蔡嫣然 王成崗*
(山東中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,山東 濟(jì)南 250355)
某市PM2.5與呼吸科門診量的關(guān)系研究
蔡嫣然 王成崗*
(山東中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,山東 濟(jì)南 250355)
目的 本研究擬評(píng)價(jià)PM2.5對(duì)濟(jì)南市呼吸系統(tǒng)疾病的影響。方法 收集了濟(jì)南市兩家綜合性醫(yī)院一年呼吸科門診量、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)呼吸科門診量的影響。結(jié)果在兩日累積PM2.5<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>200 μg/m3且<400 μg/m3時(shí),門診量增加較大。結(jié)論 大氣中PM2.5濃度與呼吸科日門診量間存在非線性關(guān)系。
PM2.5;日門診人數(shù);廣義可加模型
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 μm,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?。?]。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。本研究擬評(píng)價(jià)PM2.5對(duì)濟(jì)南市呼吸系統(tǒng)疾病的影響,由于它們之間并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,我們利用每日呼吸科門診量,運(yùn)用時(shí)間序列方法,采用廣義可加模型(Generalized additive models,GAM)分析PM2.5對(duì)醫(yī)院呼吸科門診量來研究的影響,為大氣污染物健康效應(yīng)預(yù)測(cè)、預(yù)警研究提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 數(shù)據(jù)來源:2013年11月1日至2014年10月31日濟(jì)南市兩家醫(yī)院呼吸科日門診數(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(任意二者間的相關(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)為(link function)為對(duì)數(shù)函數(shù)。其公式如下:
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SAS 9.2進(jìn)行分析,小概率事件的標(biāo)準(zhǔn)α<0.05。
2.1 描述性分析:研究期間內(nèi)兩所醫(yī)院呼吸科門診患者共計(jì)30837例,男性占48.6%,平均年齡為49.14歲,其中一所醫(yī)院占52.7%。門診患者最少的一天為26例,最多的一天為369例,平均為84.82例,周六、周日患者的平均值約為平時(shí)患者的0.89倍。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<200 μg/m3有245 d,占全年的67.6%;<400 μg/m3有348 d,占95.6%。
表1 研究期間濟(jì)南市空氣污染物濃度及最低溫度描述性分析結(jié)果
2.2 模型擬合分析: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1,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1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<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<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。
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[2]。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)[3]。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[2]。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。
表2 模型參數(shù)回歸分析部分的參數(shù)估計(jì)
表3 模型非參數(shù)部分的光滑成分分析
表4 模型非參數(shù)部分的離差分析
圖1 濟(jì)南市兩日PM2.5之和(PM2.5td)與呼吸科門診量非線性效應(yīng)圖
錢孝琳[4]等所做PM2.5與居民每日死亡關(guān)系的Meta分析發(fā)現(xiàn),居民短期暴露于大氣PM2.5污染的健康效應(yīng)包括:增加重病和慢病患者的病死率,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。劉曉莉[5]等通過對(duì)大鼠進(jìn)行PM2.5染毒發(fā)現(xiàn),隨著染毒濃度的增加,大鼠心、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)。本研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)兩日累積PM2.5<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<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>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),>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)呼吸系統(tǒng)疾病影響的延遲效應(yīng)及累積效應(yīng),發(fā)現(xiàn)PM2.5濃度與呼吸科門診量間的非線性關(guān)系,為將來該地大氣污染預(yù)測(cè)、預(yù)警研究提供基礎(chǔ)信息。
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1671-8194(2015)14-0046-02
山東中醫(yī)藥大學(xué)2014年度大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃(SRT)項(xiàng)目(2014013)