沙塵天氣PM10對多種心血管疾病日門診人數(shù)的影響

楊振華，張月霞，張全喜，張 劍，盧 彬，孟紫強（山西大學環(huán)境科學研究所，環(huán)境醫(yī)學與毒理學研究所，山西太原 030006）

沙塵天氣PM10對多種心血管疾病日門診人數(shù)的影響

楊振華，張月霞，張全喜，張 劍，盧 彬，孟紫強*（山西大學環(huán)境科學研究所，環(huán)境醫(yī)學與毒理學研究所，山西太原 030006）

為研究沙塵天氣大氣可吸入顆粒物（PM10）與心血管系統(tǒng)疾病每日門診人數(shù)的聯(lián)系，采用半?yún)?shù)廣義相加泊松回歸模型（GAM），在排除了混雜因素如季節(jié)趨勢、日歷效應、氣象因素和時間長期趨勢等作用的前提下，分析2004年3月1日～5月31日沙塵暴頻發(fā)區(qū)——甘肅省武威市大氣PM10與多種心血管疾病每日門診相對危險度（RR）的關系.結果表明，PM10與男、女總心血管系統(tǒng)疾病門診RR均在滯后第2d（lag2）的聯(lián)系有統(tǒng)計學意義.PM10分別在lag3和lag4對男、女性風濕性心臟病門診RR的影響有統(tǒng)計學意義； PM10（lag2）與男性高血壓門診RR的聯(lián)系有統(tǒng)計學意義.PM10在lag2對男性缺血性心血管疾病門診RR的影響有統(tǒng)計學意義；PM10對男、女性心律失常以及充血性心力衰竭門診RR的影響均無統(tǒng)計學意義.在調整了SO2和/或NO2后，PM10對男、女性心血管系統(tǒng)疾病門診RR的作用有所下降，但在統(tǒng)計學上仍有意義.然而在分別調整了其他污染物后，SO2和NO2變得無統(tǒng)計學意義.沙塵天氣PM10濃度分類模型分析表明，從正常清潔天、輕度污染天到揚沙天氣、沙塵暴天氣，隨著PM10濃度水平的增大，心血管系統(tǒng)疾?。ㄈ毖孕难芗膊　⒊溲孕牧λソ?、心律失常、高血壓、風濕性心臟?。╅T診RR也隨之增高，呈現(xiàn)一定的劑量效應關系.沙塵天氣可吸入顆粒物可引起暴露居民多種心血管系統(tǒng)疾?。ㄈ毖孕难芗膊　⒊溲孕牧λソ?、心律失常、高血壓、風濕性心臟?。╅T診人數(shù)增多，且均呈現(xiàn)滯后效應. PM10濃度與心血管系統(tǒng)疾病門診RR表現(xiàn)為一定的劑量效應關系.PM10濃度與沙塵天氣強度有密切關系， 隨著PM10濃度與沙塵天氣強度的增大，暴露居民心血管系統(tǒng)多種疾病日門診RR也增大，具體為:正常清潔天＜輕度污染天＜揚沙天＜沙塵暴天.

沙塵天氣；PM10；心血管疾??；每日門診RR；GAM模型

由于PM10可吸附大量的有害物質如有機污染物和重金屬元素等，造成人體心血管系統(tǒng)患病率乃至死亡率的上升［1-2］，故一直倍受人們關注.沙塵天氣包括沙塵暴、揚沙天氣和浮塵天氣，沙塵天氣發(fā)生時會導致空氣中PM10濃度急劇升高，從而對人群造成急慢性健康損害.在韓國進行的一項調查發(fā)現(xiàn)，PM10與心血管系統(tǒng)疾病人數(shù)的增加有關［3］.在美國進行的一項研究對1987～1994年期間20個大城市的空氣污染與發(fā)病率、死亡率關系的研究發(fā)現(xiàn):大氣中PM10濃度每增加10μg/m3，心肺疾病死亡率、人群總死亡率分別提高0.68%、0.51%［4］.另有文獻報道，大氣中PM10的水平與每日心肺疾病病死率和總死亡率有關，當PM10每增加10μg/m3，總死亡率就增加1%，心血管疾病死亡率增加1.4%［5］.王宛怡等［6］對2002年1月1日～2002年12月31日北京市大氣PM10日均濃度與居民心血管系統(tǒng)疾病日就診人次進行定量回歸分析，結果發(fā)現(xiàn)大氣PM10濃度每上升10μg/m3，當天的心血管系統(tǒng)疾病日就診人次增加0.380%.賈健等［7］對上海市閘北區(qū) 2000年6月1日～2002年12月31日期間大氣污染與居民死亡率之間的關系進行了系統(tǒng)研究，結果發(fā)現(xiàn)大氣中PM10濃度每增加10μg/m3，人群總死亡率的OR值為1.007.但以上研究主要針對發(fā)達地區(qū)來源于工業(yè)污染和道路交通的PM10污染情況，對于沙塵暴所引起自然源的PM10對心血管健康的影響尚未見報道.本文選擇甘肅省武威市就沙塵天氣可吸入顆粒物與居民心血管系統(tǒng)多種常見疾病日門診人數(shù)的關系進行研究，以探討沙塵天氣PM10對人體健康的可能影響.

