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2020, 37(9):936-942.doi:10.13213/j.cnki.jeom.2020.20133

大气颗粒物暴露与缺血性心脏病关联的流行病学研究进展


青岛大学公共卫生学院, 山东 青岛 266071

收稿日期: 2020-03-28;  录用日期:2020-08-03;  发布日期: 2020-10-15

基金项目: 国家自然科学基金项目(21976114,21707085);山东省泰山青年学者资助项目(tsqn201909101)

通信作者: 晋小婷, Email: xtjin@qdu.edu.cn  

作者简介: 张泽(1997-), 男, 硕士生; E-mail:1658755400@qq.com

利益冲突  无申报

缺血性心脏病(IHD)是我国除中风外的第二大心血管疾病,大气颗粒物(PM)与IHD的相关性研究值得关注。本综述搜集了国内外针对PM与IHD相关性的流行病学研究,围绕PM的粒径差异、区域差异两个方面综述二者相关性的研究进展,并分析了不同环境因素条件下PM暴露对IHD的影响。文献综合分析结果佐证了PM暴露与IHD死亡的关系,PM2.5、PM10每升高10 μg·m-3,人群IHD死亡效应值分别为1.023 6(95%CI:1.018 4~1.028 8)、1.010 6(95%CI:1.007 5~1.013 7),并且PM暴露可增加IHD的发病率。大多数研究集中在亚洲和北美洲国家关于PM10以及PM2.5对IHD的影响,PM1与IHD的研究资料缺乏,其他地区或国家PM与IHD的研究资料也不足。不同环境因素(温度、湿度、季节)条件下PM暴露对IHD影响研究较为有限,有待进一步研究。

关键词: 大气颗粒物;  缺血性心脏病;  粒径;  区域;  环境因素;  流行病学研究 

大气颗粒物(particulate matter,PM)是大气中固态、液态颗粒物的混合物,均匀稳定分散在空气中,形成了气溶胶体系[1],其主要来源于自然活动和人为活动[2-3]。根据空气动力学直径,可将PM大致分为PM10、PM2.5和PM1。中华人民共和国生态环境部的最新报告显示,近年来我国PM2.5和PM10年平均质量浓度(简称为浓度)虽然略有下降,但污染形势仍然十分严峻[4]。随着人们对PM认识的逐渐深入,其健康风险研究也在广泛开展。越来越多的研究显示,PM与心血管疾病的发病率和死亡率显著相关[5],是诱发心血管疾病发病率和死亡率逐年递增的重要风险因素。一项多国家多城市的研究揭示,PM10和PM2.5浓度每增加10 μg·m-3,每日心血管疾病死亡率分别增加0.36%(95% CI:0.30%~0.43%)和0.55%(95% CI:0.45%~0.66%)[6]。国内一项meta分析结果表明,PM2.5、PM10、PM10-2.5浓度每升高10 μg·m-3,人群缺血性心脏病(ischemic heart disease,IHD)死亡的合并效应值分别为1.023 6(95% CI:1.018 4~1.028 8)、1.010 6(95% CI:1.007 5~1.013 7)和0.992 0(95% CI:0.966 9~1.017 8)[7]。在所有由心血管疾病导致的死亡中,IHD和中风所占比例最大[8]。自1990年以来我国IHD所引起的疾病负担显著增加,成为仅次于中风的第二大危险因素[9],IHD已经成为威胁中国人口健康的主要疾病之一。

虽然杨颖等[10]已简要概述空气颗粒物与IHD流行病学研究进展及可能性机制,但该综述局限于2012年前PM与IHD的部分流行病学研究,缺乏充分的相关性证据;进一步考虑到PM的粒径和地区差异对IHD存在影响,本文将从不同粒径、不同地区两个层面概述PM与IHD的相关性研究进展;由于不同环境因素(温度、湿度等)下PM暴露对IHD可能有不同的影响,本文也将对此方面研究进展进行总结。

1   不同粒径PM暴露与IHD关联的研究进展

流行病学研究显示,PM暴露与IHD发病率及死亡率存在密切联系,然而不同粒径的PM所造成的影响不尽相同。虽然PM暴露的影响取决于人体体质(例如呼吸模式、速率和人的体格),但PM粒径与健康风险效应直接相关。一般来说,PM越小,就会以更高的速率经过呼吸道,其渗透的深度就越深。由于粒径≥ 10 μm的PM组分会迅速沉降,因此滞留在气管(上喉)或支气管中,5~10μm的PM最有可能沉积在气管、支气管树中,而1~5 μm的PM则沉积在发生气体交换的呼吸细支气管和肺泡中,小于1 μm的PM的行为类似于气体分子,会向下渗透到肺泡,并且可以进一步转移到细胞组织和/或循环系统中,所以不同粒径的PM造成的影响会有差异[11]。本研究概述不同粒径PM与IHD相关性的研究进展,详细数据见表 1

表1

不同粒径大气颗粒物暴露与缺血性心脏病关联的流行病学研究

Table1.

