2013—2022年气象因素对合肥市肺结核发病的影响

尤恩情 李娟 陈丽丽 刘溦 吴金菊 曹红

结核病是由结核分枝杆菌引起的慢性呼吸道传染病,严重危害人类健康,是全球关注的重大公共卫生问题之一[1]。2020年安徽省肺结核平均报告发病率为43.8/10 万,皖中区域报告发病率要高于皖南和皖北区域[2]。合肥市地处皖中,为安徽省省会,人口密度大,人员流动频繁,结核病的防控难度较大,2022年肺结核新报告患者例数居合肥市甲、乙类传染病第4位。

气象条件不但可以影响人体的免疫力,还会影响生活环境中病原体的繁殖和传播,已有研究描述了肺结核与气象因素之间的关联,如李盛等[3]研究发现,低温和高温均可增加兰州市肺结核发病风险;美合日班·买买提等[4]的研究表明,低温是新疆地区肺结核发病的危险因素之一;梁达等[5]的研究也表明,气象因素在不同程度上影响青海省肺结核的发病。本研究使用分布式滞后非线性模型来评估气象因素对合肥市肺结核发病的影响,为制定合肥市肺结核控制策略提供依据。

资料和方法

一、数据来源

合肥市肺结核报告发病数据和人口数据分别来源于“中国疾病预防控制信息系统”的子系统“监测报告管理系统”和“疾病预防控制综合管理系统”。从系统中导出录入时间为2013年1月1日至2022年12月31日、现住址为合肥市的肺结核已审核报告卡,剔除疑似患者和已删除报告卡,保留临床诊断病例和确诊病例报告卡。因2018 年正式实施的《WS 288—2017 肺结核诊断》和《WS 196—2017 结核病分类》[6]标准自2019年起将结核性胸膜炎纳入肺结核分类报告,为保持数据的一致性,本次将2013—2018年结核性胸膜炎也纳入分析。

气象因素监测数据来源于合肥市气象局,包括平均气压(hpa)、平均气温(℃)、平均相对湿度(%)、平均风速(m/s)和日照时数(h),2013—2022年气温、气压、相对湿度和风速按周取平均值,日照时数则按周计算累计值。因降雨量监测数据缺失值较多,本次不纳入分析。

二、研究方法

1.描述性分析:建立合肥市肺结核周发病数和周气象资料的时间序列,并进行描述性分析。

2.气象因素与肺结核的相关性分析:Kolmogorov-Smirnov检验显示合肥市肺结核周发病数不符合正态分布,故采用Spearman相关系数评价气象因素与肺结核的相关性。结核病的最早临床表现通常会在感染后延迟≥2 个月[7],同时考虑就诊延迟,故此次研究选择滞后16周为最大滞后期。

3.气象因素对肺结核发病的影响:采用服从泊松分布的分布滞后非线性模型 (distributed lag nonlinear model,DLNM) 分析气象因素对肺结核发病的影响,同时将潜在的如其他气象因素、长期趋势和节假日效应等混杂因素纳入模型并加以控制。

以肺结核周发病数Yt为因变量,气象因素X为自变量,相对于合肥市人口数而言,每周肺结核发病数为小概率事件,因此,在模型构建中将病例数看作近似服从泊松分布,采用log作为连接函数,基本模型如下:

Yt～Poisson(μt)

log(μt)=α+βApt,l+ns(Weather,3)+ns(time,7×year)+factor(Holiday)

其中,Yt和μt分别为第t周实际和预期的肺结核发病例数,α为模型截距项,β为矩阵的回归系数,Apt,l为待研究因素交叉基矩阵,l为滞后周期,ns代表自然三次样条函数(natural cubic spline),用来控制非线性混杂因素对病例数的影响。time 是时间变量,以df=7×year 控制时间的长期趋势和季节性;采用df=3控制气象因素,Holiday用于控制节假日效应。自由度根据赤池信息准则(akaike information criterion,AIC)最小化原则选择,通过改变变量自由度(3～5)分别建模,再分别计算不同自由度模型AIC值,温度、相对湿度和风速,均在自由度为5时AIC值最小(AIC=4626.967、4533.146、4407.949)。将气象因素的P1、P5、P95、P99定义为极端气象因素。在上述模型的基础上,以各气象因素的中值为参考值,分析极端气象因素对肺结核发病的影响。

