地理環(huán)境對(duì)青少年收縮壓的影響

孫嘉欣, 何 杰, 余國(guó)良, 韓 俊

(寧夏大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

血壓是指血管內(nèi)血液對(duì)血管壁的側(cè)壓力,分為舒張壓和收縮壓．收縮壓是指人體心臟收縮時(shí),主動(dòng)脈壓急劇升高時(shí)的壓力．調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,影響血壓的因素主要有肥胖[1—3]、身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)[4]、體脂(皮褶厚度)[5]、種族[6—7]、遺傳[8]、食鹽攝入量[9—10]、精神心理[11]、生活習(xí)慣[12]等．近年來的研究表明,血壓與地理、氣候等環(huán)境因素也有關(guān)聯(lián)．從地里學(xué)視角看,人體健康是人地關(guān)系中的重要組成部分.在生態(tài)系統(tǒng)的生物循環(huán)中,人作為重要的組成部分,在長(zhǎng)期的發(fā)展過程中,健康受到自然、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等諸多因素影響．國(guó)內(nèi)外對(duì)收縮壓的研究著重在方法創(chuàng)新或影響因子方面等,如通過Meta檢索各類數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù),分析兒童青少年血壓患病情況[13—14]；通過Logistic回歸分析判斷患病置信區(qū)間[15],通過多元線性回歸評(píng)估種族與收縮壓和舒張壓的關(guān)系[7]；通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行連續(xù)無創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)及其應(yīng)用研究[16]；通過相關(guān)系數(shù)測(cè)定人的收縮壓和舒張壓參考值與區(qū)域地理因素之間的關(guān)系[17]；通過空間插值揭示中國(guó)人血壓正常值的地域分布規(guī)律并對(duì)青少年血壓值加以探究[18]．目前的研究停留在社會(huì)因素分析、以預(yù)警和預(yù)測(cè)收縮壓的變化為研究?jī)?nèi)容;研究數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)檢索,測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不具有統(tǒng)一性;研究區(qū)域范圍有限,無法探究因地形地貌等地理因子的影響關(guān)系及青少年收縮壓的空間分布、空間驅(qū)動(dòng)因子及因子驅(qū)動(dòng)力．

青少年是發(fā)育成長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期．對(duì)影響青少年收縮壓的地理環(huán)境進(jìn)行探究,能發(fā)現(xiàn)收縮壓變化與年齡的直接關(guān)系,從而全面掌握我國(guó)青少年收縮壓分布情況及地理環(huán)境因子影響力,尋找影響青少年收縮壓的主要地理因子,以便有針對(duì)性地對(duì)青少年收縮壓作出科學(xué)、合理的判斷．

筆者選擇由國(guó)家教育部牽頭實(shí)施的學(xué)生體質(zhì)與健康調(diào)研所得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)由專業(yè)的測(cè)量隊(duì)使用統(tǒng)一的測(cè)量方法和器材,經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)量步驟獲得．選擇生理學(xué)劃分的14～18周歲為研究年齡段．分別從性別、成長(zhǎng)環(huán)境切入,考察青少年收縮壓的分布現(xiàn)狀,通過全局Moran’s I方法,探究收縮壓的空間聚集現(xiàn)象;并通過地理探測(cè)器模型,診斷并分析各分組影響收縮壓的因素及各因素間的關(guān)系．可為全面掌握我國(guó)青少年的收縮壓情況、醫(yī)學(xué)地理研究、人與自然關(guān)系探究等諸方面深入研究提供參考.

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

以中國(guó)31個(gè)省(直轄市、自治區(qū))不包括西藏、香港、澳門、臺(tái)灣在內(nèi)的范圍為研究對(duì)象．由教育部牽頭,會(huì)同國(guó)家體育總局、國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委、國(guó)家民委、科技部、財(cái)政部共同組織開展的全國(guó)學(xué)生體質(zhì)與健康調(diào)研自1985年開始,每5 a對(duì)全國(guó)31個(gè)省份展開一次調(diào)研.截至目前,共開展7次,2015年為最新的一次調(diào)研．調(diào)研嚴(yán)格遵循統(tǒng)一監(jiān)測(cè)隊(duì)、統(tǒng)一檢測(cè)方法和統(tǒng)一器材.文中數(shù)據(jù)來源于《2015年全中國(guó)學(xué)生體質(zhì)與健康調(diào)研》[19],從中提取14～18歲男生、女生的收縮壓．

