大气臭氧长期暴露对社区自然人群抑郁、焦虑和压力状况的影响

刘晓慧，曹 寒，张 晗，王郑芳，汤乃军，牛凯军，刘 括，祝慧萍，高 琦，李冰潇，彭文娟，谢韵漪，单广良，张 玲

1. 首都医科大学公共卫生学院流行病与卫生统计学系（北京 100069）

2. 北京航天总医院健康管理中心（北京 100076）

3. 天津医科大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系（天津 300070）

4. 天津医科大学公共卫生学院营养流行病学研究所（天津 300070）

5. 中国医学科学院基础医学研究所流行病学与统计学系（北京 100730）

精神卫生被认为是公共卫生的重要组成部分。世界卫生组织发现目前全球精神障碍的患病率已达到22.1%[1]。 中国心理健康调查报告显示中国精神障碍的疾病负担较重，焦虑症的患病率最高（7.6%），其次是情绪障碍（7.4%）[2]。心理健康受到社会和环境等多种因素影响，其致病机制尚不明确，有研究报道炎症、氧化应激和神经递质紊乱可能是导致神经系统疾病的致病因素[3]。近年来有研究发现大气中PM2.5、PM10、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）和臭氧（O3）与神经系统疾病密切相关[4]。一项针对德国、挪威、荷兰和芬兰的研究结果显示NO2和PM10浓度增加与抑郁症状呈正相关[5]。另外，美国一项观察性队列研究发现O3和PM2.5暴露与抑郁发生风险增加有关[6]，且PM2.5暴露与焦虑症状存在显著相关性[7]。最近两篇关于短期O3暴露与抑郁关系的综述并未发现两者之间的显著相关性[8-9]，而O3长期暴露的研究不足[6,10]。然而，O3具有强氧化剂的化学特性，有动物实验研究发现O3暴露可能会减少血管内皮生长因子（VEGF）、白介素6（IL-6）、肿瘤坏死因子（TNFα）[11]和c-Fos[12]在不同脑区的表达。提示O3可能会严重干扰中枢神经系统生理活动，对人类行为、认知和情绪产生影响，是心理健康受损的潜在环境危险因素。目前我国关于O3与心理健康相关研究较少，因此，本研究在京津冀地区开展大气污染物O3长期暴露对社区居民抑郁、焦虑和压力状况的影响调查，为探讨大气污染物O3对心理健康状况的影响提供流行病学研究证据。

1 方法

1.1 一般资料

本研究数据基于2017年至2019年在京津冀地区进行的社区自然人口慢性病队列研究（CHCN-BTH）的基线调查，已在中国临床试验注册中心注册（http://www.chictr.org.cn/showproj.aspx?proj=26656）。这项队列研究旨在动态监测京津冀地区重大慢性病的流行趋势，分析环境、生活方式、遗传及其他危险因素对重大慢性病发生和发展的影响[13]。本研究随机选取北京、天津和河北地区的8个调查点进行心理状况调查。研究对象纳入标准：①年龄在20～80周岁的人群；②在当地居住3年以上；③身体无重大残疾，无精神疾患；④非孕妇。排除标准：①无明确住址信息；②无法完成抑郁-焦虑-压力量表（depression anxiety stress scale 21, DASS-21）评估；③问卷信息收录不全。该研究获得首都医科大学伦理委员会的批准，所有参与者均签署了书面知情同意书。

由经专业培训的调查员采用面对面个人访谈法进行问卷调查，主要包括四个方面：①人口统计和社会经济信息（年龄、性别、民族、教育程度、婚姻状况、职业、月收入或年收入，以及家庭成员）； ②生活方式行为，包括吸烟、饮酒和体育锻炼； ③慢性病的病史和用药情况； ④慢性病的家族病史等。

1.2 抑郁、焦虑和压力的评分方式

通过DASS-21，采用评分的方式判定有无抑郁、焦虑及压力症状。该量表包括3个分量表，共21个题项，分别考察个体对抑郁、焦虑以及压力等负性情绪体验程度。采用0～3分4点式评分，0分为不符合，3分为最符合或总是符合，每个分量表的7项得分之和乘以2为该分量表得分，得分范围为0～42分，分数越高说明抑郁、焦虑或压力程度越严重。抑郁量表≤9分为正常，>9分判定为有抑郁症状；焦虑量表≤7分为正常，>7分判定为有焦虑症状；压力量表≤14分为正常，>14分判定为有压力症状。国内外已有研究检验该量表的信度效度良好[14-16]。整个问卷的Cronbach's α系数为0.924，3个维度抑郁、焦虑和压力的Cronbach's α系数分别为0.821、0.766和0.846。