4.敏感性分析:采用调整模型中长期趋势的自由度(7～9)和控制混杂因素的自然立方样条函数的自由度(3～5)来检验模型的稳定性。

三、统计学处理

结 果

一、基本情况

表1 2013—2022年合肥市肺结核报告发病情况[例,构成比(%)]

2013—2022年肺结核周发病数最多136例,最少24例,中位数(四分位数)[M(Q1,Q3)]为79(67,92)例。周平均气压、平均气温、平均温差、平均相对湿度、平均风速和周累计日照时数的中位数(四分位数)分别为1012.1(1003.7,1019.4) hpa、17.2(8.7,24.6) ℃、8.9(7.1,10.8) ℃、77.0%(70.0%,83.0%)、2.0(1.7,2.4) m/s和34.0(20.4,48.6) h。见表2。

表2 2013—2022年合肥市肺结核周发病数和气象因素描述性统计

二、相关性分析

肺结核周发病数与气压、气温和风速的相关性均有统计学意义(P值均<0.05),其中周发病数与气温呈正相关,与气压和风速则呈负相关(图1)。VIF表明各气象因素之间不存在多重共线性,可将多个气象因素纳入模型。因气压与气温相关性极强(|r|=0.917),故本次仅分析更有意义的气温,不分析气压对肺结核发病的影响。相对湿度与肺结核的相关性虽无统计学意义,但考虑气象因素对肺结核发病的影响具有非线性特征和滞后效应,因此仍分析其对肺结核发病的影响。

图1 2013—2022年合肥市肺结核周发病数与气象因素相关性分析

三、DLNM分析

1.气象因素与肺结核周发病的滞后效应:图2、3显示的是气象因素与肺结核在滞后第0～16周的暴露-滞后效应关系。从图2可以看出周平均气温、周平均相对湿度和周平均风速对肺结核发病的影响均具有非线性和滞后性特点。图3可以看出,在较低的周平均气温(<17.2 ℃)时,发病风险随着气温的降低呈现先增后减,并随着滞后时间延长发病风险增加,在3.1 ℃滞后16周时RR值最大,为1.092(95%CI:1.040～1.147);相对较高周平均气温(>17.2 ℃)总体对肺结核影响较小,在气温超过25 ℃ 之后随气温升高风险略有增加,但RR值一直较小。在低周平均相对湿度(<77.0%)时,相对湿度越低发病风险越大,随着滞后时间的延长发病风险逐渐降低,相对湿度在46.1%滞后0周时的RR值最大,为1.146(95%CI:1.086～1.210);较高周平均相对湿度(>77.0%)基本不增加肺结核发病风险,在相对湿度在93%以上时为保护因素(RR值均<1)。在较低周平均风速(<2 m/s)时随风速的降低发病风险先增后减,随着滞后时间的延长风险增加,风速在1.2(m/s)滞后16周时的RR值最大,为1.042(95%CI:1.011～1.073);较高周平均风速(>2 m/s)在滞后8周内为保护因素(RR值均<1),即使在滞后第16周也基本不增加肺结核发病风险。

注 RR:相对风险

注 RR:相对风险

2.气象因素对肺结核周发病的累积效应:图4为周平均气温、周平均相对湿度和周平均风速在0～16 周滞后期对肺结核发病的累积影响。从图4中看出,肺结核发病风险与气温呈“M”型关系,随气温的上升呈先增后减再增再减趋势;气温在0～10 ℃ 和 17.5～33.9 ℃时,表现为肺结核发病的危险因素,CRR值在4.7 ℃时达到最大,为2.261(95%CI:1.422～3.594)。相对湿度对肺结核发病的影响呈倒“N”型,在46.1%～64%和80%～89%时,表现为肺结核发病的危险因素;在相对湿度<64%时,发病风险随相对湿度的增加而降低,相对湿度在46.1%时CRR值达到最大,为8.666(95%CI:5.452～13.773)。风速对肺结核的影响近似“Z”型,在1.05～1.95 m/s 时,表现为肺结核发病的危险因素,CRR值在1.2 m/s时达到最大,为1.563(95%CI:1.203～2.031),风速在2.05～3.65 m/s则呈保护效应。

