鹽城市空氣污染對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量關(guān)系的時(shí)間序列分析

趙有政，湯權(quán)，沈進(jìn)進(jìn)，咸月，黃連成*

(1. 江蘇省鹽城環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 鹽城 224000；2.鹽城市疾病預(yù)防控制中心，江蘇 鹽城 224000)

近年來(lái)，空氣污染對(duì)人體健康影響越來(lái)越受到重視[1]。大量研究[2-4]結(jié)果表明，大氣污染濃度的短期急劇升高可增加人類呼吸系統(tǒng)發(fā)病率和死亡率，不同地理位置的特征污染物及作用效果均有明顯差異。目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的大氣污染物對(duì)人體健康影響效應(yīng)研究，多以住院或死亡作為健康結(jié)局[5-6]，而醫(yī)療機(jī)構(gòu)門診就診數(shù)據(jù)因其覆蓋面廣、便于收集，可更加靈敏反應(yīng)大氣污染物對(duì)人群健康的急性效應(yīng)，正逐步被廣大專家學(xué)者所利用。此前很多類似研究以廣義線性模型(GLM)和廣義相加模型(GAM)進(jìn)行大氣污染物與呼吸系統(tǒng)疾病的時(shí)間序列分析，對(duì)變量進(jìn)行擬合，同時(shí)也能考慮污染物的滯后效應(yīng)[7]。

江蘇省鹽城市地處中國(guó)東部沿海中部，瀕臨黃海，市轄區(qū)面積4 921 km2，常住人口240萬(wàn)。城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)增，新型化工、汽車尾氣、工地?fù)P塵及輸入性大氣污染等源頭產(chǎn)生的空氣污染物對(duì)居民健康的影響，與其他地區(qū)“燃煤型”、“工業(yè)型”等污染類型造成影響有所不同?，F(xiàn)根據(jù)鹽城市2014—2018年逐日空氣污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)細(xì)顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、臭氧(O3)、氣象數(shù)據(jù)(日平均溫度、日平均相對(duì)濕度)及市區(qū)某三甲綜合醫(yī)院呼吸系統(tǒng)日門診資料，采用時(shí)間序列半?yún)?shù)廣義相加模型，以滯后天數(shù)最大效應(yīng)值作為空氣污染物對(duì)人群呼吸系統(tǒng)日門診量影響的超額危險(xiǎn)度，分析了鹽城市空氣污染物短期暴露對(duì)人群呼吸系統(tǒng)日門診量的影響，為預(yù)防和干預(yù)措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 資料收集

1.1.1 醫(yī)院門診

門診資料來(lái)自于鹽城市城區(qū)某三級(jí)甲等綜合性醫(yī)院(市某院)，規(guī)模較大，病例較多，能夠代表本地空氣污染時(shí)居民就診情況。收集該院2014年1月1日—2018年12月31日內(nèi)科門診呼吸系統(tǒng)病例資料(ICD編碼為J00-J99，R04-R07，R09.0-R09.3)，依據(jù)《國(guó)際疾病分類第十版》(ICD-10)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查重清理。

1.1.2 空氣污染物數(shù)據(jù)

來(lái)源于江蘇省鹽城環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，以當(dāng)?shù)?個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)的算術(shù)平均值作為污染物日均值，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為PM2.5、PM10、NO2、SO2和O3。

1.1.3 氣象資料

來(lái)自于江蘇省氣象臺(tái)，包括日平均溫度、日平均相對(duì)濕度。

1.2 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 18.0和R 3.6.1中的mgcv軟件包對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診數(shù)據(jù)、空氣污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述。采用Spearman相關(guān)分析對(duì)空氣污染物和氣象因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用雙側(cè)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)a=0.05。

相對(duì)于總?cè)巳海メt(yī)院門診就診屬于小概率事件，每日呼吸系統(tǒng)門診量的分布近似服從Poisson分布，可以采用廣義相加模型分析空氣污染對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量的影響，采用自然樣條平滑函數(shù)對(duì)時(shí)間趨勢(shì)、溫度和濕度進(jìn)行擬合，控制“星期幾效應(yīng)”的影響。模型如下：

log[E(Yt)]=βZt+Dow+ns(time,df)+ns(T,df)+ns(H,df)+α

式中：t——0～7 d；

Yt——觀察日t日當(dāng)天的呼吸系統(tǒng)日門診量，例/d；

E(Yt)——觀察日t日呼吸系統(tǒng)日門診量的數(shù)學(xué)期望；

α——截距；

β——回歸系數(shù)，表示污染物濃度每升高單位濃度引起呼吸系統(tǒng)日門診量增加；

Zt——觀察日t污染物日平均值，mg/m3；

Dow——星期幾效應(yīng)；

ns——自然平滑樣條函數(shù)；

time——日期變量，選擇合適的日期自由度能有效調(diào)整污染物-呼吸系統(tǒng)日，門診量序列數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期趨勢(shì)和季節(jié)波動(dòng)；

