（劳动卫生与环境卫生学专业论文）兰州市大气污染与居民健康效应的时间序列研究.pdf

兰州人学颂十学位论文 兰州市大气污染与居民健康效应的时间序列研究 中文摘要 目的：1 通过分析2 0 0 4 年2 0 0 7 年兰州市大气p m l o 、s 0 2 、n 0 2 的日平均浓 度变化，对兰州市大气污染水平进行全面了解。2 定量化研究兰州市大气污染 对居民心血管疾病入院人数及居民死亡人数的急性影响。方法：1 收集2 0 0 4 年1 月1 日2 0 0 7 年1 2 月3 1 日兰州市大气主要污染物及气温资料；2 收集兰州市同期 心血管疾病住院资料及居民死亡资料。3 采用p o i s s o n 广义可加模型进行兰州市 大气污染与居民心血管疾病日入院人数及居民日死亡人数的回归分析，利用平 滑样条函数排除作为潜在混杂因素的温度、时间趋势、星期几效应等，根据a i c 最小的原则，选择最终进入模型的变量，并确定其立方平滑样条函数自由度取 值，同时考察滞后效应。结果：1 兰州市2 0 0 4 年1 月1 日2 0 0 7 年1 2 月3 1 日兰州市 大气p m x o 、s 0 2 、n 0 2 的日平均浓度分别为0 1 3 8 m g m 3 、0 0 5 6 m g m 3 、0 0 4 7 m g m 3 ， 均基本符合国家二级标准。p m l 0 的年平均浓度分别为o 1 4 3 m g m 3 、0 1 2 0 m g m 3 、 0 1 5 3 m g m 3 、n o 1 3 3 m g m 3 ，均超过国家二级标准，p m l o 的日平均浓度超标率 为3 6 。p m l o 、s 0 2 及n 0 2 的日平均浓度有冬季较高，夏季较低的周期性。兰 州市大气n 0 2 日平均浓度和p m l o 、s 0 2 日平均浓度都有较强的正相关，s 0 2 日均 浓度和研究地区日均气温有较强的负相关。2 兰州市大气主要污染物对心血管 疾病住院人数和居民总死亡人数的影响均有滞后效应，不同污染物对总心血管 疾病、缺血性心血管疾病、高血压及居民总死亡人数的影响也不相同。p m l o 、 s 0 2 及n 0 2 对总心血管疾病日入院人数影响的最佳滞后天数分别为3 天、3 天、4 天。s 0 2 及n 0 2 对缺血性心血管疾病日入院人数的影响为当日即时效应，p m l o 对缺血性心血管疾病日入院人数的影响的最佳滞后天数为1 天。p m l o 、s 0 2 及n 0 2 对高血压日入院人数的影响的最佳滞后天数分别为：4 天、3 天和2 天。p m l o 、 s 0 2 及n 0 2 对居民日死亡人数的影响的最佳滞后天数分别为2 天、2 天和3 天。 3 p m l o 、s 0 2 及n 0 2 日平均浓度每增力n l o a g m 3 ，总心血管疾病日入院人数分别 增加0 2 1 、1 1 5 和1 0 8 。p m l 0 、s 0 2 及n 0 2 日平均浓度每增加1 毗咖3 ，缺 血性心血管疾病日入院人数分别增加0 3 5 、1 5 、2 1 6 。p m l o 、s 0 2 及n 0 2 2 兰州人学硕十学位论文 同平均浓度每增加1 毗咖3 ，高血压日入院人数分别增加o 3 2 、2 、1 3 2 。 p m l o 、s 0 2 及n 0 2 日平均浓度每增加l 毗m3 ，居民日死亡人数分别增加o 7 1 、 1 2 9 、1 9 5 。结论：1 兰州市大气颗粒物污染比较严重，p m l o 、s 0 2 及n 0 2 的同均浓度值有冬季较高，夏季较低的周期性。2 兰州市大气污染物p m l o 、s 0 2 及n 0 2 浓度与心血管疾病入院人数及居民死亡人数存在一定的相关性，污染物 浓度升高，心血管疾病入院及居民死亡的危险性随之增加。 关键词：大气污染：时问序列分析；广义相加模型；心血管疾病 3 兰州人学硕十学位论文 t i m e - s e r i e sa n a l y s i so fa i rp o l l u t i o na n dh e a l t h e f f e c to ft h er e s i d e n t si 1 1l a n z h o u a b s t r a c t o b j e c t i v e s ：1 t oa n a l y z et h ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o no ft h ep m l 0 ，s 0 2 ，n 0 2i n l a n z h o uf r o m2 0 0 4t o2 0 0 7 ，a st ou n d e r s t a n dt h el e v e lo fa i rp o l l u t i o ni nl a n z h o u 2 t o a n a l y z eq u a n t i t a t i v e l y t h ea c u t ee f f e c to fs e r i o u st h ea i r p o l l u t i o n o n c a r d i o v a s c u l a rd i s e a s e sh o s p i t a l i z a t