復(fù)合型大氣污染對我國17城市居民健康效應(yīng)研究.pdf

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

2、合型大氣污染的健康危害特征。在我國當(dāng)前的大氣污染形勢下，我們亟需回答下面四個問題:(1)各主要大氣污染與居民健康的關(guān)系如何？(2)我國哪些人群對大氣污染更易感？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)的暴露評價方法是否合適？(4)我國當(dāng)前空氣質(zhì)量日報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)的最佳方法是隊列研究，能提供最具說服力的病因關(guān)聯(lián)證據(jù)，但隊列研究不僅耗時長久，還需要花費(fèi)大量的人力、財力和

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內(nèi)容。
　　第一部分我國城市主要大氣污染物對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)等國際組織和各主要國家制修訂環(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)國家進(jìn)行的。因此，WHO基于發(fā)達(dá)國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，尚存在一定的疑問。WHO根據(jù)發(fā)展中國家一般污染水平提出的AQG過渡指標(biāo)值，也未完全考慮發(fā)展中國家（包括我國）特有的暴露-反應(yīng)關(guān)系。有研究顯示我國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)國家為低，且有可能存在閾值。因此，我們亟需在我國開展大規(guī)模的人群流行病學(xué)研究加以證實(shí)。
　　我們在17個典型城市開展

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、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)，分別在城市和全國平均水平，定量估計大氣污染對城市居民日死亡率的影響。在第一階段，

7、采用時間序列的方法分析大氣污染與日死亡率的關(guān)系。具體來講，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)的長期和季節(jié)變化趨勢，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)的自然波動趨勢;將平均溫度和相對濕度的自然平滑樣條函數(shù)納入模型，以控制氣象因素對大氣污染-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合并各個城市的效應(yīng)估計

8、值，從而在全國平均水平上求得大氣污染的急性健康效應(yīng)。效應(yīng)估計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，并在全國水平上對暴露反應(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)國家。各污染物與日死亡率的關(guān)系在各個

9、城市不盡相同，存在顯著的異質(zhì)性。從全國平均水平來看，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)計學(xué)顯著性;時間平滑趨勢控制得越嚴(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，但基本穩(wěn)定?？傊谶x擇不同的模型參數(shù)時，本研究估計的污染物健康效應(yīng)變化不大。
　　第二部分我國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，人群中不同個體對大氣污染的反應(yīng)性不同，也就是說人群中可能存在對大氣污染健康危害易感的個體。識別這些潛在易感的個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，其組分和來源具有一定的時間變異性，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)對大氣污染的健康危害更加敏感。
　　我們在CAPES城市中，運(yùn)用與第一部分相同的統(tǒng)計分析方法，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，且在這兩個年齡層的健康效應(yīng)具有統(tǒng)計學(xué)顯著的差別;各污染物對女性的影響要稍強(qiáng)于男性，但兩者的差異沒有統(tǒng)計學(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個區(qū)域:北部地區(qū)（鞍山、沈陽、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估計各污染物和每日死亡率關(guān)系的全國均值和地區(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，估計各個城市的污染物急性健康效應(yīng)。第二階段則是在全國和地區(qū)水平合并各個城市的污染物效應(yīng)。“主效應(yīng)”模型假定PM10效應(yīng)在全年中保持不變，因而不對季節(jié)進(jìn)行任何調(diào)整?！凹竟?jié)效應(yīng)”模型允許各個季節(jié)的PM10效應(yīng)存在差

18、別，但各個季節(jié)內(nèi)部的效應(yīng)不變化。“平滑效應(yīng)”模型通過構(gòu)建一個年周期函數(shù)，允許PM10效應(yīng)在一年中隨時間平滑地波動。
　　結(jié)果顯示，每日總死亡數(shù)和污染水平在各個季節(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)計學(xué)顯著性。應(yīng)用“平滑效應(yīng)”模型，描繪PM10每增長10μg/m3導(dǎo)致日死亡率增長的百分比在一年內(nèi)平滑波動的趨勢圖。我們可以直觀地看出，PM10的效應(yīng)在一年中存在兩個峰值，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。
　　第三部分對大氣污染流行病學(xué)研究的改進(jìn):室內(nèi)外時間加權(quán)的暴露評價方法
　　在傳統(tǒng)流行病學(xué)研究中，暴露評價經(jīng)常被人詬病的一個原因是以室外大氣固定監(jiān)測站的測量值來代替人群中的個體暴露水平，但是人一天的大部分時間往往都在室內(nèi)度過。因此，某地區(qū)內(nèi)室外大氣監(jiān)測站的觀測到的污染物水平，或數(shù)個站點(diǎn)的平均水平，難以真實(shí)反映某人群中的個體暴露水平。
　　因此，我們運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計的手段，

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)用人群的時間地點(diǎn)活動模式等信息，求得人群對環(huán)境PM的室內(nèi)外加權(quán)總暴露值（PM10wtd）。鑒于模擬過程中各參數(shù)在部分城市不可獲得，我們設(shè)定了一個基礎(chǔ)情景和多個敏感性情景。運(yùn)用與第一部分相同的統(tǒng)計分析方法，在全國平均水平求得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測量水平低30％-60％左右。在基礎(chǔ)情景下，PM10wtd每升高10μg/m3將會導(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，無論是基礎(chǔ)情景還是各種敏感性分析情景，效應(yīng)估計的t值均高于原始PM10-死亡率估計的t值，表明PM10wtd能增強(qiáng)效應(yīng)估計的統(tǒng)計學(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價，可以提高時間序列研究中大氣污染急性健康效應(yīng)估計的強(qiáng)度和精度。
　　第四部分我國空氣質(zhì)量健康指數(shù)的構(gòu)建和驗(yàn)證
　　科學(xué)合理地評價空氣質(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)。包括我國在內(nèi)

25、的世界主要國家目前均以空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)或類似的空氣污染指數(shù)(API)評價每日的環(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）來反映空氣質(zhì)量狀況，掩蓋了其他共存污染物對空氣質(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閾值關(guān)系。我國在計算API/AQI時所參考的日均值標(biāo)準(zhǔn)限值，多依賴于年均值和日均值統(tǒng)計學(xué)對應(yīng)關(guān)系，而年均值標(biāo)準(zhǔn)的制定則主要來源于美國長達(dá)十?dāng)?shù)年的隊列研究成果。因此我國現(xiàn)行的空氣質(zhì)

26、量日報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)建我國空氣質(zhì)量健康指數(shù)(AQHI)。計算公式為: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)測健康的能力明顯優(yōu)于我國現(xiàn)行的API/AQI。從理論上講，AQHI(1)直接采納了我國大氣污染與居民健康的暴露反應(yīng)關(guān)系曲線，更符合我國的大氣污染和人群健康特征;(2)直接采用了時間序列研究結(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)險交流工具，具有較好的應(yīng)用前景，可能是對我國現(xiàn)行空氣質(zhì)量日報和實(shí)時報體系的有益補(bǔ)充和改善。
　　綜上，本研究的主要發(fā)現(xiàn)包括:1）我國城市大氣污染形勢嚴(yán)峻，PM和SO2污染較為嚴(yán)重;2）我國主要大氣污染物(PM10/PM2.5

29、/SO2/NO2/CO/O3)對居民健康的危害證據(jù)充分，與發(fā)達(dá)國家的研究結(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大氣污染的急性健康危害尤為敏感;7）我國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