Epidemiological studies on the association between size-fractionated particulate matter exposure and ischemic heart disease

1.1   PM10暴露与IHD

PM10粒径较大,在空气中停留时间较短,易被人体上呼吸道的纤毛和黏液阻隔、排出,对人体健康危害较小。由于PM10监测技术要求低、数据完善,因此其与IHD的相关性研究开展时间较早。众多研究显示,PM10与IHD存在密切的相关性。希腊一项前瞻性研究显示,长期暴露于交通源污染的空气会影响女性和年轻受试者IHD的发病率[12]。同样,韩国一项研究表明,环境PM10暴露与IHD的就诊密切相关,尤其是患有高血压、糖尿病或者年龄≥ 80岁的男性[13]。比利时一项研究表明,PM10浓度降低会降低IHD的相关风险[14]。然而Ljungman等[15]对瑞典的三座城市PM10长期暴露的研究中没有观察到PM10总体水平与IHD发生率之间的关联。这提示不同地区的PM暴露与IHD相关性存在差异,造成差异的原因可能与当地易感人群、PM暴露水平和理化性质相关,有待进一步研究。

1.2   PM2.5暴露与IHD

PM2.5粒径小于PM10,它可以避开人体的防御机制,深入呼吸系统,进入支气管深处,穿越肺泡进入血液,导致对心血管系统产生更大的影响。目前PM2.5与IHD的流行病学研究已经比较全面,众多证据表明PM2.5暴露会增加IHD发病率和死亡率。例如Pope等[16]早期一项研究分析发现美国长期PM2.5暴露会增加IHD死亡率。之后2006年的美国人群流行病学调查研究发现短期PM2.5暴露会增加急性IHD事件,特别是急性缺血性冠状动脉事件(不稳定性心绞痛和心肌梗死)[17]。近期Xie等[18]研究发现,中国北京地区PM2.5浓度与IHD发病率和死亡率相关,并且PM2.5与IHD发病率和死亡率之间的剂量-反应关系是非线性的。综上所述,早期与近期研究结果都表明PM2.5与IHD有明确的相关性。

1.3   PM1暴露与IHD

PM1粒径较小,进入人体循环系统所引发的健康风险更为显著。受各国空气质量监测标准和PM1监测技术要求所限,PM1相关数据十分缺少,阻碍了相关研究进展。尚未有明确的流行病学研究证明PM1暴露与IHD之间的相关性,因此,需重点开展PM1与IHD流行病学方面的调查研究。

2   国内外PM暴露与IHD的关联的研究进展

2.1   国外PM暴露与IHD的流行病学研究进展

不同地区PM来源广泛,理化性质存在差异,所以不同地区的PM与IHD相关性可能存在差异,并且PM暴露的短期效应和长期效应可能具有差异。国外对PM与IHD的相关研究主要集中在北美洲和亚洲国家,尤其美国对于PM长期和短期暴露与IHD之间的关系早在2003年和2006年就已经有了明确的结果[16-17]。之后的相关研究集中在亚洲的大部分国家,而其他地区的国家相关研究比较缺乏。详细数据见表 2

表2

国外不同地区大气颗粒物暴露与缺血性心脏病的流行病学研究

Table2.

Epidemiological studies on particulate matter exposure and ischemic heart disease in different regions abroad

2.1.1   短期暴露

Leiser等[19]评估了PM2.5对1999—2009年美国犹他州19 602名心血管事件后存活患者住院和死亡的影响,研究发现短期PM2.5暴露与再入院率降低、死亡风险增加有关。Zhang等[20]研究表明,IHD的住院率增加与PM2.5浓度的短期升高相关,并且入院率随着PM2.5浓度的增加而增加,在心血管疾病和心肌梗死中也观察到了类似的趋势。这些研究表明PM暴露会影响心血管事件的入院和死亡,其中包括了IHD。

