。46人の子供たちは、携帯型エーテルメーターを用いてPM曝露量をモニターし、1時間ごとの活動量を記録した。典型的な学校の一日における平均（±SE）PM曝露量は3343（±174.4）ng/m/minであった。霞がかかっている時間帯や通学時には、より高いPM曝露が観察された。収集したPMの特性評価では、ヘイズPMに含まれる超微粒子(UFP)の割合が大幅に増加していることが示された。これらのPM画分は、ヘイズが発生していない期間に採取されたものと比較して、硫黄、カリウム、微量金属のレベルが高いことを示した。また、ヘイズ時と非ヘイズ時の両方のPMにおいて、生物学的活性酸素種の発生、NF-κBの活性化、細胞毒性の用量依存的な増加が観察された。一般的に、ヘイズPMは非ヘイズPMと比較して、BEAS-2B細胞においてIL-6, IL-8, TNFαの放出を有意に高く誘導した。以上のことから、ヘイズ期間中のPM曝露量の増加は、気道上皮細胞から酸化ストレスや炎症性サイトカインの放出を誘発する可能性があることが実験的に証明された。

Severe haze episodes originating from biomass burning are common in Southeast Asia. However, there is a paucity of data on the personal exposure and characteristics of Particulate Matter (PM) present in ambient air during haze and non-haze periods. Aims of this study were to monitor 24 h ambulatory exposure to PM among school children in Singapore; characterize haze and non-haze PM for their physicochemical properties, cytotoxicity and inflammatory potential, using bronchial epithelial cell culture model (BEAS-2B). Forty-six children had ambulatory PM exposure monitored using portable Aethalometer and their hourly activity recorded. The mean (±SE) PM exposure on a typical school day was 3343 (±174.4) ng/m/min. Higher PM exposure was observed during haze periods and during commuting to and from the school. Characterization of PM collected showed a drastic increase in the proportion of ultrafine particle (UFP) in haze PM. These PM fraction showed higher level of sulphur, potassium and trace metals in comparison to those collected during non-haze periods. Dose dependent increases in abiotic reactive oxygen species generation, activation of NF-κB and cytotoxicity were observed for both haze and non-haze PM. Generally, haze PM induced significantly higher release of IL-6, IL-8 and TNFα by BEAS-2B cells in comparison to non-haze PM. In summary, this study provides experimental evidence for higher PM exposure during haze period which has the potential to elicit oxidative stress and pro-inflammatory cytokine release from airway epithelial cells.