徐 靜,劉華悅,靳甜甜,孫子媛,付桂琴
(1.河北省秦皇島市氣象局,河北 秦皇島 066000;2.河北省氣象服務(wù)中心, 河北 石家莊 050021;3.河北省青龍滿族自治縣氣象局,河北 青龍 066500)
在全球氣候變化的背景下,氣象要素的異常變化會對人體健康產(chǎn)生不利影響[1]。呼吸系統(tǒng)疾病是一種危害較大的常見多發(fā)疾病,該疾病受氣象條件影響較大,尤其與氣溫關(guān)系密切[2-3],氣溫變化既可以直接刺激呼吸系統(tǒng)誘發(fā)疾病,也可以在某些氣溫條件下促使流行性病毒活化,導(dǎo)致患病人數(shù)增多[4]。研究發(fā)現(xiàn),紐約市氣溫超過28.9 ℃時,氣溫每升高1 ℃,呼吸疾病患者增加2.1%~2.7%[5];倫敦地區(qū)當氣溫超過23.0 ℃時,氣溫每升高1 ℃,住院人數(shù)上升5.4%,且存在0~2 d的滯后期[6]。與成人相比,兒童對天氣變化更敏感,易受危害[7],深入研究氣溫對兒童呼吸疾病的影響,進行疾病發(fā)生趨勢預(yù)報,可有效指導(dǎo)兒童群體趨利避害,未病先防。近年來,有關(guān)我國不同地區(qū)氣溫對兒童呼吸系統(tǒng)疾病的影響研究發(fā)現(xiàn),氣象環(huán)境對不同人群的影響不同,吉林省白山市高溫和低溫環(huán)境條件對兒童影響明顯[8],北京市兒童受熱脅迫影響最強,高溫高濕環(huán)境對兒童呼吸系統(tǒng)發(fā)病有顯著影響[9],蘭州市兒童是流感發(fā)病敏感人群,低溫可增加發(fā)病風險[3],石家莊地區(qū)兒童哮喘對寒冷、炎熱反應(yīng)敏感[10]。上述研究多針對內(nèi)陸城市,由于氣溫對不同區(qū)域、不同性別人群健康的危害存在異質(zhì)性[11-13],需進一步開展不同地理或氣候區(qū)域以及不同性別屬性的相關(guān)研究。沿海城市氣候特征與內(nèi)陸城市相比差異較大,因此,開展沿海城市氣溫對兒童呼吸疾病影響的研究十分必要。
近年來,流行病學(xué)方法在研究氣象要素與疾病之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系中得到廣泛應(yīng)用[2,9-10]。本文采用國際上通用的危險度評價方法——基于時間序列的廣義相加模型(GAM),以沿海城市秦皇島市氣溫因子作為暴露指標,定量評價秦皇島市氣溫對兒童呼吸疾病住院人數(shù)的影響,同時針對不同季節(jié)及不同性別屬性進一步給予分層分析,給出發(fā)病入院人數(shù)與氣溫變化之間的定量關(guān)聯(lián)結(jié)果,以期為秦皇島市開展兒童呼吸系統(tǒng)疾病氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)提供理論依據(jù),也為其他沿海城市開展相關(guān)研究及服務(wù)提供參考。
利用2013年1月至2016年8月秦皇島市婦幼保健院兒科的兒童呼吸系統(tǒng)疾病住院病例(患兒年齡不超過14周歲),該院是秦皇島市唯一一家婦幼醫(yī)院,三甲等級,是秦皇島市兒童疾病診治的首選醫(yī)院,具有很好的代表性。病例資料包括患兒性別、就診日期、住院時間、疾病編碼及常駐地址,篩選診斷為呼吸系統(tǒng)疾病(ICD—10編碼:J00—J99)且常駐地為秦皇島市的病例為研究對象,共計21 879例,其中,男童占比60%,女童占比40%。兒童日均發(fā)病住院人數(shù)16.3人次,其中男童9.8人次,女童6.5人次。同期氣象資料來源于秦皇島市氣象局,包括逐日氣溫、氣壓、相對濕度、風速、降水量等。同期大氣污染物數(shù)據(jù)來源于河北省環(huán)境氣象業(yè)務(wù)平臺,包括可吸入顆粒物(PM10)、細顆粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)日平均質(zhì)量濃度和日最大8 h臭氧(O3)質(zhì)量濃度滑動平均值等要素,其中日最大8 h臭氧(O3)質(zhì)量濃度滑動平均值表征日臭氧質(zhì)量濃度。
以D表示滯后天數(shù),D=1,2,…,6;TD(℃)表示滯后Dd的日平均氣溫;T0-D表示當日至滯后Dd的滑動累積平均氣溫,例如T0-2(℃)表示當日至滯后2 d的滑動累積平均氣溫。
根據(jù)秦皇島市1981—2010年旬平均氣溫標準氣候值,以旬平均氣溫10 ℃為基準,將4月中旬至10月下旬定為暖季,11月上旬至次年4月上旬定義為冷季。
采用廣義相加模型(GAM)[14],基于EmpowerStats流行病學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件[15],實現(xiàn)影響因子與效應(yīng)因子的定量關(guān)聯(lián)分析。
