2017—2019年揚州市大氣污染物與兒童呼吸系統(tǒng)門診量的時間序列分析

張開月，李小琴，姚慶兵，戴翔宇，卞曉寅，巫晶晶，葉濤，金武

(揚州市疾病預(yù)防控制中心，江蘇 揚州 225007)

大氣污染物是重要的環(huán)境健康危險因素[1]。揚州作為宜居城市，隨著城市化水平的不斷提升，大氣污染問題逐步凸顯[2]。相關(guān)研究表明，大氣污染物與呼吸道感染的發(fā)病率增加有關(guān)[3-4]。與成年人相比，兒童呼吸系統(tǒng)發(fā)育不全，呼吸道狹窄，免疫力低下，對空氣污染更為敏感[5]，因此研究大氣污染物與兒童呼吸系統(tǒng)疾病間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)具有重要意義。許多研究證實，隨著大氣污染物濃度的上升會使兒童呼吸系統(tǒng)疾病就診量和住院率增加[6-8]?，F(xiàn)采用時間序列分析方法，基于廣義相加模型(generalized additive models，GAM)定量分析2017—2019年揚州市大氣污染物濃度與兒童呼吸系統(tǒng)門診量的“暴露-反應(yīng)”關(guān)系，為空氣污染健康風(fēng)險評估和易感人群公共衛(wèi)生政策的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 資料來源

2017—2019年，兒童逐日呼吸系統(tǒng)門診量來源于揚州市婦幼保健院醫(yī)院信息系統(tǒng)，按照世界衛(wèi)生組織國際疾病分類(ICD-10 J00-J98)進(jìn)行統(tǒng)計。氣象指標(biāo)(日均溫度、相對濕度)和大氣污染物[細(xì)顆粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)及臭氧(O3)]日均濃度資料分別來源于揚州市氣象局和揚州市生態(tài)環(huán)境局。

1.2 統(tǒng)計分析方法

大氣污染物濃度對兒童呼吸系統(tǒng)門診量的影響采用時間序列分析法進(jìn)行分析，為了控制日門診量、日均溫度及相對濕度的長期和季節(jié)趨勢，運用GAM模型進(jìn)行計算，見公式(1)：

LogE(Yt)=βZt+ DOW+ ns(time, df)+ns(temperature, df)+ns(RH, df)

(1)

式中:E(Yt)——t日兒童呼吸系統(tǒng)門診量(Yt)的數(shù)學(xué)期望，例；β——大氣污染物回歸系數(shù)；Zt——t日大氣污染物濃度,μg/m3；DOW——“星期幾效應(yīng)”的啞變量；ns——自然樣條平滑函數(shù)，df為自由度(基于赤池信息法則確定)，time=8×a，共收集了3 a的數(shù)據(jù)，因此time的df=24，依據(jù)日平均氣溫(temperature)和相對濕度(RH)對人群健康影響的特點，選擇3作為temperature和RH的df。

通過單獨滯后效應(yīng)和累積滯后效應(yīng)進(jìn)行敏感性分析。在單獨滯后效應(yīng)中，選擇lag 0— lag 7進(jìn)行分析，lag 0表示污染物當(dāng)日濃度，lag 1表示污染物前1 d濃度，以此類推；在累積滯后效應(yīng)中，選擇lag 01—lag 07進(jìn)行分析，lag 01表示污染物當(dāng)日和前1 d的平均濃度，lag 02表示污染物當(dāng)日和前2 d的平均濃度，以此類推。運用多污染模型來評價模型的穩(wěn)定性。

依據(jù)GAM 模型估算的大氣污染物回歸系數(shù)(β)，對健康效應(yīng)做出定量評價，結(jié)果表示為污染物質(zhì)量濃度每升高或降低10 μg/m3，兒童呼吸系統(tǒng)每日門診量增加或減少的百分比，即超額危險度(ER)及其95%置信區(qū)間(95%CI)。計算公式見式(2)和式(3)：

ER= [e(β×10)-1]×100

(2)

ER(95%CI)={e[(β±1.96SE)×10]-1}×100

(3)