df——自由度大小；

T——第t日的日平均溫度，℃；

H——第t日的相對(duì)濕度，%。

考慮存在滯后效應(yīng)和累積效應(yīng)，將當(dāng)日及前7 d單日滯后時(shí)間的空氣污染物值(lag0～lag7)和前7 d滯后時(shí)間的空氣污染物移動(dòng)平均值(lag01～lag07)分別引入模型，進(jìn)而確定空氣污染物值對(duì)人群呼吸系統(tǒng)日門診量影響最強(qiáng)的滯后時(shí)間。以赤池信息量準(zhǔn)則(Akaike Information Criterion，AIC)值最小為原則選擇自由度，其中時(shí)間長(zhǎng)期趨勢(shì)的自由度為7，每日平均溫度和相對(duì)濕度的自由度為3。

2 結(jié)果分析

2.1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2014年1月1日—2018年12月31日，鹽城市空氣PM2.5、PM10、NO2、SO2和O3平均值分別為48.4，81.8，26.3，15.8和106.9 mg/m3。其中PM2.5、PM10值分別高于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(35和70 mg/m3)的38.3%、16.9%，見(jiàn)表1。

2014年1月1日—2018年12月31日，市某院內(nèi)科門診量共計(jì)835 941人次，日均門診量457.8人次，其中呼吸系統(tǒng)門診量共計(jì)110 087人次，日均門診量為60.3人次。呼吸系統(tǒng)門診量高峰期出現(xiàn)在每年的11月至次年的2月，見(jiàn)圖1。

表1 2014—2018年呼吸系統(tǒng)日門診量、污染平均值及氣象指標(biāo)①

①M(fèi)in為最小值，P25為下四分位數(shù)，M為中位數(shù)，P75為上四分位數(shù)，Max為最大值。

圖1 2014—2018年呼吸系統(tǒng)門診量時(shí)間序列

2.2 污染物與氣象因素相關(guān)性

將各污染物與氣象因素之間做Spearman相關(guān)性分析，結(jié)果表明，除O3與SO2相關(guān)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其他因素間均存在相關(guān)性，見(jiàn)表2。其中，呈強(qiáng)相關(guān)及以上的為PM2.5和 PM10(0.909)、PM2.5和NO2(0.692)、PM10和 NO2(0.721)、SO2和PM2.5(0.632)、SO2和PM10(0.690)、SO2和NO2(0.607)。

表2 污染物、氣象因素與呼吸系統(tǒng)日門診量相關(guān)系數(shù)①

①*P<0.05；**P<0.01。

2.3 空氣污染對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量滯后效應(yīng)

污染物日均值增加10 mg/m3對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量影響的首日效應(yīng)超額危險(xiǎn)度(ER)及95%置信區(qū)間(CI)見(jiàn)圖2(a)(b)(c)(d)(e)，其中圓球代表ER值，工字符號(hào)代表ER值的95% CI。

由圖2可見(jiàn)，PM2.5、PM10、NO2和SO2值每升高10 mg/m3，均出現(xiàn)ER(lag0)，可于首日引起當(dāng)?shù)鼐用癯霈F(xiàn)短期急性效應(yīng)，分別增加呼吸系統(tǒng)日門診量的0.18%(95%CI:0.06%～0.29%)、0.09%(95%CI:0.01%～0.17%)、0.69%(95%CI:0.38%～1.01%)、0.87%(95%CI:0.35%～1.39%)。O3ER為-0.05%(95%CI:-0.07%～-0.02%)。

采用滯后天數(shù)0～7 d(lag0～lag7)最大效應(yīng)值作為空氣污染物對(duì)人群呼吸系統(tǒng)日門診量影響的ER，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽城市PM2.5、PM10、NO2、SO2和O3值升高10 mg/m3，均會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量產(chǎn)生影響，其中PM2.5、PM10值升高后lag0最強(qiáng)，分別為0.18%和0.09%；NO2值升高后lag2最強(qiáng)，為0.89%；SO2值升高后lag3最強(qiáng)，為1.14%；O3值升高后lag5最強(qiáng)，為0.02%。

圖2 污染物日均值增加10 g/m3對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量影響的ER及95%CI

2.4 空氣污染對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量累積滯后效應(yīng)

