乌鲁木齐市空气颗粒物对哮喘患者肺功能影响的研究

张莉 凌敏

大气细颗粒物(fine particulate matter，PM) 是指依据环境空气中的空气动力学当量直径区分的颗粒物，大量流行病学研究表明，PM能引起机体呼吸系统、心血管系统和免疫系统疾病，其主要损伤机制包括氧化应激和炎症反应损伤、遗传损伤、免疫损伤、细胞自噬和凋亡等。目前，国内外已经有较多研究证实了空气细颗粒物污染对健康人以及哮喘患者肺功能的影响。研究表明，大气中PM2.5，每升高10 ug/m3，人群呼吸系统疾病的死亡率则从2．1%增加到3．75%[1]。PM 2．5的危害一方面是其沉积在肺泡中的刺激作用，另一方面是它的载体作用，吸附大量有毒物质。长期暴露于空气颗粒物粒径 ≤10 m (particulate m atter≤10 m in aerodynam ic diam eter， PM10) 和 2． 5 m(p articulate m atter≤2.5 m in aerodynam ic diam eter，PM 2.5)、 二氧化氮 (nitrogen dioxide ， NO2， ) 、 二氧化硫 (sulfur dioxide， SO2： ) 可导致第一秒用力呼出气容积 (forced expirator y volume in 1 second ， FEV1) 和用力肺活量 (forced vital capacity，FVC)下降，其中以PM 10可导致 FEV1和 FVC下降的证据更一致[2]； 此外也有研究发现 PM2.5、NO、 臭氧(ozone， 03)等空气污染物对健康成人FEV1、 FVC有短期负性影响。综合近几年国内外研究发现，其中对于空气中不同颗粒物对于儿童、成人哮喘患者，肺功能影响数据不一，荷兰的PATY研究[3]、欧洲的ES-CAPE研究以及希腊的研究[4]均没有发现PM10对健康儿童肺功能的影响。2017年北京协和医院一项研究证实空气中PM10暴露3个月对肺通气功能产生负面影响，暴露浓度越高，肺功能下降越显著[5]。 近年来，因空气污染导致的健康问题不断增加，尤其是呼吸系统疾病,其原因可能为空气中颗粒物能够激活上皮细胞谷胱甘肽S-转移酶去磷酸化[6]，可直接影响肺的通气功能，诱发气道炎症反应，引起肺部炎症及免疫反应等[7-8]。一项研究表明，PM10可以通过矿物质成分诱导红细胞溶血[9-10]。综上所述，长期暴露于空气细颗粒物会对集体产生诸多不利影响。

乌鲁木齐是“一带一路”政策的代表性城市，PM的浓度不仅影响患者健康，也会影响城市发展[11-12]。而乌鲁木齐地理环境因素，冬季时间长，供暖时间长，随着经济发展，机动车辆数目逐年增长，老龄化人口多，呼吸道慢性疾病患病率高，但针对本土研究空气颗粒物暴露对呼吸道疾病的影响，目前数据少。故本研究重点关注在我市高污染条件下PM对哮喘患者及健康人群肺功能的影响，以利于地区相关环境保护、诊疗指南的制定。

资料与方法

一、一般资料

纳入2018年9月年至2019年6月我院收治的哮喘病人100人，纳入标准：(1) 年龄18-75岁，男性或女性；(2)规律药物治疗，无吸烟史或近1年戒烟。(3)符合哮喘诊断标准，符合哮喘的临床特征：反复发生的呼吸困难，可伴有哮鸣音，自行缓解或使用支气管扩张剂后症状缓解。病程中FEV1/FVC < 0.70，可逆试验后或治疗后FEV1/FVC 0.70， FEV1增加200 mL，增幅12%。；(4) 签署知情同意书。排除标准：(1) 距离最近一次重度急性发作恢复4周之内；(2)存在哮喘之外的其他急性或慢性呼吸疾病，包括肺部感染、或肿瘤；(3)血ALT或AST超过正常值上限2倍，血Cr超过正常值上限1.5倍；(4)左心功能不全，或恶性心率失常；(5)HIV阳性；(6)既往3个月内急性脑血管事件(中风、短暂性脑缺血发作、急性冠脉综合征)；(7)未治愈的恶性肿瘤；(8)精神疾病、药物成瘾、或酗酒；(9)哺乳、妊娠或计划妊娠；(10)其他包括不适于随访的受试者，预计不能配合的受试者，有基础疾病预计寿命小于2年者。

