復(fù)合型大氣污染對(duì)我國(guó)17城市居民健康效應(yīng)研究.pdf

1、改革開放30多年以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化的快速推進(jìn)，我國(guó)業(yè)已成為世界上大氣污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一，引起了人們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，我國(guó)大氣污染逐步呈現(xiàn)出傳統(tǒng)煤煙型與機(jī)動(dòng)車尾氣型污染共存的復(fù)合型特征。顆粒物(PM)仍為我國(guó)絕大部分城市的首要大氣污染物，但是我國(guó)部分地區(qū)霾和光化學(xué)煙霧頻繁，區(qū)域性的大氣污染污染問(wèn)題愈加明顯。然而，我國(guó)大氣污染與健康的研究起步較晚，開展得較少，尤其缺乏對(duì)多個(gè)城市同時(shí)開展研究多中心流行病學(xué)研究，難以反映我國(guó)復(fù)

2、合型大氣污染的健康危害特征。在我國(guó)當(dāng)前的大氣污染形勢(shì)下，我們亟需回答下面四個(gè)問(wèn)題:(1)各主要大氣污染與居民健康的關(guān)系如何？(2)我國(guó)哪些人群對(duì)大氣污染更易感？在什么季節(jié)更易感？(3)在當(dāng)前的大氣污染流行病學(xué)研究中，傳統(tǒng)的暴露評(píng)價(jià)方法是否合適？(4)我國(guó)當(dāng)前空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)體系能否有效地反映大氣污染的健康效應(yīng)？研究大氣污染與慢性健康效應(yīng)的最佳方法是隊(duì)列研究，能提供最具說(shuō)服力的病因關(guān)聯(lián)證據(jù)，但隊(duì)列研究不僅耗時(shí)長(zhǎng)久，還需要花費(fèi)大量的人力、財(cái)力和

3、物力考慮到。盡管發(fā)病比死亡更能敏感地反映大氣污染的健康危害，但死亡數(shù)據(jù)往往更易得，而且更穩(wěn)定。因此，本課題擬研究我國(guó)大氣污染的急性健康效應(yīng)，而且以死亡作為主要的健康結(jié)局。本課題共分為以下四部分研究?jī)?nèi)容。
　　第一部分我國(guó)城市主要大氣污染物對(duì)居民日死亡率的影響
　　大氣污染與居民健康效應(yīng)的暴露反應(yīng)關(guān)系是世界衛(wèi)生組織(WHO)等國(guó)際組織和各主要國(guó)家制修訂環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的最重要科學(xué)依據(jù)。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)大氣污染流行病學(xué)研究都是

4、在發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行的。因此，WHO基于發(fā)達(dá)國(guó)家較低污染水平下的流行病學(xué)證據(jù)制訂的《全球空氣質(zhì)量指南》(AQG)，能否完全照搬于我國(guó)，尚存在一定的疑問(wèn)。WHO根據(jù)發(fā)展中國(guó)家一般污染水平提出的AQG過(guò)渡指標(biāo)值，也未完全考慮發(fā)展中國(guó)家（包括我國(guó)）特有的暴露-反應(yīng)關(guān)系。有研究顯示我國(guó)大氣顆粒物急性健康效應(yīng)的暴露反應(yīng)關(guān)系系數(shù)較發(fā)達(dá)國(guó)家為低，且有可能存在閾值。因此，我們亟需在我國(guó)開展大規(guī)模的人群流行病學(xué)研究加以證實(shí)。
　　我們?cè)?7個(gè)典型城市開展

5、了大氣污染與居民急性健康效應(yīng)的流行病學(xué)研究，取名為“中國(guó)大氣污染與居民健康效應(yīng)研究”(China Air Pollution and HealthEffects Study, CAPES)”，系統(tǒng)性地分析了我國(guó)主要大氣污染物與城市居民日死亡率的關(guān)系。CAPES納入的城市包括鞍山、北京、福州、廣州、杭州、香港、蘭州、南京、上海、沈陽(yáng)、蘇州、太原、唐山、天津、烏魯木齊、武漢和西安。從各城市的疾病預(yù)防控制中心收集市區(qū)居民每日的非意外總死亡數(shù)、

6、心血管疾病死亡數(shù)和呼吸系統(tǒng)疾病死亡數(shù)。從各城市的環(huán)境監(jiān)測(cè)中心收集每日的可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、細(xì)顆粒物(PM2.5)、粗顆粒物(PM2.5-10)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)濃度數(shù)據(jù)。
　　我們采用國(guó)際認(rèn)可的兩階段貝葉斯層次模型(Two-stage Bayesian hierarchicalmodels)，分別在城市和全國(guó)平均水平，定量估計(jì)大氣污染對(duì)城市居民日死亡率的影響。在第一階段，

