大氣PM2.5與急性心肌梗死入院人數(shù)的時間序列研究

常青 劉素云

【摘要】目的 探討石家莊市PM2.5與急性心肌梗死入院人數(shù)之間的相關(guān)性及其時間序列研究。

方法 收集石家莊地區(qū)因患急性心肌梗死疾病在2013年1月1日～2013年12月31日期間于河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院入院的人數(shù)以及石家莊市環(huán)保部門對外公布的PM2.5研究性監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別描述兩者的時間分布情況，建立回歸分析模型，將PM2.5的滯后性考慮入內(nèi)，分析PM2.5濃度與急性心肌梗死入院人數(shù)之間的相關(guān)性。結(jié)果 入選的急性心肌梗死入院人數(shù)共計1229人次，石家莊市環(huán)保部門對外公布的PM2.5的研究性監(jiān)測數(shù)據(jù)日均濃度為265.78μg/m3，急性心肌梗死的入院人數(shù)隨著大氣PM2.5濃度的提升隨之增加，回歸模型顯示，PM2.5濃度與急性心肌梗死入院人數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)性，時間序列研究得出，這種正相關(guān)性具有一定的滯后性，以滯后3天的效應(yīng)最為顯著。結(jié)論 石家莊市PM2.5濃度與急性心肌梗死入院人數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)性，并具有一定的滯后性，以滯后3天的效應(yīng)最為顯著。

【關(guān)鍵詞】空氣污染；顆粒物；PM2.5；急性心肌梗死；時間序列研究

【中圖分類號】R542.22 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】ISSN.2095-6681.2019.9..05

The time-series studies of PM2.5 and the number of admissions for acute myocardial infarction

CHANG Qing，LIU Su-yun*

（Hebei Medical University Second Hospital，Hebei Shijiangzhuang 050000，China）

【Abstrsct】Objective Discusses the relevance and the time-series studies between PM2.5 and acute myocardial infarction admissions in Shijiazhuang.Methods The total number of patients with acute myocardial infarction who visit at the Second Hospital of Hebei Medical University in Shijiazhuang from January 1， 2013 to December 31， 2013 are collected，as well as daily PM2.5 research monitoring data of ambient air quality announced by Shijiazhuang environmental protection department， Secondly，time distribution were described respectively， then the variables from the regression model were created， and PM2.5 lag should be into the consideration， Thirdly， analysis the correlation between PM2.5 concentration and the number of admissions for acute myocardial infarction.Results The total numbers of acute myocardial infarction patients are 1229， daily average concentration of PM2.5 research monitoring data of ambient air quality announced by Shijiazhuang environmental protection department is 265.78μg/m3，auto-regression model shows that PM2.5 levels were positively correlated with the incidence of acute myocardial infarction， the incidence increased with the increasing concentration， and there is a certain lag in the correlation， the 3 day lag effect is the most significant.Conclusion PM2.5 concentration in Shijiazhuang were positively correlated with the incidence of acute myocardial infarction， and the incidence increased with the increasing concentration， and appears a certain lag， the 3 day lag effect is the most significant.

【Key words】Air pollution；Particulate matter；PM2.5；Acute myocardial infarction；Time-series studies

我國城市化建設(shè)日新月異、突飛猛進(jìn)，重工業(yè)迅猛發(fā)展，日益加劇的空氣污染，使得大氣灰霾現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，PM2.5嚴(yán)重影響著大氣環(huán)境質(zhì)量以及人體生命健康。近年來，心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)病年齡越來越低，而發(fā)病率和死亡率占人群總比重則逐年遞增，因此人們越來越多的開始關(guān)注與研究PM2.5對人體生命健康的危害。我國大氣污染較重，心血管系統(tǒng)疾病發(fā)病率較高，目前已經(jīng)開展了許多關(guān)于大氣顆粒物的長期流行病學(xué)調(diào)查研究以及其作用機(jī)制機(jī)理的研究，而石家莊市作為污染極為嚴(yán)重的重災(zāi)區(qū)，PM2.5濃度對心血管系統(tǒng)疾病的短期影響危害的研究還為之甚少。

1 資料與方法

1.1 一般資料

1.1.1 病例資料

收集石家莊地區(qū)因患急性心肌梗死疾病在2013年1月1日～2013年12月31日期間于河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院入院的人數(shù)。

入選標(biāo)準(zhǔn)：包括急性非ST段抬高型心肌梗死患者及急性ST段抬高型心肌梗死患者。

排除標(biāo)準(zhǔn)：患有內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、血液系統(tǒng)疾病、風(fēng)濕免疫系統(tǒng)疾病、代謝性疾病、感染性疾病、腦血管疾病患者以及肝腎功能異常者。

