上海市天氣和污染對(duì)兒童哮喘就診人次的影響*

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上海市天氣和污染對(duì)兒童哮喘就診人次的影響*

牟 喆1，2彭 麗1，2楊丹丹1，2江 帆3殷 勇3花 靜4耿福海1，2△

目的研究上海市天氣和大氣污染對(duì)3～14歲兒童哮喘就診人數(shù)的影響。方法在控制了時(shí)間的中長(zhǎng)期效應(yīng)、節(jié)假日效應(yīng)、星期效應(yīng)基礎(chǔ)上利用廣義相加的泊松回歸模型分析了2009年1月1日到2010年12月31日上海市三家三甲兒科?？漆t(yī)院3～14歲兒童哮喘的就診人數(shù)受天氣（溫度、濕度）和大氣污染SO2、NO2、O3、PM10（量直徑在10微米以下的顆粒物）、PM2.5（量直徑在2.5微米以下的顆粒物）的影響。結(jié)果模型結(jié)果顯示上海市溫度和大氣污染物對(duì)3～14歲兒童哮喘的就診人數(shù)有影響：當(dāng)平均溫度低于20℃時(shí)兒童哮喘的就診人數(shù)明顯高于其他溫度段；同時(shí)，滯后一天的污染物與3～14歲兒童哮喘的就診人數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表現(xiàn)為：PM10、PM2.5、NO2、SO2每升高10μg/m3相應(yīng)的3～14歲兒童哮喘就診人數(shù)增加大約0.69%（CI：0.27%-1.1%，P＝0.001）、0.78%（CI：0.16%-1.4%，P＝0.014），1.49%（CI：2.72%～4.94%，P＜0.001），1.73%（CI：0.7%～2.76%，P＝0.001），O3每升高10ppb兒童哮喘就診人數(shù)會(huì)相應(yīng)增加大約3.83%（CI：2.7%～4.94%，P＜0.001）。結(jié)論根據(jù)本研究結(jié)果可通過(guò)提供有效的天氣防護(hù)措施預(yù)防兒童哮喘的發(fā)作。

天氣 大氣污染 兒童哮喘 廣義相加模型

哮喘是當(dāng)今世界最常見(jiàn)的慢性呼吸道疾病之一，全球已有哮喘患者3億。發(fā)達(dá)國(guó)家兒童哮喘的患病率高于10%，并且還在逐年上升，發(fā)展中國(guó)家兒童哮喘的患病率還要高于此數(shù)值［1］。我國(guó)兒童哮喘的患病率也在逐年升高，一項(xiàng)在我國(guó)27個(gè)城市的流行病學(xué)調(diào)查顯示1990-2000年10年內(nèi)兒童哮喘的患病率由0.91%升到1.5%，同期，上海市的一項(xiàng)調(diào)查顯示12歲以下兒童哮喘的患病率由1.9%升至3.34%。上海市另外一個(gè)基于學(xué)校的整群隨機(jī)抽樣調(diào)查顯示2007 -2010年6～14歲兒童哮喘的患病率從5.92%升至10%［2］。國(guó)外大量文獻(xiàn)顯示天氣、大氣污染（如PM10、PM2.5、NO2、SO2等）是兒童哮喘的危險(xiǎn)因子［3］，但目前我國(guó)對(duì)此研究較少。本研究針對(duì)上海市特定的天氣條件和大氣污染狀況，分析了天氣、大氣污染對(duì)上海市三家三甲兒科專科醫(yī)院3～14歲兒童哮喘患者就診人數(shù)的影響，為兒童哮喘的防護(hù)提供一定的指導(dǎo)意見(jiàn)。

資料來(lái)源與方法

1.數(shù)據(jù)資料來(lái)源

兒童哮喘就診數(shù)據(jù)：兒童哮喘就診資料由上海市三家兒科?？迫揍t(yī)院（上海兒童醫(yī)學(xué)中心、上海新華醫(yī)院、復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院）收集，包括2009年1月1日至2010年12月31日逐日的3～14歲兒童哮喘的就診（門診＋急診）人數(shù)資料，該資料包括患者年齡和就診日期。兒童哮喘均由臨床醫(yī)生根據(jù)國(guó)際疾病分類標(biāo)準(zhǔn)ICD-9確診。上海共有四家兒科?？迫揍t(yī)院，其中兒童醫(yī)院資料不完整（2009年10月之前沒(méi)有數(shù)據(jù)），2009年10月后數(shù)據(jù)相對(duì)較少（平均每日約20人），為保證數(shù)據(jù)收集時(shí)間的完整性選用其他三家三甲兒科?？漆t(yī)院數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)基本可以代表上海市兒童哮喘就診人數(shù)的變化規(guī)律。

