兰州市冬季空气污染对哮喘的影响

李龙燕，王金艳，谢祥珊，陈金车

（1. 兰州大学大气科学学院，甘肃 兰州 730000；2. 宁夏回族自治区气象灾害防御技术中心，宁夏 银川 750000）

近年来，随着学者对环境因子与人体健康的相关研究不断深入以及该领域中新方法的引入，空气污染对健康的不利影响逐渐得到了世界公认。文献[1 - 2]表明，空气污染主要影响人体呼吸和循环系统。空气污染物存在于人类生活周围，可经呼吸道进入人体，危害人体健康。探究空气污染与人体健康的关系很有必要，可为易感人群预防疾病提供科学依据。哮喘属于慢性下呼吸道疾病，具有周期长特点，发作时可导致气短、胸闷、咳嗽，甚至死亡。近年来，由于工业化的快速发展，中国范围内哮喘患病率也迅速增长[3],哮喘已成为主要的、需要认真面对和解决的公共卫生与医疗保健问题之一。

由于研究区域、时间和对象的不同，污染物对人体健康的影响结果也不同。TIAN et al[4]分析北京地区细颗粒物污染对哮喘的影响发现，PM2.5每增加10 μg/m3，哮喘门诊人次增加0.65%，PM2.5浓度的短期升高可能会增加哮喘恶化的风险；史亚妮等[5]通过研究兰州市空气污染对儿童呼吸系统的影响，发现SO2和CO 浓度增加提高了儿童呼吸系统疾病的发病风险；王润华等[6]发现大气环境质量和气象因素可作为儿童哮喘发作的间接或直接诱因；王安旭等[7]分析杭州市空气细颗粒物浓度与哮喘就诊人次的关系，发现当地PM2.5浓度的升高可能会造成3～5 d 内哮喘门诊人次的增加，且对男性和老年人影响更为明显。以往多是对整体呼吸系统的研究，而对兰州市哮喘疾病的相关研究甚少。

本文基于兰州市2014～2017 年冬季空气污染资料、气象数据和哮喘门诊资料，利用时间序列的广义相加模型（generalized additional model, GAM）定量评价了兰州市空气污染与哮喘就诊人次的关系，希望为易感人群的卫生防护提供一个科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

环境监测资料包括2014 年1 月1 日至2017 年12 月31 日空气质量指数（AQI）、PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3_8h 逐日浓度数据，来自兰州市环保局监测中心和中国空气质量数据分析平台（https://www.aqistudy.cn/historydata/index.php）。同期逐小时地面气象数据来自兰州市气象局，包括气温（℃）、气压（hPa）、相对湿度（%）和风速（m/s）等。季节采用气象学上划分的方法，即上年12 月至次年2 月为冬季。

疾病资料来源于兰州市3 家三级甲等综合医院的日门诊记录，具有高度代表性，包括研究期间冬季哮喘就诊患者的性别、年龄、就诊时间和诊断结果等详细信息。

1.2 研究方法

每日哮喘门诊人次对于兰州市常住人口基本服从 Poisson 分布，基于时间序列的广义相加模型的基本结构，见式（1）：

式中：E（Yi）为第i日哮喘门诊人次期望值；s为非参数平滑函数；time 为时间趋势；df 为自由度；星期变量（Dow）和节假日变量（Holiday）用于控制短期波动；Xi为要调整的与发病人次呈非线性关系的气象因素；Xj为空气污染物；β为回归系数；α为截距。

据偏自相关系数（partial auto correlation function，PACF）选择各解释变量及自由度，考察自变量单滞后（lag0～lag6）和累积滞后（lag00～lag06）的发病效应。

采用相对危险度（relative risk，RR）定量评价污染物对哮喘的影响，哮喘人次的相对危险度计算公式为RR=exp(β×10)，当RR＞1，表明污染物升高10 μg/m3，发病危险增加，RR＜1表明发病危险降低，并计算95%置信（95% CI）区间exp(10×(β±1.96S E))，再引入超额危险度ER=(RR-1)×100%，计算哮喘人次上升的百分比。