1.1.2 PM2.5濃度資料

石家莊市環(huán)保部門將監(jiān)測中心和平安電站兩個監(jiān)測點(diǎn)每日24小時PM2.5研究性監(jiān)測數(shù)據(jù)的濃度水實(shí)時對外公布，本研究PM2.5的濃度數(shù)據(jù)依據(jù)兩個監(jiān)測點(diǎn)公布的數(shù)據(jù)來計算每日平均值。

1.2 統(tǒng)計學(xué)方法

1.2.1 模型基本原理

此研究采用多元線性逐步回歸模型，具體模型見下列公式：

Y=β0+β1X1+β2X2+…+βmXm+e

模型公式中：X1為當(dāng)日PM2.5濃度，X2為前一天PM2.5濃度，X3為前兩天PM2.5濃度，…Xm為前m-1天PM2.5濃度；Y為應(yīng)變量，可近似表示為自變量X1，X2，…Xm的線性函數(shù)，在此研究中表示當(dāng)日患急性心肌梗死的人數(shù)；e為去除m個自變量對Y影響后的隨機(jī)誤差。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

將采集到的PM2.5監(jiān)測性數(shù)據(jù)及入院就診的資料應(yīng)用Microsoft Excel 2003建立數(shù)據(jù)庫錄入。首先用SPSS 13.0軟件對PM2.5監(jiān)測性數(shù)據(jù)與急性心肌梗死病例數(shù)進(jìn)行整理、邏輯檢錯、插補(bǔ)缺失值等，分別描述二者的時間分布情況；接著建立回歸分析模型，此時要考慮到PM2.5的滯后性，最后分析PM2.5濃度與急性心肌梗死入院人數(shù)之間的相

關(guān)性。

在統(tǒng)計模型的擬合優(yōu)度檢驗(yàn)中，模型的評判標(biāo)準(zhǔn)為決定系數(shù)R2，R2值越接近1，表明模型的擬合優(yōu)度就越高。將各相關(guān)系數(shù)做比較即可得出效應(yīng)最大的自變量。建立模型后進(jìn)行殘差分析，殘差e應(yīng)服從正態(tài)分布。

2 結(jié) 果

在此研究期間，石家莊地區(qū)因急性心肌梗死于河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院就診入院的患者共計1229人次，石家莊市環(huán)保部門公布的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)日均濃度為265.78 μg/m3，在2013年一年當(dāng)中，4、7、8、9月份的PM2.5濃度較低，10、11、12月份的PM2.5濃度相對較高，而12月份達(dá)到最高峰，急性心肌梗死的入院人數(shù)隨著PM2.5濃度的提升隨之增加。回歸模型為：Y=0.06X1+0.07X3+0.03X5+0.04X7+0.03X8，

該模型表明PM2.5濃度水平與急性心肌梗死入院人數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)性，時間序列研究得出，這種正相關(guān)性具有一定的滯后性，偏回歸系數(shù)中0.07為最大，可以得出以滯后3天的效應(yīng)最為顯著。

3 討 論

心血管系統(tǒng)疾病是城市居民的主要健康危害之一，大氣顆粒物污染對心血管系統(tǒng)的健康影響日益受到人們的普遍關(guān)注。關(guān)于大氣顆粒物污染引發(fā)的急性效應(yīng)的相關(guān)研究報道，得出較為一致的結(jié)論是：大氣顆粒物污染的水平變化與病情惡化、急診就診、住院就醫(yī)、急性死亡等均有相關(guān)性。歐洲及北美的眾多研究均可證實(shí)，和大氣顆粒物污染有關(guān)的心血管疾病的總住院率更高，大氣顆粒物污染與冠心病、心律失常和心力衰竭的發(fā)生率增加有著更為直接的關(guān)系。

20世紀(jì)90年代以來，國外眾多國家和城市已經(jīng)廣泛使用時間序列研究（應(yīng)用于空氣污染急性暴露與健康效應(yīng)研究的定量評價方法），并初步證實(shí)了空氣污染物濃度和居民每日死亡等健康效應(yīng)之間存在著可定量評價的統(tǒng)計學(xué)相關(guān)關(guān)系[1]。目前，空氣顆粒物污染與人群心血管系統(tǒng)疾病發(fā)病或者死亡的關(guān)系已成為國際環(huán)境流行病學(xué)的一個研究熱點(diǎn)。國內(nèi)外許多學(xué)者都采用時間序列的廣義相加模型來研究空氣顆粒物污染與人群心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生和（或）死亡的關(guān)系。

