老年前期男性閉合容積參考值與地理因素的因子分析

薛然尹 葛 淼 何進(jìn)偉 谷琳琳 楊紹芳 胡燕宇

(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院健康地理研究所，陜西 西安 710119)

閉合容積(CV)是肺功能檢查的一個重要指標(biāo)，是用于檢測早期小氣道功能障礙的敏感方法之一。特別對于中老年階段用于檢測早期呼吸系統(tǒng)疾病有著重要的意義〔1〕。為制定中國人CV正常參考值的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù),很多人測定了本地區(qū)CV正常參考值〔2～5〕。但對不同地區(qū)CV正常參考值與地理因素之間的關(guān)系研究未見報(bào)道。本研究旨在探討中國各地老年前期男性CV測定值與地理因素的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)兩者之間的規(guī)律性〔6，7〕。

1 對象與方法

1.1對象 收集54個市(縣)級醫(yī)院和有關(guān)研究單位及高等院校測定的2 423例男性CV正常參考值〔8～32〕，年齡20～69歲，以老年前期為主。

1.2方法 測定閉合容積參考值的方法主要有彈丸法(氙133濃度)和一口氣氮法兩種，本文收集的是一口氣氮法測定的閉合容積參考值。其方法是:受測者取坐位呼氣至殘氣量位，然后快速吸入純氧至肺總量位，隨即以0.3～0.5 L/s勻速呼氣至殘氣量位，呼出氣體通過氮?dú)庥?jì)以記錄儀進(jìn)行記錄所得的氮濃度曲線的第Ⅳ相，即CV，并求得閉合容積/肺活量(CV/VC%)，進(jìn)而得出數(shù)據(jù)〔33〕。

1.3資料

1.3.1閉合容積定義 CV是肺所屬區(qū)域的氣道開始閉合時的肺容量。具體是指位于下肺小氣道在用力呼氣過程中開始閉合或大部分閉合時的肺容量。其發(fā)病機(jī)制是胸內(nèi)壓在上、下肺域的差異。立位時由于重力作用，胸內(nèi)壓自上向下增加，正常時從殘氣位開始吸氣，氣體首先進(jìn)入壓力最小的肺尖部，至肺總量時，肺內(nèi)壓上下基本一致，氣體分布均勻。呼氣接近殘氣位時，下肺胸內(nèi)壓增大，甚至為正壓，使下肺小氣道受壓閉合，再繼續(xù)呼出的是上肺內(nèi)存在的氣體〔34〕。

1.3.2地理資料 本文共選取三類地理因素進(jìn)行分析：地勢指標(biāo)、氣象指標(biāo)、土壤指標(biāo)。地勢資料取材于有關(guān)地理著作和辭典〔35～37〕，海拔高度與氣象指標(biāo)來自于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn/)，土壤指標(biāo)來自數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)研究所(ⅡASA)所構(gòu)建的世界和諧土壤數(shù)據(jù)庫(Harmonized World Soil Database)(HWSD) (http://www.fao.org/nr/land/soils/harmonized-world-soil-database/zh/)選取的地理指標(biāo)有：海拔高度(X1)，年日照時數(shù)(X2)，年平均氣溫(X3)，年平均相對濕度(X4)，年降水量(X5)，氣溫年較差(X6)，年平均風(fēng)速(X7)，經(jīng)度(X8)，緯度(X9)，表土砂粒百分率(% wt.) (X10)，表土粉粒百分率(% wt.) (X11) ，表土黏粒百分率(% wt.) (X12) ，表土參考容重(kg/dm3) (X13) ，表土容重(kg/dm3) (X14) ，表土石礫含量(%vol.) (X15) ，表土有機(jī)質(zhì)含量(% wt.) (X16)，表土pH值(X17) ，表土陽離子交換量(黏土) (cmol/kg) (X18)，表土陽離子交換量(潛育土) (cmol/kg) (X19) ，表土鹽基飽和度(% ) (X20) ，表土總可交換量(cmol/kg) (X21) ，表土鹽分(dS/m) (X22)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 用SPSS軟件利用因子分析將相關(guān)因子進(jìn)行分析，再利用回歸分析方法建立地理因素對閉合容積正常參考值的最優(yōu)回歸模型，并用回歸模型進(jìn)行正常值預(yù)測，將預(yù)測值與實(shí)測值進(jìn)行雙側(cè)T檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1相關(guān)分析 運(yùn)用相關(guān)分析〔38〕計(jì)算出中國老年前期男性閉合容積正常參考值與上述22項(xiàng)地理指標(biāo)的單相關(guān)系數(shù)(r)和P值(表1) ，P<0.01說明相關(guān)性很顯著；0.010.05說明相關(guān)性不顯著。

