牟 喆彭 麗楊丹丹江 帆殷 勇花 靜耿福海△

上海市天氣和污染對兒童哮喘就診人次的影響*

牟 喆1，2彭 麗1，2楊丹丹1，2江 帆3殷 勇3花 靜4耿福海1，2△

目的研究上海市天氣和大氣污染對3～14歲兒童哮喘就診人數(shù)的影響。方法在控制了時間的中長期效應、節(jié)假日效應、星期效應基礎上利用廣義相加的泊松回歸模型分析了2009年1月1日到2010年12月31日上海市三家三甲兒科?？漆t(yī)院3～14歲兒童哮喘的就診人數(shù)受天氣（溫度、濕度）和大氣污染SO2、NO2、O3、PM10（量直徑在10微米以下的顆粒物）、PM2.5（量直徑在2.5微米以下的顆粒物）的影響。結果模型結果顯示上海市溫度和大氣污染物對3～14歲兒童哮喘的就診人數(shù)有影響：當平均溫度低于20℃時兒童哮喘的就診人數(shù)明顯高于其他溫度段；同時，滯后一天的污染物與3～14歲兒童哮喘的就診人數(shù)有統(tǒng)計學意義，表現(xiàn)為：PM10、PM2.5、NO2、SO2每升高10μg/m3相應的3～14歲兒童哮喘就診人數(shù)增加大約0.69%（CI：0.27%-1.1%，P＝0.001）、0.78%（CI：0.16%-1.4%，P＝0.014），1.49%（CI：2.72%～4.94%，P＜0.001），1.73%（CI：0.7%～2.76%，P＝0.001），O3每升高10ppb兒童哮喘就診人數(shù)會相應增加大約3.83%（CI：2.7%～4.94%，P＜0.001）。結論根據(jù)本研究結果可通過提供有效的天氣防護措施預防兒童哮喘的發(fā)作。

天氣 大氣污染 兒童哮喘 廣義相加模型

哮喘是當今世界最常見的慢性呼吸道疾病之一，全球已有哮喘患者3億。發(fā)達國家兒童哮喘的患病率高于10%，并且還在逐年上升，發(fā)展中國家兒童哮喘的患病率還要高于此數(shù)值［1］。我國兒童哮喘的患病率也在逐年升高，一項在我國27個城市的流行病學調(diào)查顯示1990-2000年10年內(nèi)兒童哮喘的患病率由0.91%升到1.5%，同期，上海市的一項調(diào)查顯示12歲以下兒童哮喘的患病率由1.9%升至3.34%。上海市另外一個基于學校的整群隨機抽樣調(diào)查顯示2007 -2010年6～14歲兒童哮喘的患病率從5.92%升至10%［2］。國外大量文獻顯示天氣、大氣污染（如PM10、PM2.5、NO2、SO2等）是兒童哮喘的危險因子［3］，但目前我國對此研究較少。本研究針對上海市特定的天氣條件和大氣污染狀況，分析了天氣、大氣污染對上海市三家三甲兒科專科醫(yī)院3～14歲兒童哮喘患者就診人數(shù)的影響，為兒童哮喘的防護提供一定的指導意見。

資料來源與方法

1.數(shù)據(jù)資料來源

兒童哮喘就診數(shù)據(jù)：兒童哮喘就診資料由上海市三家兒科?？迫揍t(yī)院（上海兒童醫(yī)學中心、上海新華醫(yī)院、復旦大學附屬兒科醫(yī)院）收集，包括2009年1月1日至2010年12月31日逐日的3～14歲兒童哮喘的就診（門診＋急診）人數(shù)資料，該資料包括患者年齡和就診日期。兒童哮喘均由臨床醫(yī)生根據(jù)國際疾病分類標準ICD-9確診。上海共有四家兒科?？迫揍t(yī)院，其中兒童醫(yī)院資料不完整（2009年10月之前沒有數(shù)據(jù)），2009年10月后數(shù)據(jù)相對較少（平均每日約20人），為保證數(shù)據(jù)收集時間的完整性選用其他三家三甲兒科?？漆t(yī)院數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)基本可以代表上海市兒童哮喘就診人數(shù)的變化規(guī)律。

天氣、大氣污染數(shù)據(jù)：2009-2010年的氣象資料采用上海市氣象局10個自動站的平均資料，其中包括逐日的平均溫度、平均濕度，基本可以代表上海市的天氣情況。大氣污染資料包括：PM10（日平均—上海市環(huán)境監(jiān)測中心數(shù)據(jù)）、PM2.5（日平均—上海市環(huán)境監(jiān)測中心數(shù)據(jù)）、NO2（日平均，上海城市環(huán)境氣象中心大氣成分觀測站數(shù)據(jù)）、O3（根據(jù)國際標準采用8小時最大，上海城市環(huán)境氣象中心大氣成分觀測站數(shù)據(jù)）。

