太原市中學(xué)大氣污染與學(xué)生呼吸道健康關(guān)聯(lián)研究

樊茜楠,李承歡,李甜,白旭,趙卓慧,張昕*

(1.山西大學(xué) 環(huán)境科學(xué)研究所,山西 太原 030006;2.復(fù)旦大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院,上海 200032)

0 引言

哮喘是一種常見(jiàn)的氣道慢性炎癥疾病,可反復(fù)引起患者呼吸時(shí)胸部有哮鳴音、咳嗽和呼吸困難等癥狀。有研究表明近年來(lái)在亞洲兒童哮喘的患病率仍然呈現(xiàn)升高趨勢(shì)[1]。我國(guó)一項(xiàng)針對(duì)全國(guó)0-14歲兒童哮喘患病情況的調(diào)查研究顯示,1990年我國(guó)兒童哮喘的患病率為0.91%,10年間(1990-2000年)兒童哮喘患病率上升了64.84%[2],與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)兒童哮喘的發(fā)病率較低,但是死亡率卻位居全球第一,高達(dá)367/10萬(wàn)[3]。在校初中生處于生長(zhǎng)發(fā)育階段,生理器官及免疫系統(tǒng)仍未完全發(fā)育,暴露大氣污染效應(yīng)更加顯著,是呼吸道疾病(哮喘)的高發(fā)人群。已有研究指出,長(zhǎng)期或者短期暴露于高濃度的大氣污染中,均會(huì)使得兒童患呼吸道疾病(咳嗽、哮鳴音和喘息等)的風(fēng)險(xiǎn)升高,且顆粒物濃度越高的地方,慢性呼吸道疾病的患病人群越密集[4]。伍燕珍等[5]發(fā)現(xiàn),大氣顆粒物的濃度與兒童咳嗽、咯痰等呼吸系統(tǒng)癥狀的報(bào)告率之間,以及SO2濃度和兒童喘鳴、持續(xù)咳嗽的報(bào)告率之間均為顯著正相關(guān)關(guān)系,而且北方地區(qū)的大氣污染對(duì)兒童呼吸系統(tǒng)疾病的影響更為顯著。此外,針對(duì)大氣高濃度污染的短期暴露研究發(fā)現(xiàn),空氣污染水平升高,FeNO(呼出氣一氧化氮)和FeH2S(一種新的氣道炎癥標(biāo)志物)都會(huì)顯著升高[6],且每當(dāng)PM10的濃度增加50 μg/m3,2歲以下和3-15歲兒童呼吸道癥狀患病率分別上升4%-12%和3%-9%[7]。關(guān)于冬春季節(jié)空氣污染物濃度與兒童呼吸道疾病的相關(guān)性研究表明,NO2的濃度與兒童呼吸道感染的相關(guān)性最強(qiáng),且其濃度每上升10 μg/m3,上呼吸道和下呼吸道感染分別增加4%和8%左右[8]。針對(duì)大氣污染物短期暴露對(duì)人體健康的影響得出結(jié)論為,當(dāng)O3濃度每增加10 μg/m3,研究人群的呼吸系統(tǒng)疾病和癥狀的報(bào)告率升高0.46%[9]。

學(xué)校環(huán)境是兒童成長(zhǎng)的主要環(huán)境,對(duì)兒童的健康尤為重要。目前針對(duì)學(xué)校環(huán)境對(duì)兒童哮喘、呼吸道健康影響的研究在國(guó)內(nèi)并不多見(jiàn)，本研究中關(guān)于初中學(xué)生哮喘、呼吸道癥狀以及呼吸道感染的患病率信息通過(guò)研究對(duì)象填寫問(wèn)卷的方式獲得,隨后利用儀器實(shí)地測(cè)量學(xué)校室內(nèi)和室外的大氣污染物濃度,數(shù)據(jù)包括PM10、SO2、NO2和O3,最后采用統(tǒng)計(jì)模型分析學(xué)校室內(nèi)外主要大氣污染物(PM10、SO2、NO2和O3)與哮喘、呼吸道癥狀以及呼吸道感染患病率的相關(guān)性,以期全面評(píng)估太原市大氣環(huán)境對(duì)在校學(xué)生呼吸道健康的影響。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究設(shè)計(jì)