7、采用時(shí)間序列的方法分析大氣污染與日死亡率的關(guān)系。具體來(lái)講，核心模型是半泊松分布鏈接的廣義相加模型(GAM);將日期的自然平滑樣條函數(shù)納入模型，以控制控制日死亡數(shù)的長(zhǎng)期和季節(jié)變化趨勢(shì)，并采用偏自相關(guān)函數(shù)指導(dǎo)自由度的選擇;納入“星期幾”的指示變量，以排除日死亡率在一周內(nèi)的自然波動(dòng)趨勢(shì);將平均溫度和相對(duì)濕度的自然平滑樣條函數(shù)納入模型，以控制氣象因素對(duì)大氣污染-日死亡率關(guān)系的非線性混雜影響。在第二階段，采用貝葉斯層次模型來(lái)合并各個(gè)城市的效應(yīng)估計(jì)

8、值，從而在全國(guó)平均水平上求得大氣污染的急性健康效應(yīng)。效應(yīng)估計(jì)值一般表示為污染物濃度每升高10μg/m3引起居民日死亡率增加百分比的后驗(yàn)均值和95％后驗(yàn)區(qū)間(PI)。在每個(gè)城市還繪制了各污染物與日死亡率的暴露反應(yīng)關(guān)系曲線，并在全國(guó)水平上對(duì)暴露反應(yīng)關(guān)系曲線進(jìn)行了合并。以各污染物在當(dāng)日和前一日濃度的移動(dòng)均值(lag01)納入模型。
　　結(jié)果顯示，CAPES城市里PM和SO2污染水平較嚴(yán)重，明顯高于發(fā)達(dá)國(guó)家。各污染物與日死亡率的關(guān)系在各個(gè)

9、城市不盡相同，存在顯著的異質(zhì)性。從全國(guó)平均水平來(lái)看，PM10每升高10μg/m3引起居民總死亡率、心血管疾病死亡率和呼吸系統(tǒng)疾病死亡率分別升高0.35％(95％ PI:0.18％，0.52％)、0.44％(95％ PI:0.23％，0.64％)、0.44％(95％ PI:0.23％，0.64％);SO2每升高10μg/m3引起居民總死亡率、心血管疾病死亡率和呼吸系統(tǒng)疾病死亡率分別升高0.75％(95％ PI:0.47％,1.02％)、0

10、.83％(95％ PI:0.47％,1.19％)、1.25％(95％ PI:0.78％,1.73％)。NO2每升高10μg/m3引起居民總死亡率、心血管疾病死亡率和呼吸系統(tǒng)疾病死亡率分別升高1.63％(95％ PI:1.09％，2.17％)、1.80％(95％ PI:1.00％,2.59％)、2.52％(95％ PI:1.44％，3.59％);PM2.5每升高10μg/m3引起居民總死亡率、心血管疾病死亡率和呼吸系統(tǒng)疾病死亡率分別增加0

11、.40％(95％PI:0.18％，0.61％)、0.47％(95％PI:0.23％,0.72％)、0.46％(95％PI:0.19％,0.74％); PM2.5-10每升高10μg/m3引起居民總死亡率、心血管疾病死亡率和呼吸系統(tǒng)疾病死亡率分別增加0.43％(95％PI:0.07％,0.79％)、0.33％(95％PI:-0.01％,0.67％)、0.58％(95％PI:-0.35％，1.51％); CO每升高1mg/m3可導(dǎo)致居民總死

12、亡率、心血管疾病死亡率和呼吸系統(tǒng)疾病死亡率分別升高2.89％(95％PI:1.68％，4.11％)、4.17％(95％PI:2.66％，5.68％)和2.03％(95％PI:0.49％，4.55％);O3每升高10μg/m3引起居民總死亡率、心血管疾病死亡率和呼吸系統(tǒng)疾病死亡率分別增加0.32％(95％PI:0.18％,0.46％)、0.52％(95％PI:0.28％,0.76％)、-0.04％(95％PI:-0.41％,0.34％)。