廣義相加模型(generalized addictive model, GAM)是廣義線性模型(generalized linear model, GLM)的擴展[14],適用于多種分布資料,可以處理健康終點與影響因子間復(fù)雜的非線性關(guān)系,調(diào)節(jié)時間序列長期趨勢,去除節(jié)假日、星期幾效應(yīng)及其他混雜因素的影響。近年來,該模型廣泛應(yīng)用于醫(yī)療氣象研究等方面[16-19]。對于秦皇島市常駐人口而言,兒童呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)為小概率事件,其實際分布近似泊松分布(poisson distribution)[20]。因此,采用基于時間序列的泊松廣義相加模型,控制時間序列中氣象因素、長期趨勢和節(jié)假日等混雜要素的影響,模型如下[21]:
ln E(Yt)=s(Time, df)+holiday+
s(Xi,df)+βXj+α
(1)
式中:Yt為第t日住院人數(shù);E(Yt)為第t日住院人數(shù)的期望值;s為非線性樣條函數(shù),Time為時間趨勢,df為自由度;holiday為節(jié)假日啞變量;Xi為需調(diào)整的變量;Xj為影響因子,β為系數(shù);α為截距。使用自相關(guān)函數(shù)(PACF),依據(jù)最小信息準則法(Akaike information criterion, AIC),確定參數(shù)自由度。
影響因子對住院人數(shù)的影響程度用相對危險度(RR)和超額危險度(ER)表示,計算公式[21]如下:
(2)
式中:ΔXj是影響因子的變化量。
首先運用EmpowerStats統(tǒng)計分析軟件掃描數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系,挖掘與住院人數(shù)相關(guān)性好的因子作為暴露指標;其次通過協(xié)變量檢查與篩選,找出混雜因子以控制其影響;第三,采用平滑曲線擬合得到氣溫與住院人數(shù)的擬合曲線,觀察曲線特點,定性分析二者的相關(guān)關(guān)系;第四,分析曲線特點將時間分層進行曲線擬合,依據(jù)最大似然法進行閾值及飽和效應(yīng)分析,找出擬合曲線的拐點,確定影響閾值,繼而定量分析閾值范圍內(nèi)氣溫因子變化1 ℃時,呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)變化的相對危險度(RR)及其95%置信區(qū)間,定量評估氣溫變化對兒童呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)的影響。
圖1為2013年1月至2016年8月秦皇島市日平均兒童呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)及平均氣溫的月變化。可以看出,7月日均住院人數(shù)最多達18人次,9月最少為15人次,3月、7月和10月日均住院人數(shù)呈現(xiàn)明顯的階段性高峰,這可能與引發(fā)呼吸疾病的流感病毒、呼吸道合胞病毒的活躍期有關(guān),WILLIVER[22]研究發(fā)現(xiàn),氣溫在2~6 ℃和24~30 ℃時呼吸道合胞病毒活性最強。秦皇島市3月平均氣溫3.8 ℃,7月24.6 ℃,氣溫條件非常適宜呼吸道合胞病毒活動,這可能是住院人數(shù)躍增的主要原因。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),2013—2015年10月住院人數(shù)躍增的時段主要在10月最后一候,10月1~5候平均氣溫變化范圍為11.2~15.4 ℃,日均住院人數(shù)為14~16人次,而10月最后一候的平均氣溫為6.9 ℃,日均住院人數(shù)為20人次。其中,2015年10月最后一候平均氣溫為4.6 ℃,日均住院人數(shù)高達24人次,人數(shù)躍增時段與呼吸道合胞病毒的活躍期十分吻合。綜上所述,秦皇島市氣溫與兒童呼吸疾病住院人數(shù)之間關(guān)系密切。總體上,我國華南地區(qū)兒童呼吸疾病在春、夏兩季流行[23],東北地區(qū)在深秋與初冬高發(fā)[8],而秦皇島無明顯季節(jié)性變化規(guī)律,這可能與秦皇島的地理位置和沿海氣候有關(guān)。秦皇島市位于河北省東北部,南濱渤海、北依燕山,屬于暖溫帶半濕潤季風型氣候,冬季冷而干燥,夏季多海風,潮濕涼爽,春、秋季溫暖適中,日照充沛。
