大氣PM2.5與急性心肌梗死入院人數的時間序列研究

常 青，劉素云*

（河北醫科大學第二醫院，河北 石家莊 050000）

我國城市化建設日新月異、突飛猛進，重工業迅猛發展，日益加劇的空氣污染，使得大氣灰霾現象頻繁出現，PM2.5嚴重影響著大氣環境質量以及人體生命健康。近年來，心血管系統疾病的發病年齡越來越低，而發病率和死亡率占人群總比重則逐年遞增，因此人們越來越多的開始關注與研究PM2.5對人體生命健康的危害。我國大氣污染較重，心血管系統疾病發病率較高，目前已經開展了許多關于大氣顆粒物的長期流行病學調查研究以及其作用機制機理的研究，而石家莊市作為污染極為嚴重的重災區，PM2.5濃度對心血管系統疾病的短期影響危害的研究還為之甚少。

1 資料與方法

1.1 一般資料

1.1.1 病例資料

收集石家莊地區因患急性心肌梗死疾病在2013年1月1日～2013年12月31日期間于河北醫科大學第二醫院入院的人數。

入選標準：包括急性非ST段抬高型心肌梗死患者及急性ST段抬高型心肌梗死患者。

排除標準：患有內分泌系統疾病、呼吸系統疾病、血液系統疾病、風濕免疫系統疾病、代謝性疾病、感染性疾病、腦血管疾病患者以及肝腎功能異常者。

1.1.2 PM2.5濃度資料

石家莊市環保部門將監測中心和平安電站兩個監測點每日24小時PM2.5研究性監測數據的濃度水實時對外公布，本研究PM2.5的濃度數據依據兩個監測點公布的數據來計算每日平均值。

1.2 統計學方法

1.2.1 模型基本原理

此研究采用多元線性逐步回歸模型，具體模型見下列公式：

Y=β0+β1X1+β2X2+…+βmXm+e

模型公式中：X1為當日PM2.5濃度，X2為前一天PM2.5濃度，X3為前兩天PM2.5濃度，…Xm為前m-1天PM2.5濃度；Y為應變量，可近似表示為自變量X1，X2，…Xm的線性函數，在此研究中表示當日患急性心肌梗死的人數；e為去除m個自變量對Y影響后的隨機誤差。

1.2.2 數據處理

將采集到的PM2.5監測性數據及入院就診的資料應用Microsoft Excel 2003建立數據庫錄入。首先用SPSS 13.0軟件對PM2.5監測性數據與急性心肌梗死病例數進行整理、邏輯檢錯、插補缺失值等，分別描述二者的時間分布情況；接著建立回歸分析模型，此時要考慮到PM2.5的滯后性，最后分析PM2.5濃度與急性心肌梗死入院人數之間的相關性。

在統計模型的擬合優度檢驗中，模型的評判標準為決定系數R2，R2值越接近1，表明模型的擬合優度就越高。將各相關系數做比較即可得出效應最大的自變量。建立模型后進行殘差分析，殘差e應服從正態分布。

2 結 果

在此研究期間，石家莊地區因急性心肌梗死于河北醫科大學第二醫院就診入院的患者共計1229人次，石家莊市環保部門公布的PM2.5監測數據日均濃度為265.78 μg/m3，在2013年一年當中，4、7、8、9月份的PM2.5濃度較低，10、11、12月份的PM2.5濃度相對較高，而12月份達到最高峰，急性心肌梗死的入院人數隨著PM2.5濃度的提升隨之增加。回歸模型為：Y=0.06X1+0.07X3+0.03X5+0.04X7+0.03X8，該模型表明PM2.5濃度水平與急性心肌梗死入院人數呈現正相關性，時間序列研究得出，這種正相關性具有一定的滯后性，偏回歸系數中0.07為最大，可以得出以滯后3天的效應最為顯著。

圖1 2013年石家莊市PM2.5濃度變化趨勢

圖2 殘差直方圖

圖3 正態P-P圖回歸標準化殘差

表1 描述性統計

表2 變量已輸入/刪除

表3 Model Summary(g,h)

表4 Coef fi cients(a,b)

3 討 論

心血管系統疾病是城市居民的主要健康危害之一，大氣顆粒物污染對心血管系統的健康影響日益受到人們的普遍關注。關于大氣顆粒物污染引發的急性效應的相關研究報道，得出較為一致的結論是：大氣顆粒物污染的水平變化與病情惡化、急診就診、住院就醫、急性死亡等均有相關性。歐洲及北美的眾多研究均可證實，和大氣顆粒物污染有關的心血管疾病的總住院率更高，大氣顆粒物污染與冠心病、心律失常和心力衰竭的發生率增加有著更為直接的關系。

