环境及气候变化对人类生殖的影响现状研究

环境及气候变化对人类生殖的影响现状研究

雒金丽，谢广妹通讯作者，王丽，王彦飞，桑元坤， 王丽娜1

甘肃省妇幼保健院（甘肃省中心医院） 生殖医学中心二部，甘肃 兰州 730070

摘要：气候变化问题正在成为深刻影响21世纪人类健康和全球发展的一个重大国际问题。作为人类生存的重要环境组成部分，气候变化会对人类健康包括精神、免疫力和生殖等产生重要影响。随着不孕不育发病率的逐年升高，生殖健康问题已成为医学工作者面临的重要课题。生殖功能受遗传和环境影响，环境中多种因素可以导致不孕不育、流产、早产、胎儿生长受限(FGR)子代先天畸形及性别比例失调等生殖健康问题。目前此方面的研究多集中于流行病学调查和动物实验，在人类生殖细胞上的研究较少，且有些因素是否对生殖功能有影响存在争议。在系统调研国内外研究文献的基础上，综述环境气候变化对人类生殖的影响对于指出后续研究方向，指导人类开展健康生殖，为及时地进行生育力的保护与公共卫生决策提供支持具有重要意义。

关键词：气候变化；人类；生殖；影响

The impact of environmental and meteorological changes on human reproduction

LUO Jin-li 1, XIE Guangmei 1, 2, WANG Li 1,WANG Yan-fei 1, SANG Yuan-kun 1 WANG Lina1

1. Department 2 of Reproductive Medicine Center, Gansu Maternal and Child Health Hospital (Gansu Central Hospital), Lanzhou 730070,China

2. Corresponding author

abstract: Climate change is becoming a major international issue that has a profound impact on human health and global development in the 21st century. As an important environmental component of human survival, climate change will have significant impacts on human health, including mental, immune, and reproductive health. With the increasing incidence rate of infertility, reproductive health has become an important issue for medical workers. Reproductive function is influenced by genetics and the environment, and multiple factors in the environment can lead to reproductive health problems such as infertility, miscarriage, premature birth, congenital malformations in offspring with fetal growth restriction (FGR), and gender imbalance. At present, research in this area mainly focuses on epidemiological investigations and animal experiments, with limited research on human reproductive cells. There is also controversy over whether some factors have an impact on reproductive function. On the basis of systematic research on domestic and foreign research literature, summarizing the impact of environmental climate change on human reproduction is of great significance for pointing out future research directions, guiding human healthy reproduction, and providing support for timely fertility protection and public health decision-making.

Keywords: climate change; Human; Reproduction; influence

1.雒金丽 检验师 主要从事生殖检验方向工作，

2.通讯作者：谢广妹 主任医师 主要从事生殖医学临床工作，

气候变化正在影响地球，导致更极端的温度和天气、海平面上升、更频繁的自然灾害以及包括人和昆虫在内的动植物种群流离失所。这些变化会影响食品和住房安全、媒介传播的疾病以及清洁空气和水的获取，所有这些都会影响人类健康。气候变化可能会引发家庭和个人层面的大量反应，包括人类生育行为和结果的变化[1]。孕妇特别容易受到气候变化造成的健康危害，即早产、小于胎龄儿、妊娠高血压病以及其他不利的生殖健康和分娩结果[2]。因此，本文拟通过梳理相关文献，总结气候变化对人类生殖影响的，以指导后续的研究方向，为及时地进行生育力的保护与公共卫生决策提供支持。

1. 全球变暖和高温对人类生殖影响

气候变化对人类健康最直接的影响之一是温度升高引起的热效应。与全球变暖相关的温度升高是指地球表面温度升高，归因于温室气体（包括二氧化碳和甲烷）在大气中。变暖的环境将对生物体的繁殖能力产生强烈影响。对美国出生率的研究发现，在异常高温后大约9个月，出生率会下降[2-3]。当动物承受超过其生理范围和补偿能力的温度时，就会发生热应激，它通常累及整个身体，但可能局限于特定器官或解剖区域[4]。

