PM2.5与急性心肌梗死的急性效应关系研究

陈军，王万虹，张志勇，张荣林，程勇，程春齐

PM2.5与急性心肌梗死的急性效应关系研究

陈军1，王万虹2，张志勇1，张荣林2，程勇3，程春齐3

目的分析区域内大气细颗粒物（PM2.5，颗粒物直径≤2.5 μm）浓度与暴露人群急性心肌梗死（AMI）的相关性，探索PM2.5对AMI的影响。方法收集2014年宿迁市市区大气污染物PM2.5、可吸入颗粒物（PM10，颗粒物直径≤10 μm）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）水平以及人群AMI数据，采用双向对称性病例交叉设计和条件Logistic回归模型，分析大气颗粒物PM2.5水平与AMI的关系，即选取AMI发生前1周和发生后1周作为对照期，以AMI发生当天（24 h内）为病例期；采用滞后模型分别观察大气PM2.5当天（1ag0）以及滞后1～5 d（1ag1～lag5）对居民发生AMI的影响。结果1675例AMI，其中急性ST段抬高型心肌梗死（STEMI）633例，急性非ST段抬高型心肌梗死（NSTEMI）1042例；PM2.5影响区域人群AMI和NSTEMI发生的急性效应差异无统计学意义，但PM2.5每增加10 μg/m3发生STEMI的风险增加1.09倍（OR=1.09，95%CI：1.01～1.14，P＜0.05），这一影响存在2 d的滞后期；多污染物模型分析显示PM2.5+PM10和PM2.5+SO2模型PM2.5浓度水平每升高10 μg/m3发生STEMI的OR值分别为1.07（95%CI：1.01～1.14，P＜0.05）和1.05（95%CI：1.00～1.11，P＜0.05）。发生STEMI的风险在寒冷季节高于温暖季节（OR=1.14，95%CI：1.03～1.21，P＜0.05），在性别、年龄、吸烟史及合并疾病中差异没有统计学意义。结论短期PM2.5暴露增加了发生STEMI的风险，在寒冷季节效应更加显著，PM2.5对AMI的影响不容忽视。

PM2.5；急性心肌梗死；病例交叉研究

随着我国经济规模的不断扩大和城市化进程的加快，大量能源消耗带来了空气质量的显著下降，空气污染已经成为危害公众健康的常态问题。近年来大量研究及流行病学调查显示大气污染尤其是大气颗粒物（PM）与心血管疾病发病率和死亡率密切相关[1-3]。我们注意到不同研究中PM与心血管病的效应关系结论并不一致。有研究表明[4]不同区域的空气质量，由于其颗粒物浓度和组成不尽一致，其效应关系也会体现不同。事实上目前国内缺乏有关大气颗粒物与急性心肌梗死（AMI）的急性效应关系研究，同时我国大气颗粒物浓度与欧美等发达国家存在着巨大差距，中国6城市空气质量监测数据[5]表明日均细颗粒物（PM2.5，颗粒物直径≤2.5 μm）浓度为55～177 μg/m3，这一数据超过了美国南加利福尼亚州烟雾弥漫的上世纪70年代，是目前美国环境空气质量标准（35 μg/m3）的4倍；在北京的监测数据达到800 μg/m3的超高值。这种显著差异是否会造成我国PM2.5与AMI急性效应关系与欧美国家存在不同有待进一步揭示。因此，探索我国区域内PM2.5与AMI的急性效应关系有重要意义。

1 资料和方法

1.1 研究对象及数据来源

①大气污染物数据来源于江苏省宿迁市环境监测中心站，包括常规收集的2014年宿迁市辖区内4个环境监测点日均PM2.5、可吸入颗粒物（PM10，颗粒物直径≤10 μm）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）浓度。②AMI病例资料来自宿迁市市区的4所医院：宿迁市人民医院、宿迁市中医院、宿迁市钟吾医院、宿迁市东方医院；发病时间为2014年1月1日～12月31日的AMI住院患者1675例，其中急性ST段抬高型心肌梗死（STEMI）633例，非ST段抬高型心肌梗死（NSTEMI） 1042例；男性975例（58.21%）。入选标准：出院诊断为AMI，肌钙蛋白I超过正常参考值上限并有以下一种心肌缺血证据：①心肌缺血临床症状；②心电图出现新的心肌缺血变化，即新的ST段改变或左束支传导阻滞；③心电图出现病理性Q波；④影像学证据显示新的心肌活力丧失或区域性室壁运动异常，包括STEMI[6]和NSTEMI[7]。排除标准：基线肌钙蛋白正常、接受经皮冠状动脉介入治疗（PCI）患者发生PCI相关的心肌梗死。病例信息包括性别，年龄、居住地、发病日期、发病季节（寒冷季节：10～3月，温暖季节：4～9月）、吸烟史、合并疾病（高血压病和糖尿病）。