2010年,在山西省太原市5個(gè)行政區(qū)隨機(jī)選取了10所初中學(xué)校作為研究對(duì)象，其中迎澤區(qū)和萬(wàn)柏林區(qū)各2所,尖草坪和杏花嶺區(qū)各1所,小店區(qū)4所。在所選每所學(xué)校隨機(jī)選取5個(gè)初一班級(jí)或者全部初一班級(jí)(學(xué)校的初一班級(jí)少于5個(gè))。經(jīng)過(guò)每所學(xué)校校長(zhǎng)和班主任老師的同意后,通過(guò)班主任向本班級(jí)學(xué)生發(fā)放健康調(diào)查問(wèn)卷。隨后在每個(gè)所選班級(jí)的教室內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)(包括PM10、SO2、NO2和O3)檢測(cè),同時(shí)再以學(xué)校為單位,對(duì)每所學(xué)校進(jìn)行室外環(huán)境檢測(cè),檢測(cè)大氣污染物同室內(nèi)檢測(cè)。最后,將所檢測(cè)的大氣環(huán)境污染物濃度與哮喘等呼吸道癥狀的相關(guān)性通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型進(jìn)行分析。

1.2 研究對(duì)象

選取的10所初中學(xué)校,學(xué)生的年齡為11-15歲,參與調(diào)查的男女比例接近1∶1,共發(fā)出問(wèn)卷2 335份,回收問(wèn)卷2 134份,應(yīng)答率為91.4%。問(wèn)卷調(diào)查完成一周后,分別對(duì)10所學(xué)校和39個(gè)班級(jí)(1 877名學(xué)生)進(jìn)行了室外和室內(nèi)污染物PM10、SO2、NO2和O3的檢測(cè)與收集。調(diào)查前,所選學(xué)校均無(wú)嚴(yán)重的大氣污染事件,在校學(xué)生均無(wú)患有嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)疾病。

1.3 大氣污染物檢測(cè)

在學(xué)生正常上課的情況下,采用實(shí)時(shí)大氣顆粒物檢測(cè)裝置DUST TRAK II 8532(TSI instruments Ltd.,USA)對(duì)室內(nèi)外的PM10進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采用被動(dòng)吸附濾膜(IVL瑞典環(huán)境研究中心提供)對(duì)室內(nèi)外的SO2、NO2和O3進(jìn)行檢測(cè)。室內(nèi)采樣點(diǎn)設(shè)置在每個(gè)接受監(jiān)測(cè)的教室后部,采樣點(diǎn)高度大約與學(xué)生上課呼吸帶高度一致,距地面1.0～1.5 m;同一學(xué)校的室外污染物濃度基本一致,因此所選室外監(jiān)測(cè)位點(diǎn)主要是考慮要防雨雪,能自然通風(fēng),其位點(diǎn)高度接近學(xué)生呼吸帶,每所學(xué)校設(shè)置一個(gè)室外監(jiān)測(cè)位點(diǎn)。室內(nèi)外PM10樣品均在學(xué)生早上8點(diǎn)上課時(shí)開(kāi)始進(jìn)行,每所學(xué)校以及每間教室在調(diào)查期內(nèi)進(jìn)行一次連續(xù)4 h的監(jiān)測(cè),測(cè)量結(jié)束后,通過(guò)TraKPro軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)。測(cè)量室內(nèi)SO2、NO2和O3濃度時(shí),將固定在硬紙板上的濾膜粘貼在教室后面的墻壁上,距離地面同樣是1.0～1.5 m。測(cè)量室外SO2、NO2和O3濃度時(shí),考慮到天氣因素的影響,我們先采用通風(fēng)良好的塑料裝置將采樣膜遮蓋。SO2、NO2和O3樣品均在學(xué)生早上8點(diǎn)上課時(shí)開(kāi)始進(jìn)行,每所學(xué)校以及每間教室在調(diào)查期內(nèi)進(jìn)行一次連續(xù)7 d的監(jiān)測(cè),即以7 d測(cè)量的均值來(lái)反映實(shí)際暴露濃度。采樣結(jié)束后,送往專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