1.1 高温对女性生殖健康的影响

孕妇可能会受到热的影响，因为生理变化会改变调节体温的能力。怀孕是一种高血容量状态，足月时血容量增加3升或40-45%[5]。孕妇的正常生理机能会发生一些变化，从而改变对极端高温的耐受性，如全身血管阻力降低和心率加快[5-7]。尽管有证据表明孕妇在炎热天气分娩的几率更大，但很少有人口研究考虑到气温升高会增加死产风险的可能性[8-10]。在一年中大部分时间天气温暖的亚热带地区，与较冷的温度相比，平均温度高于21°C时死产的风险更大，这表明可能存在关联[10]。然而，亚热带气候并不代表温带地区，因为温带地区的季节性天气波动很大，而且妇女不习惯炎热。一些关于死产季节性的研究报告称，在夏季和冬季，当极端温度最大时，死产率更高。

有一项研究评估了温带地区温暖月份孕龄和死因升高的环境温度与死产风险之间的关系[11]。这项研究对1981年至2011年4月至9月期间加拿大魁北克大陆的5047例死产进行了病例交叉研究。利用根据相对湿度调整的最大日温度数据，研究人员通过比较胎儿死亡前的温度和相邻几天的温度，估计了死产的相关性。主要结局死产是根据妊娠年龄（足月、早产）和死亡原因（未确定、母体、胎盘/脐带/膜、出生窒息、先天性异常、其他）的死产。研究结果表明，死亡前一周室外温度升高与足月死产风险的相关性比早产死产更强烈。死亡前一天温度为28°C的足月死产几率是20°C的16.20倍（95%置信区间，CI 1.02-1.33）。室外温度升高与未确定原因和母体原因导致的死产有关，但与其他原因无关。与20 °C相比，28°C时未确定原因的死产几率是1.19倍(95% CI 1.02-1.40)，产妇并发症的几率是1.46倍（95% CI 1.03-2.07）。该研究说明室外温度升高可能是足月死产的危险因素，包括由于不明原因或母体并发症引起的死产。此外，还有几项研究也表明死产风险的增加与暴露于较高温度直接相关[12-13]，也可能与流产风险升高有关[14]。

1.2 高温对男性生殖健康的影响

关于热应激对哺乳动物生殖功能的影响，精子发生尤其易感，生育能力降低程度不同[15]。有研究报道，环境温度的变化对哺乳动物精子的质量有一定程度的影响。为探讨环境温度升高对人类生殖能力的影响，研究人员选取小鼠为研究对象利用单因素试验考察了温度变化对小鼠精液品质的影响[16]。研究结果表明，高温会使得雄鼠精液品质下降并且极端高温下（40℃）小鼠的精液质量持续下降而不能得到恢复。由此可以推断，人类的生殖能力将受到环境温度持续升高的影响。近年的证据也显示近赤道地区炎热夏季对精子质量的破坏导致低妊娠率及春季的低出生率。然而在北部国家有强烈的季节光照差异，垂体一卵巢轴活动和妊娠率在黑暗冬季有下降。相反地，在这些地区，夏季的妊娠率高峰导致春季的高出生率[17]。

2. 空气污染对人类生殖影响

随着工业化和城市化进程的加快，空气污染已成为全球严重关注的问题，危害人类健康。过度的空气污染，无论是环境还是室内，都可能对人类健康有害，并与发病率和死亡率有关，还可能影响生殖功能及其结果。众所周知，空气污染包含多种有毒物质、有毒气体、颗粒物等。其中一些可能会影响生殖和发育过程，还有一些是持久性的。越来越多的流行病学证据表明，孕产妇暴露于环境空气污染与不良出生结局（如早产）之间存在关联。最近，一些研究还报告，暴露于环境空气污染也可能增加某些常见的妊娠并发症的风险，例如先兆子痫和妊娠糖尿病（

