区域性空气环境与COPD住院特点的相关性分析

甄世林，陈鹏，王利荣，姜涛，杨玖永

（湖北航天医院，湖北 孝感）

0 引言

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一种常见的以持续气流受限为特征的可以预防和治疗的疾病，气流受限进行性发展，与气道和肺脏对有毒颗粒或气体的慢性炎性反应增强有关，急性加重和并发症影响着疾病的严重程度和对个体的预后[1]。近年来随着环境污染等因素的增加现COPD已成为全世界范围内发病率和死亡率最高的疾病之一，且呈逐年递增的趋势。预计到2020年COPD将继心血管疾病、脑血管疾病全球之后第三大致死病因。慢阻肺急性加重的诱因多种多样，在美国国立心肺血液研究所、美国国立卫生研究院和世界卫生组织协作下，慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)防治全球倡议 (Global Initiative For Chronic Obstructive Lung Disease，GOLD)2015年首次提出了空气污染也可以促进COPD急性加重，导致住院率和病死率增加。在过去的十年中，空气污染暴露和急性健康结果之间的关联已经在许多研究证明[2-7]。当前随着我国国民经济的发展我国也面临严重的大气污染，而国内关于COPD与大气污染的相关分析研究较少，特别缺少COPD患病及流行病学特点与独特的地区气候、空气质量相关分析。不管是短期还是长期观察，地区性COPD发病特点与空气环境回顾性相关分析均对后期区域性个体化COPD控制指导具有指导意义。本研究采用小样本抽样分析的方法，我们通过抽取2016年1月1日至2016年12月31日孝感市航天医院住院的COPD患者相关情况与同时间段孝感市空气质量指数（Air Quality Inden，简称AQI）、气温变化及降雨量变化进行对比及统计学分析，旨在探究气候及空气质量对特定区域COPD急性发作而入院患者人数及平均住院天数的影响。

1 资料与方法

1.1资料收集2016年1月1日至2016年12月31日到孝感市湖北航天医院内一科（呼吸科）就诊的COPD急性发作而住院治疗的患者数量及患者一般情况包括性别、年龄、住院天数及疾病诊断，其中纳入人群为依据2015年COPD指南确诊为COPD患者，通过肺功能检查确诊；吸入支气管扩张剂后，FEV1/FVC＜0.70，确认存在持续性气流受限。疾病诊断选用国际通用ICD-9。患者住院天数包括入院当天及出院当天。排除3例：因其他基础疾病住院期间COPD急性发作加重转入呼吸科治疗后未缓解转出其他科室（如ICU），由于COPD急性加重所致住院时间难计算而排除此病例。

1.2方法

1.2.1 收集湖北省孝感市每月平均AQI值，并按AQI等级(表1)将全年数据分为6级，空气质量一级(AQI≤50)、空气质量二级(50＜AQI≤100)、轻污染组三级(100＜AQI≤200)、中度污染四级(151＜AQI≤200)、重度污染五级(200＜AQI≤300)、严重污染六级（AQI＞300）比较本市区全年空气质量特点，同期孝感市 AQI数据来自中华人民共和国环保部数据中心（网页：http：//datacenter.mep.gov.cn/indeN）。收集当月日平均最高气温、当月日平均最低气温，月平均降雨量，同期孝感市气温、降雨数据来自中国天气（网页http：//www.weather.com.cn/weather40d/101200401.shtml）。分析孝感市2016年全年空气质量特点，不同空气环境下慢性阻塞心肺疾病（COPD）急性加重住院治疗特点。

表1 COPD患者每月住院人数及住院天数统计表

1.2.2 比较气温变化、降水量、AQI值与同时间段阻塞性肺疾病（COPD）住院人数和平均住院天数进行相关性关系。对收集的资料运通统计学方法对同一时间段气温（F）、平均降雨量(H)空气质量(A)、患病人数(X)平均住院天数（D）采用双变量相关性分析及曲线估值作回归分析，探讨气温，空气，降雨对COPD急性发作住院治疗情况是否存在相关性影响。

