區域性空氣環境與COPD住院特點的相關性分析

甄世林，陳鵬，王利榮，姜濤，楊玖永

（湖北航天醫院，湖北 孝感）

0 引言

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一種常見的以持續氣流受限為特征的可以預防和治療的疾病，氣流受限進行性發展，與氣道和肺臟對有毒顆粒或氣體的慢性炎性反應增強有關，急性加重和并發癥影響著疾病的嚴重程度和對個體的預后[1]。近年來隨著環境污染等因素的增加現COPD已成為全世界范圍內發病率和死亡率最高的疾病之一，且呈逐年遞增的趨勢。預計到2020年COPD將繼心血管疾病、腦血管疾病全球之后第三大致死病因。慢阻肺急性加重的誘因多種多樣，在美國國立心肺血液研究所、美國國立衛生研究院和世界衛生組織協作下，慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)防治全球倡議 (Global Initiative For Chronic Obstructive Lung Disease，GOLD)2015年首次提出了空氣污染也可以促進COPD急性加重，導致住院率和病死率增加。在過去的十年中，空氣污染暴露和急性健康結果之間的關聯已經在許多研究證明[2-7]。當前隨著我國國民經濟的發展我國也面臨嚴重的大氣污染，而國內關于COPD與大氣污染的相關分析研究較少，特別缺少COPD患病及流行病學特點與獨特的地區氣候、空氣質量相關分析。不管是短期還是長期觀察，地區性COPD發病特點與空氣環境回顧性相關分析均對后期區域性個體化COPD控制指導具有指導意義。本研究采用小樣本抽樣分析的方法，我們通過抽取2016年1月1日至2016年12月31日孝感市航天醫院住院的COPD患者相關情況與同時間段孝感市空氣質量指數（Air Quality Inden，簡稱AQI）、氣溫變化及降雨量變化進行對比及統計學分析，旨在探究氣候及空氣質量對特定區域COPD急性發作而入院患者人數及平均住院天數的影響。

1 資料與方法

1.1資料收集2016年1月1日至2016年12月31日到孝感市湖北航天醫院內一科（呼吸科）就診的COPD急性發作而住院治療的患者數量及患者一般情況包括性別、年齡、住院天數及疾病診斷，其中納入人群為依據2015年COPD指南確診為COPD患者，通過肺功能檢查確診；吸入支氣管擴張劑后，FEV1/FVC＜0.70，確認存在持續性氣流受限。疾病診斷選用國際通用ICD-9。患者住院天數包括入院當天及出院當天。排除3例：因其他基礎疾病住院期間COPD急性發作加重轉入呼吸科治療后未緩解轉出其他科室（如ICU），由于COPD急性加重所致住院時間難計算而排除此病例。

1.2方法

1.2.1 收集湖北省孝感市每月平均AQI值，并按AQI等級(表1)將全年數據分為6級，空氣質量一級(AQI≤50)、空氣質量二級(50＜AQI≤100)、輕污染組三級(100＜AQI≤200)、中度污染四級(151＜AQI≤200)、重度污染五級(200＜AQI≤300)、嚴重污染六級（AQI＞300）比較本市區全年空氣質量特點，同期孝感市 AQI數據來自中華人民共和國環保部數據中心（網頁：http：//datacenter.mep.gov.cn/indeN）。收集當月日平均最高氣溫、當月日平均最低氣溫，月平均降雨量，同期孝感市氣溫、降雨數據來自中國天氣（網頁http：//www.weather.com.cn/weather40d/101200401.shtml）。分析孝感市2016年全年空氣質量特點，不同空氣環境下慢性阻塞心肺疾病（COPD）急性加重住院治療特點。

表1 COPD患者每月住院人數及住院天數統計表

1.2.2 比較氣溫變化、降水量、AQI值與同時間段阻塞性肺疾病（COPD）住院人數和平均住院天數進行相關性關系。對收集的資料運通統計學方法對同一時間段氣溫（F）、平均降雨量(H)空氣質量(A)、患病人數(X)平均住院天數（D）采用雙變量相關性分析及曲線估值作回歸分析，探討氣溫，空氣，降雨對COPD急性發作住院治療情況是否存在相關性影響。

