广州市大气NO2污染对暴露人群不同疾病死亡的影响

蔡东杰,杨 军,黄 琳,陈素娟,赵文龙,董 航,林国帧,王伯光,4,5**

广州市大气NO2污染对暴露人群不同疾病死亡的影响

蔡东杰1,杨 军2*,黄 琳1,陈素娟1,赵文龙1,董 航3,林国帧3,王伯光1,4,5**

(1.暨南大学环境与气候研究院,广东 广州 511443；2.广州医科大学公共卫生学院,广东 广州 511436；3.广州市疾病预防控制中心,广东 广州 510440；4.粤港澳环境质量协同创新联合实验室,广东 广州 511443；5.暨南大学-昆士兰科技大学空气质量科学与管理联合实验室,广东 广州 511443)

通过收集广州市2011～2015年6种疾病(非意外因素、心血管疾病、脑卒中、缺血性心脏病、呼吸系统疾病以及慢性阻塞性肺疾病)逐日死亡人数、逐日NO2浓度以及同期气象资料,采用广义相加模型探讨了NO2暴露对不同疾病死亡的影响(相对危险度,RR值)和累积滞后效应,并进一步采用分层分析方法解析了冷季(11月至次年4月)和暖季(5～10月)NO2死亡风险的差异.结果表明,NO2影响急促短暂,通常持续4d.当NO2浓度升高10μg/m3,在Lag0-4d时,人群非意外死亡人数将上升2.18%(RR=1.0218;95% CI: 1.0167,1.0270),在冷季与暖季分别上升2.6% (RR=1.0260;95% CI: 1.0191,1.0328)与0.57% (RR=1.0057;95% CI: 0.9952,1.0163),两者差异有统计学意义(=0.002).在不同疾病中,NO2对慢性阻塞性肺疾病的影响最大.因而NO2仍然为广州地区人群健康重要的危险因素,需要加强NO2排放的控制与治理,并且加强冷季健康风险预警以保护公共健康.

NO2；逐日死亡人数；健康风险；广义相加模型；季节效应

我国是世界上NO2污染较为严重的国家[1].虽然近些年政府制定了一系列NO2污染治理的政策,且取得了一定的成效[2],但我国年均NO2浓度仍处在世界前列.人为源是我国NO2污染的主要来源[3],特别是用于供给城市发电的化石燃料,以及人口与机动车排放[4].有研究指出城市人口规模与NO2污染显著正相关,这导致了超大城市集群空气质量变差的问题[5].还有研究表明经济发展、第二产业比重和能源使用强度也会加剧城市NO2污染[6].作为中国第三大城市,广州在2018年就已经拥有1530万常住人口和257万辆车,NO2污染形势十分严峻[7].

评估与空气污染相关的健康影响具有重要意义[8].近年来我国空气污染逐渐呈现出复杂的复合型空气污染形势[9],由此引发了多种污染物并存的健康危害,且导致以慢性阻塞性肺疾病为主的各类疾病死亡人数增加.而多种污染物的联合作用或其它混杂因素如气象因素等可能对研究结果产生较大的影响,因而在单一污染物健康评价中需要注意混杂因素的控制问题[10].目前关于NO2污染的健康效应评估研究主要集中在单一疾病,比如非意外死因、心血管疾病和慢性阻塞性肺疾病等,缺乏对不同死因影响的比较性研究[11],并且我国现有的研究主要聚焦于评估PM2.5和O3的健康影响.例如Li等[7]分析了PM2.5成分对广州市人群多种死因死亡率的影响,Li等[12]指出我国臭氧暴露造成的疾病负担严重.NO2不仅在PM2.5和O3生成中发挥了巨大的作用[13],同时也有研究证明NO2与PM2.5、O3等污染一样,对健康具有较大的影响[14].因此有必要具体评估NO2污染的健康影响.

