大气细颗粒物控制对我国城市居民期望寿命的影响

陈仁杰,陈秉衡,阚海东

(复旦大学公共卫生学院环境卫生学教研室,公共卫生安全教育部重点实验室,上海200032)

大气细颗粒物控制对我国城市居民期望寿命的影响

陈仁杰,陈秉衡,阚海东*

(复旦大学公共卫生学院环境卫生学教研室,公共卫生安全教育部重点实验室,上海200032)

收集我国2013年74个环保重点城市的细颗粒物(PM2.5)浓度.采用《全球疾病负担2010》提供的PM2.5与4种主要疾病死亡率的暴露反应关系系数,构建74个城市的城区居民寿命表,评估PM2.5造成的期望寿命损失和不同PM2.5控制目标对居民期望寿命的影响.结果显示,2013年我国74个城市的PM2.5污染可使居民期望寿命减少1.48岁;如果PM2.5年均水平降低10%、25%,可分别使期望寿命增加0.05岁和0.15岁;若进一步降低,达到国二标准、国一标准和世界卫生组织的空气质量指导值水平,可使期望寿命分别增加0.42岁、1.04岁和1.26岁.本研究提示,大气PM2.5污染是决定我国城市居民期望寿命的重要因素,降低PM2.5浓度可显著增加居民的期望寿命.

细颗粒物；大气污染；城市；死亡；期望寿命

当前,我国大气污染形势严峻,以细颗粒物(PM2.5)为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出,雾霾事件频发,对人民群众健康带来了重大威胁.因此,国务院于2013年9月10日公布了《大气污染防治行动计划》[1](简称“国十条”).

准确地定量评估我国近年来大气质量的改善对人群健康的影响,对于未来制定大气污染防治政策具有重要意义.目前,已有多项研究评估了我国大气污染的人群健康损失,但是研究方法和评估结果不尽一致.世界银行[2]估计我国2003年的可吸入颗粒物(PM10)污染可导致逾 40万名居民死亡.Zhang等[3]的研究显示,我国 111个城市2004年的PM10污染可导致28万名城市居民过早死亡.陈仁杰等[4]的研究显示,我国2006年113个城市的PM10污染可导致30万名城市居民过早死亡.2012年12月,世界卫生组织等300多家国际研究机构联合发布了《全球疾病负担2010》(GBD2010)[5],结果显示PM2.5可导致全球320万人过早死亡,其中中国的死亡数高达123万;PM2.5已跃升为我国的第4位致死因子.还有研究评估了我国空气质量改善带来的健康收益.根据环境保护部环境规划院的推算结果,如果我国城市的PM10年平均水平达到了《环境空气质量标准标准》(GB3095-2012)一级标准(40µg/m3),则每年将避免20万人过早死亡[6].期望寿命是一种能综合衡量某国家(或地区)人民健康水平的常用指标近年来陆续有研究报道了大气污染与居民期望寿命的关系.Wang等[7]评估了我国2003～2010年间PM10对期望寿命的影响,发现由于PM10污染水平的稳步降低,我国居民归因于 PM10的期望寿命损失由2.13年减少到1.30年.

我国自2012年底起,在74个环保重点城市开展了 PM2.5的实时监测.基于此,本研究拟以GBD 2010提供的PM2.5与死亡率的暴露-反应关系系数,评估我国未来实现不同 PM2.5控制目标对居民期望寿命的影响,以期为我国进一步深入开展大气污染治理提供理论支持.

1 资料与方法

1.1 资料收集

依据国家环境保护部公布的74个重点城市2013年空气质量状况,以全部74个城市PM2.5年均值的算术平均值,反映这些城市居民在2013年暴露于PM2.5污染的整体平均状况.