i o na n dd a i l ym o r t a l i t yi nl a n z h o u m e t h o d ：1 m e t o r o l o g i c a ld a t aa n da i rp o l l u t i o nd a t aw e r ec o l l e c t e df r o mm e t o r o l o g i c a lb u r e a u a n de n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gn e tr e s p e c t i v e l y p e r s o nc o r r e l a t i o no fw e a t h e r c o n d i t i o n sa n da i r p o l l u t i o n c o n c e n t r a t i o n sw e r e a n a l y z e d i nl a n z h o u 2 c a r d i o v a s c u l a rd i s e a s e sh o s p i t a l i z a t i o nd a t aa n dd a i l ym o r t a l i t yd a t aw e r ec o l l e c t e d u s i n gas e m i - p a r a m e t r i cg e n e r a l i z e da d d i t i v em o d e la n dc o n t r o l l i n gf o rl o n g t e r m t e m p o r a lt r e n d s ，d a y so fw e e ka n dm e t e o r o l o g i c a lf a c t o r sw i t hs m o o t h i n gs p l i n e s m o o t h e r s ，c o u n t so fh o s p i t a l i z a t i o nf o rc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s ea n dd a i l yd e a t ho f r e s i d e n t sw e r ea n a l y z e dw i t hp m l 0 ，s 0 2a n dn 0 2i nap o i s s o nr e g r e s s i o n b a s e do n t h ep r i n c i p l eo fa i c ，t h ei n t r o d u c t i o no fv a r i a b l ew a si n t r o d u c e da n df r e e d o mv a l u e o ft h es m o o t h i n gs p l i n ef u n c t i o nw a sm a d e ，a tt h es a m et i m el a ge f f e c tw e r es t u d i e d r e s u l t ：1 t h ed a i l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fp m t 0 , s 0 2 ，n 0 2w e r e0 1 3 8 m g m ， 0 0 5 6 m g m ) ，o 0 4 7 m g m ) r e s p e c t i v e l yd u r i n gj a n u a r y1 s t ，2 0 0 4a n dd e c e m b e r3 1 t h ， 2 0 0 7i nl a n z h o u t h e yw e r ea c c o r dw i t hn a t i o n a ls e c o n d a r ys t a n d a r d s t h ea v e r a g e c o n c e n t r a t i o no fp m l ow e r eo 1 4 3 m g m 3 ，o 1 2 0 m g m 3 ，0 1 5 3 m g m 3 ，o 1 3 3 m g m 3 r e s p e c t i v e l y t h ed a i l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fp m l o ，s 0 2 ，n 0 2w e r eh i g h e ri n w i n t e ra n dl o w e ri ns u m m e r d u r i n gt h es t u d yp e r i o dt h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so f a t m o s p h e r i cn 0 2 ，p m l oa n ds 0 2h a das t r o n gp o s i t i v ec o r r e l a t i o n ；t h