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2018
02-06

大气颗粒物与肺相互作用的化学显示


空气颗粒究竟是如何伤害我们的肺仍然困惑流行病学家,医生,环境科学家和政策制定者。现在加利福尼亚理工学院的研究人员发现,他们的行为是通过削弱肺部对臭氧的天然防御。

“基于流行病学和临床证据,对于病因是颗粒大小还是某些未指定的化学成分的争论,我一直困惑不解。我一直认为,一些遗漏的化学反应可能与粒子效应有关,“加州理工学院环境科学与工程高级研究员,研究的作者A. J. Colussi说。

研究人员利用化学方面的突破,专注于当空气遇到覆盖我们的肺部的富含抗氧化剂液体的薄层时,会发生什么情况,保护他们免受臭氧的污染,这种污染物弥漫在主要城市。 Colussi说:“我们在使用连续监测这些界面组成的技术从液体中分离气体的界面上发现了新的化学物质。

加州理工大学的诺贝尔奖得主John Fenn为了适应质谱创新,加州理工学院研究人员研究了维生素C水溶液(也称为维生素C)是否存在于肺部流体层中,是如何与臭氧气体发生反应的。

在正常生理条件下,抗坏血酸立即清除臭氧,产生无害的副产物。然而,研究人员发现,当液体是酸性的时,哮喘病人发现的一种病理状态 - 抗坏血酸反而与臭氧发生反应,形成可能有害的化合物 - 臭氧化物。

Colussi评论道:“我立刻想到臭氧化物是否会损伤活体组织。事实上,他发现文献报道,臭氧化物是2500年前用于中医治疗疟疾的植物提取物的活性成分。合成臭氧化物替代物目前用于疟疾寄生虫:当寄生虫破坏红细胞时,释放的还原铁将臭氧化物转化为细胞毒性的自由基。自由基损伤的附近细胞包括寄生虫。

加州理工学院的研究人员推断,吸入空气中的微粒是臭氧生产的重要辅助因素。颗粒越细,酸性就越强,所以当颗粒被吸入时,会降低肺部的pH值。大多数微粒也携带铁。那么,在肺部,抗坏血酸,臭氧,低pH和铁的特别有害的组合应引发急性炎症反应。

为了研究产生臭氧的条件,团队进行了抗坏血酸溶液喷雾的实验,将液体转化为细小液滴。当这种雾气通过臭氧气体流时,液体和气体界面处的反应产生最终从液滴中喷出的产物,然后通过质谱仪进行鉴定。

芬兰人已经说明了为什么用这种技术检测到的离子完全来自液滴的界面层,Colussi说。对于加州理工学院的团队来说,这种方法提供了一种方法,可以发现在酸性条件下,当pH值低于5时(pH值7为中性),臭氧化物的产率明显增加,臭氧化物产生于气液界面,但不是散装解。

“在美国和欧洲几个城市,流行病学家一直发现在大气臭氧和颗粒物含量高的情况下急诊室入院率和心肺死亡率显着增加,他们不知道为什么。现在我们有一个合理的假设,即臭氧和颗粒如何协同增强其有害影响,“Colussi说。事实上,国家科学院最近证实了臭氧和早死之间的联系。

Colussi说:“这是一个化学突破,从肺生理学到环境政策都有广泛的影响。他打算继续体内研究。

Colussi指出:“除了胃之外,我们的组织都设计成在pH值约为7时起作用。例如,哮喘患者通过缓解呼吸困难 吸入雾化碳酸氢盐溶液在pH值8抵消低肺部pH值就像Tums为烧心。

这项研究本周出现在美国国家科学院院刊的早期在线版上。其他作者是环境科学与工程博士后Shinichi Enami,加州理工学院环境科学Irvine教授Michael Hoffmann和研究生院院长。

联系人:Elisabeth Nadin(626)395-3631 [email protected]

http://mr.caltech.edu/media/Press_Releases/PR13142.html