臭氧对心脑血管疾病急救的短期影响及其季节性差异*

谷少华 陆蓓蓓 王 钢 贺天锋 王爱红△

随着全球气候变暖和人类活动排放的氮氧化合物增多,臭氧已经成为我国部分城市夏季的首要污染物[1],其与人群健康的关系也逐渐受到公众关注。多项研究发现,臭氧短期暴露与人群总死亡、心血管疾病死亡和呼吸系统疾病死亡具有明显的相关性,并可能造成儿童哮喘、上呼吸道感染、皮肤性疾病、心肌梗死等疾病发病风险增加[2-11]。但是,这些结果主要来自于臭氧对人群死亡或住院的研究,尚缺少臭氧对其他健康相关数据的研究结果,并且对心脑血管疾病的研究结论并不一致[10-11]。此外,多个城市均发现地表臭氧浓度存在季节性变化,但是针对不同季节臭氧效应差异的研究仍然较少[9]。这些缺陷既不利于政府制定相应的公共卫生政策,也不利于居民开展针对性的健康防护。

急救车的接诊数据能够及时地反映出人群突发疾病的状况,因此开展臭氧和急救数据关联的研究能够更准确地评价臭氧对人群健康影响的急性效应。本文拟利用宁波市城区的急救数据,分析臭氧暴露与心脑血管疾病急救人次的短期关联,并比较不同季节时臭氧暴露健康效应的差异。

材料和方法

1.数据收集

急救车接诊资料由宁波市急救中心提供,包含2013年1月1日至2016年12月31日宁波市海曙区、江东区(现并入鄞州区)和江北区三个主城区的急救车逐日接诊个案资料,变量包括“编号”、“接诊日期”、“接诊地点”、“病人性别”、“病人年龄”、“主诉”、“初步诊断”、“就诊类型”等信息。根据个案中的“主诉”和“初步诊断”变量,挑选出初诊为心脑血管疾病的病例,并按照性别和年龄(<65岁组和≥65岁组)进行人群分组。

同期空气污染资料收集自宁波市环境监测中心,监测站点位于江北区,资料包括每日最大的连续8小时臭氧浓度数值(臭氧8小时),以及细颗粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)和二氧化氮(NO2)的日均浓度数据。同期气象资料下载自中国气象科学数据共享网站(http://data.cma.cn/),监测站点位于鄞州区,资料包括日均气温、日均相对湿度和日均气压等指标。

2.统计分析

本文采用时间序列分析方法结合分布滞后非线性模型(distributed lag non-linear model,DLNM)研究臭氧和心脑血管疾病急救人次的短期关联,同时在模型中控制了气温、湿度、气压、星期效应、心脑血管疾病急救人次的长期变化趋势等混杂因素的影响,并根据偏自相关函数(partial autocorrelation function,PACF)选择其中的自由度[12-13]。为了评估不同季节时臭氧效应的差异,本研究根据宁波市气温变化将全年分为冷季(11月-次年4月)和暖季(5月-10月),采用分层分析的方法分别将其纳入模型进行统计分析[14]。构建模型如下。

Log[E(Yt)]=α+cb(O3t,lag)+ns(Tempt,

df=3)+ns(Rht,df=3)+ns(Presst,df=3)+

ns(Time,df=7×4)+vDOW

其中E(Yt)—第t日心脑血管疾病急救人次的期望值;a—截距;cb—交叉基;ns—自然立方样条函数;lag—最长滞后时间;df—自由度;O3t—第t日臭氧8小时浓度,由于以往文献发现臭氧与健康结局关系为无阈值的线性关系,因此本研究同样按照线性效应纳入模型,并根据文献选取最长滞后时间为7天[5,8];Tempt、Rht和Presst—分别为第t日的日均气温、日均相对湿度和日均气压,选择自由度均为3;Time—时间变量,根据以往文献,全年分析时自由度为7/年[12-13],按季节分析时自由度为4/年[14];DOW—星期几,按照哑变量引入模型;υ为其效应系数。

