大气污染是影响人类健康的主要环境危害因素之一，已成为备受关注的重要公共卫生问题。大气细颗粒物PM2.5不仅直接影响空气质量和能见度，更能对人体健康造成急性和慢性影响[1-2]，可导致循环系统和呼吸系统疾病的发病、住院及死亡效应[3-15]。全球疾病负担2015(Global Burden Disease 2015，GBD2015)结果显示，2015年全球有420万人因大气细颗粒物PM2.5而死亡，PM2.5已成为全球第五位死亡风险因素。其中，全球17.1%的缺血性心脏病、14.2%的脑血管疾病、16.5%的肺癌和27.1%的COPD死亡归因于PM2.5的暴露[16]。2010年以来，我国大气PM2.5浓度居高不下，2015年全国估计有110万人死亡归因于PM2.5[16]。
济南市是全国空气污染相对严重的城市之一[17]。2010—2015年期间，济南市空气质量监测结果显示：2013年济南市空气质量污染等级为Ⅳ级，属重度污染，2010—2012年和2014—2015年均为Ⅲ级，属中度污染；首要污染物除2014年为PM10以外，其他各年份均为PM2.5[18]。因此，本研究关注济南市PM2.5的污染状况，评估其人群超额死亡风险，以了解济南市PM2.5导致的人群超额死亡风险程度，为制定应对策略和干预措施提供必要的数据支持。
1 资料与方法 1.1 数据来源济南市2016年日均PM2.5数据来自于济南市环保局；2014—2015年人口数据来自于济南市统计局统计公报；基线死亡率数据来源于中国疾病预防控制中心死因监测系统，包括非意外死亡(A00~R99)、心脑血管系统疾病死亡(I00~I99)、呼吸系统疾病死亡(J00~J99)、脑血管系统疾病死亡(I60~I69)。
1.2 超额死亡风险评估应用比例风险模型(公式1)估算济南市2016年大气PM2.5对人群的超额死亡风险以及不同季节、采暖期与非采暖期、雾霾期与非雾霾期的超额死亡风险。本次研究中雾霾期定义为日均PM2.5≥5 100 μg/m3且连续3天及以上的天气[19]。
超额死亡风险计算方法使用WHO推荐的PM2.524 h均值标准(25 μg/m3)为参考浓度[20]，计算超过此浓度水平的PM2.5暴露所造成的死亡风险称为超额死亡风险[21]。2011—2015年期间济南市PM2.5对人群非意外死亡、心脑血管系统疾病死亡、呼吸系统疾病死亡、脑血管系统疾病死亡的暴露-反应关系系数分别为0.71%(95%CI：0.60%~0.82%)、1.14%(95%CI：0.98%~1.30%)、1.02%(95%CI：0.82%~1.21%)、0.43%(95%CI：0.30%~0.55%)[22]。
| $ \mathit{\Delta cases}=POP\times {{I}_{ref}}\times \beta \times (C-{{C}_{0}}) $ | (1) |
式中：Δcases—超额死亡人数；
POP—常住人口数；
Iref—基线死亡率；
Β—暴露—反应关系系数；
C—污染物浓度；
C0—参考浓度(25 μg/m3)。
1.3 统计分析利用SPSS 20.0分季节、采暖期和雾霾期描述2016年济南市PM2.5污染情况，以及2016年PM2.5造成不同病种人群的超额死亡情况。计算研究期间(季节、采暖期、雾霾期)平均每日PM2.5造成不同病种的超额死亡人数，并进行比较，方差分析(One-way ANOVA)方法对不同季节PM2.5对不同病种造成每日超额死亡情况进行比较，并采用Dunnett t检验分别对春季、夏季、秋季与冬季PM2.5造成每日超额死亡人数进行两两比较；采用t检验方法对采暖期和非采暖期、雾霾期和非雾霾期PM2.5对人群每日超额死亡情况进行比较；检验水准α=0.05。