1.3 大气污染物数据

通过大气监测站收集2014年1月至2018年12月期间大气污染物O3、NO2和PM2.5的连续数小时数据。按照《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）筛选有效空气污染物数据。纳入24 h测量中包含超过20 h的数据，计算NO2和PM2.5的日平均浓度。纳入每天至少包含6 h的O3浓度数据计算8 h平均浓度。污染物年均浓度需要每年至少324个有效日平均值，以及每月至少27个有效日平均值（2月至少25个有效值），个人以社区或乡镇为单位采用最近监测站的大气污染物年均浓度作为评估长期大气污染暴露的指标，污染物长期暴露定义为基线调查前三年的平均浓度。

1.4 统计学方法

连续性变量采用均值和标准差或中位数和四分位数范围（IQR）进行描述，分类变量采用计数和百分比（%）进行描述。通过Wilcoxon秩和检验或卡方检验比较一般人群与心理症状异常人群基线特征及污染物暴露浓度的差异。

使用多水平Logistic回归模型分别分析O3长期暴露与抑郁、焦虑和压力情绪异常之间的关联，其中参与者个体和附近监测站点分别作为第一水平和第二水平。混杂因素包括年龄、性别、BMI、婚姻状况、教育水平、家庭人均月收入（、吸烟情况、饮酒情况、工作强度和锻炼情况。附近监测站以随机效应的形式纳入模型，混杂因素以固定效应的形式纳入模型。计算O3浓度每升高10 μg/m3，抑郁、焦虑和压力发生风险OR值及95% 置信区间 （95%CI）。

为验证回归模型稳定性，进行敏感性分析。首先，应用O3的一年和两年平均浓度来评估短期暴露波动的影响；其次，分别校正NO2或PM2.5的双污染物模型，和同时校正NO2及PM2.5的三污染物模型进行分析，以评估O3的独立效应。

2 结果

2.1 基本情况

共纳入13 446名参与者，平均年龄 48.50 ±14.87 岁（范围：18～92 岁）；其中，男性 7 150名（53.2%），女性 6 296 名（46.8%）。通过DASS-21问卷，检出抑郁症状者1 411名，检出率为10.5%；焦虑症状者2 238名，检出率16.6%；压力症状者706名，检出率为5.2%。评估个体长期暴露水平，三年平均O3、NO2和PM2.5浓度分别为 100.20 μg/m3、52.92 μg/m3和 79.84 μg/m3。

与一般人群相比，具有抑郁、焦虑和压力症状的人群中青年人（18～44岁年龄组）、男性、有配偶、低收入和高学历的比例较高（表1），且O3的三年平均暴露浓度较高（表2）。组间差异具有统计学意义。

表1 不同心理症状研究对象基本特征统计描述Table 1. Statistical description of basic characteristics of subjects with different psychological symptoms

续表1

表2 不同心理症状研究对象空气污染物三年平均长期暴露统计描述Table 2. Statistical description of three-year mean long-term exposure to air pollutants for subjects with different psychological symptoms

2.2 多水平Logistic回归模型

分别以抑郁、焦虑和压力三种情绪为因变量，校正人口学特征（年龄、性别、BMI），社会经济学特征（婚姻状况、教育水平、家庭人均月收入），生活方式（吸烟情况、饮酒情况、工作强度、锻炼情况）和慢性病患病情况等混杂因素进行多水平Logistic回归分析，结果显示， 长期O3暴露浓度每升高10 μg/m3，抑郁、焦虑和压力症状的患病风险分别增加15.4%、9.3%和14.2%，详见表3。

表3 三年平均O3浓度每升高10 μg/m3与抑郁、焦虑和压力症状发生风险的OR值Table 3. The OR value of depressive, anxiety and stress symptoms for every 10 g/m3 increase in three-year mean O3 concentration

2.3 敏感性分析

分别分析O31年和2年平均浓度与心理状况之间的关联，结果显示， O3短期暴露波动对抑郁、焦虑和压力症状患病风险均具有显著性影响，且OR值波动均小于10%（图1）。分别校正NO2及PM2.5的双污染物模型和同时校正NO2及PM2.5后的三污染物模型显示，O3对抑郁、焦虑和压力症状发生风险OR值存在一定波动，但仍存在正相关关系（图2）。

