上海市近地面臭氧污染的健康影响评价

陈仁杰,陈秉衡,阚海东(复旦大学公共卫生学院环境卫生教研室,公共卫生安全教育部重点实验室,上海200032)

上海市近地面臭氧污染的健康影响评价

陈仁杰,陈秉衡,阚海东*(复旦大学公共卫生学院环境卫生教研室,公共卫生安全教育部重点实验室,上海200032)

根据2008年上海市环境保护部门的每日24h近地面臭氧监测数据,以每日最大8h(11:00～18:59)的臭氧浓度均值作为上海市居民的平均暴露水平,以该年上海市的全部常住人口作为臭氧暴露人口,计算近地面臭氧污染对上海市居民的健康影响和相关的健康经济损失.2008年上海市近地面臭氧每日最大8h的年平均水平为88µg/m3,其中市区为78µg/m3,市郊区为96µg/m3.结果表明,近地面臭氧污染可以导致上海市居民1892 (95%CI:589～3540)例早逝和26049(95%CI:13371～38499)例住院,全年的归因健康经济损失为32.42(95%CI: 10.80～59.23)亿元,其中由早逝引起的损失占总健康经济损失的88.12%.提示近地面臭氧污染已对上海市居民产生了较大的健康损失和经济损失.

臭氧；健康；经济；评价

Abstract：Based on the monitoring data of surface ozone in Shanghai in 2008, the daily maximum 8h(11:00～18:59)concentrations were averaged to represent the population-level ozone exposure level. All fixed residents living in Shanghai were the supposed affected population. In 2008, the annual average 8h maximum ozone concentration was 88µg/m3, and the ozone level in the central urban areas was lower than that in suburban areas (78µg/m3versus 96µg/m3respectively). It was estimated that 1892 (95% confidence intervals, 95%CI: 589～3540) premature deaths and 26049 (95%CI: 13371～38499) cases of hospital admission were attributable to surface ozone pollution in 2008 in Shanghai. The corresponding economic loss of ozone-related health impacts was roughly 3.24 (95%CI: 1.08～5.92) billion Yuan, 88.12% of which was due to premature deaths. Our analysis suggests that the surface ozone pollution has brought substantial health and economic loss to Shanghai residents.

Key words：ozone；health；economy；assessment

近些年来,对流层中近地面臭氧(O3)浓度的增加,引起了人们广泛的关注.近地面臭氧主要来源于一系列前体污染物的光化学反应,如氮氧化物(NOx)､挥发性有机化合物(VOCs).毒理学研究发现,臭氧能引起肺部炎症[1],增强气道反应性[2]以及血液流变学改变[3].人群流行病学研究亦显示,近地面臭氧污染能引起一系列的人群不良健康效应,如早逝[4-5]、哮喘急诊[6]、住院[7]、缺勤[8]等.

上海是我国经济最发达的城市之一,随着工业和交通业的迅速发展,臭氧等光化学污染物所带来的居民健康影响越来越引起重视.本研究利用上海市2008年的近地面臭氧监测数据,在国内首次定量报道了城市近地面臭氧污染的健康损失和健康经济损失,以期为政府部门制定能源､环保和交通等政策提供必要的依据.

1 材料与方法

1.1暴露水平与暴露人群

上海市环境保护部门在中心城区设置有3个国控监测点、在郊区设置有4个监测点,每日自动在线监测24h的臭氧浓度.这些国控监测点的点位选取和质量控制均根据原国家环境保护总局《空气和废气监测分析方法》[9]的要求进行,可反映上海市城区和郊区的近地面大气臭氧的污染水平.根据世界卫生组织[10]的推荐,以每日最大8h(11:00～18:59)浓度的均值作为本次评价的臭氧日均浓度.2008年全年臭氧日均浓度的均值即为当年的年均浓度,以此作为2008年上海市居民的臭氧平均暴露水平.暴露人群为上海市2008年的全部常住人口,约为1888.46万人,其中市区人口652.97万人,郊区人口1235.49万人[11].

1.2人群健康效应

适合计算人群归因健康效应及其经济学损失的健康终点通常具有下述特征:有统计学显著性的流行病学定量证据;当地人群基线健康资料能够较易获得;单位健康终点的经济学价值可以较易计算.本研究通过广泛的中英文文献检索收集基于流行病学研究的暴露反应关系,优先采用在上海市进行的研究,其次是国内其他城市的研究,最后是国外的流行病学研究.综上,本研究纳入的健康终点为:心血管疾病早逝、呼吸系统疾病早逝、全死因早逝、心血管疾病住院和呼吸系统疾病住院.

