银川市沙尘天气大气颗粒物对某医院呼吸系统疾病急诊人次的影响

张 娟，吴嘉荔，周思杰，张翰卿，张亚娟

（1.宁夏医科大学公共卫生与管理学院，银川 750004；2.宁夏医科大学总医院，银川 750004）

流行病学研究[1]显示，大气颗粒物与呼吸系统疾病之间存在关联，大部分研究中大气污染都将PM2.5作为主要污染物开展研究。大气PM2.5通常含有烟尘、酸性冷凝物、硫酸盐和硝酸盐颗粒，对人体危害极大。相比之下，PM10主要来自土壤和其他地壳物质，污染浓度通常与风速有关，而风速可能会降低细颗粒物的浓度[2]。

沙尘天气可分为5级：浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴、特强沙尘暴，其中沙尘暴指大风将沙尘吹起，使水平能见度＜1 km的天气现象。沙尘暴发生时风将地面沙尘卷起，导致大气中PM10浓度急剧升高，可能损害人群健康[3]。近年春季沙尘暴天气有增多的趋势，2021年春季10年罕见沙尘暴源自蒙古国南部和中国西北部形成的中亚沙暴区[4]，宁夏处于中国西部的黄河上游地区，从西面、北面至东面，被腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙地所围，南面与黄土高原相连，风沙侵袭严重，沙荒多，生态较脆弱[5]。为研究沙尘天气对居民呼吸系统健康的影响，本研究收集宁夏医科大学总医院因呼吸系统疾病急诊就诊的病例及近3年春季大气颗粒物污染数据，分析沙尘天气与呼吸系统健康的关系。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择2019—2021年春季宁夏医科大学总医院因呼吸系统疾病行急诊的人次为研究对象（呼吸系统疾病主要包括肺内的疾病和胸膜的疾病，比如肺内的急性上呼吸道感染、慢性阻塞性肺疾病、慢性肺源性心脏病、呼吸衰竭、支气管哮喘、支气管扩张、肺脓肿、肺炎、肺间质性病变、肺栓塞等，胸膜的疾病主要有胸腔积液、气胸等）。同时收集银川市2019—2021年春季每天的大气颗粒物污染浓度数据，气象条件考虑温度及相对湿度。

1.2 研究方法

1.2.1 暴露评估 由于沙尘暴的发生与大气PM10水平高度相关，故沙尘暴指标拟采用Bell等[6]关于PM10浓度超过一定范围（PM10＞115μg·m-3）的方法来表示，虽然使用高PM10水平的指示变量可能不是沙尘暴的最佳指标，但该指标确实能反映沙尘暴事件可能产生的颗粒物污染水平。2019—2021年春季具体沙尘暴天数见表1。

表1 2019—2021年春季沙尘PM 10＞115μg·m-3的日期

1.2.2 沙尘天气大气颗粒物与呼吸系统疾病急诊人次的关系分析 采用广义加性模型（GAM）对2019—2021年春季沙尘暴及大气污染与同期医院急诊呼吸系统疾病就诊人次之间的关系进行分析，基本模型如下：

其中，Yt为实际t日就诊人数；E（Yt）为预计t日就诊人数；β为回归系数，也称为暴露-反应关系系数；Cit-I为污染物i在t天的浓度，I为滞后天数（例如，I=0表示同日暴露，I=1表示前一天的暴露）；DOW为星期几的哑变量；ns（time，dftime）为具有dftime自由度的自然3次时间样条；ns（At，dfA）为温度（A）在第t天的自然3次样条。大气颗粒物污染对健康的影响可能受星期几变量因素的影响。短期影响用代表时间变量的自然样条表示。调整了温度和相对湿度。模型考虑了单日滞后（lag0～lag3）和滑动平均滞后（lag01～lag03），以检验滞后效应和累积效应。