1 材料與方法

1.1 研究地點及時段

甘肅省武威市位于我國沙塵天氣頻發(fā)的西北地區(qū)，該地區(qū)海拔為1020～4874m，氣候干旱，年均氣溫7.8℃，降水量和蒸發(fā)量分別為60～610mm和1400～3100mm，每年3～5月沙塵天氣頻發(fā)，且該地污染工業(yè)較少，是研究沙塵天氣PM10對人群健康影響的代表性地區(qū).由于每年的3～5月是我國沙塵天氣的高發(fā)期［8-10］，所以本研究將2004年3～5月作為研究時段.

1.2 研究對象

選擇武威市區(qū)全部大中型醫(yī)院（共7所）:涼州區(qū)人民醫(yī)院、涼州區(qū)中醫(yī)院、涼州區(qū)第三人民醫(yī)院、解放軍第十陸軍醫(yī)院、武威市腫瘤醫(yī)院、武威市人民醫(yī)院、武威市中醫(yī)院.從內科、婦科、兒科、五官科、皮膚科、外科、中西醫(yī)科、骨科、泌尿生殖科等收集2004年3月1日至5月31日的每日門診病例，登記比較詳細的病例信息，包括姓名、性別、出生年月、住址、病名或癥狀、是否初（復）診等.把從醫(yī)院收集的門診病例按次序編號，逐個錄入到用Epidata3.0編好的程序中，核查、糾錯后轉入Excel或SPSS11.0進行歸類整理和統(tǒng)計分析.心血管疾病的統(tǒng)計根據(jù)國際疾病分類標準第10版（ICD-10）［11］.同時，2004年3月1日～5月31日逐日大氣污染物數(shù)據(jù)（NO2、SO2、PM10）來自武威市環(huán)境監(jiān)測站，逐日地面氣象資料（如大氣壓、相對濕度、氣溫等）則由武威市氣象局提供.

1.3 統(tǒng)計方法

在統(tǒng)計學上，每日居民因心血管疾病而去醫(yī)院門診相對居民總體而言為小概率事件，近似于泊松分布，故本研究采用半?yún)?shù)廣義相加泊松回歸模型（GAM），在排除了混雜因素（如日歷效應、季節(jié)趨勢、氣象因素和時間長期趨勢等）作用的前提下，將逐日NO2、SO2、PM10濃度作為線性變量引入本模型，分析大氣污染物與心血管疾病日門診RR的關系.具體模型為:

式中:E（Yk）為響應變量Y在k日的心血管疾病門診RR預期值；α為截距；DOW為反映日歷效應的虛擬變量；βXk為GAM模型中的參數(shù)部分；β為回歸系數(shù)；Xk為在k日大氣污染物濃度；s為非參數(shù)平滑樣條函數(shù)；time指日期；Zk為在k日的氣象因素變量［12］.

為定量分析大氣污染物（PM10、SO2、NO2）對心血管系統(tǒng)疾病每日門診RR的影響，分別采用了單污染模型及雙/多污染模型同時研究了大氣污染物（PM10、SO2、NO2）暴露對居民門診的滯后效應.滯后效應的具體定義為沙塵天氣發(fā)生當日為滯后天數(shù)0，沙塵天氣發(fā)生后第2d為滯后天數(shù)1，以此類推直至第7d為滯后天數(shù)6.模型擬合優(yōu)度檢驗采用Akaike信息標準（AIC）進行［13］.