2 结果 2.1 基本情况2016年，济南市PM2.5浓度年平均值为90 μg/m3 (范围值19~319 μg/m3)，超过《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)二级标准要求(75μg/m3)[23]天数为207 d，超标率为56.56%(207/366)，以冬季形势最为严峻；其中，出现雾霾期19次，共计99 d，占全年天数比例27.05%(99/366)，期间PM2.5浓度均值为143(100~319) μg/m3(表 1，表 2)。
| μg/m3 | ||||||||
| 变量 | 时间/d | χ | SD | Min | P25 | Median | P75 | Max |
| 全年 | 366 | 90 | 46 | 19 | 58 | 80 | 114 | 319 |
| 季节 | ||||||||
| 春季 | 92 | 84 | 31 | 33 | 60 | 82 | 102 | 206 |
| 夏季 | 92 | 63 | 26 | 25 | 45 | 58 | 72 | 147 |
| 秋季 | 91 | 94 | 40 | 19 | 63 | 90 | 121 | 225 |
| 冬季 | 91 | 121 | 59 | 21 | 77 | 114 | 167 | 319 |
| 采暖期 | ||||||||
| 是 | 122 | 115 | 55 | 19 | 76 | 105 | 150 | 319 |
| 否 | 244 | 78 | 34 | 25 | 53 | 72 | 98 | 225 |
| 雾霾期 | ||||||||
| 是 | 99 | 143 | 40 | 100 | 113 | 132 | 166 | 319 |
| 否 | 267 | 71 | 30 | 19 | 51 | 66 | 86 | 206 |
| μg/m3 | ||||||||
| 变量 | 时间/d, % | χ | SD | Min | P25 | Median | P75 | Max |
| 全年(366 d) | 99(27.05) | 143 | 40 | 100 | 113 | 132 | 166 | 319 |
| 季节 | ||||||||
| 春季(92 d) | 9(9.78) | 123 | 20 | 100 | 107 | 122 | 129 | 166 |
| 夏季(92 d) | 3(3.26) | 125 | 22 | 101 | 101 | 129 | - | 145 |
| 秋季(91 d) | 38(41.76) | 130 | 29 | 101 | 107 | 124 | 143 | 225 |
| 冬季(91 d) | 49(53.85) | 158 | 46 | 100 | 122 | 150 | 319 | 182 |
| 采暖期 | ||||||||
| 是(122 d) | 63(51.64) | 152 | 44 | 100 | 119 | 147 | 176 | 319 |
| 否(244 d) | 36(14.75) | 128 | 26 | 101 | 107 | 124 | 140 | 225 |
| 注：“-”为无数据 | ||||||||
2.2 暴露-反应关系
2011—2015年期间，济南市PM2.5浓度每增加10 μg/m3，人群非意外死亡风险增加0.71%(95%CI：0.60%~0.82%)、心脑血管系统疾病死亡风险增加1.14%(95%CI：0.98%~1.30%)、脑血管系统疾病死亡风险增加0.43%(95%CI：0.30%~0.55%)、呼吸系统疾病死亡风险增加1.02%(95%CI：0.82%~1.21%)[22]。
2.3 超额死亡风险评估 2.3.1 全年超额死亡风险2016年济南市PM2.5造成的人群非意外死亡、心脑血管系统疾病、脑血管系统疾病和呼吸系统疾病的超额死亡风险分别为1 867(1 578~2 156)人、1 645(1 415~1 876)人、225(157~287)人和228(184~271)人。
