基于廣義相加模型的鄭州市大氣污染與醫(yī)院感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系分析

王高帥, 陳曉娟, 胡玉守, 王瑞濤, 梁進(jìn)娟

1)鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)院感染管理科 鄭州 450014 2)鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射治療病房 鄭州 450014 3)鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院RICU 鄭州 450014 4)鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院介入科 鄭州 450014

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，大氣環(huán)境對(duì)人體健康的影響受到越來(lái)越多的關(guān)注。研究[1-3]顯示，大氣污染物暴露會(huì)增加呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)發(fā)病率，增加死亡率，縮短預(yù)期壽命。有研究[4]顯示，大氣污染成為全球疾病負(fù)擔(dān)的主要病因，尤其是在低收入與中等收入國(guó)家。目前關(guān)于大氣污染與呼吸系統(tǒng)健康效應(yīng)的研究多基于呼吸系統(tǒng)疾病門診量、院外急救人數(shù)，多反映的是污染物與社區(qū)感染之間的關(guān)聯(lián)。目前尚未見(jiàn)有關(guān)大氣污染與醫(yī)院感染之間關(guān)聯(lián)的研究報(bào)道。下呼吸道是醫(yī)院感染發(fā)生最常見(jiàn)的部位[5-6]，呼吸機(jī)相關(guān)肺炎是機(jī)械通氣過(guò)程中常見(jiàn)而又嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，嚴(yán)重者甚至威脅患者生命。廣義相加模型是廣義線性模型的擴(kuò)展，該模型能夠處理因變量與自變量之間復(fù)雜的非線性關(guān)系，在環(huán)境流行病學(xué)研究等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本研究基于廣義相加模型對(duì)鄭州市2015年至2019年大氣污染與醫(yī)院感染的關(guān)系進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)大氣污染暴露對(duì)醫(yī)院感染、呼吸道感染及呼吸機(jī)相關(guān)肺炎發(fā)生的急性影響，以期為醫(yī)院感染的防控提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料醫(yī)院感染相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源于河南省某大型三甲醫(yī)院醫(yī)院感染報(bào)告管理系統(tǒng)2015年1月1日至2019年6月30日每日醫(yī)院感染發(fā)病率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。醫(yī)院感染的診斷嚴(yán)格按照原衛(wèi)生部制定的《醫(yī)院感染診斷標(biāo)準(zhǔn)》，由感染專職人員對(duì)每日預(yù)警病例進(jìn)行初篩，然后與主管醫(yī)生聯(lián)系探討是否為醫(yī)院感染病例，如二者意見(jiàn)不一致，將請(qǐng)上級(jí)醫(yī)生進(jìn)行商定，給出最后診斷。

大氣污染指標(biāo)包括空氣質(zhì)量指數(shù)(air quality index,AQI)、PM2.5、PM10、SO2、NO2，均來(lái)自于國(guó)家環(huán)保部網(wǎng)站(http://www.mee.gov.cn/)發(fā)布的鄭州市同時(shí)期每日大氣污染數(shù)據(jù)。AQI是一種反映和評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的數(shù)量尺度方法，將常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種空氣污染物濃度簡(jiǎn)化為單一的概念性指數(shù)數(shù)值形式，并分級(jí)表示空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況[7]。

1.2數(shù)據(jù)分析方法采用時(shí)間序列分析方法分析各污染指標(biāo)與每日醫(yī)院感染發(fā)病人數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。鄭州市該醫(yī)院每日醫(yī)院感染發(fā)病人數(shù)的分布近似服從于泊松分布，每日醫(yī)院感染人數(shù)與環(huán)境污染指標(biāo)之間的關(guān)系呈非線性關(guān)系，因此本研究采用基于泊松分布的廣義相加模型評(píng)價(jià)大氣污染對(duì)醫(yī)院感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響及閾值效應(yīng)。

在分析過(guò)程中將節(jié)假日變量和工作日變量作為分類變量納入模型以調(diào)整混雜因素的影響，采用自然樣條函數(shù)調(diào)整時(shí)間變化趨勢(shì)，以控制時(shí)間趨勢(shì)可能帶來(lái)的非線性混雜效應(yīng)。為控制氣象因素間潛在的混雜作用，將日均氣溫納入模型并利用自然樣條函數(shù)進(jìn)行調(diào)整。具體公式如下：

ln(Yt|X)=βZt-n+ns(X,df)+ns(time,df)+holiday+dow+α

式中：Yt|X為觀察日t當(dāng)天醫(yī)院感染發(fā)病人數(shù)；time為時(shí)間趨勢(shì)(1,2，…，1 642)；Zt-n為環(huán)境污染物在觀察日t的n天前(n=0,1…,7)對(duì)應(yīng)變量值；β為回歸系數(shù)；ns()為自然樣條函數(shù)，調(diào)整有非線性影響的變量，X為需要調(diào)整的氣象因素，df為其自由度，根據(jù)以往文獻(xiàn)報(bào)道，將本研究長(zhǎng)期趨勢(shì)的自由度取值7，日均氣溫的自由度取值6；dow為因子變量，代表星期幾；holiday是一個(gè)二分類變量，表示是否是公共節(jié)假日；α為截距。

