蘭州市氣象因子和環(huán)境因子對(duì)哮喘的影響＊

李龍燕，王金艷，陳金車，付旭東，董繼元

（1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，半干旱氣候變化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730000；2.蘭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

近年來，由于工業(yè)化和人類活動(dòng)向空氣中排放了大量的顆粒物、氮氧化物（NOX）、SO2等污染物，并且對(duì)流層臭氧濃度也迅速增加，全球溫度升高且極端天氣頻發(fā)，世界范圍內(nèi)哮喘患病率和死亡率也迅速增長[1-2]。哮喘屬于呼吸系統(tǒng)疾病，是氣道的一種慢性變態(tài)反應(yīng)性炎癥疾病，哮喘發(fā)作時(shí)可導(dǎo)致氣短、胸悶、咳嗽，嚴(yán)重情況下甚至死亡。2017年世界衛(wèi)生組織官網(wǎng)公布：全世界目前大約有2.35億人罹患哮喘，是兒童中的一種常見疾病，且死亡多發(fā)生在老年群體中。近期Huang[3]等人在線發(fā)表的研究結(jié)果顯示：目前我國20歲及以上哮喘人數(shù)達(dá)4570萬，快速增長的發(fā)病率迫切需要我們探究其發(fā)病原因并給出預(yù)防要求。

已有研究表明遺傳和環(huán)境氣候因素變化是哮喘的主要發(fā)病機(jī)制[4]，然而，短時(shí)間內(nèi)大量的全球性普遍增長不太可能被解釋為遺傳信息的變化，因此，進(jìn)一步研究環(huán)境和氣象因素影響的哮喘患病情況十分必要。目前國內(nèi)外已經(jīng)完成了大量關(guān)于氣象因子和大氣環(huán)境因子與哮喘關(guān)系的研究，Wang[5]等人發(fā)現(xiàn)在研究期間北京地區(qū)氮氧化物是對(duì)呼吸疾病死亡率相關(guān)的最主要污染物；Stieb[6]等人也發(fā)現(xiàn)臭氧、顆粒物與呼吸系統(tǒng)疾病密切相關(guān)；1997年Keatinger[7]等人研究發(fā)現(xiàn)氣溫波動(dòng)和變化對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病有重要作用：在氣溫低于18℃的地區(qū)，溫度每下降1℃，較溫暖地區(qū)的死亡率百分比高于寒冷地區(qū)。而屈芳[8]指出：在評(píng)估各類環(huán)境氣象因素對(duì)呼吸系統(tǒng)的影響時(shí)，需著重考慮氣象-空氣污染-過敏原多維體系，探討氣象、環(huán)境、健康間的復(fù)合作用。

以往大多研究結(jié)果都是在急診資料或死亡資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的研究[9～10]，對(duì)門診資料的相關(guān)研究較少，本文收集蘭州市三家三級(jí)甲等醫(yī)院哮喘門診資料，分析氣象因子和大氣環(huán)境因子與哮喘門診就診人次的關(guān)系，并基于時(shí)間序列的廣義相加模型（GAM）定量評(píng)價(jià)氣象因子和環(huán)境因子增加一個(gè)單位時(shí)對(duì)哮喘發(fā)病人次的影響，目的是有針對(duì)性地保護(hù)易感人群，為盡可能保障蘭州市公眾健康提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

1）疾病資料。來源于蘭州市3家三級(jí)甲等綜合醫(yī)院的日門診就診記錄，具有高度代表性，包括2014年1月1日至2017年12月31日期間哮喘就診患者的性別、年齡、就診時(shí)間和診斷結(jié)果等信息。

2）大氣環(huán)境監(jiān)測資料。同期大氣環(huán)境因子逐日質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)NO2、SO2和CO來源于蘭州市環(huán)境保護(hù)局和中國空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。

3）氣象資料。同期氣象數(shù)據(jù)來自蘭州市氣象局，整理后得到逐日平均氣溫（℃）、平均氣壓（hPa）、相對(duì)濕度（%）、平均風(fēng)速(m/s)、最低溫度(℃)和最高溫度(℃)。季節(jié)劃分采用氣象上季節(jié)劃分的方法,即上年12月至次年2月為冬季，3月至5月為春季，6月至8月為夏季，9月至11月為秋季。

1.2 研究方法

采用SPSS20統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)蘭州市氣象資料、大氣環(huán)境資料和疾病資料進(jìn)行描述性分析和Spearman相關(guān)分析，并對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行頻數(shù)分析，得到均值、標(biāo)準(zhǔn)差、極小值、極大值，以及第25、50和75百分位數(shù)，和按年齡（≤14 歲，15～64 歲，≥65 歲）與性別（男、女）分層，得到季節(jié)劃分情況下的疾病資料分布特征。

