濟(jì)南市PM2.5與人體相關(guān)疾病發(fā)病率的關(guān)聯(lián)性研究

蔡嫣然　邵雨萌

[摘要] 目的 研究濟(jì)南市空氣中PM2.5與臨床呼吸科、心內(nèi)科和神經(jīng)內(nèi)科門診量的關(guān)系。 方法 收集濟(jì)南市兩家綜合性醫(yī)院一年呼吸科、心內(nèi)科和神經(jīng)內(nèi)科門診量、空氣質(zhì)量及氣象數(shù)據(jù)，在控制“星期幾效應(yīng)”、氣象因素等混雜因素的基礎(chǔ)上，運(yùn)用廣義相加泊松回歸模型分析了PM2.5對(duì)其的影響。 結(jié)果 在兩日累積PM2.5小于200 μg/m3時(shí)，隨著PM2.5的增加，呼吸科門診量增加并不大，當(dāng)其大于200 μg/m3且小于400 μg/m3時(shí)，門診量增加較大，大氣中PM2.5濃度與呼吸科日門診量間存在非線性關(guān)系。兩日累積PM2.5濃度與心內(nèi)科和神經(jīng)內(nèi)科門診量呈線性關(guān)系，兩日累積PM2.5每增加1 μg/m3，兩醫(yī)院心內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科門診量大約增加1例患者。 結(jié)論 隨著空氣中PM2.5濃度的增加，臨床呼吸科、心內(nèi)科和神經(jīng)內(nèi)科門診量有增加趨勢(shì)，但PM2.5濃度與不同科室日門診量關(guān)系稍有不同。

[關(guān)鍵詞] PM2.5；臨床常見疾?。粡V義可加模型

[中圖分類號(hào)] R195.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1673-9701（2015）16-0114-04

[Abstract] Objective To study the connections between PM 2.5 in the air in Jinan city and the outpatient visits in the department of pneumology， the department of cardiology and the department of neurology. Methods Outpatient visits in the department of pneumology， department of cardiology and department of neurology in two comprehensive hospitals in Jinan， air quality and meteorological data were collected. On the basis of controlling confounding factors such as "day of the week" and meteorological data， generalized additive poisson regression model was applied to analyze the effect of PM 2.5 on the outpatients visits. Results While two-day cumulative PM 2.5 was lower than 200 μg/m3， the increase of outpatients visits in the department of pneumology was not substantial along with the increase of PM 2.5. While PM 2.5 was higher than 200 μg/m3 and lower than 400 μg/m3， the outpatient visits were large. Concentration of PM 2.5 in the atmosphere showed a non-linear connection with daily outpatients visits in the Department of Pneumology. Concentration of two-day cumulative PM 2.5 showed a linear connection with the outpatient visits in department of cardiology and department of neurology. Once the two-day cumulative PM 2.5 increased 1 μg/m3， 1 more patient visited the outpatient of department of cardiology and department of neurology. Conclusion With the increase of PM 2.5 concentration in the air， outpatient visits in the department of pneumology， the department of cardiology and the department of neurology have an increasing trend， but the concentration of PM 2.5 has slight different connections with the daily outpatient visits in different departments.

[Key words] PM2.5； Clinical common diseases； Generalized additive model

空氣中懸浮顆粒物分為大粒徑顆粒物（粒徑在11～100 μm）和可吸入顆粒物（粒徑≤10 μm，即PM10）。PM10又分粗顆粒（粒徑在2.5～10 μm）和細(xì)顆粒物（粒徑≤2.5，即PM2.5）。PM2.5又稱可入肺顆粒物，含大量有毒、有害物質(zhì)，在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，易引發(fā)哮喘、支氣管炎等疾病[1]。大量研究表明，大氣顆粒物能對(duì)人體健康造成巨大損失，且粒徑越小，危害越大。近年來，濟(jì)南地區(qū)空氣污染嚴(yán)重，PM2.5是灰霾天氣的元兇，其給環(huán)境和人體健康帶來的危害不容忽視。對(duì)顆粒物的定量健康危害評(píng)價(jià)，已成為WHO、歐盟等國(guó)際機(jī)構(gòu)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。世界衛(wèi)生組織指出，PM2.5在25 μg/m3以上都對(duì)健康有害[2]。大氣污染通常是跨區(qū)域的，不利于清潔大氣以及人類環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。目前國(guó)外針對(duì)霾健康危害的研究主要集中在細(xì)顆粒物誘發(fā)的健康效應(yīng)方面，而且國(guó)內(nèi)在以往的研究中，已有大氣污染物組成及對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的研究，而對(duì)心血管系統(tǒng)發(fā)病規(guī)律的研究，尤其是在濟(jì)南地區(qū)并不多見。因此，研究PM2.5與人體各系統(tǒng)疾病的發(fā)病率規(guī)律，探討濟(jì)南地區(qū)PM2.5對(duì)人體各系統(tǒng)發(fā)病率的影響，具有極其重要的意義。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