AQI 是通过监测某段时间内PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3-8h 共6 种污染物的平均浓度，分别计算6 种污染物各自对应的空气质量分指数，分指数最大值即为当日的空气质量指数，所对应的污染物即为首要污染物。分指数计算标准参照环境空气质量标准[8]，分指数＞100 的污染物为超标污染物。AQI 在0～50 空气质量状况为优，51～100 为良，101～150 为轻度污染，151～200 为中度污染，201～300为重度污染，AQI＞300 时空气质量状况为严重污染。

2 结果与分析

2014～2017 年冬季兰州市哮喘门诊人次总6 973例，按性别分类，男性3 187 例，女性3 787 例；按年龄分类，儿童（≤14 岁）1 528 例，成年人（15～64 岁）4 639 例，老年人（≥65 岁）807 例。2014～2017 年兰州市污染物浓度的月变化，见图1。

图1 2014～2017 年兰州市污染物浓度月变化

图1 可知，PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO 的逐月变化趋势基本一致，12 月污染物达到最大，分别为85.10 、173.09、42.79、79.72 和2.49 mg/m3；同时AQI 也达到最大131.48，O3_8h 浓度受地表辐射和气象因子的影响[9]，12 月最低为44.73 μg/m3，6 月最高为114.35 μg/m3。

从污染等级频率分布来看，兰州市全年空气质量良的天数较多，但轻度污染及以上污染等级占比也相当可观（30.6%），可见兰州市整体环境质量一般。夏季兰州市无中度及以上污染，轻度及以上污染物在冬季所占比例最高（51%），其次为春季（32%），可见兰州市污染天气主要集中在冬春季节。2014～2017 年兰州市的空气污染等级及首要污染物的年均季节频率分布，见图2。

图2 2014～2017 年兰州市不同污染等级和首要污染物频率分布

图2 可知，兰州市首要污染物以PM10为主（54%），春季PM10为首要污染物发生的天数最多（70.1%），冬季PM2.5为首要污染物发生的天数最多（47.4%），臭氧污染主要发生在夏季，NO2在秋冬季节为首要污染物出现的频率较多，整体上“优”天气占比很少，冬春季节为“优”天气较夏秋季节少。

2014～2017 年兰州市冬季污染最为严重，不同人群对污染物的敏感程度不同，冬季污染物浓度与哮喘就诊人次的相关性分析，见表1。

表1 2014～2017 年兰州市冬季污染物浓度与哮喘的相关性分析

表1 可知，SO2和NO2与哮喘发病总人次显著正相关，对不同人群SO2与女性和儿童患者哮喘显著正相关，NO2与女性、成年和老年患者哮喘显著正相关，CO 与儿童患者显著正相关，与全人群患者的相关性未通过显著性检验，臭氧与发病人次呈负相关，可能与选取的研究阶段有关，因而以下仅分析SO2和NO2对哮喘门诊人次的影响。

污染物对人体健康的影响存在一定的滞后累积效应[10]，因此根据表中的相关性，选取显著污染因子，并考虑空气污染需要一定的温度和湿度条件[11]，利用广义相加模型定量分析2014～2017 年冬季污染物对哮喘发病的滞后和累积效应。

2014～2017 年冬季兰州市SO2和NO2浓度分别升高10 μg/m3时，哮喘发病人次的相对危险度及95%置信区间。患者对不同污染物的最敏感滞后时间不同，SO2在平均累积滞后2 d （lag02）RR 达到最大，且每增加10 μg/m3时哮喘发病增加4.1%，NO2在平均累积滞后5 d（lag05）时，RR 达到最大，每增加10 μg/m3时哮喘发病增加3.3%，可见SO2对哮喘门诊就诊人次的影响速度更快，见图3。

