气象和空气污染物对原发性气胸发病的影响

王亚芹 白风霞 梁璐 付桂琴 杨伟红 张孟繁 刘思亮 黄家惠

1河北大学附属医院/临床医学院,保定 071000;2河北大学附属医院急诊科,保定 071000;3河北省气象服务中心,石家庄 050021

自发性气胸是指靠近肺表面的细微气疱、肺大疱破裂引起的,分为原发性气胸 (primary spontaneous pneumothorax,PSP)和继发性气胸[1]。前者是指没有已知的肺部疾病,后者存在肺气肿、肺结核等肺部疾病。流行病学调查显示,PSP发病率低,男性和女性的发病率分别为15.9/10万和2.2/10万[2]。但研究报道PSP发生有集群现象[3],即在2～3 d内至少2例及以上的PSP相继发病,一些学者认为集群现象的发生与气象因素密切相关。

近年来,我国环境治理略有成效,但我国仍然面临着严重的空气污染问题。研究显示,归因于空气污染的发病率和病死率不断升高,预计到2050年每年将有660万人死于空气污染[4]。空气污染物与COPD、哮喘、肺部感染等多种呼吸系统疾病之间的联系已被证实[5-7],但空气污染物与PSP之间的关系还没有得到广泛的研究,此外,关于气象对PSP的影响一直存在争议。PSP 发病机制不明,调查PSP发病的季节性变化,探讨气象和空气污染物对PSP发病的影响,为PSP 的预防及流行病学研究提供参考。

1 对象与方法

1.1 研究对象 采用横断面调查研究收集2014年1月1日至2018年12月31日在河北大学附属医院住院治疗的自发性气胸患者,经胸部CT 或胸片证实,查阅病历资料,确定具体发病时间,记录患者一般信息。气胸发病时间定义为患者开始出现咳嗽、胸痛、胸闷、呼吸困难等症状的当天。排除标准:无法确定发病时间;继发性气胸。

1.2 气象资料 本研究时间从2014年1月1日至2018年12月31日共包含1 826 d,气象资料来源于河北省气象服务中心同时期的地面观测数据。气象因素包括相对湿度、平均风速、日降水量、平均气压、气压变化,气压变化定义为当日平均气压与前一日平均气压差[8];空气污染物数据包括二氧化硫(SO2)、臭氧(O3)、一氧化碳 (CO)、二氧化氮(NO2)、可吸入颗粒物(PM2.5、PM10)。

1.3 研究方法 将PSP患者发病日期与同时期的气象和空气污染物数据匹配,比较各季节的气象和空气污染物特征。根据PSP 发病时间分为无PSP发病天(1 541 d)和有PSP发病天(285 d)2组,比较气象和空气污染物在2组中的差别,PSP发病与气象因素运用多因素logistic 回归模型进行分析。

1.4 统计学分析 采用SPSS 25.0统计软件进行数据分析。正态分布的计量资料以±s表示,2组比较采用独立样本的t检验;偏态分布的计量资料用M(QR)表示,2 组间比较用Mann-WhitneyU检验,多组间比较采用Kruskal-WallisH检验。计数资料以例数 (百分数)表示,采用χ2检验进行比较。影响因素分析采用多因素logistic回归模型。双侧检验,P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 本研究共有503例自发性气胸患者,其中PSP患者325例,中位发病年龄(P25,P75)为23 (17,48)岁。PSP 患者中男274 例(84.3%),女51 例 (15.7%);左侧发病154 例(47.4%),右 侧161 例 (49.5%),双 侧10 例(3.1%);1 826 d 中非气胸发病1 541 d,气胸发病285 d;气胸的聚集性定义为在3 d内至少2例气胸患者相继发病,其中聚集性发病195例,占总发病人数的60.0%。

2.2 PSP发病的季节性分布 PSP 夏季高发 (图1),各季节气胸的发病时间差异无统计学意义(χ2=6.432,P=0.092)。PSP每月发病人数与平均气压的关系见图2。

图1 原发性气胸患者发病时间的季节分布

图2 每月PSP发病人数与平均气压的关系

2.3 气象和空气污染物的季节分布特征 平均风速春季最高,O3夏季最高,平均气压、PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2冬季最高,相对湿度秋季最高。气压变化在不同季节的差异无统计学意义,其余各项指标在不同季节的分布差异均有统计学意义(P值均＜0.001)。见表1。

表1 气象和空气污染物的季节分布特征 [M(QR)]

2.4 气象和空气污染物的差异 与无PSP发病天组比较,有PSP 发病天组平均气压 (Z=-3.374,P=0.001)、NO2浓度 (Z=-2.539,P=0.011)较低,O3浓度 (Z=-3.271,P=0.001)较高。见表2。

表2 2组气象和空气污染物比较 [M(QR)]

2.5 多因素回归分析 以是否有PSP发病为因变量,以平均气压、O3、PM10、SO2、NO2、季节为自变量,行多因素回归分析。平均气压最大值为1 042.1 hPa,最小值为992.6 h Pa,中位数为1 014.8 hPa,四分位数间距为19.2 hPa,平均气压数值大且波动也大,因此将平均气压整体缩小10倍带入多因素回归分析,检验模型的拟合优度P=0.690。多因素回归分析显示PSP的危险因素为平均气压降低。见表3。

表3 原发性气胸发病的多因素回归分析

3 讨论

“健康中国2030”规划出台,大健康领域持续升温,环境问题对健康的影响越来越突出,造成的全球疾病负担明显加重[9]。PSP是呼吸系统中的一类重要疾病,发病前无征兆,发病迅速,且存在致死风险。PSP发病机制复杂,探究气象和空气污染物与PSP发病的关系,寻找PSP发病的危险因素,加强健康宣教,做好预防工作,对于PSP 的发病具有重要影响。