1.3 统计学方法

通过GAM模型对呼吸系统疾病急诊人次与日均大气颗粒物浓度进行非线性拟合，建立大气颗粒物污染与呼吸系统疾病急诊人次的暴露-反应关系模型。系数计算：当大气颗粒物变化单位浓度时，每日呼吸系统疾病急诊人次的自然对数相对改变量即为OR（odds ratio）。单位浓度变化为大气颗粒物浓度每升高10μg·m-3，具体公式为OR=EXP（β），此基础上计算出OR的95%的可信区间（95%CI）为EXP［（β±1.96SE）］。

采用Akaike信息准则（AIC）来判断模型拟合的优度。按照上述分别建立2019—2020年模型，估算大气污染颗粒物对呼吸系统疾病急诊人次的影响，并考察颗粒物污染的滞后与累积效应。

所有统计分析均用R 4.0.5软件。大气颗粒物污染对呼吸系统急诊人次分析采用“gam”“splines”和“dlnm”等软件包。所有统计检验均为双侧检验，P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 呼吸系统疾病急诊人次及大气颗粒物污染的基本描述

2019—2021年春季因呼吸系统疾病而急诊就诊于宁夏医科大学总医院的总人数为5 871人，其中2019年2 582人，2020年1 415人，2021年1 874人；各年份呼吸系统急诊人数男性均多于女性，且≥65岁患者占40%以上；2021年患者结局为死亡的人数较前两年有所增加，见表2。

表2 2019—2021年春季因呼吸系统疾病急诊就诊人群的基本特征［例（%）］

整体来看，2019—2021年银川市春季大气颗粒物污染较严重，平均PM10污染浓度分别为88.33、83.66和163.34μg·m-3。2019—2021年春季沙尘天气（PM10＞115μg·m-3）与非沙尘天气相比，3年的大气PM2.5、PM10浓度差异均有统计学意义（P均＜0.01）。沙尘天气的PM2.5及PM10均超过非沙尘天气（如2021年沙尘天气大气颗粒物的平均PM10浓度425.04μg·m-3，而非沙尘天气为67.79μg·m-3）。结果亦显示当大气质量遭受沙尘天气时，2019年及2020年大气PM10平均浓度均高出国家二级标准限值2倍以上，2021年则超出了近7倍（国家二级标准限值浓度为70μg·m-3），见表3。

表3 2019—2021年银川市春季沙尘天气与非沙尘天气的大气颗粒物污染概况

2.2 沙尘天气大气颗粒物污染与呼吸系统疾病急诊人次的暴露-反应关系分析

沙尘天气大气颗粒物污染与呼吸系统疾病急诊人次的暴露-反应关系分析结果显示，2021年的大气PM2.5及PM10每升高10μg·m-3，因呼吸系统疾病急诊就诊的风险就会上升，其OR及95%CI分别为1.01（1.00～1.01）、1.00（1.00～1.00），特征分层后显示男性与年龄≥65岁的人群更容易受大气PM2.5及PM10的危害而发生呼吸系统疾病，其OR及95%CI分别为男性1.02（1.01～1.02）、1.00（1.00～1.00），≥65岁1.01（1.01～1.02）、1.00（1.00～1.01）。2019年、2020年春季沙尘天气的颗粒物污染与因呼吸系统疾病急诊就诊人次差异无统计学意义。2021年沙尘天气PM2.5及PM10每升高10μg·m-3呼吸系统疾病的急诊人次会增加，其OR及95%CI分别为1.02（1.01～1.02）、1.00（1.00～1.01），非沙尘天气大气颗粒物与因呼吸系统疾病的急诊人次差异无统计学意义，见表4。

表4 2019—2021年春季大气颗粒物对呼吸系统疾病急诊人次的影响（OR及95%CI）

沙尘天气与非沙尘天气与因呼吸系统疾病急诊就诊人次的滞后与累积效应分析显示，2020年沙尘天气的PM10滑动平均滞后0～3 d，2021年PM2.5及PM10单日滞后0 d，差异有统计学意义（P＜0.01），见表5。

