威海市气象干旱对风疹发病影响的研究——基于分布滞后非线性模型

薛晓嘉 李学文 刘雪娜 侯海峰 姜宝法 丁国永 李晓梅

1.公共卫生学院，山东第一医科大学(山东省医学科学院)，山东 泰安 271016；2.山东大学公共卫生学院，山东 济南 250012

目前环境问题已成为全球关注热点，环境因素(如PM2.5、高温热浪、暴雨洪涝、气象干旱等)对传染病的影响也引起各国重视。越来越多的证据表明，气候变化已成为许多传染病死灰复燃的重要原因，并对生物体机能造成影响[1-2]，尤其气象干旱可能是呼吸道传染病暴发流行重要的影响因素[3-4]。风疹(rubella)是由风疹病毒(RV)引起的急性呼吸道传染病，以冬春季多发，孕妇和学龄前儿童易感。全球每年大约有11万儿童被感染，其危害性仍不能忽视，虽然不像手足口病每年会有季节性暴发，但是由于病毒基因型的不断转变，在儿童这个特殊保护群体中完全消灭风疹则还需付出大量的努力[5-7]。近年来，我国风疹报告率呈波动、上升趋势，主要集中在西北部地区和一些沿海地区，目前仍是我国需要解决的重大公共卫生问题[8-9]。威海市风疹平均年发病率约为1.83/10万[10]，严重危害青少年的健康。威海市位于山东半岛东端，属于北温带季风型大陆性气候，春季降雨量小，易遭受干旱影响，干旱不仅是农业生产的天敌，对生态环境也造成了严重危害，也影响着传染病流行。本研究通过以往疫情资料，利用时间序列方法研究威海市气象干旱对风疹的发病影响及其滞后效应，为最大限度地降低干旱对人群健康风险提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源及数据预处理

2005—2013年威海市风疹发病数据来源于中国疾病预防控制中心的法定报告传染病数据库。人口学数据来自中国疾病预防控制中心公共卫生科学数据中心(http://www.phsciencedata.cn/)。气象资料由中国气象数据网(http://data.cma.cn/)提供，包括平均气温、降水量、平均相对湿度、平均气压及日照时数。本研究选择世界气象组织(WMO)推荐标准化降水指数(standardized precipitation index，SPI)作为气象干旱的指标，SPI负值代表雨量偏少，而SPI正值则代表雨量偏多。干旱严重程度可根据相应SPI的负值大小来划分等级，SPI负值愈大表示干旱愈严重。本研究采用Excel版的“标准化降水指数公式包.dll”计算SPI，将SPI负值规定为干旱期，SPI正值规定为非干旱期。

1.2 研究设计

本研究应用目前国际上广泛用于研究气象因素健康效应的分布滞后非线性模型(distributed lag non-linear model，DLNM)进行时间序列分析[11-12]。该模型在2010年由Gasparrini等[13]提出，可同时考虑暴露-反应的非线性关系及暴露变量的滞后效应，更加准确地评估环境因素对健康的影响。采用Poisson分布的广义相加模型拟合气象干旱对风疹旬发病的影响,同时控制长期时间趋势和季节性，协变量包括平均气温、降水量、平均相对湿度、平均气压及日照时数，其回归系数与标准误经公式转化后可得到相对危险度(RR)和95%可信区间(95% CI)。基本模型可用公式(1)表示：

(1)

式中：Yt为第t旬的发病人数；ε为模型系数；drought为二分类变量，1为干旱期，0位非干旱期；αp为当干旱滞后p旬的效应估计；ns(T,3)，ns(H,3)，ns(P,3)，ns(DH,3)，ns(DP,3)和ns(time,7)分别为旬平均气温、旬累计日照时数、旬平均气压、旬平均相对湿度、旬累计降水量和时间变量(控制长期趋势)的自然三次样条函数；season为季节，在模型中以哑变量形式出现，控制季节效应。

风疹发病具有群聚性，在Poisson回归中可能发生过度离散，导致模型中得到很小的标准误和置信区间。为了处理数据发生的过度离势，本研究采用类泊松(quasi-Poisson)方法进行参数估计。考虑到风疹的发病潜伏期以及病毒复制时间等，气象干旱对风疹发病影响的滞后期最长规定为6旬。

1.3 统计分析

使用Excel整理威海市2005—2013年风疹发病数据、气象资料及气象干旱状况。威海市风疹发病和气象因素基本情况统计描述采用IBM SPSS 20.0软件，其相关性分析采用Spearman秩相关。采用 R 3.3.3软件“dlnm”程序包拟合气象干旱对风疹发病的DLNM，所有检验水准为0.05。

2 结 果

2.1 基本情况

威海市2005—2013年风疹发病情况见图1。9年期间共计发病526人，年均发病率为2.18/10万。其中2008年风疹发病出现高峰，发病数为114人，发病率为4.3/10万；其次是2005年，发病率为4.0/10万。风疹总体发病趋势呈下降趋势，特别是2009年以后风疹发病得到有效控制(发病率降低在2/10万以下)，这可能与我国在2008年将麻腮风疫苗纳入扩大免疫规划有关。

威海市2005—2013年旬气象数据的基本描述性分析结果见表1。旬平均气温、平均气压和平均相对湿度分别为(13.16±9.89)℃、(1023.58±52.46)hPa和(56.86±15.26)mm；旬累计日照时数和累计降水量分别为(65.74±20.30)mm及(23.94±44.84)%。

