2017—2021年玉林市氣象因素與空氣污染物對肺結(jié)核發(fā)病的影響

曹賦 馬曉紅 馬天 羅鍵 鐘欣欣 馮君蘭 李曉娟 梁鎮(zhèn)根 張啟珍

肺結(jié)核的發(fā)生和發(fā)展與多種因素有關(guān)，包括吸煙、飲酒、糖尿病、免疫力低下、AIDS、氣象因素和空氣污染等[1-6]。較高濃度的二氧化氮(NO2)可能會損傷呼吸道黏膜，使結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)更容易到達(dá)肺部[6]。氣壓和相對濕度這些氣象因素可能通過影響MTB的飛沫核在空氣中停留時(shí)間，而增加人群感染肺結(jié)核的風(fēng)險(xiǎn)[7]。研究表明，空氣污染物和氣象因素對呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病和發(fā)展具有重要作用[8-9]。因此，筆者分析玉林市2017—2021年肺結(jié)核流行特征，以及可能影響肺結(jié)核發(fā)病的環(huán)境因素，并量化其風(fēng)險(xiǎn)，以為結(jié)核病防控工作提供參考依據(jù)。

資料和方法

一、資料來源

2017年1月1日至2021年12月31日玉林市新發(fā)肺結(jié)核病例數(shù)據(jù)來源于廣西壯族自治區(qū)玉林市結(jié)核病防治機(jī)構(gòu)，共報(bào)告11 251例肺結(jié)核病例。收集患者性別、年齡、職業(yè)、確診登記的時(shí)間等資料。空氣質(zhì)量及氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心。收集2017年1月1日至2021年12月31日玉林市空氣污染物[每日大氣空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5 μm 的顆粒物(PM2.5)、空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤10 μm的顆粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、NO2、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)8 h濃度]及氣象因素(每日氣溫、氣壓和相對濕度)的資料，并計(jì)算污染物的日平均濃度、日均氣溫、日均氣壓和日均相對濕度。

二、研究方法

1.污染物及氣溫對肺結(jié)核發(fā)病的影響：由于日肺結(jié)核發(fā)病例數(shù)相對整個(gè)群體而言為小概率事件，其分布近似服從Poisson分布，因此，采用Poisson分布的廣義相加模型擬合空氣污染物對肺結(jié)核發(fā)病的影響。由于肺結(jié)核發(fā)病例數(shù)符合過度分散的Poisson分布，建立半Poisson分布的廣義相加模型暫不考慮污染物和氣溫等因素，采用廣義交叉驗(yàn)證法控制長期時(shí)間趨勢、相對濕度、大氣壓、周末效應(yīng)、節(jié)假日效應(yīng)對肺結(jié)核發(fā)病的影響。時(shí)間序列研究模型的光滑樣條函數(shù)自由度(df)的選擇，當(dāng)自由度取值高于某一值，相對危險(xiǎn)度(RR)不再改變時(shí)，這時(shí)的自由度為有效自由度，將自動選擇作為各變量的初始自由度；周末效應(yīng)和節(jié)假日效應(yīng)通過在模型中的啞變量調(diào)整。模型見公式①：

log[E(Yt)]=α+s(Timet)+s(Rht)+s(hPat)+DOWt+Holidayt

①

式中：E(Yt)為第t日新發(fā)肺結(jié)核數(shù)；α為截距；s(Timet)為第t日非線性變量時(shí)間的光滑函數(shù)；s(Rht)為第t日相對濕度的光滑函數(shù)；s(hPat)為第t日平均氣壓的光滑函數(shù)；DOWt為周末效應(yīng)；Holidayt為節(jié)假日效應(yīng)。

