2016—2018年河南洛阳市主要大气污染物对心脑血管疾病门诊量的影响

郭恒亮，王孟飞，龚喜云，魏海涛

1.郑州大学 a.河南省超级计算中心 b.地球科学与技术学院 c.化学学院，河南 郑州 450001

2.郑州大学中国气象科学研究院郑州大学生态气象联合实验室，河南 郑州 450001

3.郑州大学第一附属医院，河南 郑州 450001

心脑血管疾病泛指心脏血管疾病和脑血管疾病。《中国心血管病报告2018》显示我国心血管疾病患病人数约为2.9 亿，心脑血管疾病导致的死亡占居民疾病死亡的40%以上，居我国居民死因首位［1］，且患者的年龄结构呈现年轻化趋势［2-3］。心血管及脑血管疾病具有相同或类似的诱因，遗传、生活方式、其他疾病、生活环境等与其关系密切，且两类疾病往往相互关联［4］。国内外研究表明大气污染物浓度与心脑血管疾病门诊率和死亡危险增加有关［5-7］。以往国内研究侧重经济较发达地区或重污染地区［8-9］，但不同地区的自然、人文、经济条件不同，研究结果也存在差异，且多数研究仅对部分颗粒污染物或气态污染物进行研究，较少从年龄、季节和性别等多个层面考虑不同污染物对人体健康的影响［10-12］。

洛阳市位于河南省西部，是河南省重要的工业基地。洛阳市境内地形复杂，其中山区占45.5%，丘陵占40.7%，平原占13.8%。洛阳市属暖温带大陆性季风气候，气候较为温和且四季分明。2018年，洛阳市常住居民人口达到688.8 万人，且人口性别及年龄结构发展趋势良好，当年度GDP 总量达到4 640.8 亿元，工业发展速度也在稳步上升。根据河南省环境状态公报，洛阳市在2016 和2017年均为中污染地区，2018年转为轻污染地区，但PM2.5、PM10、NO2和O3四种污染物的第90 百分位数浓度值超标，其中PM2.5是洛阳市2016—2018年的首要污染物［13］。本研究基于广义相加泊松回归模型，探究2016—2018年洛阳市不同季节颗粒污染物和气态污染物浓度对当地不同性别和不同年龄层居民心脑血管疾病日门诊量的影响，为当地居民心脑血管疾病联防联治提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 大气污染物数据及气象数据

洛 阳 市2016年1月1日—2018年12月31日 的大气污染物浓度数据来自中国环境监测总站的全国城市空气质量实时发布平台，包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3、CO。气象数据从中国气象数据网获得，包括日最低气温、日最高气温、日平均气温、日均相对湿度、日均气压、日均风速。

1.2 心脑血管疾病门诊数据

心脑血管疾病每日门诊数据来自洛阳市中心医院和洛阳市第一人民医院的信息系统，时间区间为2016年1月1日—2018年12月31日，选取的就诊者居住地址为洛阳市范围内。根据《国际疾病分类》第十版的分类标准对心脑血管疾病进行统计，共获得208 355 条心脑血管门诊数据，包括患者就诊日期、住址、年龄、性别等信息。本研究已获得郑州大学生命科学伦理审查委员会批准（编号：ZZUIRB 2020-50）。

1.3 时间序列分析

洛阳市2016年1月1日—2018年12月31日的每日门诊量近似服从泊松分布，因此本研究选用广义相加模型（generalized additive model，GAM），根据赤池信息量准则（Akaike information criterion，AIC）选择时间趋势、气象因子的自由度，并控制星期几效应和假期效应，以确定模型的稳定性。分别建立单污染物模型和双污染物模型，其中单污染物模型可以避免各大气污染物之间的共线性，双污染物模型是在某单污染物模型的基础上引入另一种污染物，可检验模型的稳定性。对性别、年龄（0～40岁、41～65岁、>65岁）和季节（以3—5月为春季；6—8月为夏季；9—11月为秋季；12—2月为冬季）进行分层研究。分别计算7 d内的单日滞后效应（lag0～lag7）和累积滞后效应（lag0～lag07），根据RR值最大原则确定最佳滞后时间。模型如下：