以全國(guó)范圍為研究區(qū),從地理環(huán)境視角探究地理差異的作用．?dāng)?shù)據(jù)包括:①基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)．以國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1∶400萬中國(guó)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)作為省級(jí)空間行政邊界矢量數(shù)據(jù),在ArcGIS平臺(tái)構(gòu)建不同性別以及成長(zhǎng)環(huán)境的收縮壓截面數(shù)據(jù)庫[20];②地理因素?cái)?shù)據(jù).海拔高度、年平均氣溫、氣溫年較差、平均大氣壓強(qiáng)、年日照時(shí)間、年降水量、年平均相對(duì)濕度等來源《中國(guó)氣象年鑒》[21],第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值來源《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》[20],PM2.5數(shù)據(jù)來源《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》[22]．

1.2 地理因子與環(huán)境因子的選取及處理

根據(jù)我國(guó)地形和氣候的特點(diǎn),結(jié)合數(shù)據(jù)的相關(guān)性和可獲得性,綜合考慮收縮壓的影響因素,參考區(qū)域地理與中國(guó)男性青年收縮壓參考值影響因子選擇方法[23],選取以下因子進(jìn)行分析:海拔高度(X1)、年平均氣溫(X2)、氣溫年較差(X3)、平均大氣壓強(qiáng)(X4)、年日照時(shí)間(X5)、年降水量(X6)、年平均相對(duì)濕度(X7)．參考天津市市區(qū)高血壓患病影響因素[24],選取產(chǎn)業(yè)因素——第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(X8);參考中國(guó)環(huán)境污染的健康壓力時(shí)空差異特征的研究[25],選取PM2.5(X9).分析這9個(gè)要素對(duì)收縮壓空間分布的影響(表1)．

表1 指標(biāo)探測(cè)要素

2 研究方法

2.1 空間探索性分析

空間自相關(guān)是描述空間中屬性間相互影響的統(tǒng)計(jì)量,用來度量單個(gè)影響因子在空間中不同位置的相關(guān)性,以分析不同組別血壓值與其影響因子間的空間依賴性．空間自相關(guān)的相似度一般采用Moran’s I指數(shù)進(jìn)行分析,可分為全局Moran’s I指數(shù)和局部Moran’s I指數(shù)．基于該研究數(shù)據(jù)的類型和目的,用全局Moran’s I表示全局空間自相關(guān)的統(tǒng)計(jì)量,其計(jì)算公式:

(1)

式中:xi為空間單元i的某個(gè)特定屬性值;xj為空間單元j的相同特定屬性值;x為所有單元屬性的平均值;wij為空間單元i,j之間的權(quán)重;n為空間單元的總數(shù)．I為-1～1．當(dāng)I>0時(shí),表示該屬性的空間內(nèi)具有正相關(guān)性,且I越大相關(guān)性越明顯;當(dāng)I<0時(shí),表示該屬性的空間內(nèi)具有負(fù)相關(guān)性,且I越小差異越大;當(dāng)I=0時(shí),該屬性的空間內(nèi)隨機(jī)分布．

對(duì)于空間自相關(guān)的顯著程度,可通過Moran’s I的z進(jìn)行檢驗(yàn),z的計(jì)算公式:

(2)

式中:E(I),σ(I)分別為I的期望值和方差．

在ArcGIS 10.2中通過空間統(tǒng)計(jì)工具,對(duì)各組數(shù)值進(jìn)行空間自相關(guān)(Moran’s I)測(cè)度,結(jié)果見表2．

表2 分組Moran’s I指數(shù)的計(jì)算結(jié)果

2.2 地理探測(cè)器方法

人體血壓值受自然、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等多種因素的影響．為進(jìn)一步探索各種要素對(duì)收縮壓的影響程度,選擇王勁峰等提出的空間分析方法——地理探測(cè)器[26],對(duì)影響收縮壓的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行探測(cè)識(shí)別,選取因子探測(cè)器和交互探測(cè)器分別探測(cè)影響血壓值的因子和因子間的相互關(guān)系,其模型如下:

1)因子探測(cè)器是探測(cè)某因子X多大程度上解釋了屬性Y的空間分異,用q度量,q的值域?yàn)閇0,1],q越大表明目標(biāo)屬性Y的空間分異性越明顯．q的計(jì)算公式:

(3)

(4)

式中:h=1,2,…,L,為變量Y或因子X的分層,即分類或分區(qū);Nh,N分別為層h和全區(qū)的單元數(shù);σh2,σ2分別是層h和全區(qū)Y的方差,SSW,SST分別為層內(nèi)方差和全區(qū)總方差．

2)交互作用探測(cè)器是探測(cè)風(fēng)險(xiǎn)因子之間是否具有相互作用,識(shí)別不同風(fēng)險(xiǎn)因子之間的交互作用,即評(píng)估因子X1,X2共同作用時(shí)是否會(huì)增加或減弱對(duì)因變量Y(收縮壓)的解釋力,或這些因子對(duì)Y的影響是相互獨(dú)立的．評(píng)估的方法是分別計(jì)算2種因子X1，X2對(duì)Y的q值及其相互交互時(shí)的q值,即q(X1)，q(X2)，q(X1nX2)，并對(duì)q(X1)，q(X2)與q(X1nX2)進(jìn)行比較.2個(gè)因子之間的關(guān)系分類見表3.表3中，表示min(q(x1),q(x2))：在q(x1),q(x2)兩者取最小值；表示q(x1)+q(x2)：q(x1),q(x2)兩者求和；表示 max(q(x1),q(x2))：在q(x1),q(x2)兩者取最大值；表示q(x1∩x2)：q(x1),q(x2)兩者交互；

2.3 青少年血壓值分異影響要素探測(cè)

基于地理探測(cè)器的約束條件少、數(shù)據(jù)的分類方便高效、按照地理分區(qū)進(jìn)行運(yùn)算及結(jié)果更具解釋力等優(yōu)勢(shì),采用該方法對(duì)我國(guó)青少年收縮壓影響因素進(jìn)行計(jì)算,并通過因子探測(cè)識(shí)別哪些因素具有影響力,測(cè)度各影響因素對(duì)收縮壓的解釋程度大小,從而獲得單個(gè)因素對(duì)血壓值的影響力,定量研究每個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)收縮壓影響的程度．對(duì)于面數(shù)據(jù),使用ArcGIS 10.2軟件對(duì)各影響因子進(jìn)行離散化處理,再將其與X分布疊加．按分位數(shù)法對(duì)各因子進(jìn)行初始分類,再結(jié)合地理情況對(duì)初始分類進(jìn)行修正．

基于地理探測(cè)器的分異及因子探測(cè),分別計(jì)算各因子對(duì)青少年血壓值影響能力q的大小(圖1)．

圖1 分組別地理探測(cè)器因子探測(cè)結(jié)果

對(duì)9個(gè)因子分別兩兩疊加考察交互作用下對(duì)青少年舒張壓的影響[27](表4),同時(shí)也反映了各因子交互作用下對(duì)青少年舒張壓的影響[28]．

表3 因子交互關(guān)系表達(dá)式

表4 交互因子探測(cè)結(jié)果 %

3 結(jié)果與分析

3.1 兒童青少年血壓的空間格局與現(xiàn)狀

3.1.1兒童青少年的血壓現(xiàn)狀 兒童青少年的血壓在空間分布上呈現(xiàn)以下特點(diǎn)(圖2):男性的收縮壓高于女性;北方的收縮壓高于南方,城市與鄉(xiāng)村之間沒有明顯差異．究其原因:①女性雌激素分泌高于男性．雌激素是一種重要的脂溶性類固醇激素,對(duì)收縮壓有直接影響;②由于地理環(huán)境差異較大,南方和北方人在生活和飲食等諸多方面呈現(xiàn)明顯的不同．

圖2 我國(guó)兒童青少年血壓值分布

3.1.2兒童青少年血壓的空間格局 從全局Moran’s I指數(shù)(表2)看:① 全國(guó)青少年的收縮壓(P=0.000 049,z=4.06,Moran’s I 為0.483 736)的P<0.01,說明數(shù)據(jù)的空間分布具有非隨機(jī)性,且能夠顯著地拒絕零假設(shè),表現(xiàn)出收縮壓具有一定的聚集特征、空間正相關(guān)顯著．②分組觀察發(fā)現(xiàn),性別(男生、女生)、成長(zhǎng)環(huán)境(城市、鄉(xiāng)村)的全局Moran’s I指數(shù)均為正(z>3),且通過顯著性檢驗(yàn)(P<0.001),說明中國(guó)青少年的收縮壓呈現(xiàn)出顯著的空間正自相關(guān),空間集聚特征明顯．