ea v e r a g e c o n c e n t r a t i o no fs 0 2a n da v e r a g et e m p e r a t u r eh a das t r o n gn e g a t i v ec o r r e l a t i o n 2 t h e r ew a sal a ge f f e c to fa i rp o l l u t a n t so nc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s ea n dd a i l yd e a t hi n l a n z h o u d i f f e r e n tp o l l u t a n t sh a dd i f f e r e n tl a ge f f e c to nt h et o t a lc a r d i o v a s c u l a r 4 兰州入学硕十学位论文 d i s e a s e ，i s c h e m i cc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s e ，h y p e r t e n s i o n ，a n dt h ed e a t ho fr e s i d e n t s t h eb e s tl a gd a yo fp m l o ，8 0 2a n dn 0 2o nt h et o t a lh o s p i t a l i z a t i o no fc a r d i o v a s c u l a r d i s e a s ew e r et h e3 r dd a y , t h e3 r dd a y , t h e4 t hd a yr e s p e c t i v e l y t h ei m p a c to fs 0 2a n d n 0 2o ni s c h e m i cc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s ew e r ei m m e d i a t e ；t h eb e s tl a gd a yo fp m l o0 i ! i s c h e m i cc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s ew a st h e1 s td a y t h eb e s tl a gd a yo fp m l 0 ，s 0 2a n d n 0 2 o i lh y p e r t e n s i o nw e r e ：t h e4 t hd a y , t h e3 r dd a ya n dt h e2 e dd a y r e s p e c t i v e l y t h e b e s tl a gd a yo fp m l o ，s 0 2 a n dn 0 2o nt h ed e a t ho fr e s i d e n t sw e r e ：t h e2 n dd a y , t h e 2 n dd a ya n dt h e3 r dd a yr e s p e c t i v e l y 3 a ni n c r e a s eo f1 毗g m o fp m l o ，s 0 2a n d n 0 2c o r r e s p o n d e dt o0 2 1 1 1 5 a n d1 0 8 i n c r e a s eo ft o t a lc a r d i o v a s c u l a r d i s e a s e sh o s p i t a l i z a t i o nr e s p e c t a b l y a ni n c r e a s eo f1 吮e d m jo fp m l o , s 0 2a n dn 0 2 c o r r e s p o n d e dt o0 3 5 ，1 5 a n d2 1 6 i n c r e a s eo fi s c h e m i cc a r d i o v a s c u l a r d i s e a s e sh o s p i t a l i z a t i o nr e s p e a a b l y a ni n c r e a s eo f1 叫g m o fp m l o ，s 0 2a n dn 0 2 c o r r e s p o n d e dt o0 3 2 ，2 a n d1 3 2 i n c r e a s eo fh y p e r t e n s i o nh o s p i t a l i z a t i o n r e s p e c t a b l y a ni n c r e a s eo f1 0 g m3o fp m l 0 ，s 0 2 a n dn 0 2 c o r r e s p o n d e dt o0 7 1 ， 1 2 9 a n d1 9 5 i n c r e a s eo ft h ed e a t ho fr e s i d e n t si nl a n