2.單污染物對肺結(jié)核發(fā)病的影響：分析每種空氣污染物(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3)與新發(fā)肺結(jié)核的關(guān)系，且將氣溫作為混雜因素。為了分析污染物在滯后一定時(shí)間后，是否會與肺結(jié)核發(fā)病有更強(qiáng)的相關(guān)性，分別納入各污染物的當(dāng)日濃度(lag0)、滯后1～7 d(lag1～lag7)濃度。模型見公式②：

log[E(Yt)]=α+β1×APt-i+β2×Temt+covs

②

式中：APt-i為各污染物的當(dāng)日濃度、滯后1～7 d 的濃度；Temt為第t日的日均氣溫；covs為公式①中所有的協(xié)變量。通過相關(guān)系數(shù)β1計(jì)算RR值和超額危險(xiǎn)度(ER)值。其中，RR值是指污染物濃度每升高10 μg/m3時(shí)肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。RR值為暴露組的發(fā)病數(shù)與非暴露組發(fā)病數(shù)的比值；RR值為1.0～1.1，表示污染物與疾病不相關(guān)；RR值為1.2～1.4，表示污染物與疾病弱相關(guān)；RR值為1.5～2.9，表示污染物與疾病中等相關(guān)；RR值為3.0～9.9，表示污染物與疾病強(qiáng)相關(guān)。ER=(RR-1)。選取ER值最高時(shí)對應(yīng)的污染物濃度為最佳滯后日濃度，采用雙變量響應(yīng)面模型，進(jìn)行單污染物-氣溫交互模型分析。

3.空氣污染物和氣溫對新發(fā)肺結(jié)核病例數(shù)的交互作用：采用光滑樣條函數(shù)將空氣污染物濃度和氣溫納入公式①生成雙變量響應(yīng)面模型，使空氣污染物和氣溫對新發(fā)肺結(jié)核病例數(shù)的交互作用可視化。模型見公式③：

log[E(Yt)]=α+te(APt-i，Temt)+covs

③

式中：te(APt-i，Temt)為單污染物模型中選取的最佳滯后日污染物濃度和當(dāng)日氣溫的交互效應(yīng)；covs為公式①中所有的協(xié)變量。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用R 4.1.2軟件進(jìn)行時(shí)間序列分析、分布滯后非線性模型分析、響應(yīng)面分析、繪圖；相關(guān)性采用Spearman相關(guān)分析；計(jì)量資料偏態(tài)分布，采用“中位數(shù)(四分位數(shù))[M(Q1，Q3)]”描述。計(jì)數(shù)資料采用“百分率或構(gòu)成比(%)”描述；以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、玉林市肺結(jié)核流行病學(xué)特征

2017—2021年，玉林市共報(bào)告11 251例肺結(jié)核病例，日均發(fā)病例數(shù)為6例(11 251/1825)。(1)季節(jié)分布：春季(3—5月)共報(bào)告3102例(27.57%)，夏季(6—8月)共報(bào)告3138例(27.89%)，秋季(9—11月)共報(bào)告2525例(22.44%)，冬季(12—2月)共報(bào)告2486例(22.10%)。玉林市肺結(jié)核的發(fā)病具有明顯的季節(jié)波動性，報(bào)告發(fā)病高峰集中在春季和夏季。(2)性別分布：男性8405例，女性2846例，男女性別比為2.95∶1。(3)年齡分布：發(fā)病年齡介于3～98歲，中位年齡為51歲；≤18歲者有497例(4.12%)，19～65歲者有8179例(72.69%)，>65歲者有2575例(22.89%)。(4)職業(yè)分布：主要集中在農(nóng)民(87.74%)和學(xué)生(4.26%)。具體見表1。