表5 大气颗粒物对呼吸系统疾病急诊人次的滞后与累积效应（OR及95%CI）

3 讨论

本结果显示，2019—2021年因呼吸系统疾病急诊就诊者男性多于女性，且年龄≥65岁人群占40%以上。2019—2021年春季大气PM10平均污染浓度分别为88.33、83.66和163.34μg·m-3，均超过国家二级标准限值（70μg·m-3）；2019—2021年春季沙尘天气大气PM2.5及PM10浓度均超过非沙尘天气。沙尘天气发生时，容易导致PM10浓度迅速升高，沙尘输送以粗颗粒物为主[7]，导致大气颗粒物污染非常严重。XIE等[8]研究显示，沙尘暴期间，颗粒物的浓度可高达非沙尘暴天气的36倍。

2019—2021年整体沙尘天气PM2.5及PM10每升高10μg·m-3呼吸系统疾病的急诊就诊风险就会上升，其OR及95%CI分别为1.02（1.01～1.02）、1.00（1.00～1.01），非沙尘天气则与呼吸系统疾病的急诊人次无统计学关联，说明沙尘天气大气颗粒物能增加呼吸系统疾病的患病风险。2021年沙尘天气PM2.5及PM10每升高10μg·m-3，因呼吸系统疾病急诊就诊人次会增加，OR及95%CI分别为1.01（1.00～1.01）、1.00（1.00～1.00），并且男性与≥65岁的人群更容易受沙尘天气大气颗粒物的危害，说明男性与≥65岁的人群是沙尘天气呼吸系统疾病的敏感人群，需要重点关注与保护。

滞后效应分析表明沙尘天气PM2.5及PM10对呼吸系统疾病急诊就诊人次有滞后效应。2020年沙尘天气PM10滑动平均滞后3 d（OR及95%CI为1.14（1.03～1.24），说明沙尘天气PM10污染对呼吸系统疾病存在3 d累积滞后效应，2021年沙尘天气当天的PM2.5及PM10与呼吸系统疾病急诊就诊人次增加有关，PM2.5及PM10单日滞后0 d，有统计学意义［OR及95%CI分别为1.02（1.01～1.02）、1.00（1.00～1.01）］。

近年来由于大气治理较好，沙尘暴发生天数相对于20世纪已显著减少，相关的研究也有减少。甘肃省金昌市对大气PM10、PM2.5污染对高血压急、门诊就诊人次影响分析显示[9]，滞后7 d的PM10平均浓度每升高一个IQR（55.78μg·m-3），高血压的急、门诊就诊人次增加2.30%（95%CI：1.30%～3.32%），滞后6 d PM2.5平均浓度每升高一个IQR（26.78μg·m-3），高血压的急、门诊就诊人次增加2.53%（95%CI：1.45%～3.62%）。Bell等[6]研究显示，PM10水平每增加28μg·m-3，哮喘住院人数增加4.48%（95%CI：0.71%～8.38%），存在3 d滞后效应；沙尘暴不仅会危害呼吸系统还会累及循环系统，沙尘暴期间缺血性心脏病住院率升高16%～21%。沙尘天气大气颗粒物不仅影响人群呼吸系统、心血管系统疾病的入院人数，也影响人群高血压急、门诊就诊人次，沙尘天气大气颗粒物对人体健康的危害是多系统的。

PM10和PM2.5由多种复杂的化学成分组成，其对大气质量和能见度都有长远的影响，并会危害人体健康。有体外细胞研究[10]表明，沙尘天气期间的PM10对肺上皮细胞毒性更大，未来机制研究需要对沙尘颗粒与人体细胞的毒性关联多加关注。

本研究局限在于仅选择了一所医院的急诊就诊人次为研究对象，且只研究了2019—2021年春季的沙尘天气大气颗粒物对呼吸系统疾病的影响，而沙尘天气一年四季都会发生；沙尘颗粒也会对人体其他系统产生危害，此次研究并未考虑其他系统疾病。未来的研究需要继续关注沙尘天气大气颗粒物对人体健康的影响。