采用時間序列泊松回歸分析天津市大氣污染物對心腦血管疾病死亡的急性影響*

王德征，江國虹，顧清，張輝，徐忠良、宋桂德，張穎、沈成鳳

采用時間序列泊松回歸分析天津市大氣污染物對心腦血管疾病死亡的急性影響*

王德征，江國虹**，顧清，張輝，徐忠良、宋桂德，張穎、沈成鳳

目的：了解天津市大氣污染物對居民心腦血管疾病死亡的急性影響，探索早期預警方法，為心腦血管疾病的預防控制提供依據。

方法：采用天津市疾病預防控制中心收集的居民全死因監測數據， 氣象資料和大氣污染物資料來源于天津市氣象局和天津市環境監測中心。采用時間序列的泊松回歸GAM進行天津市每日大氣污染物與居民心腦血管疾病死亡危險度分析， 同時控制氣象因素、長期趨勢、星期幾效應以及人口數等混雜因素的影響，進行單污染物和多污染物分析。

結果：單因素GAM分析顯示大氣中SO2、NO2、PM10效應在當日達到最大，風險RR值分別增加1.13% [95%CI（0.76～1.51） %]、 0.78% [95%CI（ 0.41～1.15）%]和 0.61% [95%CI（0.51～0.71）%]；SO2、NO2、PM10日均濃度每升高10 μg/m3，0～5日后心腦血管疾病死亡的風險RR值分別增加0.70% [95%CI（0.47～0.94）]%， 0.51% [95%CI（0.27～0.74）%]和 0.16% [95%CI（0.06～0.27）%]；多因素分析顯示，SO2、NO2、PM10日均濃度每增加10 μg/m3，心腦血管疾病死亡的風險RR值分別增加0.77% [95%CI（0.58～0.97）%]，0.41% [95%CI（0.05～0.78）%]和 0.38% [95%CI（0.12～0.64）%]。

結論：天津市大氣污染物能增加人群心腦血管疾病死亡風險，可能對心腦血管疾病急性發作起到誘導作用，有必要開展大氣污染物治理，建立預警系統，合理分配衛生資源，降低心腦血管疾病死亡危害。

心腦血管疾病；死亡率；廣義可加模型; 大氣污染物; 急性影響

Methods: The Mortality for patients with cardio cerebral vascular disease from 2001-01 to 2009-12 was from Tianjin Centers for Disease Control and Prevention, the meteorological and air pollution data were from Tianjin meteorological bureau and Tianjin environmental monitoring station respectively. The Single and multiple generalized additive model (GAM) extended poisson regression analysis was performed to calculate the relationship between air pollution and cardio-cerebral vascular disease mortality by controlling the time trends, weather, the day of week and air population.

Results: Results: Single GAM analysis indicated that when the effect of SO2, NO2and PM10in the air reached the maximum in the day, the RR values for the mortality in patients with cardio-cerebral vascular disease increased 1.13%

[95%CI (0.76-1.51)%], 0.78% [95%CI ( 0.41-1.15)%] and 0.61% [95%CI ( 0.51-0.71)%] respectively; when the average concentration of SO2, NO2and PM10 increasing 10μg/m3per day, after 0-5 days, the RR values for the mortality elevated 0.70% [95%CI (0.47-0.94)%], 0.51% [95%CI (0.27-0.74)%] and 0.16% [95%CI (0.06-0.27)%] respectively. Multiple GAM analysis presented that when SO2, NO2and PM10increasing 10 μg/m3per day, the RR values for the mortality elevated 0.77% [95%CI (0.58-0.97)%], 0.41% [95%CI (0.05-0.78) %] and 0.38% [95%CI (0.12-0.64%)%] respectively. Conclusion: The air pollution could increase the mortality risk in patients with cardio-cerebral vascular disease, it is necessary to establish the prevention system in order to decrease the mortality risk in those patients.

(Chinese circulation Journal, 2014,29:453.)

在全球范圍內， 60%的由心腦血管疾病導致的負擔都發生在發展中國家[1]。我國城市和農村冠心病在全死因順位中居第三或第四，腦卒中在全死因順位中居第二或第三[2]，是導致我國居民死亡的主要原因之一。心腦血管疾病是一種多因素疾病，是遺傳因素和環境因素共同作用的結果[3]，特別是隨著工業化、城市化和人口快速增長，人類活動導致的環境變化特別是可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（ NO2）、一氧化碳（CO） 、臭氧（O3）等的增加對心腦血管疾病發病、死亡的影響已引起人們廣泛關注。天津市是典型的北方工業城市, 探討大氣污染物對天津市居民心腦血管疾病死亡的急性影響，探索早期預警方法，為心腦血管疾病的預防控制提供依據。