圖1 2013年1月至2016年8月秦皇島市 兒童呼吸系統(tǒng)疾病日平均住院人數(shù) 及平均氣溫的月變化Fig.1 The monthly variation of daily average number of hospitalized children with respiratory disease and monthly average temperature in Qinhuangdao from January 2013 to August 2016
氣溫波動和極端氣溫可誘發(fā)呼吸道疾病[24-26],熱浪天氣可使疾病加重甚至死亡[27-28],低溫天氣有利于流感病毒的傳播和存活[29]。由2013年1月至2016年8月秦皇島市兒童呼吸系統(tǒng)疾病日住院人數(shù)和日均氣溫變化(圖2)可見,當氣溫偏高、偏低或震蕩劇烈時,住院人數(shù)相應(yīng)較多,秦皇島市氣溫與兒童呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)之間可能存在非線性相關(guān)關(guān)系。
氣象環(huán)境因素對人體健康的影響具有滯后性和累積性,且累積效應(yīng)通常大于當日效應(yīng)[2-3]。為篩選最佳效應(yīng)影響因子,將TD和T0-D等作為待選因子引入模型,以AIC最小的原則,得出T0-2擬合最優(yōu),因此,選取T0-2作為最佳影響因子進行深入定量分析。
為控制其他環(huán)境氣象要素的混雜影響,運用軟件協(xié)變量篩查模塊對氣壓、相對濕度、降水量、風速等氣象要素以及使呼吸系統(tǒng)存在健康風險的大氣污染物PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3等要素當日至滯后2 d的滑動累積平均值進行協(xié)變量篩查,按照在基本模型中引進協(xié)變量或在完整模型中剔除協(xié)變量對T0-2的回歸系數(shù)的影響大于10%的篩選標準,得出氣壓和相對濕度為協(xié)變量,在分析T0-2與住院人數(shù)的定量關(guān)系時應(yīng)在模型中進行控制。
圖3是控制時間長期趨勢、節(jié)假日效應(yīng),以及氣壓和相對濕度的混雜影響后,T0-2與兒童、男童、女童日平均呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)的暴露-反應(yīng)關(guān)系。可以看出,3條擬合曲線均呈“雙谷”型,存在2個低值點,此處的氣溫影響最小,可稱為最適氣溫。在最適氣溫高溫側(cè)氣溫升高以及最適氣溫低溫側(cè)氣溫降低,發(fā)病住院的危險度均增大,影響效應(yīng)強度不同。由于2個最適氣溫分別處于冷、暖不同季節(jié),為排除不同季節(jié)相同氣溫的相互干擾,有必要將時間分成冷季和暖季進一步分層分析。
圖4為2013年1月至2016年8月秦皇島市冷季、暖季T0-2與各人群呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)的暴露-反應(yīng)關(guān)系??梢钥闯?,冷季兒童、女童和暖季男童T0-2與呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)的擬合曲線均呈寬口“U”型特征,隨著T0-2由低到高,住院人數(shù)先降后升;冷季男童二者的擬合曲線呈“升、降、升”特征;暖季兒童和女童T0-2與呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)擬合曲線均呈“降、升、降”特征,各人群在冷季和暖季分別存在一個最適氣溫,此時發(fā)病住院人數(shù)最少,隨著最適氣溫低溫側(cè)氣溫降低、高溫側(cè)氣溫升高住院人數(shù)增加。冷季男童和暖季兒童、女童的擬合曲線還分別存在一個飽和點,此時住院人數(shù)最多,稱此處氣溫為拐點氣溫。通過閾值及飽和效應(yīng)分析,找到最適氣溫和拐點氣溫(表1),最適氣溫和拐點氣溫兩側(cè)曲線的對數(shù)似然比檢驗均小于0.05,說明兩側(cè)的相關(guān)效應(yīng)存在差異。
圖2 2013年1月至2016年8月秦皇島市兒童呼吸系統(tǒng)疾病日住院人數(shù)與日均氣溫的逐日變化Fig.2 Daily changes of number of hospitalized children with respiratory disease and average temperature in Qinhuangdao from January 2013 to August 2016