2.1.2   长期暴露

Ostro等[21]对2001—2007年美国加州10万名女性教师的研究显示,IHD死亡率与长期暴露于不同种类及来源的PM2.5和超细颗粒物存在正相关性。Han等[22]采用综合暴露-反应(integrated exposure-response,IER)模型评估韩国各省份和直辖市中环境PM2.5造成的健康负担和时空趋势,结果显示2015年韩国共有11 924例过早死亡归因于PM2.5暴露,其中包含3 303例IHD死亡,IHD死亡人数仅次于中风。Faridi等[23]对伊朗首都德黑兰2006—2015年的PM2.5暴露进行了健康影响分析,结果显示长期PM2.5暴露导致了19.8%~24.1%的IHD死亡。Saini等[24]对印度2016年29个百万级人口的省份和直辖市的研究结果显示,PM2.5暴露导致过早死亡主要有五种原因(IHD、中风、慢性阻塞性肺疾病、下呼吸道感染和肺癌),而IHD是导致死亡的主要原因。

南美洲以及澳洲等地区的国家PM与心血管疾病相关研究十分充分,但是缺少PM与IHD相关性研究,其可能原因是南美洲以及澳洲等地区PM污染水平较低,而IHD与其他危险因素的相关性更强,从而导致研究人员忽视了PM与IHD相关性的研究。

2.2   国内PM暴露与IHD的流行病学研究进展

国内对PM与IHD的相关研究主要集中在2013年之后一线城市的流行病学调查,一方面是PM2.5及其健康危害性逐渐被人们了解,另一方面是中国PM2.5相关标准的制定和监测数据的完善为流行病学研究提供了数据支持。总体来说,中国PM2.5浓度与IHD发生发展密切相关。例如Song等[25]对2014年1月—2016年12月中国367个城市共1 382个国家空气质量监测站的PM2.5浓度和相应地区的疾病死亡数据进行系统研究,发现在PM诱发的疾病中,IHD是除中风、急性呼吸道感染外死亡率最高的疾病;PM2.5造成的死亡占IHD死亡总数的26.8%(95% CI:18.6%~41.3%)。2019年一项涉及我国2 109万人、53个队列研究的汇总研究分析发现,PM2.5暴露水平升高会增加IHD事件的风险[26]。详细数据见表 3

表3

国内不同区域PM暴露与缺血性心脏病的流行病学研究

Table3.

Epidemiological studies on particulate exposure and ischemic heart disease in different regions of China

2.2.1   短期暴露

Xu等[27]研究发现2013—2014年间,上海市IHD住院与短期暴露于高水平PM2.5和PM10密切相关。Feng等[28]评估了2013年北京每日PM10浓度与心肺疾病入院率之间的关联,研究显示PM10污染与心肺疾病的急诊住院密切相关。Xu等[29]的研究同样发现急性暴露于PM2.5空气污染会增加心血管疾病急诊就诊率。Xie等[18]研究发现,PM2.5的浓度与IHD的发病率和死亡率相关,PM2.5每升高10 μg·m-3,IHD发病率增加0.27%(95% CI:0.21%~0.33%),同一天死亡率增加0.25%(95% CI:0.10%~0.40%)。Lin等[30]发现广州大气PM2.5对心血管的影响不仅与几天内的平均浓度有关,而且还与每小时内空气中PM2.5浓度达到峰值的时间有关。Wu等[31]研究发现,兰州市大气PM(PM2.5、PM10-2.5和PM10)浓度升高与心血管疾病的死亡率增加相关。

2.2.2   长期暴露

Nie等[32]采用IER模型,评估南京市PM2.5暴露所导致的生命损失(years of life lost,YLL)和PM2.5导致相关疾病的过早死亡归因分值(attributable fractions,AF)。结果显示,2014年PM2.5导致IHD过早死亡的AF为30%(95% CI:21%~52%),2015年由于PM2.5水平下降,AF降至28%(95% CI:19%~44%)。2014年每1 000人IHD的YLL为3.16岁,2015年为2.82岁。当PM2.5小于15 µg·m-3时,IHD取代中风成为主要的死亡原因。Chen等[33]通过IER模型分析得出,浙江省工业城市的居民健康风险更高,PM2.5暴露导致IHD的人群归因分值(population attributable fractions,PAFs)为25.82%。