1 材料和方法

材料：采用2001-01-01至2009-12-31天津市疾病預防控制中心所收集的天津市居民全死因監測數據。心腦血管疾病診斷分類按照“疾病和有關健康問題的國際統計分類 （ICD） ”：ICD-9: 390-459；ICD-10: I00-I99。以實際死亡日期為分析時間點。采用天津市氣象局和天津市環境監測中心收集的天津市同時段氣象指標（包括每日平均溫度、平均相對濕度、平均大氣壓、平均風速等，以及大氣污染物資料包括8個國控測點的可吸入顆粒物PM10、SO2及NO2的每日平均值，每日24小時24次監測值的算術平均值）。對大氣污染物資料、氣象資料中的缺失值，采用前后各兩天數值的中位數為缺失值當天的數值，缺失值填補比例分別為0.06%和0.91%。

統計方法：統計軟件為SPSS11.5軟件和SAS8.1。對于總人口來說，每日心腦血管疾病死亡為小概率事件，作為一種時間序列資料，其實際分布近似泊松分布。應采用時間序列的泊松回歸廣義可加模型（GAM）。具體模型為:

[Yi ：觀察日；i 當天的死亡人數， E（ Yi ） ：觀察日i日死亡數的預期值；α：截距；X：對應變量產生線性影響指示變量；β：通過回歸模型估計的指示變量系數： f ：非參數自然三次光滑樣條函數；Z ：對應變量發生非線性影響的變量，∑：加和]。

通過擬合單因素GAM并進行偏差性檢驗，同時考慮氣象因素、人口結構、星期幾效應以及長期趨勢等混雜因素，分析大氣單污染物對心腦血管疾病死亡的影響，并用相對危險度（RR）評價危害的大小。考慮到污染物對人體危害可能的滯后效應，選取遲滯日（滯后天數）1～5天，分析大氣污染物對心腦血管疾病死亡影響的變化情況。為檢驗模型的穩定性,采用廣義交叉確認（ GCV） 法進行不同統計學模型的擬合優度檢驗[4]。

對單因素分析有意義、相對危險度較大且模型擬合優度較好的污染物、滯后天數等，并考慮可能的混雜因素，建立共同擬合多因素GAM，并進行偏差性檢驗和擬合優度檢驗。

以2000年世界標準人口計算年齡、性別標化死亡率，采用趨勢卡方檢驗對心腦血管疾病的年死亡率進行趨勢分析。

采用Spearman等級相關分析大氣污染物、氣象因素指標與心腦血管疾病死亡的相關性。

2 結果

2001～2009年天津市每日心腦血管疾病死亡、氣象因素和大氣污染物濃度分布：心腦血管疾病死

亡、氣象因素和大氣污染物日間分布存在明顯的周期性（圓分布檢驗，P＜0.01），且均不符合正態分布（P＜0.05）。2001～2009年天津市每日中位心腦血管疾病死亡數為77例；氣象因素中，中位氣溫、濕度、氣壓、風速分別為16 ℃、69 %、1 015 hPa、10 Km/h；大氣污染物中的SO2、NO2和PM10中位濃度分別為4.90 10 μg/m3、 4.68 10 μg/m3和10.32 10 μg/m3。表1

2001～2009年天津市每日心腦血管疾病死亡數與氣象因素和大氣污染物因素Spearman相關分析：SO2、NO2每日濃度同心腦血管疾病每日死亡數間呈正相關（r 分別為0.479、0.250），差異有統計學意義（ P＜0.01）；PM10每日濃度同心腦血管疾病每日死亡數間呈負相關（r=-0.023），但差異無統計學意義（ P=0.182）。每日氣象因素中，每日溫度、每日濕度與心腦血管疾病每日死亡數呈負相關（r 分別為-0.572和-0.164），差異有統計學意義（ P＜0.01）；每日氣壓、每日風速與心腦血管疾病每日死亡數呈正相關（r 分別為0.479和0.063），差異有統計學意義（P＜0.01）。同時每日大氣污染物、氣象因素內部及相互之間呈現不同程度的相關關系，具體結果見表2。

表1 2001～2009年天津市每日心腦血管疾病死亡例數、氣象因素和大氣污染物濃度分布

表2 2001～2009年天津市每日心腦血管疾病死亡數與氣象因素和大氣污染物因素Speaman相關分析

大氣污染物對不同遲滯日心腦血管疾病死亡的單因素GAM分析：經過可能的混雜因素調整后大氣污染物日均濃度對當日及不同滯天數的心腦血管疾病死亡的泊松回歸GAM分析顯示: SO2、NO2、PM10日均濃度每升高10 μg/m3，對心腦血管疾病死亡的風險在當日達到最大，其RR值及95%可信區間分別增加 1.13% [95%CI（0.76～1.51 ） %]、0.78% [95%CI（ 0.41～1.15）%]和 0.61% [95%CI（0.51～0.71）%]； 5日后SO2、NO2、PM10日均濃度每升高10 μg/m3，心腦血管疾病死亡的風險RR值分別增加0.70% [95%CI（0.47～0.94 ） %], 0.51% [95%CI（0.27～0.74）%]和 0.16% [95%CI（0.06～0.27）%]，其滯后作用隨著時間延長而逐漸減小。表3