在分析過(guò)程中，觀察大氣污染在滯后0,1,2…，7 d的效應(yīng)。本研究效應(yīng)的估計(jì)值采用相對(duì)危險(xiǎn)度(relative risk, RR)，表示大氣污染指標(biāo)每升高一個(gè)單位，引起醫(yī)院感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的升高值。

采用SPSS 20.0處理數(shù)據(jù)。對(duì)污染指標(biāo)和醫(yī)院感染日病例數(shù)進(jìn)行描述性分析，采用Pearson相關(guān)分析污染指標(biāo)和氣象資料之間的關(guān)系。采用R i386 3.6.0軟件中的splines包、nlme包、mgcv包構(gòu)建廣義相加模型，分析大氣污染對(duì)醫(yī)院感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響及閾值效應(yīng)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1鄭州市大氣污染物季節(jié)性分布特點(diǎn)及相關(guān)性分析鄭州市2015年1月1日至2019年6月30日大氣污染物濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性，PM2.5、PM10、SO2、NO2每年冬季最高，見(jiàn)圖1。大氣污染物間存在正相關(guān)(表1)，相關(guān)系數(shù)范圍為0.495至0.861，日均氣溫與PM2.5、PM10、SO2和NO2存在顯著負(fù)相關(guān)，因此在探討大氣污染物與醫(yī)院感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系時(shí)，將日均氣溫作為混雜因素進(jìn)行調(diào)整。

圖1 鄭州市2015年1月1日至2019年6月30日大氣污染物波動(dòng)情況

表1 大氣污染物間Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣

2.2日均醫(yī)院感染病例情況鄭州市某三甲醫(yī)院2015年1月1日至2019年6月30日共報(bào)告4 997例醫(yī)院感染病例。鄭州市某三甲醫(yī)院醫(yī)院感染病例報(bào)告數(shù)、呼吸道感染報(bào)告數(shù)及呼吸機(jī)相關(guān)肺炎報(bào)告數(shù)無(wú)明顯的季節(jié)性或周期性波動(dòng)，見(jiàn)圖2。

2.3滯后效應(yīng)分析在控制了時(shí)間趨勢(shì)、星期幾效應(yīng)、假期效應(yīng)、日均氣溫等因素后，未見(jiàn)大氣污染與同期醫(yī)院感染、呼吸道感染、呼吸機(jī)相關(guān)肺炎發(fā)生有關(guān)。滯后效應(yīng)分析顯示，PM2.5每升高1 μg/m3,5 d后醫(yī)院感染風(fēng)險(xiǎn)升高0.20%，PM2.5、PM10和NO2每升高1 μg/m3，4 d后呼吸道感染的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)分別增加0.12%、0.10%和0.49%，而PM2.5、PM10、NO2和SO2每升高1 μg/m3，5 d后呼吸道感染的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加0.12%、0.10%、0.59%和0.74%；PM10每升高1 μg/m3，3 d和4 d后，呼吸機(jī)相關(guān)肺炎的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加0.05%和0.04%(P<0.05)。 見(jiàn)表2。

上：醫(yī)院感染病例報(bào)告數(shù);中：呼吸道感染報(bào)告數(shù);下：呼吸機(jī)相關(guān)肺炎報(bào)告數(shù)

2.4閾值效應(yīng)分析對(duì)滯后效應(yīng)分析中與醫(yī)院感染發(fā)生有關(guān)聯(lián)的大氣污染指標(biāo)進(jìn)一步進(jìn)行閾值效應(yīng)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，PM2.5、PM10、NO2和SO2對(duì)4 d或5 d后呼吸道感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響存在閾值效應(yīng)；PM10對(duì)3 d和4 d后呼吸機(jī)相關(guān)肺炎發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響存在閾值效應(yīng)。

表2 環(huán)境污染物每升高1 μg/m3不同滯后天數(shù)下醫(yī)院感染的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)

續(xù)表2

表3 大氣污染物與醫(yī)院感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的閾值效應(yīng)關(guān)系