1.2 研究方法

AMI为短期急性事件，国内外研究PM对心血管疾病影响多采用病例交叉和时间序列两种方法。病例交叉分析由于采用自身做对照，从而可有效控制遗传、社会经济状况、生活习惯等个体特异性混杂因素的影响[8]。对称性双向病例交叉是通过研究事件发生前后的暴露情况，可在原有的基础上有效控制时间趋势带来的影响[9]。本研究应用对称性双向病例交叉设计分析大气PM2.5对AMI的影响。本研究选取AMI发生前1周和发生后1周作为对照期，以AMI发生当天（24 h内）为病例期。采用滞后模型分别观察大气PM2.5当天（1ag0）及滞后1～5 d（1ag1～lag 5）对居民发生AMI的影响，以确定最佳滞后期。

1.3 统计学分析

采用条件logistic回归分析方法，以每日AMI的新发病例数为权重，采用SPSS 19.0软件的COX回归模块进行拟合，考虑到大气污染中的其他因素可能同时对AMI的发生产生影响；分别分析单污染物PM2.5和多污染物PM2.5+PM10、PM2.5+NO2、PM2.5+SO2、PM2.5+CO、PM2.5+O3、PM2.5+PM10+NO2+SO2+CO+O3条件下每日AMI发病人数在病例期与对照期PM2.5暴露的效应值（OR值）；考虑到气象因素对AMI发生的影响，将日平均气温做为控制变量一起选入回归模型;本研究采用大气PM2.5每改变10 μg/m3计算AMI发生风险的OR值。不同大气污染物间的关系采用spearman相关系数进行描述；P＜0.05为差异具有统计学意义。为调整混杂因素对结果的影响，按照性别（男、女）、年龄（＜65岁，≥65岁）、季节（温暖、寒冷）、有无吸烟史、合并疾病进行分层。分别分析对上述因素分层后，大气PM浓度对暴露人群的影响。P＜0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况描述

研究时间段内（2014年1月1日～12月31日）共有AMI住院患者1675例，其中STEMI 633例，NSTEMI 1042例；男性975例（58.21%）；65岁以上占904例（53.97%），发生在寒冷季节932例（55.64%），多于温暖季节发病例数;吸烟史965例（57.61%）；合并高血压病史1027例（61.31%），合并糖尿病史506例（30.21%），表1。

2.2 研究期间污染物情况描述

本研究中区域大气污染物浓度（表2），其中PM2.5年日均值为66.04 μg/m3，最大值280.33 μg/m3。各种大气污染物之间存在着显著的相关性（表3），PM2.5与PM10间的相关性最为密切（r=0.837）。

2.3 采用单污染物模型分析滞后0-5 d大气颗粒物水平对入院AMI患者数量的影响

我们发现PM2.5水平与总的AMI发生情况并无统计学意义的关联效应，对NSTEMI的影响也没有统计学意义。我们发现滞后2 d的PM2.5浓度水平对STEMI的发生存在影响，PM2.5每升高10 μg/m3发生STEMI的风险增加1.09倍（OR=1.09，95%CI：1.01～1.14，P＜0.05），表4。

2.4 多污染物模型中大气PM2.5浓度水平对居民发生AMI的影响分析

PM2.5+ PM10和PM2.5+SO2模型中滞后2 d PM2.5浓度水平每升高10 μg/m3发生STEMI的OR值分别为1.07（95%CI：1.01～1.14，P＜0.05）和1.05（95%CI：1.00～1.11，P＜0.05），表5。

