2016—2018年河南洛陽(yáng)市主要大氣污染物對(duì)心腦血管疾病門診量的影響

郭恒亮，王孟飛，龔喜云，魏海濤

1.鄭州大學(xué) a.河南省超級(jí)計(jì)算中心 b.地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 c.化學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450001

2.鄭州大學(xué)中國(guó)氣象科學(xué)研究院鄭州大學(xué)生態(tài)氣象聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001

3.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450001

心腦血管疾病泛指心臟血管疾病和腦血管疾病?！吨袊?guó)心血管病報(bào)告2018》顯示我國(guó)心血管疾病患病人數(shù)約為2.9 億，心腦血管疾病導(dǎo)致的死亡占居民疾病死亡的40%以上，居我國(guó)居民死因首位［1］，且患者的年齡結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)［2-3］。心血管及腦血管疾病具有相同或類似的誘因，遺傳、生活方式、其他疾病、生活環(huán)境等與其關(guān)系密切，且兩類疾病往往相互關(guān)聯(lián)［4］。國(guó)內(nèi)外研究表明大氣污染物濃度與心腦血管疾病門診率和死亡危險(xiǎn)增加有關(guān)［5-7］。以往國(guó)內(nèi)研究側(cè)重經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)或重污染地區(qū)［8-9］，但不同地區(qū)的自然、人文、經(jīng)濟(jì)條件不同，研究結(jié)果也存在差異，且多數(shù)研究?jī)H對(duì)部分顆粒污染物或氣態(tài)污染物進(jìn)行研究，較少?gòu)哪挲g、季節(jié)和性別等多個(gè)層面考慮不同污染物對(duì)人體健康的影響［10-12］。

洛陽(yáng)市位于河南省西部，是河南省重要的工業(yè)基地。洛陽(yáng)市境內(nèi)地形復(fù)雜，其中山區(qū)占45.5%，丘陵占40.7%，平原占13.8%。洛陽(yáng)市屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候較為溫和且四季分明。2018年，洛陽(yáng)市常住居民人口達(dá)到688.8 萬(wàn)人，且人口性別及年齡結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)良好，當(dāng)年度GDP 總量達(dá)到4 640.8 億元，工業(yè)發(fā)展速度也在穩(wěn)步上升。根據(jù)河南省環(huán)境狀態(tài)公報(bào)，洛陽(yáng)市在2016 和2017年均為中污染地區(qū)，2018年轉(zhuǎn)為輕污染地區(qū)，但PM2.5、PM10、NO2和O3四種污染物的第90 百分位數(shù)濃度值超標(biāo)，其中PM2.5是洛陽(yáng)市2016—2018年的首要污染物［13］。本研究基于廣義相加泊松回歸模型，探究2016—2018年洛陽(yáng)市不同季節(jié)顆粒污染物和氣態(tài)污染物濃度對(duì)當(dāng)?shù)夭煌詣e和不同年齡層居民心腦血管疾病日門診量的影響，為當(dāng)?shù)鼐用裥哪X血管疾病聯(lián)防聯(lián)治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 大氣污染物數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)

洛 陽(yáng) 市2016年1月1日—2018年12月31日 的大氣污染物濃度數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)，包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3、CO。氣象數(shù)據(jù)從中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)獲得，包括日最低氣溫、日最高氣溫、日平均氣溫、日均相對(duì)濕度、日均氣壓、日均風(fēng)速。

1.2 心腦血管疾病門診數(shù)據(jù)

心腦血管疾病每日門診數(shù)據(jù)來(lái)自洛陽(yáng)市中心醫(yī)院和洛陽(yáng)市第一人民醫(yī)院的信息系統(tǒng)，時(shí)間區(qū)間為2016年1月1日—2018年12月31日，選取的就診者居住地址為洛陽(yáng)市范圍內(nèi)。根據(jù)《國(guó)際疾病分類》第十版的分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)心腦血管疾病進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共獲得208 355 條心腦血管門診數(shù)據(jù)，包括患者就診日期、住址、年齡、性別等信息。本研究已獲得鄭州大學(xué)生命科學(xué)倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)（編號(hào)：ZZUIRB 2020-50）。