式中：ER——超額危險度，無量綱；SE——指標(biāo)準(zhǔn)誤，無量綱。

2 結(jié)果與討論

2.1 兒童呼吸系統(tǒng)門診量、大氣污染物濃度及氣象因素描述性分析

2017—2019年揚州市兒童呼吸系統(tǒng)門診量、大氣污染物濃度及氣象因素描述性分析見表1。由表1可見，兒童呼吸系統(tǒng)門診量日均有220例；氣象因素中日均溫度和相對濕度分別為16.62 ℃和75.39%；大氣污染物的ρ(PM2.5)、ρ(SO2)、ρ(NO2)及ρ(O3)分別為45.90，14.32，32.67和98.34 μg/m3，其中ρ(PM2.5)高于國家二級標(biāo)準(zhǔn)[9]。

表1 2017—2019年揚州市兒童呼吸系統(tǒng)門診量、大氣污染物濃度及氣象因素描述性分析①

2.2 兒童呼吸系統(tǒng)門診量、大氣污染物濃度及氣象因素相關(guān)分析

2017—2019年揚州市兒童呼吸系統(tǒng)門診量、大氣污染物濃度及氣象因素Spearman相關(guān)分析見表2。由表2可見，兒童呼吸系統(tǒng)門診量與大氣污染物的ρ(PM2.5)、ρ(NO2)呈正相關(guān)(P<0.01)，與ρ(O3)和氣象因素(日均溫度、相對濕度)呈負(fù)相關(guān) (P<0.01)。污染物中，除了ρ(PM2.5)、ρ(NO2)分別與ρ(O3)不相關(guān)(P>0.05),其余污染物兩兩之間均呈正相關(guān)(P<0.01)。氣象因素中，日均溫度與ρ(PM2.5)、ρ(NO2)呈負(fù)相關(guān)(P<0.01)，而與ρ(SO2)、ρ(O3)呈正相關(guān)(P<0.01)，相對濕度與所有污染物均呈負(fù)相關(guān)(P<0.01)。可以看出，日均溫度和相對濕度與所有污染物及兒童呼吸系統(tǒng)門診量均有關(guān)聯(lián)，可見氣象因素是研究污染物對兒童呼吸系統(tǒng)疾病門診量影響的重要混雜因素，因此，日均溫度和相對濕度被納入GAM模型中進(jìn)行控制。

表2 2017—2019年揚州市兒童呼吸系統(tǒng)門診量、大氣污染物濃度及氣象因素相關(guān)分析①

2.3 大氣污染物濃度對兒童呼吸系統(tǒng)門診量的單獨滯后效應(yīng)和累積滯后效應(yīng)分析

大氣污染物的ρ(PM2.5)、ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(O3)對兒童呼吸系統(tǒng)門診量當(dāng)日至前7 d的單獨滯后效應(yīng)和累積滯后效應(yīng)見圖1(a)(b)(c)(d)。由圖1可見，大氣污染物的累積滯后效應(yīng)(lag 01—lag 07)均大于單獨滯后效應(yīng)(lag 0—lag 7)。對于單獨滯后效應(yīng)，在滯后4，5，6 d(lag 4、lag 5、lag 6)時，ρ(PM2.5)的升高均會增加兒童呼吸系統(tǒng)門診量；除了ρ(NO2)滯后1 d(lag 1)及ρ(O3)滯后6，7 d(lag 6、lag 7)，ρ(SO2)、ρ(NO2)及ρ(O3)其余滯后日的升高均會增加兒童呼吸系統(tǒng)門診量。對于累積滯后效應(yīng)，在累積滯后5，6，7 d(lag 05、lag 06、lag 07)時，ρ(PM2.5)的升高均會增加兒童呼吸系統(tǒng)門診量；ρ(SO2)、ρ(NO2)及ρ(O3)在所有累積滯后日的升高均會增加兒童呼吸系統(tǒng)門診量。

大氣污染物對兒童呼吸系統(tǒng)門診量的單污染模型分析結(jié)果見表3。由圖1(a)(b)(c)(d)和表3可見，ρ(O3)對兒童呼吸系統(tǒng)門診量在累積滯后6 d(lag 06)達(dá)到最大值，每升高10 μg/m3，兒童呼吸系統(tǒng)門診量的ER為1.160%(95% CI:0.873%～1.447%)；ρ(PM2.5)、ρ(SO2)、ρ(NO2)均在累積滯后7 d(lag 07)達(dá)到最大值，每升高10 μg/m3，兒童呼吸系統(tǒng)門診量的ER為0.720%(95%CI:0.346%～1.095%)，6.955%(95%CI:5.197%～8.743%)和2.133%(95%CI:1.516%～2.754%)。