已有大量研究表明，PM10濃度的升高可以增加急性心肌梗死的危險度，并可以引起心血管病患者植入體內(nèi)的復(fù)律器或除顫器異常放電等情況的發(fā)生[2-3]。美國國家空氣污染與發(fā)病率和死亡率關(guān)系的研究（NMMAPS）以及歐洲環(huán)境污染和健康研究計劃（APHEA-2）使用時間序列分析也同樣得出了大氣顆粒物污染能過對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生急性影響的結(jié)論[4，5]。楊敏娟等[6]使用時間序列的半?yún)?shù)廣義相加模型研究了2003年1月1日～2013年12月31日北京市城區(qū)空氣污染物（SO2、NO2、PM10）和居民每日死亡數(shù)的關(guān)系，研究結(jié)果表明，北京市空氣污染物（SO2、NO2、PM10）對人群的健康存在短期影響，心腦血管疾病的死亡危險性隨著空氣污染物SO2、NO2、PM10濃度每升高10 μg/m3，分別增加了0.4%（0.1%～0.8%）、1.3%（0.2%～2.4%）和0.4%（0.2%～0.6%）。

石家莊地區(qū)PM2.5的主要來源是煤、油、其他礦物質(zhì)的燃燒，此外還有因工業(yè)生產(chǎn)而大量排放的SO2、氮氧化物在空氣中經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)形成的硫酸鹽、硝酸鹽氣溶膠。另外，為貫徹落實(shí)石家莊三年大變樣行動，房地產(chǎn)開發(fā)與基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工地點(diǎn)多面廣，工地?fù)P塵不可避免的也是灰霾的主要成因之一。此外，隨著石家莊機(jī)動車數(shù)量的快速增長，每年亦排放大量揮發(fā)性有機(jī)物，而機(jī)動車排放的尾氣很容易形成二次污染物光化學(xué)煙霧，這也是城區(qū)霧霾天氣多于郊區(qū)的主要原因。

本研究結(jié)果表明，急性心肌梗死的入院人數(shù)隨著大氣PM2.5濃度的提升隨之增加，回歸模型顯示，PM2.5濃度與急性心肌梗死入院人數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)性，時間序列研究得出，這種正相關(guān)性具有一定的滯后性，以滯后3天的效應(yīng)最為顯著。

PM2.5濃度升高致使急性心肌梗死發(fā)病數(shù)增加，其機(jī)制可能為：

3.1 氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)

高濃度PM2.5隨人體呼吸經(jīng)呼吸道進(jìn)入肺組織被巨噬細(xì)胞過度吞噬，影響巨噬細(xì)胞的正常存活和功能，且顆粒物吸附的某些成份能夠上調(diào)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶，干擾線粒體功能，而顆粒物攜帶的某些陰離子可以干擾肺組織的離子穩(wěn)態(tài)從而產(chǎn)生大量氧自由基，這些均會加劇氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激反應(yīng)可以激活特異性的轉(zhuǎn)錄因子，比如核因子-β、X細(xì)胞因子、激活蛋白-1、其他炎性介質(zhì)以及化學(xué)因子的基因表達(dá)上調(diào)等。在肺內(nèi)產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)和氧自由基會隨血液循環(huán)進(jìn)入全身，激活炎癥細(xì)胞，如免疫細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等，引發(fā)全身的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，從而損害心血管系統(tǒng)。

PM能動員人體骨髓里的單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、桿狀核細(xì)胞，使血清中IL-1、IL-6升高，上調(diào)內(nèi)皮黏附分子，將粒細(xì)胞募集至動脈粥樣硬化斑塊處使之加重[7]。對歐洲6個城市的1003名急性心肌梗死患者的一項(xiàng)前瞻性縱向研究中，分析了當(dāng)時空氣污染的程度與C反應(yīng)蛋白（CRP）、IL-6、血漿纖維蛋白原的測量結(jié)果之間的關(guān)系，該研究發(fā)現(xiàn)IL-6對空氣污染能夠即刻作出反應(yīng)，且可能會致使C反應(yīng)蛋白（CRP）的產(chǎn)生增加[8]。另一項(xiàng)關(guān)于人肺巨噬細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，PM暴露能夠引起血清IL-1β、IL-6、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子的增加[9]。IL-6的升高與心血管疾病的危險度增加有相關(guān)性[10]。IL-6等細(xì)胞因子可以促進(jìn)肝臟合成C反應(yīng)蛋白（CRP），而C反應(yīng)蛋白（CRP）是損傷、感染以及炎癥的敏感標(biāo)志物，與心血管系統(tǒng)疾病的危險度有相關(guān)性[11]。

3.2 血管內(nèi)皮損傷

接觸大氣顆粒物不僅使得機(jī)體氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)加劇，同時也使機(jī)體腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAAS）激活，致使血管緊張素Ⅱ釋放增加，這些途徑均可使血管的內(nèi)皮細(xì)胞功能受到嚴(yán)重?fù)p傷，使依賴NO的血管擴(kuò)張減弱，血管收縮加劇[12]。

