雾霾天为何总觉得呼吸不畅？科学解读颗粒物对人体呼吸系统的影响机制

雾霾天感觉呼吸不畅，是人体呼吸系统对空气中高浓度颗粒物（尤其是PM2.5）的生理反应和防御机制共同作用的结果。其背后的科学机制主要涉及以下几个方面：

粒径是关键：

• 粗颗粒物（PM10）： 主要沉积在鼻腔、咽喉和上呼吸道。它们会被鼻毛、鼻腔黏液和咽喉的纤毛粘附、阻挡和清除（通过擤鼻涕、咳嗽、吞咽排出）。虽然它们也会引起刺激，但相对容易清除。
• 细颗粒物（PM2.5）： 这是雾霾的主要成分和最危险的成分。它们粒径极小，可以穿透鼻腔和咽喉的防御屏障，深入支气管和细支气管，甚至直达肺泡。在细支气管和肺泡区域，纤毛和黏液层相对稀疏或没有，清除效率大大降低。

沉积机制：

• 惯性撞击： 较大的颗粒物（主要是PM10）在气流方向改变时（如在鼻腔弯曲处或支气管分叉处），因惯性撞击到气道壁上。
• 重力沉降： 中等大小的颗粒物在气流缓慢的区域（如小支气管），因重力作用沉降到气道表面。
• 布朗扩散： 非常小的颗粒物（主要是PM1.0以下的超细颗粒）在空气中做无规则运动，通过扩散作用接触到肺泡壁并沉积下来。PM2.5沉积主要发生在小气道和肺泡区，靠重力和扩散。

当颗粒物（尤其是PM2.5）沉积在呼吸道后，会触发一系列防御反应和炎症过程，这是导致呼吸不畅感的主要原因：

刺激感受器激活：

• 颗粒物本身及其携带的化学物质会刺激呼吸道黏膜上的神经末梢（刺激感受器）。
• 这会导致反射性的支气管收缩（气道狭窄），试图减少污染物进入更深部位。气道变窄是感觉呼吸费力、胸闷的直接原因之一。

黏液分泌增加：

• 刺激物会促使气道杯状细胞和黏膜下腺体分泌更多黏液，试图包裹并清除颗粒物。
• 黏液过度分泌会阻塞气道，尤其是在小气道，进一步增加气流阻力，使人感觉有痰、咳嗽、呼吸不畅。

纤毛功能受损：

• 颗粒物本身、其携带的有毒物质（如重金属、多环芳烃）以及后续产生的炎症因子，都可能损伤呼吸道纤毛细胞。
• 纤毛摆动频率和协调性下降，导致黏液清除能力（粘液纤毛清除功能）减弱。这使得沉积的颗粒物和产生的黏液更难以排出，在气道内滞留时间更长，加剧堵塞和刺激。

炎症反应：

• 颗粒物（特别是PM2.5）及其吸附的化学物质（如硫酸盐、硝酸盐、重金属、有机物、微生物等）被气道细胞（如上皮细胞、巨噬细胞）识别为“异物”或“危险信号”。
• 这激活了免疫反应，释放大量炎症因子（如白细胞介素-6、白细胞介素-8、肿瘤坏死因子-α等）和活性氧。
• 炎症因子会：
  • 吸引更多免疫细胞（如中性粒细胞、嗜酸性粒细胞） 浸润到气道组织，释放更多破坏性酶类和活性氧。
  • 进一步损伤气道和肺泡上皮细胞，破坏屏障功能。
  • 加重黏液分泌和支气管收缩。
  • 增加血管通透性，导致组织水肿（肿胀），进一步使气道变窄。
• 活性氧会造成氧化应激，直接损伤细胞膜、蛋白质和DNA。

• 沉积在肺泡区的PM2.5和超细颗粒物会：
  • 物理占据肺泡空间。
  • 诱发肺泡炎症，破坏肺泡壁结构（可能导致肺气肿样改变）。
  • 形成屏障，阻碍氧气和二氧化碳在肺泡和毛细血管之间的扩散。
  • 这些因素综合导致肺部的气体交换效率下降。身体为了获得足够的氧气，需要更努力地呼吸（增加呼吸频率和深度），这也是感觉呼吸不畅、气短的重要原因。

• 健康人群： 也会感到不适，但防御和修复能力较强，症状通常较轻且短暂。
• 敏感人群： 反应更强烈，症状更严重，持续时间更长：
  • 呼吸系统疾病患者（哮喘、慢阻肺、支气管炎）： 气道本身已有炎症和狭窄，颗粒物刺激极易诱发急性发作（喘息、气促、咳嗽加重），导致明显的呼吸不畅甚至危及生命。
  • 心血管疾病患者： 呼吸系统炎症反应可能诱发全身炎症和心血管事件（如心梗、心律失常）。
  • 儿童和老年人： 儿童呼吸系统发育未完善，老年人防御功能衰退，更容易受损。
  • 户外工作者/长时间暴露者： 暴露剂量大，影响更显著。

因此，雾霾天感觉呼吸不畅，是颗粒物（尤其是PM2.5）物理性沉积阻塞、刺激神经感受器引起气道收缩、触发黏液过度分泌和炎症反应导致气道肿胀狭窄、以及最终影响肺部气体交换效率等一系列复杂生理和病理过程共同作用的结果。

• 减少外出： 雾霾严重时尽量减少户外活动，尤其是敏感人群。
• 佩戴有效口罩： 选择符合标准（如N95/KN95）的防护口罩，确保密合。
• 使用空气净化器： 在室内开启合格的空净设备。
• 保持室内清洁： 减少室内污染源，适度通风（选择污染较低时段）。
• 关注健康： 敏感人群应遵医嘱用药，出现不适及时就医。

理解这些机制有助于我们更科学地认识雾霾危害，并采取有效的防护措施。