氣象和空氣污染物對原發性氣胸發病的影響

王亞芹 白風霞 梁璐 付桂琴 楊偉紅 張孟繁 劉思亮 黃家惠

1河北大學附屬醫院/臨床醫學院,保定 071000;2河北大學附屬醫院急診科,保定 071000;3河北省氣象服務中心,石家莊 050021

自發性氣胸是指靠近肺表面的細微氣皰、肺大皰破裂引起的,分為原發性氣胸 (primary spontaneous pneumothorax,PSP)和繼發性氣胸[1]。前者是指沒有已知的肺部疾病,后者存在肺氣腫、肺結核等肺部疾病。流行病學調查顯示,PSP發病率低,男性和女性的發病率分別為15.9/10萬和2.2/10萬[2]。但研究報道PSP發生有集群現象[3],即在2～3 d內至少2例及以上的PSP相繼發病,一些學者認為集群現象的發生與氣象因素密切相關。

近年來,我國環境治理略有成效,但我國仍然面臨著嚴重的空氣污染問題。研究顯示,歸因于空氣污染的發病率和病死率不斷升高,預計到2050年每年將有660萬人死于空氣污染[4]。空氣污染物與COPD、哮喘、肺部感染等多種呼吸系統疾病之間的聯系已被證實[5-7],但空氣污染物與PSP之間的關系還沒有得到廣泛的研究,此外,關于氣象對PSP的影響一直存在爭議。PSP 發病機制不明,調查PSP發病的季節性變化,探討氣象和空氣污染物對PSP發病的影響,為PSP 的預防及流行病學研究提供參考。

1 對象與方法

1.1 研究對象 采用橫斷面調查研究收集2014年1月1日至2018年12月31日在河北大學附屬醫院住院治療的自發性氣胸患者,經胸部CT 或胸片證實,查閱病歷資料,確定具體發病時間,記錄患者一般信息。氣胸發病時間定義為患者開始出現咳嗽、胸痛、胸悶、呼吸困難等癥狀的當天。排除標準:無法確定發病時間;繼發性氣胸。

1.2 氣象資料 本研究時間從2014年1月1日至2018年12月31日共包含1 826 d,氣象資料來源于河北省氣象服務中心同時期的地面觀測數據。氣象因素包括相對濕度、平均風速、日降水量、平均氣壓、氣壓變化,氣壓變化定義為當日平均氣壓與前一日平均氣壓差[8];空氣污染物數據包括二氧化硫(SO2)、臭氧(O3)、一氧化碳 (CO)、二氧化氮(NO2)、可吸入顆粒物(PM2.5、PM10)。

1.3 研究方法 將PSP患者發病日期與同時期的氣象和空氣污染物數據匹配,比較各季節的氣象和空氣污染物特征。根據PSP 發病時間分為無PSP發病天(1 541 d)和有PSP發病天(285 d)2組,比較氣象和空氣污染物在2組中的差別,PSP發病與氣象因素運用多因素logistic 回歸模型進行分析。

1.4 統計學分析 采用SPSS 25.0統計軟件進行數據分析。正態分布的計量資料以±s表示,2組比較采用獨立樣本的t檢驗;偏態分布的計量資料用M(QR)表示,2 組間比較用Mann-WhitneyU檢驗,多組間比較采用Kruskal-WallisH檢驗。計數資料以例數 (百分數)表示,采用χ2檢驗進行比較。影響因素分析采用多因素logistic回歸模型。雙側檢驗,P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料 本研究共有503例自發性氣胸患者,其中PSP患者325例,中位發病年齡(P25,P75)為23 (17,48)歲。PSP 患者中男274 例(84.3%),女51 例 (15.7%);左側發病154 例(47.4%),右 側161 例 (49.5%),雙 側10 例(3.1%);1 826 d 中非氣胸發病1 541 d,氣胸發病285 d;氣胸的聚集性定義為在3 d內至少2例氣胸患者相繼發病,其中聚集性發病195例,占總發病人數的60.0%。