表1 本研究中AMI患者的一般资料

2.5 以性别、年龄、季节、吸烟史及合并疾病分层分析滞后2 d的PM2.5浓度水平对人群STEMI发生影响

表2 本研究中区域空气污染物监测浓度数据（μg/m3）和气象因素描述

表3 本研究中区域2014年大气各污染物间的spearman相关系数

表4 不同滞后期PM2.5每增加10μg/m3浓度发生AMI的相对危险度值

3 讨论

目前大气颗粒物对冠状动脉粥样硬化性心脏病的进展和触发急性冠脉事件的影响已经成为研究的一个热点。现有研究都集中在欧美等经济发达国家，一项包括欧洲22个关于空气污染物与心血管病死亡率关系研究的Meta分析[10]表明长时间暴露于空气污染环境，大气颗粒物PM2.5造成心血管疾病死亡风险比每升高5 μg/m3为1.21；欧洲空气污染影响研究计划项目中针对5个国家100 166例长达11.5年的前瞻性研究[11]提示即使大气颗粒物浓度符合欧洲空气质量标准，PM2.5每升高5 μg/m3增加13%的急性冠脉事件，PM10每升高10 μg/m3增加12%的急性冠脉事件；另一项美国多城市时间序列研究[12]同样表明PM2.5浓度升高增加了心血管病的死亡风险（风险比1.18），这种影响可随季节变化和颗粒物组成不同略有差异；另一项采用美国疾病预防和控制中心（CDC）登

表5 滞后2 d PM2.5浓度水平每升高10 μg/m3对AMI影响的多污染物模型数据

我们发现每升高10 μg/m3发生STEMI的风险在寒冷季节（OR=1.14，95%CI：1.03～1.21）高于温暖季节（P＜0.05），在性别、年龄、吸烟史及合并疾病中差异无统计学意义（P＞0.05），表6。记数据分析PM2.5与心血管病住院人数的研究[1]表明，PM2.5每升高5 μg/m3增加了3%的住院人数。

表6 以年龄、性别、季节、吸烟及合并疾病分层PM2.5每增加10 μg/m3浓度发生STEMI的相对危险度值

我们研究发现短期暴露在较高大气颗粒物PM2.5浓度下并未增加AMI的总体风险，但是增加了发生STEMI的风险；在单污染物模型和多污染物模型（PM2.5+PM10和PM2.5+SO2模型）中PM2.5均增加了发生STEMI的风险。研究中PM2.5日均浓度对STEMI的影响滞后效应为2 d；与Scott等研究[13]中暴露当天和Zhang等[14]研究中滞后1 d STEMI患者急诊就诊风险最高并不一致。

PM2.5是大气污染的主要成分之一，也是能见度降低的首要原因，空气中PM2.5含量越高，空气污染就越严重。此外PM2.5成分复杂，颗粒小，数量多，表面较大，传播距离较远，易于吸附空气中的有毒有害物质如化学物质、细菌、病毒等，并可随人的呼吸进入体内，甚至进入到肺泡和血液中，导致各种疾病。动物实验[15]显示吸入高浓度的颗粒物大气污染，使心肌梗死的面积增加一倍；接触高浓度的细颗粒污染物数天使AMI动物的ST段抬高加剧[16]。研究表明[17]PM2.5引起的炎症反应能促进动脉粥样硬化的进展，引发动脉硬化斑块的不稳定。Seaton[18]通过大量流行病学及实验室资料的研究后指出，PM2.5所致的肺部炎症反应可以启动和促进凝血过程，从而导致凝血功能的异常，易于形成血栓，从而使心肌梗死发生的危险性升高。综上PM2.5对心肌梗死的损害可能是炎症反应导致血液成分发生改变，血液粘度增高，凝血功能及血管功能障碍，导致血栓形成，粥样斑块不稳定从而促发AMI的发生。

本研究中的PM2.5对急性ST段抬高型心肌梗死的短期效应关系与北京安贞医院[14]的一项研究一致，该研究发现PM2.5在年龄超过65岁的人群中影响更为显著，我们的研究中没有发现这种差异，但发现寒冷季节较温暖季节PM2.5与STEMI的急性效应关系存在着更高的风险。Gardner等[19]的研究也提示PM与NSTEMI并无关联，但PM2.5水平每升高7.1 μg/m3发生STEMI的风险增加了18%。本研究中发现大气污染物中的多种成分间存在着显著的相关性，虽然统计学结果仅提示PM2.5增加了发生STEMI住院的风险，但多污染物模型分析同时提示污染物间的交互作用会影响STEMI的发生。

