秦皇島市空氣污染對呼吸系統(tǒng)疾病的影響

（中國環(huán)境管理干部學院，河北 秦皇島066102）

近年來我國大部分城市連續(xù)出現(xiàn)灰霾天氣，空氣質(zhì)量成為公眾熱議的話題。人類的生產(chǎn)生活中每天排放有毒有害的廢氣嚴重危害著人類賴以生存的空氣環(huán)境。新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》的頒布正是為了改善空氣質(zhì)量，保護人體健康。隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展與資源環(huán)境約束的矛盾日益突出，居民的死因譜與疾病譜也在發(fā)生著變化，研究表明呼吸系統(tǒng)疾病在城市的死亡率占第三位，而在農(nóng)村則占首位。呼吸系統(tǒng)疾病是一種較為常見的多發(fā)病，主要的病變是在肺部、胸腔、氣管及支氣管等部位，病變輕者咳嗽、胸悶，重者缺氧、呼吸困難，甚至呼吸衰竭而致死。呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率與大氣質(zhì)量有著直接的關(guān)系，國內(nèi)外多項研究表明，呼吸系疾病與污染物之間具有相關(guān)性，當大氣污染嚴重時，呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率會明顯上升[1-3]。

本研究運用環(huán)境科學、流行病學等學科的理論和方法，結(jié)合文獻檢索、數(shù)據(jù)收集、理論分析和案例研究等方法，對秦皇島市空氣污染與居民呼吸系統(tǒng)日門診人數(shù)進行了時間序列分析。

1 資料及其來源

1.1 大氣污染物資料

收集了秦皇島市2011年1月1日至2012年12月31日大氣污染物日平均濃度每日的API值及PM10、SO2、NO2的逐日平均濃度等監(jiān)測資料（主要由秦皇島市環(huán)保局整理收集）。

1.2 氣象資料

收集秦皇島市2011年1月1日至2012年12月31日逐日平均氣溫、氣壓及相對濕度資料（主要由秦皇島市氣象局整理收集）。

1.3 秦皇島市居民日門診資料

所用秦皇島市居民呼吸系統(tǒng)疾病日門診資料由秦皇島市衛(wèi)生局提供，收集了秦皇島市海港區(qū)、北戴河區(qū)、山海關(guān)區(qū)共5個大型醫(yī)院2011年1月1日至2012年12月31日期間呼吸系統(tǒng)疾病日門診資料，并進行歸類整理。信息包括患者性別、年齡、診斷病名及門診日期，疾病的統(tǒng)計按照ICD-10編碼的呼吸系統(tǒng)疾病（J00-J99）進行。

2 研究方法

2.1 時間序列分析方法

時間序列分析是統(tǒng)計學中一種特殊的回歸方法，可以同時考慮時間因素和變量的滯后效應(yīng)及一些對研究對象有影響的混雜因素，實質(zhì)是通過處理研究對象本身的序列數(shù)據(jù)，獲得其隨時間的變化而變化的特性與規(guī)律，預測事物的發(fā)展趨勢[3]。它是20世紀80年代發(fā)展起來的一種統(tǒng)計學方法，近年來逐漸被應(yīng)用于研究大氣污染與人體健康效應(yīng)的定量評價。

自20世紀90年代以來，時間序列模型已被廣泛應(yīng)用于研究大氣污染物濃度短期波動對居民健康影響的急性作用，初步證實了空氣污染物濃度的短期變化與居民每日死亡數(shù)或發(fā)病數(shù)等健康效應(yīng)密切相關(guān)，并在全世界不同國家和地區(qū)、不同人群、不同空氣污染背景中取得了相似的結(jié)果[4，5]。

本研究以秦皇島市全體市民為研究人群，研究期間每天因呼吸系統(tǒng)疾病看門診的病人屬于小概率事件，門診人數(shù)只能是非負整數(shù)，而且居民日門診人數(shù)相對于整個人群只占極少一部分，因此醫(yī)院呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)的實際分布近似泊松分布。本研究采用時間序列的廣義相加模型（GAM）分析了秦皇島每日大氣污染情況與秦皇島市海港區(qū)、北戴河區(qū)和山海關(guān)區(qū)5家醫(yī)院呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)的聯(lián)系。