從單相關(guān)系數(shù)可以看出，選取的22個地理因素指標(biāo)中，有10個地理因素與CV值具有相關(guān)性，分別是：年日照時數(shù)(X2)，年平均相對濕度(X4)，年降水量(X5)，年平均風(fēng)速(X7)，緯度(X9)，表土容重(X14) ，表土有機(jī)質(zhì)含量(X16)，表土pH值(X17) ，表土陽離子交換量(黏土) (X18) ，表土鹽基飽和度(X20) 。其中，年日照時數(shù)(X2)，年平均風(fēng)速(X7)，表土有機(jī)質(zhì)含量(X16) ，表土鹽基飽和度(X20)與閉合容積參考值具有極其顯著的相關(guān)性。

表1 閉合容積正常參考值與地理因素相關(guān)系數(shù)矩陣

2.2因子分析 由表1可知，各地理因素之間存在明顯的相關(guān)性，但由于本文研究的地理因素較多，所以在進(jìn)行預(yù)測模型之前有必要取消較為嚴(yán)重的共線性,并把一些錯綜復(fù)雜的變量總結(jié)為少數(shù)幾個綜合因子。因此在此選用因子分析進(jìn)行處理。

2.2.1因子分析適用性判斷 要進(jìn)行因子分析，各變量間必須有相關(guān)性，具體在該條件上的判斷上，可以使用KMO統(tǒng)計(jì)量和Bartlett球形檢驗(yàn)加以判斷〔39〕。當(dāng)KMO統(tǒng)計(jì)量大于0.5，或者Bartlett球形假設(shè)被拒絕，則說明各指標(biāo)之間并非獨(dú)立，取值是有關(guān)系的。因此選用與閉合容積參考值相關(guān)的地理變量：年日照時數(shù)(X2)，年平均相對濕度(X4)，年降水量(X5)，年平均風(fēng)速(X7)，緯度(X9)，表土容重(X14) ，表土有機(jī)質(zhì)含量(X16) ，表土pH值(X17) ，表土陽離子交換量(黏土) (X18) ，表土鹽基飽和度(X20)，通過SPSS進(jìn)行KMO統(tǒng)計(jì)量和Bartlett球形檢驗(yàn)。表2為地理指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣。

經(jīng)檢驗(yàn)后，KMO統(tǒng)計(jì)量為0.556>0.5，這說明各變量間的相關(guān)程度無太大差異，數(shù)據(jù)適合做因子分析；由Bartlett球形檢驗(yàn)，P=0.000<0.01，球形假設(shè)被拒絕，因此10個地理因素間并非獨(dú)立，有必要進(jìn)行因子分析。

2.2.2公因子提取 對選取的地理變量年日照時數(shù)(X2)，年平均相對濕度(X4)，年降水量(X5)，年平均風(fēng)速(X7)，緯度(X9)，表土容重(X14) ，表土有機(jī)質(zhì)含量(X16) ，表土pH值(X17) ，表土陽離子交換量(黏土) (X18) ，表土鹽基飽和度(X20)進(jìn)行公因子的提取，由表3可知，前3個因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)92.07%，說明已經(jīng)包含了各地理變量的92.07%的信息，效果較好。由特征根碎石圖(圖1)可以看出，當(dāng)取第4個特征根時，曲線特征值已下降到1以下，所以選取三個公共因子代替原始的10個地理變量來研究對老年前期男性閉合容積參考值的影響。

