臭氧对儿童呼吸道疾病就诊量的影响研究
郝海燕1, 虞明星2, 赵春妮2, 安玉琴1, 王苏玮1, 刘毅刚1     
1. 河北省疾病预防控制中心;
2. 山西医科大学
摘要: 目的 了解河北省不同地区大气O3污染现状,阐明O3对儿童呼吸系统疾病门诊就诊量的影响。方法 收集整理2015—2017年河北省儿童医院内科呼吸道疾病就诊人次,并获取同期环保与气象资料,采用非线性分布滞后模型(DLNM)计算O3对呼吸系统就诊量的超额风险度ER及95%CI,采用滞后(1~16)d效应以及累积(1~16)d效应进行描述,并将效应最大值作为O3对门诊量影响的评估值。结果 ① 2015—2017年石家庄市、唐山市及张家口市O3超标天数逐年增多,污染程度逐年加重;②3个城市O3日均浓度与门诊量具有统计学相关性(P < 0.01);③石家庄市、唐山市和张家口市O3对儿童呼吸系统就诊量均存在滞后效应,大气O3日均浓度每增加10 μg/m3,呼吸系统疾病门诊人次依次增加0.25%(0.14%,0.36%)、0.16%(0%,0.31%)和0.53%(0.12%,0.94%),张家口市影响最大,且O3对3个城市儿童呼吸系统门诊就诊人次的滞后效应影响变化趋势一致;④石家庄市和张家口市O3对儿童呼吸系统疾病门诊人次有持续16 d的累积效应,在(13~14)d时达到最大值,大气O3日均浓度每增加10 μg/m3,呼吸系统疾病门诊人次分别增加0.82%(0.63%,1.01%)和2.37%(1.03%,3.74%),张家口市影响最大,O3对3个城市呼吸系统门诊就诊人次的累积效应影响变化趋势一致;⑤石家庄市和张家口市O3对于儿童呼吸系统疾病J00-J06和症状R07门诊人次存在滞后及累积效应,且O3对J00-J06、R07累积效应持续时间较长,并呈现逐渐上升趋势。结论 河北省不同地区O3对儿童健康影响存在地域性差异,进一步深入探索不同地区O3的成因及其对人群健康的影响迫在眉睫。
关键词: 河北省    臭氧    儿童    呼吸系统    非线性分布滞后模型    
Ozone Effect on Number of Respiratory Diseases Outpatients in Children
HAO Haiyan1, YU Mingxing2, ZHAO Chunni2, AN Yuqin1, WANG Suwei1, LIU Yigang1
Abstract: Objectives To understand the status of atmospheric Ozone pollution in different areas of Hebei province, and to clarify the impact of Ozone on the outpatient visits of children with respiratory diseases. Methods The number of children outpatients with respiratory diseases in Hebei Provincies Children's Hospital from 2015 to 2017 was collected and environmental and meteorological data during the same period were obtained. The distribution lag non-linear model (DLNM) was used to calculate the excess risk ER and 95%CI of Ozone for volume of respiratory system outpatients, described by the lag (1~16) day effect and the cumulative (1~16) day effect, and the maximum effect is used as an estimate of the effect of Ozone on the number of outpatients. Results ① From 2015 to 2017, the number of days with unqualified concentration of ozone in Shijiazhuang, Tangshan, and Zhangjiakou increased year by year, and the pollution level increased year by year. ② The daily average concentration of Ozone in Shijiazhuang, Tangshan, and Zhangjiakou was statistically correlated with the number of outpatients (P < 0.01); ③ Ozone in Shijiazhuang, Tangshan, and Zhangjiakou have a lag effect on the number of children outpatients with respiratory system, with the daily average concentration of atmospheric Ozone increased by 10 μg/m3, the number of respiratory disease outpatients increases by 0.25% (0.14%, 0.36%), 0.16% (0%, 0.31%), 0.53% (0.12%, 0.94%), respectively. Zhangjiakou has the greatest impact, and the impact variation trend of Ozone on the lag effect of children's respiratory system outpatient visits in 3 cities is consistent. ④ Ozone in Shijiazhuang and Zhangjiakou have a cumulative effect on outpatients of children's respiratory diseases lasts for 16 days, reaching a maximum at (13~14) d, with an increase in atmospheric Ozone daily concentration of 10 μg/m3, the number of outpatients with respiratory disease increased by 0.82% (0.63%, 1.01%) and 2.37% (1.03%, 3.74%), respectively. Zhangjiakou had the greatest impact, and the impact variation trend of Ozone on the cumulative effect of the number of respiratory diseases outpatient visits in the three cities was consistent. ⑤ Ozone in Shijiazhuang and Zhangjiakou had lag and cumulative effects on children's respiratory diseases J00-J06 and symptom R07 outpatient visits, and the cumulative effect of Ozone on J00-J06 and R07 lasted longer, and showing a gradual upward trend. Conclusions There are regional differences in the impact of Ozone on children's health in different regions of Hebei province. It is extremely urgent to further explore the causes of Ozone in different regions and its impact on human health.
Key words: Hebei province    Ozone    children    respiratory system    distribution lag nonlinear model(DLNM)    

