2019—2021年玉林市气象因素与空气污染物对肺结核发病的影响
时间：2023-05-29 15:55:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
曹赋 马晓红 马天 罗键 钟欣欣 冯君兰 李晓娟 梁镇根 张启珍
肺结核的发生和发展与多种因素有关，包括吸烟、饮酒、糖尿病、免疫力低下、AIDS、气象因素和空气污染等[1-6]。较高浓度的二氧化氮(NO2)可能会损伤呼吸道黏膜，使结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)更容易到达肺部[6]。气压和相对湿度这些气象因素可能通过影响MTB的飞沫核在空气中停留时间，而增加人群感染肺结核的风险[7]。研究表明，空气污染物和气象因素对呼吸系统疾病的发病和发展具有重要作用[8-9]。因此，笔者分析玉林市2017—2021年肺结核流行特征，以及可能影响肺结核发病的环境因素，并量化其风险，以为结核病防控工作提供参考依据。
一、资料来源
2017年1月1日至2021年12月31日玉林市新发肺结核病例数据来源于广西壮族自治区玉林市结核病防治机构，共报告11 251例肺结核病例。收集患者性别、年龄、职业、确诊登记的时间等资料。空气质量及气象数据来源于国家气象科学数据中心。收集2017年1月1日至2021年12月31日玉林市空气污染物[每日大气空气动力学当量直径≤2.5 μm 的颗粒物(PM2.5)、空气动力学当量直径≤10 μm的颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、NO2、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)8 h浓度]及气象因素(每日气温、气压和相对湿度)的资料，并计算污染物的日平均浓度、日均气温、日均气压和日均相对湿度。
二、研究方法
1.污染物及气温对肺结核发病的影响：由于日肺结核发病例数相对整个群体而言为小概率事件，其分布近似服从Poisson分布，因此，采用Poisson分布的广义相加模型拟合空气污染物对肺结核发病的影响。由于肺结核发病例数符合过度分散的Poisson分布，建立半Poisson分布的广义相加模型暂不考虑污染物和气温等因素，采用广义交叉验证法控制长期时间趋势、相对湿度、大气压、周末效应、节假日效应对肺结核发病的影响。时间序列研究模型的光滑样条函数自由度(df)的选择，当自由度取值高于某一值，相对危险度(RR)不再改变时，这时的自由度为有效自由度，将自动选择作为各变量的初始自由度；
周末效应和节假日效应通过在模型中的哑变量调整。模型见公式①：
log[E(Yt)]=α+s(Timet)+s(Rht)+s(hPat)+DOWt+Holidayt
①
式中：E(Yt)为第t日新发肺结核数；
α为截距；
s(Timet)为第t日非线性变量时间的光滑函数；
s(Rht)为第t日相对湿度的光滑函数；
s(hPat)为第t日平均气压的光滑函数；
DOWt为周末效应；
Holidayt为节假日效应。
2.单污染物对肺结核发病的影响：分析每种空气污染物(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3)与新发肺结核的关系，且将气温作为混杂因素。为了分析污染物在滞后一定时间后，是否会与肺结核发病有更强的相关性，分别纳入各污染物的当日浓度(lag0)、滞后1～7 d(lag1～lag7)浓度。模型见公式②：
log[E(Yt)]=α+β1×APt-i+β2×Temt+covs
②
式中：APt-i为各污染物的当日浓度、滞后1～7 d 的浓度；
Temt为第t日的日均气温；
covs为公式①中所有的协变量。通过相关系数β1计算RR值和超额危险度(ER)值。其中，RR值是指污染物浓度每升高10 μg/m3时肺结核发病风险。RR值为暴露组的发病数与非暴露组发病数的比值；
RR值为1.0～1.1，表示污染物与疾病不相关；
RR值为1.2～1.4，表示污染物与疾病弱相关；
RR值为1.5～2.9，表示污染物与疾病中等相关；
RR值为3.0～9.9，表示污染物与疾病强相关。ER=(RR-1)。选取ER值最高时对应的污染物浓度为最佳滞后日浓度，采用双变量响应面模型，进行单污染物-气温交互模型分析。
3.空气污染物和气温对新发肺结核病例数的交互作用：采用光滑样条函数将空气污染物浓度和气温纳入公式①生成双变量响应面模型，使空气污染物和气温对新发肺结核病例数的交互作用可视化。模型见公式③：
log[E(Yt)]=α+te(APt-i，Temt)+covs
③
式中：te(APt-i，Temt)为单污染物模型中选取的最佳滞后日污染物浓度和当日气温的交互效应；
covs为公式①中所有的协变量。
三、统计学处理
采用R 4.1.2软件进行时间序列分析、分布滞后非线性模型分析、响应面分析、绘图；
相关性采用Spearman相关分析；
计量资料偏态分布，采用“中位数(四分位数)[M(Q1，Q3)]”描述。计数资料采用“百分率或构成比(%)”描述；
以P<0.05为差异有统计学意义。
一、玉林市肺结核流行病学特征
