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上海市天气和污染对儿童哮喘就诊人次的影响*

牟 喆1，2彭 丽1，2杨丹丹1，2江 帆3殷 勇3花 静4耿福海1，2△

目的研究上海市天气和大气污染对3～14岁儿童哮喘就诊人数的影响。方法在控制了时间的中长期效应、节假日效应、星期效应基础上利用广义相加的泊松回归模型分析了2009年1月1日到2010年12月31日上海市三家三甲儿科专科医院3～14岁儿童哮喘的就诊人数受天气（温度、湿度）和大气污染SO2、NO2、O3、PM10（量直径在10微米以下的颗粒物）、PM2.5（量直径在2.5微米以下的颗粒物）的影响。结果模型结果显示上海市温度和大气污染物对3～14岁儿童哮喘的就诊人数有影响：当平均温度低于20℃时儿童哮喘的就诊人数明显高于其他温度段；同时，滞后一天的污染物与3～14岁儿童哮喘的就诊人数有统计学意义，表现为：PM10、PM2.5、NO2、SO2每升高10μg/m3相应的3～14岁儿童哮喘就诊人数增加大约0.69%（CI：0.27%-1.1%，P＝0.001）、0.78%（CI：0.16%-1.4%，P＝0.014），1.49%（CI：2.72%～4.94%，P＜0.001），1.73%（CI：0.7%～2.76%，P＝0.001），O3每升高10ppb儿童哮喘就诊人数会相应增加大约3.83%（CI：2.7%～4.94%，P＜0.001）。结论根据本研究结果可通过提供有效的天气防护措施预防儿童哮喘的发作。

天气 大气污染 儿童哮喘 广义相加模型

哮喘是当今世界最常见的慢性呼吸道疾病之一，全球已有哮喘患者3亿。发达国家儿童哮喘的患病率高于10%，并且还在逐年上升，发展中国家儿童哮喘的患病率还要高于此数值［1］。我国儿童哮喘的患病率也在逐年升高，一项在我国27个城市的流行病学调查显示1990-2000年10年内儿童哮喘的患病率由0.91%升到1.5%，同期，上海市的一项调查显示12岁以下儿童哮喘的患病率由1.9%升至3.34%。上海市另外一个基于学校的整群随机抽样调查显示2007 -2010年6～14岁儿童哮喘的患病率从5.92%升至10%［2］。国外大量文献显示天气、大气污染（如PM10、PM2.5、NO2、SO2等）是儿童哮喘的危险因子［3］，但目前我国对此研究较少。本研究针对上海市特定的天气条件和大气污染状况，分析了天气、大气污染对上海市三家三甲儿科专科医院3～14岁儿童哮喘患者就诊人数的影响，为儿童哮喘的防护提供一定的指导意见。

资料来源与方法

1.数据资料来源

儿童哮喘就诊数据：儿童哮喘就诊资料由上海市三家儿科专科三甲医院（上海儿童医学中心、上海新华医院、复旦大学附属儿科医院）收集，包括2009年1月1日至2010年12月31日逐日的3～14岁儿童哮喘的就诊（门诊＋急诊）人数资料，该资料包括患者年龄和就诊日期。儿童哮喘均由临床医生根据国际疾病分类标准ICD-9确诊。上海共有四家儿科专科三甲医院，其中儿童医院资料不完整（2009年10月之前没有数据），2009年10月后数据相对较少（平均每日约20人），为保证数据收集时间的完整性选用其他三家三甲儿科专科医院数据。数据基本可以代表上海市儿童哮喘就诊人数的变化规律。

天气、大气污染数据：2009-2010年的气象资料采用上海市气象局10个自动站的平均资料，其中包括逐日的平均温度、平均湿度，基本可以代表上海市的天气情况。大气污染资料包括：PM10（日平均—上海市环境监测中心数据）、PM2.5（日平均—上海市环境监测中心数据）、NO2（日平均，上海城市环境气象中心大气成分观测站数据）、O3（根据国际标准采用8小时最大，上海城市环境气象中心大气成分观测站数据）。

所有统计分析利用软件R2.13.0的MGCV程序包，污染物的危险度计算除特殊说明外均利用IQR（Inter-Quartile Range）方法。

2.统计方法

相对上海市常住人口1921.32万，3～14岁儿童哮喘每日就诊人数大约为90人（研究期间内），可以认为每日的儿童哮喘就诊人数近似服从Poisson分布。由于天气、大气污染对儿童哮喘就诊人数的影响通常为非线性，因此，我们利用带有自然立方样条函数（natural cubic spline）的广义相加模型（Poisson回归）来分析就诊人数与天气、大气污染等协变量的关系。考虑到天气和污染物对就诊人数的影响通常有着一定的滞后效应，我们结合儿童哮喘发病机制（0～3天），分别计算不同滞后期（0～3天）污染物浓度与儿童哮喘就诊人数的Spearman相关系数（非线性相关），并根据相关系数最大原则确定天气、大气污染的滞后期。在基本模型中我们利用样条函数控制时间的中长期效应，利用哑元变量控制节假日效应、星期效应，用样条函数表达天气要素（日平均温度，日均湿度），并利用GCV（generalized cross validation）和PACF（partial autocorrelation function）准则相结合的方法确定时间样条函数的自由度［4］。同时，考虑到污染物间的相关性我们在基本模型中逐步加入单一污染物，最终构建单一污染物模型如下：