每日哮喘門診人數(shù)相對(duì)于蘭州市常住總?cè)丝跒樾「怕适录J(rèn)為服從Poisson分布，本文將運(yùn)用基于時(shí)間序列的廣義相加模型 （generalized additional model，GAM）定量評(píng)價(jià)氣象因子對(duì)人體健康影響，用R3.6.2軟件實(shí)現(xiàn)。模型公式如下：

式中，:E （Yi）為第i日成人哮喘門診人次期望值；s為非參數(shù)平滑樣條函數(shù)；time為時(shí)間趨勢；df為自由度；Xi為要調(diào)整的與發(fā)病人次呈非線性關(guān)系的變量，包括氣象因素和污染物；Xj為與發(fā)病人次呈線性關(guān)系的變量；β為回歸系數(shù)；α為截距；同時(shí)引入的還有星期變量（dow）和節(jié)假日變量（holiday），用于控制短期波動(dòng)。

在控制長期趨勢、星期幾效應(yīng)、節(jié)假日效應(yīng)，同時(shí)考慮氣象因素和空氣污染等因素混雜的基礎(chǔ)上，分別引入變量，并考慮其滯后效應(yīng)，即門診就診數(shù)據(jù)與前幾日的氣象環(huán)境因子進(jìn)行回歸分析，以研究前幾日的氣象環(huán)境因子水平對(duì)門診就診人次的影響。核心模型建立后考察殘差序列是否屬于白噪聲分布，如果不滿足殘差獨(dú)立性要求，則需進(jìn)一步調(diào)整模型。

根據(jù)偏自相關(guān)系數(shù) （partial correlation function，PACF）選擇各解釋變量及自由度，考察自變量滯后7d（lag0～lag7）的發(fā)病效應(yīng)，根據(jù)AIC（Akaike Information Criterion）信息準(zhǔn)則選擇合適的滯后日進(jìn)入模型，AIC越小，模型擬合效果越好。

采用相對(duì)危險(xiǎn)度RR（Relative Risk）定量評(píng)價(jià)自變量對(duì)哮喘的影響，即Xj每增加一個(gè)單位，哮喘門診人次的相對(duì)改變量，根據(jù)GAM模型中單位Xj變化對(duì)應(yīng)的效應(yīng)值 β 可知，RR=exp(β·△Xj)，當(dāng) RR＞1，表明隨著暴露值的增加，發(fā)病危險(xiǎn)增加，RR＜1則表明隨著暴露值的增加，發(fā)病危險(xiǎn)降低，并計(jì)算95%置信區(qū) 95%CI=exp（△Xj（β±1.96SE）），再引入超額危險(xiǎn)度ER=（RR-1）×100%，計(jì)算Xj變化一個(gè)單位，門診人次上升的百分比。

表1 2014年至2017年蘭州市哮喘門診人次、氣象因子及大氣環(huán)境因子頻數(shù)分布特征

2 結(jié)果與討論

2.1 描述性分析

蘭州市2014年至2017年蘭州市哮喘門診人次總計(jì)30255例，按照性別分類，其中男性13874例（占總門診人次的45.9%），女性16380例（占門診總?cè)舜蔚?4.1%），未知性別1例；按照年齡分類，兒童（≤14歲）7475例，占門診總?cè)舜蔚?4.7%，成年（15～64 歲）19756 例，占門診總?cè)舜蔚?65.3%，老年（≥65歲）3024例，占門診總?cè)舜蔚?0.0%。氣象因子、大氣環(huán)境污染物濃度以及哮喘門診人次的頻數(shù)分布特征見表1。從表中可見蘭州市門診哮喘患者日均就診20.71例，日最大就診人次達(dá)到86例，兒童日平均就診5.12例，成年和老年分別為13.52例和2.07例，女性日平均就診人次比男性多。平均溫度、平均風(fēng)速、平均氣壓、相對(duì)濕度、最低溫度和最高溫度的平均值分別為 11.45℃、1.24m/s、846.4hPa、50.2%、6.7℃、17.1℃，符合蘭州市典型的溫帶大陸性氣候。NO2的年均濃度超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]。

蘭州市2014年1月1日至2017年12月31日期間氣象因子、大氣環(huán)境因子與哮喘門診人次時(shí)間序列如圖1所示。從圖中可以看到：平均氣溫、最低氣溫和最高氣溫呈明顯周期性變化，平均氣壓在850hpa左右波動(dòng)，個(gè)別日期波動(dòng)較大，平均風(fēng)速主要在1至2m/s間變化，相對(duì)濕度也有較明顯的周期性變化。所有污染物質(zhì)量濃度表現(xiàn)出一定程度的季節(jié)性變化，均表現(xiàn)為冬季高于夏季，是因?yàn)槎緸椴膳冢廴驹丛龆啵矣心鏈貙拥拇嬖冢琋O2在整個(gè)研究時(shí)間段上明顯增長，蘭州市哮喘發(fā)病人次也呈上升趨勢。