本研究收集了2011～2015年广州市空气污染、气象条件和各类有关疾病死亡的相关数据.目的是使用流行病学的方法评估与NO2暴露相关的非意外死亡、心血管疾病、脑卒中、缺血性心脏病、呼吸系统疾病、慢性阻塞性肺疾病,为当地相关部门的空气污染防治和疾病风险评估提供参考.

1 资料与方法

1.1 资料来源

1.1.1 污染物以及气象资料来源 本研究所用的广州市日均NO2数据来自广东省监测中心.气象数据来自中国气象局数据服务中心(http://data.cma.cn/)广州站点,包含2011～2015期间日平均温度(℃)和平均相对湿度(%).

1.1.2 疾病资料来源 广州2011年1月1日～2015年12月31日各类疾病的每日死亡人数来自广州市疾病预防控制中心(http://www.gzcdc.org.cn/).根据国际分类标准第十版(ICD-10)[15],对所纳入的相关疾病进行分类整理,其中包括非意外死亡(ICD-10编码:A00-R99)、心血管疾病(I00-I99)、脑卒中 (I60- I64)、缺血性心脏病(I20-I25)、呼吸系统疾病(J00- J99)、慢性阻塞性肺疾病(J40-J44).

1.2 研究方法

1.2.1 广义相加模型 许多研究指出空气污染物与人群健康指标(例如发病率和死亡率)往往存在一定的累积和滞后效应[16-17].广义相加模型(GAM)作为流行病学领域应用广泛的健康效应评估模型,能够较灵活地对环境污染物健康效应进行分析评估[18-19].本研究对健康影响较大的气象潜在因素(温度和相对湿度)加以控制.同时,考虑到NO2污染对人群死亡率的影响可能存在滞后效应,分别拟合了污染物单滞后天数 (记为lag0、lag2、lag3、lag4、lag5、lag6和lag7)和累计滞后天数 (lag0、lag0～1、lag0～2、lag0～3、lag0～4、lag0～5、lag0～6和lag0～7),以得出NO2对疾病死亡风险造成的最大滞后天数.通过建立具有类泊松函数的广义相加模型以探索空气中NO2浓度与各类疾病死亡率之间的关联,具体建模如下:

log[(Y)]=+pollutant+NS(Time,5*7)+NS(RH,4)+

NS(TEMP,4)+ DOW+ Holiday

式中:Y是第天观察到的每日死亡人数;表示模型截距;表示死亡风险(相对危险度的对数),它与每10μg/m3的NO2浓度增加相关;Time表示时间变量,用于控制协变量无法解释的季节性以及长期趋势,自由度每年设置为7;RH和TEMP分别表示第天观察到的平均温度和平均相对湿度.NS(.)表示自然3次样条函数;平均温度和平均相对湿度都取自由度为4的3次样条函数加以控制;DOW与Holiday分别代表“星期几效应”和“节假日效应”,以分类变量形式纳入.本研究通过相对危险度来估算自变量(NO2浓度)对因变量(各类疾病死亡人数)的影响程度.

考虑到全年NO2浓度在不同的季节差异明显,进一步将其分成冷季(11月至次年4月)和暖季 (5～10月)并通过上述方法进行分层分析,并通过检验比较两者差异的统计学意义[20].

1.2.2 敏感性分析 为了验证时间变量以及气象变量自由度的选择对研究结果是否存在影响,通过改变时间变量自由度(每年5～10个)、气象变量的自由度(3～5个)来研究主要模型结果的稳健性.另外,逐一引入其它污染物(O3、SO2、PM10和PM2.5),以验证其它污染物是否会对NO2的健康效应产生影响.

2 结果与分析

2.1 统计分析

如表1所示,广州市2011年1月1日～2015年12月31日期间,平均每天死亡人数中非意外死因为118例、心血管疾病49例、脑卒中13例、缺血性心脏病20例、呼吸系统疾病20例、慢性阻塞性肺疾病9例.研究期间NO2的年平均为46.29μg/m3,高于中国环境空气质量二级标准(40μg/m3).

如图1所示,NO2浓度与平均温度呈现负相关关系,与相对湿度无明显相关,而与气压呈现显著的正相关.不同污染物间呈现正相关关系.