1.2.3 统计分析

统计分析采用IMB SPSS 22.0软件，计量资料平均值采用X表达，定性数据用百分率(%)表达，采用计量资料的相关分析比较AQI、气温、平均降雨量与COPD发病率及平均住院天数之间的相关性关系，采用独立样本t检验进行，检验水准α=0.05，以P＜0.05为差异有统计学意义，采取Pearson相关系数作连续变量的相关分析，以|r|＞0.5为存在中度较明显相关性，回归取曲线估值探求自变量与因变量之间拟合关系，以R2估值衡量。|r|＞0.95存在显著性相关；|r|≥0.8高度相关；0.5≤|r|＜0.8中度相关；0.3≤|r|＜0.5低度相关；|r|＜0.3关系极弱，认为不相关。

2 结果

2.1孝感市城区在不同月份月平均AQI值所反应出孝感市2016年全年无AQI大于300，故无六级空气质量等级。2016年全年空气质量二级(50＜AQI≤100)214天，占全年59.28%。空气质量三级(100＜AQI≤200)80天占全年22.16%。空气质量一级(AQI≤50)57天，占全年15.79%。空气质量四级(151＜AQI≤200)9天，五级(200＜AQI≤300)1天分别占全年2.49%、0.28%。孝感市全年361天整体空气质量优，全年主要以一级、二级空气质量为主影响AQI值污染物主要为PM2.5、PM10，少量CO、NO2及臭氧（8小时）。

2.22016年1月1日 至2016年12月1日 来 航 天 医 院 住 院COPD患者见表3总纳入168人，其中男性136人占总体人数80.95%，月平均住院天数、月住院人数、月平均AQI值、当月平均日最高气温、当月平均日最低气温、月平均降雨量如表1。不同空区质量所对应的气温变化、降水量、AQI值及COPD急性发作住院治疗人数及平均住院天数做动态图（见图1），观察单月空气质量AQI与该月气温变化对比住院人数变化情况。可以看出在全年每月人均住院天数及住院人数趋于平稳气温趋于平稳，随着AQI值变化总住院人数及平均住院天数发生相应的变化，特别是在空气温度相应正向波动的时候，COPD总住院人数及平均住院天数变化明显，如在孝感市进入10月气温明显下降情况下，随着AQI值升高COPD患者来航天医院住院治疗的患者人数明显增多，同期人均住院天数也增加。从曲线图趋势上看月平均降雨量波动对COPD总住院人数及平均住院天数无明显影响，而月平均AQI值伴随日均最低气温及日均最高气温的变化影响COPD入院人数及住院患者平均住院天数。具体相关性将通过统计学分析。本项研究将分别以COPD入院人数及平均住院天数对同期AQI 值、气候温度、降水量变化情况作相关性分析，采用回归分析中曲线估值求相关拟合关系，以探究气候温度、空气质量、月均降水量对慢性阻塞性肺疾病（COPD）发病入院率及平均住院天数的影响。

图1 2016年单月空气质量AQI与该月单日气温变化、住院人数对比图

从图1可以看出在单月住院人数和AQI相关性的背景下，1月-3月高AQI值中等降水和回温气候下COPD住院率相对较低，而12月在高AQI值低温、低降水下住院率快速高升。可以考虑可能 AQI值对COPD并非独立影响因素。单一AQI变化可能对COPD急性发作患者住院率无明显影响，在其他因素作用下特别是低降水的影响下AQI对COPD急性发作住院率影响明显。无论AQI还是降水、气温对住院天数无明显影响。

2.3统计分析数据对日平均最高气温（Fh）、日平均最低气温（Fl）、平均降水量、空气质量(X_C)、每月患病人数(N)、每月人均住院天数（X_D），采用双变量相关性分析及曲线估值作回归分析。以IBMSPSS22.0软件分析相关性，取pearson相关系数分别对患病人数(X)与日平均最高气温（F）、日平均最低气温（F）、空气质量(X)作双变量的相关性分析，对患病人数(X)与日平均最高气温（Fh）、日平均最低气温（Fl）、空气质量(X)作双变量的相关性分析得pearson相关性r值、显著性（双尾）P值。通过双变量相关性分析可看出AQI值对COPD患者月住院人数及月人均住院天数存在中度相关0.5≤|r|＜0.8，且二者显著性P＜0.05，AQI值对COPD患者月住院人数及月人均住院天数具有统计学意义上的相关性。日均最高气温、日均最低气温及月平均降水量对住院人数及住院天数的影响其显著性P＞0.05，其相关无明显统计学差异。故在本项研究中认为AQI值对COPD患者月住院人数及月人均住院天数具有相关性，暂不认为日均最高气温、日均最低气温及月平均降水量对住院人数及住院天数存在相关性。