3 討論

國(guó)內(nèi)其他地區(qū)開(kāi)展的基于時(shí)間序列的大氣污染物與呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)聯(lián)研究[8-13]發(fā)現(xiàn)PM2.5、PM10、NO2和SO2與呼吸系統(tǒng)疾病日門診量、呼吸系統(tǒng)疾病死亡風(fēng)險(xiǎn)存在正相關(guān)，有較為明顯的滯后效應(yīng)，不同大氣污染物效應(yīng)的滯后時(shí)間不同。銀川市PM10、NO2升高后對(duì)小兒呼吸系統(tǒng)日門診量的影響呈遞增趨勢(shì)，PM2.5升高后第3天效應(yīng)最強(qiáng)，SO2升高后第4天效應(yīng)最強(qiáng)[8]。武漢市PM2.5、PM10、NO2、SO2滯后5 d時(shí)對(duì)兒童下呼吸道疾病日門診量的影響達(dá)到最高，而PM2.5、PM10、NO2和SO2滯后4～5 d時(shí)對(duì)呼吸道疾病門診量影響最大[12]。上海市SO2、NO2和PM10分別滯后4、4和6 d對(duì)醫(yī)院呼吸系統(tǒng)疾病門診量效應(yīng)最強(qiáng)[13]。大氣污染物對(duì)居民呼吸系統(tǒng)疾病死亡的效應(yīng)往往表現(xiàn)為急性影響，濟(jì)南市SO2與NO2遲滯0天對(duì)于居民呼吸系統(tǒng)疾病死亡影響的效應(yīng)最大[11]。

本研究采用廣義相加模型分析大氣污染物對(duì)醫(yī)院感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)空氣中PM2.5、PM10、NO2、SO2會(huì)增加呼吸道感染、呼吸機(jī)相關(guān)肺炎等醫(yī)院感染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，并在滯后3～5 d影響最強(qiáng)。

閾值效應(yīng)分析顯示，PM10濃度在151 μg/m3和152 μg/m3以上時(shí)，其濃度每增加1 μg/m3，5 d和4 d后呼吸道感染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)升高，這一閾值濃度與《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[14]中規(guī)定的PM10日均濃度限值150 μg/m3一致。當(dāng)PM10在75 μg/m3和81 μg/m3以上時(shí)，每增加1 μg/m3，3 d和4 d后呼吸機(jī)相關(guān)肺炎的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高，考慮到呼吸機(jī)相關(guān)肺炎發(fā)生患者多為重癥患者，為醫(yī)院感染發(fā)生的高危人群，對(duì)于PM10暴露敏感于健康人群，因此較低濃度的PM10即可引起呼吸機(jī)相關(guān)肺炎的發(fā)生。PM2.5對(duì)于院內(nèi)呼吸道感染的影響閾值在26 μg/m3，而本地區(qū)日平均PM2.5在76.27 μg/m3，顯著高于影響閾值，推測(cè)PM2.5升高與醫(yī)院呼吸道感染高發(fā)有密切關(guān)聯(lián)。NO2高于72 μg/m3時(shí)，每增加1 μg/m3，5 d后呼吸道感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加，這一閾值濃度低于日均限值80 μg/m3[14]，推測(cè)長(zhǎng)期持續(xù)暴露于低濃度NO2中同樣會(huì)增加院內(nèi)呼吸道感染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。SO2在54 μg/m3以上時(shí)，每增加1 μg/m3，5 d后呼吸道感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加0.66%，本研究地點(diǎn)在研究期間日均SO2為24.9 μg/m3，日均最高為133 μg/m3，低于國(guó)家150 μg/m3的日均SO2限值，提示對(duì)于住院患者，低濃度SO2暴露依然可能引起院內(nèi)呼吸道感染。

院內(nèi)呼吸道感染與呼吸機(jī)相關(guān)肺炎發(fā)生的危險(xiǎn)因素的研究[15-17]顯示，住院時(shí)長(zhǎng)、侵入性操作、免疫抑制劑的應(yīng)用、抗生素的應(yīng)用時(shí)間等是主要危險(xiǎn)因素。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)PM10、NO2和SO2等大氣污染物與院內(nèi)呼吸道感染及呼吸機(jī)相關(guān)肺炎的發(fā)生存在關(guān)聯(lián)，提示可以將大氣污染作為醫(yī)院感染發(fā)生的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以更好地解釋醫(yī)院感染的發(fā)生。

本研究首次基于廣義相加模型評(píng)價(jià)大氣污染與醫(yī)院感染發(fā)生之間的關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行了滯后效應(yīng)與閾值效應(yīng)分析，為從大氣污染方面評(píng)價(jià)醫(yī)院感染的危險(xiǎn)因素提供了依據(jù)。然而，本研究也有一定的局限性，如當(dāng)前研究只納入一家醫(yī)院感染病例的上報(bào)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)取樣不夠全面，代表性不足；另外所采用的大氣污染暴露濃度為地區(qū)性的大氣污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并不能精確反映每個(gè)患者的暴露情況，因此之后的研究將關(guān)注每個(gè)患者大氣污染物暴露生物標(biāo)志物與醫(yī)院感染發(fā)生的關(guān)聯(lián)，以期獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)論。