2.3.2 不同季节超额死亡风险不同季节PM2.5对人群超额死亡风险见表 3。不同季节PM2.5对非意外死亡、心脑血管系统疾病、脑血管系统疾病和呼吸系统疾病的每日超额死亡人数有显著差异(非意外死亡：F=31.770，P＜0.001；心脑血管疾病死亡：F=30.975，P＜0.001；脑血管疾病死亡：F=31.770，P＜0.001；呼吸系统疾病死亡：F=31.770，P＜0.001)。各季节间分病种比较结果显示，冬季PM2.5导致人群超额死亡风险显著高于其他季节(P＜0.001)，(图 1)。
| 人 | |||||
| 季节 | 时间/d | 非意外死亡 | 心脑血管系统疾病死亡 | 脑血管系统疾病死亡 | 呼吸系统疾病死亡 |
| 春季 | 92 | 432(357~488) | 372(319~420) | 51(35~65) | 52(42~61) |
| 夏季 | 92 | 272(230~314) | 240(204~273) | 33(23~42) | 33(27~39) |
| 秋季 | 91 | 492(416~569) | 432(371~499) | 59(41~76) | 60(48~71) |
| 冬季 | 91 | 680(575~786) | 598(511~683) | 82(57~105) | 83(67~99) |
|
| 图 1 2016年不同季节PM2.5造成的每日超额死亡风险(分疾病种类，**P＜0.001) |
2.3.3 采暖期超额死亡风险
采暖期PM2.5累计造成非意外死亡、心脑血管系统疾病、脑血管系统疾病和呼吸系统疾病的超额死亡分别为858人/122天(725人/122 d~990人/122 d)、753人/122 d(646人/122 d~859人/122 d)、103人/122 d(72人/122 d~132人/122 d)和105人/122 d(84人/122 d~124人/122 d)。采暖期每日造成非意外、心脑血管系统疾病、脑血管系统疾病和呼吸系统疾病的超额死亡人数显著高于非采暖期(非意外死亡：t=-6.788，P＜0.001；心脑血管疾病死亡：t=-6.70，P＜0.001；脑血管疾病死亡：t=-6.788，P＜0.001；呼吸系统疾病死亡：t=-6.788，P＜0.001)(图 2)。
|
| 图 2 2016年采暖期和非采暖期PM2.5造成的每日超额死亡风险(分疾病种类，**P＜0.001) |
2.3.4 雾霾期超额死亡风险
雾霾期累计造成非意外死亡、心脑血管系统疾病、脑血管系统疾病和呼吸系统疾病的超额死亡分别为911人/99 d(770人/99 d~1 052人/99 d)、803人/99 d(690人/99 d~915人/99 d)、110人/99 d(76人/99 d~140人/99 d)和111人/99 d(90人/99 d~132人/99 d)。雾霾期每日造成非意外、心脑血管系统疾病、脑血管系统疾病和呼吸系统疾病的超额死亡人数显著高于非雾霾期(非意外死亡：t=-16.320，P＜0.001；心脑血管疾病死亡：t=-15.900，P＜0.001；脑血管疾病死亡：t=-16.320，P＜0.001；呼吸系统疾病死亡：t=-16.320，P＜0.001)，(图 3)。
|
| 图 3 2016年雾霾期和非雾霾期PM2.5造成的每日超额死亡风险(分疾病种类，**P＜0.001) |
3 讨论
2016年济南市PM2.5年均值超过《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)二级标准要求(年平均35 μg/m3)[23]2倍多，全年有207dPM2.5日均浓度超过国家二级标准(24 h平均75 μg/m3)[23]，尤以冬季、采暖期和雾霾期空气污染问题突出，对人群造成超额死亡风险严重。研究结果显示，2016年济南市PM2.5导致人群非意外超额死亡为1 867人，人群超额死亡风险在冬季、采暖期、雾霾期增加显著。