注 CRR:累积相对风险

3.极端气象条件对肺结核周发病的滞后效应:图5显示极端低温在P1滞后9～16周和P5滞后6～16周时,是肺结核发病的危险因素;极端高温在P99滞后6～15周和P95滞后7～15周,是肺结核发病的危险因素,但RR值较小。极端低相对湿度在P1整个滞后期(0～16周)和P5滞后0～12周,是肺结核发病的危险因素,在P1滞后0周时RR值最大,为1.073(95%CI:1.047～1.100);极端高相对湿度P99滞后0～15周为肺结核发病的保护因素。极端低风速P1滞后5～16周和P5滞后2～16周时为肺结核发病的危险因素,极端高风速在P95滞后0～9周和P99滞后0～13周时,表现为肺结核发病的保护因素。

4.极端气象条件对肺结核周发病的累积效应:极端气温会增加肺结核发病风险,最显著的累积效应出现在P5(CRR=2.064,95%CI:1.283～3.319),在P1时CRR值无统计学意义。极端低相对湿度会增加肺结核的发病风险,且在P1时累积效应最大(CRR=2.750,95%CI:2.246～3.367);极端高相对湿度在P95时是肺结核发病的危险因素,但在P99时是则肺结核发病的保护因素。极端低风速是肺结核发病的危险因素,最显著的累积效应出现在P1(CRR=1.563,95%CI:1.203～2.031)。极端高风速是肺结核发病的保护性因素。见表3。

表3 极端气象因素对肺结核发病的累积效应

5.DLNM敏感性分析结果:原模型的时间变量df=7/年,混杂因素df=3。表4的分析结果显示,调整时间变量自由度(7～9/年)后,极端气象因素(P5)对肺结核发病的累积效应不变;调整混杂因素自由度(3～5)后,极端气象因素(P5)对肺结核发病的累积效应变化也很小,表明模型具有稳定性,拟合效果较好。

表4 DLNM敏感性分析结果

讨 论

环境作为传染病流行的重要因素,其在传染病防控的各个环节都愈加受到重视[8],环境条件的变化正在增加病原体传播的适宜性[9]。有观点认为,气候的变化除了会影响结核分枝杆菌传播概率,也可影响人体呼吸道局部免疫力,从而影响人体感染结核分枝杆菌的风险[10]。本研究分析了合肥市肺结核发病的一般特征,并用10年连续的监测数据和DLNM方法,探讨气象因素对肺结核发病的影响,这是首次在合肥市探讨气象因素对肺结核发病影响的时间序列研究。

本研究显示,合肥市2013—2022年肺结核总体呈现下降趋势,年均发病率为50.8/10万,低于安徽省[11]和全国平均水平[12],说明合肥市肺结核防控工作成效明显,这与近年来合肥市政府部门在肺结核管理方面资金投入的不断增加、“三位一体”政策有效落实密不可分[13]。DLNM研究结果显示,合肥市肺结核周发病数的变化与气温、相对湿度和风速等气象因素的波动有关,气象因素对肺结核的影响呈现非线性和滞后性特征,且在不同的滞后期呈现出不同的效应。叶雯婧等[14]也在研究中指出气候因素与肺结核发病存在关联并具有不同程度的滞后效应。