2.2 混雜因素的選取

在建立數(shù)學模型時，控制好必要的混雜因素是很重要的一步，主要選取合適的混雜因素才能得到大氣污染與居民健康關(guān)系的科學結(jié)論，本研究選取的混雜因素主要有：（1）星期效應(yīng)和季節(jié)性；（2）氣象因子對人體健康的影響；（3）延遲效應(yīng)；（4）特殊工作崗位人群及吸煙史；（5）流感、非典等發(fā)病的影響。

2.3 數(shù)學模型的建立

綜合了以上因素，最終以半?yún)?shù)廣義相加模型（Generalized Additive Model，GAM）的泊松回歸為基礎(chǔ)，建立模型形式為：

log[E（Yt）]=α+βXt+s（t，df）+s（Zt，df）+Wt（week）

式中：Yt為觀察日t的當天門診人數(shù)；E（Yt）從為觀察日t的門診人數(shù)預期人數(shù)；α為截距；βXt為GAM模型中的參數(shù)部分；β為回歸模型中的系數(shù)；Xt為對應(yīng)變量產(chǎn)生線性的解釋變量，指t時間污染物PM10、SO2、NO2的濃度；s為非參數(shù)平滑樣條函數(shù)（Smoothing Spline Function）；df（Degree of Freedom）為自由度；t是時間變量；Zt是t日的氣象因子變量，包括日均溫度、相對濕度和氣壓；Wt為考慮到醫(yī)院每日呼吸系統(tǒng)門診量具有星期效應(yīng)而引入的虛擬變量（Dummy Variable）。

根據(jù)以上模型可以估算出各污染物的回歸系數(shù)，而后可計算出當這3種污染物的濃度增加自身平均濃度的四分位間距（IQR）時，居民呼吸系統(tǒng)疾病每日門診人數(shù)的相對危險度：

RR=Exp（β×IQR）

在此基礎(chǔ)上計算RR的95%的可信區(qū)間：

Exp[（β×1.96SE）×IQR]

3 分析結(jié)果

3.1 描述性統(tǒng)計分析結(jié)果

對2011、2012兩年間秦皇島市每日大氣污染指標（包括API、PM10、SO2和NO2）、氣象指標（包括日均氣溫、日均氣壓、相對濕度）和5所醫(yī)院呼吸系統(tǒng)疾病每日門診人數(shù)的分布情況進行了描述性分析，其結(jié)果見表1。

兩年間秦皇島市每日API的均數(shù)為79.83，最大值為295，發(fā)生日期在2012年1月12日；最小值為23，發(fā)生日期為2011年1月22日。2011年1月1日至2012年12月31日秦皇島市API的時間序列圖見圖1。

表1 2011—2012秦皇島市每日大氣污染指標、氣象指標及門診人數(shù)分布情況

圖1 2011—2012年間秦皇島市大氣API的時間序列

由圖1可見，秦皇島市2011至2012年間API有顯著的季節(jié)變化趨勢，冬季是秦皇島市空氣質(zhì)量最差的季節(jié)，其次是春季，空氣質(zhì)量最好的是夏季。主要污染原因有：（1）與污染物的排放有關(guān)，冬季的取暖燃煤、浮塵揚沙等都是秦皇島的重要污染源，導致了冬季污染嚴重。秦皇島取暖時間一般在11月份左右開始，較其他季節(jié)冬季的污染最為嚴重。（2）秦皇島市春季氣溫回暖，氣候干燥，大風刮起本地揚沙，造成揚塵或浮塵天氣，導致空氣受污染。（3）夏、秋季節(jié)秦皇島雨水增加，地表植被覆蓋率增加，并且此時溫度高、對流旺盛，利于污染的擴散，故夏、秋季節(jié)空氣質(zhì)量較好。