其中，Yt为在观察日t上海市三家主要儿童医院的儿童哮喘门急诊人次，对于每个时间t，Yt—服从均数为μt的Poisson分布；α—截距；β—其对数相对危险度RR，该估计值β描述了污染物每升高一个刻度哮喘就诊人数会相应增加（eβ-1）×100%个百分比。ns（temperature，4）表示自由度为4的温度的样条函数；ns（date，12）为自由度为12的时间的中长趋势的样条函数；ωt（week）为星期效应的哑元变量；ωt（vacation）为节假日效应的哑元变量；εt为随机效应。

结 果

表1 2009年1月1日-2010年12月31日上海市儿童哮喘就诊人数及天气、大气污染的描述性统计量

2009年1月1日到2010年12月31日期间共有65809（人数）儿童（3～14岁）哮喘患者就诊（门诊＋急诊），平均每天大约有90人。表1给出了研究期间内各个变量的描述性统计量。并通过大量探索性分析发现儿童哮喘就诊人数一般在10～12月较高，春节效应使得1～2月相对较少，同时在5～6月会出现就诊的小高峰，在7-9月又出现回落。PM10、PM2.5、NO2、 O3、SO2的浓度为冬高夏低，O3的浓度为夏高冬低。与WHO（World Health Organization）和EPA（Environmental Protection Agency）的标准相比，上海的大气污染程度较高。

结合哮喘的发病机制（一般0～3天发病），我们计算儿童哮喘就诊人数与气象和大气污染物滞后0～3天的Spearman相关系数，最终确定滞后一天的污染物对就诊人数影响最大。气象因子中只有温度对儿童哮喘的影响有统计学意义。根据GCV和PACF方法最终选定时间的样条函数为12，温度和大气污染物的样条函数自由度为4。模型结果如下：（1）温度：当温度低于20℃左右时儿童哮喘就诊人数较高，之后随着温度的升高儿童哮喘就诊人数逐渐降低；（2）大气污染物：从污染物的样条函数图形上可以看到污染物对儿童哮喘就诊人数的对数相对危险度有着近似线性的正相关，即随着污染物浓度的升高，儿童哮喘就诊人数升高，利用IQR准则确定PM10、PM2.5、NO2、SO2每升高10μg/m3，儿童哮喘就诊人数会相对增加0.69%（CI：0.27%-1.1%，P＝0.001），0.78%（CI：0.16% -1.4%），1.49%（CI：0.64%-2.34%，P＜0.001），1.73（CI：0.7%-2.76%，P＝0.001），O3（8小时平均最大）每升高10ppb儿童哮喘就诊人数会增加3.83%（CI：2.72%-4.94%，P＜0.001），如下表2所示。

表2 单污染模型结果中污染物的对数相对危险度估计值

讨 论

北美和欧洲发生一些严重的大气污染事件之后，人们就开始关注大气污染对呼吸道疾病及人体健康的影响，大气污染严重时甚至可导致死亡。近年来随着城市的快速发展，工厂废气和汽车尾气的排放使得我国的空气质量越来越差，机动车排放的尾气是上海市大气中PM2.5，NO2的一个重要来源。大气污染对公共健康的影响已成为一个全球性话题。大气污染是影响儿童呼吸系统健康的危险因素。本研究通过对上海市天气和主要大气污染物与儿童哮喘就诊人数的研究分析发现温度、PM10、PM2.5、NO2、SO2、O3与儿童哮喘就诊人数有统计学关联。

本研究涉及的天气和大气污染数据往往具有较强的相关性（非独立），使得传统的统计分析方法（如多重线性回归）在处理环境与疾病结局的问题时受到限制，因此构建了Poisson回归的广义相加模型（GAM），该模型结合了参数和非参数模型的优点，并假设函数的各个部分是可加的。该模型可以处理结局变量和众多解释变量间复杂的非线性关系［5］。本研究在探索性分析时也考虑到温差（两日平均温度的差值）和日较差（当日最高和最低温度差）对儿童哮喘就诊人数的影响，但由于温差和日较差仅能解释模型的小部分变异，模型的大部分变异都被温度解释，因此，最终选择日平均温度为解释变量。同时，我们对模型的过膨胀进行检验，研究资料存在过膨胀问题，因此使用Quasi-Poisson回归的广义相加模型。本研究中PM10样条函数后半段的下降趋势是由于当污染物浓度数值较大时会出现异常值，但其置信区间很宽，表明这样的数据很少，因此，对研究结果几乎无影响。