式中，ln［］为泊松分布的连接函数；Yt为第t天实际门诊人数；E（Yt）为第t天门诊量期待值；α为截距；βt为暴露-反应关系系数；ρt为第t日大气污染物浓度值；ns为三次回归样条；ttime为长期趋势；Vdf为自由度；Zt为第t日的气象混杂因素；VDOW和Vholiday分别为控制星期几效应和假期效应的哑变量。

1.4 统计学分析

本研究采用平均值（Mean）、百分位数（P25、P50、P75）、最大值（Max）、最小值（Min）对气象数据、污染物浓度数据、不同年龄及不同性别的门诊量数据进行描述。采用SPSS 22.0计算大气污染物与气象因子之间的Spearman相关系数，通过R 3.6.2中的“mgcv”包建立GAM，计算污染物质量浓度每升高1个单位（10 µg·m-3）的RR值及其95%CI，作为PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3的短期效应评价指标。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 数据概况

2016年1月1日—2018年12月31日，洛阳市心脑血管疾病门诊量共208 355例（其中547例缺失性别信息，576 例缺失年龄信息）。男性门诊量为104 991例，女性门诊量为102 817 例；0～40、41～65、65 岁以上的门诊量分别为3 053、92 055、112 671 例。

本研究中大气污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3三年平均质量浓度分别为69.78、124.29、26.65、43.32、63.00 µg·m-3，CO为1.58 mg·m-3，根据国家《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）的二级日均质量浓度限值标准，发现PM10、PM2.5是超国家二级标准天数最多的两种污染物（分别超标277、82 d），NO2、CO和O3超标天数较少（分别超标48、9、8 d），SO2未超标。该市三年平均日均温度、日均相对湿度、日均风速、日均气压分别为15.5℃、58%、2.8 m·s-1、978 hPa。见表1。

表1 2016—2018年洛阳市大气污染物及气象因子水平分布Table 1 Distribution of air pollutants and meteorological factors in Luoyang from 2016 to 2018

2.2 大气污染物与气象因子的相关性

PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、日均气压之间呈正相关，与O3和日均温度呈负相关（P< 0.05）；日均相对湿度与PM10、SO2、NO2、日均风速、日均气压之间呈负相关，与CO、日均温度呈正相关（P< 0.05）；风速与PM10、日均气压呈正相关，与SO2、NO2、CO、日均温度之间呈负相关（P< 0.05）；PM2.5、O3与日均相对湿度、日均风速之间无相关性。见表2。

2.3 单污染物模型

如图1 所示，全人群的单日滞后和累积滞后效应的研究结果稍有差异，但整体上两种滞后效应的变化趋势是一致的，PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3的最佳滞后时间分别为lag0、lag3、lag6、lag2、lag0、lag04，RR及其95%CI分别为1.002 4（1.001 1～1.003 7）、1.001 7（1.001 0～1.002 5）、0.976 7（0.969 6～0.984 0）、1.027 7（1.023 6～1.031 9）、1.000 6（1.000 4～1.000 7）、1.004 1（1.001 4～1.006 9）。

表2 2016—2018年洛阳市大气污染物与气象因子的Spearman相关系数Table 2 Spearman correlation coefficient between air pollutants and meteorological factors in Luoyang from 2016 to 2018

图1 2016—2018年洛阳市大气污染物对居民心脑血管疾病门诊量滞后效应的单污染物模型结果Figure 1 Single-pollutant model results of lag effect of air pollutants on outpatient visits for cardio-cerebrovascular diseases in Luoyang from 2016 to 2018

2.4 双污染物模型

如表2所示，PM2.5与PM10之间相关系数高达0.916，为避免模型中多重共线性问题，双污染物模型中未同时引入PM10与PM2.5。除PM2.5和PM10分别引入NO2和CO外，其余各污染物调整前后结果均有统计学意义（P< 0.05）。见表3。