二、方法

每位受试者入组前需包括完善入组基线至少3次肺功能，记录每次随访日期及肺功能，天气数值，比较每个人不同时期肺功能指标的变化，并找出肺功能变化与天气数值变化之间关系。本研究哮喘组选取2018年至2019年就诊于我院诊断支气管哮喘病人，并每年完成至少2次肺功能检测，失访5例，有15例患者于急性发作期近2周内完善肺功能检测，故排除，实际入组30人，年龄(51±13岁)，其中男12人，女18人。采用问卷调查及专业人员随访的方式，每位入组人员需按照随访时间完成肺功能及临床评分(哮喘控制测试ACT评分及呼吸困难评分Borg指数)比较不同月份、不同空气颗粒物浓度下患者肺功能及各项评分的不同。

1 空气颗粒物数据

分析观察对象所在区域的大气污染浓度水平，收集2018年9月～2019年6月重度污染区及轻度污染区大气污染数据，PM资料以全国环保局网点监测数据为准。选取4个监测点的平均值。

2 肺功能

采用肺功能仪(德国 Erich Jaeger 公司)进行测定，肺功能测量仪的操作及取值标准遵照美国胸科协会和欧洲呼吸协会肺功能指南共识。记录人员为经过专业培训的医师，完成肺功能的检查，并记录病人每次随访的用力肺活量占预计值百分比(FVC%)、第1 秒用力呼气容积占预计值百分比(FEV1%)，一秒率(FEV1/FVC)。

三、统计学处理

本次研究当中的所有数据均采用SPSS Statistics 19.0统计软件进行处理，计量资料采用均数±标准差表示，重复测量间均数比较采用方差分析(F检验),多组之间两两比较采用SNK-Q检验的方法，描述变量间是否存在关联性及关联性的密切程度，采用相关性分析，计算Pearson相关系数。采用回归分析描述多变量间相互关系及规律性。P<0.05表示差异有统计学意义。

结 果

一、哮喘组病人不同月份(2018年9月，2018年12月，2019年3月，2019年6月)空气颗粒物PM2.5，PM10的浓度差异(见表1)。

由上表可知，PM2.5和PM10在各月份之间存在差异，2018年12月空气颗粒物浓度明显高于其他记录月份。

二、哮喘组病人不同月份(2018年9月，2018年12月，2019年3月，2019年6月分别记录为1,2,3,4)肺功能差异的比较(n=30)(见表2)。

由表2可知，不同的月份中，哮喘组病人的FEV1%、FEV1/FVC、ACT、Borg有显著性的差异(P<0.05)。

三、哮喘患者肺功能指标与空气颗粒物浓度相关性分析(n=30).空气质量中的PM2.5与FEV1%的相关系数为-0.225，P值为0.013，PM2.5与FEV1/FVC的相关系数为-0.310，P值为0.001，与ACT的相关系数为-0.416，P值为<0.001，与Borg指数的相关系数为0.355，P值为<0.001)，表明PM2.5与FEV1%、FEV1/FVC、ACT存在显著的负向相关，与Borg存在显著的正向相关关系。空气质量中的PM10与FEV1%的相关系数为-0.207，P值为0.023，FEV1/FVC的相关系数为-0.292，P值为0.001，与ACT的相关系数为-0.399，P值为<0.001，与Borg的相关系数为0.327，P值为<0.001，表明PM10与FEV1%、FEV1/FVC、ACT存在显著的负向相关，与Borg指数存在显著的正向相关关系。

表1 不同月份PM2.5，PM10的浓度比较

表2 不同月份哮喘患者FEV1%、FVC、FEV1/FVC、ACT、Borg的比较(n=30)

