大氣細顆粒物控制對我國城市居民期望壽命的影響

陳仁杰,陳秉衡,闞海東

(復旦大學公共衛生學院環境衛生學教研室,公共衛生安全教育部重點實驗室,上海200032)

大氣細顆粒物控制對我國城市居民期望壽命的影響

陳仁杰,陳秉衡,闞海東*

(復旦大學公共衛生學院環境衛生學教研室,公共衛生安全教育部重點實驗室,上海200032)

收集我國2013年74個環保重點城市的細顆粒物(PM2.5)濃度.采用《全球疾病負擔2010》提供的PM2.5與4種主要疾病死亡率的暴露反應關系系數,構建74個城市的城區居民壽命表,評估PM2.5造成的期望壽命損失和不同PM2.5控制目標對居民期望壽命的影響.結果顯示,2013年我國74個城市的PM2.5污染可使居民期望壽命減少1.48歲;如果PM2.5年均水平降低10%、25%,可分別使期望壽命增加0.05歲和0.15歲;若進一步降低,達到國二標準、國一標準和世界衛生組織的空氣質量指導值水平,可使期望壽命分別增加0.42歲、1.04歲和1.26歲.本研究提示,大氣PM2.5污染是決定我國城市居民期望壽命的重要因素,降低PM2.5濃度可顯著增加居民的期望壽命.

細顆粒物；大氣污染；城市；死亡；期望壽命

當前,我國大氣污染形勢嚴峻,以細顆粒物(PM2.5)為特征污染物的區域性大氣環境問題日益突出,霧霾事件頻發,對人民群眾健康帶來了重大威脅.因此,國務院于2013年9月10日公布了《大氣污染防治行動計劃》[1](簡稱“國十條”).

準確地定量評估我國近年來大氣質量的改善對人群健康的影響,對于未來制定大氣污染防治政策具有重要意義.目前,已有多項研究評估了我國大氣污染的人群健康損失,但是研究方法和評估結果不盡一致.世界銀行[2]估計我國2003年的可吸入顆粒物(PM10)污染可導致逾 40萬名居民死亡.Zhang等[3]的研究顯示,我國 111個城市2004年的PM10污染可導致28萬名城市居民過早死亡.陳仁杰等[4]的研究顯示,我國2006年113個城市的PM10污染可導致30萬名城市居民過早死亡.2012年12月,世界衛生組織等300多家國際研究機構聯合發布了《全球疾病負擔2010》(GBD2010)[5],結果顯示PM2.5可導致全球320萬人過早死亡,其中中國的死亡數高達123萬;PM2.5已躍升為我國的第4位致死因子.還有研究評估了我國空氣質量改善帶來的健康收益.根據環境保護部環境規劃院的推算結果,如果我國城市的PM10年平均水平達到了《環境空氣質量標準標準》(GB3095-2012)一級標準(40μg/m3),則每年將避免20萬人過早死亡[6].期望壽命是一種能綜合衡量某國家(或地區)人民健康水平的常用指標近年來陸續有研究報道了大氣污染與居民期望壽命的關系.Wang等[7]評估了我國2003～2010年間PM10對期望壽命的影響,發現由于PM10污染水平的穩步降低,我國居民歸因于 PM10的期望壽命損失由2.13年減少到1.30年.

我國自2012年底起,在74個環保重點城市開展了 PM2.5的實時監測.基于此,本研究擬以GBD 2010提供的PM2.5與死亡率的暴露-反應關系系數,評估我國未來實現不同 PM2.5控制目標對居民期望壽命的影響,以期為我國進一步深入開展大氣污染治理提供理論支持.

1 資料與方法

1.1 資料收集

依據國家環境保護部公布的74個重點城市2013年空氣質量狀況,以全部74個城市PM2.5年均值的算術平均值,反映這些城市居民在2013年暴露于PM2.5污染的整體平均狀況.

