脑卒中发病环境因素分析模型

焦云芳

(晋城职业技术学院，山西晋城 048026)

脑卒中(脑中风)是目前严重危害人类健康和生命安全的常见的难治性疾病，该疾病的诱发与环境因素(如:气温、湿度、气压等)有着密切的关系.对其环境因素进行分析，从而进行环境的风险评估，对脑卒中高危人群及时采取干预措施，同时也可让人们能够了解自己的身体状况，进行自我保护.通过数学模型的建立，掌握疾病发病的规律，对卫生行政和医疗机构合理调配医务力量、改善就诊治疗环境、配置床位和医疗药物等具有实际的指导意义.

通过excel对我国某城市各家医院2007年1月至2010年12月的脑卒中发病病例信息以及同期当地的逐日气象资料进行统计整理，对发病人群进行统计描述，并使用单因素相关分析和多元线性回归法建立数学模型来研究脑卒中发病率与气温、气压、相对湿度间的关系，同时对脑卒中高危人群提出预警和干预的建议方案.

1 发病人群的统计描述

由于数据量大且规律不明显，所以利用excel表格中的数据筛选对其进行统计整理，可得到2007－2010四年中不同性别，不同职业，不同年龄段的发病总人数，从而对发病人群进行统计描述.

由表1～5可以得到如下信息:①由表1可知:农民的发病人数最多为29719，渔民的发病人数最少为66;②由表2可知:男性的发病人数为35 389，女性发病人数为26 525，男性比女性多33%;③从表3，4可以看到:发病人群的平均年龄在70岁，四年年龄的众数分别为75、78、76、78，充分说明，易发脑卒中的年龄高危人群是77岁，峰度值均大于零，说明，年龄分布比正态分布更为陡峭，发病人群年龄集中.偏度值均小于零，正态分布左侧有较长的尾部，说明70岁以上的人，更易发生脑卒中，70岁以下的任何年龄都有可能发生脑卒中，越来越年轻化，年龄越小，发病率越低.这也和实际统计数据相吻合.④假设该城市2007年的总人口为，年平均增长率为0.53%，计算可知2008年比2007年发病率高，2009年较2008年有所下降，2010年较2009年又有所上升，但较2008年低.这也和我国城市脑卒中变化率在连年下降后重又上升的变化趋势一致.⑤春季(24.9%)和冬季(24.8%)比夏季(24.1%)和秋季发病率高，秋季最低为23.6%.

表1 2007－2010年各职业发病人数Tab.1 2007－2010，the incidence of occupation

表2 2007－2010年不同性别的发病人数Tab.2 2007－2010 the incidence of different gender

表3 不同年龄段的发病人数Tab.3 The incidence of different ages

表4 2007－2010年发病人群的有效年龄统计Tab.4 2007－2010 the incidence of effective age statistics

表5 2007－2010每月发病人数Tab.5 2007－2010 monthly incidence

2 建立脑卒中发病率与气温、气压、相对湿度间关系的数学模型

2.1 模型的建立与求解

要研究发病率与环境因素之间的关系，首先必须求出发病率，在此，假设:

月发病率=本月发病人数/本年发病人数

由表中相关数据可统计整理出2007－2010年平均气压、最低气压、最高气压;平均气温、最高气温、最低气温，平均相对湿度、最低相对湿度与发病率的统计表.分析该城市2007－2010年的气象信息，并且对发病率和8项气象指标进行相关性分析，从而利用多元线性回归分析方法［1－4］建立数学模型，得到发病率与8项气象指标的回归方程.

1)该城市气象特点分析.对数据进行统计整理，可见该城市四年的气象特点:①4年间每年的7、8月气温最高，1月份最低，3月和11月温差较大，月平均气温的变化规律见图1和表6.

表6 2007－2010年平均气温、最高气温、最低气温统计表Tab.6 2007－2010 average temperature，maximum temperature，minimum temperature statistics

②4年间每年的6～9月相对湿度较大，冬春季相对湿度较小，资料显示最高可达95%，最低可达15%，月平均相对湿度变化规律见图2.

