兰州市气象因子和环境因子对哮喘的影响＊

李龙燕，王金艳，陈金车，付旭东，董继元

（1.兰州大学大气科学学院，半干旱气候变化教育部重点实验室，甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，甘肃 兰州730000；2.兰州大学公共卫生学院，甘肃 兰州 730000）

近年来，由于工业化和人类活动向空气中排放了大量的颗粒物、氮氧化物（NOX）、SO2等污染物，并且对流层臭氧浓度也迅速增加，全球温度升高且极端天气频发，世界范围内哮喘患病率和死亡率也迅速增长[1-2]。哮喘属于呼吸系统疾病，是气道的一种慢性变态反应性炎症疾病，哮喘发作时可导致气短、胸闷、咳嗽，严重情况下甚至死亡。2017年世界卫生组织官网公布：全世界目前大约有2.35亿人罹患哮喘，是儿童中的一种常见疾病，且死亡多发生在老年群体中。近期Huang[3]等人在线发表的研究结果显示：目前我国20岁及以上哮喘人数达4570万，快速增长的发病率迫切需要我们探究其发病原因并给出预防要求。

已有研究表明遗传和环境气候因素变化是哮喘的主要发病机制[4]，然而，短时间内大量的全球性普遍增长不太可能被解释为遗传信息的变化，因此，进一步研究环境和气象因素影响的哮喘患病情况十分必要。目前国内外已经完成了大量关于气象因子和大气环境因子与哮喘关系的研究，Wang[5]等人发现在研究期间北京地区氮氧化物是对呼吸疾病死亡率相关的最主要污染物；Stieb[6]等人也发现臭氧、颗粒物与呼吸系统疾病密切相关；1997年Keatinger[7]等人研究发现气温波动和变化对呼吸系统疾病有重要作用：在气温低于18℃的地区，温度每下降1℃，较温暖地区的死亡率百分比高于寒冷地区。而屈芳[8]指出：在评估各类环境气象因素对呼吸系统的影响时，需着重考虑气象-空气污染-过敏原多维体系，探讨气象、环境、健康间的复合作用。

以往大多研究结果都是在急诊资料或死亡资料的基础上进行的研究[9～10]，对门诊资料的相关研究较少，本文收集兰州市三家三级甲等医院哮喘门诊资料，分析气象因子和大气环境因子与哮喘门诊就诊人次的关系，并基于时间序列的广义相加模型（GAM）定量评价气象因子和环境因子增加一个单位时对哮喘发病人次的影响，目的是有针对性地保护易感人群，为尽可能保障兰州市公众健康提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

1）疾病资料。来源于兰州市3家三级甲等综合医院的日门诊就诊记录，具有高度代表性，包括2014年1月1日至2017年12月31日期间哮喘就诊患者的性别、年龄、就诊时间和诊断结果等信息。

2）大气环境监测资料。同期大气环境因子逐日质量浓度数据NO2、SO2和CO来源于兰州市环境保护局和中国空气质量数据分析平台。

3）气象资料。同期气象数据来自兰州市气象局，整理后得到逐日平均气温（℃）、平均气压（hPa）、相对湿度（%）、平均风速(m/s)、最低温度(℃)和最高温度(℃)。季节划分采用气象上季节划分的方法,即上年12月至次年2月为冬季，3月至5月为春季，6月至8月为夏季，9月至11月为秋季。

1.2 研究方法

采用SPSS20统计软件对兰州市气象资料、大气环境资料和疾病资料进行描述性分析和Spearman相关分析，并对数据资料进行频数分析，得到均值、标准差、极小值、极大值，以及第25、50和75百分位数，和按年龄（≤14 岁，15～64 岁，≥65 岁）与性别（男、女）分层，得到季节划分情况下的疾病资料分布特征。

每日哮喘门诊人数相对于兰州市常住总人口为小概率事件，认为服从Poisson分布，本文将运用基于时间序列的广义相加模型 （generalized additional model，GAM）定量评价气象因子对人体健康影响，用R3.6.2软件实现。模型公式如下：

式中，:E （Yi）为第i日成人哮喘门诊人次期望值；s为非参数平滑样条函数；time为时间趋势；df为自由度；Xi为要调整的与发病人次呈非线性关系的变量，包括气象因素和污染物；Xj为与发病人次呈线性关系的变量；β为回归系数；α为截距；同时引入的还有星期变量（dow）和节假日变量（holiday），用于控制短期波动。

在控制长期趋势、星期几效应、节假日效应，同时考虑气象因素和空气污染等因素混杂的基础上，分别引入变量，并考虑其滞后效应，即门诊就诊数据与前几日的气象环境因子进行回归分析，以研究前几日的气象环境因子水平对门诊就诊人次的影响。核心模型建立后考察残差序列是否属于白噪声分布，如果不满足残差独立性要求，则需进一步调整模型。