2013年11月1日～2014年10月31日濟(jì)南市兩家醫(yī)院呼吸科、心內(nèi)科和神經(jīng)內(nèi)科日門診數(shù)據(jù)來源于相應(yīng)醫(yī)院信息系統(tǒng)。日均PM2.5、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）等空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)及日最低氣溫、最高氣溫等氣象數(shù)據(jù)等來自于濟(jì)南氣象局網(wǎng)站。

1.2 統(tǒng)計(jì)方法

1.2.1 自變量的確定 在本研究中，由于二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和一氧化碳（CO）間存在共線性（任意兩者間的相關(guān)系數(shù)均>0.742），為提高模型估計(jì)的準(zhǔn)確性，我們采用主成分分析法提取三變量的公因子Factor1（其累積貢獻(xiàn)率為86.097%）作為研究的自變量。日最低氣溫與最高氣溫間的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.972，本研究采用最低氣溫（Tmin）作為自變量。采用互相關(guān)分析探索PM2.5對(duì)反應(yīng)變量的滯后效應(yīng)，根據(jù)互相關(guān)系數(shù)，在考慮暴露累積效應(yīng)的基礎(chǔ)上，本研究取當(dāng)日及滯后一階PM2.5之和（PM2.5td）作為自變量。為控制“星期幾效應(yīng)”，本研究提取了星期因子（Week）作為自變量。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)模型的選擇 本研究以呼吸科、心內(nèi)科和神經(jīng)內(nèi)科日門診人數(shù)為反應(yīng)變量，其近似服從Poisson分布。由于上述自變量與日門診量間可能為非線性關(guān)系，本研究采用廣義可加模型擬合數(shù)據(jù)，其連接函數(shù)（link function）為對(duì)數(shù)函數(shù)。公式如下：

式中：E（μt）為第t天門診量的預(yù)期值；Xj為與反應(yīng)變量呈非線性關(guān)系的自變量；Xi為與反應(yīng)變量呈線性關(guān)系的自變量；βi為回歸系數(shù)；fj為平滑樣條函數(shù)。以上統(tǒng)計(jì)分析采用SAS9.2進(jìn)行分析，小概率事件的標(biāo)準(zhǔn)α<0.05。

2 結(jié)果

2.1 描述性分析

研究期間（2013年11月1日～2014年10月31日）兩醫(yī)院呼吸科、心內(nèi)科和神經(jīng)內(nèi)科共有病例93167例，三科室門診量分別為30837例（占33.10%）、36109例（占38.76%）和26221例（占28.14%）。男性與女性的比例為0.96：1，最小年齡為1歲，最大年齡為114歲，平均年齡為56.48歲。門診患者最少的1 d為56例，最多的1 d為579例，平均255.25例。1周的不同時(shí)間日門診量的均數(shù)見圖1，可見其具有明顯的“星期幾效應(yīng)”。

空氣污染物濃度及最低溫度描述性分析結(jié)果見表1，PM2.5td小于200 μg/m3有245 d，占全年的67.6%；小于400 μg/m3有348 d，占95.6%。

2.2 模型擬合分析

2.2.1 PM2.5與呼吸科門診量的關(guān)系分析 擬合結(jié)果分為參數(shù)回歸分析、平滑樣條非參數(shù)分析和離差分析，分布見表2～4。表2參數(shù)回歸部分，全部自變量均有統(tǒng)計(jì)學(xué)，且Factor1為危險(xiǎn)因素。表3非參數(shù)部分光滑成分分析顯示廣義交叉驗(yàn)證（GCV）較小，兩變量的自由度都約為4.2；兩日PM2.5之和（PM2.5td）與呼吸科門診量的關(guān)系見圖2，顯示擬合曲線光滑性較好，可認(rèn)為模型擬合效果尚可。表4為非參數(shù)部分的離差分析，比較全模型與不含該變量時(shí)的離差，僅有最低溫度和兩日PM2.5之和有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。依據(jù)模型中的系數(shù)，可計(jì)算自變量PM2.5td對(duì)門診量的相對(duì)危險(xiǎn)度（RR），RR=ef（PM2.5td）。圖2更加直觀地顯示濟(jì)南市兩日PM2.5之和與呼吸科門診量間呈明顯的曲線關(guān)系，在兩日累積PM2.5小于200 μg/m3時(shí)，隨著PM2.5的增加，呼吸科門診量增加不明顯，尤其是小于150 μg/m3時(shí)，變化更?。坏?dāng)其>200 μg/m3且<400 μg/m3時(shí)，門診量增加較快；當(dāng)其>400 μg/m3時(shí)，曲線又變得平緩。