2015年济南市心脑血管系统疾病死亡率为309.64/10万，占非意外死亡总数的54.93%，位于疾病死亡构成首位。2011—2015年济南市PM2.5与不同疾病死亡的暴露反应关系显示，PM2.5每升高10 μg/m3心脑血管系统疾病死亡的风险增加1.14%高于非意外死亡(0.71%)和呼吸系统疾病死亡(1.02%)风险[22]。一项对中国7个城市大气PM2.5对心脑血管系统疾病死亡的急性效应研究结果显示[13]，PM2.5浓度每升高10 μg/m3人群心脑血管系统疾病的死亡率增加0.315%(0.135%~1.422%)，提示大气PM2.5暴露使人群心脑血管系统疾病的死亡风险增高。本研究结果也显示，2016年济南市大气PM2.5增高人群心脑血管系统疾病的死亡风险，且在PM2.5对人群的超额死亡风险中贡献最大。
不同季节分析结果显示，2016年济南市冬季PM2.5污染最重，与既往研究结果一致[18, 24]。济南市地处中纬度，属暖温带大陆性季风气候，冬季严寒干燥，静风、逆温、多雾等不利天气出现频率较高，污染物难以扩散[18]。同时，城市建设、道路及裸露地面扬尘污染突出，机动车保有量增加等都加剧了冬季的空气污染程度[18]。每年的11月15日—次年3月15日为济南市的采暖期，济南市以燃煤采暖为主，大量化石燃料的燃烧，造成空气颗粒物的增多。采暖期大部分时间处于冬季，污染物浓度增加加之污染物难以扩散等不利气候条件，使采暖期的污染水平高于非采暖期与本研究结果一致。有研究对西安市冬季采暖期PM2.5对人群死亡的影响进行分析[10]，结果显示冬季采暖期PM2.5平均浓度比非采暖期高60%，当PM2.5浓度每增加103 μg/m3，居民全死因超额死亡风险增加2.29%，心脑血管疾病超额死亡风险增加3.08%。2016年济南市采暖期和非采暖期PM2.5水平差异低于西安的研究结果，但本结果同样提示，冬季和采暖期PM2.5显著增加人群超额死亡风险。
对雾霾期和非雾霾期进行分析，结果提示雾霾期PM2.5对人群的超额死亡风险严重。有研究显示2011—2015年期间济南市雾霾期增加5.87%的非意外死亡风险、6.31%的心脑血管系统疾病死亡风险和7.10%的呼吸系统疾病死亡风险[22]，研究结果整体趋势与本研究一致。但本研究发现2016年雾霾期PM2.5对心脑血管系统疾病超额死亡风险(803人/99天)高于呼吸系统疾病超额死亡风险(111人/99天)。可能与不同的研究时期，雾霾期持续时间、PM2.5浓度及化学组成不同有关[1, 24]。京津冀地区12个城市2013年1月10—31日雾霾天气对人群健康影响的研究结果提示，PM2.5造成的心脑血管超额死亡风险高于呼吸系统疾病超额死亡风险，与本结果一致[25]。
本研究具有一定的局限性，首先研究仅对2016年PM2.5对相关人群的超额风险进行评估，同时仅评估了PM2.5对人群健康的急性效应，而PM2.5对人群健康的影响还具有长期效应，因此，今后需要开展更多研究对PM2.5对人群的健康影响进行更深入的分析。第二，由于相关数据的缺乏，本研究结果仅针对PM2.5对济南市全人群的风险进行评估，未能对更值得关注的脆弱人群及敏感性疾病人群的超额死亡风险进行评估，今后的研究除了应关注全人群的暴露-反应关系外，还应该加强对脆弱人群和敏感性疾病人群健康影响的定量研究。
国内对不同季节和不同时期，PM2.5对人群健康影响的报道较少。本研究利用既往暴露反应关系研究结果，对2016年济南市大气PM2.5对人群超额死亡风险进行分病种和不同时期暴露的评估，结果显示，冬季、采暖期和雾霾期均可显著增加人群的超额死亡风险，建议在今后雾霾发生时，加强雾霾天气预警，在冬季和采暖期采取降低PM2.5污染的措施，同时提高居民对雾霾健康防护知识的宣传与教育，以降低PM2.5对人群健康的风险。另外，建议开展更为广泛的针对性人群研究，为制定脆弱人群健康影响策略和干预措施提供科学依据。
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