RR=exp（β×IQR），根據(jù)模型計算當污染物變化單位濃度（四分位間距（IQR））時，居民每日門診數(shù)自然對數(shù)的相對改變量及RR的95%置信區(qū)間（95%CI）［14］.

此外，根據(jù)當?shù)貙嶋H情況將PM10濃度分為4個層次:≤100μg/m3（定義為清潔天PM10水平）； 101～150μg/m3（定義為輕度污染及浮塵天PM10水平）；151～250μg/m3（定義為揚沙天PM10水平）； ＞250μg/m3（定義為沙塵暴天PM10水平）.并將其作為分類變量引入GAM模型，以檢驗PM10濃度與心血管系統(tǒng)疾病RR是否存在劑量效應關系［15］.

采用S-Plus 6.2軟件進行統(tǒng)計過程的處理.

2 結果

2.1 描述性統(tǒng)計

表1 2004年3月～5月武威市大中型醫(yī)院心血管疾病門診人數(shù)的頻數(shù)分布Table 1 Description of daily cardiovascular outpatient number from March 1stto May 31stin 2004， Wuwei city， Gansu province， China

表2 2004年3～5月武威市氣象和大氣污染物濃度頻數(shù)分布（24h均值）Table 2 Description of daily averages of environmental levels and meteorologic factors from March 1stto May 31stin 2004， Wuwei city， Gansu province， China （average of 24h）

表3 2004年3～5月武威市沙塵天氣與非沙塵天氣氣象和大氣污染物指標的比較（24h均值）Table 3 Comparison of daily averages of environmental levels and meteorologic factors between dust events and non-dust events from March 1stto May 31stin 2004， Wuwei city， Gansu province， China （average of 24h）

表4 2004年3～5月武威市大氣污染物濃度Pearson相關分析Table 4 Analysis on pearson correlation coefficients among daily averages of environmental levels from March 1stto May 31stin 2004， Wuwei city， Gansuprovince， China

表1描述了2004年3月1日～5月31日期間武威市大中型醫(yī)院心血管系統(tǒng)風濕性心臟病、高血壓等常見疾病每日門診人數(shù)的頻數(shù)分布.表2給出了武威市大氣污染物濃度的頻數(shù)分布和氣象條件.NO2、SO2、PM10的日均濃度均低于國家空氣質量二級標準［16］，但PM10日均值高于美國EPA的空氣質量標準（PM10日均值≤65μg/m3）.從表3可知，與非沙塵天氣相比，大氣壓、相對濕度、氣溫、SO2和NO2差異均無統(tǒng)計學意義，但風速、PM10在揚沙和沙塵暴發(fā)生時均顯著增高.表4總結了研究期間武威市大氣污染物濃度Pearson相關分析.

2.2 單污染模型擬合結果

單污染模型中，PM10、NO2、SO2日平均濃度每上升1個IQR時，居民心血管系統(tǒng)疾病日門診RR見圖1.

PM10、NO2、SO2與男、女總心血管系統(tǒng)疾病門診RR呈正向聯(lián)系且具有統(tǒng)計學意義. PM10（lag2）、NO2（lag2）對男、女總心血管系統(tǒng)疾病門診RR的影響有統(tǒng)計學意義，SO2（lag3）、SO2（lag5）分別對男、女總心血管系統(tǒng)疾病門診RR的影響具有統(tǒng)計學意義.SO2、PM10對男性風濕性心臟病門診RR分別在滯后5d、3d的聯(lián)系有統(tǒng)計學意義，SO2、NO2、PM10對女性風濕性心臟病門診RR分別在滯后1d、2d、4d的影響有統(tǒng)計學意義.PM10與男性高血壓門診RR滯后2d的聯(lián)系有統(tǒng)計學意義.對男性缺血性心血管疾病門診RR而言，PM10和NO2均在滯后2d有統(tǒng)計學意義，SO2則在滯后3d和5d有統(tǒng)計學意義.對女性缺血性心血管疾病而言，PM10在滯后5d的影響有統(tǒng)計學意義；對男性心律失常而言，PM10、 NO2分別在滯后4d、2d有統(tǒng)計學意義；PM10（lag5）、PM10（lag1）對男性和女性充血性心力衰竭門診RR的影響有統(tǒng)計學意義.

