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2022, 39(12):1391-1397.doi:10.11836/JEOM22090

臭氧短期暴露与我国人群死亡之间关系的meta分析


1. 中国医科大学公共卫生学院,辽宁 沈阳 110122 ;
2. 生态环境部,华南环境科学研究所/国家环境保护环境污染健康风险评价重点实验室,广东 广州 510655 ;
3. 中国环境科学研究院,北京 100012

收稿日期: 2022-03-16;  录用日期:2022-09-15;  发布日期: 2022-12-25

基金项目: 国家重点研发计划课题(2020YFC1806303,2019YFC1803401)

通信作者: 郭庶, Email: guoshu@scies.org  

作者简介: 彭星宇(1997—),男,硕士生;E-mail:1552511610@qq.com

[背景] 近年来,我国大气颗粒物污染显著改善,而臭氧(O3)污染却日益严重。O3作为二次污染物,与人群健康有着密切的关联。

[目的] 探究中国环境空气中臭氧短期暴露对中国人群死亡率的影响。

[方法] 通过检索Web of Science、PubMed、中国知网、万方、维普中文科技期刊全文数据库,分别以中文关键词“臭氧或O3”“死亡”“时间序列分析”或英文关键词“ozone”“mortality”“China”检索1990年1月1日至2021年12月31日关于臭氧短期暴露对人群死亡率影响的研究。依据主题的纳入和排除标准筛选文献及进行质量评价,并采用R 4.1.2软件对提取的相关效应量进行meta分析。

[结果] 共检索到978篇文献,依据文献纳入和排除标准,最终纳入18篇文献,包含39个效应量估计值。结果表明,大气中臭氧浓度每增加10 μɡ·m−3,伴随着人群总死亡率、呼吸系统疾病和心血管系统疾病死亡率增加值及其95%CI分别为0.45%(0.39%~0.51%)、0.50%(0.33%~0.68%)、0.60%(0.48%~0.72%)。按照不同年龄、性别、季节等进行亚组分析后,臭氧浓度每增加10 μɡ·m−3,≥65岁人群死亡率增加值 [0.34%(95%:0.17%~0.51%)]大于<65岁人群[0.09%(95%CI:−0.21%~0.39%)];女性死亡率增加值 [0.44%(95%CI:0.30%~0.58%)]大于男性[0.35%(95%CI:0.22%~0.48%)];相比于暖季[0.29%(95%CI:0.16%~0.42%)],冷季的死亡率增加值更高[1.03%(95%CI:0.71%~1.35%)]。

[结论] 空气臭氧是影响人群死亡率的重要影响因素,我国65岁及以上老年人和女性对臭氧更敏感;在寒冷季节,臭氧暴露对人群死亡率的影响增强。

关键词: 臭氧;  死亡率;  中国人群;  meta分析;  短期暴露 

臭氧(ozone, O3)主要由天然源和人为排放的挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOC)和氮氧化物(nitrogen oxide, NOₓ)在紫外线高温照射下发生光化学反应生成。目前O3污染变得日益严重。数据显示,欧洲近60%的人口暴露在O3超标的环境中(欧洲标准O3-8 h 为120 μɡ·m−3),98%的人口暴露在O3质量浓度(后称:浓度)高于100 μɡ·m−3环境中(WHO指导值O3-8 h 为100 μɡ·m−3)。虽然近年来我国大气颗粒物污染得到有效控制,但O3浓度却日益增加。《2019年中国环境状况公报》显示,全国有30%的城市O3浓度高于GB3095—2012《环境空气质量标准》所规定的二级标准(O3-8 h浓度为160 μɡ·m−3)。

流行病学研究证明,O3暴露可导致人群呼吸系统、心血管系统疾病发病率和死亡率增加,肺功能下降,急诊科就诊和住院人数增加,哮喘患者发病和药物使用量增加等[1-3]。因国内外O3污染情况、O3浓度背景值、社会环境和经济基础、居民生活习惯以及行为方式、暴露方式的差异,国外O3暴露-反应关系不一定适合我国人群。各个研究的暴露-反应关系结果并不一致,采用单次研究的暴露-反应关系进行O3健康效应评估存在不确定性,因此合并单篇研究结果的估计值较为合理。董继元等[4]的研究没有将O3暴露的测量指标(O3-8 h浓度)作为纳入标准。最新流行病学研究表明,与O3-1 h浓度相比,O3-8 h浓度与人群死亡率关系更密切[5]。近期meta分析[6]没有将分析方法(时间序列分析)作为纳入标准,不同分析方法得出的结果存在差异。O3暴露与我国人群健康效应的研究越来越多,有必要再次进行全面评估。本研究拟通过整理O3暴露对中国人群死亡率影响的流行病学研究,利用meta分析方法,合并单篇研究结果的估计值,同时分析季节、年龄、性别等其他因素的修饰作用,探讨O3短期暴露与我国人群死亡率之间的关系。