1.2.3 統計分析

統計分析采用IMB SPSS 22.0軟件，計量資料平均值采用X表達，定性數據用百分率(%)表達，采用計量資料的相關分析比較AQI、氣溫、平均降雨量與COPD發病率及平均住院天數之間的相關性關系，采用獨立樣本t檢驗進行，檢驗水準α=0.05，以P＜0.05為差異有統計學意義，采取Pearson相關系數作連續變量的相關分析，以|r|＞0.5為存在中度較明顯相關性，回歸取曲線估值探求自變量與因變量之間擬合關系，以R2估值衡量。|r|＞0.95存在顯著性相關；|r|≥0.8高度相關；0.5≤|r|＜0.8中度相關；0.3≤|r|＜0.5低度相關；|r|＜0.3關系極弱，認為不相關。

2 結果

2.1孝感市城區在不同月份月平均AQI值所反應出孝感市2016年全年無AQI大于300，故無六級空氣質量等級。2016年全年空氣質量二級(50＜AQI≤100)214天，占全年59.28%。空氣質量三級(100＜AQI≤200)80天占全年22.16%。空氣質量一級(AQI≤50)57天，占全年15.79%。空氣質量四級(151＜AQI≤200)9天，五級(200＜AQI≤300)1天分別占全年2.49%、0.28%。孝感市全年361天整體空氣質量優，全年主要以一級、二級空氣質量為主影響AQI值污染物主要為PM2.5、PM10，少量CO、NO2及臭氧（8小時）。

2.22016年1月1日 至2016年12月1日 來 航 天 醫 院 住 院COPD患者見表3總納入168人，其中男性136人占總體人數80.95%，月平均住院天數、月住院人數、月平均AQI值、當月平均日最高氣溫、當月平均日最低氣溫、月平均降雨量如表1。不同空區質量所對應的氣溫變化、降水量、AQI值及COPD急性發作住院治療人數及平均住院天數做動態圖（見圖1），觀察單月空氣質量AQI與該月氣溫變化對比住院人數變化情況。可以看出在全年每月人均住院天數及住院人數趨于平穩氣溫趨于平穩，隨著AQI值變化總住院人數及平均住院天數發生相應的變化，特別是在空氣溫度相應正向波動的時候，COPD總住院人數及平均住院天數變化明顯，如在孝感市進入10月氣溫明顯下降情況下，隨著AQI值升高COPD患者來航天醫院住院治療的患者人數明顯增多，同期人均住院天數也增加。從曲線圖趨勢上看月平均降雨量波動對COPD總住院人數及平均住院天數無明顯影響，而月平均AQI值伴隨日均最低氣溫及日均最高氣溫的變化影響COPD入院人數及住院患者平均住院天數。具體相關性將通過統計學分析。本項研究將分別以COPD入院人數及平均住院天數對同期AQI 值、氣候溫度、降水量變化情況作相關性分析，采用回歸分析中曲線估值求相關擬合關系，以探究氣候溫度、空氣質量、月均降水量對慢性阻塞性肺疾病（COPD）發病入院率及平均住院天數的影響。

圖1 2016年單月空氣質量AQI與該月單日氣溫變化、住院人數對比圖

從圖1可以看出在單月住院人數和AQI相關性的背景下，1月-3月高AQI值中等降水和回溫氣候下COPD住院率相對較低，而12月在高AQI值低溫、低降水下住院率快速高升。可以考慮可能 AQI值對COPD并非獨立影響因素。單一AQI變化可能對COPD急性發作患者住院率無明顯影響，在其他因素作用下特別是低降水的影響下AQI對COPD急性發作住院率影響明顯。無論AQI還是降水、氣溫對住院天數無明顯影響。

2.3統計分析數據對日平均最高氣溫（Fh）、日平均最低氣溫（Fl）、平均降水量、空氣質量(X_C)、每月患病人數(N)、每月人均住院天數（X_D），采用雙變量相關性分析及曲線估值作回歸分析。以IBMSPSS22.0軟件分析相關性，取pearson相關系數分別對患病人數(X)與日平均最高氣溫（F）、日平均最低氣溫（F）、空氣質量(X)作雙變量的相關性分析，對患病人數(X)與日平均最高氣溫（Fh）、日平均最低氣溫（Fl）、空氣質量(X)作雙變量的相關性分析得pearson相關性r值、顯著性（雙尾）P值。通過雙變量相關性分析可看出AQI值對COPD患者月住院人數及月人均住院天數存在中度相關0.5≤|r|＜0.8，且二者顯著性P＜0.05，AQI值對COPD患者月住院人數及月人均住院天數具有統計學意義上的相關性。日均最高氣溫、日均最低氣溫及月平均降水量對住院人數及住院天數的影響其顯著性P＞0.05，其相關無明顯統計學差異。故在本項研究中認為AQI值對COPD患者月住院人數及月人均住院天數具有相關性，暫不認為日均最高氣溫、日均最低氣溫及月平均降水量對住院人數及住院天數存在相關性。

