蘭州市冬季空氣污染對(duì)哮喘的影響

李龍燕，王金艷，謝祥珊，陳金車

（1. 蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2. 寧夏回族自治區(qū)氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，寧夏 銀川 750000）

近年來(lái)，隨著學(xué)者對(duì)環(huán)境因子與人體健康的相關(guān)研究不斷深入以及該領(lǐng)域中新方法的引入，空氣污染對(duì)健康的不利影響逐漸得到了世界公認(rèn)。文獻(xiàn)[1 - 2]表明，空氣污染主要影響人體呼吸和循環(huán)系統(tǒng)。空氣污染物存在于人類生活周圍，可經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體，危害人體健康。探究空氣污染與人體健康的關(guān)系很有必要，可為易感人群預(yù)防疾病提供科學(xué)依據(jù)。哮喘屬于慢性下呼吸道疾病，具有周期長(zhǎng)特點(diǎn)，發(fā)作時(shí)可導(dǎo)致氣短、胸悶、咳嗽，甚至死亡。近年來(lái)，由于工業(yè)化的快速發(fā)展，中國(guó)范圍內(nèi)哮喘患病率也迅速增長(zhǎng)[3],哮喘已成為主要的、需要認(rèn)真面對(duì)和解決的公共衛(wèi)生與醫(yī)療保健問(wèn)題之一。

由于研究區(qū)域、時(shí)間和對(duì)象的不同，污染物對(duì)人體健康的影響結(jié)果也不同。TIAN et al[4]分析北京地區(qū)細(xì)顆粒物污染對(duì)哮喘的影響發(fā)現(xiàn)，PM2.5每增加10 μg/m3，哮喘門(mén)診人次增加0.65%，PM2.5濃度的短期升高可能會(huì)增加哮喘惡化的風(fēng)險(xiǎn)；史亞妮等[5]通過(guò)研究蘭州市空氣污染對(duì)兒童呼吸系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)SO2和CO 濃度增加提高了兒童呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)；王潤(rùn)華等[6]發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)量和氣象因素可作為兒童哮喘發(fā)作的間接或直接誘因；王安旭等[7]分析杭州市空氣細(xì)顆粒物濃度與哮喘就診人次的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)豍M2.5濃度的升高可能會(huì)造成3～5 d 內(nèi)哮喘門(mén)診人次的增加，且對(duì)男性和老年人影響更為明顯。以往多是對(duì)整體呼吸系統(tǒng)的研究，而對(duì)蘭州市哮喘疾病的相關(guān)研究甚少。

本文基于蘭州市2014～2017 年冬季空氣污染資料、氣象數(shù)據(jù)和哮喘門(mén)診資料，利用時(shí)間序列的廣義相加模型（generalized additional model, GAM）定量評(píng)價(jià)了蘭州市空氣污染與哮喘就診人次的關(guān)系，希望為易感人群的衛(wèi)生防護(hù)提供一個(gè)科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

環(huán)境監(jiān)測(cè)資料包括2014 年1 月1 日至2017 年12 月31 日空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）、PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3_8h 逐日濃度數(shù)據(jù)，來(lái)自蘭州市環(huán)保局監(jiān)測(cè)中心和中國(guó)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)分析平臺(tái)（https://www.aqistudy.cn/historydata/index.php）。同期逐小時(shí)地面氣象數(shù)據(jù)來(lái)自蘭州市氣象局，包括氣溫（℃）、氣壓（hPa）、相對(duì)濕度（%）和風(fēng)速（m/s）等。季節(jié)采用氣象學(xué)上劃分的方法，即上年12 月至次年2 月為冬季。

疾病資料來(lái)源于蘭州市3 家三級(jí)甲等綜合醫(yī)院的日門(mén)診記錄，具有高度代表性，包括研究期間冬季哮喘就診患者的性別、年齡、就診時(shí)間和診斷結(jié)果等詳細(xì)信息。