3.3 動脈粥樣硬化

全身性氧化應(yīng)激反應(yīng)，不但可使高密度脂蛋白（ HDL）的抗炎作用受到抑制，且過度生成的活性氧可使低密度脂蛋白（LDL）的膽固醇氧化、單核細(xì)胞向管壁內(nèi)遷移，觸發(fā)動脈粥樣硬化的啟動并促進(jìn)其進(jìn)展[13]。機(jī)體產(chǎn)生的大量炎性介質(zhì)則可加速脂質(zhì)在內(nèi)膜下的沉積，促進(jìn)單核細(xì)胞遷移至血管內(nèi)皮，從而加速粥樣硬化斑塊的形成、刺激斑塊中膜平滑肌細(xì)胞的增殖，進(jìn)而引發(fā)動脈粥樣硬化斑塊的破裂，加速動脈粥樣硬化的進(jìn)展[14]。

3.4 凝血功能障礙和血栓形成

Gardnet等[15]對出生6天的雄性SD大鼠經(jīng)氣管滴灌油煙顆粒后發(fā)現(xiàn)，血漿纖維蛋白原水平的各項(xiàng)指標(biāo)（血漿纖維蛋白原、凝血時間、促凝血酶原部分活化時間、血漿黏度、全血細(xì)胞計數(shù)）中，血漿纖維蛋白原增高。纖維蛋白原是急性心肌梗死的重要危險因素之一。顆粒物的暴露能夠增加纖維蛋白原的生成[16]，從而引發(fā)血液粘度增加、血液凝集、血栓形成，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生。纖維蛋白原是決定血液黏稠度的主要因子，亦是血小板凝集過程的關(guān)鍵成分。血液黏稠度與心血管系統(tǒng)疾病的嚴(yán)重程度具有相關(guān)性，是急性心肌梗死的危險因素之一，和大氣SO2、總懸浮顆粒物質(zhì)等水平有關(guān)。在接觸了PM2.5和UFPs后血小板的凝集，則促進(jìn)了急性血栓的形成。不論是倉鼠還是人，UFPs均可以經(jīng)肺臟轉(zhuǎn)入至全身血循環(huán)。每只倉鼠1小時內(nèi)吸入5～500 μg PM2.5就可促使炎癥反應(yīng)的發(fā)生，激活血小板凝集，進(jìn)而增加動、靜脈中富血小板血栓形成的風(fēng)險[17]。雖然纖維蛋白原升高和血小板激活的理論機(jī)制尚不明晰，但上述證據(jù)依然可以表明PM2.5能夠增加血栓形成的危險性，導(dǎo)致缺血性疾病的發(fā)生。

大氣污染，尤其是PM2.5、UFPs對心血管疾病的影響以及作用機(jī)制，是目前全球廣泛重視且極為熱門的研究領(lǐng)域之一。本研究中證實(shí)了PM2.5濃度與急性心肌梗死的發(fā)生存在相關(guān)性，但由于個人的生活習(xí)慣、活動范圍、工作性質(zhì)、采暖方式不同，人們對于PM2.5的實(shí)際暴露水平與環(huán)保部門對外公布的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)存在偏頗，因此本研究中存在不可避免且難以估計的暴露水平的測量誤差。此外，本研究只選擇了污染程度較重的一個地區(qū)進(jìn)行，研究的樣本量、持續(xù)時間和監(jiān)測站的數(shù)目都有限，所以本研究結(jié)果不一定適用于其他地區(qū)和人群。而且PM2.5并非一種單一的物質(zhì)，其吸附的成份復(fù)雜，含量不定，這和PM2.5的來源、采樣地點(diǎn)、氣候季節(jié)及溫度濕度都密切相關(guān)。雖然在分析化學(xué)中已有各種先進(jìn)的分析技術(shù)、設(shè)備來分析其組分，但單一組分濃度并不能闡明PM2.5這種復(fù)雜混合物對于人體的毒性作用，因此目前的研究有不少困難存在。因此更深一步研究大氣顆粒物的理化性質(zhì)以及來源解析能夠?yàn)橥箝_展心血管健康效應(yīng)機(jī)制等方面的科學(xué)研究提供更加可靠的資料。總之，明確大氣污染顆粒物中不同組分的來源及毒性、探索其與急慢性心血管病的發(fā)生、發(fā)展過程中的各種機(jī)制以及病理生理關(guān)系，對防控治理大氣污染、制定相關(guān)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可以提供切實(shí)可靠的科學(xué)依據(jù)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，需要我們對大量人群進(jìn)行長期的追蹤調(diào)查，這將是我們下一步重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

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