2.5 分层分析

2.5.1 性别分层性别分层结果如表4 所示，PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3对男性居民的最佳滞后时间分别为lag3、lag3、lag05、lag2、lag3、lag04，对应的RR及 其95%CI分别为1.003 7（1.001 8～1.005 5）、1.002 5（1.001 4～1.003 6）、0.979 3（0.969 1～0.989 6）、1.029 3（1.023 5～1.035 1）、1.000 7（1.000 5～1.000 8）、1.003 9（1.000 1～1.007 8）。PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3对女性居民的最佳滞后时间分别为lag0、lag0、lag6、lag01、lag0、lag7（限于小数的显示位数，实际lag7 的RR略大 于lag07），其RR及95%CI分 别 为1.002 8（1.001 0～1.004 7）、1.001 7（1.000 6～1.002 8）、0.980 7（0.970 4～ 0.991 1）、1.027 7（1.021 8～1.033 5）、1.000 5（1.000 3～ 1.000 7）、1.006 3（1.002 5～1.010 2）。其中NO2是对男性和女性心脑血管疾病影响最大的污染物。6 种污染物对男女性居民的影响均有统计学意义（P< 0.05）。

表3 2016—2018年洛阳市大气污染物对洛阳市居民心脑血管疾病门诊量滞后效应的双污染物模型结果Table 3 Double-pollutant model results of lag effect of air pollutants on outpatient visits for cardio-cerebrovascular diseases in Luoyang from 2016 to 2018

2.5.2 年龄分层年龄分层研究结果显示，PM2.5、NO2、CO 和O3对各年龄层人群的心脑血管疾病门诊量影响均有统计学意义（P< 0.05），PM10与SO2仅对40岁以上人群的心脑血管疾病门诊量影响有统计学意义（P< 0.05）；NO2是对所有年龄段人群危害性最大的污染物，NO2对0～40、41～65、65 岁以上人群心脑血管疾病门诊量影响的最佳滞后时间为分别为lag4、lag3、lag2，对应的RR及95%CI为1.035 9（1.000 9～1.072 0）、1.027 7（1.021 5～1.033 9）、1.031 1（1.025 5～1.036 7）。见表5。

表4 2016—2018年洛阳市大气污染物对不同性别居民心脑血管疾病门诊量的最大滞后效应Table 4 Maximum lag effect of air pollutants on outpatient volume of cardio-cerebrovascular diseases among residents of different genders in Luoyang from 2016 to 2018

表5 2016—2018年洛阳市大气污染物对不同年龄居民心脑血管疾病门诊量的最大滞后效应Table 5 Maximum lag effect of air pollutants on outpatient volume of cardio-cerebrovascular diseases among residents of different ages in Luoyang from 2016 to 2018

2.5.3 季节分层季节分层结果显示，PM2.5、SO2、NO2和CO 最大效应值出现在春季，最佳滞后时间分别为lag03、lag1、lag1、lag03，对应的RR及其95%CI分别为1.022 0（1.018 8～1.025 3）、1.073 3（1.057 0～1.089 9）、1.062 6（1.053 1～1.072 1）、1.001 5（1.001 1～1.001 9）；PM10和O3最大效应值出现在夏季，最佳滞后时间分别为lag1、lag4，对应的RR及其95%CI分别为1.013 0（1.008 9～1.017 1）、1.018 4（1.013 3～1.023 5）。见表6。

表6 2016—2018年洛阳市大气污染物在不同季节对居民心脑血管疾病门诊量的最大滞后效应Table 6 Maximum lag effect of air pollutants on outpatient volume of cardio-cerebrovascular diseases in different seasons in Luoyang from 2016 to 2018