圖1 2014年至2017年蘭州市氣象因子、大氣環(huán)境因子和哮喘門診人次的時(shí)間序列

表2 蘭州市哮喘門診人次的季節(jié)變化（單位：例）

表2為2014年1月1日至2017年12月31日期間蘭州哮喘門診人次按季節(jié)統(tǒng)計(jì)情況。從表2中可以看到，研究期間蘭州市哮喘門診人次在秋季最多，男性和女性患者的季節(jié)人次變化與總就診人次變化趨勢非常一致：秋季最多，夏季次之，冬季最少。年齡結(jié)構(gòu)中，兒童和成年患者人次變化趨勢一致，也是秋季最多，冬季最少，而老年患者在春季最多，冬季次之，秋季最少。隨著季節(jié)變化，各人群發(fā)病率不同，因此在哮喘發(fā)作的預(yù)防工作中應(yīng)充分考慮不同人群發(fā)病的季節(jié)性特點(diǎn)。

2.2 疾病就診人次與氣象因子和大氣環(huán)境因子的相關(guān)性分析

上述研究表明研究期間哮喘發(fā)病人次呈上升的趨勢，且不同性別、不同年齡段的發(fā)病人群在不同季節(jié)的發(fā)病率略有不同，因此分析就診人次與氣象因子和大氣環(huán)境因子的相關(guān)性，結(jié)果見表3。

表3 氣象因子和大氣環(huán)境因子與哮喘門診患者的相關(guān)分析

從表3中可以看到，研究期間蘭州市兒童哮喘發(fā)病率與平均氣溫、相對(duì)濕度、最低氣溫和最高氣溫顯著正相關(guān)，這與某些地區(qū)研究結(jié)果不同[12-13]，老年哮喘發(fā)病率與平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫顯著負(fù)相關(guān)，和NO2顯著正相關(guān)，兒童和老人與平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫的相關(guān)性相反，相對(duì)濕度與兒童發(fā)病率的相關(guān)性最大，NO2與老年發(fā)病率的相關(guān)性最大。

蘭州市兒童哮喘發(fā)病率與平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫呈正相關(guān)，說明兒童對(duì)高溫較敏感，已有研究表明花粉是兒童哮喘的促發(fā)因子之一，氣溫越高，花粉越容易傳播，越容易誘發(fā)兒童哮喘[14]。相對(duì)濕度對(duì)兒童的影響可能原因是細(xì)菌及霉菌在潮濕空氣中容易生長繁殖增加，相對(duì)濕度越大，越容易引起呼吸道感染而誘發(fā)慢性呼吸道炎癥，從而引發(fā)哮喘[15]。

蘭州市老年哮喘發(fā)病率與平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫呈負(fù)相關(guān)，說明老人對(duì)低溫較敏感，對(duì)于老年患者而言，冷空氣是哮喘發(fā)作的危險(xiǎn)因素，可刺激氣道黏膜血管收縮，導(dǎo)致局部血液循環(huán)障礙，易于激發(fā)感染，增加哮喘發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[16]，而老年發(fā)病率與NO2正相關(guān)，是因?yàn)镹O2是O3的前體物，O3可增加氣道黏膜反應(yīng)敏感性，使得氣道接觸變應(yīng)原后過敏反應(yīng)加重，誘發(fā)哮喘[17]。

兒童和老年發(fā)病率與平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫的相關(guān)性相反，原因也可能是這些結(jié)論是在分析全年數(shù)據(jù)上的結(jié)果，所以進(jìn)一步研究不同季節(jié)條件下兒童和老年發(fā)病率與平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫的相關(guān)性很有必要。

2.3 氣象因子和環(huán)境因子對(duì)哮喘疾病的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