空气污染问题受到国家相关部门的高度关注和重视,高速的经济发展不可避免导致京津冀城市群大气复合污染日渐恶化,河北省的一些地区已经是全球大气污染最为严重的区域[1]。近年来随着机动车尾气污染和汽油挥发污染的增长,以及周边区域污染源排放和输送的增强,再叠加原有的区域性煤烟型污染,致使河北省大气中污染物种类更加复杂,区域大气总体氧化能力逐渐升高,品种繁多的有机污染物、光化学氧化剂和气溶胶交织复合,使其呈现出高颗粒物浓度与高浓度O3并存的污染特征[2]。在天气条件的作用下,高排放的一次污染物通过化学过程迅速转化为高浓度O3等二次污染物,形成大气二次污染。光化学污染具有很强的区域污染特征,且多以PM2.5和O3为首要污染物[3]。O3是光化学烟雾的主要组成部分,会严重影响局地空气质量,同时引起人的呼吸系统疾病[4-6]。空气污染对人体健康的危害波及各个年龄阶段的人群,特别是对易感人群如老年人、儿童和孕妇造成的健康损害更为严重[7]。为客观评价O3对河北省儿童健康的影响,本文采用DLNM模型进行研究。它考虑到滞后项之间的相关性[8],并可结合Meta分析或者主成分分析(PCA)等方法[9-10],防止了模型中研究变量与其滞后效应产生的共线性,保证了结果的可信度及说服力。为进一步开展相关健康教育,减少暴露提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 资料来源

依据《环境保护部发布的2014年上半年重点区域和74个城市空气质量状况》数据[11]:石家庄市和唐山市位于空气质量相对较差的城市前列,石家庄市为河北省省会城市,唐山市的煤炭、钢铁工业发达,因此选择上述两城市作为研究现场,另外将河北省内空气质量相对较好的张家口市作为对照区域,收集2015年1月1日—2017年12月31日河北省儿童医院、唐山妇幼医院和张家口市妇幼保健院内科(儿科)门诊就诊者个案资料,包括就诊日期、住址和疾病诊断(国际疾病分类ICD-10编码)等信息,依据住址信息筛选市区内与环保监测范围相一致的个案,依据疾病诊断信息ICD-10统计儿童内科呼吸系统疾病(J00-J99、R04-R07)逐日就诊量。本调查已获得研究对象知情同意。

O3、PM2.5、PM10、NO2、SO2和CO逐日监测浓度来自石家庄市、唐山市和张家口市环保局,包括市区范围内所有国控、省控及市控环境空气质量监测站点O3浓度,计算每日所有站点的平均浓度代表该市当日该污染物浓度。气象资料来自石家庄市、唐山市和张家口市气象部门,包括平均温度、平均相对湿度。

1.2 数据的质量评估方法

河北省儿童医院、唐山市妇幼保健院均是三级甲等医院,张家口市妇幼保健院为二级甲等医院,外地病例所占比例20%~30%,均具备完善的ICD-10编码系统,并通过构造化检询言语(MySQL)进行数据个案资料的收集、整理和汇总,去除外地就诊、体检及预防接种等病例,门诊就诊量能较好反应本地区儿童呼吸道就诊情况;门诊量常年未见饱和,全年门诊接诊量存在明显季节趋势,且三年呈现一定的周期性;门诊就诊量全年无缺失数据,检测记录值符合逻辑;采用R软件分季节对数据进行异常值识别,即当日门诊量超过本季节中位数±1.5四分位数间距(M±1.5QR)即判定为异常值,并删除。

根据环保数据得出3个城市市逐日每项指标的日均浓度,若该市某种污染物有1/2以上的监测站缺失监测数据,则该日均浓度记为缺失值。环保、气象和门诊时间序列数据分析中存在的缺失值,采用EM+Spline算法,在R软件mtsdi包中实现。

1.3 统计学处理

SPSS 22.0用于数据分析,计算中位数M、百分位数描述数据集中趋势、离散趋势;采用R3.4.0建立非线性分布滞后模型DLNM,计算超额风险度ER及95%CI。采用线性内插法对监测点空气及气象数据缺失值进行填充。

