蘭州市氣象因子和環(huán)境因子對哮喘的影響＊

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實驗室，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點實驗室，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)作時可導(dǎo)致氣短、胸悶、咳嗽，嚴重情況下甚至死亡。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)病機制[4]，然而，短時間內(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)氣溫波動和變化對呼吸系統(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：在評估各類環(huán)境氣象因素對呼吸系統(tǒng)的影響時，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)上進行的研究[9～10]，對門診資料的相關(guān)研究較少，本文收集蘭州市三家三級甲等醫(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，并基于時間序列的廣義相加模型（GAM）定量評價氣象因子和環(huán)境因子增加一個單位時對哮喘發(fā)病人次的影響，目的是有針對性地保護易感人群，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)境保護局和中國空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)分析平臺。

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)計軟件對蘭州市氣象資料、大氣環(huán)境資料和疾病資料進行描述性分析和Spearman相關(guān)分析，并對數(shù)據(jù)資料進行頻數(shù)分析，得到均值、標準差、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)相對于蘭州市常住總?cè)丝跒樾「怕适录?，認為服從Poisson分布，本文將運用基于時間序列的廣義相加模型 （generalized additional model，GAM）定量評價氣象因子對人體健康影響，用R3.6.2軟件實現(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。

在控制長期趨勢、星期幾效應(yīng)、節(jié)假日效應(yīng)，同時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)境因子進行回歸分析，以研究前幾日的氣象環(huán)境因子水平對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，如果不滿足殘差獨立性要求，則需進一步調(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）信息準則選擇合適的滯后日進入模型，AIC越小，模型擬合效果越好。

采用相對危險度RR（Relative Risk）定量評價自變量對哮喘的影響，即Xj每增加一個單位，哮喘門診人次的相對改變量，根據(jù)GAM模型中單位Xj變化對應(yīng)的效應(yīng)值 β 可知，RR=exp(β·△Xj)，當 RR＞1，表明隨著暴露值的增加，發(fā)病危險增加，RR＜1則表明隨著暴露值的增加，發(fā)病危險降低，并計算95%置信區(qū) 95%CI=exp（△Xj（β±1.96SE）），再引入超額危險度ER=（RR-1）×100%，計算Xj變化一個單位，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)量二級標準[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，個別日期波動較大，平均風(fēng)速主要在1至2m/s間變化，相對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，是因為冬季為采暖期，污染源增多，且有逆溫層的存在，NO2在整個研究時間段上明顯增長，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。

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]。相對濕度對兒童的影響可能原因是細菌及霉菌在潮濕空氣中容易生長繁殖增加，相對濕度越大，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、最高氣溫呈負相關(guān)，說明老人對低溫較敏感，對于老年患者而言，冷空氣是哮喘發(fā)作的危險因素，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[16]，而老年發(fā)病率與NO2正相關(guān)，是因為NO2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)境因子對哮喘疾病的危險性評價

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、相對濕度、最低氣溫、最高氣溫滯后7d進入模型，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）為標準差。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，相對濕度每上升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，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，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；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，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，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，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。

所以平均氣溫、最高氣溫上升，兒童的相對危險度就會增加，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，老人的相對危險度就會增 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。

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相關(guān)和NO2正相關(guān)，所以兒童除了避免在極端天氣和嚴重空氣污染環(huán)境下活動，還要盡量注意高溫、高濕的影響，老人對寒冷可能比較敏感，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℃，兒童超額危險度為0.79%，相對濕度增加1%，兒童超額危險度為0.34%，最高氣溫每上升1℃，兒童超額危險度為0.76%；最低氣溫每下降1℃，老人超額危險度為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、文化和各種社會經(jīng)濟因素的影響，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)病機制非常復(fù)雜，與遺傳、過敏、機體免疫、環(huán)境氣候等因素有關(guān)，需要結(jié)合醫(yī)學(xué)和氣象上的知識綜合研究。