參考GBD2010的方法,評估PM2.5對4個主要疾病死亡的影響,包括冠心病、中風、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、肺癌.已有充分的證據表明PM2.5可對這些疾病造成顯著影響[5].從《中國衛生統計年鑒》[8].收集2011年我國城市居民各年齡段的總死亡率、非意外死亡率和四大疾病的死亡率從《中國城市建設統計年鑒》[9]收集 74個城市在 2011年的城區人口數,并進行簡單加合.《中國人口和就業統計年鑒》[10]收集2011年我國城市居民各年齡段的人口比例.以全國城市的年齡別疾病別死亡率和人口比例代表74個城市的平均水平.鑒于2012和2013年的健康和人口數據尚未公布,本研究以 2011年的數據來代表2013年的狀況,而假定2年間無明顯變化.除0歲組和1～歲組外,均以每隔5歲作為一年齡組.

1.2 歸因于PM2.5的死亡數

將74個城市的城區人口作為整體進行評價,以各城市PM2.5年均值的均數作為74個城市居民的平均暴露水平.以流行病學研究中獲得的相對風險(RR)計算人群中的死亡病例可歸因于 PM2.5污染的部分,將各疾病的歸因死亡數相加,即為 PM2.5導致的死亡數.各疾病歸因死亡數的計算如下:

式中:P為人口數,萬人;M為死亡率×10-4;RR為暴露于某水平的PM2.5相對于不暴露時的死亡風險,無量綱.

不同 PM2.5水平對 4種疾病死亡率影響的RR值直接來源于GBD 2010研究.長期PM2.5暴露與人群慢性健康危害的直接證據目前僅來源于在較低污染水平的發達國家開展的隊列研究,廣大發展中國家在高污染水平下的暴露反應關系斜率和形狀如何尚未可知.為適應全球疾病負擔評估的需要,來自多個國際機構的專家在空氣污染隊列研究結果的基礎上,結合吸煙、室內固體燃料相關空氣污染的健康危害證據,經適當轉換,得到 PM2.5在 0～1000μg/m3之間,每一濃度水平下與4種主要疾病死亡率的RR[11].

1.3 計算PM2.5對期望壽命的影響

依據各年齡層的總死亡率,采用蔣慶瑯法編制 74個城市的居民簡略壽命表[12].依據式(1)計算各年齡層歸因于PM2.5的死亡人數和去死因死亡概率,編制扣除 PM2.5死亡效應后的去死因壽命表.考慮到隊列研究僅在30歲以上成人中開展,本研究僅計算30歲以上年齡組的歸因死亡數[13].以 0～1歲組的壽命作為全人群的期望壽命.以2013年作為基線,計算當年的期望壽命和去死因期望壽命,兩者相減即為歸因于 PM2.5的期望壽命損失.設定5個PM2.5控制目標,包括比2013年降低10%、25%、《環境空氣質量標準》[14]年平均二級標準(簡稱為國二標準)、《環境空氣質量標準》[14]年平均一級標準(簡稱為國一標準)、世界衛生組織空氣質量指導值(AQG)[15].分別計算在各個PM2.5控制目標下相比基線水平減少的期望壽命損失,即為PM2.5控制對期望壽命的收益.

2 結果與討論

2.1 數據描述

74個重點城市的PM2.52013年平均濃度為72μg/m3,中位數濃度為 67μg/m3.PM2.5濃度最高的10座城市中,有7個位于河北省.其中,排在前兩位的河北邢臺、石家莊兩市的年均PM2.5濃度高達155μg/m3和149μg/m3;年平均濃度的最低為拉薩(26μg/m3)和海口(26μg/m3).其中,無一城市達到了AQG和國一標準的要求,有多達92%的城市 PM2.5年平均值超過國二標準,有 40%的城市超過國二標準2倍以上,有11%的城市超過國二標準3倍以上.我國城市PM2.5污染的平均水平大約相當于西方發達國家城市的3～7倍.

表1列出了在基線年(2013)平均水平和5個PM2.5控制目標水平下,PM2.5對4種主要疾病死亡率的RR值.由表1可見,PM2.5對中風的影響較強,對COPD的影響較弱.這可能是因為PM2.5對中風死亡率的RR較大,而對COPD死亡率的RR較小;在所評估的4種死因中,中風死亡數在我國人群所占相對比例最大.GBD2010認為PM2.5對健康的風險不存在閾值,因此即便是達到 AQG的要求,仍會產生一定健康風險.