1.3 時(shí)間序列分析

洛陽(yáng)市2016年1月1日—2018年12月31日的每日門診量近似服從泊松分布，因此本研究選用廣義相加模型（generalized additive model，GAM），根據(jù)赤池信息量準(zhǔn)則（Akaike information criterion，AIC）選擇時(shí)間趨勢(shì)、氣象因子的自由度，并控制星期幾效應(yīng)和假期效應(yīng)，以確定模型的穩(wěn)定性。分別建立單污染物模型和雙污染物模型，其中單污染物模型可以避免各大氣污染物之間的共線性，雙污染物模型是在某單污染物模型的基礎(chǔ)上引入另一種污染物，可檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定性。對(duì)性別、年齡（0～40歲、41～65歲、>65歲）和季節(jié)（以3—5月為春季；6—8月為夏季；9—11月為秋季；12—2月為冬季）進(jìn)行分層研究。分別計(jì)算7 d內(nèi)的單日滯后效應(yīng)（lag0～lag7）和累積滯后效應(yīng)（lag0～lag07），根據(jù)RR值最大原則確定最佳滯后時(shí)間。模型如下：

式中，ln［］為泊松分布的連接函數(shù)；Yt為第t天實(shí)際門診人數(shù)；E（Yt）為第t天門診量期待值；α為截距；βt為暴露-反應(yīng)關(guān)系系數(shù)；ρt為第t日大氣污染物濃度值；ns為三次回歸樣條；ttime為長(zhǎng)期趨勢(shì)；Vdf為自由度；Zt為第t日的氣象混雜因素；VDOW和Vholiday分別為控制星期幾效應(yīng)和假期效應(yīng)的啞變量。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本研究采用平均值（Mean）、百分位數(shù)（P25、P50、P75）、最大值（Max）、最小值（Min）對(duì)氣象數(shù)據(jù)、污染物濃度數(shù)據(jù)、不同年齡及不同性別的門診量數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。采用SPSS 22.0計(jì)算大氣污染物與氣象因子之間的Spearman相關(guān)系數(shù)，通過(guò)R 3.6.2中的“mgcv”包建立GAM，計(jì)算污染物質(zhì)量濃度每升高1個(gè)單位（10 μg·m-3）的RR值及其95%CI，作為PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3的短期效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)概況

2016年1月1日—2018年12月31日，洛陽(yáng)市心腦血管疾病門診量共208 355例（其中547例缺失性別信息，576 例缺失年齡信息）。男性門診量為104 991例，女性門診量為102 817 例；0～40、41～65、65 歲以上的門診量分別為3 053、92 055、112 671 例。

本研究中大氣污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3三年平均質(zhì)量濃度分別為69.78、124.29、26.65、43.32、63.00 μg·m-3，CO為1.58 mg·m-3，根據(jù)國(guó)家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）的二級(jí)日均質(zhì)量濃度限值標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)PM10、PM2.5是超國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)天數(shù)最多的兩種污染物（分別超標(biāo)277、82 d），NO2、CO和O3超標(biāo)天數(shù)較少（分別超標(biāo)48、9、8 d），SO2未超標(biāo)。該市三年平均日均溫度、日均相對(duì)濕度、日均風(fēng)速、日均氣壓分別為15.5℃、58%、2.8 m·s-1、978 hPa。見(jiàn)表1。

表1 2016—2018年洛陽(yáng)市大氣污染物及氣象因子水平分布Table 1 Distribution of air pollutants and meteorological factors in Luoyang from 2016 to 2018

2.2 大氣污染物與氣象因子的相關(guān)性

PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、日均氣壓之間呈正相關(guān)，與O3和日均溫度呈負(fù)相關(guān)（P< 0.05）；日均相對(duì)濕度與PM10、SO2、NO2、日均風(fēng)速、日均氣壓之間呈負(fù)相關(guān)，與CO、日均溫度呈正相關(guān)（P< 0.05）；風(fēng)速與PM10、日均氣壓呈正相關(guān)，與SO2、NO2、CO、日均溫度之間呈負(fù)相關(guān)（P< 0.05）；PM2.5、O3與日均相對(duì)濕度、日均風(fēng)速之間無(wú)相關(guān)性。見(jiàn)表2。