圖3 2013年1月至2016年8月秦皇島市T0-2與兒童(a)、男童(b)、女童(c) 日平均呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)的暴露-反應(yīng)關(guān)系 (實線為擬合曲線,虛線為擬合曲線的95%置信區(qū)間,下同)Fig.3 The exposure-response relationship between T0-2 and daily average number of hospitalized children with respiratory disease about the total (a), male (b), and female (c) in Qinhuangdao from January 2013 to August 2016 (The solid line is the fitted curve, and the dashed line is the 95% confidence interval of the fitted curve, the same as below)
圖4 2013年1月至2016年8月秦皇島市冷季(a, c, e)、暖季(b, d, f) T0-2與 兒童(a, b)、男童(c, d)、女童(e, f)日平均呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)的暴露-反應(yīng)關(guān)系Fig.4 The exposure-response relationship between T0-2 and daily average number of hospitalized children with respiratory disease about the total (a, b), male (c, d) and female (e, f) in cold season (a, c, e) and warm season (b, d, f) in Qinhuangdao from January 2013 to August 2016
表1 2013年1月至2016年8月秦皇島冷季、暖季T0-2與兒童、男童、女童 呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)暴露-反應(yīng)關(guān)系曲線的最適氣溫及拐點氣溫Tab.1 The optimal temperature and inflection temperature of the exposure-response curve between T0-2 and the number of hospitalized children with respiratory disease about the total, male and female in cold and warm seasons in Qinhuangdao from January 2013 to August 2016
結(jié)合表1和圖4可見,冷季兒童、男童、女童的最適氣溫分別為1.8、4.0、-2.9 ℃,女童低于男童;暖季兒童、男童、女童的最適氣溫較為一致,分別為16.3、16.3、16.5 ℃。呼吸系統(tǒng)發(fā)病的最適氣溫在不同地區(qū)差異較大,對于全人群(不分年齡及性別),挪威奧斯陸市因呼吸疾病死亡的最適氣溫為10 ℃[30],倫敦地區(qū)死亡和急診的最適氣溫為5 ℃[6],北京市急診的男、女最適氣溫均為4 ℃[2],各地最適氣溫不同的原因除了住院、急診和死亡病例特征具有差異外,還可能與不同地區(qū)的氣候特點及各人群的氣候適應(yīng)性不同有關(guān)。
研究表明[31],冬季大鼠肺組織表面活性蛋白A和白細胞介素6的表達水平顯著低于秋季,揭示了呼吸系統(tǒng)免疫能力及病毒的活性受氣溫條件影響較大,進而導(dǎo)致發(fā)病風險變化。
在調(diào)整時間長期趨勢、節(jié)假日及星期幾效應(yīng),控制氣壓、相對濕度的混雜效應(yīng)后,表2列出2013年1月至2016年8月秦皇島市冷季、暖季兒童、男童、女童的T0-2閾值及T0-2每上升1 ℃時兒童呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)的相對危險度(RR)、95%置信區(qū)間及超額危險度(ER)。其中,RR>1,表示隨著氣溫升高,發(fā)病危險度呈增加趨勢;RR<1,表示隨著氣溫升高,發(fā)病危險度呈減小趨勢??梢钥闯?,冷季,在最適氣溫低溫側(cè)T0-2每下降1 ℃,兒童、男童、女童住院人數(shù)分別增加0.5%、1.5%、2.2%;在最適氣溫高溫側(cè)T0-2每上升1 ℃,兒童、男童、女童住院人數(shù)分別增加0.8%、1.5%、1.0%。