13、除PM2.5外，各污染物與日總死亡率的暴露反應(yīng)關(guān)系系數(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家的研究結(jié)果基本一致。PM2.5與日總死亡率的暴露反應(yīng)關(guān)系系數(shù)大致相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家的研究結(jié)果的一半左右。各城市的暴露反應(yīng)關(guān)系曲線顯示，各污染物與日總死亡率的關(guān)系基本呈線性且無(wú)閾值。
　　敏感性分析發(fā)現(xiàn)，各污染物的效應(yīng)一般在lag01的時(shí)候最強(qiáng)，且能滯后3～4日;在雙污染物模型中，PM10、PM2.5、NO2、 CO、O3具有獨(dú)立的健康效應(yīng)，而SO2和PM2.5-10的效應(yīng)

14、卻失去了統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性;時(shí)間平滑趨勢(shì)控制得越嚴(yán)，控制的溫度滯后天數(shù)越多，各污染物的效應(yīng)有逐步稍微減弱的趨勢(shì)，但基本穩(wěn)定。總之，在選擇不同的模型參數(shù)時(shí)，本研究估計(jì)的污染物健康效應(yīng)變化不大。
　　第二部分我國(guó)大氣污染健康危害的易感因素分析
　　即便暴露于同一污染水平，人群中不同個(gè)體對(duì)大氣污染的反應(yīng)性不同，也就是說(shuō)人群中可能存在對(duì)大氣污染健康危害易感的個(gè)體。識(shí)別這些潛在易感的個(gè)體具有重要的公共衛(wèi)生意義。此外，大氣污染是一種組成極其復(fù)

15、雜的混合物，其組分和來(lái)源具有一定的時(shí)間變異性，而且居民在不同季節(jié)的暴露模式也不完全一樣，因此有理由認(rèn)為大氣污染的急性健康效應(yīng)可能存在一定的季節(jié)差異，即居民可能在某些特定的季節(jié)比在其他季節(jié)對(duì)大氣污染的健康危害更加敏感。
　　我們?cè)贑APES城市中，運(yùn)用與第一部分相同的統(tǒng)計(jì)分析方法，比較分析了大氣污染物在不同年齡層、不同性別和不同教育程度人群中對(duì)日總死亡率的效應(yīng)。結(jié)果顯示，各污染物在65歲以上老年人中的健康效應(yīng)要明顯強(qiáng)于在5-64歲的

16、年輕人，且在這兩個(gè)年齡層的健康效應(yīng)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著的差別;各污染物對(duì)女性的影響要稍強(qiáng)于男性，但兩者的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性;各污染物在受教育程度低的人群中的健康效應(yīng)要強(qiáng)于在受教育程度高的人群中的效應(yīng)，但差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。
　　為便于理解不同地區(qū)污染物健康效應(yīng)的季節(jié)性特征，將這些城市按照地理緯度分成3個(gè)區(qū)域:北部地區(qū)（鞍山、沈陽(yáng)、北京、唐山、天津、太原、西安、烏魯木齊、蘭州）、中部地區(qū)（南京、杭州、蘇州、上海、武漢）、和南方地區(qū)（

17、福州、廣州、香港）。我們主要以PM10為例分析了大氣污染健康效應(yīng)的季節(jié)性特征。我們應(yīng)用兩階段貝葉斯層次模型來(lái)估計(jì)各污染物和每日死亡率關(guān)系的全國(guó)均值和地區(qū)均值。在第一階段，分別構(gòu)建“主效應(yīng)”模型、“季節(jié)效應(yīng)”模型和“平滑效應(yīng)”模型，估計(jì)各個(gè)城市的污染物急性健康效應(yīng)。第二階段則是在全國(guó)和地區(qū)水平合并各個(gè)城市的污染物效應(yīng)?！爸餍?yīng)”模型假定PM10效應(yīng)在全年中保持不變，因而不對(duì)季節(jié)進(jìn)行任何調(diào)整?！凹竟?jié)效應(yīng)”模型允許各個(gè)季節(jié)的PM10效應(yīng)存在差

18、別，但各個(gè)季節(jié)內(nèi)部的效應(yīng)不變化?！捌交?yīng)”模型通過(guò)構(gòu)建一個(gè)年周期函數(shù)，允許PM10效應(yīng)在一年中隨時(shí)間平滑地波動(dòng)。
　　結(jié)果顯示，每日總死亡數(shù)和污染水平在各個(gè)季節(jié)間存在明顯的變化。一般冬春季的污染水平高于夏秋季，北部城市的污染較中部和南部城市重。根據(jù)“主效應(yīng)”模型分析結(jié)果，PM10濃度每升高10μ g/m3將導(dǎo)致居民日總死亡率升高0.35％(95％PI:0.13％，0.56％);這一結(jié)果與第一部分的估計(jì)結(jié)果一致。根據(jù)“季節(jié)效應(yīng)”模

