空气质量对体外受精的影响：一项回顾性研究
主题：评估空气质量对IVF结局的影响
研究设计：2012年4月至2015年12月期间，我们在法国大学医院开展了一项针对292对IVF受试夫妇的回顾性研究。在此期间，受试者工作和居住场所的空气质量指数均可被采集到，且在一个月内这些患者离开固定工作和居住场所的时间不超过4天。在卵母细胞采集的前3个月和胚胎移植的前1个月开始记录数据。我们从ORAMIP天文台获得空气质量监测数据，主要监测每日空气中二氧化氮(NO2)、臭氧(O3)、可吸入颗粒物PM10和SO2的浓度。
结果：高浓度的NO2和PM10急性暴露可导致IVF成功率下降(卵巢反应性和优胚数下降)，而当患者在其卵泡发育的最初两个月暴露于高浓度的O3环境中则会使卵巢反应性和优胚数增加，在短期暴露(1天)试验中这些结论依然成立。
结论：空气质量对人类健康和生殖功能有影响，公众和当局必须意识到环境保护的重要性。
前言：
空气污染被高度怀疑为可对人类身体健康造成多方危害。诸多疾病，如心血管疾病、中风、呼吸系统疾病(如肺癌、儿童哮喘)、过敏性皮炎的发生都与环境污染有关。此外,经证实，围产期暴露于多环芳烃类(PAH)、二氧化氮(NO2)和颗粒物(PM)会对儿童神经心理发育产生危害。
空气污染也对动物的自然生育造成了负面影响。Mohallem等人发现，出生后长期暴露于空气污染环境中老鼠，其产仔率和移植胚胎着床率显著下降。Veras等人发现，暴露于汽车尾气中的小鼠交配时间明显延长，但生育指数(怀孕雌鼠数目/雌鼠总数)大大降低。
关于人类的相关研究中，Slama和Nieuwenhuijsen等人发现暴露于PM2.5和NO2中会大幅降低生育率。Dejmek等人则发现暴露于SO2中会使生育率锐减。近期，“护士健康研究Ⅱ”发布的一项报告指出，关于116430位女护士的前瞻性研究显示，居住在离主干道199米之外的人群比199米之内的人群罹患不孕不育的风险大增，且PM2.5-10每累积增加10mg/m3，不孕不育的风险就增加10%。
关于辅助生殖技术(ART)领域的研究中,Legro等人的报道指出在胚胎着床期接触有害物NO2可影响活产率。Perin等人发现，女性在卵泡期暴露于高浓度的PM10中会增加流产率。但在这些研究中，暴露量评估仅发生在卵泡期而并未覆盖整个卵泡发育期(约2.5个月)，且只测量了居住地的暴露水平(空气污染指数)。
本研究借助人类辅助生殖模型展开，旨在评估患者工作地和居住地环境中污染物在整个卵泡发育期(从卵泡开始发育到排卵)和胚胎形成早期造成的影响。
材料和方法
参与者
2012年4月至2015年12月期间，共有292对夫妇作为IVF受试对象，且仅进行一次IVF治疗，并忽略不孕原因(女性平均年龄在30岁左右)。排除如下受试者：使用冷冻配子或胚胎的;一个月中有4天未在平时所在的工作场所或居住地的，或者工作场所和居住地无空气质量监测事物。703对患者中仅有292对符合标准。
空气质量测量数据
数据来自ORAMIP天文台，检测数据包括每日大气中NO2，O3，PM10和SO2的浓度。因SO2浓度始终低于可检测剂量而被剔除。未找到PM2.5的监测数据。
监测地排放有害污染物的工厂较少，故污染物主要来自道路交通和房屋供暖。
因为以往对于污染物影响的报道均为双相的，我们此次研究以取卵日为划分点分为4个阶段，测量了空气质量从卵泡生成至植入期造成的影响。第一阶段：从取卵日前90天到60天，第二阶段：从取卵日前60天到30天;第三阶段：从30天到取卵前一天;第四阶段：从取卵日到之后的30天。前三个阶段评估暴露于污染物对卵巢反应、受精率以及优秀胚胎数的影响，第四个阶段旨在评估污染物对孕期和着床率的影响。
本项研究已排除了那些一个月内超过4天不在平时的工作场所和居住场所的患者，因此研究并未覆盖全部患者。
慢性长期暴露的评估
为了评估长期慢性暴露的影响，每个阶段中NO2, O3 和PM10的平均浓度均被测算出来。根据每种污染物浓度应用四分位法将患者分成4组(根据污染物浓度从低到高划分为4组P1，P2，P3，P4)。
短期急性暴露的评估
根据世卫组织建议，将每日空气质量分类如下：