所有統(tǒng)計分析利用軟件R2.13.0的MGCV程序包，污染物的危險度計算除特殊說明外均利用IQR（Inter-Quartile Range）方法。

2.統(tǒng)計方法

相對上海市常住人口1921.32萬，3～14歲兒童哮喘每日就診人數(shù)大約為90人（研究期間內(nèi)），可以認為每日的兒童哮喘就診人數(shù)近似服從Poisson分布。由于天氣、大氣污染對兒童哮喘就診人數(shù)的影響通常為非線性，因此，我們利用帶有自然立方樣條函數(shù)（natural cubic spline）的廣義相加模型（Poisson回歸）來分析就診人數(shù)與天氣、大氣污染等協(xié)變量的關系?？紤]到天氣和污染物對就診人數(shù)的影響通常有著一定的滯后效應，我們結合兒童哮喘發(fā)病機制（0～3天），分別計算不同滯后期（0～3天）污染物濃度與兒童哮喘就診人數(shù)的Spearman相關系數(shù)（非線性相關），并根據(jù)相關系數(shù)最大原則確定天氣、大氣污染的滯后期。在基本模型中我們利用樣條函數(shù)控制時間的中長期效應，利用啞元變量控制節(jié)假日效應、星期效應，用樣條函數(shù)表達天氣要素（日平均溫度，日均濕度），并利用GCV（generalized cross validation）和PACF（partial autocorrelation function）準則相結合的方法確定時間樣條函數(shù)的自由度［4］。同時，考慮到污染物間的相關性我們在基本模型中逐步加入單一污染物，最終構建單一污染物模型如下：

其中，Yt為在觀察日t上海市三家主要兒童醫(yī)院的兒童哮喘門急診人次，對于每個時間t，Yt—服從均數(shù)為μt的Poisson分布；α—截距；β—其對數(shù)相對危險度RR，該估計值β描述了污染物每升高一個刻度哮喘就診人數(shù)會相應增加（eβ-1）×100%個百分比。ns（temperature，4）表示自由度為4的溫度的樣條函數(shù)；ns（date，12）為自由度為12的時間的中長趨勢的樣條函數(shù)；ωt（week）為星期效應的啞元變量；ωt（vacation）為節(jié)假日效應的啞元變量；εt為隨機效應。

結 果

表1 2009年1月1日-2010年12月31日上海市兒童哮喘就診人數(shù)及天氣、大氣污染的描述性統(tǒng)計量

2009年1月1日到2010年12月31日期間共有65809（人數(shù)）兒童（3～14歲）哮喘患者就診（門診＋急診），平均每天大約有90人。表1給出了研究期間內(nèi)各個變量的描述性統(tǒng)計量。并通過大量探索性分析發(fā)現(xiàn)兒童哮喘就診人數(shù)一般在10～12月較高，春節(jié)效應使得1～2月相對較少，同時在5～6月會出現(xiàn)就診的小高峰，在7-9月又出現(xiàn)回落。PM10、PM2.5、NO2、 O3、SO2的濃度為冬高夏低，O3的濃度為夏高冬低。與WHO（World Health Organization）和EPA（Environmental Protection Agency）的標準相比，上海的大氣污染程度較高。

結合哮喘的發(fā)病機制（一般0～3天發(fā)?。?，我們計算兒童哮喘就診人數(shù)與氣象和大氣污染物滯后0～3天的Spearman相關系數(shù)，最終確定滯后一天的污染物對就診人數(shù)影響最大。氣象因子中只有溫度對兒童哮喘的影響有統(tǒng)計學意義。根據(jù)GCV和PACF方法最終選定時間的樣條函數(shù)為12，溫度和大氣污染物的樣條函數(shù)自由度為4。模型結果如下：（1）溫度：當溫度低于20℃左右時兒童哮喘就診人數(shù)較高，之后隨著溫度的升高兒童哮喘就診人數(shù)逐漸降低；（2）大氣污染物：從污染物的樣條函數(shù)圖形上可以看到污染物對兒童哮喘就診人數(shù)的對數(shù)相對危險度有著近似線性的正相關，即隨著污染物濃度的升高，兒童哮喘就診人數(shù)升高，利用IQR準則確定PM10、PM2.5、NO2、SO2每升高10μg/m3，兒童哮喘就診人數(shù)會相對增加0.69%（CI：0.27%-1.1%，P＝0.001），0.78%（CI：0.16% -1.4%），1.49%（CI：0.64%-2.34%，P＜0.001），1.73（CI：0.7%-2.76%，P＝0.001），O3（8小時平均最大）每升高10ppb兒童哮喘就診人數(shù)會增加3.83%（CI：2.72%-4.94%，P＜0.001），如下表2所示。

表2 單污染模型結果中污染物的對數(shù)相對危險度估計值

討 論

北美和歐洲發(fā)生一些嚴重的大氣污染事件之后，人們就開始關注大氣污染對呼吸道疾病及人體健康的影響，大氣污染嚴重時甚至可導致死亡。近年來隨著城市的快速發(fā)展，工廠廢氣和汽車尾氣的排放使得我國的空氣質(zhì)量越來越差，機動車排放的尾氣是上海市大氣中PM2.5，NO2的一個重要來源。大氣污染對公共健康的影響已成為一個全球性話題。大氣污染是影響兒童呼吸系統(tǒng)健康的危險因素。本研究通過對上海市天氣和主要大氣污染物與兒童哮喘就診人數(shù)的研究分析發(fā)現(xiàn)溫度、PM10、PM2.5、NO2、SO2、O3與兒童哮喘就診人數(shù)有統(tǒng)計學關聯(lián)。