1.4 問(wèn)卷調(diào)查

此項(xiàng)研究所用問(wèn)卷主要參考?xì)W洲呼吸健康調(diào)查表,同時(shí)針對(duì)我國(guó)的基本情況和學(xué)校建筑特征進(jìn)行了調(diào)整,從而更適合我國(guó)在校初中生。本研究選取問(wèn)卷中的問(wèn)題如表1所示,把問(wèn)題10-12歸為一個(gè)問(wèn)題,即夜間呼吸困難或者喘息。問(wèn)卷使用Epidata 3.1進(jìn)行數(shù)據(jù)雙錄入,建立數(shù)據(jù)庫(kù)。統(tǒng)計(jì)過(guò)程中,以“1”和“0”賦值,分別代表癥狀問(wèn)題的“是”與“否”。調(diào)查問(wèn)卷中的個(gè)人信息均進(jìn)行保密處理。

表1 哮喘、過(guò)敏以及呼吸道癥狀的問(wèn)卷信息

1.5 醫(yī)學(xué)倫理聲明

此項(xiàng)研究得到了太原市教育局、太原市中小學(xué)生衛(wèi)生保健所以及復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)與支持。所有參與此項(xiàng)調(diào)查研究的學(xué)生和家長(zhǎng)都簽署了知情同意書(shū)。與調(diào)查問(wèn)卷一起發(fā)放的同意書(shū)表明,如果受試者回答并返回調(diào)查表,就意味著已經(jīng)取得了他們的知情同意。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

本研究采用STATA 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。不同性別兒童哮喘、過(guò)敏和呼吸道疾病的患病率差異用卡方檢驗(yàn)進(jìn)行比較。調(diào)整混雜因子為性別、年齡、父母過(guò)敏/哮喘,運(yùn)用two-level Logistic回歸(班級(jí),學(xué)生)分析太原市中學(xué)室內(nèi)外大氣環(huán)境與兒童哮喘等呼吸道癥狀關(guān)聯(lián)。所有的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,均采用了5%的顯著性水平和雙側(cè)檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 兒童哮喘、過(guò)敏和呼吸道癥狀的患病情況

本研究設(shè)計(jì)對(duì)象2 335人,實(shí)際參與對(duì)象2 134人(91.4%)。參與調(diào)查學(xué)生男女比例接近1∶1,年齡11-15歲,平均年齡13.7歲。表2結(jié)果顯示,曾患哮喘(1.1%)、醫(yī)生診斷哮喘(1.1%)、對(duì)貓過(guò)敏(1.2%)以及對(duì)狗過(guò)敏(0.6%)的患病率比較低,呼吸道癥狀和呼吸道感染的患病率較高。男孩比女孩報(bào)告有更多的呼吸時(shí)胸部有哮鳴音癥狀,女孩比男孩報(bào)告有更多的呼吸道感染。白天呼吸困難、夜間干咳以及夜間呼吸困難/喘息等癥狀的患病率在性別上無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

表2 太原市中學(xué)生哮喘、過(guò)敏和呼吸道癥狀的患病率(n=2 134)

2.2 室內(nèi)外環(huán)境和大氣污染物檢測(cè)