天氣、大氣污染數(shù)據(jù)：2009-2010年的氣象資料采用上海市氣象局10個(gè)自動(dòng)站的平均資料，其中包括逐日的平均溫度、平均濕度，基本可以代表上海市的天氣情況。大氣污染資料包括：PM10（日平均—上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)）、PM2.5（日平均—上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)）、NO2（日平均，上海城市環(huán)境氣象中心大氣成分觀測(cè)站數(shù)據(jù)）、O3（根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采用8小時(shí)最大，上海城市環(huán)境氣象中心大氣成分觀測(cè)站數(shù)據(jù)）。

所有統(tǒng)計(jì)分析利用軟件R2.13.0的MGCV程序包，污染物的危險(xiǎn)度計(jì)算除特殊說(shuō)明外均利用IQR（Inter-Quartile Range）方法。

2.統(tǒng)計(jì)方法

相對(duì)上海市常住人口1921.32萬(wàn)，3～14歲兒童哮喘每日就診人數(shù)大約為90人（研究期間內(nèi)），可以認(rèn)為每日的兒童哮喘就診人數(shù)近似服從Poisson分布。由于天氣、大氣污染對(duì)兒童哮喘就診人數(shù)的影響通常為非線性，因此，我們利用帶有自然立方樣條函數(shù)（natural cubic spline）的廣義相加模型（Poisson回歸）來(lái)分析就診人數(shù)與天氣、大氣污染等協(xié)變量的關(guān)系?？紤]到天氣和污染物對(duì)就診人數(shù)的影響通常有著一定的滯后效應(yīng)，我們結(jié)合兒童哮喘發(fā)病機(jī)制（0～3天），分別計(jì)算不同滯后期（0～3天）污染物濃度與兒童哮喘就診人數(shù)的Spearman相關(guān)系數(shù)（非線性相關(guān)），并根據(jù)相關(guān)系數(shù)最大原則確定天氣、大氣污染的滯后期。在基本模型中我們利用樣條函數(shù)控制時(shí)間的中長(zhǎng)期效應(yīng)，利用啞元變量控制節(jié)假日效應(yīng)、星期效應(yīng)，用樣條函數(shù)表達(dá)天氣要素（日平均溫度，日均濕度），并利用GCV（generalized cross validation）和PACF（partial autocorrelation function）準(zhǔn)則相結(jié)合的方法確定時(shí)間樣條函數(shù)的自由度［4］。同時(shí)，考慮到污染物間的相關(guān)性我們?cè)诨灸Ｐ椭兄鸩郊尤雴我晃廴疚?，最終構(gòu)建單一污染物模型如下：

其中，Yt為在觀察日t上海市三家主要兒童醫(yī)院的兒童哮喘門急診人次，對(duì)于每個(gè)時(shí)間t，Yt—服從均數(shù)為μt的Poisson分布；α—截距；β—其對(duì)數(shù)相對(duì)危險(xiǎn)度RR，該估計(jì)值β描述了污染物每升高一個(gè)刻度哮喘就診人數(shù)會(huì)相應(yīng)增加（eβ-1）×100%個(gè)百分比。ns（temperature，4）表示自由度為4的溫度的樣條函數(shù)；ns（date，12）為自由度為12的時(shí)間的中長(zhǎng)趨勢(shì)的樣條函數(shù)；ωt（week）為星期效應(yīng)的啞元變量；ωt（vacation）為節(jié)假日效應(yīng)的啞元變量；εt為隨機(jī)效應(yīng)。

結(jié) 果

表1 2009年1月1日-2010年12月31日上海市兒童哮喘就診人數(shù)及天氣、大氣污染的描述性統(tǒng)計(jì)量

2009年1月1日到2010年12月31日期間共有65809（人數(shù)）兒童（3～14歲）哮喘患者就診（門診＋急診），平均每天大約有90人。表1給出了研究期間內(nèi)各個(gè)變量的描述性統(tǒng)計(jì)量。并通過(guò)大量探索性分析發(fā)現(xiàn)兒童哮喘就診人數(shù)一般在10～12月較高，春節(jié)效應(yīng)使得1～2月相對(duì)較少，同時(shí)在5～6月會(huì)出現(xiàn)就診的小高峰，在7-9月又出現(xiàn)回落。PM10、PM2.5、NO2、 O3、SO2的濃度為冬高夏低，O3的濃度為夏高冬低。與WHO（World Health Organization）和EPA（Environmental Protection Agency）的標(biāo)準(zhǔn)相比，上海的大氣污染程度較高。