NO2: 优< 110 ug/ m3, 良或中等< 200 ug / m3,差≥200 ug /m3,
O3: 优< 105 ug / m3, 良或中等< 180 ug / m3,差≥180 ug /m3,
PM10: 优< 28 ug / m3, 良或中等< 50 ug / m3, 差≥50 ug / m3,
因为每个阶段中NO2 和O3浓度可划归为差等的日子很少(每阶段中都少于5天)，因此在实际分析中我们将空气质量良或中等一档记做差等。
患者在每个月里暴露于特定浓度污染物的天数各不相同。例如，暴露于浓度为28-34 ug / m3 PM10的天数为0的患者52人，天数为1的患者28人，天数为2的患者24人，天数为3的患者32人，天数为4的患者17人，天数为5的患者14人，天数为6的患者8人，天数大于6的患者19人。
在急性暴露评估中，各阶段中如果患者暴露于高浓度污染物中的时间大于等于1天，那么这些患者将被划归到“最差组”中。事实上，正如结论版块中总结的那样，我们发现无论暴露时间长短，污染造成的影响都是大同小异的。
IVF过程的评估
在卵巢刺激方案中长效长方案占11%，拮抗剂方案占89%。ICSI占71%。我们发现卵巢刺激方案和受精方法 (IVF 或者 ICSI)的差异并未造成结果的不同。胚胎移植数量如前文所述。
对卵巢反应的评估通过获卵数与FSH平均数值的比值来展现。
优胚的定义是：胚胎评分为4分或3分的(根据Giorgetti等人的分类标准)
数据统计分析
数据来自ART中心。使用Statview统计软件，文本中数值是平均数±标准差、图表中是平均数±标准误计算得出。分组百分比数据对比用卡方检验(χ2检验)进行。依据数据分布的正态性，平均数的对比通过T检验或者曼-惠特尼检验(两组)或者是KW检验(大于两组)进行。
本研究通过了Toulouse大学医院临床研究伦理委员会的审批。
结论
仅在第一阶(从取卵日前90天到60天)慢性暴露于不同浓度O3空气中，卵巢对刺激反应敏感。这种影响并无剂量依赖性，因为在第一阶段慢性暴露实验中，暴露于最高O3浓度(P4组)中的女性与暴露于低浓度O3中的女性卵巢反应相当，但是暴露于中高浓度O3(P3组)中的女性与暴露于低浓度中的相比，前者卵巢有明显的高反应。
事实上，O3浓度造成的影响与急性暴露相关，与暴露的时间长短无关。例如，在第二阶段，暴露1天的卵巢与暴露超过7天(分别为0.063±0.41和0.064±0.050;NS)的卵巢反应一般无二。这也是为什么在第二阶段，虽然慢性暴露于O3环境，但并不影响卵巢功能。在第三阶段，卵巢反应性并不受臭氧的慢性或急性暴露影响。必须指出的是在不同组受试者的一些基本参数(年龄、BMI指数、FSH水平、AMH指出、AFC、是否吸烟、不孕年限、不孕的类型)保持一致(补充文件1)。
O3的慢性暴露对优质胚胎数量的影响仅存在于第一阶段。在第一阶段的慢性暴露试验中，O3浓度较高的两组(P3，P4)比较低的两组(P1，P2)所得的优胚数多。而在急性暴露实验中，在第一阶段(P<0.01)或者第二阶段(P<0.05)急性暴露于O3环境中更易获取优质胚胎。在第三阶段，O3的慢性或急性暴露并不影响优胚数。
图二显示了在第二阶段NO2慢性暴露时卵巢反应的敏感性依然与剂量无关。同样的，在这一阶段，NO2急性暴露时患者卵巢反应显著下降。NO2慢性暴露并未影响优胚数，但是在第一阶段和第三阶段的急性暴露中优胚数大幅减少。此外，第三阶段的NO2急性暴露影响着床率(10% vs 27%, p < 0.01; OR = 0.456 (0.231-0.898)) 。暴露组的基础参数无统计学差异(辅助文件2)。
慢性暴露实验中，PM10浓度对卵巢反应无影响，第一和第二阶段的急性暴露会降低卵巢反应性。第一阶段，PM10慢性暴露程度明显影响优胚数。此外，在第一阶段和第三阶段，PM10急性暴露会显著降低优胚数，但是在第三阶段只有高浓度的急性暴露才会造成优胚数的显著降低。最后，鉴于在第三阶段并未有高于49 ug/m3的PM10急性暴露，着床率显著增加(35% vs 15%, p < 0.01; OR: 3.0 (1.4–6.3))。此外，暴露组的基础参数无统计学差异(辅助文件3)。
