卫星遥感监测环境因素与候鸟COPD患者的关系

闫 鹏，李莘莘，解立新

(解放军总医院呼吸内科，北京100853)

候鸟人群主要是指夏季在北方生活、冬季北方天气转凉后至海南过冬的人群。目前越来越多的老年人群来海南过冬，且三亚尤为明显。既往研究发现，慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases, COPD)患者的病情严重程度、急性加重率与温度、相对湿度、空气质量指数等有密切关系。候鸟COPD患者冬季来海南后其生活质量、活动耐量、急性加重率较其在北方有明显改善，与环境因素的改变密不可分。

卫星遥感技术是指应用卫星监测环境因素，其优点是可以实时测量，覆盖面积广，同时可以监测温度、相对湿度、空气质量指数等。与地面监测相比，不依赖于地面监测站，覆盖面积广，可同时观察多个位置。因此，其用于检测候鸟人群迁徙的环境变化有着无可替代的地位。

1 COPD患者与温度的关系

现有的研究已经证明气温是影响COPD患者疾病的主要因素之一，气温下降往往伴随着患者急性加重次数的增加和病情明显加重，每年冬季12月中下旬到次年1月上旬是COPD患者的急性加重期和死亡高峰[1,2]。国外研究发现，COPD患者在圣诞节前后的住院率及病死率最高，被称为“圣诞节现象”，是因为圣诞节前后是一年内气温最低的时期，寒冷的气候导致其病情急性加重甚至恶化[1]。台湾的一项COPD患者10年随访队列研究同样发现，气温每降低1℃，COPD急性加重率增加0.8%[3]。密西根州≥65岁的人群中，COPD患者在冬季的急性加重率和病死率增加19%[4]。新西兰的研究表明，冬季COPD患者的病死率增加18%[5]。对上海17 874名COPD患者病死原因分析发现，冬季每 4天昼夜温差每降低1℃，COPD患者的病死率增加1.57%[6]。有研究发现，一年中最冷的一周与最热的一周相比，COPD患者的最大呼气量(forced expiratory volume,FEV)可减少45 ml[7]。同时研究证明，冷空气会导致气道相对狭窄和气道炎症的发生[8]。最近的研究证明，寒冷的空气会导致COPD患者气道分泌黏液增多[9]。这可能是在寒冷季节导致COPD患者急性加重率和病死率增加的原因。

研究高热对COPD患者的影响，主要是指一段时间内的持续高热，我们称之为热浪天气。2003年，欧洲的热浪天气导致了大约7万人的死亡[10]。研究发现，热浪天气对COPD老年患者是一个独立的危险因素[11,12]。在芝加哥的研究中指出，当温度超过29℃，温度每升高1℃，COPD患者的住院率增加7.6%[13]。针对美国213个城市中的125万老年人的研究发现，温度每升高10℃，COPD患者的住院率增加4.7%[14]。目前热浪天气对COPD患者影响的机制尚不完全清楚，可能与呼吸道的热暴露有直接的关系。

气温太高或者太低都会导致COPD患者急性加重率和住院率的增加，甚至导致病死率的增加。北京地区温度与呼吸系统疾病的研究表明，其最适温度为21.3℃，15 d的平均温度每升高或下降5℃，均会导致呼吸系统疾病的病死率升高[2]。对于COPD患者来说，温度过高或过低都会导致其急性加重率增加，可能与COPD患者体温调节差有关[15]。

2 COPD患者与空气质量指数的关系

城市空气污染对COPD患者的健康也具有重要的影响。现有的研究证明空气中臭氧(O3)、可吸入颗粒物10(particulate matter 10，PM10)、PM2.5、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)等空气污染物的含量与因肺部疾病因素发病和住院呈显著的正相关，在冬季尤为明显。而且空气污染程度与肺部疾病导致死亡呈正相关，空气污染甚至会明显缩短健康人群的寿命[16,17]。2012年WHO统计了环境污染导致的3700万过早死亡病例，其中14%的患者是因为COPD急性加重或下呼吸道感染致死。目前已有明确的证据表明，交通相关的污染与COPD的形成有直接的关系[18]。

在既往的研究中，环境因素(包括交通相关的空气污染[19]、职业接触的粉尘和气体)对COPD患者的短期影响已经被证实。Faustini等[20]研究证实，空气中PM10、PM2.5、NO2、O3含量与COPD患者的病死率相关，尤其是PM10和NO2。一项随访5年的研究证明，暴露在高水平环境污染中的COPD患者住院率提高15%[21]。同许多其他的危险因素不同，环境污染对COPD患者的影响是终身的[22]。目前大部分的研究证实，COPD患者的病死率和住院率与短期暴露的交通性空气污染相关，而且很多研究集中于环境污染中的几种组分，如PM10、PM2.5、NO2、O3等[20,23]。在环境中，多种组分是COPD患者的危险因素，而大部分的研究集中在短期的影响，长期影响尚未知[24-26]。