GDM）。

流行病学研究发现，暴露于大气颗粒物（PM）会对人类造成严重的健康问题，并对生理系统造成重大损害。PM2.5（空气动力学直径≤2.5 µm的颗粒物）是指空气动力学直径等于且小于2.5 µm的大气颗粒物（PM），往往会长时间悬浮并在室内和室外都长距离传播。PM2.5及其上附着的有毒化合物可能会导致多种疾病。胎儿被认为对产前暴露于多种有毒物质高度敏感，包括大气污染物，例如PM2.5。为了更好地了解孕产妇暴露于PM2.5以及生殖和胎儿发育不良的出生结局之间的关系，有报道研究了有关该问题的已发表数据，包括病例对照研究，队列研究和荟萃分析研究，并总结了环境颗粒物对不良出生结局的基本影响[18]。研究证据表明，PM2.5具有诱发低出生体重（LBW），早产（PTB）和死产的潜力。进一步的深入分析表明，氧化应激、DNA甲基化、线粒体DNA（mtDNA）含量变化和内分泌干扰都可能在PM2.5对孕妇和胎儿的不良影响中起重要作用。此外，美国的一项研究调查了2003年至2005年间北卡罗来纳州的所有新生儿，确定母亲在怀孕期间暴露于细颗粒物PM2.5和臭氧是否与足月低出生体重和胎龄小婴儿的风险有关[19]。在调整后的妊娠晚期单一污染物模型中，臭氧浓度与胎龄小和足月低出生体重儿呈正相关（臭氧的风险比在四分位数范围内增加:胎龄小的风险比为1.16，足月低出生体重儿风险比为2.03）。然而，PM2.5呈负相关或零相关[PM2.5四分位数范围内增加的风险比:胎龄小的风险比为0.97，足月低出生体重的风险比为1.01]。在共污染物模型和出生体重线性模型中发现相似。这些结果表明，城市和农村地区的臭氧浓度可能与足月低出生体重和胎龄小出生的风险增加有关。2014-2016年中国济南市孕期细颗粒物暴露与足月低出生体重风险研究提供的证据表明，在PM2.5污染水平非常高的情况下，怀孕期间暴露于PM2.5可能与TLBW的风险有关，并且第8和9个月被确定为潜在的相关暴露窗口[20]。

有关空气污染对人类男性生殖的可得信息被认为会通过降低一个或多个精子质量参数（即精子形态、浓度、运动性等）来影响精液质量，并可能导致精子 DNA 损伤，这些可能会改变生育潜力，进而改变影响怀孕或其结果。这种影响可能与污染物的浓度和暴露时间有关[21]。暴露于大气颗粒物对男性生殖健康的影响主要体现在对精子形态和精子数量等指标的负面影响[22]。另外，暴露于PM2.5会引起男性生殖毒性，导致相关的不良妊娠结局。2014-2017年在中国珠江三角洲地区9个城市的1,455,026对母亲和活产对的出生队列中的关联的研究结果表明，产妇暴露于PM2.5是导致新生儿低出生体重和早产的危险因素，并对珠三角地区低出生体重和早产造成了相当大的负担[23]。收集2014年1月至2014年12月参与中国国家免费孕前检查项目（NFPCP）的426246名孕妇的出生结果，并从中国国家环境监测中心估算其个体PM2.5暴露值来研究环境PM2.5暴露与早产风险之间的关系。研究发现，妊娠晚期暴露在PM2.5环境中会增加早产风险。

3. 水环境污染对人类生殖影响

除空气外，水体作为人们赖以生存的重要生态环境也会对人类生殖健康产生重要影响。上世纪以来，工业的快速发展导致许多污染物包括重金属、可持续有机物、微塑料等严重污染水体，从而给生物物种健康带来许多负面影响。例如，印度一项关于河流污染对妇女妊娠结果的研究表明，在受污染河流周围妇女的不良妊娠结局包括自然流产率、早产率都高于距河流5km村庄的对照组[24]。

大多数物种的繁殖性能受到铅、镉、汞、砷、锌和铜等有害重金属的不利影响。重金属是由岩石风化、火山爆发等天然来源以及工业排放、矿产开采、汽车尾气等其他人类活动释放到环境中的。重金属会改变男性和女性的几种生殖功能，如精子数量、活力、活力、精子发生、激素失衡、卵泡闭锁和卵母细胞成熟延迟等，因此，构成了生殖毒理学的一个重要方面。暴露于重金属，如镉离子（Cd2+）、铅离子（Pb2+）、汞离子（Hg2+）和砷离子（As3+/As5+），是包括人类不孕症在内的健康问题的主要原因之一。研究表明，Pb2+诱导精子数量、精子活力和精子活力下降，增加自发性顶体丧失的机会，降低顶体反应的能力，同时增加自然流产、死胎、早产、低出生体重和雌二醇抑制。Hg2+毒性导致微管解聚，精子坏死，抑制精子发生，间质细胞失活，萎缩和皮旋钮，间质纤维化，而在女性中，汞暴露会增加月经异常、滤泡闭锁、许多成熟卵泡的下降，并抑制类固醇生成和玻璃体生成[25]。先前的研究已经发现，产前无机砷暴露与婴儿发育和存活率之间存在潜在的联系[26-27]。高水平的砷浓度可以穿过胎盘屏障并造成负面的生殖和发育影响，例如自然流产、早产、死产和低出生体重（<2500克）[28-29]。另一项砷暴露和不良生殖结果风险评估的混合贝叶斯网络框架结果表明，即使在低胎龄情况下，低无机砷浓度也会增加低出生体重的风险