二、空氣污染物濃度、氣象因素與肺結(jié)核發(fā)病的相關(guān)性分析

2017—2021年玉林市每日PM2.5濃度介于4～304 μg/m3，M(Q1，Q3)為27.00(19.00，41.00) μg/m3；PM10的濃度介于5.00～373.00 μg/m3，M(Q1，Q3)為44.00(32.00，64.00) μg/m3；SO2的濃度介于1.00～76.00 μg/m3，M(Q1，Q3)為13.00(8.00，21.00) μg/m3；NO2濃度介于3.00～65.00 μg/m3，M(Q1，Q3)為15.00(12.00，21.00) μg/m3；CO濃度介于0.35～1.99 mg/m3，M(Q1，Q3)為0.82(0.69，0.99) mg/m3；O3濃度介于3.00～154.00 μg/m3，M(Q1，Q3)為53.00(39.00，69.00) μg/m3。每日溫度介于3.00～37.00 ℃，M(Q1，Q3)為24.50(19.00，29.00) ℃；相對濕度介于60.00%～95.00%，M(Q1，Q3)為79.00%(74.50%，84.00%)；氣壓介于981.00～1003.00 hPa，M(Q1，Q3)為990.00(986.00，993.00) hPa。具體見表2。

表2 2017—2021年玉林市每日空氣污染物和氣象因素的年度分布特征 [d(構(gòu)成比，%)]

對大氣PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3和氣壓、氣溫、相對濕度進(jìn)行Spearman相關(guān)分析，結(jié)果顯示，PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3均與氣溫有明顯相關(guān)性，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中，PM2.5、PM10、NO2、CO、O3與氣溫呈負(fù)相關(guān)，SO2與氣溫呈正相關(guān)；PM2.5、PM10、氣溫與肺結(jié)核日發(fā)病數(shù)明顯相關(guān)，見表3。

表3 2017—2021年玉林市每日空氣污染物和氣象因素與肺結(jié)核發(fā)病的相關(guān)性(r值)

三、溫度對肺結(jié)核發(fā)病的影響

納入氣溫的當(dāng)日(lag0)和滯后1～7 d的溫度(lag1～lag7)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，高溫(37.00 ℃)在滯后0～4 d時(shí)可使玉林市人群肺結(jié)核發(fā)病數(shù)增高，相比于每日氣溫的中位數(shù)(24.50 ℃，RR值為1.00)，37.00 ℃累計(jì)0～4 d的RR值為1.20；低溫(3.00 ℃)在滯后0～2 d時(shí)也可使玉林市人群肺結(jié)核發(fā)病數(shù)增高，相比于每日氣溫的中位數(shù)(24.50 ℃，RR值為1.00)，3.00 ℃累計(jì)0～2 d的RR值為1.22，見圖1。

圖1 2017—2021年玉林市氣溫在不同滯后時(shí)間對肺結(jié)核發(fā)病影響的3D圖

四、單污染物對肺結(jié)核發(fā)病的影響

分別納入PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3的當(dāng)日(lag0)及滯后1～7 d(lag1～lag7)濃度，當(dāng)上述污染物濃度分別位于lag7、lag7、lag1、lag6、lag0、lag7時(shí)所對應(yīng)的ER值最高，其ER(95%CI)分別為0.279(-0.738～1.306)、0.137(-0.585～0.865)、1.257(-0.802～3.359)、-2.552(-4.810～-0.239)、-28.259(-75.314～108.492)和0.767(-0.035～1.577)，見圖2。

圖2 2017—2021年玉林市不同滯后日空氣污染物濃度每升高10 μg/m3時(shí)肺結(jié)核發(fā)病數(shù)的超額危險(xiǎn)度

五、單污染物-溫度交互作用對肺結(jié)核發(fā)病的影響

采用光滑樣條函數(shù)將PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3濃度和氣溫均納入雙變量響應(yīng)面模型，探討空氣污染物和氣溫對肺結(jié)核發(fā)病數(shù)的交互作用。結(jié)果顯示，低溫(3.00 ℃)時(shí)PM2.5、PM10、NO2、CO對肺結(jié)核發(fā)病的效應(yīng)較強(qiáng)，高溫(37.00 ℃)時(shí)PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3對肺結(jié)核發(fā)病的效應(yīng)較弱，見圖3。