表1 威海市2005—2013年旬气象因素基本情况

图1 威海市2005—2013年风疹发病情况

2.2 气象因素间相关性分析

Spearman相关分析显示平均气压和平均相对湿度无相关性，其余气象因素间均有相关关系(表2)。平均气温与平均相对湿度、平均气温与日照时数之间的关系呈正相关；日照时数与平均相对湿度、降水量呈负相关，平均气压与降水量、日照时数、平均温度，降水量与平均温度之间均为负相关关系。虽然气象因素均有相关关系，但相关系数绝对值相对都较小，仍可被同时纳入到模型中。

表2 气象因素间Spearman相关性分析结果(rs)

注：*P<0.01。

2.3 气象干旱对风疹发病影响的时间序列分析

运用DLNM拟合气象干旱与风疹之间的关系，同时纳入平均气温、平均气压、日照时数、降水量、平均相对湿度，并控制长期趋势和季节性。气象干旱对风疹发病影响的滞后效应结果见表3，模型结果显示气象干旱在滞后2和3旬时，气象干旱导致的风疹危险性增加，即干旱导致风疹发病率上升，其滞后2旬时RR=1.11，95% CI(1.04～1.19)，滞后3旬RR=1.10，95% CI(1.04～1.16)；随后风疹的发病风险降低，在滞后6旬时，气象干旱导致的风疹风险性降低，其RR=0.93，95% CI(0.90～0.97)，这可能与人群防治措施得当有关；其它滞后期未发现气象干旱对风疹发病的影响。我们对气象干旱的累计效应也进行了分析，其结果见图2，结果显示气象干旱对风疹发病的累计影响呈非线性关系，在滞后2～3旬时，其累计RR值最大(RR=1.09)，但其效应无统计学意义(P>0.05)。

表3 气象干旱对风疹发病影响的滞后效应

图2 气象干旱对风疹发病影响的累计滞后效应

3 讨 论

全球气候变化已成为有目共睹的事实，观察数据表明20世纪以来极端天气出现次数较19世纪上升60%[14]。其中，干旱相对其他自然灾害，受灾面积范围广，受灾人数多，历经时间长，已成为全球环境与经济变化影响下的重大自然灾害之一。我国是一个旱灾频繁的国家，每年因干旱造成的损失约占气象灾害的50%[15]。干旱可以导致空气湿度下降，容易引起某些呼吸道传染病发病率的增加，如我们前期生态趋势研究发现，干旱可以导致阿米巴痢疾、风疹和流行性乙型脑炎发病风险增加[16]。威海市属于北温带季风型大陆性气候，四季变化和季风进退都较明显。在春季，由于暖湿空气尚不能大量输送过来，所以降水量较少，又因大风多，降水量小，蒸发量大，经常造成春旱；在夏季，威海地理位置容易受到太平洋高压控制，山东半岛板块稳定少动，造成高温闷热天气，形成短期夏旱。这种特殊地理位置造成了威海旱灾的形成，本研究通过时间序列分析研究了威海市气象干旱对风疹发病的影响。

目前，已有很多研究表明气象因素直接或间接地对传染病的发病起到促进或者抑制作用[17-20]，但是气象干旱对风疹发病影响的研究甚少。本研究发现气象干旱对风疹的发病影响存在着滞后性，当滞后2～3旬时风疹的发病显著增加。气象干旱后风疹发病率上升，可能原因有：一是气象干旱期间，环境往往干燥而寒冷，干燥环境可以有利于风疹病毒保持活力和病毒繁殖力，它会伴随带菌者的咳嗽或者喷嚏扩散，漂浮在空气中，由于干燥寒冷，风疹病毒长时间保持活力。易感者吸入风疹病毒后，经2～3周的潜伏期，便开始发病。二是虽然风疹病毒在体外生存能力很弱，但风疹的传染力非常强，风疹多发于妇女和青少年，且该人群多出现在公众场合和聚集场所，容易导致暴发流行[21]。三是气象干旱容易导致人体的免疫力下降，其原因主要是干旱期间干燥空气和微弱的风力，使得污染物(如粉尘、汽车尾气等)难以扩散，易形成灰霾天气，对人体呼吸道影响极大。也有研究发现，长期生活在湿度较低的环境中可导致人体免疫能力下降[22]。当空气湿度低于40%的时候，鼻腔和肺部呼吸道黏膜容易发生脱水，弹性降低，黏膜上的纤毛运动减缓，导致机体的易感性增加，进而引起呼吸道疾病，导致发病率升高[23]。大多数风疹感染发生在旱季[24-25]也进一步支持气象干旱发生后会导致风疹发病风险增加。

本研究采用DLNM评价气象干旱对风疹发病的影响，具有一定的优势。首先基于DLNM的时间序列分析可以控制风疹的长期趋势和季节性等混杂效应，能较好地拟合环境因素与疾病之间的关系。其次，环境因素对疾病的影响往往存在非线性与滞后效应，DLNM通过加入自变量的交叉基函数，可以同时估计非线性暴露关系及滞后效应。因此，该模型可以更准确地评估气象干旱与风疹之间的关系。

同样，本研究还存在一定的局限性。首先本研究只是证实干旱对风疹的影响，但对其传播影响的具体机制未进行深入研究；其次，造成风疹的发病风险增加或降低的原因有很多，例如人的行为因素、社会的经济水平、卫生服务的可行性、环境卫生等，本研究中均未纳入；再有本研究是从群体角度研究气象干旱对风疹的影响，并未考虑个体的暴露情况，暴露与结局间存在的关联强度被削弱，会产生生态学谬误。因此，气象干旱对风疹的影响仍需进一步研究，为最大限度地降低气象干旱对风疹影响提供依据。