对AQI值与COPD患者月住院人数及月人均住院天数进一步采用曲线估值进行回归统计分析，探究而二者间以何种模型方程拟合。首先对患病人数(X)、空气质量(A)做回归分析，取曲线估值，寻求观察值住院人数与空气质量相关性以何种数据模型相拟合，选取对数、线性、二次项、立方及复合分析拟合度。

从数据上看患病人数(N)与空气质量(A)回归分析拟合其拟合程度一般（R2＜0.5），其中拟合显著性P＜0.05模型中有线性模型（P=0.021）、对数模型（P=0.027）、复合模型（P=0.033），其中拟合度最高的为线性模型R2=0.427，可认为本项研究中患病人数(N)与空气质量(A)呈一般线性拟合。其间回归曲线图见图2。

运用统计分析软件对患病平均住院天数(XD)、空气质量(A)做回归分析，取曲线估值，寻求观察值住院人数与空气质量相关性以何种数据模型相拟合，选取对数、线性、二次项、立方及复合分析拟合度，从数据上可得COPD住院人数(N)与空气质量(A)回归分析，变量间拟合程度均较低（0.3＜R2＜0.4），拟合度较高的为线性模型R2=0.334，其中拟合显著性P=0.049，患病人数(N)与空气质量(A)呈较低的线性拟合且显著性不高，需进一步扩大样本量行大样本统计分析。故可认为在本项研究中患病人数(N)与空气质量(A)与线性模型、对数模型、二次项模型、立方模型及复合模型暂不存在显著性拟合，其间回归曲线图见图3。

3 讨论

空气环境的变化对人身体健康的影响很早被人所认识。从短期和长期的观察研究显示，暴露于空气污染会轻微刺激上呼吸道系统或导致慢性呼吸道疾病的高发病率(哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD))，心脏病，糖尿病，高血压，肺癌，和死亡[2,8-12]。Yadav等[13]研究揭示了哮喘、流感和急性呼吸道感染的发病率在雾霾爆发期间显著增加。有研究表明短时间或长期暴露在细颗粒物(PM2.5)导致系统性炎症反应，可以增加心肺发病率的风险[14-16]。世界卫生组织估计，2010年，PM2.5相关因素导致310万人死亡，大约占全球残疾致死人数的3.1%[17]。该研究同时还表明，短期暴露和长期接触PM2.5加重哮喘，呼吸道症状，增加患者住院率。研究人员发现，空气质量指数增加会使死亡风险增加即每增加1单位AQHI则增加1.2%死亡率)[18-20]，空气污染也会增加发病率，尤其是那些患有哮喘和/或慢性阻塞性肺病[2，6，7]。在加拿大一项更加详细的调查研究显示每个增加1单位AQHI则哮喘门诊率增加了6%，增加2%住院天数，并增加1.3%急诊科呼吸疾病入诊量[21]。尽管哮喘和慢性阻塞性肺病有共同风险因素如年龄、吸烟、支气管高反应性等，荷兰一项研究[22,23]推测，哮喘和支气管高反应性易使人在以后的生活中发展进而患慢性阻塞性肺病，哮喘，慢性阻塞性肺病，慢性支气管炎，肺气肿是很大比例的呼吸道疾病在不同阶段不同的表达。人们认为这些条件或他们的反应可能影响宿主和环境因素[24]，包括对空气污染的暴露。迄今为止，有限的流行病学研究已经确定和/或量化这些“可确认的医学疾病”风险。随着进一步研究结果显示：长期暴露在空气污染可能导致明显的发病率和导致慢性阻塞性肺病与既存的哮喘个体的发展。更好的完善环境的风险窗口预警及干预治疗，可能有助于缓解或（和）制定更优的预防策略来改善肺功能进行性恶化导致慢性阻塞性肺病[24]。1月-3月高AQI值中等降水和回温气候下COPD住院率相对较低，而12月在高AQI值低温、低降水下住院率快速高升。可以考虑可能AQI值对COPD并非独立影响因素。单一AQI变化可能对COPD急性发作患者住院率无明显影响，在其他因素作用下特别是低降水的影响下AQI对COPD急性发作住院率影响明显。为什么在低降水量条件下AQI对COPD急性发病住院率，有待进一步调查研究。COPD急性发病入院率等发病特点相关指标是否存在特定区域独特特点？有待进一步大数据动态观察研究。