图3 不同污染物滞后效应的相对危险度

SO2平均累积滞后2 d，NO2平均累积滞后5 d哮喘发病人次的暴露-反应关系，见图4。

图4 最敏感滞后时间条件下污染物与患者的暴露-反应关系

图4 可知，随着SO2和NO2浓度的升高，暴露-反应关系呈波动上升趋势。这与杨丝絮等[12]研究上海市大气污染对感冒疾病的影响结果一致。

图5a）为引入NO2，哮喘门诊发病风险在滞后当天（lag0）达到最大，增加3.9%，滞后时间提前，发病风险降低，图5b）为引入SO2，哮喘发病增加4.6%，滞后时间不变，但发病风险相对升高。可见，污染物对哮喘疾病的影响不是简单的线性相加。

图5 不同污染物滞后效应的相对危险度(双污染模型)

不同性别和年龄人群对污染物的敏感程度可能不同[13]，单污染模型和双污染物模型分析最敏感滞后时间下不同人群的RR 及95%CI，见表2。

表2 最佳滞后时间条件下不同人群的RR 及95%CI

表2 可知，单污染模型中SO2对女性和成年门诊患病相对风险更高，分别为1.116 1 和1.094 4，NO2对女性和儿童患者的相对风险更高，分别为1.057 7 和1.055，均通过显著性检验。双污染模型中SO2和NO2都对女性和儿童患者的相对风险更高，RR 分别为1.075 2、1.062 8 和1.040 2、1.066 0。SO2双污染模型中不同患者人群的RR都有所降低，NO2双污染模型全患者人群、儿童患者和老年患者的RR 是增大的，分别为1.046、1.066 和1.040 9，且均通过了显著性检验；男、女性和成年患者的RR 都有所降低，分别为1.023 8、1.040 2 和1.047 0，可见引入污染物对哮喘人群的影响并不稳定。

3 讨论

本文基于时间序列的广义相加模型定量评价了兰州市冬季空气污染与哮喘就诊人次的关系。

单污染模型中SO2和NO2浓度每升高10 μg/m3，哮喘发病分别增加4.1%和3.3%，女性对污染物更容易敏感，这与田瑜等[14]对兰州市冬季污染物对呼吸系统的研究结果较一致，但该研究结果显示呼吸系统对NO2更敏感，可能是由于研究对象的不同导致的。成年人受污染物的影响更大，可能与成年人经常暴露在室外空气中有关。儿童对SO2更敏感，这与牟喆等[15]研究的污染物对上海市儿童哮喘的影响结果较一致。

有研究表明，氮氧化物可导致急性气道损伤，引起哮喘患者对变应原敏感性增加[16]；SO2水溶性较强，易被上呼吸道和支气管粘膜的黏液吸收，从而刺激并使气管或支气管收缩，SO2还可与飘尘产生协同作用进而被吸附于微粒表面，进入呼吸道深部影响身体健康[17]。

由于获得的疾病数据有限，不同地区人类生活习惯也不同，并且哮喘的发病机制非常复杂，需要结合医学和气象上的知识综合研究，本研究也未展开其他季节空气污染物对哮喘门诊人次的影响研究,以后将以此作为本研究的延续和补充。

4 结论

本文基于时间序列的广义相加模型定量评价兰州市冬季空气污染与哮喘门诊就诊人次的关系，结果如下。

（1）2014～2017 年冬季兰州市SO2和NO2与哮喘发病总人次显著相关;

（2）兰州市冬季大气污染物SO2累积滞后2 d（lag02）、NO2累积滞后5 d（lag05）对全体哮喘门诊患者的影响最大，且浓度每增加10 μg/m3，哮喘日就诊人数分别增加 4.1%和 3.3%，且在最佳滞后时间下，污染物对哮喘患者的影响呈波动上升趋势。SO2双污染模型中，哮喘门诊发病人次在滞后0 d达到最大，哮喘发病风险增加3.9%，滞后时间提前，发病风险相对降低，NO2双污染模型中，哮喘发病增加4.6%，滞后时间不变，但发病风险相对升高;

（3）SO2和NO2双污染模型中污染物对不同哮喘门诊患者人群的相对风险并不稳定，但大多数是有降低作用，且均有统计学意义。