z h o u c o n c l u s i o n ：1 t h e d a i l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so fp m l o ，s 0 2 ，n 0 2w e r eh i g h e ri nw i n t e ra n dl o w e ri n s u m m e r 2 n ea i rp o l l u t i o nh a sas h o r t - t e r mi m p a c to nh u m a nh e a l t h ，w h i c hc a n i n c r e a s et h en u m b e ro fc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s eh o s p i t a l i z a t i o na n dt h en u m b e ro f d a i l yd e a t h so fr e s i d e n t si nl a n z h o u k e yw o r d s ：a i rp o l l u t i o n ；t i m e - s e r i e sa n a l y s i s ；g e n e r a l i z e da d d i t i v em o d e l ； c a r d i o v a s c u l a rd i s e a s e 5 兰州人学硕十学位论文 一一一_ _ _ _ _ - ，- _ - _ _ - - _ - _ _ - _ - 一 缩略词表 缩略语英文全称 t s pt o t a ls u s p e n d e dp a r t i c u l a t e s p m l o s 0 2 n 0 2 g a m g u i q r 0 3 n o x c o r r i l 6 c p r p a t i c l e sw i t ha r o m a t i ch y d r o c a r b o n do f l e s st h a n1 0 虹mo ri n h a l e dp a r t i c l e s s u l f u rd i o x i d e n i t r o g e nd i o x i d e g e n e r a l i z e da d d i t i v em o d e l s g e n e r a l i z e dl i n e a rm o d e l s q u a r t i l er a n g e o z o n e n i t r o g e no x i d e s c a r b o nm o n o x i d e r e l a t i v er i s k i n t e r l e u k i n 一6 cr e a c t i o np o r t e i n 5 2 中文全称 总悬浮颗粒物 可吸入颗粒物 二氧化硫 二氧化氮 广义相加模型 广义线性模型 四分位间距 臭氧 氮氧化物 一氧化碳 相对危险度 白介素6 c 反应蛋自 原创性说明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人发表或未发表的成 果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容 外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究成果做出重要贡献的个人和集体体，均已在文中以明确方式 标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日期：莎多p 辛由习f 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 统一学校保存或者向国家有关部门或者机构送交论文的纸质版和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段 保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或者论文直 接相关的学术或者成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名： 嘲 导师签名e lg q ：嘉f 一车弧fd 兰州大学颂十学位论文 前言 工业化和城市化的快速发展，大气污染，尤其是城市大气污染同趋严重，大 气污染已成为影响人类健康的主要危害因素之一。世界卫生组织曾估计，全世 界每年因大气污染而造成的死亡人数约2 7 0 万人次，其中3 3 分布在城市；且 这种因大气污染造成人群健康影响的分布并不均匀，约三分之二发生在发展中 国家。随着国民经济的不断增长，城市化进程的加快以及城市人口的急剧增长， 我国城市大气污染问题也随之凸显出来，且由煤烟型污染逐步转变为交通和煤 烟混合型污染，严重制约着城市的可持续发展。大气污染物主要包括大气颗粒 物和气态污染物两大类。大气颗粒物按其粒径可分为：总悬浮颗粒物( t s p ) 、 可吸入颗粒( p m l o ) 、和细粒子( p m 2 5 ) 等。