1   材料与方法

1.1   研究思路

本次meta分析通过检索中英文数据库关于O3暴露与中国人群死亡之间关系的文献,使用R 4.1.2软件(metafor包)对相对危险度效应量RR值及其95%CI进行合并分析。此外,使用Q统计量和I2对异质性进行定性与定量检验,若异质性较大,进一步进行敏感性分析、亚组分析。异质性和发表偏倚分别用Galbraith图和漏斗图显示。

1.2   文献检索策略

文献数据库包括英文、中文数据库,英文数据库包括PubMed、Web of Science,中文数据库包括中国知网、万方、维普数据库,检索时间段为1990年1月1日至2021年12月31日。中国知网、万方检索式:(SU=O3 OR SU=臭氧)AND(SU=死亡OR SU=心血管系统疾病死亡 OR SU=呼吸系统疾病死亡)AND SU=时间序列分析;维普数据库采用题名或关键词进行检索:(O3 OR 臭氧)AND(死亡 OR 心血管系统疾病死亡 OR 呼吸系统疾病死亡)AND 时间序列分析;PubMed检索式:O3 [Mesh] or ozone [Mesh] and mortality [Mesh] and China [Mesh];Web of Science检索式:TS=((O3 or ozone) and (mortality) and (China))。

1.3   文献纳入标准和排除标准

文献纳入标准:①纳入中国地区的研究,包括港澳台地区; ②保留原始研究;③纳入时间序列分析研究;④保留环境污染物数据来源于国家监测站,人群健康资料来源于疾控中心的研究;⑤纳入O3浓度用O3-8 h浓度的研究;⑥纳入提供O3暴露与人群总死亡、心血管系统和呼吸系统疾病死亡之间的暴露-反应关系,如居民死亡增加的百分比或危险度(RR)、优势比或比值比(OR)、超额危险度(ER)及其95%CI

排除标准包括:①剔除重复发表的文献,如同一研究以不同的语言发表;②剔除信息不完整的研究,如只有研究结果,未包含污染物数据、死亡数据、研究方法等的研究;③剔除没有报告O3与人群死亡率之间暴露-反应关系的文献;④剔除缺乏混杂变量的研究,如缺乏对气象因素、节假日效应控制。

1.4   数据提取和转换

针对符合上述标准的研究,对其文章中的数据信息进行提取、整理。整个数据提取过程,由两名研究者交叉核对、独立完成。研究结果都转换为“O3-8 h浓度每增加10 μɡ·m−3,对应健康结局的RR及其95%CI的表达形式”。转换公式有 $ ER=(RR-1) \times {\text{100}}\mathrm{\%} $ β=(lnRR )/10。

1.5   统计学分析

将提取的研究结果数据进行汇总整理,对纳入文献进行异质性检验,用I2统计量表示,公式如下:

$$ I^{2}=(Q-ν)/Q \times 100 \text{%} $$ (1)

式(1)中,I2表示研究间变异所占的比例;Q表示各研究变异的标准化加权平方和;ν为自由度。当结果显示I2=0,表示分析结果不存在异质性;I2统计量越大,代表研究异质性越大,若I2>50%,则具有明显异质性。若P>0.1,I2<50%,选择固定效应模型进行分析;当P≤0.1,I2>50%,选择随机效应模型合并效应量。数据处理及meta分析通过EXCEL 2019、R 4.1.2中metafor包进行。使用Q统计量和I2对异质性进行定性与定量检验,若结果异质性较大,将进一步通过敏感性分析、亚组分析以及meta回归分析对资料进行处理。异质性用Galbraith图显示,Galbraith图是一种散点图,如果各研究间不存在异质性,散点都会落在回归直线之间,横坐标是各研究标准误的倒数(1/SE),纵坐标是Z值,即效应量除以其标准误(RR/SE)。发表偏倚用漏斗图显示。对meta分析过程中可能导致结果不稳定的因素,采用留一交叉验证法进行敏感性分析,即每次去除一篇文献后再次进行meta合并,并与原始结果比较。

2   结果

2.1   文献检索结果

根据制定的检索策略进行文献检索,共检索出978篇文献。按照文献纳入/排除标准对文献进行筛选后,最终纳入18篇文献,共计39个暴露-反应关系系数(见图1)。研究时间跨度为1996—2019年。纳入文献的研究设计均为时间序列,研究模型包括广义相加模型(generalized additive model, GAM)和广义线性模型(generalized linear model, GLM)。其中:有关人群总死亡的文献有16篇[5,7-21],共计18个效应量估计值(见表1);人群呼吸系统疾病死亡相关的文献共计8篇[7-11,17-18,20],10个效应量估计值(见补充材料表S1);心血管系统疾病死亡的文献有9篇[7-11,17,20,22-23],共计11个效应量估计值(见补充材料表S2)。

图 1

文献筛选流程及结果

Figure1.

