臭氧對心腦血管疾病急救的短期影響及其季節(jié)性差異*

谷少華 陸蓓蓓 王 鋼 賀天鋒 王愛紅△

隨著全球氣候變暖和人類活動排放的氮氧化合物增多,臭氧已經(jīng)成為我國部分城市夏季的首要污染物[1],其與人群健康的關(guān)系也逐漸受到公眾關(guān)注。多項研究發(fā)現(xiàn),臭氧短期暴露與人群總死亡、心血管疾病死亡和呼吸系統(tǒng)疾病死亡具有明顯的相關(guān)性,并可能造成兒童哮喘、上呼吸道感染、皮膚性疾病、心肌梗死等疾病發(fā)病風(fēng)險增加[2-11]。但是,這些結(jié)果主要來自于臭氧對人群死亡或住院的研究,尚缺少臭氧對其他健康相關(guān)數(shù)據(jù)的研究結(jié)果,并且對心腦血管疾病的研究結(jié)論并不一致[10-11]。此外,多個城市均發(fā)現(xiàn)地表臭氧濃度存在季節(jié)性變化,但是針對不同季節(jié)臭氧效應(yīng)差異的研究仍然較少[9]。這些缺陷既不利于政府制定相應(yīng)的公共衛(wèi)生政策,也不利于居民開展針對性的健康防護(hù)。

急救車的接診數(shù)據(jù)能夠及時地反映出人群突發(fā)疾病的狀況,因此開展臭氧和急救數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的研究能夠更準(zhǔn)確地評價臭氧對人群健康影響的急性效應(yīng)。本文擬利用寧波市城區(qū)的急救數(shù)據(jù),分析臭氧暴露與心腦血管疾病急救人次的短期關(guān)聯(lián),并比較不同季節(jié)時臭氧暴露健康效應(yīng)的差異。

材料和方法

1.數(shù)據(jù)收集

急救車接診資料由寧波市急救中心提供,包含2013年1月1日至2016年12月31日寧波市海曙區(qū)、江東區(qū)(現(xiàn)并入鄞州區(qū))和江北區(qū)三個主城區(qū)的急救車逐日接診個案資料,變量包括“編號”、“接診日期”、“接診地點”、“病人性別”、“病人年齡”、“主訴”、“初步診斷”、“就診類型”等信息。根據(jù)個案中的“主訴”和“初步診斷”變量,挑選出初診為心腦血管疾病的病例,并按照性別和年齡(<65歲組和≥65歲組)進(jìn)行人群分組。

同期空氣污染資料收集自寧波市環(huán)境監(jiān)測中心,監(jiān)測站點位于江北區(qū),資料包括每日最大的連續(xù)8小時臭氧濃度數(shù)值(臭氧8小時),以及細(xì)顆粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)和二氧化氮(NO2)的日均濃度數(shù)據(jù)。同期氣象資料下載自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)站(http://data.cma.cn/),監(jiān)測站點位于鄞州區(qū),資料包括日均氣溫、日均相對濕度和日均氣壓等指標(biāo)。

2.統(tǒng)計分析

本文采用時間序列分析方法結(jié)合分布滯后非線性模型(distributed lag non-linear model,DLNM)研究臭氧和心腦血管疾病急救人次的短期關(guān)聯(lián),同時在模型中控制了氣溫、濕度、氣壓、星期效應(yīng)、心腦血管疾病急救人次的長期變化趨勢等混雜因素的影響,并根據(jù)偏自相關(guān)函數(shù)(partial autocorrelation function,PACF)選擇其中的自由度[12-13]。為了評估不同季節(jié)時臭氧效應(yīng)的差異,本研究根據(jù)寧波市氣溫變化將全年分為冷季(11月-次年4月)和暖季(5月-10月),采用分層分析的方法分別將其納入模型進(jìn)行統(tǒng)計分析[14]。構(gòu)建模型如下。