参考GBD2010的方法,评估PM2.5对4个主要疾病死亡的影响,包括冠心病、中风、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、肺癌.已有充分的证据表明PM2.5可对这些疾病造成显著影响[5].从《中国卫生统计年鉴》[8].收集2011年我国城市居民各年龄段的总死亡率、非意外死亡率和四大疾病的死亡率从《中国城市建设统计年鉴》[9]收集 74个城市在 2011年的城区人口数,并进行简单加合.《中国人口和就业统计年鉴》[10]收集2011年我国城市居民各年龄段的人口比例.以全国城市的年龄别疾病别死亡率和人口比例代表74个城市的平均水平.鉴于2012和2013年的健康和人口数据尚未公布,本研究以 2011年的数据来代表2013年的状况,而假定2年间无明显变化.除0岁组和1～岁组外,均以每隔5岁作为一年龄组.

1.2 归因于PM2.5的死亡数

将74个城市的城区人口作为整体进行评价,以各城市PM2.5年均值的均数作为74个城市居民的平均暴露水平.以流行病学研究中获得的相对风险(RR)计算人群中的死亡病例可归因于 PM2.5污染的部分,将各疾病的归因死亡数相加,即为 PM2.5导致的死亡数.各疾病归因死亡数的计算如下:

式中:P为人口数,万人;M为死亡率×10-4;RR为暴露于某水平的PM2.5相对于不暴露时的死亡风险,无量纲.

不同 PM2.5水平对 4种疾病死亡率影响的RR值直接来源于GBD 2010研究.长期PM2.5暴露与人群慢性健康危害的直接证据目前仅来源于在较低污染水平的发达国家开展的队列研究,广大发展中国家在高污染水平下的暴露反应关系斜率和形状如何尚未可知.为适应全球疾病负担评估的需要,来自多个国际机构的专家在空气污染队列研究结果的基础上,结合吸烟、室内固体燃料相关空气污染的健康危害证据,经适当转换,得到 PM2.5在 0～1000µg/m3之间,每一浓度水平下与4种主要疾病死亡率的RR[11].

1.3 计算PM2.5对期望寿命的影响

依据各年龄层的总死亡率,采用蒋庆琅法编制 74个城市的居民简略寿命表[12].依据式(1)计算各年龄层归因于PM2.5的死亡人数和去死因死亡概率,编制扣除 PM2.5死亡效应后的去死因寿命表.考虑到队列研究仅在30岁以上成人中开展,本研究仅计算30岁以上年龄组的归因死亡数[13].以 0～1岁组的寿命作为全人群的期望寿命.以2013年作为基线,计算当年的期望寿命和去死因期望寿命,两者相减即为归因于 PM2.5的期望寿命损失.设定5个PM2.5控制目标,包括比2013年降低10%、25%、《环境空气质量标准》[14]年平均二级标准(简称为国二标准)、《环境空气质量标准》[14]年平均一级标准(简称为国一标准)、世界卫生组织空气质量指导值(AQG)[15].分别计算在各个PM2.5控制目标下相比基线水平减少的期望寿命损失,即为PM2.5控制对期望寿命的收益.

2 结果与讨论

2.1 数据描述

74个重点城市的PM2.52013年平均浓度为72µg/m3,中位数浓度为 67µg/m3.PM2.5浓度最高的10座城市中,有7个位于河北省.其中,排在前两位的河北邢台、石家庄两市的年均PM2.5浓度高达155µg/m3和149µg/m3;年平均浓度的最低为拉萨(26µg/m3)和海口(26µg/m3).其中,无一城市达到了AQG和国一标准的要求,有多达92%的城市 PM2.5年平均值超过国二标准,有 40%的城市超过国二标准2倍以上,有11%的城市超过国二标准3倍以上.我国城市PM2.5污染的平均水平大约相当于西方发达国家城市的3～7倍.

表1列出了在基线年(2013)平均水平和5个PM2.5控制目标水平下,PM2.5对4种主要疾病死亡率的RR值.由表1可见,PM2.5对中风的影响较强,对COPD的影响较弱.这可能是因为PM2.5对中风死亡率的RR较大,而对COPD死亡率的RR较小;在所评估的4种死因中,中风死亡数在我国人群所占相对比例最大.GBD2010认为PM2.5对健康的风险不存在阈值,因此即便是达到 AQG的要求,仍会产生一定健康风险.

