旧金山 9 月一个凉爽的早晨，一群消防员将他们的装备装进一辆鲜红色的面包车。当机组人员准备与迅速增长的迪克西大火作斗争时，远处的大火中散发出令人作呕的松脂气味。横扫内华达山脉，在工作人员于 10 月下旬完全控制住它之前，它将烧焦超过 3,900 平方公里。

消防员又停了一次，然后加入了其他数千名努力控制火势的人。在旧金山消防局位于 Mission 区的培训大楼内的一间小教室里，Mary Prunicki 和一组研究人员从每位消防员那里收集了问卷和血液样本。

附近斯坦福大学的污染生物学家普鲁尼基将使用这些样本作为基线，与消防员返回时采集的样本进行比较。她将寻找他们身体对烟雾反应的迹象，包括炎症以及免疫和心脏功能的变化。

每年，野火产生的烟雾导致全球数万至数十万人过早死亡。普鲁尼基是数百名试图了解烟雾暴露对健康影响的研究人员之一。科学家们想知道野火烟雾中的什么成分使其对人类的危害比其他形式的污染更大。他们着眼于短期和长期影响；谁最容易受到污染物的影响；以及如何最好地确保人们在烟雾中的安全和健康，这些烟雾可以从迪克西火灾等大火中延伸数千公里。

近年来，这项工作呈现出新的紧迫性。气候变化一直在加剧世界各地的干旱和热浪，正确的火花可能使干燥的植被燃烧并引发地狱的总面积几乎翻了一番。因此，世界各地的野火频率、规模和强度都在增加，烟雾季节也越来越长。在过去十年中，野火肆虐美国西部，但其他国家也面临着几代人以来最严重的火灾。今年俄罗斯西伯利亚地区的火灾烧毁的面积比世界上所有其他火灾的总和还要大。和澳大利亚仍从其破坏性2019-20丛林火灾季节缫丝 ——俗称“黑色夏天”——摧毁了数千所房屋，并杀死了至少 30 人和数亿只动物。

“如果将过去 5 年与之前的 10 到 15 年进行比较，就没有真正的可比性，”斯坦福大学研究野火健康风险的环境经济学家 Sam Heft-Neal 说。“这就像一个完全不同的火灾制度。”

野火烟雾含有数十种不同的颗粒，如烟灰和化学物质，如一氧化碳，但空气质量专家的主要担忧之一是烟雾中最小的颗粒，其直径为 2.5 微米或更小（平均为 1/40一根头发丝的宽度）。众所周知，与 Prunicki 一起工作的消防员会遇到大量这种 PM 2.5。但据马萨诸塞州波士顿哈佛 TH Chan 公共卫生学院的生物统计学家 Francesca Dominici 称，没有多少细颗粒物可以安全呼吸，因为众所周知，它会深入肺部最小的缝隙，进入血液（参见‘风险暴露’）。

澳大利亚霍巴特塔斯马尼亚大学的环境流行病学家 Fay Johnston 说，当烟雾进入呼吸道时，身体的反应“就像里面有细菌和感染一样”。这伴随着一整套生理变化：激素皮质醇和血糖飙升，这反过来又使心律不那么稳定，血液更容易凝结。肺内壁发炎，使呼吸更加困难。

普鲁尼基希望通过测量某些生物标志物——血液中的分子——来了解这些生理变化，这些生物标志物可以提供免疫、呼吸和心血管功能的快照。她已经求助于消防员，这些人面临着大量职业暴露于烟雾的问题，看看她是否可以检测到直接暴露后生物标志物的任何变化——以及这些变化是否持久或类似于那些不参加战斗的人所看到的变化火灾，但仍然受到烟雾。靠近火，PM 2.5有时可以达到比美国环境保护署 (EPA) 设定的每立方米 35 微克 24 小时暴露标准高 15 倍以上的水平。但许多消防员在与大火搏斗时不戴呼吸器，因为它们很麻烦，普鲁尼基说。“这个水平高得离谱，”多米尼奇说。“那时，你只是在呼吸有毒的汤。”