3.2 兒童青少年血壓變化的驅(qū)動(dòng)因素

3.2.1收縮壓因子的探測(cè)結(jié)果 收縮壓中各因子的解釋力大小依次為海拔高度、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、平均大氣壓強(qiáng)、PM2.5、年降水量、年平均相對(duì)濕度、氣溫年較差、年日照時(shí)數(shù)、年平均氣溫(圖2)．其中,地形(海拔高度)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展(第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值)和氣候(平均大氣壓強(qiáng))對(duì)青少年收縮壓的影響較大,其q均大于0.3,其他因素較弱(q<0.1),產(chǎn)生的影響較小.說明青少年舒張壓受經(jīng)濟(jì)發(fā)展(第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值)、自然因素中的氣象因素(平均大氣壓強(qiáng)、年降水量、氣溫年較差、年平均相對(duì)濕度)、地形因素(海拔高度)、環(huán)境狀況(PM2.5)的影響較明顯,其中PM2.5的影響較小．

3.2.2性別因子的探測(cè)結(jié)果 性別因子探測(cè)結(jié)果表明(圖2):海拔高度、平均大氣壓強(qiáng)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對(duì)男性青少年的收縮壓影響較為明顯(q>0.2)，而年平均氣溫、年日照時(shí)間的影響極弱(q<0.1)；海拔高度、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對(duì)女性青少年的收縮壓影響較為明顯(q>0.2)，而年平均氣溫、氣溫年較差、年日照時(shí)數(shù)、年平均相對(duì)濕度的影響極弱(q<0.1)．說明男性受海拔高度、年平均氣溫、氣溫年較差等7個(gè)因子的影響高于女性,女性受年日照時(shí)間、PM2.5、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值4個(gè)因子的影響高于男性．原因在于，女性對(duì)環(huán)境的敏感度更高,身體對(duì)外界環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng)更強(qiáng)．

3.2.3成長(zhǎng)環(huán)境因子的探測(cè)結(jié)果 城市環(huán)境下生長(zhǎng)的青少年收縮壓受到海拔高度、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的影響較大(q>0.2)(圖2),而受到年平均氣溫、氣溫年較差、年日照時(shí)間、年降水量、年平均相對(duì)濕度的影響弱(q<0.1);鄉(xiāng)村環(huán)境下生長(zhǎng)的青少年收縮壓受海拔高度、平均大氣壓強(qiáng)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的影響較大(q>0.2),而受到年平均氣溫和年日照時(shí)間的影響較弱(q<0.1)．另外,海拔高度、年平均氣溫、氣溫年較差等9個(gè)因子對(duì)收縮壓的影響均呈現(xiàn)出鄉(xiāng)村高于城市．

3.3 兒童青少年血壓變化因素的交互作用

在實(shí)際中,單一因子或單一性質(zhì)的因素對(duì)收縮壓的分布和變化起決定作用．通過交互探測(cè)器分析各影響因素對(duì)兒童青少年血壓的影響是否存在交互作用．

交互探測(cè)結(jié)果顯示:收縮壓中海拔高度和平均大氣壓強(qiáng)、PM2.5、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值,平均大氣壓強(qiáng)和PM2.5存在雙因子增強(qiáng),說明其中2個(gè)因子共同作用時(shí)對(duì)研究結(jié)果的影響都高于其中某一最大因子的影響,收縮壓受以上因子共同作用時(shí)的影響力明顯高于其中2個(gè)因子的最大值;其他均為非線性增強(qiáng),其影響明顯.說明海拔高度、平均大氣壓強(qiáng)與其他因子共同作用時(shí),產(chǎn)生的影響力高于它們與其他任意因子2者結(jié)合的結(jié)果．

因子交互分析表明:對(duì)于收縮壓，氣溫年較差與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值交互后提高影響力最大(87.2%);其次是海拔高度與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值,可提升影響力78.95%;海拔高度與年降水量交互后可提高影響力74.47%;年平均氣溫和年日照時(shí)間交互后提高影響力最小(19.47%)．因此在營(yíng)造良好的青少年成長(zhǎng)環(huán)境時(shí),避免海拔高度較高、氣溫年較差很大與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值較高同時(shí)存在.因?yàn)樵谶@種情況下,因子間作用力強(qiáng),致使青少年的收縮壓升高更顯著．