该模型采用了交叉基的原理,在对变量(O3)危险性评估时,能对该变量的滞后效应进行约束,去除变量与滞后(累积)效应或滞后(累积)效应间在模型中的共线性。同时该模型控制了长期趋势或季节效应、短期效应和气象因素的混杂效应,并结合quasi-possion回归[12],得到最后非线性分布滞后模型:

$ \begin{array}{*{20}{c}} {\log [E(Y)] = crosshasis \left( {{\rm{N}}{{\rm{O}}_2}} \right) + S(t, df) + DOW + }\\ {S( tem , df) + S( hum , df)} \end{array} $ (1)

式中:Y—表示3种疾病日门诊量

crossbasis(NO2)—交叉基函数[13],分别能在浓度和滞后(累积)上进行分析,本文对浓度维度上采用线性函数[14],主要是为了方便理解结果和近似满足现实情况,而在滞后效应维度上采用三次样条函数,运用了15个滞后项[15]

S(t, df)—三次样条函数,其中第一个参数t表示每年的第几天,第二参数表示t的自由度为14[16-17]

S(·, ·)—三次样条函数,其中第一个参数可表现为ttemhum,分别表示为每年的第几天、平均温度和平均湿度;第二参数表示相应变量的自由度,分别为14,4和4[15-16],这3个变量在模型中描述了长期效应或季节效应、温度效应和湿度效应。

DOW—表示为星期几,描述的是短期效应。

S(tem, df)是三次样条函数,其中第一个参数tem表示每年的平均温度,第二参数表示tem的自由度为4[16-17]

S(hum, df)是三次样条函数,其中第一个参数hum表示每年的平均湿度,第二参数表示hum的自由度为4[16-17]

最后运用广义交叉验证(GCV)方法进行参数估计[18],采用R软件中的DLNM包实现[19]

2 结果 2.1 大气污染物、气象、门诊基本情况

2.1.1 大气污染物基本描述

根据《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)[20],O3的24 h平均浓度限值为160 μg/m3。2015—2017年O3每日监测值不服从正态分布(P < 0.01)。石家庄市、唐山市和张家口市O3的超标率分别为11.95%、16.78%和14.79%,唐山市超标天数最多,且污染水平最高,其次为石家庄和张家口(表 1)。

表 1 2015—2017年3个城市O3基本情况
μg/m3
城市 O3 N/d 最小值 P5 P10 P25 P50 P75 P90 P95 最大值
石家庄市 达标 965 2 9 15 39 70 102 130 145.70 160
超标 131 161 161.60 164 173 191 219 241.80 256.80 277
唐山市 达标 912 6 16 25 46 75 108 134.70 143 160
超标 184 162 164 167 180 199.50 220 244.50 269.75 296
张家口市 达标 968 8 34.45 47 67 88 114 135.10 148 160
超标 128 161 162 164 169 184 202.75 221 234.10 257

石家庄市2015—2017年O3超标天数逐年增多分别为18、41和72 d,超标率依次为4.93%、11.20%、19.72%;O3污染程度逐年加重,年中位数、四分位数分别为:180(171.50, 204.00)、183(170.50, 197.50)和201(177.25, 224.75) μg/m3,2017年最高。

唐山市2015—2017年超标天数略有增加,分别为55、60和69 d,超标率依次为15.07%、16.39%、18.90%;但是O3污染程度逐年加重,年中位数、四分位数分别为:199(180.00, 219.00)、194(175.00, 208.00)和205(181.00, 227.50) μg/m3

2015—2017年张家口市O3超标天数逐年增多分别为27、47和54 d,超标率依次为7.40%、12.84%、14.79%;O3污染程度基本维持不变,年中位数、四分位数分别为:182(168.00, 197.00)、185 (171.00, 204.00)和183(166.75, 203.00)。

2015—2017年河北省儿童医院呼吸系统门诊就诊人次逐年升高;唐山市妇幼保健院呼吸系统就诊人次基本持平,2016年略有下降;由于系统数据缺失张家口市妇幼保健院仅收集2017年呼吸系统门诊接诊情况。

2.1.2 气象、环保和门诊相关性分析

张家口市妇幼保健院儿科呼吸系统门诊资料存在系统缺失。张家口市O3污染天数虽然增多,但其严重程度未发生变化,因此,本次研究采用张家口市妇幼保健院2017年全年数据进行研究。2015—2017年石家庄市、唐山市及2017年张家口市气象、环保、儿童(妇幼)医院呼吸系统门诊量与O3的每日监测资料均不服从正态分布(P < 0.01),因此选择Spearman相关分析。结果显示O3与国家常规监测的5种污染物均呈负相关(P<0.01),为了便于解释O3对门诊量的影响,且规避各污染物之间存在的共线性问题对模型的影响,本次研究仅探索O3单污染物对儿童呼吸系统的影响。3个城市O3日均浓度与门诊量存在相关性(表 2)。