2017—2021年，玉林市共报告11 251例肺结核病例，日均发病例数为6例(11 251/1825)。(1)季节分布：春季(3—5月)共报告3102例(27.57%)，夏季(6—8月)共报告3138例(27.89%)，秋季(9—11月)共报告2525例(22.44%)，冬季(12—2月)共报告2486例(22.10%)。玉林市肺结核的发病具有明显的季节波动性，报告发病高峰集中在春季和夏季。(2)性别分布：男性8405例，女性2846例，男女性别比为2.95∶1。(3)年龄分布：发病年龄介于3～98岁，中位年龄为51岁；
≤18岁者有497例(4.12%)，19～65岁者有8179例(72.69%)，>65岁者有2575例(22.89%)。(4)职业分布：主要集中在农民(87.74%)和学生(4.26%)。具体见表1。
二、空气污染物浓度、气象因素与肺结核发病的相关性分析
2017—2021年玉林市每日PM2.5浓度介于4～304 μg/m3，M(Q1，Q3)为27.00(19.00，41.00) μg/m3；
PM10的浓度介于5.00～373.00 μg/m3，M(Q1，Q3)为44.00(32.00，64.00) μg/m3；
SO2的浓度介于1.00～76.00 μg/m3，M(Q1，Q3)为13.00(8.00，21.00) μg/m3；
NO2浓度介于3.00～65.00 μg/m3，M(Q1，Q3)为15.00(12.00，21.00) μg/m3；
CO浓度介于0.35～1.99 mg/m3，M(Q1，Q3)为0.82(0.69，0.99) mg/m3；
O3浓度介于3.00～154.00 μg/m3，M(Q1，Q3)为53.00(39.00，69.00) μg/m3。每日温度介于3.00～37.00 ℃，M(Q1，Q3)为24.50(19.00，29.00) ℃；
相对湿度介于60.00%～95.00%，M(Q1，Q3)为79.00%(74.50%，84.00%)；
气压介于981.00～1003.00 hPa，M(Q1，Q3)为990.00(986.00，993.00) hPa。具体见表2。
表2 2017—2021年玉林市每日空气污染物和气象因素的年度分布特征 [d(构成比，%)]
对大气PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3和气压、气温、相对湿度进行Spearman相关分析，结果显示，PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3均与气温有明显相关性，差异均有统计学意义。其中，PM2.5、PM10、NO2、CO、O3与气温呈负相关，SO2与气温呈正相关；
PM2.5、PM10、气温与肺结核日发病数明显相关，见表3。
表3 2017—2021年玉林市每日空气污染物和气象因素与肺结核发病的相关性(r值)
三、温度对肺结核发病的影响
纳入气温的当日(lag0)和滞后1～7 d的温度(lag1～lag7)进行分析。结果显示，高温(37.00 ℃)在滞后0～4 d时可使玉林市人群肺结核发病数增高，相比于每日气温的中位数(24.50 ℃，RR值为1.00)，37.00 ℃累计0～4 d的RR值为1.20；
低温(3.00 ℃)在滞后0～2 d时也可使玉林市人群肺结核发病数增高，相比于每日气温的中位数(24.50 ℃，RR值为1.00)，3.00 ℃累计0～2 d的RR值为1.22，见图1。
图1 2017—2021年玉林市气温在不同滞后时间对肺结核发病影响的3D图
四、单污染物对肺结核发病的影响
分别纳入PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3的当日(lag0)及滞后1～7 d(lag1～lag7)浓度，当上述污染物浓度分别位于lag7、lag7、lag1、lag6、lag0、lag7时所对应的ER值最高，其ER(95%CI)分别为0.279(-0.738～1.306)、0.137(-0.585～0.865)、1.257(-0.802～3.359)、-2.552(-4.810～-0.239)、-28.259(-75.314～108.492)和0.767(-0.035～1.577)，见图2。
图2 2017—2021年玉林市不同滞后日空气污染物浓度每升高10 μg/m3时肺结核发病数的超额危险度
五、单污染物-温度交互作用对肺结核发病的影响
采用光滑样条函数将PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3浓度和气温均纳入双变量响应面模型，探讨空气污染物和气温对肺结核发病数的交互作用。结果显示，低温(3.00 ℃)时PM2.5、PM10、NO2、CO对肺结核发病的效应较强，高温(37.00 ℃)时PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3对肺结核发病的效应较弱，见图3。
广西壮族自治区玉林市属于亚热带季风气候，春季潮湿，夏季高温多雨，冬季干燥；
玉林市环境空气总体优良，但不稳定，受扬尘污染影响较大，且玉林市城中村存在大量的垃圾和秸秆焚烧现象，城区周边有大量的石灰窑和红砖厂，产生大量的SO2及颗粒物。本研究探讨了近年来玉林市肺结核的流行病学特征，以及短期接触环境因素对肺结核发病的影响，并评估量化了其影响程度。这是首次基于分布滞后非线性模型探讨玉林市短期空气污染暴露对肺结核影响的时间序列研究。