表1 不同PM2.5濃度導致人群中各疾病死亡的相對風險Table 1 The RRs of different PM2.5concentration on cause-specific mortality

表1還顯示,隨著PM2.5濃度的升高,各疾病死亡率的RR也增高,但增高的幅度趨于平緩.這也與環境流行病學研究的結果基本一致,即在較低污染水平下單位濃度增加所導致的健康風險要高于在較高污染水平下單位濃度增量所導致的健康風險,也就是在污染物-健康危害的暴露反應關系曲線的高濃度段,曲線有變平緩的趨勢[16].

2.2 2013年PM2.5污染對期望壽命的影響

將74個城市的城區居民(1.74億)作為整體,評估2013年的PM2.5污染水平導致的過早死亡數和期望壽命損失.

表2列出了各個年齡組的人口數、總死亡率的基本信息,據此依據蔣慶瑯壽命表法,計算得出各個年齡組的期望壽命.以 0～歲組為例,實際期望壽命達到 79.51歲.依據國務院新聞辦公室發表《中國的醫療衛生事業》[17]白皮書,2010年中國人均期望壽命達到74.8歲.本研究估計的期望壽命較高,是因為評估對象為74個大中城市的城區居民,而不包括農村和城市郊區的居民.

表2 2013年我國74個重點城市PM2.5對居民期望壽命的影響Table 2 The impact of PM2.5on life expectancy of urban residents in 74 key cities in 2013

依據各年齡層的歸因死亡數,計算各年齡層的去死因死亡概率和去死因期望壽命,將去死因期望壽命減去實際期望壽命,即為 PM2.5污染導致的期望壽命損失.

由表2可知,以0～歲組計,我國74個重點城市城區居民的期望壽命為 80.99歲.2013年的PM2.5污染水平能導致居民期望壽命損失1.48歲.但是,PM2.5對居民期望壽命造成的損失在各個年齡組略有差別,其中對65歲以上的老年人造成的期望壽命損失相對較小.

2.3 PM2.5不同控制目標對期望壽命的影響

2013年的“國十條”明確了我國到2017年的大氣污染控制目標.據此,如表3所示,本研究的評估顯示,PM2.5年均水平降低 10%和25%后,居民期望壽命的損失將分別減少0.05歲和0.15歲.若進一步降低,達到國二標準、國一標準和世界衛生組織的 AQG水平,期望壽命也將隨之增加0.42歲、1.04歲和1.26歲.值得注意的是,即便是降低到AQG水平,也將造成0.22年的期望壽命損失,這同時也體現了“空氣污染的健康危害不存在安全閾值”的科學認識.

表3 我國PM2.5不同控制目標對74個重點城市居民期望壽命的影響Table 3 Impact of different targets for PM2.5control on life expectancy of urban residents in 74 key cities

與以前的相關評估相比,本研究具有以下特點:

第一,PM2.5與死亡的 RR值來源于 GBD 2010,這些 RR值充分考慮到了我國高污染水平下與 4種主要疾病死亡率的暴露反應關系特征,符合我國的實際和環境流行病學一般規律;

第二,考慮到了人群各年齡段的人口與死亡率差異,尤其是現有隊列研究不支持 PM2.5對30歲以下人群死亡的影響,中青年人群中的基礎死亡率較低,本研究分別估算了 PM2.5導致不同年齡人群的過早死亡數.

第三,由于我國自2012年底才開始對PM2.5的常規監測,此前幾乎全部的研究均是以 PM10的監測數據進行評價,然后按照一定的比例(如PM2.5/PM10=0.6),將國外文獻報道的PM2.5與死亡的暴露反應關系直接應用于我國[2-4,7].這可能不太符合我國實際情況.

第四,GBD 2010中由于采用了衛星遙感數據反演得到全國范圍內(包括城市和農村)的PM2.5暴露水平,與真實污染水平可能有差別[5].本研究利用74個城市的地面實際監測數據,能較好地反映這些城市居民的真實暴露水平.