在一般人群中,死亡或疾病的发生都是小概率事件,符合统计学上的泊松分布.根据泊松回归比例风险模型,某暴露浓度下的人群健康效应可以表示为[12]:式中:β是臭氧暴露与人群某健康终点的暴露-反应关系系数;Δc为臭氧实际浓度和阈浓度(或称参考浓度)之差,µg/m3; E和E0分别为在实际浓度和假定阈浓度下的人群某健康终点发生数;E等于暴露人口数目乘以某健康终点在该人群的基线发生率;E和E0的差值记为ΔE,就是归因于近地面臭氧污染的该健康终点发生数.

根据《上海统计年鉴2009》[11],上海市居民2008年的非事故性死亡、心血管疾病死亡和呼吸系统疾病死亡的基线发生率分别为0.73%､0.28%、0.09%,全病因住院率为11.10%.根据全国第3次卫生服务总调查,心血管疾病住院占城市总住院人次的28.60%,因而推算得到2008年上海市居民的心血管疾病住院的人群基线发生率为3.17%.同理,可推算得呼吸系统疾病住院为1.36%.

1.3健康经济学评价

若大气污染水平降低,一般人群中出现相关不良健康效应的风险就会降低.根据福利经济学的原理,可以运用支付意愿法(WTP)测量单位健康终点的经济学价值.

对于早逝,采用国际上常用的“统计学意义上的生命价值”(VOSL).由于国内仅进行过几个相关的WTP研究,且各研究结果间差异较大,本研究援引Krupnick[13]在上海进行的WTP研究,并根据居民平均可支配收入的变化做了相应调整.当收入弹性系数设定为0.48[14]时,推算得到2008年上海市居民的VOSL为151万元.

对于心血管疾病住院,国内外均无WTP的研究报道,因而本研究采用疾病成本法(COI)作为替代.疾病的总成本一般包括医疗直接支出成本和因住院而不能正常工作所损失的间接社会成本.根据全国第2次卫生服务总调查的资料和10年来的医疗费平均增长率,推算得到2008年大城市(比如上海)的心血管疾病住院的直接成本为12891元.根据全国第3次卫生服务总调查的资料,我国城市居民的平均住院天数为18d.由《上海统计年鉴2009》[11]可得上海市居民2008年的人日均GDP为199元.综上,上海市居民2008年心血管疾病住院的总成本平均为16473元/例.同理可推算得呼吸系统疾病住院的总成本为12444元/例.

归因于近地面臭氧污染的人群各健康终点发生数乘以各健康终点的单位经济学价值,即为臭氧所致的居民健康经济损失.

2 结果

2.1近地面臭氧监测水平

根据上海市7个地面监测站的资料,2008年全市臭氧每日8h平均水平为88µg/m3,其中市区为78µg/m3,市郊区为96µg/m3.郊区生物源前体物排放较高,并且城区机动车等产生的NOx可能扩散至位于市区下风向的市郊区,因而市郊区的臭氧前体物浓度较高,致使郊区近地面臭氧浓度高于城区,这与一般的大气污染物不同.因而市郊区与市区人群都应作为臭氧污染的暴露人群.本研究所估算的臭氧相关人群健康损失和健康经济损失均为市区和郊区人群的损失之和.

2.2归因的人群健康损失和经济损失

为定量描述流行病学研究中危险度估计的不确定性,在运用暴露反应关系系数均值估计归因健康效应的同时,还计算了其95%可信区间(95%CI).对于早逝,Zhang 等[15]在上海的时间序列研究发现了臭氧短期暴露与早逝的关系,暴露反应关系的形状与国外[16]相近.Jerrett等[5]根据美国癌症协会(ACS)队列研究的历史资料,运用Cox随机比例风险模型,在控制诸多混杂因素后,首次报道了臭氧长期暴露与居民早逝的统计学显著性关系.由于该队列研究所采用的臭氧测量尺度为每日最高1h浓度,计量单位是ppb,因而本文按照每日最大8h平均浓度=0.884×每日最高1h浓度,且1ppb O3=1.96µg/m3O3[17],对心血管疾病早逝和呼吸系统疾病早逝的暴露反应关系进行必要的转换.各健康终点的暴露反应关系和上海市居民的基线发生率如表1所示.