調(diào)查學(xué)校的建筑材料主要為磚和混凝土,所有教室均無(wú)通風(fēng)設(shè)備、空調(diào)和電風(fēng)扇等,均采用自然通風(fēng)方式,每個(gè)教室平均有四扇窗戶。室內(nèi)地板多為水泥材質(zhì),學(xué)生每天拖地1～3次。所有教室均沒(méi)有明顯的漏水或墻壁、地板及天花板潮濕的現(xiàn)象。學(xué)?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢測(cè)結(jié)果如表3所示,教室室內(nèi)SO2、NO2、O3和PM10的平均濃度分別為65.6 μg/m3、42.6 μg/m3、8.5 μg/m3和118 μg/m3。學(xué)校室外SO2、NO2、O3和PM10的平均濃度分別為173.3 μg/m3、46.7 μg/m3、18.0 μg/m3和188 μg/m3。一般認(rèn)為室內(nèi)與室外污染物濃度的比值越小,室外空氣對(duì)室內(nèi)空氣的影響越大。由表3可知,SO2、NO2、O3和PM10的室內(nèi)平均濃度與室外平均濃度之比分別為:38%, 91%, 47%和63%,其中有25個(gè)(64%)教室的PM10室內(nèi)濃度超過(guò)了世界衛(wèi)生組織(WHO)的標(biāo)準(zhǔn)。

表3 太原市10所學(xué)校室內(nèi)外大氣污染物濃度

2.3 兒童哮喘等呼吸道癥狀與室內(nèi)外大氣污染物的相關(guān)性

圖1為室內(nèi)外SO2(A)、NO2(B)、O3(C)和PM10(D)與哮喘、呼吸道癥狀以及呼吸道感染的相關(guān)性(P>0.05)。SO2、NO2和O3與此五種癥狀無(wú)顯著相關(guān)性。室外PM10每增加10 μg/m3,白天呼吸困難比值比 (Odds ratio, OR)值為1.07,夜間干咳OR值為1.13,呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(P<0.05);室內(nèi)PM10每增加10 μg/m3與夜間干咳呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(OR值為1.20)。

Fig.1 Associations between measured SO2, NO2, O3,PM10and asthma symptoms and respiratory infections (n=1 877)(*P<0.05)圖1 哮喘、呼吸道癥狀以及呼吸道感染與室內(nèi)外SO2、NO2、O3和PM10的相關(guān)性(n=1 877)(*P<0.05)

3 討論

研究表明在校中學(xué)生呼吸道癥狀和呼吸道感染的患病率很高,其中,男孩比女孩報(bào)告有更多的呼吸時(shí)胸部有哮鳴音癥狀,女孩比男孩報(bào)告有更多的呼吸道感染。室外PM10濃度與白天呼吸困難癥狀呈現(xiàn)顯著正相關(guān),室內(nèi)和室外PM10濃度均與夜間干咳癥狀呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。本研究的主要優(yōu)勢(shì)在于將學(xué)生呼吸道疾病患病情況與基于學(xué)?，F(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)聯(lián),測(cè)定結(jié)果更能真實(shí)的反映學(xué)生的暴露-效應(yīng)關(guān)聯(lián)。

本研究的學(xué)校和班級(jí)均為隨機(jī)選取,樣本量合理,問(wèn)卷應(yīng)答率達(dá)到91.4%,因此不存在選擇性偏倚。此外,調(diào)查問(wèn)卷已經(jīng)廣泛用于流行病學(xué)的調(diào)查研究中,與哮喘等呼吸道癥狀相關(guān)的問(wèn)題有較高的專業(yè)性和針對(duì)性,所有環(huán)境測(cè)量均采用相同的儀器和方法進(jìn)行,所以信息偏倚不是本研究最大的局限性。然而環(huán)境體系中的空氣污染物不是單獨(dú)存在的,各種污染物可能會(huì)共同作用對(duì)人體產(chǎn)生關(guān)聯(lián)效應(yīng),所以室內(nèi)外環(huán)境中的其他相關(guān)因素有待下一步的深入研究。

研究發(fā)現(xiàn),在校學(xué)生夜間呼吸困難/喘息和呼吸時(shí)胸部有哮鳴音的患病率分別為3.6%和4.4%,夜間干咳和白天呼吸困難的患病率分別為11.6%和18.7%,呼吸道感染的患病率最高為32.3%。這些呼吸道癥狀的報(bào)告率均高于醫(yī)生診斷哮喘的報(bào)告率(1.1%),這一結(jié)果與我國(guó)上海以及韓國(guó)等其他國(guó)家針對(duì)兒童哮喘的調(diào)查研究結(jié)果基本一致,體現(xiàn)了哮喘報(bào)告率較低,而與哮喘相關(guān)的癥狀(喘息、哮鳴音等)報(bào)告率較高的特點(diǎn)[10-11]。造成此結(jié)果的原因可能是不同的診斷標(biāo)準(zhǔn),不同的醫(yī)療條件致使醫(yī)生診斷哮喘的結(jié)果產(chǎn)生了差異;亦或社會(huì)缺乏對(duì)哮喘的認(rèn)識(shí),并沒(méi)有意識(shí)到個(gè)體已患哮喘疾病。如果用與哮喘相關(guān)的癥狀代替“哮喘”一詞,可能會(huì)產(chǎn)生不同的回答效果。