2.2.2 PM2.5與心內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科門診量的關(guān)系分析 PM2.5與心內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科門診量呈現(xiàn)線性關(guān)系，兩模型擬合的結(jié)果見表5。顯示隨著兩日PM2.5濃度的增加，兩科室門診量都有增加趨勢(shì)，根據(jù)相關(guān)危險(xiǎn)度可知，兩日累積PM2.5每增加1 μg/m3，兩醫(yī)院心內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科日門診量大約增加1例患者。

3 討論

廣義可加模型是廣義線性模型（generalized linear model，GLM）的擴(kuò)展，其可處理反應(yīng)變量與自變量間復(fù)雜的非線性關(guān)系，適用范圍廣，在環(huán)境流行病學(xué)研究多有應(yīng)用[3]。廣義可加模型應(yīng)用假設(shè)為函數(shù)是可加的，在估計(jì)反應(yīng)變量與自變量關(guān)系時(shí)，其解釋成分既可以是自變量本身，也可以為自變量的各種平滑函數(shù)形式，靈活性強(qiáng)[4]。對(duì)環(huán)境污染的健康效應(yīng)研究中，通?？刹捎脧V義相加模型。在平滑樣條函數(shù)中，自由度的確定對(duì)函數(shù)的擬合效果有影響。自由度大，一般擬合越好，但會(huì)導(dǎo)致曲線粗糙[3]。本研究的廣義交叉驗(yàn)證（GCV）較小，且曲線相對(duì)平滑，擬合結(jié)果較好。

錢孝琳等[5]所做的關(guān)于“大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）與居民每日死亡關(guān)系的Meta分析”中建立了居民短期接觸大氣PM2.5污染的暴露反應(yīng)關(guān)系，得出細(xì)顆粒物對(duì)人體健康的影響有以下幾個(gè)方面：增加重病和慢病患者的死亡率，使呼吸系統(tǒng)、心臟系統(tǒng)疾病惡化，改變肺功能及其結(jié)構(gòu)，患癌率增加等。蘭嵐[6]所做的“金昌市大氣污染對(duì)人體健康的影響研究”中，得出了以下結(jié)論：大氣污染對(duì)女性人群的影響較男性大，在COPD疾病中，對(duì)<65歲人群的影響較≥65歲人群的影響更大；在肺炎和URTI疾病中，對(duì)≥65歲人群的影響較其他人群的影響更大。劉曉莉等[7]所做的“PM2.5對(duì)大鼠心、肺、睪丸的氧化損傷作用”中得出的結(jié)論有：隨PM2.5染毒濃度的增加，心、肺和睪丸三種臟器的各種抗氧化酶（SOD、GSH-Px、CAT）活性和GSH的含量出現(xiàn)降低或顯著降低的趨勢(shì)，各臟器對(duì)PM2.5的應(yīng)激反應(yīng)強(qiáng)度有一定差異。Sagai等[8]發(fā)現(xiàn)PM2.5具有產(chǎn)生活性氧（ROS）的能力，ROS的產(chǎn)生與呼吸、循環(huán)系統(tǒng)損傷密切相關(guān)。流行病學(xué)研究表明，灰霾天氣主要影響呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾病，暴露于一定量的PM2.5中能夠引起呼吸和心血管系統(tǒng)疾病的就診人數(shù)和住院人數(shù)增加[9]。

本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩日累積PM2.5小于200 μg/m3時(shí)，隨著PM2.5的增加，呼吸科患者增加不明顯，尤其是小于150 μg/m3時(shí)。當(dāng)暴露于低劑量的PM2.5時(shí)，可能大多數(shù)居民為負(fù)荷或代償狀態(tài)。但當(dāng)其超過200 μg/m3時(shí)，患者增加迅速，健康效應(yīng)較明顯，患者增多。當(dāng)其大于400 μg/m3時(shí)，曲線變平緩可能是由于本研究?jī)H采集了一年的數(shù)據(jù)，大于400 μg/m3天數(shù)較少，效應(yīng)的估計(jì)欠穩(wěn)定。

本研究在扣除了主要大氣污染物及氣溫的影響后，分析了濟(jì)南市大氣中PM2.5濃度對(duì)呼吸科、心內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科疾病影響的延遲效應(yīng)及累積效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)兩日累積PM2.5濃度與呼吸科門診量間呈非線性關(guān)系，與心內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科門診量呈線性關(guān)系，將為該地大氣污染預(yù)測(cè)、預(yù)警研究提供基礎(chǔ)信息。

近年來，濟(jì)南地區(qū)空氣污染嚴(yán)重，屢次在環(huán)保部公布的全國(guó)城市空氣質(zhì)量排名之空氣較差前十名中“上榜”，有日益加重的趨勢(shì)。許多研究表明，PM2.5與人群健康的關(guān)系和對(duì)人群死亡率的影響比PM10更加密切[10]，霾污染期間細(xì)顆粒物能顯著影響人群的健康狀態(tài)。因此，研究PM2.5與人體各系統(tǒng)疾病的發(fā)病率規(guī)律具有極其重要的意義。

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（收稿日期：2015-03-30）