沈陽市大氣污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2濃度對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度的影響

趙容，洪也，鄭國(guó)峰，張軍

1 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院第二呼吸內(nèi)科，沈陽 110005；

2 沈陽大氣環(huán)境研究所環(huán)境氣象室

近年來全球的大氣污染愈發(fā)嚴(yán)重，霧霾頻發(fā)導(dǎo)致人類健康受到嚴(yán)重威脅、醫(yī)療費(fèi)用過度增長(zhǎng)。當(dāng)人體長(zhǎng)時(shí)間處于大氣污染的環(huán)境中時(shí)，大氣中的有害物質(zhì)包括懸浮顆粒、氮氧化物及硫氧化物等進(jìn)入到鼻、咽、喉、肺，損壞整個(gè)呼吸道系統(tǒng)，導(dǎo)致整個(gè)呼吸道防御系統(tǒng)受到破壞，肺通氣功能下降，尤其會(huì)對(duì)合并肺部基礎(chǔ)疾病患者的呼吸系統(tǒng)造成不可逆損害。流行病學(xué)研究顯示，大氣污染越嚴(yán)重，其引發(fā)的呼吸道疾病發(fā)病率和致死率均越高［1-2］。國(guó)內(nèi)外大量研究證實(shí)，大氣污染與呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病及嚴(yán)重程度均密切相關(guān)［3-4］。但是，因?yàn)榇嬖诘赜虿顒e，大氣污染的嚴(yán)重程度及類別不同，其對(duì)每種呼吸系統(tǒng)疾病的影響程度也是不一樣的，這就造成針對(duì)性判斷當(dāng)?shù)卮髿馕廴舅鶎?dǎo)致的呼吸系統(tǒng)損害程度不夠精確。只有通過對(duì)國(guó)內(nèi)不同地域進(jìn)行深入研究，才能夠?yàn)槲覈?guó)大氣污染物與呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度的關(guān)系提供更多流行病學(xué)依據(jù)［5］。沈陽是東北老工業(yè)城市，存在工業(yè)污染嚴(yán)重的問題，每年冬季供暖期（11月1日—次年3月31日）的大氣污染更是嚴(yán)重，可能會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病患者的病情加重［6-8］。本研究通過基于Poisson分布的廣義相加模型（GAM）分析了沈陽市不同大氣污染物對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度的影響，為進(jìn)一步定量分析沈陽市大氣污染對(duì)居民健康的影響奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

1.1.1 臨床資料 收集2016 年1 月—2017 年12 月中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院第二呼吸內(nèi)科HIS系統(tǒng)錄入的病歷資料2 690份，采用全世界通用的國(guó)際疾病分類第10版（ICD-10）［9］進(jìn)行編碼，編碼為J00?J99定義為呼吸系統(tǒng)疾病，診斷標(biāo)準(zhǔn)參照《社區(qū)獲得性肺炎診斷和治療指南》《中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)分會(huì)慢性阻塞性肺疾病診治指南》《2019 版ERS-ATS 重癥哮喘指南》等。患者住院信息完整，包括住院號(hào)、性別、年齡、呼吸系統(tǒng)疾病診斷等。2 690 例患者中男1 453 例、女1 237 例，年齡<65 歲1 036 例，年齡≥65 歲1 654例，診斷為呼吸系統(tǒng)疾病重癥1 705例，其中慢性阻塞性肺疾病（COPD）468 例、肺炎1 007 例、重癥哮喘121 例、肺間質(zhì)纖維化59 例、其他50 例。呼吸系統(tǒng)疾病重癥的判定標(biāo)準(zhǔn)分別參照《中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)分會(huì)慢性阻塞性肺疾病診治指南》《社區(qū)獲得性肺炎診斷和治療指南》《2019 版ERS-ATS 重癥哮喘指南》等。

1.1.2 大氣污染資料 大氣污染資料來源于沈陽大氣環(huán)境研究所監(jiān)測(cè)的大氣相關(guān)指標(biāo)，數(shù)據(jù)依據(jù)國(guó)家環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)，由大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀獲得［10］；其中，PM2.554.7（26.62，82.7）μg/m3、PM1098.0（53.12，142.88）μg/m3、SO241.22（13.87，68.57）μg/m3、NO2（38.91 ±14.23）μg/m3。

1.1.3 氣象資料 氣象資料來源于沈陽市氣象局，氣壓（1 016.55±10.06）hpa、氣溫8.91（?2.7，18.53）℃、濕度（62.57±17.00）RH、風(fēng)速（2.12±0.94）m/s。