2.3 單污染物模型

如圖1 所示，全人群的單日滯后和累積滯后效應(yīng)的研究結(jié)果稍有差異，但整體上兩種滯后效應(yīng)的變化趨勢(shì)是一致的，PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3的最佳滯后時(shí)間分別為lag0、lag3、lag6、lag2、lag0、lag04，RR及其95%CI分別為1.002 4（1.001 1～1.003 7）、1.001 7（1.001 0～1.002 5）、0.976 7（0.969 6～0.984 0）、1.027 7（1.023 6～1.031 9）、1.000 6（1.000 4～1.000 7）、1.004 1（1.001 4～1.006 9）。

表2 2016—2018年洛陽(yáng)市大氣污染物與氣象因子的Spearman相關(guān)系數(shù)Table 2 Spearman correlation coefficient between air pollutants and meteorological factors in Luoyang from 2016 to 2018

圖1 2016—2018年洛陽(yáng)市大氣污染物對(duì)居民心腦血管疾病門診量滯后效應(yīng)的單污染物模型結(jié)果Figure 1 Single-pollutant model results of lag effect of air pollutants on outpatient visits for cardio-cerebrovascular diseases in Luoyang from 2016 to 2018

2.4 雙污染物模型

如表2所示，PM2.5與PM10之間相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.916，為避免模型中多重共線性問(wèn)題，雙污染物模型中未同時(shí)引入PM10與PM2.5。除PM2.5和PM10分別引入NO2和CO外，其余各污染物調(diào)整前后結(jié)果均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P< 0.05）。見(jiàn)表3。

2.5 分層分析

2.5.1 性別分層性別分層結(jié)果如表4 所示，PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3對(duì)男性居民的最佳滯后時(shí)間分別為lag3、lag3、lag05、lag2、lag3、lag04，對(duì)應(yīng)的RR及 其95%CI分別為1.003 7（1.001 8～1.005 5）、1.002 5（1.001 4～1.003 6）、0.979 3（0.969 1～0.989 6）、1.029 3（1.023 5～1.035 1）、1.000 7（1.000 5～1.000 8）、1.003 9（1.000 1～1.007 8）。PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3對(duì)女性居民的最佳滯后時(shí)間分別為lag0、lag0、lag6、lag01、lag0、lag7（限于小數(shù)的顯示位數(shù)，實(shí)際lag7 的RR略大 于lag07），其RR及95%CI分 別 為1.002 8（1.001 0～1.004 7）、1.001 7（1.000 6～1.002 8）、0.980 7（0.970 4～ 0.991 1）、1.027 7（1.021 8～1.033 5）、1.000 5（1.000 3～ 1.000 7）、1.006 3（1.002 5～1.010 2）。其中NO2是對(duì)男性和女性心腦血管疾病影響最大的污染物。6 種污染物對(duì)男女性居民的影響均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P< 0.05）。

表3 2016—2018年洛陽(yáng)市大氣污染物對(duì)洛陽(yáng)市居民心腦血管疾病門診量滯后效應(yīng)的雙污染物模型結(jié)果Table 3 Double-pollutant model results of lag effect of air pollutants on outpatient visits for cardio-cerebrovascular diseases in Luoyang from 2016 to 2018

2.5.2 年齡分層年齡分層研究結(jié)果顯示，PM2.5、NO2、CO 和O3對(duì)各年齡層人群的心腦血管疾病門診量影響均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P< 0.05），PM10與SO2僅對(duì)40歲以上人群的心腦血管疾病門診量影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P< 0.05）；NO2是對(duì)所有年齡段人群危害性最大的污染物，NO2對(duì)0～40、41～65、65 歲以上人群心腦血管疾病門診量影響的最佳滯后時(shí)間為分別為lag4、lag3、lag2，對(duì)應(yīng)的RR及95%CI為1.035 9（1.000 9～1.072 0）、1.027 7（1.021 5～1.033 9）、1.031 1（1.025 5～1.036 7）。見(jiàn)表5。