图1 2007－2010平均气温折线图Fig.1 2007－2010 average temperature line chart

图2 2007－2010平均相对湿度折线图Fig.2 2007－2010，the average relative humidity line chart

③4年间每年的12月和1月平均气压较高，7月份最低，气压变化较大的是每年的3－4月和11－12月，见表7.

表7 2007－2010年平均气压、最高气压、最低气压统计表Tab.7 2007－2010 the average pressure，maximum pressure，minimum pressure statistics

2)气象指标与发病率单因素相关分析.将8项月气象指标与脑卒中发病率［2］分别进行单因素相关分析，由表2、3可见，发病率与月平均气压(r=0.058731)、月平均最高气压(r=0.085446)、月平均最低气压(r=0.026553)成正相关，与其余5项成负相关.

3)气象指标与发病率多元线性回归分析.对数据进行统计整理，得到2007－2010年四年的月平均温度，月平均最高温度，月平均最低温度，月平均气压，月平均最高气压、月平均最低气压、月平均相对湿度，月平均最低湿度，见表9.

表8 气象指标与发病率单因素相关分析Tab.8 Meteorological Index and incidence of single factor correlation analysis

续表8:

通过excel工具菜单中的数据分析，对数据进行多元回归的分析得到回归结果如下:

SUMMARY OUTPUT回归统计Multiple R 0.977357 R Square 0.955226 Adjusted R Square 0.835828标准误差 0.001761观测值 12

方差分析df SS MS F Significance F回归分析 8 0.000199 2.48E－05 8.000348 0.057321972残差 3 9.31E－06 3.1E－06总计 11 0.000208

Coefficients标准误差 t Stat P－value Coefficients标准误差 t Stat P－value Intercept 0.040858 0.519871 0.078593 0.942305 X Variable 5 0.007344 0.008466 0.867495 0.449494 X Variable 1 0.002855 0.001470 1.942526 0.147347 X Variable 6 0.000665 0.010017 0.066422 0.951221 X Variable 2 0.004493 0.023185 0.193775 0.858730 X Variable 7 －0.004980 0.013193 －0.37730 0.731059 X Variable 3 －0.000460 0.001125 －0.405920 0.712016 X Variable 8 －0.001510 0.001822 －0.831520 0.466677 X Variable 4 －0.009310 0.009940 －0.936530 0.418087

回归方程如下:

其中R2=0.955226说明拟合度高.

由此可知:在其他七项指标不变的情况下，平均温度每增加一个单位，发病率增加0.285 5%;平均气压每增加一个单位，发病率增加0.4493%;平均相对湿度每增加一个单位，发病率减少0.046%;最高气温每增加一个单位，发病率减少0.931%;最低气温每增加一个单位，发病率增加0.7344%;最高气压每增加一个单位，发病率增加0.0655%;最低气压每减少一个单位，发病率减少0.498%;最低平均湿度每增加一个单位，发病率减少0.151%.

由于春季和冬季的平均气温，平均气压低，空气相对湿度小，故而发病率高，反之，夏秋季发病率低.由于渔民生活在海边，空气湿度较大，所以发病率低.

2007－2010年月平均气温、平均气压、相对湿度与发病人数的散点图，如图3～5.

2.2模型分析与检验

1)假设的合理性分析.该多元线性回归模型综合考虑了与脑卒中发病率相关的月平均气温，月平均最高气温，月平均最低气温，月平均气压，月平均最低气压，月平均最高气压，月平均相对湿度，月平均最低相对湿度8个因素，较为全面合理.

图3 2007－2010平均气温与发病率散点图 Fig.3 2007－2010 average temperature and incidence of scatter diagram

图4 2007－2010年平均气压与发病率散点图Fig.4 2007－2010 average barometric pressure and incidence of scatter diagram

2)灵敏度分析.在模型中，在置信度为95%的条件下的灵敏度分析见表10.

3)模型检验.模型检验结果见表11.

