太原市中学大气污染与学生呼吸道健康关联研究

樊茜楠,李承欢,李甜,白旭,赵卓慧,张昕*

(1.山西大学 环境科学研究所,山西 太原 030006;2.复旦大学 公共卫生学院,上海 200032)

0 引言

哮喘是一种常见的气道慢性炎症疾病,可反复引起患者呼吸时胸部有哮鸣音、咳嗽和呼吸困难等症状。有研究表明近年来在亚洲儿童哮喘的患病率仍然呈现升高趋势[1]。我国一项针对全国0-14岁儿童哮喘患病情况的调查研究显示,1990年我国儿童哮喘的患病率为0.91%,10年间(1990-2000年)儿童哮喘患病率上升了64.84%[2],与发达国家相比,我国儿童哮喘的发病率较低,但是死亡率却位居全球第一,高达367/10万[3]。在校初中生处于生长发育阶段,生理器官及免疫系统仍未完全发育,暴露大气污染效应更加显著,是呼吸道疾病(哮喘)的高发人群。已有研究指出,长期或者短期暴露于高浓度的大气污染中,均会使得儿童患呼吸道疾病(咳嗽、哮鸣音和喘息等)的风险升高,且颗粒物浓度越高的地方,慢性呼吸道疾病的患病人群越密集[4]。伍燕珍等[5]发现,大气颗粒物的浓度与儿童咳嗽、咯痰等呼吸系统症状的报告率之间,以及SO2浓度和儿童喘鸣、持续咳嗽的报告率之间均为显著正相关关系,而且北方地区的大气污染对儿童呼吸系统疾病的影响更为显著。此外,针对大气高浓度污染的短期暴露研究发现,空气污染水平升高,FeNO(呼出气一氧化氮)和FeH2S(一种新的气道炎症标志物)都会显著升高[6],且每当PM10的浓度增加50 μg/m3,2岁以下和3-15岁儿童呼吸道症状患病率分别上升4%-12%和3%-9%[7]。关于冬春季节空气污染物浓度与儿童呼吸道疾病的相关性研究表明,NO2的浓度与儿童呼吸道感染的相关性最强,且其浓度每上升10 μg/m3,上呼吸道和下呼吸道感染分别增加4%和8%左右[8]。针对大气污染物短期暴露对人体健康的影响得出结论为,当O3浓度每增加10 μg/m3,研究人群的呼吸系统疾病和症状的报告率升高0.46%[9]。

学校环境是儿童成长的主要环境,对儿童的健康尤为重要。目前针对学校环境对儿童哮喘、呼吸道健康影响的研究在国内并不多见，本研究中关于初中学生哮喘、呼吸道症状以及呼吸道感染的患病率信息通过研究对象填写问卷的方式获得,随后利用仪器实地测量学校室内和室外的大气污染物浓度,数据包括PM10、SO2、NO2和O3,最后采用统计模型分析学校室内外主要大气污染物(PM10、SO2、NO2和O3)与哮喘、呼吸道症状以及呼吸道感染患病率的相关性,以期全面评估太原市大气环境对在校学生呼吸道健康的影响。

1 对象与方法

1.1 研究设计

2010年,在山西省太原市5个行政区随机选取了10所初中学校作为研究对象，其中迎泽区和万柏林区各2所,尖草坪和杏花岭区各1所,小店区4所。在所选每所学校随机选取5个初一班级或者全部初一班级(学校的初一班级少于5个)。经过每所学校校长和班主任老师的同意后,通过班主任向本班级学生发放健康调查问卷。随后在每个所选班级的教室内进行室内环境数据(包括PM10、SO2、NO2和O3)检测,同时再以学校为单位,对每所学校进行室外环境检测,检测大气污染物同室内检测。最后,将所检测的大气环境污染物浓度与哮喘等呼吸道症状的相关性通过统计学模型进行分析。

1.2 研究对象

选取的10所初中学校,学生的年龄为11-15岁,参与调查的男女比例接近1∶1,共发出问卷2 335份,回收问卷2 134份,应答率为91.4%。问卷调查完成一周后,分别对10所学校和39个班级(1 877名学生)进行了室外和室内污染物PM10、SO2、NO2和O3的检测与收集。调查前,所选学校均无严重的大气污染事件,在校学生均无患有严重的呼吸系统疾病。