圖1 心血管系統(tǒng)疾病日門診RR單污染模型分析Fig.1 Relative risks of the association between PM10， NO2， SO2and daily cardiovascular outpatient number in single-pollutant model

2.3 雙/多污染模型擬合結果

將PM10與SO2和/或NO2同時引入GAM方程進行雙污染和多污染模型分析.從圖2可知，在調整了SO2和/或NO2后，PM10對男、女性心血管系統(tǒng)疾病門診RR的作用雖有所下降，但仍具有統(tǒng)計學意義.NO2和SO2對心血管系統(tǒng)疾病門診RR的影響則在分別調整了其他污染物后，均變得無統(tǒng)計學意義.

2.4 PM10濃度分類模型擬合結果

不同PM10水平下男、女心血管疾病門診RR的變化情況見圖3.男、女性對于不同疾病的門診RR雖略有差異，但總趨勢是各種疾病門診RR隨著PM10濃度水平的增大而增高，且具有一定的劑量效應關系.

3 討論

本文研究了甘肅省武威市7所大中型醫(yī)院居民心血管系統(tǒng)幾種常見疾病與沙塵天氣PM10的關系，結果發(fā)現(xiàn)沙塵PM10對心血管系統(tǒng)疾病每日門診人數(shù)存在正向聯(lián)系，且滯后時間較短.

圖2 用雙污染模型與多污染模型分析心血管系統(tǒng)疾病門診RR（95%CI）Fig.2 Relative risks of the association between PM10， NO2， SO2and daily cardiovascular outpatient number in co-pollutant model and multi-pollutant model

圖3 不同沙塵天氣PM10水平下的男女性心血管疾病門診RRFig.3 RR of male and female cardiovascular diseases outpatient according to categories of PM10owning to dust events，respectively

近年來，我國西北、華北地區(qū)沙塵天氣的發(fā)生日趨頻繁.由表3可見，武威市發(fā)生沙塵天氣期間SO2、NO2濃度有降低的趨勢，而PM10濃度則急劇升高，大大超出國家空氣質量二級標準［16］.文獻報道在非沙塵天氣時總懸浮顆粒物的28%為PM10，而在沙塵天氣時這一比例則提高到51%［17-18］.由于沙塵天氣顆粒物在大氣中停留時間長、輸送距離遠，使得有機污染物以及重金屬元素（如Pb， Se， Zn， Cd， Cu）在空氣中的濃度也遠高于非沙塵天氣時，導致PM10的濃度和毒性隨遷移而增高，危害也更加嚴重［19-20］.

本文研究發(fā)現(xiàn)沙塵天氣PM10可引起暴露居民多種心血管系統(tǒng)疾?。ㄈ毖孕难芗膊?、充血性心力衰竭、心律失常、高血壓、風濕性心臟?。╅T診RR增加，這可能與沙塵天氣顆粒物的高毒性、高濃度有關.流行病學調查發(fā)現(xiàn)空氣顆粒物與人體血液粘稠度上升、心率增加、心率變異性降低、心肌缺血增加等相關，并在動物實驗中得到驗證［21］. 心率變異性是反映心臟自主神經(jīng)張力的最敏感指標，它與心臟病猝死等密切相關.空氣中懸浮物質的短期暴露會引起健康者心率變異性的減低［22］.

PM10已被WHO、美國環(huán)境保護署、歐盟等諸多國際機構公認為是對人體健康危害最大且代表性最強的大氣污染物［23］.20世紀90年代，歐洲APHEA項目歷時5年對居住在歐洲29個城市的4300萬人口的死亡率與PM10的關系進行研究，結果發(fā)現(xiàn)PM10濃度每增加10 μg/m3，死亡率增加0.6%［24］.Pope等［2］報道，空氣中PM10超過150 μg/m3（24h均值）時，兒童入院人數(shù)增加3倍，成人增加44%.一項對空氣污染和心力衰竭的系統(tǒng)調查發(fā)現(xiàn)，空氣中PM10濃度中每增加10 μg/m3，心力衰竭的死亡率增加1.63%［25］.一項在塞浦路斯對空氣污染和心血管系統(tǒng)每日死亡率的調查發(fā)現(xiàn)，空氣中PM10濃度中每增加10 μg/m3，心血管系統(tǒng)的死亡率增加2.43%［26］.