2.2.3因子載荷與因子旋轉(zhuǎn) 對于已提取出兩個公共因子，其相應(yīng)的因子模型及因子載荷矩陣A如圖2。其中，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3因子相互獨(dú)立，公共因子為 εi(i=1,2,…,10),特殊因子為aij(i=1,2,…,10；j=1,2,3)，因子載荷 的絕對值越大(aij≤1)表明 與 的相依程度越大，或稱公共因子 對 的載荷量越大。在實(shí)際當(dāng)中，為了知道每個公共因子的明確意義，有必要進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)，使得新的因子載荷要么盡可能地接近0,要么盡可能地遠(yuǎn)離0。對已得到的3個公共因子采取斜交旋轉(zhuǎn)(Varimax)方法，得到3個新的公共因子，其因子載荷矩陣如表4所示。

表2 地理指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣

表3 方差分解累積表

圖1 特征根碎石圖

通過旋轉(zhuǎn)前后的因子負(fù)荷矩陣，公因子F1對表土基本飽和度，年日照時數(shù),表土陽離子交換量(黏土)、 表土pH值,和年平均風(fēng)速的載荷量較大。又由相關(guān)分析知,年表土鹽基飽和度，年日照時數(shù),表土陽離子交換量(黏土)，表土pH值，年平均風(fēng)速均與老年前期男性CV參考值的相關(guān)性顯著,因此反映的是地理因素對老年前期男性CV參考值的直接作用。公因子F2對年降水量，年平均相對濕度，表土有機(jī)質(zhì)含量，緯度的載荷量較大( |aij|≥0.5),它與老年前期男性CV參考值的相關(guān)性也是顯著的,因此F2反映的也是地理因素對老年前期男性CV參考值的直接作用。公因子F3對表土容重的相關(guān)性較顯著，但與老年前期男性CV參考值的相關(guān)性不顯著，因此F3反映的是地理因素對老年前期男性CV參考值的間接作用。

圖2 因子模型與因子載荷矩陣A

表4 因子負(fù)荷矩陣

2.2.4因子得分與回歸預(yù)測 既然公共因子是由原始變量綜合而來的,那么也可以用原始變量的線性表達(dá)式來表示公共因子。一旦表達(dá)式給定,就能夠把原始變量的取值代入到表達(dá)式中求出各個因子的得分值,從而用因子得分值代替原始變量值進(jìn)行回歸分析。通過因子分析得出的每個變量在公共因子中的得分系數(shù)矩陣如表5。

表5 成分得分系數(shù)矩陣

由表5可得出F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3的表達(dá)式為:

F1=0.06X2+0.024X4+0.121X5+0.267X7-0.163X9-0.218X14+0.063X16+0.327X17+0.373X18+0.239X20

F2=0.219X2-0.283X4-0.337X5-0.044X7+0.316X9+0.038X14+0.048X16-0.118X17-0.077X18-0.023 X20

F3=-0.04X2+0.078X4-0.006X5-0.067X7+0.122X9+0.624X14-0.491X16-0.068X17-0.209X18+0.005 X20

(1)

將原始變量的值代入上式中,求得F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3值,以F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3為自變量,老年前期男性閉合容積參考值為因變量進(jìn)行回歸分析,得到如下回歸方程:

(2)

由(1)，(2)兩式可以最終可得到與年日照時數(shù)(X2)，年平均相對濕度(X4)，年降水量(X5)，年平均風(fēng)速(X7)，緯度(X9)，表土容重(X14) ，表土有機(jī)質(zhì)含量(X16) ，表土pH值(X17) ，表土陽離子交換量(黏土) (X18) ，表土鹽基飽和度(X20)的回歸方程：