在控制了長期趨勢、星期幾效應(yīng)、節(jié)假日效應(yīng)以及氣象因素與大氣污染物混雜效應(yīng)的基礎(chǔ)上，將平均氣溫、相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)速等納入模型，分析氣象因子和環(huán)境因子對(duì)兒童和老人的滯后發(fā)病效應(yīng)。根據(jù)PACF值的參考及AIC最小原則，兒童選擇平均氣溫、相對(duì)濕度、最低氣溫、最高氣溫滯后7d進(jìn)入模型，老年選擇平均氣溫滯后7d，最低氣溫、最高氣溫滯后6d，NO2滯后7d的值進(jìn)入模型，模型擬合結(jié)果見表4。其中β為模型估算的偏回歸系數(shù)，SE（standard error）為標(biāo)準(zhǔn)差。本研究的研究結(jié)果為，平均氣溫每上升1℃，兒童每日發(fā)病RR為1.0079（95%CI:1.0004～1.0155），通過 0.05 顯著性檢驗(yàn)，相對(duì)濕度每上升1%，兒童每日發(fā)病RR為1.0034（95%CI:1.0013～1.0055）， 通過 0.05 顯著性檢驗(yàn)，最低氣溫每上升1℃，兒童每日發(fā)病RR為1.0025（95%CI:0.9943～1.0108），未通過 0.05顯著性檢驗(yàn)，最高氣溫每上升1℃，兒童每日發(fā)病RR為1.0076（95%CI:1.0018～1.0134），通過0.05顯著性檢驗(yàn)；平均氣溫每上升1℃，老年發(fā)病RR為0.9977（95%CI:0.9864～1.0090），未通過0.05顯著性檢驗(yàn)，最低氣溫每上升1℃，發(fā)病 RR 為 0.9820（95%CI:0.9715～0.9927），且通過0.05顯著性檢驗(yàn)，最高氣溫每上升1℃，發(fā)病RR 為 0.9984（95%CI:0.9899～1.0071）未通過 0.05 顯著性檢驗(yàn)，NO2每上升1μg/m3， 發(fā)病RR為1.0015（95%CI:0.9993～1.0038）未通過0.05顯著性檢驗(yàn)。

所以平均氣溫、最高氣溫上升，兒童的相對(duì)危險(xiǎn)度就會(huì)增加，且平均氣溫每上升1℃，兒童就診人次增加0.79%，最高氣溫每上升1℃，兒童就診人次增加0.76%，相對(duì)濕度增加1%，兒童就診人次增加0.34%；最低氣溫下降，老人的相對(duì)危險(xiǎn)度就會(huì)增 加，且每下降1℃，老人就診人次增加1.8%，見表4。

表4 氣象環(huán)境因子與兒童、老人哮喘發(fā)病人數(shù)的回歸關(guān)系的模型擬合結(jié)果

3 結(jié)論與討論

利用2014-2017年蘭州市三家三甲醫(yī)院的哮喘門診數(shù)據(jù)分析得到以下結(jié)論：

從氣象環(huán)境因子和哮喘發(fā)病人數(shù)的時(shí)間序列中可知近年來蘭州市大氣污染物NO2明顯增大，哮喘發(fā)病率也有上升的趨勢。哮喘發(fā)病人次按季節(jié)分類的結(jié)果顯示，兒童在秋季最多，冬季最少，老年患者在春季最多，秋季最少。提示不同人群對(duì)氣候的敏感程度不同，在哮喘發(fā)作的預(yù)防工作中應(yīng)充分考慮不同人群發(fā)病的季節(jié)性特點(diǎn)。

哮喘發(fā)病人次與氣象因子和大氣環(huán)境因子的相關(guān)性結(jié)果表明兒童與平均氣溫、相對(duì)濕度，日最低氣溫和日最高氣溫顯著正相關(guān)，老年患者與平均氣溫、日最低氣溫和日最高氣溫負(fù)相關(guān)和NO2正相關(guān)，所以兒童除了避免在極端天氣和嚴(yán)重空氣污染環(huán)境下活動(dòng)，還要盡量注意高溫、高濕的影響，老人對(duì)寒冷可能比較敏感，因此在冬季應(yīng)盡量減少外出，且冬季NO2過剩，嚴(yán)重影響老年人的身心健康。

本文研究結(jié)果提示，平均氣溫、相對(duì)濕度和最高氣溫與兒童哮喘就診人次密切相關(guān)，日最低氣溫與老人哮喘就診人次密切相關(guān)。平均氣溫每上升1℃，兒童超額危險(xiǎn)度為0.79%，相對(duì)濕度增加1%，兒童超額危險(xiǎn)度為0.34%，最高氣溫每上升1℃，兒童超額危險(xiǎn)度為0.76%；最低氣溫每下降1℃，老人超額危險(xiǎn)度為1.8%，且具有一定的滯后性。

由于獲得的疾病資料有限，且受地域、文化和各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響，不同地區(qū)研究出來的結(jié)果也可能有所不同。但需要注意的是兒童和老人由于機(jī)體免疫能力差，更容易受到氣象因子和大氣污染物的影響，并且哮喘的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，與遺傳、過敏、機(jī)體免疫、環(huán)境氣候等因素有關(guān)，需要結(jié)合醫(yī)學(xué)和氣象上的知識(shí)綜合研究。