1.3 大气污染物检测

在学生正常上课的情况下,采用实时大气颗粒物检测装置DUST TRAK II 8532(TSI instruments Ltd.,USA)对室内外的PM10进行监测。采用被动吸附滤膜(IVL瑞典环境研究中心提供)对室内外的SO2、NO2和O3进行检测。室内采样点设置在每个接受监测的教室后部,采样点高度大约与学生上课呼吸带高度一致,距地面1.0～1.5 m;同一学校的室外污染物浓度基本一致,因此所选室外监测位点主要是考虑要防雨雪,能自然通风,其位点高度接近学生呼吸带,每所学校设置一个室外监测位点。室内外PM10样品均在学生早上8点上课时开始进行,每所学校以及每间教室在调查期内进行一次连续4 h的监测,测量结束后,通过TraKPro软件导出数据。测量室内SO2、NO2和O3浓度时,将固定在硬纸板上的滤膜粘贴在教室后面的墙壁上,距离地面同样是1.0～1.5 m。测量室外SO2、NO2和O3浓度时,考虑到天气因素的影响,我们先采用通风良好的塑料装置将采样膜遮盖。SO2、NO2和O3样品均在学生早上8点上课时开始进行,每所学校以及每间教室在调查期内进行一次连续7 d的监测,即以7 d测量的均值来反映实际暴露浓度。采样结束后,送往专业的实验室进行分析。

1.4 问卷调查

此项研究所用问卷主要参考欧洲呼吸健康调查表,同时针对我国的基本情况和学校建筑特征进行了调整,从而更适合我国在校初中生。本研究选取问卷中的问题如表1所示,把问题10-12归为一个问题,即夜间呼吸困难或者喘息。问卷使用Epidata 3.1进行数据双录入,建立数据库。统计过程中,以“1”和“0”赋值,分别代表症状问题的“是”与“否”。调查问卷中的个人信息均进行保密处理。

表1 哮喘、过敏以及呼吸道症状的问卷信息

1.5 医学伦理声明

此项研究得到了太原市教育局、太原市中小学生卫生保健所以及复旦大学医学伦理委员会的批准与支持。所有参与此项调查研究的学生和家长都签署了知情同意书。与调查问卷一起发放的同意书表明,如果受试者回答并返回调查表,就意味着已经取得了他们的知情同意。

1.6 统计分析

本研究采用STATA 13.0统计分析软件对实验数据进行分析。不同性别儿童哮喘、过敏和呼吸道疾病的患病率差异用卡方检验进行比较。调整混杂因子为性别、年龄、父母过敏/哮喘,运用two-level Logistic回归(班级,学生)分析太原市中学室内外大气环境与儿童哮喘等呼吸道症状关联。所有的统计学分析,均采用了5%的显著性水平和双侧检验。

2 结果

2.1 儿童哮喘、过敏和呼吸道症状的患病情况

本研究设计对象2 335人,实际参与对象2 134人(91.4%)。参与调查学生男女比例接近1∶1,年龄11-15岁,平均年龄13.7岁。表2结果显示,曾患哮喘(1.1%)、医生诊断哮喘(1.1%)、对猫过敏(1.2%)以及对狗过敏(0.6%)的患病率比较低,呼吸道症状和呼吸道感染的患病率较高。男孩比女孩报告有更多的呼吸时胸部有哮鸣音症状,女孩比男孩报告有更多的呼吸道感染。白天呼吸困难、夜间干咳以及夜间呼吸困难/喘息等症状的患病率在性别上无统计学差异(P>0.05)。

表2 太原市中学生哮喘、过敏和呼吸道症状的患病率(n=2 134)

2.2 室内外环境和大气污染物检测

调查学校的建筑材料主要为砖和混凝土,所有教室均无通风设备、空调和电风扇等,均采用自然通风方式,每个教室平均有四扇窗户。室内地板多为水泥材质,学生每天拖地1～3次。所有教室均没有明显的漏水或墙壁、地板及天花板潮湿的现象。学校现场环境检测结果如表3所示,教室室内SO2、NO2、O3和PM10的平均浓度分别为65.6 μg/m3、42.6 μg/m3、8.5 μg/m3和118 μg/m3。学校室外SO2、NO2、O3和PM10的平均浓度分别为173.3 μg/m3、46.7 μg/m3、18.0 μg/m3和188 μg/m3。一般认为室内与室外污染物浓度的比值越小,室外空气对室内空气的影响越大。由表3可知,SO2、NO2、O3和PM10的室内平均浓度与室外平均浓度之比分别为:38%, 91%, 47%和63%,其中有25个(64%)教室的PM10室内浓度超过了世界卫生组织(WHO)的标准。

表3 太原市10所学校室内外大气污染物浓度

2.3 儿童哮喘等呼吸道症状与室内外大气污染物的相关性

图1为室内外SO2(A)、NO2(B)、O3(C)和PM10(D)与哮喘、呼吸道症状以及呼吸道感染的相关性(P>0.05)。SO2、NO2和O3与此五种症状无显著相关性。室外PM10每增加10 μg/m3,白天呼吸困难比值比 (Odds ratio, OR)值为1.07,夜间干咳OR值为1.13,呈现显著正相关(P<0.05);室内PM10每增加10 μg/m3与夜间干咳呈现显著正相关(OR值为1.20)。