表1 不同PM2.5浓度导致人群中各疾病死亡的相对风险Table 1 The RRs of different PM2.5concentration on cause-specific mortality

表1还显示,随着PM2.5浓度的升高,各疾病死亡率的RR也增高,但增高的幅度趋于平缓.这也与环境流行病学研究的结果基本一致,即在较低污染水平下单位浓度增加所导致的健康风险要高于在较高污染水平下单位浓度增量所导致的健康风险,也就是在污染物-健康危害的暴露反应关系曲线的高浓度段,曲线有变平缓的趋势[16].

2.2 2013年PM2.5污染对期望寿命的影响

将74个城市的城区居民(1.74亿)作为整体,评估2013年的PM2.5污染水平导致的过早死亡数和期望寿命损失.

表2列出了各个年龄组的人口数、总死亡率的基本信息,据此依据蒋庆琅寿命表法,计算得出各个年龄组的期望寿命.以 0～岁组为例,实际期望寿命达到 79.51岁.依据国务院新闻办公室发表《中国的医疗卫生事业》[17]白皮书,2010年中国人均期望寿命达到74.8岁.本研究估计的期望寿命较高,是因为评估对象为74个大中城市的城区居民,而不包括农村和城市郊区的居民.

表2 2013年我国74个重点城市PM2.5对居民期望寿命的影响Table 2 The impact of PM2.5on life expectancy of urban residents in 74 key cities in 2013

依据各年龄层的归因死亡数,计算各年龄层的去死因死亡概率和去死因期望寿命,将去死因期望寿命减去实际期望寿命,即为 PM2.5污染导致的期望寿命损失.

由表2可知,以0～岁组计,我国74个重点城市城区居民的期望寿命为 80.99岁.2013年的PM2.5污染水平能导致居民期望寿命损失1.48岁.但是,PM2.5对居民期望寿命造成的损失在各个年龄组略有差别,其中对65岁以上的老年人造成的期望寿命损失相对较小.

2.3 PM2.5不同控制目标对期望寿命的影响

2013年的“国十条”明确了我国到2017年的大气污染控制目标.据此,如表3所示,本研究的评估显示,PM2.5年均水平降低 10%和25%后,居民期望寿命的损失将分别减少0.05岁和0.15岁.若进一步降低,达到国二标准、国一标准和世界卫生组织的 AQG水平,期望寿命也将随之增加0.42岁、1.04岁和1.26岁.值得注意的是,即便是降低到AQG水平,也将造成0.22年的期望寿命损失,这同时也体现了“空气污染的健康危害不存在安全阈值”的科学认识.

表3 我国PM2.5不同控制目标对74个重点城市居民期望寿命的影响Table 3 Impact of different targets for PM2.5control on life expectancy of urban residents in 74 key cities

与以前的相关评估相比,本研究具有以下特点:

第一,PM2.5与死亡的 RR值来源于 GBD 2010,这些 RR值充分考虑到了我国高污染水平下与 4种主要疾病死亡率的暴露反应关系特征,符合我国的实际和环境流行病学一般规律;

第二,考虑到了人群各年龄段的人口与死亡率差异,尤其是现有队列研究不支持 PM2.5对30岁以下人群死亡的影响,中青年人群中的基础死亡率较低,本研究分别估算了 PM2.5导致不同年龄人群的过早死亡数.

第三,由于我国自2012年底才开始对PM2.5的常规监测,此前几乎全部的研究均是以 PM10的监测数据进行评价,然后按照一定的比例(如PM2.5/PM10=0.6),将国外文献报道的PM2.5与死亡的暴露反应关系直接应用于我国[2-4,7].这可能不太符合我国实际情况.

第四,GBD 2010中由于采用了卫星遥感数据反演得到全国范围内(包括城市和农村)的PM2.5暴露水平,与真实污染水平可能有差别[5].本研究利用74个城市的地面实际监测数据,能较好地反映这些城市居民的真实暴露水平.