表4 2016—2018年洛陽(yáng)市大氣污染物對(duì)不同性別居民心腦血管疾病門診量的最大滯后效應(yīng)Table 4 Maximum lag effect of air pollutants on outpatient volume of cardio-cerebrovascular diseases among residents of different genders in Luoyang from 2016 to 2018

表5 2016—2018年洛陽(yáng)市大氣污染物對(duì)不同年齡居民心腦血管疾病門診量的最大滯后效應(yīng)Table 5 Maximum lag effect of air pollutants on outpatient volume of cardio-cerebrovascular diseases among residents of different ages in Luoyang from 2016 to 2018

2.5.3 季節(jié)分層季節(jié)分層結(jié)果顯示，PM2.5、SO2、NO2和CO 最大效應(yīng)值出現(xiàn)在春季，最佳滯后時(shí)間分別為lag03、lag1、lag1、lag03，對(duì)應(yīng)的RR及其95%CI分別為1.022 0（1.018 8～1.025 3）、1.073 3（1.057 0～1.089 9）、1.062 6（1.053 1～1.072 1）、1.001 5（1.001 1～1.001 9）；PM10和O3最大效應(yīng)值出現(xiàn)在夏季，最佳滯后時(shí)間分別為lag1、lag4，對(duì)應(yīng)的RR及其95%CI分別為1.013 0（1.008 9～1.017 1）、1.018 4（1.013 3～1.023 5）。見(jiàn)表6。

表6 2016—2018年洛陽(yáng)市大氣污染物在不同季節(jié)對(duì)居民心腦血管疾病門診量的最大滯后效應(yīng)Table 6 Maximum lag effect of air pollutants on outpatient volume of cardio-cerebrovascular diseases in different seasons in Luoyang from 2016 to 2018

3 討論

本研究對(duì)洛陽(yáng)市2016年1月1日—2018年12月31日大氣污染物濃度對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裥哪X血管疾病門診量的時(shí)間序列分析結(jié)果顯示，各污染物濃度對(duì)門診量皆有影響，且存在滯后效應(yīng)。Wang 等［14］研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)地區(qū)人群暴露于較高濃度的空氣污染物與C-反應(yīng)蛋白和冠狀動(dòng)脈鈣化評(píng)分等心腦血管相關(guān)標(biāo)志物的升高有關(guān)。丁亞萍［15］對(duì)石家莊污染物與心腦血管疾病門診量之間關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)：PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 的單日滯后效應(yīng)在lag0 最強(qiáng)，累積滯后效應(yīng)在lag06最強(qiáng)；PM2.5、PM10、SO2、NO2日均質(zhì)量濃度每增加10 μg·m-3，CO日均質(zhì)量濃度增加0.10 mg·m-3，單日滯后模型中心腦血管疾病日門診量分別增加0.42%、0.26%、0.92%、1.84%，0.44%；累積滯后模型中心腦血管疾病日門診量分別增加0.61%、0.37%、1.35%、2.89%、0.82%，氣態(tài)污染物對(duì)心腦血管疾病門診量影響的效應(yīng)大于顆粒物的效應(yīng)值。Li 等［16］對(duì)北京市的研究結(jié)果表明，PM2.5日均質(zhì)量濃度每升高 10 μg·m-3，心血管疾病門診量增加0.74%。王在翔等［17］對(duì)濰坊市研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5、PM10、SO2、NO2日均質(zhì)量濃度每增加10 μg·m-3，心腦血管疾病門診量分別增加0.27%、0.35%、0.69%、0.39%，不同地區(qū)的研究結(jié)果存在差異，可能是由于自然條件、人文因素、社會(huì)因素等不同所造成的。

本研究的雙污染物模型結(jié)果顯示，與單污染物模型相比，各污染物引入其余污染物后的結(jié)果基本保持一致，說(shuō)明單污染物模型穩(wěn)定性良好［12，18］。性別分層結(jié)果顯示6種污染物對(duì)男女的影響均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中PM2.5、PM10、NO2、CO對(duì)男性門診量影響的RR更大，但女性最佳滯后期出現(xiàn)更早；SO2對(duì)女性門診量影響的RR更大，但男性最佳滯后期出現(xiàn)更早。Ma等［19］對(duì)北京市的研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5濃度升高導(dǎo)致缺血性心臟病或高血壓的女性多于男性，而男性的心律失常發(fā)生率高于女性，男性患心血管疾病的最佳滯后時(shí)間早于女性。張加生等［20］發(fā)現(xiàn)吸煙和血脂異常會(huì)影響不同性別人群患心腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)，其中男性血脂異常比例明顯低于女性，吸煙比例明顯高于女性。