采用累積滯后天數(shù)1～7 d(lag01～lag07)最大效應(yīng)值作為空氣污染物對(duì)人群呼吸系統(tǒng)日門診量影響的ER，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PM2.5、PM10、NO2、SO2和O3值升高10 mg/m3，呼吸系統(tǒng)日門診量影響趨于穩(wěn)定，其中PM2.5、PM10值分別升高至lag06、lag05最強(qiáng)，分別為0.52%和0.31%，然后呈遞減趨勢(shì)；SO2、NO2值升高后對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量的影響呈遞增趨勢(shì)，lag07最強(qiáng)，分別為4.36%和3.53%；O3的效應(yīng)在lag07達(dá)到最大，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

污染物都存在滯后效應(yīng)，移動(dòng)平均滯后效應(yīng)均大于當(dāng)日效應(yīng)(O3除外)。根據(jù)滯后天數(shù)最大效應(yīng)值作為空氣污染物對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量影響的ER，PM2.5、PM10、NO2、SO2和O3值每升高10 mg/m3，呼吸系統(tǒng)日門診量分別增加0.52%(lag06)，0.31%(lag05)，3.54%(lag07)，4.36%(lag07)和0.02%(lag5)，其中SO2效應(yīng)最強(qiáng)，見(jiàn)表3。

表3 空氣污染影響呼吸系統(tǒng)日門診量的超額危險(xiǎn)度

3 討論

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究[8-9]表明，空氣污染與醫(yī)院門診呼吸系統(tǒng)疾病之間存在密切關(guān)聯(lián)，可不同程度引起呼吸道感染、哮喘、肺炎等疾病的發(fā)生，首日效應(yīng)顯著，且污染物大多以滯后0～7 d對(duì)呼吸道疾病的健康效應(yīng)影響最大。該研究發(fā)現(xiàn)，鹽城市空氣污染物對(duì)人群呼吸系統(tǒng)存在短期急性效應(yīng)，可不同程度增加呼吸系統(tǒng)日門診量。

不同空氣污染物最強(qiáng)效應(yīng)的滯后日期不同，滯后效應(yīng)的結(jié)果也存在較大差異。鹽城市在PM2.5污染滯后6 d時(shí)效應(yīng)最大，與上海研究結(jié)果[10]一致，而北京[11]、成都[12]、濟(jì)南[13]等地在滯后1 d時(shí)出現(xiàn)最大效應(yīng)值。同時(shí)，鹽城ρ(PM2.5)每升高10 mg/m3引起呼吸系統(tǒng)日門診量增加0.52%(lag06)，與既往較多研究結(jié)果存在差異。如徐艷龍等[14]研究顯示合肥地區(qū)ρ(PM2.5)每升高10 mg/m3引起呼吸系統(tǒng)日門診量增加0.90%(合肥市第二人民醫(yī)院，lag2)、0.78%(濱湖醫(yī)院，lag0)；王大虎等[15]研究顯示廣州地區(qū)ρ(PM2.5)每升高10 mg/m3引起呼吸系統(tǒng)日門診量增加2.12%(lag2)；這可能跟不同地區(qū)空氣污染嚴(yán)重程度及人群耐受程度有關(guān)。

鹽城市空氣污染物均會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)日門診量增加產(chǎn)生影響?？諝馕廴疚颬M10、NO2、SO2和O3值每升高10 mg/m3，因呼吸系統(tǒng)疾病引起的門診病例數(shù)分別增加0.31%(lag05)、3.54%(lag07)、4.36%(lag07)和0.02%(lag5)。NO2和SO2ER要明顯高于PM2.5和PM10，這與文獻(xiàn)[16-17]研究結(jié)果一致，可能跟當(dāng)?shù)仄嚠a(chǎn)業(yè)、化工企業(yè)發(fā)達(dá)及機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增加，而人群普遍低耐受易感有關(guān)。鹽城本地O3值每升高10 mg/m3，引起呼吸系統(tǒng)日門診量增加0.02%(lag5)，遠(yuǎn)低于深圳[18]0.52%(lag0)、北京[16]0.22%(lag3)，可能跟本地位處亞熱氣候帶，常年氣溫不高，城市熱島效應(yīng)不強(qiáng)有關(guān)，并不能引起明顯的門診量增加。

該研究還存在一些局限性。一是只選擇一家醫(yī)院，可能存在就醫(yī)偏倚誤差；二是以鹽城本地4個(gè)空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不能很好代表本地區(qū)人群暴露的真實(shí)情況，且暴露效應(yīng)僅考慮室外大氣污染，并未對(duì)室內(nèi)空氣污染暴露水平進(jìn)行調(diào)查。