越来越多的证据表明PSP 的发生不是随机事件[1]。早在1997 年Smit等[10]用 “可预测的小流行病”描述PSP,在这种小流行病中,气胸患者一般在2～3 d相继入院。根据这一定义,研究显示自发性气胸聚集发生占总发病人数的70.5%[11],与本研究 (PSP 聚集天发病占60.0%)虽有相似,却略有差异,分析原因可能是该研究纳入的患者为自发性气胸患者,其中还包含了继发性气胸患者,导致了该研究数值偏高。随后,Ogata等[2]研究认为PSP有聚集性。PSP 的聚集性发生,说明与气象因素密切相关。

Aissa等[12]研究显示在苏塞地区自发性气胸发病与季节相关。日本的研究显示在调整了月份、年、工作日、节假日后,PSP发病在不同季节仍有显著差异(P=0.03)[2]。相反,中国台湾的一项大规模研究显示,季节性变化不是气胸的诱发因素[13]。本研究中夏季气胸发病明显增多,与多项研究[12,14]一致,在调整其他因素后PSP 在各季节发病差异无统计学意义。各项研究结果不同,可能是由于研究人群、气象、地理环境的差异。

夏季紫外线照射强烈,空气中的挥发性有机化合物和氮氧化物经太阳光照射生成O3,从而使得夏季O3浓度增高而NO2浓度降低[15],这可能是NO2浓度在有PSP 发病天降低的原因。Marx等[16]在法国14个急救中心纳入948例PSP患者,结果显示短期暴露在低浓度NO2中,没有发现与PSP发病的关系,与本研究结果一致。Abul等[17]的研究只纳入O3浓度这单一因素,发现随着O3浓度增高气胸患者的数量也随之增加,其机制可能与O3的氧化应激、气道炎症反应、上皮细胞损伤有关[18]。本研究纳入多项因素,未证实O3与PSP发病之间的关系,Marx等[16]的研究与本研究的结果一致,虽然没有在统计学上证明O3暴露和PSP发病的关系,但他们认为O3暴露和PSP的联系不能被排除。

本研究显示平均气压是PSP的危险因素(OR=0.763,95%CI:0.607～0.960,P=0.021),表明大气压力越低,发生气胸的风险越高。关于平均气压对PSP发病的影响尚未有统一结论,少部分研究显示平均气压与PSP 发病无关[19],但多项研究显示PSP 发病时气压明显低于无PSP 发病时[20-21]。根据Boyle定律,在一定条件下,气体的体积与气压成反比,也就是说气压越低,肺泡内的气体体积越大。低气压条件下除了肺泡体积的改变,肺泡内的压力也会发生改变。大气气压偏低时,大气中氧分压、肺泡氧分压随之下降,患者缺氧呼吸急促,胸腔负压增加,肺泡压增加。此外,肺与外界环境之间的大气压力可以通过气道保持平衡,当肺内结构改变或支气管痉挛时,肺泡内的空气潴留,肺泡与周围大气之间的压力梯度就不可能迅速达到平衡,在这种情况下,由大气压力降低引起的跨肺压力梯度可能导致肺泡壁迅速膨胀,随后出现破裂和气胸。国外进行的一项前瞻性研究模拟海拔环境,使气胸患者暴露在低气压条件下2 h,经胸片证实发现气胸的大小有增加,当回到正常气压条件时,气胸减少并恢复到基线水平[22]。低气压最为明显的是航空飞行中。有报道,1名38岁的中年女性在间隔1年的时间里,先后2次在飞机上发生自发性气胸[23]。而另一名女性在乘坐飞机时和潜水时均发生了自发性气胸[24]。可见,低气压对气胸的发生有重要影响。

另一个主要的触发因素可能是气压的突然变化,但在这项研究中并没有证实,与部分研究结果相同[21,25]。人们普遍认为24 h内大气压力至少变化10 hPa,并且是突变,无论变化的方向如何,都可能与气胸发生的风险有关。早在1989年研究显示气压反复变化时气胸发病率也明显增高。气压变化对气胸的影响备受争议,气压变化对气胸的影响可能受气压变化程度、变化频率的影响。

人体器官中的肺和大气压关系最为密切,而肺受大气压影响非常明显。本研究地处保定,夏季炎热多雨,气候闷热,大气压在每个季节各不相同并且在夏季明显偏低。日本福冈的一项研究中[2],平均气压在各个季节的波动趋势与本研究一致,都是平均气压夏季＜春季＜秋季＜冬季。韩国的研究[14]显示,O3、NO2、PM10在有PSP发病天与无PSP发病天有明显差异,与本研究不同的是NO2浓度在有PSP发病天高于无PSP发病天,该研究最终结果也与本研究不同。关于大气压对PSP发病的影响研究结果各异,除了与各地的大气压水平有关,还与各地区空气污染情况密切相关。

我国关于气象和空气污染物对PSP的研究极少,我国人口众多,幅员辽阔,非常有必要探索气候环境与PSP发病之间的关系。本研究显示,PSP发病有聚集性,临床医师在接诊第1例PSP患者时,应警惕随后几天时间可能有PSP患者就诊,同时可以指导人们做好预防工作,在低气压时避免对人体造成损害。

综上所述,PSP发病有聚集性,与低气压有一定的联系,在低气压时,应加强健康宣教。未来也希望有多中心、大样本、前瞻性的研究进一步阐述气候环境与PSP的关系。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突