Log[E(Yt)]=α+cb(O3t,lag)+ns(Tempt,

df=3)+ns(Rht,df=3)+ns(Presst,df=3)+

ns(Time,df=7×4)+vDOW

其中E(Yt)—第t日心腦血管疾病急救人次的期望值;a—截距;cb—交叉基;ns—自然立方樣條函數(shù);lag—最長滯后時間;df—自由度;O3t—第t日臭氧8小時濃度,由于以往文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)臭氧與健康結(jié)局關(guān)系為無閾值的線性關(guān)系,因此本研究同樣按照線性效應(yīng)納入模型,并根據(jù)文獻(xiàn)選取最長滯后時間為7天[5,8];Tempt、Rht和Presst—分別為第t日的日均氣溫、日均相對濕度和日均氣壓,選擇自由度均為3;Time—時間變量,根據(jù)以往文獻(xiàn),全年分析時自由度為7/年[12-13],按季節(jié)分析時自由度為4/年[14];DOW—星期幾,按照啞變量引入模型;υ為其效應(yīng)系數(shù)。

本文同時還按照非線性效應(yīng)評估了臭氧和心腦血管疾病急救人次的暴露-反應(yīng)關(guān)系,并比較了分別控制PM2.5、SO2和NO2后臭氧急性效應(yīng)的差異。臭氧的效應(yīng)采用相對危險度(relative risk,RR)和超額危險度(excess risk,ER)指標(biāo)表示,超額危險度ER=(RR-1)×100%,本文意為臭氧每升高10μg/m3時心腦血管疾病急救人次增加的百分比。

本文分別采用均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差描述計量資料的集中趨勢和離散趨勢,并采用t檢驗或非參數(shù)檢驗比較不同組別均數(shù)的差異。本研究主要統(tǒng)計分析采用R軟件(3.1.0版)實施,各空氣污染和氣象指標(biāo)之間的相關(guān)性分析采用Spearman相關(guān),分布滯后非線性模型運(yùn)用R軟件中的“dlnm”包,檢驗水準(zhǔn)為0.05。

結(jié) 果

2013-2016年寧波市三個主城區(qū)共接診心腦血管疾病急救人次8674次,平均每日5.9次,其中冷季平均每日6.5次,暖季平均每日5.3次;接診男性多于女性,65歲以上的老人多于年輕人。研究期間臭氧8小時平均濃度為94.5μg/m3(3～252μg/m3),其中冷季平均為77.2μg/m3(3～229μg/m3),暖季平均為111.6μg/m3(5～252μg/m3),詳情見表1。根據(jù)國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012),臭氧8小時二級濃度限值為160μg/m3,寧波市2013-2016年臭氧全年達(dá)標(biāo)率為90.78%,冷季達(dá)標(biāo)率為97.09%,暖季達(dá)標(biāo)率為84.58%。

表1 2013-2016年寧波市心腦血管疾病急救人次、空氣污染和氣象因子的一般特征

如圖1所示,心腦血管疾病急救人次具有明顯的季節(jié)性,冬季較高而夏季較低;臭氧8小時濃度則相反,冬季較低而夏季較高。表2為臭氧和不同環(huán)境因子的Spearman相關(guān)系數(shù),冷季時臭氧和各空氣污染因子的相關(guān)性較弱,且均為負(fù)相關(guān),其中與NO2的相關(guān)性最強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為-0.216;暖季時臭氧和各空氣污染因子均為正相關(guān),其中與PM2.5的相關(guān)性最強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為0.490。冷季時臭氧和各氣象因子的相關(guān)系數(shù)均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);暖季時臭氧和日均相對濕度的相關(guān)性最強(qiáng),相關(guān)系數(shù)為-0.537。