Literature screening process and results

不同地区O3暴露对人群死亡率的影响存在差异;同一地区同一时间段的研究结果也不同,如上海地区的两次研究(均2001—2004年),O3-8 h浓度每升高10 μɡ·m−3,Zhang等[7]的研究显示人群总死亡率、呼吸系统疾病以及心血管系统疾病死亡率分别增加0.45%(95%CI:0.16%~0.74%)、0.35%(95%CI:0~0.70%)、0.53%(95%CI:0.09%~0.97%),而Kan等[8]的研究显示分别增加0.31%(95%CI:0.04%~0.58%)、0.29%(95%CI:−0.45%~1.03%)、0.38%(95%CI:−0.04%~0.80%)。此外,香港的O3浓度低于大陆地区。

2.2   meta分析结果

不同健康结局的异质性分析结果见表2。对人群总死亡而言,经检验 $ {I}^{2} $ =44.34%(P<0.05),采用固定效应模型合并效应量,合并RR=1.0045(95%CI:1.0039~1.0051)。呼吸系统死亡 $ {I}^{2} $ =11.11%(P<0.05),采用固定效应模型合并效应量得到RR值为1.0050(95%CI:1.0033~1.0068)。心血管系统疾病死亡 $ {I}^{2} $ =65.36%(P<0.05),采用随机效应模型合并效应量,合并RR=1.0060(95%CI:1.0048~1.0072)。综上,O3-8 h浓度每增加10 μɡ·m−3,我国人群总死亡率和呼吸系统、心血管系统疾病死亡率分别增加0.45%和0.50%、0.60%。

表1

O3暴露与人群总死亡关系研究的文献信息

Table1.

Literature information on the relationship between ozone exposure and total population mortality

表2

O3短期暴露与各种健康结局的meta分析结果

Table2.

Meta-analysis results of short-term ozone exposure and various health outcomes

异质性检验显示各研究之间存在一定的异质性,其中心血管系统疾病死亡的研究文献异质性最大,具体结果见补充材料图S1

2.3   发表偏倚检验

发表偏倚检验结果见图2表3,漏斗图对称,Begg秩相关检验和Egger检验的P值均大于0.05,说明本研究所纳入文献不存在明显发表偏倚。

图 2

O3暴露对人群死亡风险影响的漏斗图

Figure2.

Funnel plot of the effect of ozone exposure on the risk of mortality

表3

Begg法和Egger法对文献发表偏倚的统计学检验

Table3.

Literature publication bias by Begg's and Egger's tests

2.4   敏感性分析

采用留一交叉验证法进行敏感性分析,并与原始结果比较,发现本次关于O3短期暴露与我国人群非意外总死亡、呼吸系统疾病和心血管系统疾病死亡关系的研究结果较稳定,可支持总样本的研究结果(见补充材料图S2)。

2.5   亚组分析结果

本次meta分析只对人群总死亡进行亚组分析,按研究模型、性别、年龄、季节不同分为8个亚组,亚组分析结果见表4。O3-8 h浓度每增加10 μɡ·m−3,使用GAM模型的死亡风险高于使用GLM模型;≥65岁人群总死亡风险比<65岁人群死亡风险高;相比于男性,女性对O3更敏感。季节分组中,O3在冷季比暖季的效应大,且具有统计学意义,提示O3暴露与人群死亡率之间存在季节性。

表4

不同亚组分析结果

Table4.

Analysis results of different subgroups

3   讨论

本次meta分析结果显示,O3-8 h浓度每增加10 μɡ·m−3,中国人群总死亡风险增加0.45%(95%CI:0.39%~0.51%)。纳入16篇文献中,除明小燕等[15]、Lei等[18]、Liu等[12]三篇研究外,其余研究中O3暴露与人群总死亡率之间均存在明显相关性。与国内几项meta分析结果接近,Yan等[24]、Lai等[25]、廖志恒等[26]的研究结果分别为0.42%(95%CI:0.32%~0.52%)、0.42%(95%CI:0.31%~0.53%)、0.45%(95%CI:0.40%~0.50%)。本次研究结果高于Yin等[3]的多城市研究结果[0.24%(95%CI:0.13%~0.35%)],其中西北地区结果为0.02%(95%CI:−1.88%~1.91%),可能拉低整个研究结果;也高于Sun等[27]的研究结果,Sun等的研究区域包含了哈尔滨等多个北方县市,而本次研究纳入文献多为南方城市,因这两篇文献没有给出每个城市的具体结果,故没有纳入meta分析中。与国外的meta分析结果比较,本次分析结果明显高于Bell等[28]、Ito等[29]、Levy等[30]、Huangfu等[31]等的研究结果,相比于中国,欧美地区O3浓度较低。此外,欧美地区在O3浓度较高的暖季观察到更大的RR[32],而我国在O3浓度较低的冷季观察到更大的健康危害。出现这种差异可能是由于各地区O3浓度不同[31]、居民生活行为方式的不同[24],欧美地区暖季气候温和,适宜户外活动,受到O3暴露的机会增加;我国暖季雨热同期,人们在室内的时间长,而冬季气候温和,人们户外活动时间长,受O3影响大[33]。在亚组分析中,≥65岁人群对O3敏感,可能是老年人的器官老化和功能降低,免疫力减弱以及修复能力差所致[22];女性对O3敏感可能因为:①女性有时会进行胸式呼吸,胸式呼吸易造成肺通气和肺换气功能下降;②女性不吸烟者居多,研究发现不吸烟人群对O3更敏感[34]。本次meta分析发现O3效应在冷季时较大,这与Bell等[35]和Yin等[3]的研究结果类似。呼吸系统疾病在低温时死亡率高[36],我国居民在冷季户外活动和O3暴露时间长[33],从而导致总死亡风险增加。