颗粒物是悬浮在大气中的不同来 源的固态颗粒和液态颗粒的混合物，其颗粒的大小和化学成份因时间和地点的 不同而不同。现从颗粒物中已鉴定出数千种化学物质，其主要组份为硫酸盐、 有机化合物、硝酸盐、各种金属以及生物复合物等。气态污染物主要包括二氧 化硫( s 0 2 ) 、一氧化碳( c o ) 、氮氧化物( n o x ) 、和臭氧( 0 3 ) 等。大气污染物的 来源主要是自然原因产生和人为活动产生。人类生产和生活过程中每天排放的 颗粒物、氮氧化物、二氧化硫等严重影响着人类赖以生存的大气环境。在我国， 环保部门每天的监测项目主要包括：t s p 、p m l o 、s 0 2 、n 0 2 、0 3 、铅( p b ) 、 氟( f e ) 和有害有机物等。 随着社会经济的发展，人民生活水平的提高及社会老龄化进程的加快，我 国居民的疾病谱和死因谱也在发生变化。以高血压、冠心病为代表的心血管疾 病，严重地危害着人类的健康。被称为：“健康头号杀手”的心血管疾病，已 成为我国重要的公共卫生问题口1 。据中国卫生统计年鉴显示：我国2 0 0 6 年城市居 民死因谱中死亡率最高的就是心血管系统疾病，达1 8 4 4 1 万，占居民总死亡率的 3 7 8 2 。心脏和血管疾病合称心血管疾病，泛指由动脉粥样硬化、高脂血症、 血液粘稠度高、高血压等所致的心脏等器官和组织发生缺血性或出血性疾病： 主要包括：各种缺血性心血管疾病、急慢性心力衰竭、各种心律失常、动脉粥 样硬化、冠状动脉粥样硬化性心脏病、周围血管病等。心血管疾病的危险因素 很多：诸如年龄、性别、种族、遗传、肥胖或超重、体力活动缺乏等，个体具 6 兰州人学硕士学位论文 有的危险因素越多，罹患心血管疾病的概率也越大。改变不良的生活习惯，有 助于降低心血管疾病发病的危险性。心血管类疾病的病因复杂，除生物因素和 行为及心理因素外、环境因素也逐渐引起了人们的重视。 近年来，大气污染对心脑血管系统的影响日益被受关注。大量研究均表明 大气污染物与心血管系统疾病有关b 3 ，其中颗粒物对心血管系统的影响最为严重 h 1 。从表面上看大气污染与肺部及呼吸系统的疾病更为相关，但事实上，大气污染 导致死亡率上升的主要死因构成是心血管疾病。有研究表明，每年死于大气颗 粒物所引起的心血管疾病的人数远远超过其所引起的呼吸系统疾病的人数睁 。 早在1 9 9 3 年，美国d o c k e r y 等就运用大样本的前瞻性队列研究，分析了大气污染 对人群健康的长期影响及损害；研究结果证明：长时期接触被污染空气与居民 心血管疾病死亡率的升高有关阳1 。该研究通过对8 1 1 1 名研究对象进行长达1 4 - 1 6 年的随访与观察，发现生活在重度大气污染城市人群的总死亡率是生活在轻度 大气污染城市人群的1 2 6 倍，其9 5 c i 为( 1 0 8 1 4 7 ) ；且在病因死亡率构成比中， 心血管疾病所占的权重最大。 大气污染对居民健康效应的影响分急性效应和慢性效应。长期接触大气污 染物对人体心血管系统慢性效应的报道相对较少，主要是大样本的数据分析和 实验室研究报道；短期接触大气污染物对人体心血管系统急性效应的影响报道 国外较多，国内较少，大多是研究污染物浓度短期变化与居民健康结局( 门急诊 人数、住院人数、死亡率等) 之间的关系。有长期效应研究表明：缺血性心脏病、 心律失常等多种心血管疾病病死率的升高与长期接触污染空气存在相关性。据 美国癌症学会的一份研究报道显示，空气q h p m 2 5 含量与心血管疾病死亡率之间 存在确切的统计学相关性其r r 及9 5 a 为1 1 2 ( 1 0 8 1 1 5 ) 阳1 。颗粒物与死亡危 险因素的相关性还与居住地理位置有关，h o e k 等通过对不同污染程度的城市居 民点大气污染与疾病死亡率关系的研究，发现长期暴露于严重交通污染的大气 环境与人群死亡率高度相关：居住地离交通主干道越近，则心肺疾病死亡的危 险性就越高n 町。目前为止，长期接触受污染空气导致心血管疾病死亡率上升的 确切机制尚不清楚。有短期健康效应研究表明，心血管系统疾病住院率与病死 率随大气颗粒物浓度的升高而升高。张燕萍等对中国太原市2 0 0 1 年6 月2 0 0 4 年 1 2 月间1 2 所医院3 9 7 7 8 例心血管疾病患者，应用p o i s s o n 广义相加模型进行颗粒物 7 兰州人学硕士学位论文 的危险度评估，结果发现：p m l o 浓度每升高1 毗m 3 ，缺血性心脏病住院率增加 1 9 4 ；总心血管疾病住院率增加o 6 5 1 。 国内外大量研究初步证实：大气污染与人群逐f i 住院数及死亡数存在相关 性，在死因分析中心血管疾病和呼吸系统疾病是其重要的死因构成n 羽。美国国 立环境卫生研究所和美国国家环保局都将大气污染与心血管疾病死亡和发病的 关系，尤其大气颗粒物对心血管系统的影响作为目前的研究重点。在我国除了上 海、北京、太原、沈阳和重庆等少数几个省会及直辖市外，有关大气污染与心血 管系统疾病的发病( f - j 诊、住院) 相关性研究甚少。 大气是生物生存的基本环境要素之一，给生物体以营养物，并保护生命体 免遭来自外层空间的有害影响。它直接参与生物体的代谢和体温调节等生命活 动。