1.2 研究方法

每日哮喘門(mén)診人次對(duì)于蘭州市常住人口基本服從 Poisson 分布，基于時(shí)間序列的廣義相加模型的基本結(jié)構(gòu)，見(jiàn)式（1）：

式中：E（Yi）為第i日哮喘門(mén)診人次期望值；s為非參數(shù)平滑函數(shù)；time 為時(shí)間趨勢(shì)；df 為自由度；星期變量（Dow）和節(jié)假日變量（Holiday）用于控制短期波動(dòng)；Xi為要調(diào)整的與發(fā)病人次呈非線性關(guān)系的氣象因素；Xj為空氣污染物；β為回歸系數(shù)；α為截距。

據(jù)偏自相關(guān)系數(shù)（partial auto correlation function，PACF）選擇各解釋變量及自由度，考察自變量單滯后（lag0～lag6）和累積滯后（lag00～lag06）的發(fā)病效應(yīng)。

采用相對(duì)危險(xiǎn)度（relative risk，RR）定量評(píng)價(jià)污染物對(duì)哮喘的影響，哮喘人次的相對(duì)危險(xiǎn)度計(jì)算公式為RR=exp(β×10)，當(dāng)RR＞1，表明污染物升高10 μg/m3，發(fā)病危險(xiǎn)增加，RR＜1表明發(fā)病危險(xiǎn)降低，并計(jì)算95%置信（95% CI）區(qū)間exp(10×(β±1.96S E))，再引入超額危險(xiǎn)度ER=(RR-1)×100%，計(jì)算哮喘人次上升的百分比。

AQI 是通過(guò)監(jiān)測(cè)某段時(shí)間內(nèi)PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3-8h 共6 種污染物的平均濃度，分別計(jì)算6 種污染物各自對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)，分指數(shù)最大值即為當(dāng)日的空氣質(zhì)量指數(shù)，所對(duì)應(yīng)的污染物即為首要污染物。分指數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)參照環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[8]，分指數(shù)＞100 的污染物為超標(biāo)污染物。AQI 在0～50 空氣質(zhì)量狀況為優(yōu)，51～100 為良，101～150 為輕度污染，151～200 為中度污染，201～300為重度污染，AQI＞300 時(shí)空氣質(zhì)量狀況為嚴(yán)重污染。

2 結(jié)果與分析

2014～2017 年冬季蘭州市哮喘門(mén)診人次總6 973例，按性別分類，男性3 187 例，女性3 787 例；按年齡分類，兒童（≤14 歲）1 528 例，成年人（15～64 歲）4 639 例，老年人（≥65 歲）807 例。2014～2017 年蘭州市污染物濃度的月變化，見(jiàn)圖1。

圖1 2014～2017 年蘭州市污染物濃度月變化

圖1 可知，PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO 的逐月變化趨勢(shì)基本一致，12 月污染物達(dá)到最大，分別為85.10 、173.09、42.79、79.72 和2.49 mg/m3；同時(shí)AQI 也達(dá)到最大131.48，O3_8h 濃度受地表輻射和氣象因子的影響[9]，12 月最低為44.73 μg/m3，6 月最高為114.35 μg/m3。

從污染等級(jí)頻率分布來(lái)看，蘭州市全年空氣質(zhì)量良的天數(shù)較多，但輕度污染及以上污染等級(jí)占比也相當(dāng)可觀（30.6%），可見(jiàn)蘭州市整體環(huán)境質(zhì)量一般。夏季蘭州市無(wú)中度及以上污染，輕度及以上污染物在冬季所占比例最高（51%），其次為春季（32%），可見(jiàn)蘭州市污染天氣主要集中在冬春季節(jié)。2014～2017 年蘭州市的空氣污染等級(jí)及首要污染物的年均季節(jié)頻率分布，見(jiàn)圖2。