表 2 3个城市气象、环保和儿童(妇幼)医院呼吸系统门诊量与O3 Spearman相关分析结果
城市 相关性 PM10 PM2.5 SO2 NO2 CO 温度 湿度 门诊量
石家庄市 r -0.215 -0.304 -0.298 -0.343 -0.409 0.763 -0.176 -0.435
P <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
唐山市 r -0.073 -0.137 -0.295 -0.341 -0.308 0.747 -0.118 -0.574
P 0.016 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
张家口市 r -0.112 -0.038 -0.218 -0.392 -0.241 0.825 0.022 -0.367
P <0.01 0.025 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.677 <0.01

2.2 非线性分布滞后模型分析

2.2.1 O3对呼吸系统门诊就诊人次的滞后效应分析

滞后效应表示当天(滞后0 d)或滞后i(i∈(1,2,…,15)) d O2浓度的增加对呼吸系统门诊人次的影响。研究结果显示:石家庄市O3对儿童呼吸系统影响时间最长:10 d内;且其在滞后5 d时影响效应最大,大气O3日均浓度每增加10 μg/m3,呼吸系统疾病门诊人次增加0.25%(0.14%, 0.36%);唐山市O3对儿童呼吸系统影响时间最短,仅在滞后2 d有影响,大气O3日均浓度每增加10 μg/m3,呼吸系统疾病门诊人次增加0.16%(0%, 0.31%);张家口市O3对儿童呼吸系统影响最大,在滞后5 d时,大气O3日均浓度每增加10 μg/m3,呼吸系统疾病门诊人次增加0.53%(0.12%, 0.94%)(表 3)。3个城市O3对呼吸系统门诊就诊人次的滞后效应均有波动,变化趋势一致。

表 3 O3对3个城市儿童呼吸系统门诊就诊人次的滞后效应:就诊人次增加的百分比(95%CI)
%
滞后天数 石家庄市 唐山市 张家口市
1 0.02(-0.17, 0.22) -0.07(-0.33, 0.19) 0.13(-0.44, 0.69)
2 0.09(-0.03, 0.21) 0.1(-0.06, 0.26) 0.44(0.11, 0.77)
3 0.14(0.02, 0.26) 0.16(0, 0.31) 0.37(0.04, 0.7)
4 0.19(0.05, 0.32) 0.1(-0.06, 0.26) 0.05(-0.32, 0.42)
5 0.25(0.14, 0.36) 0.07(-0.06, 0.2) 0.25(-0.03, 0.53)
6 0.23(0.09, 0.38) 0.04(-0.14, 0.22) 0.53(0.12, 0.94)
7 0.07(-0.04, 0.18) -0.08(-0.21, 0.06) 0.07(-0.22, 0.36)
8 0.04(-0.09, 0.18) -0.1(-0.27, 0.06) -0.19(-0.56, 0.18)
9 0.22(0.08, 0.35) 0.02(-0.14, 0.19) 0.17(-0.2, 0.54)
10 0.16(0.05, 0.27) 0.1(-0.04, 0.23) 0.16(-0.14, 0.45)
11 0.01(-0.14, 0.15) 0.09(-0.09, 0.27) -0.07(-0.47, 0.34)
12 0.09(-0.01, 0.2) 0.07(-0.06, 0.2) 0.15(-0.12, 0.43)
13 0.12(-0.01, 0.25) 0.02(-0.14, 0.19) 0.29(-0.08, 0.66)
14 -0.04(-0.17, 0.08) -0.02(-0.17, 0.13) 0.02(-0.3, 0.35)
15 -0.07(-0.19, 0.04) 0.01(-0.13, 0.15) -0.17(-0.48, 0.15)
16 0.07(-0.1, 0.24) 0.1(-0.12, 0.31) -0.17(-0.64, 0.31)