本研究發(fā)現(xiàn)室外PM10與白天呼吸困難和夜間干咳呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(P<0.05),以及室內(nèi)PM10與夜間干咳呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(P<0.05),調(diào)整的混雜因子為性別、年齡、父母過(guò)敏/哮喘等混雜因子。室內(nèi)和室外PM10的平均濃度分別是118 μg/m3和188 μg/m3,均高于WHO建議的健康標(biāo)準(zhǔn),即PM10的最大日均值為50 μg/m3[12]。根據(jù)太原市環(huán)境監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù),在本實(shí)驗(yàn)期間,室外PM10的平均濃度為150 μg/m3(數(shù)據(jù)未顯示),可以表明我們測(cè)得的PM10數(shù)據(jù)是有效可靠的。奧地利的研究表明,學(xué)校室內(nèi)PM10會(huì)引起炎癥和過(guò)敏反應(yīng),而室外PM10主要誘導(dǎo)解毒酶的表達(dá),這表明室內(nèi)外PM10可引起不同的健康效應(yīng)[13]。圣瑪爾塔的研究表明,當(dāng)6-14歲的兒童暴露于PM10濃度高于70 μg/m3的環(huán)境中時(shí),將會(huì)增加上呼吸道癥狀患病的風(fēng)險(xiǎn)[14]。法國(guó)的學(xué)校研究發(fā)現(xiàn)教室內(nèi)的PM2.5與學(xué)生哮喘癥狀之間有關(guān)聯(lián)[15]。本研究未發(fā)現(xiàn)SO2、NO2和O3與兒童呼吸道癥狀的相關(guān)性,也與一些文獻(xiàn)報(bào)道一致。我國(guó)關(guān)于7 000多名在校學(xué)生長(zhǎng)期暴露于大氣污染物與呼吸道健康的相關(guān)性研究顯示,NO2、SO2和PM10均與在校學(xué)生呼吸道癥狀呈現(xiàn)正相關(guān),但是NO2、SO2與哮喘等呼吸道癥狀的相關(guān)性要比PM10的相關(guān)性弱[16]。本研究中化學(xué)污染物與呼吸道癥狀和呼吸道感染的相關(guān)性并不顯著(P>0.05),可能是因?yàn)閷W(xué)校環(huán)境中PM10的濃度較高,致使其他化學(xué)污染物對(duì)學(xué)生呼吸道健康的不利影響并未顯現(xiàn)。

4 結(jié)論

太原市初中生呼吸道癥狀的報(bào)告率分別為呼吸道感染為32.3%、白天呼吸困難為18.7%、夜間干咳為11.6%、呼吸時(shí)胸部有哮鳴音為4.4%以及夜間呼吸困難/喘息的報(bào)告率為3.6%,均高于醫(yī)生診斷哮喘的報(bào)告率(1.1%),體現(xiàn)了我國(guó)兒童哮喘報(bào)告率較低,而與哮喘相關(guān)的癥狀(喘息、哮鳴音等)報(bào)告率較高的特點(diǎn)。其次,室外PM10與白天呼吸困難有正相關(guān)關(guān)系,不論室內(nèi)還是室外的PM10都與夜間干咳有顯著正相關(guān)關(guān)系。結(jié)果提示在我國(guó)煤煙型污染為主的地區(qū),學(xué)齡兒童呼吸道癥狀同時(shí)會(huì)受到學(xué)校室內(nèi)外PM10的影響。