本文同时还按照非线性效应评估了臭氧和心脑血管疾病急救人次的暴露-反应关系,并比较了分别控制PM2.5、SO2和NO2后臭氧急性效应的差异。臭氧的效应采用相对危险度(relative risk,RR)和超额危险度(excess risk,ER)指标表示,超额危险度ER=(RR-1)×100%,本文意为臭氧每升高10μg/m3时心脑血管疾病急救人次增加的百分比。

本文分别采用均数和标准差描述计量资料的集中趋势和离散趋势,并采用t检验或非参数检验比较不同组别均数的差异。本研究主要统计分析采用R软件(3.1.0版)实施,各空气污染和气象指标之间的相关性分析采用Spearman相关,分布滞后非线性模型运用R软件中的“dlnm”包,检验水准为0.05。

结 果

2013-2016年宁波市三个主城区共接诊心脑血管疾病急救人次8674次,平均每日5.9次,其中冷季平均每日6.5次,暖季平均每日5.3次;接诊男性多于女性,65岁以上的老人多于年轻人。研究期间臭氧8小时平均浓度为94.5μg/m3(3～252μg/m3),其中冷季平均为77.2μg/m3(3～229μg/m3),暖季平均为111.6μg/m3(5～252μg/m3),详情见表1。根据国家《环境空气质量标准》(GB3095-2012),臭氧8小时二级浓度限值为160μg/m3,宁波市2013-2016年臭氧全年达标率为90.78%,冷季达标率为97.09%,暖季达标率为84.58%。

表1 2013-2016年宁波市心脑血管疾病急救人次、空气污染和气象因子的一般特征

如图1所示,心脑血管疾病急救人次具有明显的季节性,冬季较高而夏季较低;臭氧8小时浓度则相反,冬季较低而夏季较高。表2为臭氧和不同环境因子的Spearman相关系数,冷季时臭氧和各空气污染因子的相关性较弱,且均为负相关,其中与NO2的相关性最强,相关系数为-0.216;暖季时臭氧和各空气污染因子均为正相关,其中与PM2.5的相关性最强,相关系数为0.490。冷季时臭氧和各气象因子的相关系数均有统计学意义(P<0.05);暖季时臭氧和日均相对湿度的相关性最强,相关系数为-0.537。

图1 2013-2016年宁波市心脑血管疾病急救人次和臭氧8小时浓度的时间变化趋势

表2 不同季节时,臭氧和其它空气污染因子、气象指标之间的Spearman相关分析

图2表示不同滞后时间时臭氧与心脑血管疾病急救人次的短期关联。全年和暖季时,臭氧暴露和当天心脑血管疾病急救人次的关联有统计学意义,臭氧8小时浓度每升高10μg/m3,心脑血管疾病急救人次分别增加0.96%(95%CI:0.21～1.72%)和1.17%(95%CI:0.21～2.13%)。按照性别分层时,臭氧对男性的影响明显大于女性,全年和暖季时,臭氧8小时浓度每升高10μg/m3男性心脑血管疾病急救人次分别增加1.11%(95%CI:0.08～2.15%)和1.65%(95%CI:0.33～2.99%);臭氧对女性的效应均无统计学意义(P>0.05)。按照年龄分层时,除全年时臭氧和<65岁人群组的关联有统计学意义以外,其余分析均无统计学意义。冷季时臭氧和心脑血管疾病急救人次的关联均未见统计学意义。详情见表3。

表3 不同季节条件下,臭氧8小时浓度每升高10μg/m3当天心脑血管疾病急救人次的超额危险度(%)

图2 不同季节和滞后天数,臭氧8小时浓度每升高10μg/m3心脑血管疾病急救人次的超额危险度

如表4所示,模型中引入NO2和SO2后,臭氧的效应基本不变;引入PM2.5后,臭氧的效应减小且均变为无统计学意义(P>0.05)。如图3所示,将臭氧按照非线性效应引入模型,不同季节时臭氧与当日心脑血管疾病急救人次的暴露-反应关系均为近似线性且未见阈值存在;暖季时,臭氧8小时浓度超过150μg/m3后效应值不再增加。

表4 多污染物模型时,臭氧8小时浓度每升高10μg/m3心脑血管疾病急救人次的超额危险度(%)