圖1 2013-2016年寧波市心腦血管疾病急救人次和臭氧8小時濃度的時間變化趨勢

表2 不同季節(jié)時,臭氧和其它空氣污染因子、氣象指標(biāo)之間的Spearman相關(guān)分析

圖2表示不同滯后時間時臭氧與心腦血管疾病急救人次的短期關(guān)聯(lián)。全年和暖季時,臭氧暴露和當(dāng)天心腦血管疾病急救人次的關(guān)聯(lián)有統(tǒng)計學(xué)意義,臭氧8小時濃度每升高10μg/m3,心腦血管疾病急救人次分別增加0.96%(95%CI:0.21～1.72%)和1.17%(95%CI:0.21～2.13%)。按照性別分層時,臭氧對男性的影響明顯大于女性,全年和暖季時,臭氧8小時濃度每升高10μg/m3男性心腦血管疾病急救人次分別增加1.11%(95%CI:0.08～2.15%)和1.65%(95%CI:0.33～2.99%);臭氧對女性的效應(yīng)均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。按照年齡分層時,除全年時臭氧和<65歲人群組的關(guān)聯(lián)有統(tǒng)計學(xué)意義以外,其余分析均無統(tǒng)計學(xué)意義。冷季時臭氧和心腦血管疾病急救人次的關(guān)聯(lián)均未見統(tǒng)計學(xué)意義。詳情見表3。

表3 不同季節(jié)條件下,臭氧8小時濃度每升高10μg/m3當(dāng)天心腦血管疾病急救人次的超額危險度(%)

圖2 不同季節(jié)和滯后天數(shù),臭氧8小時濃度每升高10μg/m3心腦血管疾病急救人次的超額危險度

如表4所示,模型中引入NO2和SO2后,臭氧的效應(yīng)基本不變;引入PM2.5后,臭氧的效應(yīng)減小且均變?yōu)闊o統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。如圖3所示,將臭氧按照非線性效應(yīng)引入模型,不同季節(jié)時臭氧與當(dāng)日心腦血管疾病急救人次的暴露-反應(yīng)關(guān)系均為近似線性且未見閾值存在;暖季時,臭氧8小時濃度超過150μg/m3后效應(yīng)值不再增加。

表4 多污染物模型時,臭氧8小時濃度每升高10μg/m3心腦血管疾病急救人次的超額危險度(%)

圖3 按照非線性效應(yīng)引入模型,臭氧8小時濃度與當(dāng)天心腦血管疾病急救人次的暴露-反應(yīng)關(guān)系曲線

討 論

本研究發(fā)現(xiàn)寧波市暖季時空氣中臭氧濃度較高,并和其他污染物有較高的相關(guān)性。全年和暖季時臭氧暴露和當(dāng)天心腦血管疾病急救人次的關(guān)聯(lián)有統(tǒng)計學(xué)意義,暴露-反應(yīng)關(guān)系近似為無閾值的線性關(guān)系;男性受到的影響明顯強(qiáng)于女性。本研究采用急救車接診資料分析不同季節(jié)時臭氧和心腦血管疾病的關(guān)聯(lián),研究結(jié)果可以有效地評價臭氧對人群心腦血管疾病的急性效應(yīng),并為全面評估臭氧的健康風(fēng)險提供了更豐富的證據(jù)。

臭氧對呼吸系統(tǒng)的作用機(jī)制已經(jīng)較為清楚,但是其對心血管系統(tǒng)影響的證據(jù)并不一致。最近有中國學(xué)者的研究指出,臭氧暴露濃度升高與人體血小板活化(凝血的危險因素)和血壓的升高相關(guān),這可能是臭氧影響心血管系統(tǒng)健康的機(jī)制之一[15]。與以往研究結(jié)果相似,本文發(fā)現(xiàn)臭氧與心腦血管疾病急救人次的暴露-反應(yīng)關(guān)系為線性關(guān)系,且未發(fā)現(xiàn)閾值存在。美國多城市的研究也表明,即使臭氧在接近背景值的極低水平時仍可觀察到健康危害存在,濃度高于5.1μg/m3(10 ppb)時暴露-反應(yīng)關(guān)系呈近似線性曲線[3]。該結(jié)果提示政策制定者需要重新考慮臭氧濃度限值的設(shè)定,以避免高濃度臭氧造成更多人群健康損失。本研究結(jié)果也顯示,暖季時臭氧濃度達(dá)到較高水平后(>150μg/m3),健康危害效應(yīng)不再增大,這種“平臺”現(xiàn)象在其它研究中也有發(fā)現(xiàn)[4],原因可能是低濃度臭氧已經(jīng)造成了敏感人群提前發(fā)病或者死亡,因此高濃度時健康效應(yīng)不再增大。