表1 2011～2015年广州市二氧化氮、气象因素以及相关疾病死亡人数描述性分析

注:P25,P50和P75分别为第25、50和75百分位数.

图1 空气污染物与气象因素之间的相关性 (Spearman相关系数)

*<0.05; **<0.01; ***<0.001

2.2 NO2对不同疾病人群死亡的影响

如图2所示,NO2对不同疾病逐日死亡人数影响的趋势较为一致,均在滞后1～2d达到最大,之后呈现下降趋势,在滞后4～5d其影响消失且转为不显著.

图2 不同滞后条件下NO2对各类疾病相关死亡人数的影响

点和竖线表示单滞后天数NO2对各类疾病的相对危险度和95%置信区间

表2 不同滞后天数下每升高10μg/m3的NO2对不同疾病死亡的相对风险

注:加粗黑体为显著相关(显著性水平为0.05,下同).数值为NO2对各类疾病的相对危险度和95%置信区间.

如表2所示,NO2对非意外死亡、心血管疾病、脑卒中、缺血性心脏病和慢性阻塞性肺疾病的死亡影响均在累积滞后4d (lag0～4)达到最大,当NO2浓度升高10μg/m3,以上疾病所对应的相对危险度(RR值)分别为1.0218 (95% CI: 1.0167,1.0270)、1.0286 (95% CI: 1.0215,1.0357)、1.0302 (95% CI: 1.0175,1.0431)、1.0256 (95% CI: 1.0152,1.0362)、1.0349 (95% CI: 1.0185,1.0516).而NO2对呼吸系统疾病的死亡影响在累积滞后7d (Lag0～7)达到最大,当NO2浓度升高10μg/m3,其相对危险度(RR值)达到1.0294 (95% CI: 1.0152,1.0438).在六种疾病死亡中,NO2对慢性阻塞性肺疾病的死亡影响最大,在累积滞后4d(lag0～4)时,NO2浓度升高10μg/m3,慢性阻塞性肺疾病对应的相对危险度(RR值)为1.0349 (95% CI: 1.0185,1.0516).

2.3 冷暖季NO2对疾病死亡影响及差异

表3 冷暖季节NO2对不同疾病逐日死亡人数影响的相对风险及差异比较

注:数值为NO2对各类疾病的相对危险度和95%置信区间加粗黑体为显著相关;值为冷暖季NO2效应的差异比较.

如表3所示,在Lag0～4时,NO2每升高10μg/m3导致非意外人群死亡风险在冷季为1.0260 (95% CI: 1.0191,1.0328),在暖季为1.0057 (95% CI: 0.9952,1.0163),两者差异具有统计学意义(=0.002).对于其余疾病,NO2在冷季的影响均高于暖季,且在Lag0～4时,冷季NO2的效应均具有统计学意义,而暖季均无统计学意义.

2.4 敏感性分析

通过改变模型中时间变量的自由度(每年5、7和10)、气象变量自由度从3～5,在lag0-4下,NO2每升高10μg/m3对非意外死因的累积效应从最小的1.0216 (95% CI: 1.0165,1.0268)到最大的1.0236 (95% CI: 1.0181,1.0291).另外,与主模型一致,控制时间变量自由度(每年为7)和气象变量自由度为4,逐一在模型中引入O3、SO2、PM10和PM2.5等污染物进行敏感性分析,得到NO2的健康效应估计值与本研究主模型的结果非常接近,提示主模型的结果较为稳健(表4).

表4 引入不同污染物后在累积滞后0～4天每升高10μg/m3的NO2对不同疾病死亡的相对风险

注:数值为NO2对各类疾病的相对危险度和95%置信区间.