19、型分析結(jié)果，夏季和冬季的效應(yīng)最強(qiáng)，然而春季和秋季則沒(méi)有顯著性效應(yīng)。PM10濃度每升高10μg/m3將使冬季、春季、夏季和秋季的日總死亡率分別升高0.45％(95％ PI:0.15％,0.76％),0.17％(95％PI:-0.09％,0.43％),0.55％(95％PI:0.15％，0.96％)和0.25％(95％PI:-0.05％，0.56％)。在南方城市PM10的效應(yīng)估計(jì)值最強(qiáng)，其次為中部城市。北方城市的PM10效應(yīng)最低，且一般不具

20、有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。應(yīng)用“平滑效應(yīng)”模型，描繪PM10每增長(zhǎng)10μg/m3導(dǎo)致日死亡率增長(zhǎng)的百分比在一年內(nèi)平滑波動(dòng)的趨勢(shì)圖。我們可以直觀地看出，PM10的效應(yīng)在一年中存在兩個(gè)峰值，即在冬季和夏季的效應(yīng)最強(qiáng)，這種“雙峰”模式與“季節(jié)效應(yīng)”模型的結(jié)果一致。北部、中部、南部城市均呈現(xiàn)出“冬夏高、春秋低”的季節(jié)性特征，且不受共存氣態(tài)污染物和溫度滯后效應(yīng)的明顯影響。將效應(yīng)測(cè)量尺度由10μg/m3換成四分位數(shù)間距(IQR)，也呈現(xiàn)出類似的季節(jié)性特征。S

21、O2和NO2急性健康效應(yīng)的季節(jié)特征與PM10類似。
　　第三部分對(duì)大氣污染流行病學(xué)研究的改進(jìn):室內(nèi)外時(shí)間加權(quán)的暴露評(píng)價(jià)方法
　　在傳統(tǒng)流行病學(xué)研究中，暴露評(píng)價(jià)經(jīng)常被人詬病的一個(gè)原因是以室外大氣固定監(jiān)測(cè)站的測(cè)量值來(lái)代替人群中的個(gè)體暴露水平，但是人一天的大部分時(shí)間往往都在室內(nèi)度過(guò)。因此，某地區(qū)內(nèi)室外大氣監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)到的污染物水平，或數(shù)個(gè)站點(diǎn)的平均水平，難以真實(shí)反映某人群中的個(gè)體暴露水平。
　　因此，我們運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的手段，

22、在考慮了各城市室內(nèi)外環(huán)境的空氣交換速率、室內(nèi)PM表面去除率、PM在建筑物表面的穿透效率等因素之后，模擬得到每日PM由室外環(huán)境滲入到室內(nèi)的濃度值。應(yīng)用人群的時(shí)間地點(diǎn)活動(dòng)模式等信息，求得人群對(duì)環(huán)境PM的室內(nèi)外加權(quán)總暴露值（PM10wtd）。鑒于模擬過(guò)程中各參數(shù)在部分城市不可獲得，我們?cè)O(shè)定了一個(gè)基礎(chǔ)情景和多個(gè)敏感性情景。運(yùn)用與第一部分相同的統(tǒng)計(jì)分析方法，在全國(guó)平均水平求得PM10wtd與日死亡率的關(guān)系。
　　結(jié)果顯示，模擬得到的PM10

23、wtd濃度要比原始的室外PM10測(cè)量水平低30％-60％左右。在基礎(chǔ)情景下，PM10wtd每升高10μg/m3將會(huì)導(dǎo)致每日總死亡率升高0.65％(95％PI:0.29％，1.00％)。在各種敏感性分析的情景下，PM10wtd-死亡率的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度一般是原始PM10-死亡率的2倍左右。而且，無(wú)論是基礎(chǔ)情景還是各種敏感性分析情景，效應(yīng)估計(jì)的t值均高于原始PM10-死亡率估計(jì)的t值，表明PM10wtd能增強(qiáng)效應(yīng)估計(jì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)把握度。依據(jù)Cochra

24、n'sQ異質(zhì)性檢驗(yàn)的結(jié)果，所有模擬情景下的Q統(tǒng)計(jì)量均明顯低于原始PM10。這表明盡管異質(zhì)性仍然顯著(P＜0.01)，但PM10wtd已能使各城市效應(yīng)的異質(zhì)性有一定程度的降低。綜上，我們提出的方法能優(yōu)化大氣污染的暴露評(píng)價(jià)，可以提高時(shí)間序列研究中大氣污染急性健康效應(yīng)估計(jì)的強(qiáng)度和精度。
　　第四部分我國(guó)空氣質(zhì)量健康指數(shù)的構(gòu)建和驗(yàn)證
　　科學(xué)合理地評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量，可以為政府部門防控大氣污染，優(yōu)化空氣質(zhì)量管理提供必要的依據(jù)。包括我國(guó)在內(nèi)