討 論

廣西壯族自治區(qū)玉林市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，春季潮濕，夏季高溫多雨，冬季干燥；玉林市環(huán)境空氣總體優(yōu)良，但不穩(wěn)定，受揚(yáng)塵污染影響較大，且玉林市城中村存在大量的垃圾和秸稈焚燒現(xiàn)象，城區(qū)周邊有大量的石灰窯和紅磚廠，產(chǎn)生大量的SO2及顆粒物。本研究探討了近年來玉林市肺結(jié)核的流行病學(xué)特征，以及短期接觸環(huán)境因素對肺結(jié)核發(fā)病的影響，并評估量化了其影響程度。這是首次基于分布滯后非線性模型探討玉林市短期空氣污染暴露對肺結(jié)核影響的時(shí)間序列研究。

時(shí)間分布表明，玉林市2017—2021年肺結(jié)核每年報(bào)告發(fā)病例數(shù)無明顯改變。季節(jié)分布表明，玉林市肺結(jié)核報(bào)告的發(fā)病高峰集中在春季和夏季。在其他地區(qū)的研究也表明，肺結(jié)核有發(fā)病高峰季節(jié)[10-11]。造成這種發(fā)病趨勢的原因可能是因?yàn)榇杭玖鞲械群粑栏腥炯膊〉念l繁發(fā)生，降低了機(jī)體的免疫力。3月為春節(jié)假期后，出現(xiàn)就診高峰可能與春節(jié)燃放煙花爆竹有關(guān)。空氣污染物，特別是PM2.5、PM10暴露可改變機(jī)體局部或全身系統(tǒng)的免疫功能，降低機(jī)體對MTB感染的抵抗力，促進(jìn)MTB生長[12]。此外，冬季報(bào)告發(fā)病數(shù)相對較低，究其原因，一方面受元旦和春節(jié)假期的影響較大，另一方面也受肺結(jié)核統(tǒng)計(jì)方式的影響，即發(fā)病日期在年底的部分病例可能無法納入當(dāng)年統(tǒng)計(jì)。性別分布表明，男性發(fā)病數(shù)高于女性，與既往報(bào)道一致[13-14]，可能為男性的社會活動頻繁，工作環(huán)境差、時(shí)間長、勞動強(qiáng)度大及酗酒和熬夜等不良生活習(xí)慣等，導(dǎo)致感染MTB機(jī)會增多。人群分布表明，發(fā)病率最高的人群主要是農(nóng)民，其次是學(xué)生，且呈逐年上升趨勢，與既往研究結(jié)果相同[15-16]。農(nóng)民發(fā)病率高可能是因?yàn)榇蠖鄶?shù)農(nóng)村地區(qū)欠發(fā)達(dá)、收入水平較低，沒有良好的居住環(huán)境；文化程度較低對相關(guān)的健康問題認(rèn)識不足；加上農(nóng)村焚燒秸稈，空氣污染物濃度較高，這些因素均會增加肺結(jié)核的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。學(xué)生發(fā)病率逐漸升高的原因可能是因?yàn)閷W(xué)習(xí)壓力大、失眠、內(nèi)分泌失調(diào)、體育鍛煉減少等導(dǎo)致免疫力低下，增加了MTB的感染風(fēng)險(xiǎn)。

分析溫度對肺結(jié)核發(fā)病的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對于24.50 ℃，高溫(37.00 ℃)累計(jì)0～4 d每日肺結(jié)核發(fā)病數(shù)RR值為1.20；低溫(3.00 ℃)累計(jì)0～2 d每日肺結(jié)核發(fā)病數(shù)RR值為1.22，這與李盛等[17]研究結(jié)果一致，氣溫和健康效應(yīng)經(jīng)常呈“U”曲線的關(guān)系，當(dāng)氣溫高于或者低于某個(gè)閾值溫度時(shí)，發(fā)病率會隨著溫度的升高或下降而上升。高溫和低溫均增加人群肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，且低溫效應(yīng)持續(xù)時(shí)間較高溫長。高溫對肺結(jié)核發(fā)病的影響可能與高溫天氣相對濕度較高有關(guān)，氣溫越高，含MTB直徑在一定大小范圍的飛沫核在空氣中停留的時(shí)間越長，可能增加肺結(jié)核的傳播和流行[9]。低溫對肺結(jié)核發(fā)病的影響可能與冬季玉林市氣候環(huán)境相關(guān)。玉林市冬季干燥，肺結(jié)核主要通過呼吸道傳播，MTB可在干痰中存活6～8個(gè)月，若黏附在飛塵上8～10 d仍具有傳染性。同時(shí)，冬季低溫，人群暴露于日光的時(shí)間比其他季節(jié)更短，導(dǎo)致免疫力降低，尤其是老年人，所以容易造成肺結(jié)核的傳播與流行。