人类通过呼吸与外界进行气体交换，从大气中吸收氧气，来维持生命活动。 因此，大气的清洁程度及其理化特性与人类健康密不可分。大气污染主要包括 天然污染和人为污染。天然污染主要是由于自然原因形成的，人为污染则是由 于人类的生产和生活过程中所造成的。由于社会的发展，尤其现代工业的发展， 人类每天向大气中排放的物质的种类越来越繁杂，数量越来越多，从而使空气 成份发生了很大变化，以至其对人类及其它生物产生诸多不良影响。大气中的 污染物已超过百种，其中影响范围较广、且对环境影响较大的主要有：大气颗 粒物、s 0 2 、n o x 、c o 、0 3 、硫化氢、氟和氟化物、氯、氨、有机污染物等。 由于大气污染有时空差异性，不同地区其污染类型也不同。如美国的洛杉矶由 于其严重的交通型大气污染，使其i 兰1 4 0 年代一直遭受光化学烟雾的危害。而东 欧一些国家因大量的煤矿的开采和利用而造成煤烟型的大气污染。大气污染物 成分复杂，大多地区是多种污染物在一定的浓度水平相互作用而形成多种复合 型大气污染。我国的大气污染严重，且大部分城市的污染类型都是煤烟型。进 入2 1 世纪以来，国家采取的一些宏观政策，如加强高污染物排放企业的整治， 转产、调整工业布局等，使大气中的悬浮颗粒物和二氧化硫的浓度得到了一定 程度的控制。与此同时，一些大中型城市由于机动车持有量的快速增长，大气 污染的类型也由单一的煤烟型向煤烟污染与汽车尾气的混合型污染方向发展。 污染物浓度如t s p 、p m l o 、n 0 2 、s 0 2 、c o 等，仍然保持在较高水平。大气颗粒 物仍是影响我国城市大气污染的首要污染物，尤以北方城市更为显著。 8 兰州人学硕十学位论文 大气污染物来源很广，人类的许多活动都会造成大气污染。如金属、石油 和化学品加工、消费商品生产、废弃物焚烧以及楼房和道路的建设与维修等。 大气颗粒物主要来自：工业锅炉、各种工厂、露天采矿、建筑、水泥厂、生活 取暖等。不同来源的颗粒物由于其形成条件及粒径分布和化学组成均不相同， 对人体健康的损害也有一定的差异。由于大气颗粒物对人体和环境等产生了诸 多不良影响，国内外已对其开展了广泛的研究。早在二十世纪八、九十年代已 开始集中从流行病学的角度研究大气颗粒物对人体健康的危害。颗粒物粒径越 小，越易吸附各种有机物、酸性氧化物、及重金属等，并成为真菌和病毒等病 原微生物的载体。粒径越小的颗粒物其比表面积反而越大，极易进入呼吸道深 部，对人群健康的危害及影响也越大。我国于1 9 9 6 年制定了p m l o 的空气质量 标准，日平均浓度为1 5 0 m g m3 年平均浓度为1 0 0 t g m3 ；目前还没有关于p m 2 _ 5 的空气质量标准。文献资料显示，发展中国家的颗粒物污染较一些欧美发达国 家严重。国内外大量研究也表明，不同地区不同季节，颗粒物的浓度也不同。 b a d 等自1 9 9 9 年2 0 0 0 年在对纽约地区p m 2 5 连续观测表明，纽约市p m 2 5 日平 均浓度为1 5 5 # g m 婚1 ；l a u f i 等对1 9 9 9 2 0 0 1 年芬兰的四个城市大气颗粒物 研究表明：研究期间其p m l o 平均浓度范围为6 9 t g m 3 1 8 7 t g m 烈1 4 1 。我国大 气颗粒物污染相对很严重，大部分地区颗粒物浓度超标，尤其北方城市超标严 重。李卫军等对北京市2 0 0 4 至2 0 0 5 年大气颗粒物研究分析显示大气p m l o 和 p m 2 5 的日平均浓度分别为1 4 2 t g m 3 和7 4 t g m 3t l s ，p m l o 的同平均浓度基本符 合国家二级标准。魏复盛等对兰州市1 9 9 5 1 9 9 6 年研究表明：p m l o 、p m 2 5 近郊 的年平均浓度分别1 6 6 t g m 3 、9 9 t g m 3 ，城区的年平均浓度分别为2 2 7 t g m 3 、 1 1 8 l g m 3 1 6 9p m l o 的年平均浓度均超过国家三级标准。大量研究均表明我国细 颗粒物污染非常严重，需各部门加大力度进行治理。国内外有关p m l o 与人群健 康的流行病学研究表明：p m l o 的浓度的升高与人群疾病的发病率及死亡率的增 高存在明显的相关性，使心血管疾病及呼吸系统疾病的发病率明显上升n 7 t 坩1 。长 期生活在颗粒物浓度较高的环境中，慢性阻塞性呼吸道疾病，如气管炎、支气 管炎、支气管哮喘、肺气肿等发病危险性明显增高，且可促进这些病人病情进 一步恶化。以往的研究主要集中在颗粒物对呼吸系统的影响，近年来颗粒物对 心血管系统影响越来越受到重视。 9 兰州人学硕十学位论文 s 0 2 是大气主要污染物之，也是衡量大气是否遭到污染的重要标志。主要 来自以煤和石油为燃料的火力发电厂、垃圾焚烧炉、金属冶炼厂、造纸厂等。 s 0 2 是水溶性刺激性气体，易被上呼吸道和支气管粘膜的富水性粘液吸收。粘 液中的s 0 2 转化为硫酸氢盐和亚硫酸赫后进入血液，进而迅速分布于全身。长 期生活在大气被污染的坏境中，由于颗粒物和二氧化硫的联合作用，可使肺细胞 壁纤维增生，发展下去形成肺气肿。二氧化硫可以增强致癌物苯并芘的致癌作 用。有动物实验表明：s 0 2 可降低动物对感染的抵抗能力，主要是通过干扰巨 噬细胞参与的杀菌过程n 9 1 。 