宿迁市位于江苏省北部，介于北纬33°8′～34°25′，东经117°56'～119°10′之间，属于长江三角经济圈（带）、东陇海产业带、沿海经济带、沿江经济带的交叉辐射区，其空气质量受华东地区和华中地区的共同影响，因此宿迁的空气质量在一定程度上也反映上述地区的空气质量。本研究中大气污染物数据均来自固定监测站，但由于每个个体的生活习惯、活动范围、工作性质不同，人们对于PM2.5的实际暴露水平和环保部门对外公布的环境空气质量中的PM2.5研究性监测数据是不一致的，因此本研究中存在不可避免且难以估计的暴露水平测量误差。同时本研究样本量较小，其结论仍需更多的研究进行验证。总之，短期PM2.5暴露增加了发生STEMI的风险，在寒冷季节效应更为显著，PM2.5对AMI的影响不容忽视。

[1]Talbott EO,Rager JR,Benson S,et al. A case-crossover analysis of the impact of PM2.5on cardiovascular disease hospitalizations for selected CDC tracking states[J]. Environmental Research,2014,134(2014):455-65.

[2]Milojevic A,Wilkinson P,Armstrong B,et al. Short-term effects of air pollution on a range of cardiovascular events in England and Wales:case-crossover analysis of the MINAP database,hospital admissions and mortality[J]. Heart ,2014,100(14):1093-8.

[3]董凤呜,莫运政,李国星,等. 大气颗粒物(PM10/PM2.5)与人群循环系统疾病死亡关系的病例交叉研究[J]. 北京大学学报(医学版),2014,45(3):398-407.

[4]Rich DQ,Özkaynak H,Crooks J,et al. The Triggering of Myocardial Infarction by Fine Particles Is Enhanced When Particles Are Enriched in Secondary Species[J]. Environmental Science & Technology,2013,47(16):9414-23.

[5]Wendt CH,Ramachandran G,Lo C,et al. Increasing Fine Particulate Air Pollution in China and the Potential Use of Exposure and Biomarker Data in Disease Prevention[J]. Chem Res Toxicol,2015,28(28):319-24.

[6]中华医学会心血管病学分会,中华心血管病杂志编辑委员会. 急性ST段抬高型心肌梗死诊断和治疗指南[J]. 中华心血管病杂志,2010,38(8):675-91.

[7]中华医学会心血管病学分会,中华心血管病杂志编辑委员会. 非ST段抬高急性冠状动脉综合征诊断和治疗指南[J]. 中华心血管病杂志,2012,40(5):353-68.

[8]张政,詹思延. 病例交叉设计[J]. 中华流行病学杂志,2001,22(4):304-9.

[9]王旭英,董凤明,金明好,等. 大气可吸入颗粒物对脑血管病死亡影响的病例交叉研究[J]. 中华流行病学杂志,2013,34(4):331-5.

[10]Beelen R,Stafoggia M,Raaschou-Nielsen O,et al. Long-term Exposure to Air Pollution and Cardiovascular Mortality[J]. Epidemiology,2014,25(3):368-78.

[11]Cesaroni G,Forastiere F,Stafoggia M,et al. Long term exposure to ambient air pollution and incidence of acute coronary events:prospective cohort study and meta-analysis in 11 European cohorts from the ESCAPE Project[J]. BMJ,2014,348:f7412.

[12]Dai L,Zanobetti A,Koutrakis P,et al. Associations of Fine Particulate Matter Species with Mortality in the United States:A Multicity Time-Series Analysis[J]. Environmental Health Perspectives,2014,122(8):837-42.

[13]Weichenthal S,Lavigne E,Evans G,et al. Ambient PM2.5and risk of emergency room visits for myocardial infarction:impact of regional PM2.5oxidative potential:a case cross over study[J]. Environmental Health,2016,15(46):1-9.

[14]Zhang Q,Qi W,Yao W,et al. Ambient Particulate Matter (PM2.5/ PM10)Exposure and Emergency Department Visits for Acute Myocardial Infarction in Chaoyang District, Beijing,China During 2014:A Case-Crossover Study[J]. J Epidemiol, 2016,26(10):538-45.