本研究對(duì)于年齡分層的結(jié)果顯示，40歲以上人群門診量的最佳滯后時(shí)間早于40歲以下人群，其中65歲以上人群門診量最佳滯后時(shí)間出現(xiàn)在4 d 以內(nèi)。與本研究結(jié)果相似，Ma 等［19］研究發(fā)現(xiàn)，北京市PM2.5對(duì)心血管疾病的滯后效應(yīng)在60～75 歲組出現(xiàn)最早。對(duì)于PM2.5、PM10、NO2、CO這些受關(guān)注的污染物，當(dāng)濃度較高時(shí)，老年人會(huì)有意識(shí)避免外出，降低暴露風(fēng)險(xiǎn)，而40 歲以下人群由于工作學(xué)習(xí)等原因，難以避免外出和暴露，因此效應(yīng)值更高；對(duì)于不易被察覺(jué)的O3污染，老年人不會(huì)有意識(shí)減少外出和暴露，且本身較多患有基礎(chǔ)性疾病，因此受O3影響的效應(yīng)值更高，且最大滯后效應(yīng)也出現(xiàn)更快［18］。

本研究的季節(jié)分層結(jié)果表明，PM2.5、SO2、NO2和CO對(duì)心腦血管疾病的門診量增加的最大效應(yīng)出現(xiàn)在春季，PM10和O3的最大效應(yīng)出現(xiàn)在夏季。與本研究不同的是，丁亞萍［15］和Kan等［21］發(fā)現(xiàn)大氣污染物的危害效應(yīng)表現(xiàn)為冷季高于暖季。洛陽(yáng)是重工業(yè)化城市，地處盆地，空氣流通性比較差，在風(fēng)速較低的春季，污染物不易擴(kuò)散，因此表現(xiàn)出與其他研究地區(qū)不同的結(jié)果。

本研究存在一定局限性：首先，本研究使用的大氣污染物濃度數(shù)據(jù)為整個(gè)洛陽(yáng)市的日均值，無(wú)法反映出個(gè)體的污染物暴露水平，接下來(lái)的研究可通過(guò)空間插值的方法，得到鄉(xiāng)鎮(zhèn)或村落尺度的大氣污染物濃度數(shù)據(jù)，以提高研究的精細(xì)程度。其次，本研究選取的影響因子有限，Pang等［6］對(duì)中國(guó)人群心腦血管疾病的危險(xiǎn)因素研究中指出，影響心腦血管疾病的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素不僅包括氣象因素和室外污染物濃度，還包括室內(nèi)空氣質(zhì)量；因此建議未來(lái)研究中加入能夠直接或間接反映室內(nèi)空氣質(zhì)量的相關(guān)數(shù)據(jù)，以增強(qiáng)研究結(jié)果的準(zhǔn)確度。最后，不同地區(qū)污染物組成成分不同，研究結(jié)果也存在差異，因此本研究結(jié)果不能外推至洛陽(yáng)市以外地區(qū)。

綜上，本研究發(fā)現(xiàn)洛陽(yáng)市PM2.5、PM10、NO2、CO、O3濃度升高可能會(huì)導(dǎo)致當(dāng)?shù)鼐用裥哪X血管疾病門診量增加，其中NO2是造成風(fēng)險(xiǎn)最高的一種污染物，而SO2僅在春季可能導(dǎo)致居民心腦血管疾病門診量增加，且各污染物的影響存在滯后性。研究結(jié)果可用于提高洛陽(yáng)市心腦血管疾病防控的針對(duì)性、預(yù)見(jiàn)性和主動(dòng)性，對(duì)相關(guān)公共衛(wèi)生政策的制定具有重要積極意義。