众所周知，空气中O3和NO2的浓度是呈负相关的，所以我们以O3浓度的影响性作为评价NO2和PM10浓度水平的参考。如表1和表2所示，O3对卵巢反应和优胚数目的正向作用贯穿始终，即使是NO2和PM10浓度偏高时，O3的积极影响仍存在。
关于男性的暴露实验，我们并未发现在任一阶段任何污染物对受精率和植入率的影响(数据没有显示)。
讨论
这项研究表明，高浓度的NO2和PM10可能影响IVF结局。多项证据显示，短期急性暴露于这两种污染物中带来的有害影响高于慢性长期暴露。此外，在卵泡形成早期阶段急性暴露于高浓度的O3中，将会带来卵巢刺激的高反应及优胚数的增加。各组患者的一些参数(年龄、AMH和FSH水平、窦卵泡数、抽烟者的比例等)并无统计学意义上的差异，观察到的效果或与污染物相关。相比于慢性暴露，我们得到的急性暴露实验数据更符合逻辑。事实上，在急性暴露实验中，对每个空气污染物，我们都是使用世卫组织定义的阈值来定位三个四分位数。但是在慢性暴露实验中，我们采用的划分NO2和PM10浓度的两个第三四分位数值，分别比世卫组织定义的NO2中位值和PM10低值小两倍(NO2：55比110 ug /m3;PM10：20比50 ug /m3)。同样的，在重度空气污染地区诸如圣保罗这样的地方，我们采用的划分PM10浓度的四分位数值(Q1: < 16 ug /m3, Q2: 16–17 ug /m3, Q3:18– 20 ug /m3，Q4: 120 ug /m3)比采用世卫组织定义的阈值计算出的数值(Q1: 30.48 ug /m3, Q2: 30.49–42.00 ug /m3, Q3:42.01–56.72 ug /m3, Q4: > 56.72 ug / m3)要低。换句话说，如果按照世卫组织的阈值计算，长期慢性暴露于高浓度NO2和PM10的受试者人数太少，可能导致我们的慢性暴露实验无法开展。此外，这样操作也更方便我们探究急性暴露带来的影响，也更易验证短期暴露于污染物对采用IVF助孕的女性的卵巢反应、优胚数以及着床率造成的消极(NO2，PM10)或积极(O3)影响。
Legro、Perin等人均发表过关于NO2和PM10对辅助生殖治疗产生消极影响的报告。报告指出，长期暴露于高浓度污染物中的患者的活产率下降，活产率的下降很大程度上来自流产率的增加，这其中也包括自然妊娠的患者。其中，在卵泡期和围植入期(受精后15天)的高浓度暴露造成的影响最显著。由于研究过程中妊娠人数较少(91人有胎心搏动)，我们无法评估NO2和PM10对妊娠丢失的影响。与我们的研究结果相反，这些报道者均未提及污染物对获卵数和胚胎形态的影响。这可能是因为我们的研究不仅覆盖了卵泡发育的最后15天，而且贯穿了卵泡发育的整个过程。因为人类卵母细胞的生长周期就是卵泡生成的整个时期(约2.5个月)，而胚胎形态的好坏主要取决于卵子质量，因此考察空气污染物对生育的影响需要涵盖整个周期。此外，我们还发现卵泡发育早期阶段的污染物暴露将会对卵巢反应和优胚数造成最明显的影响。
NO2和PM10的短期暴露对卵巢和卵泡功能的影响仍待研究，其他病理学研究中有一些关于急性效应的相关报道。周围环境中颗粒物的瞬时升高会急速导致住院率和死亡率的增加。经证实，健康成人暴露于高浓度的PM10环境中短短2个小时，控制氧化应激和炎症通路的小核糖核酸的应激反应就会受到抑制，从而对视网膜血管宽度造成影响。
本项研究中最大的收获是O3对卵巢反应和优胚数量的积极影响。Legro 等人发现了O3的两相性影响，即在促排卵阶段的暴露有利于卵巢反应，而在受精后接触高浓度的O3会产生消极影响。即使同时暴露于高浓度的NO2和PM10中，O3的影响效应仍然成立，这可能是因为O3的作用效应不受其他污染物的影响。O3被公认为可以促进活性氧物种的生成。Lim等人关于缺乏谷胱甘肽的突变小鼠的研究指出，卵巢氧化应激会加速原始卵泡消耗速度，导致卵巢储备功能下降。在IVF促排卵的卵泡发育过程中暴露于高浓度的O3环境中，卵巢的氧化应激刺激卵泡池中优势卵泡的排出，从而提高促排卵反应，与我们的研究结果一致。
结论
空气污染主要通过影响卵泡发育和胚胎形成而影响辅助生殖结局。公众和当局政府必须意识到问题的严重性以便采取预防措施。