2.2 PSP發病的季節性分布 PSP 夏季高發 (圖1),各季節氣胸的發病時間差異無統計學意義(χ2=6.432,P=0.092)。PSP每月發病人數與平均氣壓的關系見圖2。

圖1 原發性氣胸患者發病時間的季節分布

圖2 每月PSP發病人數與平均氣壓的關系

2.3 氣象和空氣污染物的季節分布特征 平均風速春季最高,O3夏季最高,平均氣壓、PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2冬季最高,相對濕度秋季最高。氣壓變化在不同季節的差異無統計學意義,其余各項指標在不同季節的分布差異均有統計學意義(P值均＜0.001)。見表1。

表1 氣象和空氣污染物的季節分布特征 [M(QR)]

2.4 氣象和空氣污染物的差異 與無PSP發病天組比較,有PSP 發病天組平均氣壓 (Z=-3.374,P=0.001)、NO2濃度 (Z=-2.539,P=0.011)較低,O3濃度 (Z=-3.271,P=0.001)較高。見表2。

表2 2組氣象和空氣污染物比較 [M(QR)]

2.5 多因素回歸分析 以是否有PSP發病為因變量,以平均氣壓、O3、PM10、SO2、NO2、季節為自變量,行多因素回歸分析。平均氣壓最大值為1 042.1 hPa,最小值為992.6 h Pa,中位數為1 014.8 hPa,四分位數間距為19.2 hPa,平均氣壓數值大且波動也大,因此將平均氣壓整體縮小10倍帶入多因素回歸分析,檢驗模型的擬合優度P=0.690。多因素回歸分析顯示PSP的危險因素為平均氣壓降低。見表3。

表3 原發性氣胸發病的多因素回歸分析

3 討論

“健康中國2030”規劃出臺,大健康領域持續升溫,環境問題對健康的影響越來越突出,造成的全球疾病負擔明顯加重[9]。PSP是呼吸系統中的一類重要疾病,發病前無征兆,發病迅速,且存在致死風險。PSP發病機制復雜,探究氣象和空氣污染物與PSP發病的關系,尋找PSP發病的危險因素,加強健康宣教,做好預防工作,對于PSP 的發病具有重要影響。

越來越多的證據表明PSP 的發生不是隨機事件[1]。早在1997 年Smit等[10]用 “可預測的小流行病”描述PSP,在這種小流行病中,氣胸患者一般在2～3 d相繼入院。根據這一定義,研究顯示自發性氣胸聚集發生占總發病人數的70.5%[11],與本研究 (PSP 聚集天發病占60.0%)雖有相似,卻略有差異,分析原因可能是該研究納入的患者為自發性氣胸患者,其中還包含了繼發性氣胸患者,導致了該研究數值偏高。隨后,Ogata等[2]研究認為PSP有聚集性。PSP 的聚集性發生,說明與氣象因素密切相關。

Aissa等[12]研究顯示在蘇塞地區自發性氣胸發病與季節相關。日本的研究顯示在調整了月份、年、工作日、節假日后,PSP發病在不同季節仍有顯著差異(P=0.03)[2]。相反,中國臺灣的一項大規模研究顯示,季節性變化不是氣胸的誘發因素[13]。本研究中夏季氣胸發病明顯增多,與多項研究[12,14]一致,在調整其他因素后PSP 在各季節發病差異無統計學意義。各項研究結果不同,可能是由于研究人群、氣象、地理環境的差異。

夏季紫外線照射強烈,空氣中的揮發性有機化合物和氮氧化物經太陽光照射生成O3,從而使得夏季O3濃度增高而NO2濃度降低[15],這可能是NO2濃度在有PSP 發病天降低的原因。Marx等[16]在法國14個急救中心納入948例PSP患者,結果顯示短期暴露在低濃度NO2中,沒有發現與PSP發病的關系,與本研究結果一致。Abul等[17]的研究只納入O3濃度這單一因素,發現隨著O3濃度增高氣胸患者的數量也隨之增加,其機制可能與O3的氧化應激、氣道炎癥反應、上皮細胞損傷有關[18]。本研究納入多項因素,未證實O3與PSP發病之間的關系,Marx等[16]的研究與本研究的結果一致,雖然沒有在統計學上證明O3暴露和PSP發病的關系,但他們認為O3暴露和PSP的聯系不能被排除。