1.2 分析方法

1.2.1 呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度與大氣污染物之間的關(guān)系 采用SPSS21.0 統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料采用K-S 正態(tài)性檢驗(yàn)，呈正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，非正態(tài)分布的計(jì)量資料以M（P25，P75）表示。呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度與大氣污染物濃度之間的關(guān)系采用Spearnman相關(guān)性分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2.2 單污染物模型建立及滯后效應(yīng)分析 采用R3.2.0 統(tǒng)計(jì)軟件。基于層間差異檢驗(yàn)方法［11-12］，采用GAM 擬合重癥患者例數(shù)與污染物濃度關(guān)系的回歸模型［13］，在結(jié)合供暖因素、“星期幾效應(yīng)”以及氣象作為混雜因素的影響下，構(gòu)建單污染物模型。單污染物模型的GAM 公式見圖1，其中Yk為第k 日呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者例數(shù)，（Yk）為第k 日呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者例數(shù)的期望值，s為非參數(shù)樣條平滑函數(shù)，Time 為時(shí)間序列，Zk為第k 日的某種氣象因素變量，df 為自由度，β 為回歸系數(shù)，Xk為第k 日大氣污染物濃度，DoW 為“星期幾”效應(yīng)，α 為殘差。根據(jù)模型估算的單污染物回歸系數(shù)β 分析呼吸系統(tǒng)疾病重癥例數(shù)隨污染物濃度改變的滯后效應(yīng)，獲得從當(dāng)天到第4 天不同大氣污染物對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病重癥的超額危險(xiǎn)度（ER值）及其95%置信區(qū)間（CI），當(dāng)日污染物濃度記為L(zhǎng)ag0，第1～4 天到當(dāng)日的污染物濃度平均值分別記為L(zhǎng)ag01、Lag02、Lag03 和Lag04。同時(shí)計(jì)算在最佳滯后時(shí)間下，當(dāng)污染物濃度增加Δc（10 μg/m3）時(shí)呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度相對(duì)危險(xiǎn)度（RR），RR=exp（Δc×β）×100%，根據(jù)RR計(jì)算此時(shí)的ER和95%CI，ER=（RR?1）×100%，95%CI=｛exp［Δc×（β±1.95SE）］?1｝×100%。使用DOMINICI 等［8］提出的參考值進(jìn)行計(jì)算，并借鑒ZEKA 等［9］的層間差異檢驗(yàn)方法來對(duì)年齡、性別不同層間效應(yīng)值的差別進(jìn)行95%CI計(jì)算，檢驗(yàn)其統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

圖1 單污染物模型的GAM公式

1.2.3 雙污染物模型建立 將PM2.5、PM10、SO2和NO2中的2 種進(jìn)行組合構(gòu)成聯(lián)合印象因子，帶入GAM 公式建立回歸關(guān)系，見圖2，其中Yk、ZK、df、DoW和E（YK）等變量定義與單污染物模型一致。

圖2 雙污染物模型的GAM公式

2 結(jié)果

2.1 呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度與大氣污染物之間的關(guān)系 呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度與PM2.5、PM10、SO2、NO2濃度均呈正相關(guān)關(guān)系（r分別為0.629、0.617、0.703、0.637，P均<0.05）。見OSID碼圖1。

2.2 影響呼吸系統(tǒng)疾病重癥的單污染物模型分析結(jié)果 單污染物模型分析結(jié)果顯示，PM2.5、PM10、SO2、NO2影 響 呼 吸 系 統(tǒng) 疾病重癥的ER值及95%CI分 別 為1.31（1.21～1.43）、1.29（1.18～1.41）、2.94（2.75～3.14）、5.23（4.91～5.61），P均<0.05。

2.3 呼吸系統(tǒng)疾病重癥例數(shù)隨污染物濃度改變的滯后效應(yīng)分析結(jié)果 PM2.5和NO2影響呼吸系統(tǒng)疾病重癥例數(shù)的效應(yīng)在Lag01 達(dá)到最大值，PM10在Lag04達(dá)到最大值，SO2在Lag03達(dá)到最大值，見表1。在最佳滯后時(shí)間下，PM2.5、PM10、SO2和NO2的濃度每增加10μg/m3，對(duì)應(yīng)的呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者例數(shù)增 加1.31%（ER=0.96，95%CI：1.21～1.43）、1.29%（ER=0.39，95%CI：1.18～1.41）、2.94%（ER=0.39，95%CI：0.28～0.31）、5.26%（ER=0.39，95%CI：0.49～0.56），P均<0.05。