3 讨论

本研究选取了以往研究中与人群死亡率相关性较强的气象因素(温度与相对湿度)并采用3次立方样条函数加以控制,同时逐步引入其它污染物(O3、SO2、PM10和PM2.5)进行敏感性分析来检验其它污染物对NO2健康效应的影响.本研究发现NO2的影响急促短暂,通常局限于4d;NO2与所研究的6种死亡的关联均具有统计学意义,且对慢性阻塞性肺疾病的影响最大.同时,NO2在冷季的影响显著高于暖季,而其它污染物对NO2健康效应的影响较小.

国内外许多研究表明,人群健康指标 (如死亡率)不仅表现在当天的暴露,还有可能与几天前甚至更长时间的暴露相关.这在多数污染物如PM2.5与O3的人群健康效应中均有报道[21].本次研究发现在广州市NO2污染对疾病死亡的影响均存在滞后效应并且趋势基本一致,即在单滞后2d和累积滞后4d效应值达到最大.Ren等[22]在沈阳地区的研究中发现NO2的暴露对心血管、脑血管疾病的死亡率均存在显著效应,这与本研究的发现相一致,但效应值在累积滞后2d达到最大,这可能与NO2浓度、卫生经济条件和人群适应性在区域空间异质性和区域特异性有关[23].特别的,本研究还发现6种疾病中呼吸系统疾病的滞后时间最长(累积滞后7d达到最大值),可能是因为呼吸上皮细胞在外部环境和下层组织之间形成选择性屏障,污染物深入呼吸道在进入血液之前到达支气管和肺泡引发炎症,在肺部积聚才会加重呼吸道疾病症状[24].同时发现NO2暴露对慢性阻塞性肺疾病影响最大,这可能是因为它能够进入细支气管和肺泡部位,并水解为硝酸,导致严重的化学性肺炎和肺水肿.NO2的氧化应激和系统炎症被认为是慢性阻塞性肺炎发病机制相关的潜在贡献者[25].总而言之,针对性地了解NO2污染对相关疾病的死亡影响及其滞后模式可以为当地政府部门的污染防控以及健康预警政策提供科学性建议.

以往研究指出,空气污染对疾病死亡影响受季节影响差异较大.本研究NO2污染在冷季的影响显著高于暖季,且暖季的效应无统计学意义,这与Duan等[26]在深圳市二氧化氮空气污染相关心血管死亡率的影响研究中结果一致.原因可能与当地人群适应性有关,广州为亚热带季风气候,具有光热充足、夏季长的特征,当地居民对高温的适应性明显高于低温[27].另外,冷季的低温会加剧心血管疾病与呼吸系统疾病等慢性疾病的患病率.其中的机制解释可能是较低的环境温度会导致需氧量的血管收缩,并减少流向大脑的流血量,从而导致全身血管阻力和血压升高;也可能由于应激反应,暴露于寒冷的环境温度会导致血小板计数、血液黏度、心率和反应蛋白增加从而增加中风率[28].同时,以上慢性疾病也为NO2的敏感疾病,在冷季这些疾病患病率高的情形下,NO2势必呈现出更大的影响.因此,政府应当重视当地NO2污染的防控与治理,同时可以采取有关措施提高人群低温适应性并加强冷季NO2污染健康风险预警.由于NO2污染与颗粒物污染有很大差异,后者可引起浑浊的天气现象而被肉眼可见.因此,NO2污染往往被大众忽视,且其化学性质活跃,参与许多大气化学反应[29],这为NO2防控增加了难度.由于工业与交通为NO2的主要排放源,政府应当加强交通管控以及当地工业的监管以实现源头上降低本地NO2浓度.针对个人,在当地NO2浓度较高时应当采取一系列防护措施 (如减少开门窗、减少不必要的户外活动等).另外,鉴于低温与NO2对健康存在交互作用,在防范NO2时,需要加强对低温的防范,例如多穿衣服进行保暖、及时关注天气预警,并加强身体锻炼提升自身免疫力等.