O3-8 h浓度每增加10 μɡ·m−3,我国人群呼吸系统疾病死亡风险增加0.50%(95%CI:0.33%~0.68%),高于Bell等[37]的研究结果。研究表明呼吸系统死亡风险会随O3浓度的升高而增加,而我国O3浓度高于美国;该研究还报道O3浓度最高的地区居民死亡风险是O3浓度最低地区的3倍[38]。本研究结果高于叶伟鹏等[6]的研究结果,其研究区域多为港澳台城市,而本次meta分析纳入文献多为大陆城市,O3暴露对大陆人群的影响高于香港地区,与董继元等[4]的研究结果接近。本次结果略低于廖志恒等[26]对珠三角地区的研究结果[0.64%(95%CI:0.47%~0.86%)],该地区光化学污染严重[39],故O3暴露对珠三角地区人群影响大;高于Sun等[27]的研究结果[0.22%(95%CI:−0.28%~0.72%)],Sun的研究地区北方城市较多,而本次meta分析长三角、珠三角地区城市多。

此外,O3-8 h浓度每增加10 μɡ·m−3,导致心血管系统疾病死亡风险增加0.60%(95%CI:0.48%~0.72%)。本次meta分析结果高于董继元等[4]和Yan等[24]的结果[0.45%(95%CI:0.17%~0.72%)、0.44%(95%CI:0.17%~0.70%)],可能是因为O3暴露测量指标选取不同造成的,本次meta分析只选择O3-8 h浓度作为测量指标,而董继元和Yan还选择O3-1 h、O3-24 h浓度作为暴露测量指标;或因本次meta分析纳入Yang等[11]研究结果较高的文献,当剔除较高研究进行meta合并后的结果为0.44%(95%CI:0.28%~0.59%)。本次结果略低于廖志恒等[26]在珠三角的研究结果[0.70%(95%CI:0.47%~0.86%)]。分析O3对人群不良影响时,地理因素是重要因素之一,珠三角人口密集,光化学污染严重[38],此外,珠三角年轻人占比大且户外时间较长,O3暴露机会多[40]。温度也是影响心血管系统死亡的重要因素之一,低温下呼吸系统疾病的死亡率更高[36]

本次meta分析仍存在一定局限性,如纳入文献的研究地点集中在珠三角、长三角地区,而北方、中西部地区较少。因此,在未来希望纳入更多北方、中西部地区的研究以进一步提供可靠的证据。

本次meta分析结果表明,O3短期暴露会导致中国人群非意外总死亡率、呼吸系统疾病和心血管系统疾病死亡率增加,且65岁以上的老年人和女性对O3更敏感。与总死亡率相比,O3暴露导致心血管系统疾病、呼吸系统疾病的死亡率增加值更大。

图 1

文献筛选流程及结果

Figure 1

Literature screening process and results

表1

O3暴露与人群总死亡关系研究的文献信息

Table 1

Literature information on the relationship between ozone exposure and total population mortality

表2

O3短期暴露与各种健康结局的meta分析结果

Table 2

Meta-analysis results of short-term ozone exposure and various health outcomes

图 2

O3暴露对人群死亡风险影响的漏斗图

Figure 2

Funnel plot of the effect of ozone exposure on the risk of mortality

表3

Begg法和Egger法对文献发表偏倚的统计学检验

Table 3

Literature publication bias by Begg's and Egger's tests

表4

不同亚组分析结果

Table 4

Analysis results of different subgroups

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[基金项目] 国家重点研发计划课题(2020YFC1806303,2019YFC1803401)

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[收稿日期] 2022-03-16

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臭氧短期暴露与我国人群死亡之间关系的meta分析

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