3 讨论

本研究对洛阳市2016年1月1日—2018年12月31日大气污染物浓度对当地居民心脑血管疾病门诊量的时间序列分析结果显示，各污染物浓度对门诊量皆有影响，且存在滞后效应。Wang 等［14］研究发现，中国地区人群暴露于较高浓度的空气污染物与C-反应蛋白和冠状动脉钙化评分等心脑血管相关标志物的升高有关。丁亚萍［15］对石家庄污染物与心脑血管疾病门诊量之间关系的研究发现：PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 的单日滞后效应在lag0 最强，累积滞后效应在lag06最强；PM2.5、PM10、SO2、NO2日均质量浓度每增加10 µg·m-3，CO日均质量浓度增加0.10 mg·m-3，单日滞后模型中心脑血管疾病日门诊量分别增加0.42%、0.26%、0.92%、1.84%，0.44%；累积滞后模型中心脑血管疾病日门诊量分别增加0.61%、0.37%、1.35%、2.89%、0.82%，气态污染物对心脑血管疾病门诊量影响的效应大于颗粒物的效应值。Li 等［16］对北京市的研究结果表明，PM2.5日均质量浓度每升高 10 µg·m-3，心血管疾病门诊量增加0.74%。王在翔等［17］对潍坊市研究发现，PM2.5、PM10、SO2、NO2日均质量浓度每增加10 µg·m-3，心脑血管疾病门诊量分别增加0.27%、0.35%、0.69%、0.39%，不同地区的研究结果存在差异，可能是由于自然条件、人文因素、社会因素等不同所造成的。

本研究的双污染物模型结果显示，与单污染物模型相比，各污染物引入其余污染物后的结果基本保持一致，说明单污染物模型稳定性良好［12，18］。性别分层结果显示6种污染物对男女的影响均有统计学意义，其中PM2.5、PM10、NO2、CO对男性门诊量影响的RR更大，但女性最佳滞后期出现更早；SO2对女性门诊量影响的RR更大，但男性最佳滞后期出现更早。Ma等［19］对北京市的研究发现，PM2.5浓度升高导致缺血性心脏病或高血压的女性多于男性，而男性的心律失常发生率高于女性，男性患心血管疾病的最佳滞后时间早于女性。张加生等［20］发现吸烟和血脂异常会影响不同性别人群患心脑血管疾病的风险，其中男性血脂异常比例明显低于女性，吸烟比例明显高于女性。

本研究对于年龄分层的结果显示，40岁以上人群门诊量的最佳滞后时间早于40岁以下人群，其中65岁以上人群门诊量最佳滞后时间出现在4 d 以内。与本研究结果相似，Ma 等［19］研究发现，北京市PM2.5对心血管疾病的滞后效应在60～75 岁组出现最早。对于PM2.5、PM10、NO2、CO这些受关注的污染物，当浓度较高时，老年人会有意识避免外出，降低暴露风险，而40 岁以下人群由于工作学习等原因，难以避免外出和暴露，因此效应值更高；对于不易被察觉的O3污染，老年人不会有意识减少外出和暴露，且本身较多患有基础性疾病，因此受O3影响的效应值更高，且最大滞后效应也出现更快［18］。

本研究的季节分层结果表明，PM2.5、SO2、NO2和CO对心脑血管疾病的门诊量增加的最大效应出现在春季，PM10和O3的最大效应出现在夏季。与本研究不同的是，丁亚萍［15］和Kan等［21］发现大气污染物的危害效应表现为冷季高于暖季。洛阳是重工业化城市，地处盆地，空气流通性比较差，在风速较低的春季，污染物不易扩散，因此表现出与其他研究地区不同的结果。

本研究存在一定局限性：首先，本研究使用的大气污染物浓度数据为整个洛阳市的日均值，无法反映出个体的污染物暴露水平，接下来的研究可通过空间插值的方法，得到乡镇或村落尺度的大气污染物浓度数据，以提高研究的精细程度。其次，本研究选取的影响因子有限，Pang等［6］对中国人群心脑血管疾病的危险因素研究中指出，影响心脑血管疾病的环境风险因素不仅包括气象因素和室外污染物浓度，还包括室内空气质量；因此建议未来研究中加入能够直接或间接反映室内空气质量的相关数据，以增强研究结果的准确度。最后，不同地区污染物组成成分不同，研究结果也存在差异，因此本研究结果不能外推至洛阳市以外地区。

综上，本研究发现洛阳市PM2.5、PM10、NO2、CO、O3浓度升高可能会导致当地居民心脑血管疾病门诊量增加，其中NO2是造成风险最高的一种污染物，而SO2仅在春季可能导致居民心脑血管疾病门诊量增加，且各污染物的影响存在滞后性。研究结果可用于提高洛阳市心脑血管疾病防控的针对性、预见性和主动性，对相关公共卫生政策的制定具有重要积极意义。