2.2.2 O3对呼吸系统门诊就诊人次的累积效应分析

累积效应表示污染物浓度当天(0 d)或持续i+1(i∈(1,2,…,15)) d的增加对呼吸系统门诊人次的影响。研究结果显示,石家庄市、张家口市O3对于儿童呼吸系统疾病门诊人次有持续16 d的累积效应,在持续(13~14)d时达到最大值,张家口市影响显著高于石家庄市;在累积13 d时,石家庄市大气O3日均浓度每增加10 μg/m3,呼吸系统疾病门诊人次增加0.82%(0.63%, 1.01%);累积14 d时,张家口市大气O3日均浓度每增加10 μg/m3,呼吸系统疾病门诊人次增加高达2.37%(1.03%, 3.74%);大气O3对唐山市儿童呼吸系统疾病门诊人次无显著影响(表 4)。3个城市O3对呼吸系统门诊就诊人次的累积效应均有波动,但其变化趋势一致。

表 4 O3对3个城市儿童呼吸系统门诊就诊人次的累积效应
%
累积天数 石家庄市 唐山市 张家口市
1 0.01(-0.09,0.11) -0.07(-0.33,0.19) 0.13(-0.44,0.69)
2 0.06(-0.06,0.17) 0.03(-0.3,0.36) 0.56(-0.08,1.21)
3 0.13(0,0.25) 0.19(-0.19,0.56) 0.93(0.22,1.65)
4 0.22(0.09,0.35) 0.29(-0.11,0.69) 0.98(0.2,1.77)
5 0.34(0.2,0.49) 0.36(-0.07,0.79) 1.23(0.36,2.11)
6 0.46(0.31,0.61) 0.4(-0.06,0.86) 1.77(0.85,2.7)
7 0.5(0.34,0.65) 0.33(-0.15,0.81) 1.84(0.88,2.81)
8 0.52(0.35,0.68) 0.22(-0.29,0.74) 1.64(0.61,2.69)
9 0.63(0.46,0.79) 0.24(-0.3,0.79) 1.81(0.73,2.91)
10 0.71(0.54,0.88) 0.34(-0.23,0.91) 1.97(0.82,3.14)
11 0.71(0.53,0.89) 0.43(-0.15,1.01) 1.9(0.7,3.12)
12 0.76(0.58,0.94) 0.5(-0.1,1.09) 2.06(0.81,3.33)
13 0.82(0.63,1.01) 0.52(-0.1,1.14) 2.35(1.04,3.68)
14 0.8(0.61,0.99) 0.5(-0.13,1.13) 2.37(1.03,3.74)
15 0.76(0.56,0.96) 0.51(-0.15,1.17) 2.2(0.79,3.63)
16 0.8(0.59,1) 0.61(-0.07,1.3) 2.03(0.58,3.5)

2.2.3 O3对3个城市儿童循环系统门诊就诊人次的影响

将循环系统疾病作为阴性对照对模型稳定性进行测定,结果显示,大气O3对石家庄市、唐山市、张家口市儿童呼吸系统疾病门诊人次无显著影响,模型较为稳定,能够较为真实、准确反映各地大气O3对儿童呼吸系统疾病门诊人次的影响(表 5表 6)。

表 5 O3对3个城市儿童循环系统门诊就诊人次的滞后效应
%
滞后天数 石家庄市 唐山市 张家口市
1 0.33(-0.08, 0.58) -0.11(-0.38, 0.16) -0.01(-0.25, 0.22)
2 0.15(-0.01, 0.3) 0.00(-0.17, 0.16) 0.06(-0.08, 0.21)
3 0.06(-0.09, 0.21) 0.07(-0.1, 0.23) 0.05(-0.09, 0.2)
4 0.08(-0.1, 0.25) 0.08(-0.11, 0.26) -0.02(-0.18, 0.15)
5 0.08(-0.05, 0.2) 0.05(-0.09, 0.18) 0.02(-0.09, 0.14)
6 0.04(-0.15, 0.23) -0.01(-0.22, 0.19) 0.07(-0.11, 0.25)
7 -0.01(-0.14, 0.12) -0.08(-0.23, 0.06) -0.05(-0.18, 0.07)
8 -0.03(-0.21, 0.14) -0.14(-0.33, 0.04) -0.17(-0.33, 0)
9 -0.02(-0.19, 0.15) -0.19(-0.37, 0) -0.14(-0.3, 0.03)
10 -0.04(-0.17, 0.09) -0.21(-0.36, -0.07) -0.07(-0.2, 0.05)
11 -0.04(-0.24, 0.15) -0.19(-0.4, 0.02) -0.07(-0.26, 0.11)
12 0.03(-0.1, 0.16) -0.11(-0.24, 0.03) -0.15(-0.27, -0.02)
13 0.02(-0.15, 0.2) -0.08(-0.27, 0.11) -0.15(-0.32, 0.02)
14 -0.08(-0.24, 0.07) -0.14(-0.31, 0.03) -0.05(-0.2, 0.1)
15 -0.03(-0.19, 0.12) -0.14(-0.31, 0.02) -0.04(-0.18, 0.11)
16 0.18(-0.05, 0.41) -0.07(-0.32, 0.18) -0.13(-0.35, 0.09)

