《International Journal of Environmental Health Research》：Exposure and respiratory tract deposition of particulate matter among teachers using chalkboards in selected public secondary schools in the Johannesburg region
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研究人员使用GilAir 3个体采样泵连接切割点PM4的旋风分离器与25 mm聚氯乙烯膜滤盒，于周一至周五08:00—14:35以1.85 L/min采集12名教师（7女5男）呼吸区PM4共60个样品。采用多路径颗粒物剂量学（MPPD）模型预测低、中、高用力水
研究人员使用GilAir 3个体采样泵连接切割点PM4的旋风分离器与25 mm聚氯乙烯膜滤盒，于周一至周五08:00—14:35以1.85 L/min采集12名教师（7女5男）呼吸区PM4共60个样品。采用多路径颗粒物剂量学（MPPD）模型预测低、中、高用力水平下鼻呼吸与口鼻呼吸时教师呼吸道颗粒物沉积。PM4浓度0.019—0.761 mg/m3，均值0.126±0.134 mg/m3。粉笔使用（β=0.468，p<0.001）与采样时长（β=0.305，p<0.001）与PM4浓度正相关。呼吸路径是沉积主要决定因素，沉积量随性别、呼吸区与用力水平变化；男性各路径与用力水平沉积质量均高于女性；肺泡区清除慢于气管支气管区，颗粒滞留延长。即便PM4低于职业接触限值，教师仍面临呼吸系统疾患风险。
研究背景与立项依据：尽管电子教学设备逐步普及，粉笔与黑板在南非等中低收入国家公立中学仍为首要教学工具。粉笔书写与擦拭释放可吸入颗粒物（PM4，空气动力学直径≤4 μm的颗粒物），经吸入进入呼吸道，小粒径颗粒可深达肺泡区并跨气血屏障转运至全身。教师日均授课5—8 h、年授课175—220天，属长期低浓度职业暴露人群。既有研究多在无学生静态教室或用距黑板数米的固定监测替代呼吸区浓度，低估真实暴露；且少有研究结合多路径颗粒物剂量学（MPPD）模型量化不同用力水平与呼吸路径下的呼吸道沉积。为此，研究人员在南非约翰内斯堡中部、南部、东部学区9所公立中学开展现场测量与剂量学模拟，以明确粉笔相关PM4暴露水平及体内沉积特征。
主要技术方法：研究人员于2024年8—10月选取12名自愿参与教师（男5女7），在其真实授课（有学生在场）期间用GilAir 3个体泵连接Higgins-Dewell旋风器（切截点4.0 μm）与25 mm PVC滤膜，以1.85 L/min采集呼吸区PM4共60个班次样品，滤膜实验室温湿度平衡后由微量天平称重算质量浓度；统计上采用Gamma广义线性混合效应模型（GLMM）分析粉笔用量与采样时长对浓度影响。沉积模拟采用MPPD v3.04，输入ICRP低/中/高用力水平参数，假设单分散气溶胶，分别模拟男女鼻呼吸与口鼻呼吸下头区、气管支气管区、肺泡区沉积分数与沉积质量，并以拉丁超立方抽样1000次蒙特卡洛迭代做敏感性分析（Spearman秩相关）。
研究结果
质量浓度：呼吸区PM4算术均值0.126±0.134 mg/m3，个体间差异大（教师1、4峰值达0.761 mg/m3）；Gamma GLMM显示标准化粉笔用量每增1个标准差，期望浓度升59.7%，采样时长每增1个标准差升35.7%；数值类学科（数学、地理、会计）教师因板书量大浓度更高；擦板、除尘器室内拍打、关窗保温均可推高浓度。
沉积分数：鼻呼吸时头区沉积占比最大，用力升高头区沉积增、气管支气管与肺泡降；口鼻呼吸绕开鼻腔过滤，头区沉积降而肺泡沉积显著升，高强度口鼻呼吸肺泡沉积分数较鼻呼吸男增约700%、女增约630.6%。同性比较男总沉积略高于女，但呼吸路径与用力水平影响远大于性别。
沉积质量：口鼻呼吸下下呼吸道沉积质量全程高于鼻呼吸，且随用力水平差距放大；高强度口鼻呼吸时男沉积质量2.080×10?3 μg、女1.717×10?3 μg，较鼻呼吸分别增702%与631%；男各场景绝对沉积质量均高于女，归因于肺容积与潮气量更大。
颗粒清除与滞留：气管支气管区依赖黏液纤毛清除，暴露后1—4天快速下降；肺泡区无纤毛、靠肺泡巨噬细胞清除，300天内单调累积无峰值；口鼻呼吸两区滞留均高于鼻呼吸，高强度更甚；男绝对滞留质量高于女，但按气道表面积归一化后女性局部剂量或可持平甚至更高。
讨论浓缩：研究人员指出，即便PM4均值远低于南非可吸入粉尘8 h TWA限值5 mg/m3，教师职业生涯可达40年、年授课约203天，累积剂量不可忽略；头区高沉积解释教师常见鼻塞、咽炎、头痛主诉，肺泡长滞留关联慢性炎症与氧化应激。呼吸路径（口鼻vs鼻）是决定下呼吸道剂量的关键，用力水平通过呼吸频率主导区域分布，解剖差异为次要。局限性含样本仅12人、9校、泵流量1.85 L/min低于标准导致切截点偏移、未测背景与室外渗透、未做化学表征、MPPD生理参数源自高加索人参考值。
结论翻译：本研究测定了使用黑板教师呼吸区PM4浓度并模拟男女呼吸道沉积。结果显示即便浓度低于职业接触限值，教师仍可能因长期暴露患呼吸系统疾患；呼吸路径是沉积主要决定因子，男性累积沉积更高；肺泡区清除慢于气管支气管区，长期暴露风险上升。后续需多中心纵向研究结合PM理化表征与非洲人群生理参数校验MPPD。
（载于《International Journal of Environmental Health Research》）