表1 呼吸系統(tǒng)疾病重癥例數(shù)隨污染物濃度改變的滯后效應(yīng)分析結(jié)果［ER（95%CI）］

2.4 影響呼吸系統(tǒng)疾病重癥的雙污染物模型分析結(jié)果 由于PM2.5和PM10的相關(guān)程度最高，在計(jì)算多污染物因素時(shí)可以參照單污染物分析結(jié)果。PM2.5+SO2影響呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度的ER值及95%CI為3.53（3.24～3.76），PM10+SO2為2.46（2.23～2.70），PM2.5+NO2為5.02（4.46～5.56），PM10+NO2為3.99（3.50～4.44），SO2+NO2為3.34（3.06～3.62），P均<0.01。

3 討論

近年來全球的大氣污染愈發(fā)嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)外很多地區(qū)霧霾頻發(fā)導(dǎo)致人類健康受到嚴(yán)重威脅、醫(yī)療費(fèi)用過度增長(zhǎng)［11］。以往研究顯示，沈陽市的主要大氣污染物為PM2.5、PM10、NO2、SO2，也是呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者例數(shù)升高的危險(xiǎn)因素之一［12-13］。闞海東等［14］、劉迎春等［15］研究顯示，隨著氣溫等氣象因素及大氣污染物濃度的變化，呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者的例數(shù)明顯增加，并提示大氣污染物與氣象因素有關(guān)聯(lián)性。因此，在研究大氣污染物對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者例數(shù)的影響時(shí)，氣象因素也需要被考慮在內(nèi)。

本研究采用GAM 對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者例數(shù)與大氣污染物的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行非線性建模分析，可提高研究結(jié)果的可靠性和可比性［16-17］。本研究將對(duì)大氣污染物濃度影響較大的氣象因素帶入到該模型中，結(jié)果顯示呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度與PM2.5、PM10、SO2、NO2濃度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且重癥患者例數(shù)的增加與主要大氣污染物之間存在顯著的滯后效應(yīng)；PM2.5和NO2影響呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者例數(shù)的效應(yīng)在延遲累積2 天達(dá)到最大值，PM10在延遲累積5 天達(dá)到最大值，SO2在延遲累積4 天達(dá)到最大值，提示真實(shí)的大氣污染物暴露可導(dǎo)致重癥呼吸系統(tǒng)疾病患者數(shù)量增加在時(shí)間上有延遲，對(duì)空氣污染的治理及醫(yī)院病例管理方面有一定提示作用；在最佳滯后時(shí)間下，PM2.5、PM10、SO2和NO2的濃度每增加10 μg/m3，其對(duì)應(yīng)的呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者例數(shù)均有顯著增加，其中以NO2的影響最顯著，其對(duì)應(yīng)的呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者比例升高了5.26%，說明單污染物NO2對(duì)呼吸系統(tǒng)的危害最大。分析原因，可能是NO2溶解度低，不容易被上呼吸道吸收，從而進(jìn)入下呼吸道引起肺損傷、肺水腫等，因此對(duì)肺組織的損傷最為嚴(yán)重。由于NO2的主要來源是燃煤廢氣和機(jī)動(dòng)車尾氣排放等，因此如何處理這些廢氣排放以及減少排放尤為重要，需要從源頭消除其引起呼吸系統(tǒng)疾病重癥的隱患。本研究雙污染物模型分析結(jié)果顯示，PM2.5+NO2對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度的影響最大（ER值最大），表明隨著污染物的疊加，呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者比例明顯升高。因此，這些大氣污染物對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度的影響有協(xié)同效應(yīng)，這為相對(duì)應(yīng)的毒理學(xué)、生理學(xué)研究提供了病因?qū)W線索，也為沈陽市公共衛(wèi)生決策提供了重要的參考價(jià)值。

綜上所述，沈陽市主要大氣污染物PM10、PM2.5、SO2和NO2濃度升高均可導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病患者病情加重，并存在滯后效應(yīng)，PM2.5聯(lián)合NO2對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病嚴(yán)重程度的影響最大。本研究的不足處在于沈陽市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心監(jiān)測(cè)到的污染物濃度水平很可能無法代表呼吸系統(tǒng)疾病重癥患者的真實(shí)暴露情況，其分析結(jié)果可能存在測(cè)量偏倚；此外，大氣污染物具體是如何影響呼吸系統(tǒng)疾病的，是否有易感人群，如肺纖維化患者是否面臨更高的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，合并心腦血管疾病的患者如何防護(hù)等，均需要后續(xù)不斷深入證實(shí)及研究。