2.3 模型的评价与改进

1)模型优点.①模型建立考虑了月平均温度，月平均最高温度，月平均最低温度，月平均气压，月平均最高气压、月平均最低气压、月平均相对湿度，月平均最低湿度八个因素对脑卒中发病率的影响，较为全面;②模型采用常用的Excel表格，对数据进行多元线性回归分析，简单、方便、明了;③模型所使用的多元线性回归能很便捷的在Excel中运行，具有简洁性;④本模型可以研究受不同变量影响的疾病的发病率.

2)模型缺点.①忽略了表中一小部分残缺数据，会产生一些误差;②线性回归理论要求自变量与应变量满足特定条件，实际资料不能满足.

3)模型改进.①月气象指标之间存在交互作用，应该考虑处理交互作用以改进模型;②采用增加或者减少变量的方式逐步回归来得到理想的模型.

图5 2007－2010年相对湿度与发病率散点图Fig.5 2007－2010 relative humidity and incidence of scatter diagram

表10 灵敏度分析Tab.10 Sensitivity analysis

3 建议方案

根据脑卒中高危人群的重要特征和关键指标，结合1、2中所得结论，对高危人群提出预警的建议方案.

1)问题的重要性分析.脑卒中是一组以脑组织缺血及出血性损伤症状为主要临床表现的急性脑血管疾病，具有发病率高、致残率高、死亡率高和复发率高等“四高”特点，根据统计中国每年发生脑中风病人达200万.发病率高达120/10万.现幸存中风病人700万，其中450万病人不同程度丧失劳动力和生活不能自理.致残率高达75%.中国每年中风病人死亡120万.已得过脑中风的患者，还易再复发，每复发一次，加重一次.给患者及其家庭和社会带来沉重的负担，防控形势十分严峻，定于每年的10月29日为脑卒中日.

2)脑卒中高危人群的重要特征和关键指标.脑卒中的危险因素可分为可干预性和不可干预性两类，可干预性危险因素包括血压、心脏病、糖尿病、高血脂、短暂性脑缺血发作、吸烟、酗酒、肥胖;不可干预性危险因素包括年龄、性别、种族和遗传因素共12项.

三项及以上危险因素或既往有卒中/短暂性脑缺血发作(TIA)的病史者，则判定为脑卒中高危人群.

脑卒中高危人群有如下关键指标［5］:①血压≥140/90 mmHg，或未知;②房颤和心瓣膜病;③ 吸烟;④ 高脂血症(甘油三酯＞1.7 mmol/L ，或总胆固醇＞5.7 mmol/L，或低密度脂蛋白胆固醇(LDL)＞3.1 mmol/L，或高密度脂蛋白胆固醇HDL＜2.1 mmol/L或未知);⑤糖尿病;⑥很少进行体育活动(根据2000年国民体质监测方案体育锻炼的定义是每周体育锻炼≥3次、每次坚持30min、持续时间超过1年);⑦明显超重或肥胖(BMI≥26.0 kg/m2);⑧有卒中家族史.