本研究显示,气温对肺结核发病有一定的影响,在低气温时随着温度的降低发病风险先增后减,并随着滞后时间延长风险增加,在3.1 ℃滞后16周时RR值最大,在超过25 ℃之后随气温升高风险略有增加,对肺结核的影响总体较小。气温在0～16周滞后期对合肥市肺结核累积效应呈“M”型分布,CRR值在气温4.7 ℃时达到最大,提示低温和高温均可增加肺结核发病风险,但低温效应更强,这与丁凡等[15]的研究结果相似。一方面是吸入冷空气导致上气道和支气管黏膜冷却,抑制了纤毛运动,增加肺结核发病风险;另一方面是在低温条件下人群暴露于日光的时间更短,导致免疫力降低,容易被结核分枝杆菌感染[16];加上低温会增加人类心血管系统负荷,导致人体对结核分枝杆菌易感性增加。也有研究者认为,温度直接改变了结核分枝杆菌易感人群和其感染者室内/室外活动的持续时间,从而影响了肺结核的传播[17]。可以根据气候变化发布疾病预警信息,提醒公众做好预防措施,如低温季节通过增加日照时间,适当锻炼和合理营养,增强自身免疫力;高温季节减少积聚性活动,不在人口密集场所长时间停留等[3],从而降低感染风险。

相对湿度对肺结核发病影响的分析结果显示,低相对湿度与肺结核发病呈反向关系,但会随滞后时间的延长风险逐渐降低,在最低相对湿度(46.1%)滞后0周时RR值最大,整个滞后期都表现为发病的风险因素,对肺结核的影响持久。而高相对湿度则影响有限甚至会成为保护性因素。这可能与结核分枝杆菌的生物学特性有关,因为荚膜的存在,其对干燥的抵抗能力很强,湿度大,反而不利于其存活;也可能因为长期暴露于干燥的环境会促进黏液的蒸发,从而减少呼吸道表面的保护性黏液量,从而降低其对结核分枝杆菌的抵抗力[18]。可以通过增加室内空气相对湿度的方法,增加呼吸道抵抗力,破坏有利于结核分枝杆菌生存的环境来降低感染风险。

本研究发现肺结核发病与风速呈负相关,低风速在高滞后期是肺结核发病风险因素,高风速则为保护性因素,风速对肺结核的累计效应呈近似“Z”型。分析原因,可能是低风速条件不利于空气中污染物的扩散和清除,污染物浓度的升高,影响人体的免疫状态,增加肺结核的发病风险,先前也有研究证实了气态污染物对肺结核发病的促进作用[19],而高风速条件有利于气态污染物的扩散。因此,适当的开窗通风或机械通风可加速空气流动,也有利于肺结核的预防。

极端天气对人体健康的影响已经得到了广泛的证实,轻则可能引起身体不适,重则导致疾病发生或诱发死亡。本研究也初步探讨了极端气象条件对肺结核发病的影响,结果显示,极端低温、极端低相对湿度和极端低风速均是肺结核的风险因素。近年来合肥市极端天气事件(如寒潮)时有发生,应关注气象部门相关预警,提醒老年人、患有循环及呼吸系统疾病的人群及从事户外作业人员等应做好防护;保持室内适宜的温、湿度,适时开窗换气;外出注意保暖,尽量避开早晚气温较低时段,不进行剧烈的户外体力活动,减少因机体抵抗力下降而导致感染的概率。

尽管本研究采用时间序列的设计及分布滞后非线性模型的统计学方法,对气象因素波动与肺结核发病之间的混杂因素进行了调整,也对不同滞后天数下的关联进行了探索,但由于使用的是固定地点的气象数据,而不是个人暴露数据,这可能会导致结果误差。另外,医疗机构肺结核诊断和报告的准确性,以及新型冠状病毒感染疫情期间患者就医行为的改变,或多或少也会影响周发病数分布,从而影响分析的结果。因此,本研究发现的初步结果仍需要进一步的探索和验证。

综上,气象因素对合肥市肺结核发病的影响呈现滞后性和非线性的特点,先前的气象因素可能对未来的肺结核发病产生影响,因此,可以根据气象变化制定肺结核预防和控制措施,应重点关注中老年人、有慢性基础性疾病患者等对气候变化敏感人群的结核病防控。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献尤恩情:数据收集、整理和分析、论文撰写、后期修订;李娟:模型测试、辅助数据分析;陈丽丽:辅助数据分析;刘溦:数据收集;吴金菊:论文修改及审核;曹红:论文审核、指导