本研究顯示平均氣壓是PSP的危險因素(OR=0.763,95%CI:0.607～0.960,P=0.021),表明大氣壓力越低,發生氣胸的風險越高。關于平均氣壓對PSP發病的影響尚未有統一結論,少部分研究顯示平均氣壓與PSP 發病無關[19],但多項研究顯示PSP 發病時氣壓明顯低于無PSP 發病時[20-21]。根據Boyle定律,在一定條件下,氣體的體積與氣壓成反比,也就是說氣壓越低,肺泡內的氣體體積越大。低氣壓條件下除了肺泡體積的改變,肺泡內的壓力也會發生改變。大氣氣壓偏低時,大氣中氧分壓、肺泡氧分壓隨之下降,患者缺氧呼吸急促,胸腔負壓增加,肺泡壓增加。此外,肺與外界環境之間的大氣壓力可以通過氣道保持平衡,當肺內結構改變或支氣管痙攣時,肺泡內的空氣潴留,肺泡與周圍大氣之間的壓力梯度就不可能迅速達到平衡,在這種情況下,由大氣壓力降低引起的跨肺壓力梯度可能導致肺泡壁迅速膨脹,隨后出現破裂和氣胸。國外進行的一項前瞻性研究模擬海拔環境,使氣胸患者暴露在低氣壓條件下2 h,經胸片證實發現氣胸的大小有增加,當回到正常氣壓條件時,氣胸減少并恢復到基線水平[22]。低氣壓最為明顯的是航空飛行中。有報道,1名38歲的中年女性在間隔1年的時間里,先后2次在飛機上發生自發性氣胸[23]。而另一名女性在乘坐飛機時和潛水時均發生了自發性氣胸[24]。可見,低氣壓對氣胸的發生有重要影響。

另一個主要的觸發因素可能是氣壓的突然變化,但在這項研究中并沒有證實,與部分研究結果相同[21,25]。人們普遍認為24 h內大氣壓力至少變化10 hPa,并且是突變,無論變化的方向如何,都可能與氣胸發生的風險有關。早在1989年研究顯示氣壓反復變化時氣胸發病率也明顯增高。氣壓變化對氣胸的影響備受爭議,氣壓變化對氣胸的影響可能受氣壓變化程度、變化頻率的影響。

人體器官中的肺和大氣壓關系最為密切,而肺受大氣壓影響非常明顯。本研究地處保定,夏季炎熱多雨,氣候悶熱,大氣壓在每個季節各不相同并且在夏季明顯偏低。日本福岡的一項研究中[2],平均氣壓在各個季節的波動趨勢與本研究一致,都是平均氣壓夏季＜春季＜秋季＜冬季。韓國的研究[14]顯示,O3、NO2、PM10在有PSP發病天與無PSP發病天有明顯差異,與本研究不同的是NO2濃度在有PSP發病天高于無PSP發病天,該研究最終結果也與本研究不同。關于大氣壓對PSP發病的影響研究結果各異,除了與各地的大氣壓水平有關,還與各地區空氣污染情況密切相關。

我國關于氣象和空氣污染物對PSP的研究極少,我國人口眾多,幅員遼闊,非常有必要探索氣候環境與PSP發病之間的關系。本研究顯示,PSP發病有聚集性,臨床醫師在接診第1例PSP患者時,應警惕隨后幾天時間可能有PSP患者就診,同時可以指導人們做好預防工作,在低氣壓時避免對人體造成損害。

綜上所述,PSP發病有聚集性,與低氣壓有一定的聯系,在低氣壓時,應加強健康宣教。未來也希望有多中心、大樣本、前瞻性的研究進一步闡述氣候環境與PSP的關系。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突