(3)

2.2.5成對樣本雙側(cè)t檢驗(yàn) 應(yīng)用方程(3)對老年前期男性CV正常參考值進(jìn)行預(yù)測,得出預(yù)測值后將其與實(shí)測值進(jìn)行成對樣本T檢驗(yàn)，所得P=0.377>0.05，t=0.894，可知因子分析模型與實(shí)測值并無顯著性差異。

2.3繪制閉合容積參考值范圍空間趨勢圖 為了準(zhǔn)確揭示出中國老年前期男性CV正常參考值的地理分布規(guī)律,本文選取了全國2 423個市縣作為觀測點(diǎn),將各個觀測點(diǎn)的年日照時數(shù)(X2)，年平均相對濕度(X4)，年降水量(X5)，年平均風(fēng)速(X7)，緯度(X9)，表土容重(X14) ，表土有機(jī)質(zhì)含量(X16) ，表土pH值(X17) ，表土陽離子交換量(黏土) (X18) ，表土鹽基飽和度(X20)這10項(xiàng)指標(biāo)代入回歸方程,計(jì)算出這2 423個市縣老年前期男性閉合容積正常參考值的預(yù)測值,在已矢量化好的地圖上準(zhǔn)確定位這些市縣。應(yīng)用GIS軟件中的地統(tǒng)計(jì)分析模塊(Geostatistical Analyst)進(jìn)行克里格(Kriging)插值〔40～43〕。精確地?cái)M合出中國老年前期男性閉合容積正常參考值的空間分布規(guī)律圖(圖3)。

由圖3可以查出中國大部分地區(qū)中國老年前期男性CV正常參考值,擁有相同顏色的區(qū)域CV正常參考值相等,顏色差異越大,表示CV正常參考值的差異較大,顏色越淺，CV參考值越??；顏色越深，則CV參考值越大。由分布圖可知，中國東北部和西南部地區(qū)參考值差異大于中部和西部。內(nèi)蒙古地區(qū)、長江中下游以及黃河流域CV參考值也偏大,新疆和西藏地區(qū)CV參考值很小。

圖3 中國老年前期男性CV正常參考值空間分布圖

3 討 論

CV指標(biāo)的檢測位置位于肺部小氣道。小氣道是指直徑≤2 mm的小支氣管，是許多肺部疾病病變早期發(fā)生的部位。其數(shù)量多，總的橫截面積巨大，但其阻力僅占?xì)獾揽傋枇Φ?0%以下，常用的肺功能檢查往往不能發(fā)現(xiàn)異常，小氣道功能檢查可以早期診斷。當(dāng)小氣道有炎癥或痰液阻塞、或當(dāng)氣道外壓大于氣道內(nèi)壓時，很容易造成閉合、萎陷。阻塞性肺部疾病，如支氣管炎、肺氣腫等，病變多從小氣道開始〔44〕。

3.1年平均相對濕度、年降水量與閉合容積正常參考值的關(guān)系 已有研究表明，氣候因素是導(dǎo)致肺部異常的重要因素之一〔45～47〕。而本文研究的CV指標(biāo)位于支氣管末端，呼吸系統(tǒng)與人體所處氣候環(huán)境直接想通，十分容易受到氣候變化的影響。通過研究表明，慢性支氣管炎，肺心病，肺水腫，支氣管哮喘均與平均濕度呈顯著相關(guān)，而濕度與降水存在著及其顯著的相關(guān)性〔48，49〕，所以不難推斷出CV值與本文所選地理指標(biāo)中的年平均相對濕度以及年降水量具有顯著正相關(guān)性。大氣濕度是水汽的表征量，人體處于相對濕度40%～60%的環(huán)境中最舒服〔50〕，氣溫處于適中情況下，濕度的變化對人體作用較小，但高溫高濕或者短期內(nèi)潮濕與干燥氣候頻繁交替對機(jī)體動能及其不利〔51〕。長期處于高濕度條件下，小氣道更容易閉合，致使CV增加。因此，生活在相對濕度較高以及降水量豐富地區(qū)的居民，普遍CV值會大于處于適宜濕度地區(qū)的居民的CV值。