2.5 與其他大氣污染與期望壽命研究的比較

大氣污染能嚴重影響人群健康,尤其是持續十數年的隊列研究發現長期暴露于顆粒物污染可顯著升高人群的死亡率,因而有理由假設較長時期的大氣污染水平變化能影響人群的期望壽命.目前常采用壽命表法來估計大氣污染對期望壽命的影響,但文獻報道的結果并不完全一致.本研究發現,2013年我國74個重點城市的PM2.5污染水平可導致居民期望壽命降低 1.48歲.單位換算后,可折算為PM2.5每升高10μg/m3,期望壽命降低0.21歲.本研究的單位估算值低于此前的大部分基于美國ACS隊列研究的評估結果.比如,荷蘭[18]、芬蘭[19]、加拿大[20]、美國[21]的研究發現PM2.5年平均濃度每升高 10μg/m3,居民的期望壽命將分別下降 1.11、0.70、0.80和0.60年.意大利的一項研究發現PM10每下降10μg/m3,期望壽命增加0.20歲.各研究報道結果的差異可能與當地死亡率水平和污染物水平有關.比如發達國家的 PM2.5年平均水平一般在10～20μg/m3之間,此濃度下的暴露反應關系系數明顯大于高濃度下的暴露反應關系系數.

也有學者采用了生態學比較的方法來評估大氣污染與期望壽命的關系.Pope等[22]收集了美國211個郡的1978～2001年數據,在人群水平調整了社會經濟學變量?人口學變量和吸煙率指標后,發現伴隨著PM2.5濃度降低了6.52μg/m3,美國人民的期望壽命升高了 0.4歲,占到了同期期望壽命自然增加量的 18%.這相當于 PM2.5濃度每降低 10μg/m3,人群期望壽命將平均升高 0.61歲.Wen等[23]根據我國第3次(2002年)和第4次(2005年)全國老年人健康長壽影響因素調查數據,在調整了年齡、住址、教育、經濟獨立性、婚姻狀態和當地人均GDP等混雜因素后,研究發現低污染地區和高污染地區相比,老年女性的期望壽命要高3.78歲,老年男性要高0.93歲.因此,即便是調整了這些混雜因素后,大氣質量的改善仍然能顯著地提高居民的期望壽命.

盡管研究方法和結果各異,大量文獻均發現大氣污染能顯著降低居民的期望壽命;若能降低空氣污染,將會使期望壽命增加.

3 結論

3.1 收集了2013年我國74個重點城市PM2.5年平均濃度,運用GBD評估方法,考慮了各年齡層不同人口數和死亡率,通過構建簡單壽命表和去死因壽命表,計算得到我國74個城市2013年PM2.5污染可導致城區居民期望壽命損失1.48歲.

3.2 本研究顯示,PM2.5年均水平降低 10%和25%后,可使74個城市的居民期望壽命增加0.05歲和0.15歲.若PM2.5年均水平進一步降低,達到國二標準、國一標準和AQG水平,期望壽命也將隨之增加0.42歲、1.04歲和1.26歲.

3.3 本研究提示,大氣PM2.5污染是決定我國城市居民期望壽命的重要因素,降低 PM2.5濃度可顯著增加居民的期望壽命.

[1] 國務院.大氣污染防治行動計劃(國發[2013]37號).http://www. gov.cn/zwgk/2013-09/12/content_2486773.htm[Z].[2014-01-25].

[2] World Bank. Cost of pollution in China: economic estimates of physical damages [R]. Washington, D. C: The World Bank, 2007.

[3] Zhang M, Song Y, Cai X, et al. Economic assessment of the health effects related to particulate matter pollution in 111Chinese cities by using economic burden of disease analysis [J]. Journal of Environmental Management, 2008,88(4):947-954.

[4] 陳仁杰,陳秉衡,闞海東.我國113個城市大氣顆粒物污染的健康經濟學評價 [J]. 中國環境科學, 2010,30(3):410-415.

[5] Lim S S, Vos T, Flaxman A D, et al. A comparative risk assessment of burden of disease and injury attributable to 67 risk factors and risk factor clusters in 21 regions, 1990-2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010 [J]. Lancet, 2012,380(9859):2224-2260.

[6] Chen Z, Wang J N, Ma G X, et al. China tackles the health effects of air pollution [J]. Lancet, 2013,382(9909):1959-1960.

[7] Wang C, Zhou X, Chen R, et al. Estimation of the effects of ambient air pollution on life expectancy of urban residents in China [J]. Atmospheric Environment, 2013,80:347-351.