兒童低溫側(cè)P<0.1538,未通過顯著性檢驗,性別分層后,男童、女童低溫側(cè)P值均小于0.05,RR具有統(tǒng)計意義;男童、女童ER效應(yīng)值由大到小依次為低溫側(cè)女童>低溫側(cè)男童=高溫側(cè)男童>高溫側(cè)女童,說明雖然女童的最適氣溫較男童低,但當T0-2低于最適氣溫時,女童對氣溫變化的敏感度高于男童,當T0-2高于最適氣溫時,男童敏感度大于女童。暖季,在最適氣溫低溫側(cè)T0-2每下降1 ℃,兒童、男童、女童住院人數(shù)分別增加1.1%、1.4%、0.9%;在最適氣溫高溫側(cè)T0-2每上升1 ℃,兒童、男童、女童住院人數(shù)分別增加1.4%、1.5%、1.9%。與冷季相同,暖季兒童低溫側(cè)的P值未通過顯著性檢驗,性別分層后,男童、女童低溫側(cè)P值均小于0.05,RR具有統(tǒng)計意義;男童、女童ER效應(yīng)值由大到小依次為高溫側(cè)女童>高溫側(cè)男童>低溫側(cè)男童>低溫側(cè)女童,說明當T0-2高于最適氣溫時,女童對氣溫變化的敏感度高于男童,當T0-2低于最適氣溫時,男童敏感度大于女童。綜上所述,女童在冷季低溫側(cè)和暖季高溫側(cè)效應(yīng)值均較大,在暖季低溫側(cè)和冷季高溫側(cè)效應(yīng)值均最小,而男童無論在冷季還是暖季,低溫側(cè)和高溫側(cè)的效應(yīng)值基本相同,介于女童效應(yīng)最大和最小之間。對于性別產(chǎn)生的效應(yīng)差異,可能受男女不同的生理特性和活動習慣影響,即不同性別人群對氣溫變化的適應(yīng)程度不同,進行疾病預(yù)防時應(yīng)有所側(cè)重。
分析各人群拐點氣溫(表1)發(fā)現(xiàn),冷季T0-2<-4.5 ℃時的男童擬合曲線、暖季T0-2>26.1 ℃時的兒童擬合曲線、暖季T0-2>24.3 ℃時的女童擬合曲線均呈下降趨勢(圖4),對應(yīng)冷季男童ER為1.6%、暖季兒童ER為2.8%、暖季女童ER為3.9%,表明疾病發(fā)生率快速下降,其中女童ER是各季節(jié)、各人群最大效應(yīng)值,但上述結(jié)果均未通過0.05的顯著性檢驗,可能是由于樣本量相對偏少所致。
呼吸系統(tǒng)疾病病種較多,發(fā)病原因或誘因較復(fù)雜,由于樣本量有限,未進行主要病種分層分析,且由于病例資料無年齡項,因此未能進行年齡分層,同時由于無法得到流感爆發(fā)疾病資料,沒有對此進行控制,故研究結(jié)果有待進一步檢驗。目前本研究局限于單因素討論,多種氣象因子、空氣污染、可吸入性過敏源等多因素間聯(lián)合所起的作用可能是相加、協(xié)同或拮抗,有待于深入研究和探討。
表2 2013年1月至2016年8月秦皇島市冷季、暖季兒童、男童、女童的T0-2閾值及T0-2每上升 1 ℃時兒童呼吸系統(tǒng)疾病住院人數(shù)的相對危險度RR、95%置信區(qū)間(95% CI)及超額危險度(ER)Tab.2 The threshold value of T0-2, and the relative risk degree (RR), 95% confidence interval (95% CI), and excess risk degree (ER) of the number of hospitalized children with respiratory disease when T0-2 rises by 1 ℃ about the total, male and female in cold and warm seasons in Qinhuangdao from January 2013 to August 2016
(1)秦皇島市兒童呼吸疾病住院人數(shù)季節(jié)性變化規(guī)律不明顯,3月、7月和10月呈現(xiàn)階段性高峰。
(2)秦皇島氣溫與兒童呼吸疾病住院人數(shù)存在非線性相關(guān)關(guān)系,且氣溫的影響具有滯后性和累積性,當日至滯后2 d的滑動累積平均氣溫(T0-2)效應(yīng)最大,是影響本地兒童呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病住院的關(guān)鍵氣象因子。冷季男童、女童T0-2的最適值分別為4.0 ℃、-2.9 ℃,暖季男童、女童T0-2的最適值分別為16.3 ℃、16.5 ℃。
(3)不同性別兒童對氣溫變化的適應(yīng)程度不同,女童冷季低溫效應(yīng)及暖季高溫效應(yīng)均大于男童。