图1 臭氧1年、2年和3年平均浓度对抑郁、焦虑和压力的影响Figure 1. Effects of 1-, 2-, and 3-year mean concentrations of ozone on depressive, anxiety, and stress

图2 多污染物对抑郁、焦虑和压力发生风险的影响Figure 2. The influence of multiple pollutants on the risk of depressive, anxiety and stress

3 讨论

本研究发现，京津冀社区自然人群抑郁、焦虑和压力的患病率分别为10.5%，16.6%和5.2%。调整人群聚集性后多水平Logistic回归分析结果显示，O3浓度每升高10 μg/m3，抑郁、焦虑和压力症状的患病风险分别增加15.4%，9.3%和14.2%，敏感性分析结果相对稳定，显示O3对抑郁、焦虑和压力症状发生风险具有独立影响作用。

既往研究发现大气污染物（PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2和O3）与负性心理症状发生相关[4]。但是有关O3对人群抑郁、焦虑和压力影响研究较少，且大多数研究聚焦于短期暴露对心理健康的影响，长期暴露的影响效应尚有待进一步研究。美国一项前瞻性队列研究，对41 844名女性进行了调查，发现O3每增加10 μg/m3，抑郁症发生风险增加6.0%[6]。近期德国萨克森州的一项研究结果显示，连续10天O3的最大8 h平均浓度超过120 μg/m3，抑郁和焦虑发生风险分别增加1.0%和0.7%[10]。两项研究是在相对低暴露的国外地区观察到O3长期暴露与心理状况异常增加相关，与中国存在地域差异。本研究选择我国京津冀地区，其O3暴露浓度跨度较大，本研究结果是对O3较高浓度暴露水平对心理状况影响效应的补充。

据我们所知，目前尚无环境O3暴露和心理压力相关性的研究。但早有研究证明心理压力对随后的焦虑、抑郁状况具有正向预测作用[17]。关注污染物暴露对心理压力的影响有助于关注人群心理亚临床症状，及时提供心理干预降低污染物对所致的精神损害。

O3对抑郁等情绪的致病机制尚不完全清楚，一项大鼠实验研究发现，吸入O3可以诱导焦虑样效应和抑郁症样作用并减弱抗抑郁药的抗抑郁作用[18]。提示我们O3暴露可能对人群的抑郁焦虑情绪产生影响。有研究报道O3暴露可能参与机体氧化应激和炎症反应[19]，导致内分泌系统和代谢失调[20]，进而干扰神经递质的传递[21]，而抑郁和焦虑的病因又与神经炎症[22]和内分泌功能[23]相关。有动物实验研究发现O3暴露可能会减少VEGF、IL-6、TNFα[11]和 c-Fos[12]在不同脑区的表达，提示O3可能会严重干扰中枢神经系统生理活动，对人类行为、认知和情绪产生影响。

本研究将PM2.5和NO2纳入模型进行敏感性分析，O3对抑郁、焦虑和压力发生风险的影响都较为稳定。目前NO2对O3所致的健康效应影响在研究领域内存在较多的争议，其混杂影响结果并不一致[24]。但本研究结果较为稳定，可以表明大气污染物O3的长期暴露对抑郁、焦虑和压力症状的发生风险具有独立的影响作用。

本研究是目前国内针对社区自然人群开展的较大样本量的研究，采用了多种方式控制混杂因素，有效提高了现场调查质量。但仍存在一定的局限性：①利用监测站数据估算O3浓度可能与个体实际暴露浓度存在一定差别[25]；②没有收集调查对象睡眠情况可能会忽略了一些可能影响结果的混杂因素。在今后的研究中增加相关混杂因素的调查，并采用更加准确的大气污染物个体暴露测量方法，以便更准确地分析O3对人群心理健康的影响。

大气污染所致的精神疾病，已经引起了国外研究者的重视，但以往的相关研究都是在发达国家等大气污染浓度较低的地方开展的，我国此类研究的报道相对较少，本研究提供了在较高污染水平下大气污染与此类精神疾患相关的证据，可以为其他后续空气污染所致精神疾病的研究提供一定启示。同时，该研究可引起公共健康管理者对大气污染所致精神损害的关注，为制定降低大气污染所致精神疾病风险的相关政策提供证据支持。

致谢:感谢参与京津冀地区社区自然人口慢性病队列研究（CHCN-BTH）准备工作及现场调查的全体人员和参与现场调查的所有医护工作者。