大氣污染物及相關因素對心腦血管疾病死亡的多因素GAM分析：由污染物對心腦血管疾病死亡影響的單因素分析，選取當日（Lag0）SO2、NO2、PM10及可能的混雜因素進行多因素泊松GAM分析，SO2、NO2、PM10日均濃度每增加10 μg/m3，心腦血管疾病死亡的風險RR值及95% IC 分別增加0.77%（0.58～0.97）%，0.41% （0.05～0.78）%和 0.38%（0.12～0.64）%。與此同時，低溫、低氣壓是當日（Lag0）心腦血管疾病死亡的危險因素（P＜0.05）; 隨著每年人口數的增加，心腦血管疾病死亡數也在增加，P=0.0000。結果見表4。

表3 大氣污染物對不同遲滯日心腦血管疾病死亡的單因素GAM分析

表4 大氣污染物及相關因素對心腦血管疾病死亡的多因素GAM分析

3 討論

本研究結果表明，天津市2001至2009年SO2、NO2和PM10平均水平，高于國家環境空氣質量標準[5]二級水平，其中NO2平均水平低于北京和上海，SO2平均水平高于北京和上海，PM10平均水平在上海和北京之間[6]。天津市心腦血管疾病死亡、大氣污染物和氣象因素日間分布存在明顯的相關性，低氣溫能增加心腦血管疾病死亡的風險。Scarborough 等[7]對英格蘭1999～2004年冠心病死亡數據的分析表明，人群冠心病的死亡率隨著溫度的降低和日照時間的縮短而增加。此前關于天津市心腦血管病死亡周期性的時間序列分析[8]也表明，冠心病、腦卒中死亡率在冬季，特別是1月份呈現高水平。天津市四季分明, 采暖期污染物的水平明顯高于非采暖期污染物水平。Choi等[9]研究認為大氣污染物與心腦血管疾病的關系, 必須要考慮氣象因素的影響，其中對血壓產生影響的大氣污染物因季節不同而不同, 在夏季主要是PM10和NO2, 而在冬季則是SO2和O3。

本研究大氣污染物單因素分析與許多研究結果相似，多因素分析模型同時引入各污染物，危險度分析結果穩健[10,11]。

許多研究認為大氣污染物對人體健康的急性影響存在滯后效應 ，Analitis等[12]對歐洲29個城市的Meta分析結果說明大氣污染物對心腦血管系統疾病的滯后效應可能比對呼吸系統疾病明顯。本研究選取了大氣污染物當日及滯后1～5天的心腦血管疾病數據進行分析，結果顯示心腦血管疾病死亡的滯后作用隨著時間延長而逐漸減小。

目前，大氣污染物對人體心血管系統的影響和機制研究是初步的和很不深入的。有研究表明，大氣污染物對心血管系統健康的影響中, 氧化應激和炎性反應是至關重要的, 可以引起動脈粥樣斑塊、血管內皮、血小板和心律的變化[13]，大氣污染物暴露會損傷微血管功能，進而引起NO介導的交感神經興奮[14]。提示大氣污染物可能對心血管病急性發病起到誘導作用。

綜上所述，本研究發現SO2、NO2和PM10日平均濃度短期升高是人群心腦血管疾病死亡的危險因素，有必要開展大氣污染物治理，合理分配衛生資源，降低心腦血管死亡危害。

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A Time-series Study for Acute Effect of Air Pollution on Mortality in Patients With Cardio-cerebral Vascular Disease in Tianjin City

WANG De-zheng, JIANG Guo-hong, GU Qing, ZHANG Hui, XU Zhong-liang, SONG Gui-de, ZHANG Ying, SHEN Cheng-feng. Tianjin Center for Diseases Control and Prevention, Tianjin (300011), China

Objective: To explore the acute effect of air pollution on mortality for patients with cardio cerebral vascular disease and to provide the basis for disease prevention and control.

Cardio-cerebral vascular disease; Mortality; Generalized additive model; Air pollution; Acute effect

2013-09-16）

（助理編輯：曹洪紅）

國家973計劃課題（2011CB503801）

300011 天津市，天津市疾病預防控制中心

王德征 主治醫師 碩士 主要從事慢性病流行病學 Email：wangdezheng1001@163.com**為共同第一作者 通訊作者：顧清

Email：guqing315@126.com

R541

A

1000-3614（2014）06-0453-05

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.06.015