Fig.1 Associations between measured SO2, NO2, O3,PM10and asthma symptoms and respiratory infections (n=1 877)(*P<0.05)图1 哮喘、呼吸道症状以及呼吸道感染与室内外SO2、NO2、O3和PM10的相关性(n=1 877)(*P<0.05)

3 讨论

研究表明在校中学生呼吸道症状和呼吸道感染的患病率很高,其中,男孩比女孩报告有更多的呼吸时胸部有哮鸣音症状,女孩比男孩报告有更多的呼吸道感染。室外PM10浓度与白天呼吸困难症状呈现显著正相关,室内和室外PM10浓度均与夜间干咳症状呈现显著正相关。本研究的主要优势在于将学生呼吸道疾病患病情况与基于学校现场的环境监测相关联,测定结果更能真实的反映学生的暴露-效应关联。

本研究的学校和班级均为随机选取,样本量合理,问卷应答率达到91.4%,因此不存在选择性偏倚。此外,调查问卷已经广泛用于流行病学的调查研究中,与哮喘等呼吸道症状相关的问题有较高的专业性和针对性,所有环境测量均采用相同的仪器和方法进行,所以信息偏倚不是本研究最大的局限性。然而环境体系中的空气污染物不是单独存在的,各种污染物可能会共同作用对人体产生关联效应,所以室内外环境中的其他相关因素有待下一步的深入研究。

研究发现,在校学生夜间呼吸困难/喘息和呼吸时胸部有哮鸣音的患病率分别为3.6%和4.4%,夜间干咳和白天呼吸困难的患病率分别为11.6%和18.7%,呼吸道感染的患病率最高为32.3%。这些呼吸道症状的报告率均高于医生诊断哮喘的报告率(1.1%),这一结果与我国上海以及韩国等其他国家针对儿童哮喘的调查研究结果基本一致,体现了哮喘报告率较低,而与哮喘相关的症状(喘息、哮鸣音等)报告率较高的特点[10-11]。造成此结果的原因可能是不同的诊断标准,不同的医疗条件致使医生诊断哮喘的结果产生了差异;亦或社会缺乏对哮喘的认识,并没有意识到个体已患哮喘疾病。如果用与哮喘相关的症状代替“哮喘”一词,可能会产生不同的回答效果。

本研究发现室外PM10与白天呼吸困难和夜间干咳呈现显著正相关(P<0.05),以及室内PM10与夜间干咳呈现显著正相关(P<0.05),调整的混杂因子为性别、年龄、父母过敏/哮喘等混杂因子。室内和室外PM10的平均浓度分别是118 μg/m3和188 μg/m3,均高于WHO建议的健康标准,即PM10的最大日均值为50 μg/m3[12]。根据太原市环境监测站的数据,在本实验期间,室外PM10的平均浓度为150 μg/m3(数据未显示),可以表明我们测得的PM10数据是有效可靠的。奥地利的研究表明,学校室内PM10会引起炎症和过敏反应,而室外PM10主要诱导解毒酶的表达,这表明室内外PM10可引起不同的健康效应[13]。圣玛尔塔的研究表明,当6-14岁的儿童暴露于PM10浓度高于70 μg/m3的环境中时,将会增加上呼吸道症状患病的风险[14]。法国的学校研究发现教室内的PM2.5与学生哮喘症状之间有关联[15]。本研究未发现SO2、NO2和O3与儿童呼吸道症状的相关性,也与一些文献报道一致。我国关于7 000多名在校学生长期暴露于大气污染物与呼吸道健康的相关性研究显示,NO2、SO2和PM10均与在校学生呼吸道症状呈现正相关,但是NO2、SO2与哮喘等呼吸道症状的相关性要比PM10的相关性弱[16]。本研究中化学污染物与呼吸道症状和呼吸道感染的相关性并不显著(P>0.05),可能是因为学校环境中PM10的浓度较高,致使其他化学污染物对学生呼吸道健康的不利影响并未显现。

4 结论

太原市初中生呼吸道症状的报告率分别为呼吸道感染为32.3%、白天呼吸困难为18.7%、夜间干咳为11.6%、呼吸时胸部有哮鸣音为4.4%以及夜间呼吸困难/喘息的报告率为3.6%,均高于医生诊断哮喘的报告率(1.1%),体现了我国儿童哮喘报告率较低,而与哮喘相关的症状(喘息、哮鸣音等)报告率较高的特点。其次,室外PM10与白天呼吸困难有正相关关系,不论室内还是室外的PM10都与夜间干咳有显著正相关关系。结果提示在我国煤烟型污染为主的地区,学龄儿童呼吸道症状同时会受到学校室内外PM10的影响。