氮氧化物也是大气主要污染物之一。大多在各种矿物燃料高温燃烧时产生， 而且易于转化形成二次污染物。氮氧化物是光化学烟雾形成的重要前体物，其 与烃类共存时，在日光的作用下可形成光化学烟雾。氮氧化物主要来自汽车尾 气和工业过滤等。机动车辆是城市大气中氮氧化物的主要来源乜0 1 。n 0 2 的毒性 较n o 高4 5 倍，有关氮氧化物对机体健康效应的评价多是n 0 2 对机体产生的 各种不良影响。n 0 2 难溶于水，故对上呼吸道的刺激较小，易侵入细支气管及 其上皮细胞。n 0 2 对人体健康短期效应主要表现在呼吸系统，且对儿童危害性 更大。有体外实验表明：n 0 2 可激活细胞的氧化应激系统，进而引起肺组织内 的淋巴细胞和巨噬细胞浸润性炎症反应。据文献报道：巴西圣保罗空气中n 0 2 每增加0 0 7 5 m g m 3 ，就可使该地区5 岁以下儿童呼吸系统疾病死亡率增加 3 0 乜。n 0 2 与大气中的s 0 2 据有协同作瞻引，金远林等通过动物实验发现：短时 间吸入大量s 0 2 与n 0 2 的混合气体，可使豚鼠气道反应性增加1 。 由于不同国家和地区，主要污染物、人群的敏感度和记录疾病资料方法不 同，在研究大气污染对人群健康的影响时所选的健康效应终点也有所差异。健 康效应终点主要包括：患病( 入院人数、门急诊人次等) 、死亡( 疾病别死亡率、 全死因死亡率) 亚临床指标( 肺功能、免疫功能) 和临床症状( 咳嗽、气喘) 等。任何一种健康效应终点，都能反映当地大气污染对人群健康的影响。大气 污染对人群健康的影响可分为：急性效应( 短期暴露) 和慢性效应( 长期暴露) 。 大气污染对人群健康影响的研究方法目前有很多种，急性效应的研究常用时间 序列分析和病例交叉法，慢性效应常用横断面和队列研究。这些方法各有利弊， 长期效应的研究属于观察性研究，多为前瞻性队列研究，研究时间较长、所需 1 0 兰州入学硕十学位论文 经费也较高，且存在失访偏倚的可能，却能准确的监测并确定健康效应发生的 时间。短期效应在反映大气污染对发病率及死亡率影响时存在一定的偏倚。 病例交叉法主要用来研究大气污染对人群健康影响的急性效应，美国学者 m a c l u r e1 9 9 1 年首次提出了病例交叉设计的概念口钔，在以后的研究中得到了广泛 的应用。病例交叉研究可以看作是经过改良后的病例对照设计，它是通过比较 同一研究对象在事件未发生的某时间段内的暴露情况与事件发生时( 前) 的暴露 情况。每个病例的对照就是其本身，这种设计能有效的控制因个体差异带来的 各种混杂因素( 如年龄、遗传、经济社会因素等) 。此外，病例交叉设计不需要 很复杂的数学模型，可用多种统计软件对其研究资料进行分析。z e k a 等应用病 例交叉研究分析了美国2 0 个城市1 9 8 9 2 0 0 0 年的资料，结果发现大气颗粒物p m l o 日平均浓度每增加1 叩咖3 ，心血管疾病死亡的危险性增加0 5 0 乜司。阚海东等 使用病例交叉法，分析了2 0 0 0 年6 月1 日至2 0 0 1 年1 2 月3 1 日上海市居民同死亡率 与p m l o 、s 0 2 、n 0 2 浓度变化的关系，研究发现，大气p m l o 平均浓度每增加 1 0 t g m 3 ，心血管疾病的死亡率增加0 4 ； s 0 2 和n 0 2 与居民心血管疾病死亡率 变化存在正相关性汹1 。 时间序列分析主要是根据系统观测得到的时间序列数据，采用相应的数学 模型去近似地描述。时间序列法在分析大气污染对人群健康的影响时，最大的 优点是能排除如年龄、性别、社会经济因素、时间趋势和星期几效应等混杂因 素。s c h w a r t z 首次将时间序列分析应用于环境流行病学研究，现已已被广泛应用 于分析大气污染对各种健康效应终点的影响乜7 1 ；在不同地区、不同的大气污染 状况、不同人群均取得了较为相似的结果。s a m e t 等采用时间序列研究分析了2 0 个城市大气p m l o 与心血管疾病死亡率的关系，其研究方法是先进行少数城市的 时间序列分析，再对各城市的结果进行m e t a 分析。发现p m l o 每增加1 陬g m 3 ，心 血管疾病的死亡率会增加0 6 8 啪3 。王慧文等采用时间序列法分析了沈阳市空气 颗粒物与心血管疾病死亡率的相关性，研究发现其t s p 每增加5 毗g m 3 ，总人群 心血管疾病死亡率r r 和9 5 口分别为1 0 1 2 ( 1 0 0 4 1 0 0 2 ) 啪1 。 横断面研究是一种生态学研究方法，可用来分析大气污染对人群健康影响 的慢性效应。通过调整年龄、性别、经济状况等混杂因素后比较不同污染浓度 地区人群的健康状况，来分析和研究大气污染对人群健康的长期影响。生态学 兰州大学硕十学位论文 研究既省时、又省力，可利用常规资料和现成资料进行。但由于生态学研究方 法的局限性，具有生态性谬误，因此在做暴露与反应关系的评价时需慎重考虑。 徐肇翊等采用生态学研究方法分析了沈阳市大气污染与居民总死亡率及各种急 慢性病的关系；按环保部门监测数据将沈阳市分成高、中、低3 个污染区后，发 现心脑血管疾病死亡率在3 个区问的差异有统计学意义啪1 。s c o g g i n s 等采用横断 面研究方法分析了奥克兰地区长期暴露于大气污染与居民死亡率的关系。