3.2年日照時數(shù)與閉合容積正常參考值的關(guān)系 本研究發(fā)現(xiàn)，年日照時數(shù)與閉合容積參考值呈負(fù)相關(guān)。有研究表明，呼吸系統(tǒng)疾病與上午和中午等時段內(nèi)的累計(jì)日照時數(shù)呈顯著的負(fù)相關(guān)。這表明日照時數(shù)偏多,不利于呼吸道疾病的發(fā)生,主要原因是:①日照時數(shù)多,人們所受的太陽輻射能量多,氣溫偏高,發(fā)病率降低。②日照時數(shù)偏多,有較多的紫外線輻射,可以殺滅或者抑制病毒,不利于病毒在空氣中傳播〔52〕。紫外線可提高血液的殺菌能力和增強(qiáng)免疫性，促進(jìn)物質(zhì)代謝，而且對某些病毒也有破壞作用。除紫外線以外，紅外線可以加快人體組織的各種物理化學(xué)過程，可以促使血管擴(kuò)張，增進(jìn)新陳代謝和細(xì)胞增生，從而達(dá)到消炎鎮(zhèn)痛等作用，對治療凍傷、皮膚病等有較好的醫(yī)療作用〔53〕。

太陽輻射有益于氣管的擴(kuò)張，增進(jìn)新陳代謝和細(xì)胞增生。這使小氣道易于擴(kuò)張，不易于阻塞。隨著人體機(jī)體的逐漸老化，CV值會有顯著性的增高，表明隨著年齡的增長小氣道組織更加容易閉合，致使CV值增大。一般來講，相同年齡段健康人群平均CV值越小，表明小氣道功能越強(qiáng)。所以，相同年齡段健康人群接受日照時數(shù)越多，CV參考值理應(yīng)有較低的數(shù)值。本文顯示處于高日照時數(shù)的省份如新疆、青海等較周邊省份CV正常參考值均偏低，與本研究是相符的。

3.3年平均風(fēng)速與CV正常參考值的關(guān)系 年平均風(fēng)速與CV參考值呈負(fù)相關(guān)，《金匱要略》說:“風(fēng)雖能生萬物,亦能害萬物?！边@說明風(fēng)對人類健康也具有二重性,當(dāng)然此處的風(fēng)并非單一指氣象意義上的風(fēng)。有研究表明,死亡高峰時段多與風(fēng)速高峰時段有關(guān)〔54〕。風(fēng)可以促進(jìn)傳導(dǎo)、對流和蒸發(fā)散熱。在高溫情況下，對人體有著良好的作用。但在低溫高濕的情況下，風(fēng)速過大就會使人體散熱過多，從而感到寒冷。對于呼吸系統(tǒng),大風(fēng)使人的上呼吸道變得干燥,降低了對致病菌的抵抗力,較大的風(fēng)刺激還能使呼吸道平滑肌痙攣,黏膜水腫,使病人病情加重〔34〕。長期處于高風(fēng)速地區(qū)的居民，非彈性回縮力較普通地區(qū)居民好，且小氣道壁本身力學(xué)機(jī)制好，抵抗陷閉的力較強(qiáng)〔55〕。故而CV的正常參考值，反而會比較低。

3.4土壤地理因素與閉合容積正常參考值的關(guān)系 本研究與CV正常參考值相關(guān)的土壤地理因素除表土有機(jī)質(zhì)含量與之呈正相關(guān)外，其余均呈負(fù)相關(guān)，說明隨著表土容重，表土pH值，表土陽離子交換量(黏土)，表土鹽基飽和度的增加，CV正常參考值在減小，隨著表土有機(jī)質(zhì)含量的增加CV正常參考值在增加。