[30]。

由于塑料的广泛使用，微塑料污染已逐渐成为全球关注的主要问题。微塑料是粒径小于5 mm的塑料微粒，目前已相继在多种水体以及陆生和水生生物体检出。微塑料可通过日常饮用水和食物、呼吸、皮肤等多种途径进入人体，不仅对生物体体的呼吸系统、内分泌系统、免疫系统产生负面影响，还危害生殖系统[31]。对女性的研究表明，微塑料会降低卵母细胞的数量和质量，并诱导卵巢纤维化、细胞焦亡和颗粒细胞凋亡。此外，大多数对雄性动物的研究表明，血睾丸屏障的完整性被破坏、精子发生受损和精子质量受损[32]。

4. 气候变化对辅助生殖的影响

许多研究观察到人类生殖的季节性变化，人类繁殖的季节模式与气象变化一致。气象变化除对人类自然受孕生殖影响，还有研究表明气候变化对辅助生殖也会产生影响。有证据表明，长期暴露于空气污染可能与生育能力下降有关，尽管关于短期暴露如何影响IVF患者的生育能力以及在IVF过程中患者可能最多的暴露窗口存在争议易受伤害的。一项研究[33]利用美国环境保护署空气质量监测仪的数据，通过调查接受第一个体外受精（IVF）周期的7403女性及其在IVF实验室中期间空气质量下降对活产率产生的不利影响。研究发现，在体外受精实验室对NO2和臭氧的相互作用进行建模后，NO2与活产率呈显著负相关而臭氧则不显著。IVF实验室在胚胎培养过程中产生的细颗粒物（PM2.5）与受孕率降低有关，但与活产率无关。没有发现与二氧化硫或较大颗粒物质的关联（PM10）。最近来自巴西圣保罗的一项规模较小的研究发现，在卵泡期暴露于最高四分位数的PM10浓度（未检查其他污染物）的人中，IVF和自然受孕后流产的几率增加，这既支持了暴露的关键时期，也支持了对人类生殖的有害影响[34]。类似的其他研究也获得同样的结果，卵泡期妇女露于高浓度的PM10会增加孕妇（包括自然受孕和体外受精）的早期流产风险[35-36]。另一项韩国的2011-2017年回顾性队列研究发现了IVF失败率与环境颗粒物浓度之间存在高度相关[37]。

尽管目前的研究已经考察了气候变化包括环境污染对辅助生殖的负面影响，但是这些研究大多数为回顾性研究，因此无法对二者之间的因果关系进行明确判断。另一方面，目前研究的个体暴露水平采用的是地区的污染物平均浓度，而没有考虑个人差异如家庭因素、是否吸烟包括二手烟等其他因素。因此，气候变化对人类辅助生殖结果的影响还需进一步深入研究。

5. 结论与展望

鉴于环境和气候变化对生育的重大影响，越来越多的文献将这些影响与人口反应联系起来。目前的研究表明，气候变化对人类生殖包括自然受孕生产和辅助生殖都有一定的负面影响。这些不良影响不仅包括对男性和女性生殖健康，还包括不良妊娠结局如早产、流产与死产、低出生体重和出生缺陷。但是，大部分研究集中在气候变化对生殖的影响，相比之下，相对较少的研究探讨了气候变化与生育率之间的关系，包括增加孩子的意图和计划生育的使用。另一方面，目前关于这些气候变化如何影响人类生殖行为的机制研究的相关报道较少。因此，后续研究应多关注对气候变化影响人类生殖的机理研究，这对于根据气候变化进行生育指导具有重要意义。

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项目名称：邻苯二甲酸酯类对女性的生殖毒性及辅助生殖助孕结局的相关性研究               

项目编号：21JR7RA659