文獻報道，暴露居民的心肺系統(tǒng)疾病的門診率和死亡率隨著空氣中PM10濃度的增高而增加［27］.任艷軍等為評價PM10污染水平對人群心血管疾病死亡的急性影響，系統(tǒng)研究了杭州市2002～2004年間PM10日平均濃度增加與調查人群每日心血管疾病死亡的關系，結果發(fā)現(xiàn)PM10濃度每增加10 μg/m3，人群心血管疾病死亡率的OR值為1.006［28］.本研究結果表明，沙塵顆粒物PM10對心血管疾病的發(fā)生也有嚴重影響.

4 結論

4.1 沙塵天氣PM10能引起暴露居民多種心血管系統(tǒng)疾?。ㄈ毖孕难芗膊?、充血性心力衰竭、心律失常、高血壓、風濕性心臟?。┑拈T診人數(shù)增加.

4.2 沙塵天氣PM10與心血管疾病門診RR呈現(xiàn)一定的劑量效應關系.

4.3 男性或女性居民心血管系統(tǒng)多種疾病日門診RR隨沙塵天氣的強度增大而增大.

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Association of PM10derived from dust events with daily outpatient number for cardiovascular diseases.

YANG Zhen-hua， ZHANG Yue-xia， ZHANG Quan-xi， ZHANG Jian， LU Bin， MENG Zi-qiang*（Institute of Environmental Science， Institute of Environmental Medicine and Toxicology， Shanxi University， Taiyuan 030006， China）. China Environmental Science， 2015，35（1）：277～284

To explore the association between atmosphere particulate matter with an aerodynamic diameter less than 10 μm （PM10） and daily outpatient visits for cardiovascular diseases， all good-sized hospitals in Wuwei city in Gansu province， northwest of China， in which blowing sands and dust storm have taken place frequently， were selected. During the period from March 1stto May 31stin 2004， the association between the concentrations of PM10and daily outpatient visits for cardiovascular diseases was investigated when dust and sand events occurred frequently. The semi-parametric generalized additive Poisson regressions model （GAM） was used to analyze the associations between PM10， NO2， SO2and daily cardiovascular outpatient number relative risks by controlling the long time trends， season， meteorological variables，and calendar effect. The results showed that PM10was significantly associated with increased outpatient visits from a lag of 2 days total cardiovascular diseases in the male and female patients， while PM10was significantly related to a lag of 3 days and 4 days rheumatic heart disease for males and females， respectively. Besides， the results confirmed the positive and statistically significant association between PM10with a lag of 2 days and the outpatient visits for male hypertension or with male ischemic cardiovascular diseases. The nonsignificant effects were observed in female hypertension visits or in arrhythmia and congestive heart failure visitors for males and females. Co-pollutant model and multi-pollutant model pointed out that， after adjusting for SO2and/or NO2， there was a decreasing effect of PM10on daily outpatient numbers forcardiovascular diseases， but positive significant association was still retained. Nevertheless， after adjusting for other pollutants， the association between daily outpatient numbers for cardiovascular diseases and neither SO2nor NO2was significant. Categorical model of PM10showed that relative risks of cardiovascular diseases （rheumatic heart disease，hypertension， ischemic cardiovascular diseases， arrhythmia， congestive heart failure） were increased with intensity of dust and sand events （from normal clean day， light contaminated day to blowing sands day， dust storm day） in a dose-related manner. PM10derived from dust and sand events was positively associated with increasing of many cardiovascular disease outpatient visits for males and females with the effect across various lags. The effect of dust and sand events on the male subjects with hypertension was higher than those on the females. There is a dose-related manner between the concentrations of PM10and relative risks of cardiovascular diseases. Because of strong association between PM10concentrations and intensity of dust events， the relative risks of many cardiovascular diseases were increased with intensity of dust and sand events， and the influence order was: normal clean day＜light contaminated day＜blowing sands day＜dust storm day.

dust events；PM10；cardiovascular diseases；daily outpatient RR；semi-parametric generalized additive model

X503.1

A

1000-6923（2015）01-0277-08

楊振華（1980-），男，山西文水人，講師，博士，主要研究方向為環(huán)境醫(yī)學與毒理學.發(fā)表論文30余篇.

2014-05-20

國家自然科學基金（30230310，21107064）；山西省自然科學基金（20031092，2012021033-4）；山西省高?？萍佳芯宽椖浚?0120010501）

* 責任作者， 教授， zqmeng@sxu.edu.cn