本研究涉及的天氣和大氣污染數(shù)據(jù)往往具有較強的相關性（非獨立），使得傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析方法（如多重線性回歸）在處理環(huán)境與疾病結局的問題時受到限制，因此構建了Poisson回歸的廣義相加模型（GAM），該模型結合了參數(shù)和非參數(shù)模型的優(yōu)點，并假設函數(shù)的各個部分是可加的。該模型可以處理結局變量和眾多解釋變量間復雜的非線性關系［5］。本研究在探索性分析時也考慮到溫差（兩日平均溫度的差值）和日較差（當日最高和最低溫度差）對兒童哮喘就診人數(shù)的影響，但由于溫差和日較差僅能解釋模型的小部分變異，模型的大部分變異都被溫度解釋，因此，最終選擇日平均溫度為解釋變量。同時，我們對模型的過膨脹進行檢驗，研究資料存在過膨脹問題，因此使用Quasi-Poisson回歸的廣義相加模型。本研究中PM10樣條函數(shù)后半段的下降趨勢是由于當污染物濃度數(shù)值較大時會出現(xiàn)異常值，但其置信區(qū)間很寬，表明這樣的數(shù)據(jù)很少，因此，對研究結果幾乎無影響。

本研究發(fā)現(xiàn)溫度是導致哮喘就診人數(shù)變化的一個重要因素，國內(nèi)一項在青島市區(qū)的研究表明兒童哮喘的急性發(fā)作與氣溫呈負相關［6］，本研究進一步得到溫度對兒童哮喘就診風險有著非線性的相關趨勢，具體表現(xiàn)為溫度低于20℃時是兒童哮喘的高發(fā)期，這是由于大多數(shù)的兒童哮喘是感冒誘發(fā)而致，春秋的氣溫多變及冬季寒冷是感冒的高發(fā)期。另外，也有研究表明春節(jié)的花粉也是兒童哮喘的促發(fā)因子之一，但由于無法測量個體花粉的接觸量，本研究沒有加入花粉數(shù)據(jù)。

本研究發(fā)現(xiàn)滯后一天的污染物對兒童哮喘就診人數(shù)有著近似線性的影響趨勢，即隨著O3、NO2、PM10、PM2.5、SO2濃度的升高上海市兒童（3～14歲）哮喘的就診人數(shù)也隨之增加，這與國外大多數(shù)關于大氣污染與兒童哮喘就診關系的研究結果相同。如：2001-2004年在希臘雅典的一項時間序列研究顯示PM10是兒童哮喘的危險因子［7］；另外一項在美國猶他州［8］的研究給出在控制溫度和其他效應后，PM2.5與兒童哮喘急性發(fā)作有著顯著性的統(tǒng)計學關聯(lián)。2001-2003年一項在Oklahoma的研究顯示NO2、O3、PM2.5和花粉都是兒童（＜＝14歲）哮喘的危險因素［3］；1998-2001年臺灣一項研究顯示溫度、氣壓、PM10、SO2、CO、O3都是兒童哮喘的危險因子，但是該研究沒有發(fā)現(xiàn)NO2與兒童哮喘就診人數(shù)有統(tǒng)計學上的聯(lián)系［9］，但一項在美國哮喘兒童的調(diào)查顯示高濃度的NO2是兒童哮喘的促發(fā)因子［10］。目前大氣污染對哮喘急性發(fā)作的確切機制尚未明確，但有推測認為，小顆粒污染物（PM2.5）主要通過穿透肺泡上皮細胞進入血液循環(huán)，在血液中釋放生物活性物質(zhì)促進變態(tài)發(fā)硬性炎癥的發(fā)生，這些炎癥介質(zhì)可以趨化并激活相關炎癥細胞，使之長期存在肺內(nèi)，可促使哮喘的慢性炎癥持續(xù)存在。同時，污染物的升高會增加氣道的高反應性，從而引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。

2012年世界哮喘日提出：“哮喘是可以控制的”。國內(nèi)外大量的研究顯示空氣是哮喘的促發(fā)因子，因此希望通過本研究可以對上海市兒童哮喘的預防工作起到一定的提示作用，提高兒童的健康生命質(zhì)量。

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（責任編輯：劉 壯）

*：公益性行業(yè)（氣象）科研專項經(jīng)費項目（GYHY201206027）；上海市科學技術委員會項目（11DZ2260900，12dz1202600，11231200600）；上海市氣象局科技開發(fā)項目（YJ201204）

1.上海市氣象與健康重點實驗室（200135）

2.上海市城市環(huán)境氣象中心

3.上海市兒童醫(yī)學中心

4.上海市第一婦嬰保健院

△通信作者：耿福海，E-mail：fuhaigeng＠263.net