3)做好防御措施防止脑卒中.通过分析上述结论，可归结出发病因素如下:内部因素(饮食不规律不合理、不注重身体锻炼、人体基础生理功能退化、情绪不稳定);外部因素(温度高、温差大，气压低，相对湿度).因此，我们要防治脑卒中，就要针对发病因素做好防御措施，即:①合理饮食.适量控制能量及食盐量，适当保持饥饿感，降低脂肪和胆固醇的摄入水平，少吃油脂，多吃粗粮，水果;均衡饮食，减少脂肪，严格控制血糖、血压、血脂和体重.采用低脂肪、低胆固醇、低钠、高钾，高维生素的生活方式调节血容量(例如渔民的发病人数较少，海鱼含有大量的蛋白质、维生素、微量元素矿物质等，尤其含有卵磷脂和多种不饱和脂肪酸).②适量运动.积极参加适量的体育运动.维持经常性适当的运动，有利于增强心脏功能，促进身体正常的代谢，尤其对促进脂肪代谢(例如老年人可于早晚间做适量活动如散步、打太极拳等).根据2000年国民体质监测方案体育锻炼的定义是每周体育锻炼≥3次、每次坚持30min、持续时间超过1年.③心情舒适.控制情绪.脾气暴躁，遇到突发事件不能控制自己，也容易诱发脑卒中.保持心情的愉快，是身体健康的良方(例如男性的工作压力一般来说比女性大，长期处在紧张情绪中，可导致血压升高、内分泌失调以及植物神经功能紊乱，从而大大提高中风的发生率)［6］.④气温及温差影响.夏季天热，人体的排汗量比较大，血液循环加速，血压较高，当体内水分补充不足时，也可能造成血液黏稠，所以要注意补充水分.再者，夏季由于气温高，易出现情绪烦躁、血压波动，加之有部分人喜欢用空调，则室内外温差较大，容易导致血管痉挛，发生中风，所以，适当的开空调，调节合理的温度，内外温差最好控制在8℃以内［7］.⑤相对湿度影响.春冬季节，气候比较干燥，许多人喜欢使用加湿器，当空气中的湿度低于20%时，室内的可吸入颗粒物增多，则容易使人患上感冒;在空气湿度为55%时，病菌较难传播;但若空气湿度太高，如超过90%，会使人体呼吸系统和黏膜产生不适，免疫力下降，空气湿度过高或者过低都对人体的健康有不良的影响，所以使用加湿器一定要注意室内的通风和湿度的控制，最好在40% ～60%之间.⑥气压影响.天气变化引起气压变化，影响人的生理反映，气压骤升聚降，会引起人体血压大的变化.温度下降，会引起血压升高;温度上升，血压降低;气压还会影响人体的心理变化，主要是使人产生压抑情绪，自律神经(植物神经)趋向紧张，引起血压上升、心跳加快、呼吸急促，血管易发生梗塞、血糖值急升等.所以不受环境的影响，培养良好且平衡的心态是维持身体健康的良药［8］.⑦高危人群采取高危特防.能够及时发现预警信号非常重要，如果突然出现下列情况，就要特别小心:突然肢体麻木或者乏力，特别是出现在身体的一侧;突然言语不清或者言语理解困难;突然单眼或者双眼视物困难，或者视物重影;突然行走困难或者平衡失调;突然眩晕;突然没有原因的剧烈头痛.以上症状或许就是脑卒中的发病前兆，只要发生一种都应立即就诊.⑧规范的脑卒中护理.治疗结束后，在基地医院指导下加强随访和规范化干预管理脑卒中康复是经循证医学证实对降低致残率有效的方法，是脑卒中组织化管理中不可或缺的关键环节.除了有基础的病情护理，还要注意患者的心理护理员应积极主动的给与病人心理疏导，消除不良情绪刺激.促进病人肢体恢复.

表11 模型检验Tab.11 Model test

4)有关单位的合理化建议.①定期随访.社区卫生服务机构要对高危人群进行定期随访，例如每个月监测一次血压，每六个月监测一次血糖和血脂等，密切关注高危人群的健康状况，降低脑血管临床事件发生.②加强慢病防控能力建设.完善疾控机构、医院和基层医疗卫生机构分工负责，防治结合脑卒中疾病，提高基层医疗水平.改善医疗环境，合理配备医护人员和治疗药品.

［1］姜启源，谢金星，邢文训，等.大学数学实验［M］.2版，北京:清华大学出版社，2010.

［2］姜启源.大学数学实验［M］.北京:清华大学出版社，2005.

［3］韩中庚.数学建模竞赛［M］.北京:科学出版社，2009.

［4］赵静，但琦.数学建模与数学实验［M］.3版.北京:高等教育出版社，2008.

［5］山东省脑卒中高危人群筛查及干预项目实施方案［EB/OL］.(2012－01－12)［2012－09－09］.http://www.docin.com/p－399633673.html.

［6］关馨荣.健康时报［EB/OL］.(2005－07－27)［2012－09－09］.http://www.39.net/healthy/yyj/jkms/120372.html.

［7］夏季如何预防中风［EB/OL］.(2011－07－27)［2012－09－09］.http://zs.cctv.com/kaifeng/news_123824.html.

［8］心理压力与中风发生率呈正比［EB/OL］.(2012－03－16)［2012－09－09］.http://www.jiankangw.org/xinl/11415.html.