[15]Anselme F,Loriot S,Henry JP,et al. Inhalation of diluted diesel engine emission impacts heart rate variability and arrhythmia occurrence in a rat model of chronic ischemic heart failure[J]. Arch Toxicol,2007,81(4):299-307.

[16]Wellenius GA,Coull BA,Godleski JJ,et al. Inhalation of concentrated ambient air particles exacerbates myocardial ischemia in conscious dogs[J]. Environ Health Perspect,2003,111(4):402-8.

[17]Nurkiewicz TR,Porter DW,Barger M,et al. Systemic microvascular dysfunction and inflammation after pulmonary particulate matter exposure[J]. Environ Health Perspect,2006, 114(3):412-9.

[18]Seaton A,MacNee W,Donaldson K,et al. Particulate air pollution and acute health effects[J]. Lancet,345(8943):176-8.

[19]Gardner B,Ling F,Hopke PK,et al. Ambient fine particulate air pollution triggers ST elevation myocardial infarction,but not non-ST elevation myocardial infarction:a case-crossover study[J]. Part Fibre Toxicol,2014,11:1. doi:10.1186/1743-8977-11-1.

Relationship between airborne fine particulate matter and acute effect of acute myocardial infarction

Chen Jun*, Wang Wanhong, Zhang Zhiyong, Zhang Ronglin, Cheng Yong, Cheng Chunqi.
*Department of Cardiovascular Diseases, First People's Hospital of Suqian City, Suqian 223800, China.
Corresponding author: Wang Wanhong, E-mail: wangwanhongsq@163.com

ObjectiveTo analyze the correlation between the concentration of intra-regional airborne fine particulate matter (PM2.5, particulate matter diameter≤2.5 μm) and acute myocardial infarction (AMI) in exposure population, and discuss the influence of PM2.5on AMI.MethodsThe data of levels of PM2.5, inhalable particle(PM10, particulate matter diameter≤10 μm), nitrogen dioxide (NO2), sulfurous anhydride (SO2), carbonic oxide (CO)and ozone (O3), and AMI data were collected from Suqian City in 2014. The relationship between PM2.5level and AMI was analyzed by using two-way symmetrical case-crossover design and conditioned Logistic regression model,taken 1 week before AMI attack and 1 week after AMI attack as control period, and the day of AMI attack (within 24 h)as case period. The influence of PM2.5level on AMI attack was observed by using lag model at the day of AMI attack(1ag0), and 1 d to 5 d after AMI attack (1ag1-lag5) in population.ResultsThere were 1675 patients with AMI, and 633 with ST-segment elevation myocardial infarction (STEMI) and 1042 with non-ST-segment elevation myocardial infarction (NSTEMI). The difference in acute effect between AMI and NSTEMI had no statistical significance in population in PM2.5influencing area. When PM2.5level increased every 10 μg/m3, risk of STEMI increased by 1.09 times (OR=1.09, 95%CI: 1.01～1.14, P＜0.05), and this influence had 2-d lag period. The results of multi-pollutant model analysis showed that in PM2.5+PM10model and PM2.5+SO2model, PM2.5level increased every 10 μg/m3,risk of STEMI increased, respectively, by 1.07 times (OR=1.07, 95%CI: 1.01～1.14, P＜0.05), and by 1.05 times(OR=1.05, 95%CI: 1.00～1.11, P＜0.05). The risk of STEMI was higher in cold season than that in warm season(OR=1.14, 95%CI: 1.03～1.21, P＜0.05), and the difference of STEMI risk in sex, age, smoking and complication diseases had no statistical significance.ConclusionThe short-term of exposure to PM2.5increases risk of STEMI,which is more significant in cold season. The influence of PM2.5level on AMI attack cannot be ignored.

Ambient particulate matter; Acute myocardial infarction; Case-crossover study

宿迁市科技计划项目(S201307)

1223800 宿迁,宿迁市第一人民医院心血管内科;2223800 宿迁,南京鼓楼医院集团宿迁市人民医院心血管内科;3223800 宿迁,宿迁市钟吾医院心血管内科

王万虹,E-mail:wangwanhongsq@163.com

10.3969/j.issn.1674-4055.2017.11.09

R542.22

A

1674-4055(2017)11-1323-04

阮燕萍