20世紀90年代以來，國外眾多國家和城市已經廣泛使用時間序列研究（應用于空氣污染急性暴露與健康效應研究的定量評價方法），并初步證實了空氣污染物濃度和居民每日死亡等健康效應之間存在著可定量評價的統計學相關關系[1]。目前，空氣顆粒物污染與人群心血管系統疾病發病或者死亡的關系已成為國際環境流行病學的一個研究熱點。國內外許多學者都采用時間序列的廣義相加模型來研究空氣顆粒物污染與人群心血管系統疾病發生和（或）死亡的關系。

已有大量研究表明，PM10濃度的升高可以增加急性心肌梗死的危險度，并可以引起心血管病患者植入體內的復律器或除顫器異常放電等情況的發生[2-3]。美國國家空氣污染與發病率和死亡率關系的研究（NMMAPS）以及歐洲環境污染和健康研究計劃（APHEA-2）使用時間序列分析也同樣得出了大氣顆粒物污染能過對心血管系統產生急性影響的結論[4,5]。楊敏娟等[6]使用時間序列的半參數廣義相加模型研究了2003年1月1日～2013年12月31日北京市城區空氣污染物（SO2、NO2、PM10）和居民每日死亡數的關系，研究結果表明，北京市空氣污染物（SO2、NO2、PM10）對人群的健康存在短期影響，心腦血管疾病的死亡危險性隨著空氣污染物SO2、NO2、PM10濃度每升高10 μg/m3，分別增加了0.4%（0.1%～0.8%）、1.3%（0.2%～2.4%）和0.4%（0.2%～0.6%）。

石家莊地區PM2.5的主要來源是煤、油、其他礦物質的燃燒，此外還有因工業生產而大量排放的SO2、氮氧化物在空氣中經過一系列化學反應形成的硫酸鹽、硝酸鹽氣溶膠。另外，為貫徹落實石家莊三年大變樣行動，房地產開發與基礎設施的建設工地點多面廣，工地揚塵不可避免的也是灰霾的主要成因之一。此外，隨著石家莊機動車數量的快速增長，每年亦排放大量揮發性有機物，而機動車排放的尾氣很容易形成二次污染物光化學煙霧，這也是城區霧霾天氣多于郊區的主要原因。

本研究結果表明，急性心肌梗死的入院人數隨著大氣PM2.5濃度的提升隨之增加，回歸模型顯示，PM2.5濃度與急性心肌梗死入院人數呈現正相關性，時間序列研究得出，這種正相關性具有一定的滯后性，以滯后3天的效應最為顯著。

PM2.5濃度升高致使急性心肌梗死發病數增加，其機制可能為：

3.1 氧化應激與炎癥反應

高濃度PM2.5隨人體呼吸經呼吸道進入肺組織被巨噬細胞過度吞噬，影響巨噬細胞的正常存活和功能，且顆粒物吸附的某些成份能夠上調還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶，干擾線粒體功能，而顆粒物攜帶的某些陰離子可以干擾肺組織的離子穩態從而產生大量氧自由基，這些均會加劇氧化應激。氧化應激反應可以激活特異性的轉錄因子，比如核因子-β、X細胞因子、激活蛋白-1、其他炎性介質以及化學因子的基因表達上調等。在肺內產生的炎癥介質和氧自由基會隨血液循環進入全身，激活炎癥細胞，如免疫細胞、中性粒細胞、巨噬細胞等，引發全身的氧化應激和炎癥反應，從而損害心血管系統。

PM能動員人體骨髓里的單核細胞、中性粒細胞、桿狀核細胞，使血清中IL-1、IL-6升高，上調內皮黏附分子，將粒細胞募集至動脈粥樣硬化斑塊處使之加重[7]。對歐洲6個城市的1003名急性心肌梗死患者的一項前瞻性縱向研究中，分析了當時空氣污染的程度與C反應蛋白（CRP）、IL-6、血漿纖維蛋白原的測量結果之間的關系，該研究發現IL-6對空氣污染能夠即刻作出反應，且可能會致使C反應蛋白（CRP）的產生增加[8]。另一項關于人肺巨噬細胞的體外實驗研究發現，PM暴露能夠引起血清IL-1β、IL-6、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子的增加[9]。IL-6的升高與心血管疾病的危險度增加有相關性[10]。IL-6等細胞因子可以促進肝臟合成C反應蛋白（CRP），而C反應蛋白（CRP）是損傷、感染以及炎癥的敏感標志物，與心血管系統疾病的危險度有相關性[11]。