表 6 O3对儿童循环系统门诊就诊人次的累积效应结果:ER(95%CI)
%
累积天数 石家庄市 唐山市 张家口市
1 -0.63(-1.14, -0.13) 0.07(-0.15, 0.3) 0.12(-0.05, 0.3)
2 0.00(-0.32, 0.32) 0.07(-0.06, 0.21) 0.00(-0.11, 0.11)
3 0.21(-0.1, 0.53) 0.07(-0.07, 0.21) -0.03(-0.14, 0.07)
4 -0.03(-0.39, 0.33) 0.06(-0.09, 0.22) 0.01(-0.11, 0.13)
5 -0.18(-0.44, 0.09) 0.05(-0.06, 0.16) 0.01(-0.08, 0.1)
6 -0.15(-0.55, 0.25) 0.02(-0.15, 0.19) -0.01(-0.14, 0.13)
7 -0.16(-0.44, 0.11) -0.04(-0.16, 0.08) 0.03(-0.07, 0.12)
8 -0.19(-0.55, 0.17) -0.09(-0.25, 0.07) 0.00(-0.12, 0.12)
9 -0.19(-0.55, 0.17) -0.11(-0.26, 0.05) -0.09(-0.21, 0.03)
10 -0.16(-0.44, 0.12) -0.12(-0.24, 0) -0.03(-0.12, 0.07)
11 -0.1(-0.5, 0.31) -0.11(-0.28, 0.07) 0.08(-0.06, 0.21)
12 -0.03(-0.29, 0.24) -0.05(-0.17, 0.06) -0.02(-0.11, 0.07)
13 -0.11(-0.48, 0.25) -0.05(-0.21, 0.11) -0.1(-0.23, 0.02)
14 -0.32(-0.64, 0.01) -0.11(-0.25, 0.03) -0.05(-0.16, 0.06)
15 -0.23(-0.55, 0.09) -0.08(-0.22, 0.05) 0.04(-0.07, 0.14)
16 0.13(-0.35, 0.61) 0.03(-0.18, 0.24) 0.11(-0.05, 0.27)

2.2.4 O3对石家庄市和张家口两个城市儿童呼吸系统门诊就诊人次的多污染物分析

由上述2.2.1和2.2.2分析可见,石家庄市和张家口市O3对儿童呼吸系统疾病就诊人次的影响最大,分别出现在累积13 d和累积14 d,而唐山仅存在滞后效应。为了便于后续比较分析,仅对石家庄市和张家口市进行多污染物分析。在单污染物模型基础上分别引入PM2.5、NO2和SO2 3种污染物后与儿童呼吸系统疾病就诊风险的ER值变化幅度均较小,提示主模型结果拟合较好,模型稳健。为了避免存在多污染共线性问题,本次仅进行双污染物分析(表 7)。

表 7 O3对儿童循环系统门诊就诊人次的双污染物模型分析变量表(95%CI)
%
污染物 石家庄市 张家口市
O3 0.82(0.63, 1.01) 2.37(1.03, 3.74)
O3+PM2.5 0.80(0.25, 0.93) 2.09(1.48, 3.50)
O3+NO2 0.85(0.08, 1.42) 2.05(1.90, 2.79)
O3+SO2 0.90(0.47, 1.25) 2.54(1.02, 4.99)

2.2.5 O3对石家庄和张家口两个城市儿童呼吸系统分病种就诊人次的影响

分析O3对呼吸系统疾病(J00-J99、R04-R07)的影响结果显示,O3对疾病急性上呼吸道感染(J00-J06)及症状咽喉和胸部疼痛(R07)影响较大。石家庄市和张家口市O3对于儿童呼吸系统疾病J00-J06门诊人次滞后效应均在11 d时达到最大值,大气O3日均浓度每增加10 μg/m3,急性上呼吸道感染门诊人次分别增加0.43%(0.11%, 0.74%)、0.17%(0.03%, 0.31%);石家庄市和张家口市O3对于儿童呼吸系统疾病症状R07门诊人次滞后效应不显著;石家庄市和张家口市O3对于儿童呼吸系统疾病J00-J06、症状R07门诊人次累积效应均呈现逐渐上升趋势(表 8表 9)。