但她说，即使是较低的水平也可能构成严重的健康风险，因为在这种情况下，人们不太可能采取防护措施，例如佩戴呼吸器。普鲁尼基已经表明，即使在距离野火 100 多公里的地区，烟雾暴露也与生物标志物的一系列变化有关，这些变化可能是免疫和心血管功能障碍的征兆1。

多米尼奇说，野火也不会在泡沫中发生。烟雾会使人们易患传染病或加剧其他呼吸道疾病的症状，包括 COVID-19 和流感。 Dominici 和她的同事估计，在 2020 年华盛顿、加利福尼亚和俄勒冈州的火灾季节，PM 2.5水平升高与大约 19,700 例 COVID-19 病例和 750 例死亡相关2。

导致病例过多的主要假设是 PM 2.5 会损害免疫系统并引起炎症，这可能使人们更容易受到感染或加剧疾病的影响，从而导致阳性诊断的增加。多米尼奇说，一个更具争议的观点是，一些呼吸道病毒在进入肺组织时可能会搭上细颗粒物。

约翰斯顿说，潜在的健康状况会带来另一个问题，尤其是当烟雾同时影响数百万人时，就像澳大利亚的黑色夏季那样。她的团队报告说，这些火灾导致数千人住院，数百人因烟雾引起的心脏和呼吸系统问题死亡，烟雾覆盖了该国近 80% 的人口3。

2019-20 年夏季澳大利亚丛林大火产生的烟雾导致数千人额外住院和数百人死亡。信贷马修雅培/帕诺斯

在大烟天，入院数据显示因心血管和呼吸系统问题以及糖尿病入院的人数有所增加，尤其是儿童和老年人。孕妇患妊娠糖尿病、高血压或生下低体重婴儿的风险也可能更高：Heft-Neal 的研究估计，2007 年至 2012 年间，加利福尼亚州有近 7,000 名早产儿过多可归因于在怀孕4。

多米尼奇说，社会经济地位也不容忽视。资源贫乏社区的人们更有可能从事户外职业，例如农业或园林绿化、伴随疾病和条件的发生率较高以及获得足够医疗保健和空气净化器的机会较少——所有这些都使野火成为社区的更大负担她说，有色人种和低收入社区。

研究烟雾对人类的长期健康影响已被证明是困难的。追踪人们暴露后健康状况的纵向研究需要跨越数十年，并区分许多不同环境暴露的影响。

2008 年，加州大学戴维斯分校的呼吸系统免疫学家丽莎·米勒 (Lisa Miller) 获得了一个有用的机会，尽管不幸的是，她有机会在受控人群中观察长期影响。她一直在与一群恒河猴 ( Macaca mulatta ) 一起研究过敏和哮喘，当时北加利福尼亚州北部遭遇严重的火灾季节。饲养在室外的 25 只新生猕猴暴露于高于联邦准则的环境 PM 2.5水平10 天。从那以后，米勒一直在监测他们的健康——以及他们后代的健康。

与次年出生的猕猴相比，2008 组的猕猴免疫反应减弱，肺活量下降。在一项尚未发表的研究中，米勒和她的同事扫描了这些猴子的肺部，发现组织已经变硬，这可能会改变动物的移动和呼吸方式，以弥补呼吸功能下降的影响。

米勒说，这些数据提供了一些关于野火烟雾对人类呼吸和免疫功能的长期毒性的诱人暗示：“我们知道这很糟糕，”她说。

尽管如此，这项工作仍有一些注意事项，米勒说。实验是受控的，因为研究人员始终知道动物的下落，但大多数人不会经历全天候的户外暴露，人类对烟雾的反应可能与猕猴不同。

科学家们仍在努力确定人们在不同环境中暴露于野火烟雾的程度。仅在过去几年，研究人员才将机器学习技术应用于气象模型和高质量卫星数据，以尝试预测烟雾如何在大气中移动。家用空气质量传感器为研究人员提供了大量实时数据，可用于更精确地跟踪 PM 2.5水平。

但米勒说，科学家们的比较组已经用完了。由于如今糟糕的空气质量无处不在——全世界超过 90% 的儿童呼吸的空气中 PM 2.5水平高于世界卫生组织的指导标准——长期研究中未暴露的人类或其他灵长类动物的数量正在减少，这使得研究她说，越紧迫。