結(jié)合哮喘的發(fā)病機(jī)制（一般0～3天發(fā)病），我們計(jì)算兒童哮喘就診人數(shù)與氣象和大氣污染物滯后0～3天的Spearman相關(guān)系數(shù)，最終確定滯后一天的污染物對(duì)就診人數(shù)影響最大。氣象因子中只有溫度對(duì)兒童哮喘的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。根據(jù)GCV和PACF方法最終選定時(shí)間的樣條函數(shù)為12，溫度和大氣污染物的樣條函數(shù)自由度為4。模型結(jié)果如下：（1）溫度：當(dāng)溫度低于20℃左右時(shí)兒童哮喘就診人數(shù)較高，之后隨著溫度的升高兒童哮喘就診人數(shù)逐漸降低；（2）大氣污染物：從污染物的樣條函數(shù)圖形上可以看到污染物對(duì)兒童哮喘就診人數(shù)的對(duì)數(shù)相對(duì)危險(xiǎn)度有著近似線性的正相關(guān)，即隨著污染物濃度的升高，兒童哮喘就診人數(shù)升高，利用IQR準(zhǔn)則確定PM10、PM2.5、NO2、SO2每升高10μg/m3，兒童哮喘就診人數(shù)會(huì)相對(duì)增加0.69%（CI：0.27%-1.1%，P＝0.001），0.78%（CI：0.16% -1.4%），1.49%（CI：0.64%-2.34%，P＜0.001），1.73（CI：0.7%-2.76%，P＝0.001），O3（8小時(shí)平均最大）每升高10ppb兒童哮喘就診人數(shù)會(huì)增加3.83%（CI：2.72%-4.94%，P＜0.001），如下表2所示。

表2 單污染模型結(jié)果中污染物的對(duì)數(shù)相對(duì)危險(xiǎn)度估計(jì)值

討 論

北美和歐洲發(fā)生一些嚴(yán)重的大氣污染事件之后，人們就開(kāi)始關(guān)注大氣污染對(duì)呼吸道疾病及人體健康的影響，大氣污染嚴(yán)重時(shí)甚至可導(dǎo)致死亡。近年來(lái)隨著城市的快速發(fā)展，工廠廢氣和汽車尾氣的排放使得我國(guó)的空氣質(zhì)量越來(lái)越差，機(jī)動(dòng)車排放的尾氣是上海市大氣中PM2.5，NO2的一個(gè)重要來(lái)源。大氣污染對(duì)公共健康的影響已成為一個(gè)全球性話題。大氣污染是影響兒童呼吸系統(tǒng)健康的危險(xiǎn)因素。本研究通過(guò)對(duì)上海市天氣和主要大氣污染物與兒童哮喘就診人數(shù)的研究分析發(fā)現(xiàn)溫度、PM10、PM2.5、NO2、SO2、O3與兒童哮喘就診人數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)聯(lián)。

本研究涉及的天氣和大氣污染數(shù)據(jù)往往具有較強(qiáng)的相關(guān)性（非獨(dú)立），使得傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析方法（如多重線性回歸）在處理環(huán)境與疾病結(jié)局的問(wèn)題時(shí)受到限制，因此構(gòu)建了Poisson回歸的廣義相加模型（GAM），該模型結(jié)合了參數(shù)和非參數(shù)模型的優(yōu)點(diǎn)，并假設(shè)函數(shù)的各個(gè)部分是可加的。該模型可以處理結(jié)局變量和眾多解釋變量間復(fù)雜的非線性關(guān)系［5］。本研究在探索性分析時(shí)也考慮到溫差（兩日平均溫度的差值）和日較差（當(dāng)日最高和最低溫度差）對(duì)兒童哮喘就診人數(shù)的影響，但由于溫差和日較差僅能解釋模型的小部分變異，模型的大部分變異都被溫度解釋，因此，最終選擇日平均溫度為解釋變量。同時(shí)，我們對(duì)模型的過(guò)膨脹進(jìn)行檢驗(yàn)，研究資料存在過(guò)膨脹問(wèn)題，因此使用Quasi-Poisson回歸的廣義相加模型。本研究中PM10樣條函數(shù)后半段的下降趨勢(shì)是由于當(dāng)污染物濃度數(shù)值較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)異常值，但其置信區(qū)間很寬，表明這樣的數(shù)據(jù)很少，因此，對(duì)研究結(jié)果幾乎無(wú)影響。