25、的世界主要國(guó)家目前均以空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)或類似的空氣污染指數(shù)(API)評(píng)價(jià)每日的環(huán)境空氣質(zhì)量。AQI/API僅以分指數(shù)最高的污染物（即首要污染物）來(lái)反映空氣質(zhì)量狀況，掩蓋了其他共存污染物對(duì)空氣質(zhì)量的影響，而且也難以直接反映空氣污染與健康效應(yīng)間廣泛存在的線性無(wú)閾值關(guān)系。我國(guó)在計(jì)算API/AQI時(shí)所參考的日均值標(biāo)準(zhǔn)限值，多依賴于年均值和日均值統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)應(yīng)關(guān)系，而年均值標(biāo)準(zhǔn)的制定則主要來(lái)源于美國(guó)長(zhǎng)達(dá)十?dāng)?shù)年的隊(duì)列研究成果。因此我國(guó)現(xiàn)行的空氣質(zhì)

26、量日?qǐng)?bào)體系可能存在重要的缺陷。
　　有鑒于此，我們直接利用了CAPES研究中大氣污染與日死亡率的暴露反應(yīng)關(guān)系系數(shù)，以PM10+NO2或PM2.5+NO2為基礎(chǔ)構(gòu)建我國(guó)空氣質(zhì)量健康指數(shù)(AQHI)。計(jì)算公式為:PM10AQHI=10/17*100*[exp(0.000154*PM10)-1+exp(0.000664*NO2-1]，PM2.5AQHI=10/15*100*[exp(0.000172* PM2.5)-1+exp(0.00

27、0664*NO2-1].
　　結(jié)果顯示，在全部城市里，AQHI與日死亡率的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度要大于API/AQI;在上海地區(qū)，AQHI預(yù)測(cè)每日門診、急診和住院率的能力均明顯強(qiáng)于API。因此，本研究提示AQHI預(yù)測(cè)健康的能力明顯優(yōu)于我國(guó)現(xiàn)行的API/AQI。從理論上講，AQHI(1)直接采納了我國(guó)大氣污染與居民健康的暴露反應(yīng)關(guān)系曲線，更符合我國(guó)的大氣污染和人群健康特征;(2)直接采用了時(shí)間序列研究結(jié)果，能敏感地反映每日空氣質(zhì)量短期波動(dòng)所導(dǎo)致的

28、急性健康效應(yīng);(3)能較全面地反映空氣質(zhì)量及其對(duì)健康的影響;(4)能反映空氣污染和健康效應(yīng)之間公認(rèn)的線性無(wú)閾值關(guān)系，即理論上任何濃度的空氣污染均能導(dǎo)致健康威脅。因此，我們構(gòu)建的AQHI是一種有效的大氣污染健康風(fēng)險(xiǎn)交流工具，具有較好的應(yīng)用前景，可能是對(duì)我國(guó)現(xiàn)行空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)和實(shí)時(shí)報(bào)體系的有益補(bǔ)充和改善。
　　綜上，本研究的主要發(fā)現(xiàn)包括:1）我國(guó)城市大氣污染形勢(shì)嚴(yán)峻，PM和SO2污染較為嚴(yán)重;2）我國(guó)主要大氣污染物(PM10/PM2.5

29、/SO2/NO2/CO/O3)對(duì)居民健康的危害證據(jù)充分，與發(fā)達(dá)國(guó)家的研究結(jié)果基本一致;3）SO2和PM2.5-10可能不具有獨(dú)立的急性健康效應(yīng);4）各污染物濃度與日死亡率的暴露反應(yīng)關(guān)系曲線基本為線性遞增型，且不存在明顯的閾值;5）我國(guó)PM2.5.與日死亡率的暴露反應(yīng)關(guān)系數(shù)低于發(fā)達(dá)國(guó)家研究結(jié)果，大致相當(dāng)于一半左右;6）老年人、女性和低教育程度的人對(duì)大氣污染的急性健康危害尤為敏感;7）我國(guó)PM10的急性健康效應(yīng)呈現(xiàn)冬夏季較強(qiáng)、春秋季較弱的特