2.5 与其他大气污染与期望寿命研究的比较

大气污染能严重影响人群健康,尤其是持续十数年的队列研究发现长期暴露于颗粒物污染可显著升高人群的死亡率,因而有理由假设较长时期的大气污染水平变化能影响人群的期望寿命.目前常采用寿命表法来估计大气污染对期望寿命的影响,但文献报道的结果并不完全一致.本研究发现,2013年我国74个重点城市的PM2.5污染水平可导致居民期望寿命降低 1.48岁.单位换算后,可折算为PM2.5每升高10µg/m3,期望寿命降低0.21岁.本研究的单位估算值低于此前的大部分基于美国ACS队列研究的评估结果.比如,荷兰[18]、芬兰[19]、加拿大[20]、美国[21]的研究发现PM2.5年平均浓度每升高 10µg/m3,居民的期望寿命将分别下降 1.11、0.70、0.80和0.60年.意大利的一项研究发现PM10每下降10µg/m3,期望寿命增加0.20岁.各研究报道结果的差异可能与当地死亡率水平和污染物水平有关.比如发达国家的 PM2.5年平均水平一般在10～20µg/m3之间,此浓度下的暴露反应关系系数明显大于高浓度下的暴露反应关系系数.

也有学者采用了生态学比较的方法来评估大气污染与期望寿命的关系.Pope等[22]收集了美国211个郡的1978～2001年数据,在人群水平调整了社会经济学变量､人口学变量和吸烟率指标后,发现伴随着PM2.5浓度降低了6.52µg/m3,美国人民的期望寿命升高了 0.4岁,占到了同期期望寿命自然增加量的 18%.这相当于 PM2.5浓度每降低 10µg/m3,人群期望寿命将平均升高 0.61岁.Wen等[23]根据我国第3次(2002年)和第4次(2005年)全国老年人健康长寿影响因素调查数据,在调整了年龄、住址、教育、经济独立性、婚姻状态和当地人均GDP等混杂因素后,研究发现低污染地区和高污染地区相比,老年女性的期望寿命要高3.78岁,老年男性要高0.93岁.因此,即便是调整了这些混杂因素后,大气质量的改善仍然能显著地提高居民的期望寿命.

尽管研究方法和结果各异,大量文献均发现大气污染能显著降低居民的期望寿命;若能降低空气污染,将会使期望寿命增加.

3 结论

3.1 收集了2013年我国74个重点城市PM2.5年平均浓度,运用GBD评估方法,考虑了各年龄层不同人口数和死亡率,通过构建简单寿命表和去死因寿命表,计算得到我国74个城市2013年PM2.5污染可导致城区居民期望寿命损失1.48岁.

3.2 本研究显示,PM2.5年均水平降低 10%和25%后,可使74个城市的居民期望寿命增加0.05岁和0.15岁.若PM2.5年均水平进一步降低,达到国二标准、国一标准和AQG水平,期望寿命也将随之增加0.42岁、1.04岁和1.26岁.

3.3 本研究提示,大气PM2.5污染是决定我国城市居民期望寿命的重要因素,降低 PM2.5浓度可显著增加居民的期望寿命.

[1] 国务院.大气污染防治行动计划(国发[2013]37号).http://www. gov.cn/zwgk/2013-09/12/content_2486773.htm[Z].[2014-01-25].

[2] World Bank. Cost of pollution in China: economic estimates of physical damages [R]. Washington, D. C: The World Bank, 2007.

[3] Zhang M, Song Y, Cai X, et al. Economic assessment of the health effects related to particulate matter pollution in 111Chinese cities by using economic burden of disease analysis [J]. Journal of Environmental Management, 2008,88(4):947-954.

[4] 陈仁杰,陈秉衡,阚海东.我国113个城市大气颗粒物污染的健康经济学评价 [J]. 中国环境科学, 2010,30(3):410-415.

[5] Lim S S, Vos T, Flaxman A D, et al. A comparative risk assessment of burden of disease and injury attributable to 67 risk factors and risk factor clusters in 21 regions, 1990-2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010 [J]. Lancet, 2012,380(9859):2224-2260.

[6] Chen Z, Wang J N, Ma G X, et al. China tackles the health effects of air pollution [J]. Lancet, 2013,382(9909):1959-1960.

[7] Wang C, Zhou X, Chen R, et al. Estimation of the effects of ambient air pollution on life expectancy of urban residents in China [J]. Atmospheric Environment, 2013,80:347-351.

[8] 中国卫生统计年鉴 [M]. 北京:中国协和医科大学出版社, 2012.