對AQI值與COPD患者月住院人數及月人均住院天數進一步采用曲線估值進行回歸統計分析，探究而二者間以何種模型方程擬合。首先對患病人數(X)、空氣質量(A)做回歸分析，取曲線估值，尋求觀察值住院人數與空氣質量相關性以何種數據模型相擬合，選取對數、線性、二次項、立方及復合分析擬合度。

從數據上看患病人數(N)與空氣質量(A)回歸分析擬合其擬合程度一般（R2＜0.5），其中擬合顯著性P＜0.05模型中有線性模型（P=0.021）、對數模型（P=0.027）、復合模型（P=0.033），其中擬合度最高的為線性模型R2=0.427，可認為本項研究中患病人數(N)與空氣質量(A)呈一般線性擬合。其間回歸曲線圖見圖2。

運用統計分析軟件對患病平均住院天數(XD)、空氣質量(A)做回歸分析，取曲線估值，尋求觀察值住院人數與空氣質量相關性以何種數據模型相擬合，選取對數、線性、二次項、立方及復合分析擬合度，從數據上可得COPD住院人數(N)與空氣質量(A)回歸分析，變量間擬合程度均較低（0.3＜R2＜0.4），擬合度較高的為線性模型R2=0.334，其中擬合顯著性P=0.049，患病人數(N)與空氣質量(A)呈較低的線性擬合且顯著性不高，需進一步擴大樣本量行大樣本統計分析。故可認為在本項研究中患病人數(N)與空氣質量(A)與線性模型、對數模型、二次項模型、立方模型及復合模型暫不存在顯著性擬合，其間回歸曲線圖見圖3。

3 討論

空氣環境的變化對人身體健康的影響很早被人所認識。從短期和長期的觀察研究顯示，暴露于空氣污染會輕微刺激上呼吸道系統或導致慢性呼吸道疾病的高發病率(哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD))，心臟病，糖尿病，高血壓，肺癌，和死亡[2,8-12]。Yadav等[13]研究揭示了哮喘、流感和急性呼吸道感染的發病率在霧霾爆發期間顯著增加。有研究表明短時間或長期暴露在細顆粒物(PM2.5)導致系統性炎癥反應，可以增加心肺發病率的風險[14-16]。世界衛生組織估計，2010年，PM2.5相關因素導致310萬人死亡，大約占全球殘疾致死人數的3.1%[17]。該研究同時還表明，短期暴露和長期接觸PM2.5加重哮喘，呼吸道癥狀，增加患者住院率。研究人員發現，空氣質量指數增加會使死亡風險增加即每增加1單位AQHI則增加1.2%死亡率)[18-20]，空氣污染也會增加發病率，尤其是那些患有哮喘和/或慢性阻塞性肺病[2，6，7]。在加拿大一項更加詳細的調查研究顯示每個增加1單位AQHI則哮喘門診率增加了6%，增加2%住院天數，并增加1.3%急診科呼吸疾病入診量[21]。盡管哮喘和慢性阻塞性肺病有共同風險因素如年齡、吸煙、支氣管高反應性等，荷蘭一項研究[22,23]推測，哮喘和支氣管高反應性易使人在以后的生活中發展進而患慢性阻塞性肺病，哮喘，慢性阻塞性肺病，慢性支氣管炎，肺氣腫是很大比例的呼吸道疾病在不同階段不同的表達。人們認為這些條件或他們的反應可能影響宿主和環境因素[24]，包括對空氣污染的暴露。迄今為止，有限的流行病學研究已經確定和/或量化這些“可確認的醫學疾病”風險。隨著進一步研究結果顯示：長期暴露在空氣污染可能導致明顯的發病率和導致慢性阻塞性肺病與既存的哮喘個體的發展。更好的完善環境的風險窗口預警及干預治療，可能有助于緩解或（和）制定更優的預防策略來改善肺功能進行性惡化導致慢性阻塞性肺病[24]。1月-3月高AQI值中等降水和回溫氣候下COPD住院率相對較低，而12月在高AQI值低溫、低降水下住院率快速高升。可以考慮可能AQI值對COPD并非獨立影響因素。單一AQI變化可能對COPD急性發作患者住院率無明顯影響，在其他因素作用下特別是低降水的影響下AQI對COPD急性發作住院率影響明顯。為什么在低降水量條件下AQI對COPD急性發病住院率，有待進一步調查研究。COPD急性發病入院率等發病特點相關指標是否存在特定區域獨特特點？有待進一步大數據動態觀察研究。