3 COPD患者与相对湿度的关系

有研究证明，在温暖的季节，相对湿度较高；在寒冷的季节，相对湿度较低[27]。对于COPD患者来说，在最佳湿度下，其气道炎症会更低，可能会导致其急性加重率降低。台湾一项研究过敏性鼻炎、哮喘、COPD患者门诊就诊人数时发现，相对湿度更低时门诊就诊数量多[28]。巴西的一项随机对照研究证明，雾化吸入生理盐水和高渗生理盐水都能使COPD患者的6分钟步行实验增加，呼吸困难评分和生活质量有所改善，其中雾化吸入生理盐水改善更明显[29]。而所有应用雾化吸入生理盐水或者化痰药物时，均是使空气达到饱和水蒸气后出现气溶胶，进而吸入后增加了痰液分泌和引流，减轻了症状。我们的研究也发现，候鸟COPD患者身处相对湿度更高的三亚后，其生活质量和活动耐量得到改善[30]。

在干粉吸入器的相关研究中发现，相对湿度高时，吸入的药物颗粒更容易沉积在肺部[31]。同时研究发现，在空气中细颗粒物浓度相同时，在相对湿度更大的早晨更容易形成雾霾[32]。韩国的一项相对湿度的研究发现，相对湿度越高，越容易形成雾霾，对呼吸系统疾病尤其是COPD和哮喘的影响就越大[33]。在研究北京2013年雾霾形成的原因中发现，相对湿度越高越容易形成雾霾，同时空气中的有机离子也增多[34]。越来越多有关雾霾的研究发现，当相对湿度>90%时，易形成雾，而相对湿度在80%～90%之间时，若气候条件允许，则形成雾霾，所以对呼吸系统疾病的影响更大。

4 卫星监测环境因素的优势

城市污染在发展中国家越来越严重，我国情况尤为严重，检测污染情况的动态变化已成为焦点。检测雾霾一般分为两种，一种为地面检测，需要建立工作站，其特点是检测准确，缺点是花费较大，且检测范围较小；另一种为卫星遥感监测，其通过中分辨率成像光谱仪、多角度成像光谱仪等检测气溶胶光学厚度来反映污染情况，其优点是检测范围广，成本低。近几年，应用卫星遥感监测地面颗粒物逐渐增多[35]。中国一项应用卫星遥感监测2004年至2013年 PM2.5浓度的研究指出，应用卫星遥感监测与地面监测的准确度较高，经过修正后其相关系数可以达到0.92[36]。因此，通过数学模型修正后的数据与地面监测相关性较好，同时应用卫星遥感监测更方便，定位更准确，覆盖范围更广。

5 候鸟COPD患者生活质量增高的原因

温度适当升高后，导致气道扩张，缓解部分小气道阻塞；空气质量指数好转，吸入更清洁的空气，降低了气道炎症，进而使得痰液分泌减少；相对湿度更高，使得气道湿化更充分，更利于痰液稀释和引流。海南的冬季与北方的冬季相比，拥有更高的温度、更清洁的空气和更高的相对湿度。因此，候鸟COPD患者来海南后，尤其是三亚，其生活质量更高，活动耐量增加，急性加重率降低，进而住院率和病死率降低。

随着近些年来人们生活水平的不断提高，由于冬季北京地区空气污染状况没有好转，目前每年有近200万北方候鸟人群(主要是老年人)冬季来到海南居住过冬，以北京及附近省市的候鸟人群为主，初步估计超过30万人，居住时间长达数月，其中相当部分合并有COPD或其他肺部疾病[37]。我们初步研究发现，在同样基础疾病条件下，在海南的COPD候鸟患者的病情能够明显好转，其活动耐量得到改善，部分候鸟COPD患者的肺功能得到缓解，生活质量远远高于北京地区的COPD患者，这一定与海南适宜的温度、清洁的空气和更高的相对湿度等有着直接的关系[38]。通过卫星遥感监测，可以找到更适合慢性呼吸系统疾病患者生活的环境，提前迁徙后可改善COPD患者生活质量和活动耐量，可能降低急性加重率和病死率，甚至部分患者肺功能可能改善。

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