四、回归性分析

1 哮喘病人组分别以FEV1%，FVC%，FEV1/FVC为因变量，空气质量作为自变量，性别、年龄等作为控制变量进行回归分析。

由表3可知，年龄的标准系数β为-0.222，其P值分别为0.020(P<0.1)，PM2.5的标准系数β为-0.298，其P值为0.011(P<0.1)因此年龄、PM2.5对FEV1%有显著的负向影响。四个变量对FVC%都没有显著性的影响，以FEV1/FVC为因变量，年龄的标准系数β为-0.374，其P值为0.000(<0.05)，因此年龄对FEV1/FVC有显著的负向影响。以ACT评分为因变量，性别的标准系数β为0.188，其P值为0.034(<0.05)，因此性别对ACT有显著的正向影响。以Borg评分为因变量，性别的标准系数β为-0.318，其P值为0.000(<0.05)，PM2.5的标准系数β为0.616，其P值为0.064(P<0.1)因此性别对Borg评分有显著的负向影响，PM2.5对Borg评分有显著的正向影响(见表3)。

讨 论

空气污染已经在世界范围内导致了严重的健康问题。根据WHO的数据，2012年，室外空气污染导致全球370万人过早死亡，其中约88%发生在低收入和中等收入国家[13-14]；同时，每年室内空气污染(仅包括固体燃料)导致430万人过早死亡。呼吸系统容易受到空气污染的影响。已有研究显示所有空气污染物中，空气颗粒物(PM)对呼吸系统有负面影响的证据最强：PM会导致慢阻肺、哮喘、肺炎等疾病发病率和死亡率的增加[15-17]。一项分析了美国、韩国和中国台湾地区1050万份个人电子健康记录的研究发现，怀孕时的空气质量和阳光充沛程度对孩子日后健康有影响。比如，孕早期空气颗粒物 浓度高，日后出现心房颤动这种心律不齐的风险就高，也意味着卒中风险较高。若孕早期空气污染一氧化碳高，则孩子日后抑郁风险高[18]。

表3 哮喘患者FEV1%、FVC、FEV1/FVC、ACT、Borg与空气质量、性别、年龄的回归性分析

本研究结果显示，哮喘病人以及空气颗粒物(PM2.5，PM10)和不同月份监测的肺功能指标之间存在差异，且经过方差分析差异具有统计学意义。其中以2018年12月，2019年3月PM2.5、PM10出现高峰，表明冬季是乌鲁木齐市空气污染严重的高发期。考虑与乌鲁木齐为北方城市，冬季需采取供暖措施相关。通过相关性分析，PM2.5、PM10分别与FVC%的相关系数为-0.5，-0.022，但P值均>0.05，无统计学差异，表明不同浓度空气颗粒物暴露对哮喘病人的用力肺活量占预计值百分比(FVC%)没有影响。两种空气颗粒物(PM2.5、PM10)均对哮喘病人FEV1%，FEV1/FVC，ACT存在显著的负向相关，与Borg指数存在显著的正向相关关系。为了进一步明确不同因素对各项指标间的影响，故进一步完善多因素变量间的回归分析，得出PM2.5对FEV1%有更加显著的负向影响，且对呼吸困难指数评分(Borg指数)更加产生正向影响，空气中PM2.5浓度越高，对哮喘患者而言，肺功能FEV1%越低，通气功能障碍越明显，同时临床上病人胸闷、气短等呼吸困难越明显，呼吸困难指数评分越高。这也符合PM 2.5的理化特性，PM2.5，由于粒径更小，重量轻、表面积大，在大气中滞留时间长，传播距离远，易吸附空气中各种有 毒有害物质，且PM2.5中重金属元素，如Hg、Cd、 Te、Pb、Mn、As等，及机动车尾气排放的多环芳烃 含量高，所以PM2.5比PM10，更易进入呼吸道引起哮喘患者临床呼吸困难、咳嗽、喘息等症状[19]。

本研究随访人数较少，同时由于人员分布于不同区域，采用的检测地点只是取离家最近监测点，存在距离及其他影响因素的误差可能。目前仍在进一步寻找可明确测量出空气颗粒物进入人体的量及种类，查阅国内外文献，国内有专家通过分析尿液成分研究空气颗粒物代谢，从而间接计算吸入人体的量，但也存在一定误差，故我们拟下一步采用支气管镜下气管抽吸物方法通过化学分析，提取更加准确的定量数据。

综上所述，乌鲁木齐市冬季空气污染较重，空气颗粒物PM2.5对哮喘患者肺功能FEV1%影响更大，PM2.5浓度越高，临床上呼吸困难及咳嗽、气喘症状越明显，应加强重视。