时间分布表明，玉林市2017—2021年肺结核每年报告发病例数无明显改变。季节分布表明，玉林市肺结核报告的发病高峰集中在春季和夏季。在其他地区的研究也表明，肺结核有发病高峰季节[10-11]。造成这种发病趋势的原因可能是因为春季流感等呼吸道感染疾病的频繁发生，降低了机体的免疫力。3月为春节假期后，出现就诊高峰可能与春节燃放烟花爆竹有关。空气污染物，特别是PM2.5、PM10暴露可改变机体局部或全身系统的免疫功能，降低机体对MTB感染的抵抗力，促进MTB生长[12]。此外，冬季报告发病数相对较低，究其原因，一方面受元旦和春节假期的影响较大，另一方面也受肺结核统计方式的影响，即发病日期在年底的部分病例可能无法纳入当年统计。性别分布表明，男性发病数高于女性，与既往报道一致[13-14]，可能为男性的社会活动频繁，工作环境差、时间长、劳动强度大及酗酒和熬夜等不良生活习惯等，导致感染MTB机会增多。人群分布表明，发病率最高的人群主要是农民，其次是学生，且呈逐年上升趋势，与既往研究结果相同[15-16]。农民发病率高可能是因为大多数农村地区欠发达、收入水平较低，没有良好的居住环境；
文化程度较低对相关的健康问题认识不足；
加上农村焚烧秸秆，空气污染物浓度较高，这些因素均会增加肺结核的发病风险。学生发病率逐渐升高的原因可能是因为学习压力大、失眠、内分泌失调、体育锻炼减少等导致免疫力低下，增加了MTB的感染风险。
分析温度对肺结核发病的影响，结果发现，相对于24.50 ℃，高温(37.00 ℃)累计0～4 d每日肺结核发病数RR值为1.20；
低温(3.00 ℃)累计0～2 d每日肺结核发病数RR值为1.22，这与李盛等[17]研究结果一致，气温和健康效应经常呈“U”曲线的关系，当气温高于或者低于某个阈值温度时，发病率会随着温度的升高或下降而上升。高温和低温均增加人群肺结核发病风险，且低温效应持续时间较高温长。高温对肺结核发病的影响可能与高温天气相对湿度较高有关，气温越高，含MTB直径在一定大小范围的飞沫核在空气中停留的时间越长，可能增加肺结核的传播和流行[9]。低温对肺结核发病的影响可能与冬季玉林市气候环境相关。玉林市冬季干燥，肺结核主要通过呼吸道传播，MTB可在干痰中存活6～8个月，若黏附在飞尘上8～10 d仍具有传染性。同时，冬季低温，人群暴露于日光的时间比其他季节更短，导致免疫力降低，尤其是老年人，所以容易造成肺结核的传播与流行。
分析空气污染物对肺结核发病的影响，结果发现，当PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3浓度分别位于滞后第7 d、第7 d、第1 d、第6 d、第0 d和第7 d时所对应的ER值最高，分别为0.279、0.137、1.257、-2.552、-28.259和0.767，表明空气污染物浓度升高对肺结核发病存在弱相关，可能与玉林市环境空气总体优良有关，虽然也有污染物超标的时候，但这些污染物持续时间较短，因此，对肺结核发病影响不明显。但也有研究显示，空气污染物暴露为结核感染危险因素[18]。Ibironke等[19]研究发现，当吸入体内的颗粒污染物被肺泡巨噬细胞吞噬后，颗粒污染物可改变感染MTB细胞的局部促炎因子水平，如降低白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α水平，升高γ-干扰素水平。颗粒物暴露还可以抑制MTB诱导的人类β防御素-2(HBD-2)和 HBD-3抗菌肽的mRNA表达和蛋白质分泌[20]，说明大气颗粒物暴露可能增加MTB感染和结核病发展的风险。也有学者持相反观点，其研究发现肺结核发病率与可吸入颗粒物、SO2、NO2浓度呈负相关[21]。
本研究在分析单污染物-温度交互作用对肺结核发病的影响中，观察到低温时PM2.5、PM10、NO2、CO暴露对肺结核发病数的效应有增强的趋势，但增强效应不明显；
高温时PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3对肺结核发病数的效应较弱，与文献[21]研究一致，表明玉林市的空气污染物对肺结核发病率影响不高，未发现气温与空气污染物对肺结核发病风险存在协同作用。
本研究存在一定的局限性：首先，本研究虽然证实了气温与肺结核发病之间有一定关系，但无法证明两者之间的因果关系；
其次，本研究只收集了玉林市的资料，研究结论的外推价值有限。
综上所述，玉林市肺结核的发病具有明显的季节波动性，发病高峰集中在春季和夏季，男性和农民高发。高温暴露或低温暴露可引起肺结核发病风险升高，但尚未发现玉林市气象因素与空气污染物对肺结核发病风险存在协同作用。建议在建立预防肺结核方案中，考虑气象因素作为预防因素之一。
利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突
作者贡献曹赋：数据收集、数据整理、实验方法设计、论文撰写、后期修订；
马晓红：数据收集、数据整理、指导资料分析；
马天：数据收集、数据整理；
罗键：数据收集、数据整理、论文撰写指导；
钟欣欣：数据收集、数据整理；
冯君兰：实验数据分析及可视化；
李晓娟：实验设计验证与核实；
梁镇根：实验结果验证与核实；
张启珍：论文审核、指导