3.2 秦皇島市污染物與氣象條件相關(guān)分析

2011年至2012年期間秦皇島市日均氣溫、日均氣壓、相對濕度、API、PM10、SO2和NO2日平均濃度兩兩簡單相關(guān)分析的結(jié)果見表2：

表2 2011—2012年秦皇島市大氣污染指標與氣象指標相關(guān)性分析（**）

該表中所有數(shù)據(jù)均具有統(tǒng)計學意義（P<0.01），研究期間大氣污染的API值、PM10、SO2和NO2濃度值均與日均溫度、相對濕度呈較強的負相關(guān)，而與氣壓呈較強的正相關(guān)。各個大氣污染指標之間呈較強的正相關(guān)性，尤其是API與PM10的相關(guān)系數(shù)達到了0.968。

3.3 大氣污染物與呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)的模型擬合結(jié)果

表3顯示了單污染模型下大氣中污染物PM10、SO2和NO2在不同滯后天數(shù)（Lag0～Lag4）與呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)的聯(lián)系，指出各污染物平均濃度每增加一個四分位間距（IQR）時，即PM10每增加0.056 mg/m3，SO2每增加0.045 mg/m3，NO2每增加0.020 mg/m3時，呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)增加的相對危險度（RR）變化情況。

從表3可以看出，PM10在該模型下與呼吸系統(tǒng)門診人數(shù)的RR在滯后2 d后達到最大值，SO2在該模型下與呼吸系統(tǒng)門診人數(shù)的RR在滯后3 d后達到最大值，其RR（95%CI）分別為1.065 3（1.024 5，1.107 7）和1.0536（1.026 8，1.090 2），且都具有統(tǒng)計意義。NO2與呼吸系統(tǒng)門診人數(shù)的RR在當天就達到了最大值，無滯后效應(yīng)，其RR（95%CI）為1.048 6（1.010 1，1.090 3），同樣具有統(tǒng)計學意義。

表3 單污染模型下呼吸系統(tǒng)門診人數(shù)的RR值（95%CI）

4 結(jié)論

秦皇島市大氣PM10、SO2和NO2的日平均濃度值有夏季較低，冬季較高的周期性，研究期間API值、PM10、SO2和NO2濃度值均與日均溫度、相對濕度呈較強的負相關(guān)，而與氣壓呈較強的正相關(guān)。各個大氣污染指標之間呈較強的正相關(guān)性[6]。

在研究期間，秦皇島市呼吸門診人數(shù)無明顯的周期性變化，但門診人數(shù)較高的日期明顯集中在春季和冬季兩個季節(jié)。大氣中的污染物PM10、SO2對呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)有滯后效應(yīng)，而NO2無滯后效應(yīng)。大氣污染物的濃度與居民呼吸系統(tǒng)疾病之間存在著一定的正相關(guān)性，污染物的濃度升高，居民呼吸系統(tǒng)疾病的每日就診人數(shù)就隨之增加。

[1]孟力，周濤，張珊珊，等.根治霧霾 刻不容緩[J].天津經(jīng)濟，2013（3）：39-46.

[2]李寧.廣州市灰霾天氣對呼吸系統(tǒng)健康影響的研究[D].武漢：武漢科技大學，2009.

[3]曹娟.蘭州市大氣污染與居民健康效應(yīng)的時間序列研究[D].蘭州：蘭州大學，2010.

[4]張金艷，孟海英，張桂斌，等.北京市朝陽區(qū)大氣污染與居民每日呼吸系統(tǒng)疾病死亡關(guān)系的時間序列研究[J].環(huán)境與健康雜志，2011，28（9）：788-791.

[5]陳曉蘭.大氣顆粒物造成的健康損害價值評估[D].廈門：廈門大學，2008.

[6]馬賀，劉鐵英.秦皇島港東港區(qū)煤塵污染與氣象特征關(guān)系分析[J].中國環(huán)境管理干部學院學報，2003，13（4）：24-26，33.