根据偏自相关系数 （partial correlation function，PACF）选择各解释变量及自由度，考察自变量滞后7d（lag0～lag7）的发病效应，根据AIC（Akaike Information Criterion）信息准则选择合适的滞后日进入模型，AIC越小，模型拟合效果越好。

采用相对危险度RR（Relative Risk）定量评价自变量对哮喘的影响，即Xj每增加一个单位，哮喘门诊人次的相对改变量，根据GAM模型中单位Xj变化对应的效应值 β 可知，RR=exp(β·△Xj)，当 RR＞1，表明随着暴露值的增加，发病危险增加，RR＜1则表明随着暴露值的增加，发病危险降低，并计算95%置信区 95%CI=exp（△Xj（β±1.96SE）），再引入超额危险度ER=（RR-1）×100%，计算Xj变化一个单位，门诊人次上升的百分比。

表1 2014年至2017年兰州市哮喘门诊人次、气象因子及大气环境因子频数分布特征

2 结果与讨论

2.1 描述性分析

兰州市2014年至2017年兰州市哮喘门诊人次总计30255例，按照性别分类，其中男性13874例（占总门诊人次的45.9%），女性16380例（占门诊总人次的54.1%），未知性别1例；按照年龄分类，儿童（≤14岁）7475例，占门诊总人次的24.7%，成年（15～64 岁）19756 例，占门诊总人次的 65.3%，老年（≥65岁）3024例，占门诊总人次的10.0%。气象因子、大气环境污染物浓度以及哮喘门诊人次的频数分布特征见表1。从表中可见兰州市门诊哮喘患者日均就诊20.71例，日最大就诊人次达到86例，儿童日平均就诊5.12例，成年和老年分别为13.52例和2.07例，女性日平均就诊人次比男性多。平均温度、平均风速、平均气压、相对湿度、最低温度和最高温度的平均值分别为 11.45℃、1.24m/s、846.4hPa、50.2%、6.7℃、17.1℃，符合兰州市典型的温带大陆性气候。NO2的年均浓度超过国家环境空气质量二级标准[11]。

兰州市2014年1月1日至2017年12月31日期间气象因子、大气环境因子与哮喘门诊人次时间序列如图1所示。从图中可以看到：平均气温、最低气温和最高气温呈明显周期性变化，平均气压在850hpa左右波动，个别日期波动较大，平均风速主要在1至2m/s间变化，相对湿度也有较明显的周期性变化。所有污染物质量浓度表现出一定程度的季节性变化，均表现为冬季高于夏季，是因为冬季为采暖期，污染源增多，且有逆温层的存在，NO2在整个研究时间段上明显增长，兰州市哮喘发病人次也呈上升趋势。

图1 2014年至2017年兰州市气象因子、大气环境因子和哮喘门诊人次的时间序列

表2 兰州市哮喘门诊人次的季节变化（单位：例）

表2为2014年1月1日至2017年12月31日期间兰州哮喘门诊人次按季节统计情况。从表2中可以看到，研究期间兰州市哮喘门诊人次在秋季最多，男性和女性患者的季节人次变化与总就诊人次变化趋势非常一致：秋季最多，夏季次之，冬季最少。年龄结构中，儿童和成年患者人次变化趋势一致，也是秋季最多，冬季最少，而老年患者在春季最多，冬季次之，秋季最少。随着季节变化，各人群发病率不同，因此在哮喘发作的预防工作中应充分考虑不同人群发病的季节性特点。

2.2 疾病就诊人次与气象因子和大气环境因子的相关性分析

上述研究表明研究期间哮喘发病人次呈上升的趋势，且不同性别、不同年龄段的发病人群在不同季节的发病率略有不同，因此分析就诊人次与气象因子和大气环境因子的相关性，结果见表3。

表3 气象因子和大气环境因子与哮喘门诊患者的相关分析

从表3中可以看到，研究期间兰州市儿童哮喘发病率与平均气温、相对湿度、最低气温和最高气温显著正相关，这与某些地区研究结果不同[12-13]，老年哮喘发病率与平均气温、最低气温、最高气温显著负相关，和NO2显著正相关，儿童和老人与平均气温、最低气温、最高气温的相关性相反，相对湿度与儿童发病率的相关性最大，NO2与老年发病率的相关性最大。

兰州市儿童哮喘发病率与平均气温、最低气温、最高气温呈正相关，说明儿童对高温较敏感，已有研究表明花粉是儿童哮喘的促发因子之一，气温越高，花粉越容易传播，越容易诱发儿童哮喘[14]。相对湿度对儿童的影响可能原因是细菌及霉菌在潮湿空气中容易生长繁殖增加，相对湿度越大，越容易引起呼吸道感染而诱发慢性呼吸道炎症，从而引发哮喘[15]。