本研究發(fā)現(xiàn)暖季時臭氧濃度較高且效應(yīng)較強(qiáng),而冷季時則未見效應(yīng)差異有統(tǒng)計學(xué)意義。此結(jié)果與西方國家的研究結(jié)論相似,如美國95個城市[16]和97個城市[17]的研究結(jié)果均證實,高溫時臭氧的急性效應(yīng)更強(qiáng),低溫時則較弱。但是,中國臺灣和上海的研究結(jié)果則相反,冷季時臭氧暴露與人群健康結(jié)局呈顯著相關(guān),而暖季時則未見這種效應(yīng)存在[5,8]。由于不同區(qū)域的氣候特征和人群生活習(xí)慣均存在差異,很有可能會造成臭氧的健康效應(yīng)在不同地區(qū)得到的結(jié)論并不一致。這更提示研究者需要開展不同地區(qū)的健康風(fēng)險評估,從而因地制宜地提出健康防護(hù)和干預(yù)措施。

臭氧和顆粒物的相互作用一直受到研究者的關(guān)注,研究表明,長三角地區(qū)的高溫低濕條件有利于臭氧和二次顆粒物的快速生成,從而導(dǎo)致大氣中高濃度臭氧和細(xì)顆粒物污染復(fù)合疊加[18]。本研究也發(fā)現(xiàn)暖季時臭氧和PM2.5具有較強(qiáng)的相關(guān)性,在模型中引入PM2.5后,臭氧的效應(yīng)減小且無統(tǒng)計學(xué)意義。而中國三個城市的研究結(jié)果則顯示,臭氧與顆粒物對死亡的影響可能存在修飾作用,臭氧濃度較高時,PM10的效應(yīng)較高[11]。由于顆粒物是復(fù)合污染物,不同區(qū)域的來源不同導(dǎo)致其成分差異較大,當(dāng)前的研究仍然無法證實顆粒物是臭氧的混雜因素或者為修飾效應(yīng),未來仍然需要更多的研究證據(jù)支持。

本研究同時存在一定的局限性。由于收集到的急救數(shù)據(jù)只有主訴和初始診斷信息,并沒有最終疾病診斷和國際疾病分類編碼,因此數(shù)據(jù)整理過程中可能會發(fā)生疾病錯誤分類,增加或減少每日心腦血管疾病急救人次,從而影響到臭氧效應(yīng)的評價。此外,本研究采用的臭氧數(shù)據(jù)是地面監(jiān)測數(shù)據(jù),并不能完全代表研究對象的實際臭氧暴露量。下一步研究可以開展空氣污染物個體暴露評估,以得到更精確的結(jié)果。

綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)臭氧和心腦血管疾病急救人次的短期關(guān)聯(lián)具有統(tǒng)計學(xué)意義,暴露-反應(yīng)關(guān)系為無閾值的線性曲線;暖季時效應(yīng)較強(qiáng),男性受到的影響強(qiáng)于女性。研究結(jié)果為全面評估臭氧對心血管疾病的急性影響提供了更豐富的證據(jù),能夠為決策者修訂相應(yīng)的公共衛(wèi)生政策提供更多的技術(shù)支持。