科学网—空气污染能导致骨质疏松《科学》
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2024-7-26 17:12
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甘尼瓦迪，印度 ——十年前首次经历膝盖疼痛以来，拉贾什里·卡塔维已经数不清她服用了多少种止痛药。“几天之内，我就无法正常行走，还经常跌倒，”这位51岁的村民回忆说，她住在印度西部克里希纳河边的这个村庄。为了缓解疼痛，卡塔维咨询了信仰治疗师，并用油按摩她的膝盖。最终，一位医生诊断出她患有骨质疏松症，这是一种骨密度和质量减少的疾病，使得骨骼变脆并容易骨折。
研究人员将骨质疏松症称为一种 “无声”的疾病，因为它往往在一个人遭受严重伤害之前不会被识别出来。但它是普遍存在的：全球估计有三分之一的女性和五分之一的50岁以上男性会经历与骨质疏松症相关的骨折。在印度，可靠的统计数据很少，但据信有超过6100万人患有这种病状。
研究表明，许多因素都会导致骨质疏松症，包括荷尔蒙变化、缺乏运动以及饮酒和吸烟烟草。所有这些因素在印度都有其作用，但可能还有另一个因素：暴露于空气污染中。多项国家的流行病学研究表明，在空气污浊、污染严重的地区，骨质疏松症的发病率更高 ——印度的城市和村庄因此而臭名昭著。研究人员仍在试图理解雾霾与脆弱骨头之间可能存在的生物学机制。但是，“人们越来越认识到……空气污染是骨骼健康的一个风险因素，”巴塞罗那全球健康研究所（ISGlobal）的环境流行病学家卡特琳·托内说。
在印度旁遮普，一位农民正在焚烧稻茬。这样的火是该国空气污染的主要来源之一。
法国病理学家让 ·洛布斯坦在19世纪30年代首次使用了骨质疏松症这一术语——这是希腊语中“骨头”和“洞”两个词的结合。在接下来的几十年里，科学家们揭示了骨质疏松症中骨质沉积与吸收之间平衡失调的机制，并识别了多个风险因素。但直到2007年，一项在挪威进行的研究才将注意力引向空气污染可能的联系。该研究发表在《国际骨质疏松症》杂志上，发现模拟暴露于空气污染与590名年龄在75或76岁的男性骨密度降低之间存在弱但统计学上显著的相关性。三年后，同一组研究人员发现了空气污染暴露与吸烟男性自报的前臂骨折发生率增加之间的关联。
从那以后，其他国家的研究人员也加入了这个领域。在美国，西奈山伊坎医学院的环境与分子流行病学家迪迪埃 ·普拉达领导的团队一直在探索美国政府和研究人员汇编的大型数据集。2017年发表在《柳叶刀行星健康》杂志上的一项研究检查了一个包含920万居住在美国东北部、年龄超过65岁的人群以及692名居住在低收入社区的中年男性的队列。在这两组人群中，研究人员发现，接触两种特别危险的空气污染形式——直径小于2.5微米的颗粒物（PM2.5）和被称为黑碳的煤烟——的水平较高与骨折率及其他骨质疏松症标志物的升高有关。去年在《电子临床医学》上，普拉达的团队报告发现，在一组已经经历过更年期的160,000多名美国女性中，骨质疏松症的标志物与另一种主要的空气污染物——氮氧化物的暴露之间存在关联。
在英国，对超过 446,000名英国生物银行参与者的分析发表在《骨与矿物研究杂志》上，发现那些生活在污染更严重地区的人骨折的风险增加了15%。ISGlobal的流行病学家奥塔维奥·兰赞尼在对南印度海得拉巴附近28个村庄3717人收集的健康数据中发现了类似的模式。兰赞尼说，他的团队启动这项研究的部分原因是因为研究表明“烟草烟雾中的一些有害成分与环境空气污染有相似之处。”研究人员发现，生活在污染更严重的村庄的人们更有可能拥有较低的骨矿物质含量和密度，他们在2020年发表于《美国医学会网络开放》杂志上的报告中这样写道。
中国研究人员也发现了类似的联系。 2020年发表在《环境研究》杂志上的一项研究显示。研究人员使用卫星、天气和土地利用数据来估计大约8000名农村地区居民所经历的污染水平。他们发现，即使是PM2.5和其他污染物的相对小幅增加似乎也增加了骨质疏松症的发生率。 该研究的 “庞大样本量”和“稳健的统计模型”使其结果具有说服力，莫纳什大学的环境健康科学家、该研究的作者之一郭玉明说。普拉达同意污染与骨质疏松症之间的统计相关性很强。但他和其他研究人员指出，实际上证明因果关系是困难的，因为很难准确记录一个人吸入了多少污染——以及雾霾中的具体化学物质。普拉达说：“个人暴露评估在逻辑上真的很复杂且相当昂贵。”筛选出混杂变量也可能是困难的；生活在高度污染地区的人可能有其他导致骨质疏松的风险因素，如营养不良。
几十年来，在烟雾缭绕的灶台上烹饪可能对杰亚斯里 ·卡塔维（第一张图片）所经历的骨骼损伤有所贡献。而梅森·阿肖克·博萨莱（第二张图片），他的工作使他暴露于空气中的灰尘之中，现在手腕受伤，使得工作变得困难。
尽管存在这种复杂性，研究人员已经开始确定空气污染物可能导致骨骼损伤的一些方式（见上图）。其中一个显而易见：由污染物催化的地面级臭氧可以阻挡阳光，减弱紫外线辐射，而紫外线辐射是身体产生维生素 D的关键，维生素D在骨骼发育中扮演着关键角色。
其他潜在的机制隐藏在细胞深处。在那里，空气污染中发现的化合物可以促使形成不稳定的分子，即自由基，这些自由基可以与 DNA、蛋白质和其他细胞成分结合并造成损害。普拉达的团队在2020年发表在《环境研究》杂志上的文章中指出，污染物还可以促进炎症和其他免疫反应，这可能会干扰用新骨组织替换旧骨组织的细胞过程。
如果空气污染确实导致骨质疏松症，这一发现在印度可能会产生重大影响，印度不断增长的人口 ——现在达到14亿——正在呼吸越来越肮脏的空气。根据芝加哥大学能源政策研究所的数据，从1998年到2021年，印度的平均年度颗粒污染增加了近68%。化石燃料的燃烧部分是罪魁祸首，但农村地区常见的农业残留物燃烧也是原因之一。包括卡塔维在内的许多印度人，使用粪便、柴火或木炭作为燃料的烟雾炉做饭。“25年来，我每天至少在chuli上做饭4小时，”卡塔维说，chuli是一种传统的炉子。
这种污染已经被认为是对心脏和肺部健康的一大威胁，但它与骨质疏松症的可能联系为印度提供了另一个 “实施减少[空气污染]的政策”的理由，兰赞尼说。这个国家还面临着改善骨质疏松症诊断的迫切需求，全印度医学科学研究所风湿病科主任乌玛·库马尔说。她说，由于缺乏标准的骨密度测试设备，特别是用于进行双能X射线吸收测定法（DEXA）扫描的机器，许多病例目前被遗漏了。印度目前每400万人只有大约一台DEXA扫描仪，而且大多位于大城市。（对于许多印度人来说，这些扫描的费用也可能高得令人望而却步。）
在甘尼瓦迪，卡塔维认为及时的诊断本可以帮助她更好地管理日益恶化的骨骼健康。现在，她想知道： “我几乎每天都得依赖止痛药。但这能持续多久呢？”
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