分析空氣污染物對肺結(jié)核發(fā)病的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3濃度分別位于滯后第7 d、第7 d、第1 d、第6 d、第0 d和第7 d時(shí)所對應(yīng)的ER值最高，分別為0.279、0.137、1.257、-2.552、-28.259和0.767，表明空氣污染物濃度升高對肺結(jié)核發(fā)病存在弱相關(guān)，可能與玉林市環(huán)境空氣總體優(yōu)良有關(guān)，雖然也有污染物超標(biāo)的時(shí)候，但這些污染物持續(xù)時(shí)間較短，因此，對肺結(jié)核發(fā)病影響不明顯。但也有研究顯示，空氣污染物暴露為結(jié)核感染危險(xiǎn)因素[18]。Ibironke等[19]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)吸入體內(nèi)的顆粒污染物被肺泡巨噬細(xì)胞吞噬后，顆粒污染物可改變感染MTB細(xì)胞的局部促炎因子水平，如降低白細(xì)胞介素-1β和腫瘤壞死因子-α水平，升高γ-干擾素水平。顆粒物暴露還可以抑制MTB誘導(dǎo)的人類β防御素-2(HBD-2)和 HBD-3抗菌肽的mRNA表達(dá)和蛋白質(zhì)分泌[20]，說明大氣顆粒物暴露可能增加MTB感染和結(jié)核病發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。也有學(xué)者持相反觀點(diǎn)，其研究發(fā)現(xiàn)肺結(jié)核發(fā)病率與可吸入顆粒物、SO2、NO2濃度呈負(fù)相關(guān)[21]。

本研究在分析單污染物-溫度交互作用對肺結(jié)核發(fā)病的影響中，觀察到低溫時(shí)PM2.5、PM10、NO2、CO暴露對肺結(jié)核發(fā)病數(shù)的效應(yīng)有增強(qiáng)的趨勢，但增強(qiáng)效應(yīng)不明顯；高溫時(shí)PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3對肺結(jié)核發(fā)病數(shù)的效應(yīng)較弱，與文獻(xiàn)[21]研究一致，表明玉林市的空氣污染物對肺結(jié)核發(fā)病率影響不高，未發(fā)現(xiàn)氣溫與空氣污染物對肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)存在協(xié)同作用。

本研究存在一定的局限性：首先，本研究雖然證實(shí)了氣溫與肺結(jié)核發(fā)病之間有一定關(guān)系，但無法證明兩者之間的因果關(guān)系；其次，本研究只收集了玉林市的資料，研究結(jié)論的外推價(jià)值有限。

綜上所述，玉林市肺結(jié)核的發(fā)病具有明顯的季節(jié)波動性，發(fā)病高峰集中在春季和夏季，男性和農(nóng)民高發(fā)。高溫暴露或低溫暴露可引起肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)升高，但尚未發(fā)現(xiàn)玉林市氣象因素與空氣污染物對肺結(jié)核發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)存在協(xié)同作用。建議在建立預(yù)防肺結(jié)核方案中，考慮氣象因素作為預(yù)防因素之一。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻(xiàn)曹賦：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、論文撰寫、后期修訂；馬曉紅：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理、指導(dǎo)資料分析；馬天：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理；羅鍵：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理、論文撰寫指導(dǎo)；鐘欣欣：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理；馮君蘭：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及可視化；李曉娟：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證與核實(shí)；梁鎮(zhèn)根：實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證與核實(shí)；張啟珍：論文審核、指導(dǎo)