[9] 中国城市建设统计年鉴 [M]. 北京:中国计划出版社, 2012.

[10] 中国人口和就业统计年鉴 [M]. 北京:中国统计出版社, 2013.

[11] Richard T. Burnett CAPI, Majid Ezzati, et al. An integrated risk function for estimating the global burden of disease attributable to ambient fine particulate matter exposure [J]. Enviornmental Health Perspectives, 2014,122(4):397-403.

[12] 方积乾.卫生统计学 [M]. 5版.北京:人民卫生出版社, 2004:312-313.

[13] Pope III C A, Burnett R T, Thun M J, et al. Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution [J]. JAMA: the journal of the American Medical Association, 2002,287(9):1132-1141.

[14] GB3095-2012 环境空气质量标准 [S].

[15] World Health Organization. Air quality guidelines: global update 2005: particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide [R]. World Health Organization. 2006.

[16] Pope C A, 3rd, Burnett R T, Turner M C, et al. Lung cancer and cardiovascular disease mortality associated with ambient air pollution and cigarette smoke: shape of the exposure-response relationships [J]. Environmental Health Perspectives, 2011,119(11):1616-1621.

[17] 国家卫生和计划生育委员会.《中国的医疗卫生事业》白皮书[EB/OL].http://www.moh.gov.cn/mohzcfgs/s7847/201301/6fbe5f 5264d84e03960eb72dbd752d05.shtml.

[18] Brunekreef B. Air pollution and life expectancy: is there a relation? [J]. Occupational and Environmental Medicine, 1997,54(11):781.

[19] Nevalainen J, Pekkanen J. The effect of particulate air pollution on life expectancy [J]. Sci. Total Environ., 1998,217(1/2):137-141.

[20] Coyle D, Stieb D, Burnett R, et al. Impact of particulate air pollution on quality-adjusted life expectancy in Canada [J]. J. Toxicol. Environ. Health Part A, 2003,66(16-19):1847-1864.

[21] Rabl A. Interpretation of air pollution mortality: Number of deaths or years of life lost? [J]. Journal of the Air and Waste Management association, 2003,53(1):41-50.

[22] Pope III C A, Ezzati M, Dockery D W. Fine-particulate air pollution and life expectancy in the United States [J]. New England Journal of Medicine, 2009,360(4):376-386.

[23] Wen M, Gu D. Air pollution shortens life expectancy and health expectancy for older adults: the case of China [J]. The Journals of Gerontology Series A: Biological Sciences and Medical Sciences, 2012,67(11):1219-1229.

Impacts of controlling ambient fine particulate pollution on life expectancy among Chinese urban residents.

CHEN Ren-jie, CHEN Bing-heng, KAN Hai-dong*
(Key Laboratory of Public Health Safety, Ministry of Education, Department of Environmental Health, School of Public Health, Fudan University, Shanghai 200032, China). China Environmental Science, 2014,34(10)：2701～2705

The PM2.5-related loss on life expectancy in 2013 in 74 key Chinese cities was evaluated based on the annual average PM2.5concentration, exposure-response relationship coefficients of PM2.5, mortality due to 4 main diseases from“Global Burden of Disease 2010”, and the life table of urban permanent residents. Pollution caused by PM2.5could attribute to a decrease in 1.48 years in life expecteny. Increases of 0.42, 1.04 and 1.26 years in life expectancy comparing with the 2013 level were estimated if the PM2.5level was decreased to the second level of national air quality standard, the first level of national air quality standard and the Air Quality Guidelines formulated by World Health Organization, respectively. This study suggested that ambient PM2.5pollution was an important determinant of the life expectancy of Chinese urban residents, and reducing PM2.5could improve the life expectancy.

t：PM2.5；air pollution；city；death；life expectancy

X503.1

：A

：1000-6923(2014)10-2701-05

陈仁杰(1986-),男,四川达州人,复旦大学公共卫生学院,博士后,主要从事大气污染与人群健康研究.发表论文20余篇.

2014-01-25

国家“973”项目(2011CB503802)

* 责任作者, 教授, haidongkan@gmail.com