人群易感性也是空气质量影响呼吸系统疾病发病及进展的重要因素，先前的研究表明，健康的成年人被暴露于量化的空气污染物(即在实验设置空气污染环境中)观察或测量不同人所变现出呼吸系统疾病特点[25]。研究表明同样的环境因素可能会导致的变异性疾病(或器官组织功能异常)的风险取决于人群自身因素如年龄、性别、生命早期暴露，家族史和疾病并存病[26]。对环境因素的敏感性在不同的高危人群可能不同程度表达。有人提出宿主因素如特异反应性、营养状况、SES，长期的压力可能影响空气污染对哮喘的影响[27-31]。也有研究表明慢性接触点之间的联系在儿童和脆弱性在成年期慢性阻塞性肺病[32]。在探究环境空气污染物治病机制研究中，研究检查基因-环境交互作用和宿主之间的相互作用可能成为未来一个重要的研究方向。这可能有助于识别容易受到空气污染的易感人群，针对性制定预防策略。

图2 患病住院人数(N)与空气质量(A)回归曲线拟合图

图3 平均住院天数(XD)与空气质量(A)回归曲线拟合图

而对于国内空气环境对COPD的影响尚缺乏大量数据研究，国内有学者对区域性空气环境与儿童呼吸道疾病研究发现该地区PM2.5浓度值与儿童呼吸道感染就诊量间呈正相关[33]，国内研究表明地区性空气污染和儿童哮喘发病紧密关联，被动吸烟、近距离污染源和重度空气污染等均作为儿童哮喘发病的独立危险因素[34]。我国空气污染成区域性特点，不同的省自治区直辖市所出现的空气质量及颗粒污染源各不相同，不同空气质量特点对不同地区人群健康影响存在人群易感不同，近远期导致的治病情况亦数据残缺。这就导致区域性空气质量与疾病相关性研究的困难。一些学者也开始重视包括空气质量的多因素致病因素综合分析，期间注意到空气质量间接致病影响。

我国在PM2.5危害方面的研究，起步于10年前左右。在广州、沈阳和其他区域的调查研究显示，死亡率PM2.5水平有显著的线性相关性[35-36]。此外，在烟雾暴发期间，呼吸科门诊就诊次数增加。环境大气对人群特别是患病人群的影响越来越收到人们关注，但是我国大样本的空气质量对人群呼吸系统特别是COPD患者近期及远期临床观察还缺乏动态数据，不同地区空气质量如何在区域表现为独特的特征影响COPD患者的急性发作?及以何种大数据来作为区域COPD人群控制治疗的诊疗参考依据?而在反应个不同区域性不同空气环境对疾病的影响特点上，各地区由于环境不同、人群易感性不同而表现出COPD患者发病特点有着各自的特点。本项研究在回顾本地区小样本调查资料基础上探讨区域性空气质量及气温与慢性阻塞性肺疾病（COPD）急性发病相关性分析得出AQI值对COPD患者月住院人数及月人均住院天数具有统计学意义上的相关性。这与国内外相关研究相符合，即空气质量指数（AQI）影响COPD患者急性发病率。在进一步空气质量与住院人数、平均住院天数间关系模型时发现，故空气质量对COPD住院人数之间的关系是线性相关，患病人数(N)与空气质量(A)回归分析呈一般程度拟合（R2=0.427＜0.5），其中拟合显著性P=0.021＜0.05。总之，本项研究发现，那些被暴露于高水平的PM2.5和O3患者患慢性阻塞性肺病患者急性加重住院的风险更高。使用大样本数据为基础的调查，反映地区性特点，纳入多个潜在的混杂因素(AQI值、日平均最高气温、日平均最低气温、月平均降雨量、年龄、性别、吸烟史、家庭收入水平等)来研究COPD发病特点可能是未来COPD发病研究的一个新的方向。本研究为进一步完善区域性COPD影响因素、发病特点及给本区域COPD患者控制治疗、COPD预测、进一步的相关研究提供一定的参考与借鉴。