综上研究,短期PM暴露与IHD的发病、入院和死亡存在关联,并且受PM浓度变化的影响。同时,PM长期暴露会增加人群的健康风险,导致相关疾病包括IHD的过早死亡。

3   不同环境因素条件下PM暴露与IHD关联的研究进展

PM10和PM2.5两种粒径颗粒物以及北美洲和亚洲地区国家PM暴露与IHD的发病和死亡率的相关性已经很明确,但是不同环境因素条件下,比如温度、季节、湿度变化,对PM与IHD关系的影响尚未有十分明确的结论。

3.1   温度

Li等[34]使用时间序列分析来探讨温度对PM10和IHD的死亡率之间关联的调节作用,结果表明,2007—2009年,高温天气PM10浓度上升对IHD死亡率的影响要强于低温天气。在分别以14.65℃和20℃为高低温分界线时,高温下PM10浓度每升高10 µg·m-3死亡率分别增加为1.08%(95% CI:0.61%~1.55%)和1.20%(95% CI:0.63%~1.78%),而在低温下的分析结果均无统计学意义。同样,Xu等[29]的研究发现,PM2.5暴露的环境温度会影响IHD的急诊就诊率,高温(>11.01℃)时PM2.5对IHD急诊就诊率的影响高于低温(≤ 11.01℃)时PM2.5对IHD急诊就诊率的影响。综上研究可以推测,温度会影响PM与IHD的相关性,高温条件下PM与IHD的相关性更强。

3.2   湿度

Qiu等[35]使用Poisson广义线性模型对1998—2007年香港的平均温度、相对湿度和每日IHD入院率进行了分析,以评估随季节和相对湿度变化的PM暴露对IHD急诊入院的影响。结果显示在凉爽(11—4月)且湿度较低(≤ 80%)的季节,PM10每增加10 μg·m-3,滞后3 d的IHD入院率增加1.82%(95% CI:1.24%~2.40%)。目前尚未有其他研究分析湿度对PM与IHD相关性的影响,推测湿度也会影响PM与IHD相关性,但仍需要进一步的研究分析。

3.3   季节

季节因素对PM与IHD的影响涉及许多方面,例如温度与湿度,而温度与湿度又可能对其有不同的效应,因而造成结果复杂。在众多PM与IHD的研究中,往往通过不同的方法排除季节因素的影响,因而单独分析其对PM和IHD关系的影响的研究十分缺少。

4   总结和展望

国内外众多流行病学研究已明确PM与IHD的相关性,PM暴露会增加人群IHD的发病和死亡风险。在不同粒径中,PM2.5与IHD的研究资料最充分,PM10由于粒径大,造成的IHD危害相对小,相关研究资料稍显不足,而PM1受监测技术的影响,缺乏相关研究。除此之外,不同地区的PM与IHD研究结果显示,PM暴露与IHD可能存在相对性的差异,其可能原因是不同地区人群的身体素质以及易感性差异,亚洲和北美洲地区国家的研究资料较为充分,而其他地区国家的相关研究较为缺乏。此外,不同理化因素条件下的PM与IHD的相关性研究也相对缺乏。因而,仍需开展进一步的研究工作,分析不同地区易感人群,不同理化因素以及PM1与IHD之间的相关性。关于相关毒性机制研究,虽然文献研究表明PM影响IHD的可能性机制主要涉及血管功能、促进血栓形成、刺激炎症反应和氧化应激[10, 36],但尚未有明确的直接性研究阐明PM影响IHD的作用途径以及作用机制。空气污染既有短期急性的健康效应,又有长期慢性的危害,而两者一般具有不同的生物学机制,前者更多为促进疾病发展的作用,后者可能有更多的病因学关联。因此,PM影响IHD的毒性分子机制仍有待从多方面继续深入研究。

表1

不同粒径大气颗粒物暴露与缺血性心脏病关联的流行病学研究

Table 1

Epidemiological studies on the association between size-fractionated particulate matter exposure and ischemic heart disease

表2

国外不同地区大气颗粒物暴露与缺血性心脏病的流行病学研究

Table 2

Epidemiological studies on particulate matter exposure and ischemic heart disease in different regions abroad

表3

国内不同区域PM暴露与缺血性心脏病的流行病学研究

Table 3

Epidemiological studies on particulate exposure and ischemic heart disease in different regions of China

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[基金项目] 国家自然科学基金项目(21976114,21707085);山东省泰山青年学者资助项目(tsqn201909101)

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[收稿日期] 2020-03-28

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大气颗粒物暴露与缺血性心脏病关联的流行病学研究进展

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