本研究發(fā)現(xiàn)溫度是導(dǎo)致哮喘就診人數(shù)變化的一個(gè)重要因素，國(guó)內(nèi)一項(xiàng)在青島市區(qū)的研究表明兒童哮喘的急性發(fā)作與氣溫呈負(fù)相關(guān)［6］，本研究進(jìn)一步得到溫度對(duì)兒童哮喘就診風(fēng)險(xiǎn)有著非線性的相關(guān)趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為溫度低于20℃時(shí)是兒童哮喘的高發(fā)期，這是由于大多數(shù)的兒童哮喘是感冒誘發(fā)而致，春秋的氣溫多變及冬季寒冷是感冒的高發(fā)期。另外，也有研究表明春節(jié)的花粉也是兒童哮喘的促發(fā)因子之一，但由于無(wú)法測(cè)量個(gè)體花粉的接觸量，本研究沒(méi)有加入花粉數(shù)據(jù)。

本研究發(fā)現(xiàn)滯后一天的污染物對(duì)兒童哮喘就診人數(shù)有著近似線性的影響趨勢(shì)，即隨著O3、NO2、PM10、PM2.5、SO2濃度的升高上海市兒童（3～14歲）哮喘的就診人數(shù)也隨之增加，這與國(guó)外大多數(shù)關(guān)于大氣污染與兒童哮喘就診關(guān)系的研究結(jié)果相同。如：2001-2004年在希臘雅典的一項(xiàng)時(shí)間序列研究顯示PM10是兒童哮喘的危險(xiǎn)因子［7］；另外一項(xiàng)在美國(guó)猶他州［8］的研究給出在控制溫度和其他效應(yīng)后，PM2.5與兒童哮喘急性發(fā)作有著顯著性的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)聯(lián)。2001-2003年一項(xiàng)在Oklahoma的研究顯示NO2、O3、PM2.5和花粉都是兒童（＜＝14歲）哮喘的危險(xiǎn)因素［3］；1998-2001年臺(tái)灣一項(xiàng)研究顯示溫度、氣壓、PM10、SO2、CO、O3都是兒童哮喘的危險(xiǎn)因子，但是該研究沒(méi)有發(fā)現(xiàn)NO2與兒童哮喘就診人數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的聯(lián)系［9］，但一項(xiàng)在美國(guó)哮喘兒童的調(diào)查顯示高濃度的NO2是兒童哮喘的促發(fā)因子［10］。目前大氣污染對(duì)哮喘急性發(fā)作的確切機(jī)制尚未明確，但有推測(cè)認(rèn)為，小顆粒污染物（PM2.5）主要通過(guò)穿透肺泡上皮細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)，在血液中釋放生物活性物質(zhì)促進(jìn)變態(tài)發(fā)硬性炎癥的發(fā)生，這些炎癥介質(zhì)可以趨化并激活相關(guān)炎癥細(xì)胞，使之長(zhǎng)期存在肺內(nèi)，可促使哮喘的慢性炎癥持續(xù)存在。同時(shí)，污染物的升高會(huì)增加氣道的高反應(yīng)性，從而引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。

2012年世界哮喘日提出：“哮喘是可以控制的”。國(guó)內(nèi)外大量的研究顯示空氣是哮喘的促發(fā)因子，因此希望通過(guò)本研究可以對(duì)上海市兒童哮喘的預(yù)防工作起到一定的提示作用，提高兒童的健康生命質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：劉 壯）

*：公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（GYHY201206027）；上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目（11DZ2260900，12dz1202600，11231200600）；上海市氣象局科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（YJ201204）

1.上海市氣象與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（200135）

2.上海市城市環(huán)境氣象中心

3.上海市兒童醫(yī)學(xué)中心

4.上海市第一婦嬰保健院

△通信作者：耿福海，E-mail：fuhaigeng＠263.net