圖2 2014～2017 年蘭州市不同污染等級(jí)和首要污染物頻率分布

圖2 可知，蘭州市首要污染物以PM10為主（54%），春季PM10為首要污染物發(fā)生的天數(shù)最多（70.1%），冬季PM2.5為首要污染物發(fā)生的天數(shù)最多（47.4%），臭氧污染主要發(fā)生在夏季，NO2在秋冬季節(jié)為首要污染物出現(xiàn)的頻率較多，整體上“優(yōu)”天氣占比很少，冬春季節(jié)為“優(yōu)”天氣較夏秋季節(jié)少。

2014～2017 年蘭州市冬季污染最為嚴(yán)重，不同人群對(duì)污染物的敏感程度不同，冬季污染物濃度與哮喘就診人次的相關(guān)性分析，見(jiàn)表1。

表1 2014～2017 年蘭州市冬季污染物濃度與哮喘的相關(guān)性分析

表1 可知，SO2和NO2與哮喘發(fā)病總?cè)舜物@著正相關(guān)，對(duì)不同人群SO2與女性和兒童患者哮喘顯著正相關(guān)，NO2與女性、成年和老年患者哮喘顯著正相關(guān)，CO 與兒童患者顯著正相關(guān)，與全人群患者的相關(guān)性未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，臭氧與發(fā)病人次呈負(fù)相關(guān)，可能與選取的研究階段有關(guān)，因而以下僅分析SO2和NO2對(duì)哮喘門(mén)診人次的影響。

污染物對(duì)人體健康的影響存在一定的滯后累積效應(yīng)[10]，因此根據(jù)表中的相關(guān)性，選取顯著污染因子，并考慮空氣污染需要一定的溫度和濕度條件[11]，利用廣義相加模型定量分析2014～2017 年冬季污染物對(duì)哮喘發(fā)病的滯后和累積效應(yīng)。

2014～2017 年冬季蘭州市SO2和NO2濃度分別升高10 μg/m3時(shí)，哮喘發(fā)病人次的相對(duì)危險(xiǎn)度及95%置信區(qū)間。患者對(duì)不同污染物的最敏感滯后時(shí)間不同，SO2在平均累積滯后2 d （lag02）RR 達(dá)到最大，且每增加10 μg/m3時(shí)哮喘發(fā)病增加4.1%，NO2在平均累積滯后5 d（lag05）時(shí)，RR 達(dá)到最大，每增加10 μg/m3時(shí)哮喘發(fā)病增加3.3%，可見(jiàn)SO2對(duì)哮喘門(mén)診就診人次的影響速度更快，見(jiàn)圖3。

圖3 不同污染物滯后效應(yīng)的相對(duì)危險(xiǎn)度

SO2平均累積滯后2 d，NO2平均累積滯后5 d哮喘發(fā)病人次的暴露-反應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)圖4。

圖4 最敏感滯后時(shí)間條件下污染物與患者的暴露-反應(yīng)關(guān)系

圖4 可知，隨著SO2和NO2濃度的升高，暴露-反應(yīng)關(guān)系呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。這與楊絲絮等[12]研究上海市大氣污染對(duì)感冒疾病的影響結(jié)果一致。

圖5a）為引入NO2，哮喘門(mén)診發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)在滯后當(dāng)天（lag0）達(dá)到最大，增加3.9%，滯后時(shí)間提前，發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低，圖5b）為引入SO2，哮喘發(fā)病增加4.6%，滯后時(shí)間不變，但發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)升高?？梢?jiàn)，污染物對(duì)哮喘疾病的影響不是簡(jiǎn)單的線性相加。

圖5 不同污染物滯后效應(yīng)的相對(duì)危險(xiǎn)度(雙污染模型)

不同性別和年齡人群對(duì)污染物的敏感程度可能不同[13]，單污染模型和雙污染物模型分析最敏感滯后時(shí)間下不同人群的RR 及95%CI，見(jiàn)表2。