表 8 O3对儿童呼吸系统分病种就诊人次的滞后效应结果:ER(95%CI)
%
滞后
天数
石家庄市 张家口市
J00-J06 R07 J00-J06 R07
1 0.26(-0.14, 0.66) 0.26(-0.37, 0.9) 0.25(-0.07, 0.43) 0.66(0.28, 1.03)
2 0.13(-0.12, 0.38) 0.28(-0.12, 0.68) 0.12(0, 0.23) 0.57(0.34, 0.8)
3 0.16(-0.09, 0.41) -0.04(-0.44, 0.35) 0.03(-0.08, 0.14) 0.44(0.21, 0.67)
4 0.27(-0.02, 0.55) -0.47(-0.92, -0.01) 0.01(-0.12, 0.13) 0.29(0.02, 0.55)
5 0.07(-0.14, 0.28) 0.05(-0.28, 0.38) 0.03(-0.07, 0.12) 0.19(0, 0.38)
6 -0.15(-0.46, 0.17) 0.6(-0.1, 1.11) 0.03(-0.11, 0.17) 0.23(-0.06, 0.52)
7 0.07(-0.14, 0.29) -0.2(-0.54, 0.14) -0.02(-0.12, 0.07) 0.4(0.21, 0.6)
8 0.09(-0.19, 0.37) -0.63(-1.08, -0.17) -0.11(-0.24, 0.02) 0.44(0.18, 0.7)
9 -0.25(-0.53, 0.03) 0.12(-0.31, 0.56) -0.14(-0.26, -0.01) 0.29(0.03, 0.55)
10 -0.04(-0.25, 0.17) 0.37(0.03, 0.7) 0.02(-0.08, 0.11) 0.31(0.12, 0.51)
11 0.43(0.11, 0.74) -0.02(-0.51, 0.48) 0.17(0.03, 0.31) 0.41(0.11, 0.71)
12 0.33(0.13, 0.54) -0.16(-0.49, 0.17) 0.06(-0.03, 0.16) 0.26(0.06, 0.46)
13 0.06(-0.23, 0.35) 0.14(-0.31, 0.61) -0.04(-0.17, 0.09) 0.06(-0.22, 0.35)
14 -0.01(-0.27, 0.25) 0.59(-0.18, 0.99) 0.01(-0.11, 0.12) 0.03(-0.22, 0.28)
15 0.08(-0.17, 0.33) 0.36(-0.03, 0.75) 0.02(-0.09, 0.13) 0.18(-0.06, 0.42)
16 0.25(-0.14, 0.64) -0.48(-1.1, 0.15) -0.03(-0.21, 0.14) 0.44(0.07, 0.81)

表 9 O3对儿童呼吸系统分病种就诊人次的累积效应
%
累积
天数
石家庄市 张家口市
J00-J06 R07 J00-J06 R07
1 0.26(-0.14,0.66) 0.26(-0.37,0.9) 0.25(-0.07,0.43) 0.66(0.28,1.03)
2 0.39(-0.04,0.82) 0.54(-0.14,1.24) 0.37(0.17,0.57) 1.23(0.84,1.63)
3 0.55(0.07,1.02) 0.5(-0.26,1.26) 0.4(0.18,0.62) 1.68(1.24,2.12)
4 0.81(0.31,1.32) 0.03(-0.77,0.84) 0.4(0.17,0.64) 1.97(1.5,2.44)
5 0.88(0.32,1.45) 0.08(-0.81,0.98) 0.43(0.17,0.69) 2.16(1.64,2.69)
6 0.74(0.15,1.33) 0.68(-0.25,1.62) 0.46(0.19,0.73) 2.4(1.85,2.95)
7 0.81(0.2,1.42) 0.48(-0.48,1.45) 0.44(0.16,0.72) 2.81(2.24,3.39)
8 0.9(0.24,1.57) -0.15(-1.19,0.9) 0.33(0.02,0.63) 3.26(2.62,3.91)
9 0.65(-0.01,1.31) -0.03(-1.07,1.03) 0.19(-0.11,0.49) 3.56(2.92,4.21)
10 0.6(-0.09,1.3) 0.34(-0.74,1.43) 0.21(-0.11,0.52) 3.89(3.21,4.57)
11 1.03(0.31,1.76) 0.32(-0.79,1.45) 0.38(0.05,0.71) 4.31(3.6,5.03)
12 1.37(0.65,2.1) 0.16(-0.95,1.28) 0.44(0.12,0.77) 4.58(3.86,5.31)
13 1.43(0.7,2.17) 0.3(-0.82,1.44) 0.4(0.06,0.73) 4.65(3.91,5.4)
14 1.42(0.69,2.15) 0.89(-0.23,2.03) 0.4(0.07,0.74) 4.68(3.93,5.43)
15 1.5(0.73,2.27) 1.26(0.09,2.44) 0.43(0.08,0.77) 4.87(4.08,5.66)
16 1.75(1.01,2.5) 0.78(-0.35,1.91) 0.39(0.05,0.73) 5.33(4.55,6.11)