[8] 中國衛生統計年鑒 [M]. 北京:中國協和醫科大學出版社, 2012.

[9] 中國城市建設統計年鑒 [M]. 北京:中國計劃出版社, 2012.

[10] 中國人口和就業統計年鑒 [M]. 北京:中國統計出版社, 2013.

[11] Richard T. Burnett CAPI, Majid Ezzati, et al. An integrated risk function for estimating the global burden of disease attributable to ambient fine particulate matter exposure [J]. Enviornmental Health Perspectives, 2014,122(4):397-403.

[12] 方積乾.衛生統計學 [M]. 5版.北京:人民衛生出版社, 2004:312-313.

[13] Pope III C A, Burnett R T, Thun M J, et al. Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution [J]. JAMA: the journal of the American Medical Association, 2002,287(9):1132-1141.

[14] GB3095-2012 環境空氣質量標準 [S].

[15] World Health Organization. Air quality guidelines: global update 2005: particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide [R]. World Health Organization. 2006.

[16] Pope C A, 3rd, Burnett R T, Turner M C, et al. Lung cancer and cardiovascular disease mortality associated with ambient air pollution and cigarette smoke: shape of the exposure-response relationships [J]. Environmental Health Perspectives, 2011,119(11):1616-1621.

[17] 國家衛生和計劃生育委員會.《中國的醫療衛生事業》白皮書[EB/OL].http://www.moh.gov.cn/mohzcfgs/s7847/201301/6fbe5f 5264d84e03960eb72dbd752d05.shtml.

[18] Brunekreef B. Air pollution and life expectancy: is there a relation? [J]. Occupational and Environmental Medicine, 1997,54(11):781.

[19] Nevalainen J, Pekkanen J. The effect of particulate air pollution on life expectancy [J]. Sci. Total Environ., 1998,217(1/2):137-141.

[20] Coyle D, Stieb D, Burnett R, et al. Impact of particulate air pollution on quality-adjusted life expectancy in Canada [J]. J. Toxicol. Environ. Health Part A, 2003,66(16-19):1847-1864.

[21] Rabl A. Interpretation of air pollution mortality: Number of deaths or years of life lost? [J]. Journal of the Air and Waste Management association, 2003,53(1):41-50.

[22] Pope III C A, Ezzati M, Dockery D W. Fine-particulate air pollution and life expectancy in the United States [J]. New England Journal of Medicine, 2009,360(4):376-386.

[23] Wen M, Gu D. Air pollution shortens life expectancy and health expectancy for older adults: the case of China [J]. The Journals of Gerontology Series A: Biological Sciences and Medical Sciences, 2012,67(11):1219-1229.

Impacts of controlling ambient fine particulate pollution on life expectancy among Chinese urban residents.

CHEN Ren-jie, CHEN Bing-heng, KAN Hai-dong*
(Key Laboratory of Public Health Safety, Ministry of Education, Department of Environmental Health, School of Public Health, Fudan University, Shanghai 200032, China). China Environmental Science, 2014,34(10)：2701～2705

The PM2.5-related loss on life expectancy in 2013 in 74 key Chinese cities was evaluated based on the annual average PM2.5concentration, exposure-response relationship coefficients of PM2.5, mortality due to 4 main diseases from“Global Burden of Disease 2010”, and the life table of urban permanent residents. Pollution caused by PM2.5could attribute to a decrease in 1.48 years in life expecteny. Increases of 0.42, 1.04 and 1.26 years in life expectancy comparing with the 2013 level were estimated if the PM2.5level was decreased to the second level of national air quality standard, the first level of national air quality standard and the Air Quality Guidelines formulated by World Health Organization, respectively. This study suggested that ambient PM2.5pollution was an important determinant of the life expectancy of Chinese urban residents, and reducing PM2.5could improve the life expectancy.

t：PM2.5；air pollution；city；death；life expectancy

X503.1

：A

：1000-6923(2014)10-2701-05

陳仁杰(1986-),男,四川達州人,復旦大學公共衛生學院,博士后,主要從事大氣污染與人群健康研究.發表論文20余篇.

2014-01-25

國家“973”項目(2011CB503802)

* 責任作者, 教授, haidongkan@gmail.com