人群易感性也是空氣質量影響呼吸系統疾病發病及進展的重要因素，先前的研究表明，健康的成年人被暴露于量化的空氣污染物(即在實驗設置空氣污染環境中)觀察或測量不同人所變現出呼吸系統疾病特點[25]。研究表明同樣的環境因素可能會導致的變異性疾病(或器官組織功能異常)的風險取決于人群自身因素如年齡、性別、生命早期暴露，家族史和疾病并存病[26]。對環境因素的敏感性在不同的高危人群可能不同程度表達。有人提出宿主因素如特異反應性、營養狀況、SES，長期的壓力可能影響空氣污染對哮喘的影響[27-31]。也有研究表明慢性接觸點之間的聯系在兒童和脆弱性在成年期慢性阻塞性肺病[32]。在探究環境空氣污染物治病機制研究中，研究檢查基因-環境交互作用和宿主之間的相互作用可能成為未來一個重要的研究方向。這可能有助于識別容易受到空氣污染的易感人群，針對性制定預防策略。

圖2 患病住院人數(N)與空氣質量(A)回歸曲線擬合圖

圖3 平均住院天數(XD)與空氣質量(A)回歸曲線擬合圖

而對于國內空氣環境對COPD的影響尚缺乏大量數據研究，國內有學者對區域性空氣環境與兒童呼吸道疾病研究發現該地區PM2.5濃度值與兒童呼吸道感染就診量間呈正相關[33]，國內研究表明地區性空氣污染和兒童哮喘發病緊密關聯，被動吸煙、近距離污染源和重度空氣污染等均作為兒童哮喘發病的獨立危險因素[34]。我國空氣污染成區域性特點，不同的省自治區直轄市所出現的空氣質量及顆粒污染源各不相同，不同空氣質量特點對不同地區人群健康影響存在人群易感不同，近遠期導致的治病情況亦數據殘缺。這就導致區域性空氣質量與疾病相關性研究的困難。一些學者也開始重視包括空氣質量的多因素致病因素綜合分析，期間注意到空氣質量間接致病影響。

我國在PM2.5危害方面的研究，起步于10年前左右。在廣州、沈陽和其他區域的調查研究顯示，死亡率PM2.5水平有顯著的線性相關性[35-36]。此外，在煙霧暴發期間，呼吸科門診就診次數增加。環境大氣對人群特別是患病人群的影響越來越收到人們關注，但是我國大樣本的空氣質量對人群呼吸系統特別是COPD患者近期及遠期臨床觀察還缺乏動態數據，不同地區空氣質量如何在區域表現為獨特的特征影響COPD患者的急性發作?及以何種大數據來作為區域COPD人群控制治療的診療參考依據?而在反應個不同區域性不同空氣環境對疾病的影響特點上，各地區由于環境不同、人群易感性不同而表現出COPD患者發病特點有著各自的特點。本項研究在回顧本地區小樣本調查資料基礎上探討區域性空氣質量及氣溫與慢性阻塞性肺疾病（COPD）急性發病相關性分析得出AQI值對COPD患者月住院人數及月人均住院天數具有統計學意義上的相關性。這與國內外相關研究相符合，即空氣質量指數（AQI）影響COPD患者急性發病率。在進一步空氣質量與住院人數、平均住院天數間關系模型時發現，故空氣質量對COPD住院人數之間的關系是線性相關，患病人數(N)與空氣質量(A)回歸分析呈一般程度擬合（R2=0.427＜0.5），其中擬合顯著性P=0.021＜0.05。總之，本項研究發現，那些被暴露于高水平的PM2.5和O3患者患慢性阻塞性肺病患者急性加重住院的風險更高。使用大樣本數據為基礎的調查，反映地區性特點，納入多個潛在的混雜因素(AQI值、日平均最高氣溫、日平均最低氣溫、月平均降雨量、年齡、性別、吸煙史、家庭收入水平等)來研究COPD發病特點可能是未來COPD發病研究的一個新的方向。本研究為進一步完善區域性COPD影響因素、發病特點及給本區域COPD患者控制治療、COPD預測、進一步的相關研究提供一定的參考與借鑒。