表3 大氣污染物對兒童呼吸系統(tǒng)門診量的單污染模型分析結(jié)果 %

圖1 大氣污染物對兒童呼吸系統(tǒng)門診量的滯后效應(yīng)

史亞妮等[10]研究指出，ρ(SO2)在累積滯后7 d(lag 07)時，對兒童呼吸系統(tǒng)門診量影響最為顯著，與本研究結(jié)果一致，但ρ(PM2.5)和ρ(NO2)的效應(yīng)最大值均出現(xiàn)在lag 01。本研究ρ(PM2.5)和ρ(NO2)的效應(yīng)最大值出現(xiàn)在lag 07，與張莉君等[11]研究結(jié)果一致。梁志江等[12]指出，ρ(SO2)和ρ(NO2)的升高可能會造成15 d內(nèi)兒童呼吸系統(tǒng)門診量的增加。由以上文獻(xiàn)可以看出，國內(nèi)不同地區(qū)報道的大氣污染物對兒童呼吸系統(tǒng)門診量的影響結(jié)果不完全一致，這可能與不同地區(qū)的污染物濃度、主要來源和成分不同有關(guān)，也可能與人群對呼吸系統(tǒng)疾病的易感性及其他混雜因素等不同有關(guān)。

2.4 PM2.5對兒童呼吸系統(tǒng)門診量風(fēng)險的多污染物模型擬合結(jié)果

揚州市2017—2019年ρ(PM2.5)高于國家二級標(biāo)準(zhǔn)，因此進(jìn)行PM2.5對兒童呼吸系統(tǒng)門診量風(fēng)險的多污染物模型分析(表4)。由表4可見，當(dāng)引入所有污染物(SO2+NO2+O3)時，兒童呼吸系統(tǒng)門診量風(fēng)險影響消失。這提示了不同污染物之間可能有相互協(xié)同、拮抗及聯(lián)合作用，因此在研究某種污染物的健康風(fēng)險時應(yīng)考慮其他相關(guān)污染物的影響[13]。

表4 PM2.5對兒童呼吸系統(tǒng)門診量的多污染模型分析結(jié)果 %

3 結(jié)論

運用時間序列廣義相加模型(GAM)，探討了揚州市大氣污染物暴露對兒童呼吸系統(tǒng)門診量風(fēng)險的影響。結(jié)果顯示，2017—2019年，揚州市ρ(PM2.5)高于國家二級標(biāo)準(zhǔn)，對這3 a的大氣污染物濃度和氣象因素資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，ρ(PM2.5)、ρ(SO2)、ρ(NO2)、ρ(O3)對兒童呼吸系統(tǒng)門診量存在一定的滯后效應(yīng)，且累積滯后效應(yīng)大于單獨滯后效應(yīng)。ρ(O3)在累積滯后6 d(lag 06)時效應(yīng)達(dá)到最大，ρ(PM2.5)、ρ(SO2)、ρ(NO2)均在累積滯后7 d(lag 07)時效應(yīng)達(dá)到最大。PM2.5對兒童呼吸系統(tǒng)門診量風(fēng)險的多污染物模型擬合結(jié)果顯示，當(dāng)引入所有污染物(SO2+NO2+O3)時，兒童呼吸系統(tǒng)門診量風(fēng)險影響消失。綜上所述，大氣污染物濃度的升高會增加兒童呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生風(fēng)險，并且存在一定的滯后效應(yīng)。 因此，有必要開展有針對性的大氣污染物與兒童呼吸系統(tǒng)疾病的預(yù)警研究，保護(hù)易感人群，降低兒童相關(guān)疾病的發(fā)生。

本研究僅收集了揚州市一家兒童醫(yī)院的呼吸系統(tǒng)門診資料，代表性有限，可能存在選擇偏倚，且采用環(huán)境監(jiān)測站點的大氣污染物均值反映暴露水平，這與兒童個體真實的暴露量有一定差異，后續(xù)將會對污染物與重點人群健康效應(yīng)資料的代表性和真實性進(jìn)行進(jìn)一步的研究。