3.2 血管內皮損傷

接觸大氣顆粒物不僅使得機體氧化應激和炎癥反應加劇，同時也使機體腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）激活，致使血管緊張素Ⅱ釋放增加，這些途徑均可使血管的內皮細胞功能受到嚴重損傷，使依賴NO的血管擴張減弱，血管收縮加劇[12]。

3.3 動脈粥樣硬化

全身性氧化應激反應，不但可使高密度脂蛋白（HDL）的抗炎作用受到抑制，且過度生成的活性氧可使低密度脂蛋白（LDL）的膽固醇氧化、單核細胞向管壁內遷移，觸發動脈粥樣硬化的啟動并促進其進展[13]。機體產生的大量炎性介質則可加速脂質在內膜下的沉積，促進單核細胞遷移至血管內皮，從而加速粥樣硬化斑塊的形成、刺激斑塊中膜平滑肌細胞的增殖，進而引發動脈粥樣硬化斑塊的破裂，加速動脈粥樣硬化的進展[14]。

3.4 凝血功能障礙和血栓形成

Gardnet等[15]對出生6天的雄性SD大鼠經氣管滴灌油煙顆粒后發現，血漿纖維蛋白原水平的各項指標（血漿纖維蛋白原、凝血時間、促凝血酶原部分活化時間、血漿黏度、全血細胞計數）中，血漿纖維蛋白原增高。纖維蛋白原是急性心肌梗死的重要危險因素之一。顆粒物的暴露能夠增加纖維蛋白原的生成[16]，從而引發血液粘度增加、血液凝集、血栓形成，進而導致嚴重的心血管系統疾病的發生。纖維蛋白原是決定血液黏稠度的主要因子，亦是血小板凝集過程的關鍵成分。血液黏稠度與心血管系統疾病的嚴重程度具有相關性，是急性心肌梗死的危險因素之一，和大氣SO2、總懸浮顆粒物質等水平有關。在接觸了PM2.5和UFPs后血小板的凝集，則促進了急性血栓的形成。不論是倉鼠還是人，UFPs均可以經肺臟轉入至全身血循環。每只倉鼠1小時內吸入5～500 μg PM2.5就可促使炎癥反應的發生，激活血小板凝集，進而增加動、靜脈中富血小板血栓形成的風險[17]。雖然纖維蛋白原升高和血小板激活的理論機制尚不明晰，但上述證據依然可以表明PM2.5能夠增加血栓形成的危險性，導致缺血性疾病的發生。

大氣污染，尤其是PM2.5、UFPs對心血管疾病的影響以及作用機制，是目前全球廣泛重視且極為熱門的研究領域之一。本研究中證實了PM2.5濃度與急性心肌梗死的發生存在相關性，但由于個人的生活習慣、活動范圍、工作性質、采暖方式不同，人們對于PM2.5的實際暴露水平與環保部門對外公布的PM2.5監測數據存在偏頗，因此本研究中存在不可避免且難以估計的暴露水平的測量誤差。此外，本研究只選擇了污染程度較重的一個地區進行，研究的樣本量、持續時間和監測站的數目都有限，所以本研究結果不一定適用于其他地區和人群。而且PM2.5并非一種單一的物質，其吸附的成份復雜，含量不定，這和PM2.5的來源、采樣地點、氣候季節及溫度濕度都密切相關。雖然在分析化學中已有各種先進的分析技術、設備來分析其組分，但單一組分濃度并不能闡明PM2.5這種復雜混合物對于人體的毒性作用，因此目前的研究有不少困難存在。因此更深一步研究大氣顆粒物的理化性質以及來源解析能夠為往后開展心血管健康效應機制等方面的科學研究提供更加可靠的資料。總之，明確大氣污染顆粒物中不同組分的來源及毒性、探索其與急慢性心血管病的發生、發展過程中的各種機制以及病理生理關系，對防控治理大氣污染、制定相關環境質量標準，可以提供切實可靠的科學依據，將產生深遠的影響，需要我們對大量人群進行長期的追蹤調查，這將是我們下一步重點研究的內容。