本研究发现温度是导致哮喘就诊人数变化的一个重要因素，国内一项在青岛市区的研究表明儿童哮喘的急性发作与气温呈负相关［6］，本研究进一步得到温度对儿童哮喘就诊风险有着非线性的相关趋势，具体表现为温度低于20℃时是儿童哮喘的高发期，这是由于大多数的儿童哮喘是感冒诱发而致，春秋的气温多变及冬季寒冷是感冒的高发期。另外，也有研究表明春节的花粉也是儿童哮喘的促发因子之一，但由于无法测量个体花粉的接触量，本研究没有加入花粉数据。

本研究发现滞后一天的污染物对儿童哮喘就诊人数有着近似线性的影响趋势，即随着O3、NO2、PM10、PM2.5、SO2浓度的升高上海市儿童（3～14岁）哮喘的就诊人数也随之增加，这与国外大多数关于大气污染与儿童哮喘就诊关系的研究结果相同。如：2001-2004年在希腊雅典的一项时间序列研究显示PM10是儿童哮喘的危险因子［7］；另外一项在美国犹他州［8］的研究给出在控制温度和其他效应后，PM2.5与儿童哮喘急性发作有着显著性的统计学关联。2001-2003年一项在Oklahoma的研究显示NO2、O3、PM2.5和花粉都是儿童（＜＝14岁）哮喘的危险因素［3］；1998-2001年台湾一项研究显示温度、气压、PM10、SO2、CO、O3都是儿童哮喘的危险因子，但是该研究没有发现NO2与儿童哮喘就诊人数有统计学上的联系［9］，但一项在美国哮喘儿童的调查显示高浓度的NO2是儿童哮喘的促发因子［10］。目前大气污染对哮喘急性发作的确切机制尚未明确，但有推测认为，小颗粒污染物（PM2.5）主要通过穿透肺泡上皮细胞进入血液循环，在血液中释放生物活性物质促进变态发硬性炎症的发生，这些炎症介质可以趋化并激活相关炎症细胞，使之长期存在肺内，可促使哮喘的慢性炎症持续存在。同时，污染物的升高会增加气道的高反应性，从而引发呼吸系统疾病。

2012年世界哮喘日提出：“哮喘是可以控制的”。国内外大量的研究显示空气是哮喘的促发因子，因此希望通过本研究可以对上海市儿童哮喘的预防工作起到一定的提示作用，提高儿童的健康生命质量。

1.Xirasagar S，Lin HC，Liu TC.Seasonality in pediatric asthma admissions：the roleof climate and environmental factors.Eur JPediatr，2006，165（11）：747-752.

2.袁东，沈春琳，姜智海，等.上海市少年儿童哮喘患病及其影响因素分析.环境与职业医学，2007，24（6）：573-576.

3.Hong Cen，Mark S，Paul J.A systematic review of relation between Long-term exposure to ambient air pollution and chronic disease：online appendix.Rev Environ Health，2008，23（4）：243-297.

4.Roger D，Peng，Francesca Dom inicl，Tomas A，Louis.Model choice in time series studies of air pollution and mortality.Journal of the Royal Statistical Society，2006，169（2）：179-203.

5.牟喆，彭丽，花静，杨丹丹，等.上海市温湿度与感冒就诊人次的时间序列研究.中国卫生统计，2013，30（2）：237-239.

6.刘晓梅，周晓杉，梁爽，等.气象因素与青岛市区儿童哮喘发作的关系.齐鲁医学杂志，2007，11（6）：109-112.

7.Nastos PT，Paliatsos AG，Anthracopoulos MB，et al.Outdoor particulate matter and childhood asthma adm issions in Athens，Greece：a time-series study.Environmental Health，2010，9：45

8.John D，Celeste BECK，Randall Graham，et al.W inter Temperature Inversions and Emergency Department Visits for Asthma in Salt Lake County，Utah，2003-2008.Environ Health Perspect.2012，120（10）：1385-1390.

9.Xirasagar S，Lin HC，Liu TC.Seasonality in pediatric asthma adm issions：the role of climate and environmental factors.Eur JPediatr，2006，165（11）：747-752.

10.Chauhan AJ，Lnkip HM，Linaker CH，et al.Personal exposure to nitrogen dioxide（NO2）and the severity of virus-induced asthma in children.Lancet，2003，361（9373）：1939-1944.

（责任编辑：刘 壮）

*：公益性行业（气象）科研专项经费项目（GYHY201206027）；上海市科学技术委员会项目（11DZ2260900，12dz1202600，11231200600）；上海市气象局科技开发项目（YJ201204）

1.上海市气象与健康重点实验室（200135）

2.上海市城市环境气象中心

3.上海市儿童医学中心

4.上海市第一妇婴保健院

△通信作者：耿福海，E-mail：fuhaigeng＠263.net