3.4 兒童青少年血壓的主導(dǎo)因素及驅(qū)動(dòng)力

1)地理環(huán)境因子．我國(guó)面積廣闊,地理環(huán)境差異明顯,人的血壓出現(xiàn)地域性差異.平均大氣壓強(qiáng)、海拔高度對(duì)人體心腦供氧產(chǎn)生影響.在“高壓、高海拔”下,心腦缺氧,收縮壓升高.溫度高低對(duì)血管的擴(kuò)張能力有影響,溫度升高,血管擴(kuò)張,血流量加快,收縮壓降低.降水和年平均相對(duì)濕度反映水分變化,影響人體甲狀腺激素和腎上腺激素,人體松果腺體分泌出的松果激素量也較大,甲狀腺素及腎上腺素的濃度隨之降低,人體新陳代謝減弱,血壓降低．地理環(huán)境因子成為影響人體血壓的重要外界因素．

2)產(chǎn)業(yè)環(huán)境狀況．經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地域優(yōu)勢(shì)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、PM2.5等指標(biāo)可反映建設(shè)速度、環(huán)境質(zhì)量狀況．人處于生活節(jié)奏快、壓力大的環(huán)境中,交感神經(jīng)處于興奮狀態(tài),心率增快,血管所承受的壓力增高,長(zhǎng)期處于該狀態(tài)下,機(jī)體形成生物記憶,收縮壓升高．

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

1)空間自相關(guān)全局Moran’s I指數(shù)顯示,在不同性別和成長(zhǎng)環(huán)境條件下，中國(guó)青少年的收縮壓在空間上呈現(xiàn)顯著的空間正自相關(guān)．對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)按性別和南北地理劃分、分組整理統(tǒng)計(jì)分析,血壓的分布呈現(xiàn)以下特征:14～18歲青少年男性的血壓高于女性的,北方人的血壓高于南方人的．

2)因子探測(cè)結(jié)果表明,對(duì)于不同性別、在不同成長(zhǎng)環(huán)境下，海拔高度、年平均氣溫、氣溫年較差、平均大氣壓強(qiáng)、年日照時(shí)間、年降水量、年平均相對(duì)濕度、PM2.5、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值等因素均對(duì)收縮壓有不同程度的影響.定量化探測(cè)到影響各組分收縮壓的因子解釋力,其中,海拔高度的解釋力最大,說明海拔高度對(duì)收縮壓的影響最大．因子間交互結(jié)果表明,收縮壓中海拔高度和平均大氣壓強(qiáng)、PM2.5、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值,平均大氣壓強(qiáng)和PM2.5等存在雙因子增強(qiáng)．海拔高度和年平均氣溫、氣溫年較差、年日照時(shí)間、年降水量、年平均相對(duì)濕度等存在非線性增強(qiáng)．不論哪種,任意2個(gè)因素交互后對(duì)血壓的因子解釋力均顯著提升,且強(qiáng)于單個(gè)因素的解釋力．

4.2 展望

醫(yī)學(xué)地理學(xué)研究人體健康狀況或生命現(xiàn)象與空間、環(huán)境的關(guān)系,并從地理的角度出發(fā),發(fā)現(xiàn)和分析保持健康的“平衡”關(guān)系、影響健康的原因、趨勢(shì)及空間格局．該研究依托中國(guó)豐富的地形地貌,以精準(zhǔn)可比的數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ),總結(jié)我國(guó)青少年收縮壓的空間分布情況及特征,進(jìn)一步探究影響青少年收縮壓的地理環(huán)境因素及因素間的作用關(guān)系,從而得到定量化的研究結(jié)果.將地理學(xué)研究方法應(yīng)用于公共衛(wèi)生研究領(lǐng)域,可為醫(yī)學(xué)地理研究增加亮點(diǎn).與此同時(shí),在以后的研究中，可增加數(shù)據(jù)的測(cè)量范圍,獲得更為詳細(xì)的小尺度研究單元的收縮壓數(shù)據(jù),繼而以更小的單元為研究對(duì)象,使研究結(jié)果更為豐富、準(zhǔn)確．