另外,本研究存在一定的局限性.首先,污染物数据不能代表个人暴露的健康影响,另外作为一项时间序列的研究,只控制了与时间相关的混杂因素,比如死亡人数的时间趋势、气象因素等.同时作为生态研究,无法推断暴露因素与健康结局的因果关系,以及潜在个人层面混杂因素的控制,例如吸烟、职业接触和生活条件.不过相关研究报道这些在短期内不会发生变化的个体因素,通常不会对时间序列模型的结果产生实质影响[20].其次,有研究指出污染物对不同年龄、性别或教育程度的人群健康影响存在显著差异[30],但由于资料收集限制,没能深入分析NO2对不同性别、年龄段人群的疾病死亡效应,这需要进一步深层次研究.

4 结论

4.1 NO2污染目前仍然为广州市人群健康重要的危险因素,与人群多种慢性疾病死亡风险存在关联,而慢性阻塞性肺疾病患者受到影响最为严重,即在累积滞后4d (lag0-4)时,NO2浓度升高10μg/m3,慢性阻塞性肺疾病对应的相对危险度 (RR值)为1.0349 (95% CI: 1.0185,1.0516).

4.2 冷季NO2的影响显著高于暖季.因此,有关部门需要加强交通管控以进行NO2的减排、治理与冷季NO2健康风险预警,同时提醒当地人群应当关注气温变化适当增减衣物及适时进行户外活动以增加个人防护.

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Impacts of atmospheric NO2pollution on cause-specific mortality of different diseases in exposed population in Guangzhou.

CAI Dong-jie1,YANG Jun2*,HUANG Lin1,CHEN Su-juan1,ZHAO Wen-long1,DONG Hang3,LIN Guo-zhen3,WANG Bo-guang1,4,5**

(1.Institute for Environmental and Climate Research,Jinan University,Guangzhou 511443,China；2.School of Public Health,Guangzhou Medical University,Guangzhou 511436；3.Guangzhou Center for Disease Control and Prevention,Guangzhou 510440；4.Guangdong-Hongkong-Macau Joint Laboratory of Collaborative Innovation for Environmental Quality,Guangzhou 511443,China；5.JNU-QUT Joint Laboratory for Air Quality Science and Management,Jinan University,Guangzhou 511443,China).,2022,42(8)：3950～3956

Atmospheric NO2,a major gaseous pollutant,has

increasing attentions due to its high health risk,especially to human cardiopulmonary function. However,current assessments of the health effects of NO2mainly focused on one single disease. In this study,the generalized additive model (GAM) was used to evaluate impacts of atmospheric NO2pollution on cause-specific mortality (Relative risk,RR) in exposed population in Guangzhou during 2011～2015,as well as its cumulative lag effects2. Furthermore,the stratified analysis was performed in the cold season (November through April) and the warm season (May to October). The results show that effects of NO2were observed to be rapid and transient,usually lasting for four days. In lag 0～4 days when the NO2increased by 10μg/m3,the number of non-accidental deaths increased by 2.18% (=1.0218; 95% CI: 1.0167,1.0270) in the full year,and 2.6% (RR=1.0260; 95% CI: 1.0191,1.0328) in the cold season and 0.57% (=1.0057; 95% CI: 0.9952,1.0163) in the warm season. The difference in the NO2-induced mortality risks between cold and warm seasons was statistically significant (=0.002). Among different diseases,NO2pollution showed the greatest influence on chronic obstructive pulmonary disease. Therefore,atmospheric NO2pollution is still an important risk to the residents in Guangzhou. And it is necessary to strengthen the control and management of NO2emissions and implement the early warning of NO2pollution to protect the public health,particularly during the cold season.

NO2；mortality；health risk；GAM；seasonal effect

X503.1

A

1000-6923(2022)08-3950-07

2022-01-24

国家自然科学基金资助项目(82003552);广东省基础与应用基础研究基金项目(2020A1515011161);国家重点研发计划项目(2018YFC0213600)

* 责任作者,杨军,教授,yangjun@gzhmu.edu.cn; 王伯光,教授,tbongue@jnu.edu.cn

蔡东杰(1994-),男,湖北荆门人,暨南大学硕士研究生.主要从事环境与健康方面的研究.