表2 最佳滯后時(shí)間條件下不同人群的RR 及95%CI

表2 可知，單污染模型中SO2對(duì)女性和成年門(mén)診患病相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)更高，分別為1.116 1 和1.094 4，NO2對(duì)女性和兒童患者的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)更高，分別為1.057 7 和1.055，均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。雙污染模型中SO2和NO2都對(duì)女性和兒童患者的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)更高，RR 分別為1.075 2、1.062 8 和1.040 2、1.066 0。SO2雙污染模型中不同患者人群的RR都有所降低，NO2雙污染模型全患者人群、兒童患者和老年患者的RR 是增大的，分別為1.046、1.066 和1.040 9，且均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)；男、女性和成年患者的RR 都有所降低，分別為1.023 8、1.040 2 和1.047 0，可見(jiàn)引入污染物對(duì)哮喘人群的影響并不穩(wěn)定。

3 討論

本文基于時(shí)間序列的廣義相加模型定量評(píng)價(jià)了蘭州市冬季空氣污染與哮喘就診人次的關(guān)系。

單污染模型中SO2和NO2濃度每升高10 μg/m3，哮喘發(fā)病分別增加4.1%和3.3%，女性對(duì)污染物更容易敏感，這與田瑜等[14]對(duì)蘭州市冬季污染物對(duì)呼吸系統(tǒng)的研究結(jié)果較一致，但該研究結(jié)果顯示呼吸系統(tǒng)對(duì)NO2更敏感，可能是由于研究對(duì)象的不同導(dǎo)致的。成年人受污染物的影響更大，可能與成年人經(jīng)常暴露在室外空氣中有關(guān)。兒童對(duì)SO2更敏感，這與牟喆等[15]研究的污染物對(duì)上海市兒童哮喘的影響結(jié)果較一致。

有研究表明，氮氧化物可導(dǎo)致急性氣道損傷，引起哮喘患者對(duì)變應(yīng)原敏感性增加[16]；SO2水溶性較強(qiáng)，易被上呼吸道和支氣管粘膜的黏液吸收，從而刺激并使氣管或支氣管收縮，SO2還可與飄塵產(chǎn)生協(xié)同作用進(jìn)而被吸附于微粒表面，進(jìn)入呼吸道深部影響身體健康[17]。

由于獲得的疾病數(shù)據(jù)有限，不同地區(qū)人類生活習(xí)慣也不同，并且哮喘的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，需要結(jié)合醫(yī)學(xué)和氣象上的知識(shí)綜合研究，本研究也未展開(kāi)其他季節(jié)空氣污染物對(duì)哮喘門(mén)診人次的影響研究,以后將以此作為本研究的延續(xù)和補(bǔ)充。

4 結(jié)論

本文基于時(shí)間序列的廣義相加模型定量評(píng)價(jià)蘭州市冬季空氣污染與哮喘門(mén)診就診人次的關(guān)系，結(jié)果如下。

（1）2014～2017 年冬季蘭州市SO2和NO2與哮喘發(fā)病總?cè)舜物@著相關(guān);

（2）蘭州市冬季大氣污染物SO2累積滯后2 d（lag02）、NO2累積滯后5 d（lag05）對(duì)全體哮喘門(mén)診患者的影響最大，且濃度每增加10 μg/m3，哮喘日就診人數(shù)分別增加 4.1%和 3.3%，且在最佳滯后時(shí)間下，污染物對(duì)哮喘患者的影響呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。SO2雙污染模型中，哮喘門(mén)診發(fā)病人次在滯后0 d達(dá)到最大，哮喘發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加3.9%，滯后時(shí)間提前，發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)降低，NO2雙污染模型中，哮喘發(fā)病增加4.6%，滯后時(shí)間不變，但發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)升高;

（3）SO2和NO2雙污染模型中污染物對(duì)不同哮喘門(mén)診患者人群的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)并不穩(wěn)定，但大多數(shù)是有降低作用，且均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。