表1 各健康终点的暴露反应关系和2008年上海市居民的基线发生率Table 1 Exposure-response relationships of various health endpoints and baseline incidences in Shanghai residents in 2008

在估计人群归因健康效应时,参考浓度是一个重要且敏感的参数,在进行臭氧相关健康经济学评价时一般采用自然背景浓度作为阈浓度[18].在近地面大气中,臭氧前体物除来源于人为活动外,还有相当一部分来源于生物源排放(如植物可释放出VOCs).平流层大气中的臭氧也可能自然沉降到对流层.据世界卫生组织推测,全球近地面大气中的臭氧背景浓度约为70µg/m3(以每日最大8h平均浓度计)[19].

根据公式1,计算各健康终点的人群归因发生数,同时还计算了相应的经济学价值,如表2所示.2008年上海地区近地面臭氧污染可致1892 (95%CI:589～3540)例居民早逝和26049 (95%CI: 13371～38499)例居民住院,全年的归因健康经济损失为32.42(95%CI:10.80～59.23)亿元,其中由早逝引起的损失占总健康经济损失的88.12%.

表2 各健康终点的人群归因发生数和经济学价值(均值和95%CI)Table 2 Attributable number of cases and economic values of various health endpoints(mean and 95% CI)

3 讨论

3.1臭氧污染控制

VOCs和NOx是两种主要的臭氧前体物,它们主要来自各种燃料、机动车、电厂、各种制造类设备甚至一些日常用品(比如油漆).控制前体物的人为排放是控制近地面臭氧污染的唯一途径.比如,上海市机动车VOCs和NOx的年排放总量分别为8.6和8.3万t,占到全市总排放量的14%和15%,其中中心城区的机动车分担率高达24%和90%[20].本研究在国内首次报道了城市近地面臭氧污染的健康经济损失,若采取有力措施把上海市近地面臭氧年均浓度降至自然背景水平,将至少避免32.42 (95%CI:10.80～59.23)亿元的经济损失.显然,臭氧相关的健康经济学评价将会对政府部门制定能源、环保和交通等政策提供必要的理论依据.

3.2暴露测量

以户外近地面大气臭氧监测的年平均水平作为居民的平均暴露水平会给健康损失估算带来一定的不确定性.室内臭氧主要来源于室外,室内的复印机､激光打印机和某些空气净化剂等仅能产生少许臭氧.室内外空气交换频率､墙体表面的反应清除率、空气滤过率、臭氧与其他室内污染物的交互作用等都能影响到室外臭氧的穿透率.有研究显示,室内臭氧浓度大约是室外浓度的10%～50%[21],而且据估计人一天中大约有87%的时间在室内度过[22].另一方面,近地面大气臭氧监测站点通常高于地面20m左右,而绝大多数人的呼吸带低于2m.因而个体真实的臭氧暴露水平很可能低于室外的大气监测水平.季节也可能是另一个影响个体暴露的因素.夏季的户外臭氧监测浓度一般要显著高于冬季,而夏季室内外的空气交换频率较高,因而,夏季的个体暴露水平与室外大气监测水平的相关性要高于冬季.

另外,臭氧的测量尺度通常包括:24h均值､最大8h均值、最大1 h浓度,应采用何种测量尺度来描述臭氧的暴露情况尚存在一定的争议[23].本研究采用最大8h均值尺度,并按照一定的比例将美国ACS队列研究结果转换成了该尺度下的暴露反应关系,可能会带来一定的偏差.

本文以大气污染物的年均浓度作为暴露水平计算人群急、慢性健康效应符合国际同行研究惯例.若以日为单位计算大气污染的急性健康效应,将给人群健康资料的收集带来困难,而且大气污染的急性暴露期可能为1～7d中的任何1d或几d,因此计算所带来的不确定性可能更大.同时,上海臭氧年均浓度的年际变化不大,且队列研究中均是以年均浓度作为暴露水平,因而采用2008年的年平均浓度来探讨臭氧长期暴露的健康效应.