图3 按照非线性效应引入模型,臭氧8小时浓度与当天心脑血管疾病急救人次的暴露-反应关系曲线

讨 论

本研究发现宁波市暖季时空气中臭氧浓度较高,并和其他污染物有较高的相关性。全年和暖季时臭氧暴露和当天心脑血管疾病急救人次的关联有统计学意义,暴露-反应关系近似为无阈值的线性关系;男性受到的影响明显强于女性。本研究采用急救车接诊资料分析不同季节时臭氧和心脑血管疾病的关联,研究结果可以有效地评价臭氧对人群心脑血管疾病的急性效应,并为全面评估臭氧的健康风险提供了更丰富的证据。

臭氧对呼吸系统的作用机制已经较为清楚,但是其对心血管系统影响的证据并不一致。最近有中国学者的研究指出,臭氧暴露浓度升高与人体血小板活化(凝血的危险因素)和血压的升高相关,这可能是臭氧影响心血管系统健康的机制之一[15]。与以往研究结果相似,本文发现臭氧与心脑血管疾病急救人次的暴露-反应关系为线性关系,且未发现阈值存在。美国多城市的研究也表明,即使臭氧在接近背景值的极低水平时仍可观察到健康危害存在,浓度高于5.1μg/m3(10 ppb)时暴露-反应关系呈近似线性曲线[3]。该结果提示政策制定者需要重新考虑臭氧浓度限值的设定,以避免高浓度臭氧造成更多人群健康损失。本研究结果也显示,暖季时臭氧浓度达到较高水平后(>150μg/m3),健康危害效应不再增大,这种“平台”现象在其它研究中也有发现[4],原因可能是低浓度臭氧已经造成了敏感人群提前发病或者死亡,因此高浓度时健康效应不再增大。

本研究发现暖季时臭氧浓度较高且效应较强,而冷季时则未见效应差异有统计学意义。此结果与西方国家的研究结论相似,如美国95个城市[16]和97个城市[17]的研究结果均证实,高温时臭氧的急性效应更强,低温时则较弱。但是,中国台湾和上海的研究结果则相反,冷季时臭氧暴露与人群健康结局呈显著相关,而暖季时则未见这种效应存在[5,8]。由于不同区域的气候特征和人群生活习惯均存在差异,很有可能会造成臭氧的健康效应在不同地区得到的结论并不一致。这更提示研究者需要开展不同地区的健康风险评估,从而因地制宜地提出健康防护和干预措施。

臭氧和颗粒物的相互作用一直受到研究者的关注,研究表明,长三角地区的高温低湿条件有利于臭氧和二次颗粒物的快速生成,从而导致大气中高浓度臭氧和细颗粒物污染复合叠加[18]。本研究也发现暖季时臭氧和PM2.5具有较强的相关性,在模型中引入PM2.5后,臭氧的效应减小且无统计学意义。而中国三个城市的研究结果则显示,臭氧与颗粒物对死亡的影响可能存在修饰作用,臭氧浓度较高时,PM10的效应较高[11]。由于颗粒物是复合污染物,不同区域的来源不同导致其成分差异较大,当前的研究仍然无法证实颗粒物是臭氧的混杂因素或者为修饰效应,未来仍然需要更多的研究证据支持。

本研究同时存在一定的局限性。由于收集到的急救数据只有主诉和初始诊断信息,并没有最终疾病诊断和国际疾病分类编码,因此数据整理过程中可能会发生疾病错误分类,增加或减少每日心脑血管疾病急救人次,从而影响到臭氧效应的评价。此外,本研究采用的臭氧数据是地面监测数据,并不能完全代表研究对象的实际臭氧暴露量。下一步研究可以开展空气污染物个体暴露评估,以得到更精确的结果。

综上所述,本研究发现臭氧和心脑血管疾病急救人次的短期关联具有统计学意义,暴露-反应关系为无阈值的线性曲线;暖季时效应较强,男性受到的影响强于女性。研究结果为全面评估臭氧对心血管疾病的急性影响提供了更丰富的证据,能够为决策者修订相应的公共卫生政策提供更多的技术支持。