鹽基飽和度是指土壤吸附交換性鹽基總量的程度。鹽基飽和度對土壤的pH值、酸化、堿化均有直接影響，對養(yǎng)分離子的有效性影響尤甚。鹽基飽和度的高低，是由多種地理環(huán)境因素以及人為因素共同造成的。近年來的研究多傾向于土壤酸化或者堿化對其造成的影響〔56～59〕。土壤酸化最重要的影響因子之一是酸雨。酸雨進(jìn)入土壤系統(tǒng)會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),對土壤最基本的影響表現(xiàn)在鹽基離子的淋溶。土壤堿化原因是多種多樣的，不但因地而異，即使同一地區(qū)，也有幾種可能性。其中最主要的是低礦化堿性地下水的影響，土壤積鹽的同時發(fā)生堿化過程，其次是是土壤在長期脫鹽和積鹽的頻繁交替過程中，土壤膠體吸附鈉離子而發(fā)生堿化。因而，無論是土壤酸化或者堿化，都會對本文研究指標(biāo)：鹽基飽和度與pH指標(biāo)造成極其顯著的影響。

人體內(nèi)不同組織元素含量是不同的，酸堿性也是不同的。肺中含有大量的鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鉬、鎘、汞、硒等元素〔60〕。經(jīng)學(xué)者研究，認(rèn)為人體肺組織是呈酸性的〔61〕。土壤鹽基飽和度與人肺中的CV指標(biāo)具有顯著相關(guān)性。通過這些因素，不難發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)土壤的性質(zhì)會對人體內(nèi)組織造成各種各樣的影響。

研究表明，肺部疾病與微量元素關(guān)系密切，通過檢測微量元素，對探索疾病的機(jī)制有一定作用通過檢測手段可為肺部疾病的診斷提供幫助〔62〕?；谇叭说难芯堪l(fā)現(xiàn)，隨著人體年齡的增長，人體內(nèi)的鈉含量有明顯的降低〔63〕，也就是說，而隨著人年齡的增長，肺的酸性是有一定地增強(qiáng)的，而CV正常參考值隨著人年齡增大，是在不斷增大的〔64〕。鈉離子的含量與土壤鹽基飽和度呈正相關(guān)，所以引用鈉離子含量的高低作為探討土壤酸堿性的一個標(biāo)準(zhǔn)，即鈉離子含量越高，土壤鹽基飽和度越高，堿性越強(qiáng)，反之，則土壤鹽基飽和度低，酸性越強(qiáng)。選取4個代表性城市作為探討對象，分別是成都、北京、太原和蘇州，通過查詢國家土壤地理數(shù)據(jù)可知，這四個城市的土壤鹽基飽和度分別為100,83,68,31，pH分別為7.8，6.5，6，4.6，土壤類型依次為黃壤，砂壤土，褐土，黃棕壤。查詢土壤性質(zhì)以及pH可以發(fā)現(xiàn)這與鈉元素的地理分布是基本相同的。而由本文得出的這四個城市閉合容積正常參考值為10.683，11.596，12.090，14.277。由此證明，鈉元素與CV正常參考值呈負(fù)相關(guān)的理論是正確的。

所以，CV值與土壤地理因素存在關(guān)系是有據(jù)可依，并且成立的。土壤地理因素可以間接影響人體組織中的各個器官，可以間接影響用以判斷人體功能的各個醫(yī)學(xué)指標(biāo)。同時，根據(jù)健康人某醫(yī)學(xué)指標(biāo)正常參考值，去判斷某地的地理因素，尤其是本研究所添加的土壤地理因素。在此基礎(chǔ)上可據(jù)此延伸到元素地理學(xué)中，用以推斷某些人體必需元素在地理上的分布。

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