3.3流行病学研究

近地面臭氧浓度升高与居民健康的流行病学研究较少,所报道的相对危险度结果各异,但近年来的数篇meta分析文献均表明臭氧浓度升高与居民死亡率存在有统计学意义的关系[4,24-25].但是,各流行病学研究在混杂因素(比如天气､其他污染物,居民社会经济地位和暴露模式等)定义与控制等方面可能存在某些差别,给从统计学关联到病因学关联的解释带来一定的困难.比如大气中的颗粒物成分是一种典型的混杂因素,臭氧与颗粒物的相关性随地理位置､季节､颗粒物成分的变化而变化,给单独分析臭氧的人群健康效应带来一定的困难[19].作为臭氧归因健康效应的一个重要部分,本文直接引用了美国ACS的队列研究结果.中美两国在臭氧污染水平上并无太大差别,亦不存在臭氧成分与毒性差异等问题.再者,大气污染主要影响40岁以上的人群,因而本文直接引用基于30岁以上人群的ACS研究结果不会带来太大的偏差,但不能完全忽视中美两国在人群特征上的差异.本文计算的归因健康效应的95%CI较宽,可以说明臭氧流行病学研究中存在较大的不确定性.

流行病学研究中的一些健康终点,比如限制活动天数(RADs)、哮喘急诊等,囿于上海人群基线数据的不易获得性,并未纳入到本研究中,因而可能会低估臭氧的健康损失.

大气污染的急、慢性健康效应分别为健康效应截然不同的两个方面,急性暴露仅能诱发某一健康事件,而长期暴露是导致该事件发生的真正原因,两者虽有重叠,但这种重叠是较小且可忽略的[26].因而本研究将臭氧长期暴露与短期暴露的健康效应直接相加是较为合理的.

3.4健康结局的货币化

对于早逝,本文采用了VOSL的概念,即运用WTP的研究方法,计算假定通过一定措施降低死亡风险后,可以避免(或延迟)的单位死亡的经济价值.65岁以上人群对大气污染最为敏感,相关的早逝发生率也最高,然而本研究的VOSL却是基于上海市40岁以上人群的(60岁以上者仅占1/3)WTP研究结果.为避免一定的死亡风险,年长者通常比年轻者支付更少的货币,因而本研究所采用的VOSL值,并不一定能真实反映臭氧相关的死亡价值.“统计学意义上的寿命年价值”(VSLY)通过计算因降低死亡风险而延长了的寿命年价值,考虑到了不同年龄段人群的支付偏好,可以更合理地反映早逝的单位价值,但目前仍缺乏相关的研究[12].

对于住院,由于国内外尚缺乏相关的WTP研究,因而本文采用COI法作为替代.但是,它没有考虑到患病所带来的身心痛苦等因素,因而仅仅是作为单位住院价值的保守估计或低限估计[12].

颗粒物被认为是大气中对健康影响最为显著的污染物,因而目前绝大多数大气污染健康经济损失评价的文献均是以颗粒物作为指示污染物.美国的队列研究发现,在控制诸多个体的和生态学上的危险因素后,臭氧和颗粒物均可以独立地对人群产生不良健康效应.若以2008年上海全市的常住人口为颗粒物污染的暴露人群,以该年PM10的年均浓度(84.7µg/m3)为暴露水平,以早逝、慢性支气管炎、门诊与住院为健康效应终点,则估算的总健康经济损失为266.01亿元.本研究报道的臭氧健康经济损失大致相当于颗粒物的12.19%.

4 结论

4.1根据2008年的近地面臭氧监测资料,上海市臭氧每日8h全年平均水平为88µg/m3,其中市区为78µg/m3,市郊区为96µg/m3.

4.22008年上海地区近地面臭氧污染可致1.892 (95%CI:589～3540)例居民早逝和26049 (95%CI: 13371～38499)例居民住院.可见,近地面臭氧污染已对上海市居民产生了较大的健康损失.

4.3上海市2008年归因于臭氧污染的居民健康损失为32.42(95%CI:10.80～59.23)亿元.若采取有力措施降低臭氧污染,将会带来可观的健康收益和经济效益.

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CHEN Ren-jie, CHEN Bing-heng, KAN Hai-dong*(Key Laboratory of Public Health Safety, Ministry of Education, Department of Environmental Health, School of Public Health, Fudan University, Shanghai 200032, China). China Environmental Science, 2010,30(5)：603～608

X503.1

A

1000-6923(2010)05-0603-06

陈仁杰(1986-),男,四川达州人,复旦大学公共卫生学院硕士研究生,主要从事大气污染流行病学研究.

2009-10-10

国家环境保护公益项目(200809109);国家自然科学基金资助项目(30800892);上海市浦江人才计划（09PJ1401700）

* 责任作者, 教授, haidongkan@gmail.com