研究 结果发现，n 0 2 年平均浓度每增力1 1 0 z g m3 ，则居民疾病死亡率增j j l l 3 1 ，9 5 c i ( 1 一1 5 ) 1 。 队列研究( c o h o r ts t u d y ) 是公认的评价大气污染对人群健康影响的慢性效应 较为理想的方法。首先选定一个固定人群，然后根据个体暴露的程度将人群分成 不同组别，随访观察一段时间，再测量和比较各组别人群疾病的发病率和死亡 率状况。队列研究最大优点就是：资料的偏倚性较小，进而检验假说的能力较 强。但队列研究的周期长，人力与物力投入巨大。迄今为止，得到人们普遍认可 的的队列研究只有2 个，即美国癌症协会队列研究和美国哈佛大学6 城市研究 3 2 - 3 3 大量流行病学研究已证实，大气污染影响人体健康，目前尚不能把不良影 响特异具体地归因于那一种污染物。大量毒理学研究已表明大气颗粒物可引起 机体循环系统、呼吸系统、内分泌系统和免疫系统等广泛损伤阳1 。国内外在大 气颗粒物对心血管系统的影响的毒理学研究方面进展也很快。经广泛的毒理学 研究发现颗粒物可能主要通过以下多种方式对心血管系统产生损伤：( 1 ) 进入肺 泡引发氧化应激和炎症反应：通常情况下肺泡将细胞因子泵入血流，以刺激机 体免疫反应的发生，从而加速血栓的形成和血管的重建。这些因素均会使类脂 沉积，堵塞流向心脏的血流m 1 。( 2 ) 全身性炎症反应：大量研究证实，c 反应蛋 白( c r p ) 与心血管系统疾病，特别是冠心病关系密切，c r p 与冠状动脉粥样 硬化斑块的稳定性存在相关性。在通过对欧洲6 城市1 0 0 3 名心肌梗塞幸存者机 体的研究发现：c 反应蛋白和白介素一6 的重复检测结果与患者同期所在地大气 污染程度存在正相关 3 6 o 颗粒物污染可引发全身性炎症反应，使白介素6 的浓 度升高。白介素6 对周围的大气污染立即作出反应，迸一步导致c r p 产生增多， 进而对心血管系统产生影响。( 3 ) 改变心脏的节率：此机制目前还不明确，其中 1 2 兰州人学硕十学位论文 之一可能是通过呼吸道受体干扰心脏的植物神经功能”。有研究表明大气颗粒 物能加快脉搏和降低心率的变异性。( 4 ) 血液凝固性和粘度的改变：大气颗粒物 可引起血液成分的改变，并导致心血管疾病。血浆中许多炎症和血液凝结标志 物如c r p 、i l - 6 、v i i 凝血因子和纤维蛋白原都可作为心血管疾病的标志物。b i g e r t 等研究了大气颗粒物暴露与心血管疾病生物标志物( c r p 、v i i 凝血因子、i l - 6 、 纤维蛋白原等) 之间的关系。将7 9 名交通工作人员，按其大气颗粒物的暴露水 平分成高、中、低3 个剂量组。研究发现颗粒物暴露可使机体血液中纤维蛋白 原、高敏c 反应蛋白、i l - 6 、和凝血因子水平增加呻3 。本实验室通过分析不 同地区大气p m ：。对大鼠心血管系统的影响发现：不同地区、不同浓度的p m ：。急 性染毒后，心血管疾病生物标志物c r p 、i l - 6 、可溶性血管细胞附着分子 ( s v c a m 1 ) 、可溶性细胞内附着分子( s l c a m 1 ) 和心肌组织匀浆单核细胞趋 化因子( m c p 1 ) 均有所升高，且存在一定的剂量一反应关系。( 5 ) 颗粒物迁移： 大气颗粒物引发心血管系统健康效应的机制还包括颗粒物的迁移。n e m m a r 等 的研究表明粒径较小的颗粒物可以从机体肺部组织迁移至心血管等循环系统， 且这一现象在仓鼠和人类体内均有发现啪1 。( 6 ) 动脉粥样硬化的加速：颗粒物暴 露引起心血管系统损伤可能与炎性反应和全身性氧化应激反应引发的动脉粥样 硬化进展加速有关。过去的研究，已将炎症和血脂水平与诱发、加速动脉硬化 联系起来。颗粒物急性暴露所诱发的炎症反应诱发动脉粥样硬化及血栓等并发 症的发生，使血液易于凝固而形成血栓，从而增加心脑血管急性事件发生的危 险。 兰州市是甘肃省的省会城市，也是西北工业重镇，地处我国西部不同高原 交汇而成的一个狭长河谷小盆地内。据有关资料显示，兰州市2 0 0 6 年的大气污染 程度位居全国1 0 9 个重点城市的第2 位脚1 。兰州市如此恶劣的大气环境状况对居 民健康影响的定量化研究尚未见报道。本研究通过对2 0 0 4 至2 0 0 7 年兰州市大气 主要污染物( p m l o 、s 0 2 、和n 0 2 ) 的污染状况分析：对污染物与居民心血管疾 病住院人数及居民总死亡人数的时间序列研究，以定量化地反映兰州市大气污 染对人群健康的急性影响，为建立大气污染对人群健康影响的预测模型和制定 相关政策法规提供依据。 兰州人学硕士学位论文 技术路线 1 4 兰州人学硕士学位论文 第一部分兰州市大气污染状况分析 i 材料与方法 1 1 资料收集 1 1 1 大气污染物监测资料 收集兰州市2 0 0 4 年1 月1 日2 0 0 7 年1 2 月3 1 日大气污染物日平均浓度监 测资料；检测指标主要包括：p m l o 、s 0 2 和n 0 2 的逐日平均浓度。监测数据为 多个地面监测子站平均监测值，可吸入颗粒物( p m l o ) 、二氧化硫( s 0 9 、二氧化 氮( n 0 2 ) 三项污染物均采用自动监测，自动监测一次，在每