3 讨论

石家庄市、唐山市和张家口市的O3污染日益严重,污染水平逐年升高,在2015—2017年期间唐山市O3超标天数最多,且污染水平最高。3个城市研究结果均显示,O3与国家常规监测的5种污染物均呈负相关,鉴于其特殊性,本次研究仅探索O3单污染物对儿童呼吸系统的影响。温度、湿度与O3均存在一定的相关性。河北省儿童医院和唐山市妇幼保健院是三级甲等医院,张家口市妇幼保健院为二级甲等医院,均具备完善的ICD-10编码系统,能够有效去除外地就诊(本市就诊病例占70%~80%)、体检、预防接种等病例,门诊就诊量能较好反应本市区儿童呼吸道就诊情况;全年门诊接诊量存在明显季节趋势,且三年呈现一定的周期性。因此连续收集本市人群中O3的平均暴露水平的改变与儿童呼吸系统的发病情况的关系,了解变化趋势;通过比较暴露水平变化前后疾病频率的变化情况,判断O3与儿童呼吸系统疾病的联系。

石家庄市O3对儿童呼吸系统影响时间最长达10 d。石家庄市和张家口市O 3对儿童呼吸系统影响在滞后5 d时最大分别为:0.25%(0.14%, 0.36%)、0.53%(0.12%, 0.94%),石家庄市宋杰等[21]的研究结果亦显示O3对人群有影响,浓度每增加10 μg/m3,石家庄市呼吸系统急救人次上升1.20%(95%CI:0.36%~2.04%),但是由于其人群不一致,导致本次结果不一致;唐山市O3对儿童呼吸系统影响时间最短,仅在滞后2 d有影响0.16%(0%, 0.31%)。张家口市影响最大,石家庄市、唐山市空气污染情况明显重于张家口市,居民对O3污染的耐受程度大于张家口市,且不同城市的人群性别与年龄构成情况可能存在差异,空气污染影响存在明显的区域性[22-23],造成空气污染较好的张家口市O3对儿童呼吸系统影响反而更大。2016年潍坊市研究结果与此相近,O3日均质量浓度每增加10 μg/m3,呼吸系统疾病日门诊量增加0.40%(0.20%~0.50%)[24-25]。石家庄市和张家口市O3对儿童呼吸系统疾病门诊人次有持续16 d的累积效应,在持续(13~14)d时达到最大值,张家口市影响显著高于石家庄市;分别于累积13、14 d时影响最为强烈:0.82%(0.63%~1.01%)、2.37%(1.03%~3.74%),且分病种研究结果亦显示,石家庄市、张家口市O3对于儿童呼吸系统疾病J00-J06、症状R07门诊人次累积效应均呈现逐渐上升趋势,且张家口市显著高于石家庄市。刘准等[25]研究结果表明,在累积滞后效应中O3浓度每上升一个IQR(四分位数)呼吸系统疾病就诊上升2.65%(95%CI:0.03%~5.29%),其发生最大效应时间与本研究一致,但是由于其评价分级标准不一,IQR明显高于10 μg/m3,因此其研究结果明显高于本次研究。大气O3对唐山市儿童呼吸系统疾病门诊人次无显著影响,可能与唐山市工业类型有关,河北省唐山市能源资源十分丰富,大规模煤炭开采已有100多年,与煤炭伴生的煤成气储量也很大,更有唐山市“钢铁基地”的美誉。因此门诊量的变化可能主要与PM2.5等颗粒物相关,而气体污染物O3的影响暂不明显。滞后效应与累积效应研究结果均表明,O3对张家口市的影响最为强烈,石家庄市次之,唐山市最小,结果较为一致。3个城市O3对呼吸系统门诊就诊人次的滞后效应、累积效应均有波动,但其变化趋势一致,证明本次研究所用模型较为稳定,其结果具有一定的可信度。

本次研究为生态流行病学研究,只能在群体水平上研究O3与疾病之间的关系,以群体为监测和分析的单位,难以将潜在的混杂因素的影响充分识别及分离;另外对于这个模型只进行了单污染物分析,没有加入其它污染物的影响,同时也没有加入春节和流感的信息,而且本次研究张家口市妇幼保健医院就诊情况存在系统缺失,影响时间序列模型对各混杂因素的识别,进而造成研究结果的不确定性,对于这些缺陷将在后续研究予以完善。

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