兰州市老年哮喘发病率与平均气温、最低气温、最高气温呈负相关，说明老人对低温较敏感，对于老年患者而言，冷空气是哮喘发作的危险因素，可刺激气道黏膜血管收缩，导致局部血液循环障碍，易于激发感染，增加哮喘发病风险[16]，而老年发病率与NO2正相关，是因为NO2是O3的前体物，O3可增加气道黏膜反应敏感性，使得气道接触变应原后过敏反应加重，诱发哮喘[17]。

儿童和老年发病率与平均气温、最低气温、最高气温的相关性相反，原因也可能是这些结论是在分析全年数据上的结果，所以进一步研究不同季节条件下儿童和老年发病率与平均气温、最低气温、最高气温的相关性很有必要。

2.3 气象因子和环境因子对哮喘疾病的危险性评价

在控制了长期趋势、星期几效应、节假日效应以及气象因素与大气污染物混杂效应的基础上，将平均气温、相对湿度、气压、风速等纳入模型，分析气象因子和环境因子对儿童和老人的滞后发病效应。根据PACF值的参考及AIC最小原则，儿童选择平均气温、相对湿度、最低气温、最高气温滞后7d进入模型，老年选择平均气温滞后7d，最低气温、最高气温滞后6d，NO2滞后7d的值进入模型，模型拟合结果见表4。其中β为模型估算的偏回归系数，SE（standard error）为标准差。本研究的研究结果为，平均气温每上升1℃，儿童每日发病RR为1.0079（95%CI:1.0004～1.0155），通过 0.05 显著性检验，相对湿度每上升1%，儿童每日发病RR为1.0034（95%CI:1.0013～1.0055）， 通过 0.05 显著性检验，最低气温每上升1℃，儿童每日发病RR为1.0025（95%CI:0.9943～1.0108），未通过 0.05显著性检验，最高气温每上升1℃，儿童每日发病RR为1.0076（95%CI:1.0018～1.0134），通过0.05显著性检验；平均气温每上升1℃，老年发病RR为0.9977（95%CI:0.9864～1.0090），未通过0.05显著性检验，最低气温每上升1℃，发病 RR 为 0.9820（95%CI:0.9715～0.9927），且通过0.05显著性检验，最高气温每上升1℃，发病RR 为 0.9984（95%CI:0.9899～1.0071）未通过 0.05 显著性检验，NO2每上升1μg/m3， 发病RR为1.0015（95%CI:0.9993～1.0038）未通过0.05显著性检验。

所以平均气温、最高气温上升，儿童的相对危险度就会增加，且平均气温每上升1℃，儿童就诊人次增加0.79%，最高气温每上升1℃，儿童就诊人次增加0.76%，相对湿度增加1%，儿童就诊人次增加0.34%；最低气温下降，老人的相对危险度就会增 加，且每下降1℃，老人就诊人次增加1.8%，见表4。

表4 气象环境因子与儿童、老人哮喘发病人数的回归关系的模型拟合结果

3 结论与讨论

利用2014-2017年兰州市三家三甲医院的哮喘门诊数据分析得到以下结论：

从气象环境因子和哮喘发病人数的时间序列中可知近年来兰州市大气污染物NO2明显增大，哮喘发病率也有上升的趋势。哮喘发病人次按季节分类的结果显示，儿童在秋季最多，冬季最少，老年患者在春季最多，秋季最少。提示不同人群对气候的敏感程度不同，在哮喘发作的预防工作中应充分考虑不同人群发病的季节性特点。

哮喘发病人次与气象因子和大气环境因子的相关性结果表明儿童与平均气温、相对湿度，日最低气温和日最高气温显著正相关，老年患者与平均气温、日最低气温和日最高气温负相关和NO2正相关，所以儿童除了避免在极端天气和严重空气污染环境下活动，还要尽量注意高温、高湿的影响，老人对寒冷可能比较敏感，因此在冬季应尽量减少外出，且冬季NO2过剩，严重影响老年人的身心健康。

本文研究结果提示，平均气温、相对湿度和最高气温与儿童哮喘就诊人次密切相关，日最低气温与老人哮喘就诊人次密切相关。平均气温每上升1℃，儿童超额危险度为0.79%，相对湿度增加1%，儿童超额危险度为0.34%，最高气温每上升1℃，儿童超额危险度为0.76%；最低气温每下降1℃，老人超额危险度为1.8%，且具有一定的滞后性。

由于获得的疾病资料有限，且受地域、文化和各种社会经济因素的影响，不同地区研究出来的结果也可能有所不同。但需要注意的是儿童和老人由于机体免疫能力差，更容易受到气象因子和大气污染物的影响，并且哮喘的发病机制非常复杂，与遗传、过敏、机体免疫、环境气候等因素有关，需要结合医学和气象上的知识综合研究。