米勒说，下一个关键研究领域将是准确了解野火烟雾中的哪些化学物质比其他类型的污染对呼吸系统健康更危险，以及这些化学物质如何与人体细胞相互作用并对其造成伤害。“我们从一开始就在壁炉里烧木头，”她说。“这不仅仅是生物质的燃烧，而是人造材料与生物质的燃烧。”

2020 年 9 月，附近野火产生的雾气和烟雾为旧金山的天际线增添了一种诡异的色彩。图片来源：David Paul Morris/Bloomberg/Getty

Heft-Neal 说，其他重要问题涉及烟雾如何渗入室内空间。公共卫生官员通常建议高危人群在空气质量差的日子里呆在室内并关闭所有门窗。但这些建议“非常笼统，没有细微差别”，约翰斯顿说，他补充说，这些建议在澳大利亚并不是特别有用，因为澳大利亚的住房往往不是很好。

对配备室内空气监测器的加利福尼亚家庭进行的初步研究表明，尽管室内空气中细颗粒物的浓度不到室外的一半，但在野火事件期间，室内 PM 2.5水平几乎增加了两倍，通常超过 EPA 的 24 小时 PM 2.5暴露标准5。尽管如此，渗透率可能因房屋而异，Heft-Neal 表示，了解最适合防止空气污染的房屋结构类型至关重要。

科罗拉多大学博尔德分校的健康地理学家科琳·里德正在调查学校的空气质量。鉴于儿童通常比成年人更容易受到野火烟雾的影响，这些都是至关重要的地点。她和她的同事计划研究科罗拉多州校舍内外的空气质量，并将其与学生家中的空气质量进行比较。

里德说，美国当前的公共卫生指南由各个学区决定是否在空气污染事件期间保持开放，这取决于学校还是家里的空气质量更好。“但实际上没有人拥有任何这些数据，”她补充道。

她说这项研究可以帮助地方当局确定是否建立“清洁空气避难所”，人们可以在那里接触到净化的空气。里德说，学校可以在白天为学生提供清洁的空气，并在不上课时为社区提供清洁的空气。

更多的室内和社区级空气质量传感器将有助于这些公共卫生建议。普鲁尼基说，个人监控也将如此，特别是对于那些像她的消防员志愿者一样受到严重暴露的人。利用她对心血管和免疫生物标志物的研究，普鲁尼基设想有一天，消防员和其他弱势群体可以进行简单的血液测试，看看他们是否已达到终生接触烟雾的危险水平，并应采取额外的预防措施避免继续接触。 “就像 X 射线技术人员佩戴 X 射线徽章来查看他们累积了多少暴露量一样，为什么我们不能用烟雾来做到这一点？”她说。

但是，约翰斯顿说，无论了解烟雾如何危害人体和人们的风险水平的复杂性是多么重要，该研究并没有解决问题的根源——气候变化。

“我们可以进行世界上所有的研究，告诉你服用消炎药或使用补贴的 HEPA 过滤器，但我们会倒退，直到我们真正解决根本的潜在问题，”她谈到气候变化时说。“我们现在正处于糟糕的轨道上。”

气候建模师预测，今年烧焦加利福尼亚和俄罗斯的火灾只是个开始。例如，根据加州 2018 年的气候变化评估，如果温室气体排放量继续增加，到本世纪末，加州每年燃烧的面积将增加 77%。研究人员和政策制定者都在努力避免这些噩梦般的情景。

目前的预测表明，排放量的增加将与巨大的医疗保健负担有关，可能有数百万人的呼吸、心血管和免疫功能下降——尤其是在高风险社区。约翰斯顿说，例如，澳大利亚黑色夏季与过早死亡和入院相关的健康成本估计为 20 亿澳元（14.7 亿美元）——大约是前几年的 10 倍。

与此同时，科学家们正在继续拼凑暴露的风险。一线工作者愿意参与研究，但他们担心知道答案。当消防员挤进开往迪克西火灾的面包车时，司机肯·史密斯中尉正在打开车门，在他停下来时开始爬进去。