上海地区PM2.5致慢性阻塞性肺疾病急性加重的影响因素

    通讯作者: 李庆云, liqingyun68@hotmail.com
  • 1. 上海市交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科,上海 200025
  • 2. 上海市气象与健康重点实验室,上海 200030
  • 3. 上海市静安区老年医院呼吸科,上海 200040
  • 4. 上海交通大学医学院附属第九人民医院呼吸科,上海 200011
  • 5. 上海市浦东新区人民医院呼吸科,上海 201200

摘要: 目的探讨慢性阻塞性肺疾病急性加重(AECOPD)发病与患者临床特征和居住环境的关系。方法纳入自2015年1月—2016年6月间就诊的AECOPD患者352例,分析其居住环境和PM2.5浓度与AECOPD的相关性。结果PM2.5浓度越高,AECOPD发生次数越多,人均居住面积与马路街道的距离均与AECOPD相关。对纳入临床与居住因素行logistic多因素回归分析获得预警公式。结论高浓度PM2.5暴露是AECOPD的重要诱因,与居住因素等相关。预警公式的设立对AECOPD预测和防控具有重要意义。

English Abstract

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  • 慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)因其高患病率和高病死率已成为重要的公众健康问题。流行病学调查表明,环境中细颗粒物(particulate matter,PM)浓度升高与COPD急性加重(acute exacerbation of COPD,AECOPD)发生率和死亡率密切相关[1-2]。直径≤2.5 μm的细颗粒物(PM2.5)更易沉积于细支气管,破坏肺泡结构,进入血液循环,导致原有慢性气道炎症的加重[3-4]。然而,国内外研究主要涉及短期或长期暴露[5-7]、室内外污染物浓度差异[8]等对COPD的影响,较少从患者角度为出发点关注空气污染与AECOPD的相关性。因此,本研究通过分析上海地区AECOPD患者的临床资料、居住情况及同步PM2.5数据,观察PM2.5致AECOPD情况的相关影响因素。

  • 1.   对象与方法

      1.1.   研究对象

    • 以2015年1月—2016年6月在上海不同区域的4家医院就诊或收住入院的AECOPD患者为调查对象,4家医院包括上海交通大学医学院附属瑞金医院、浦东新区人民医院、上海交通大学医学院附属第九人民医院宝山分院及静安区老年医院。入组标准:40~80岁,临床确诊COPD,即使用支气管扩张剂后1秒钟用力呼气容积(FEV1)与用力肺活量(FVC)比值小于70%,且FEV1占预计值的百分比(FEV1%预计值)小于80%;愿意配合研究,有能力(智力、认知力等)并可完成研究要求。排除标准:患有支气管哮喘、肺部感染、肺囊性纤维化、活动性肺结核、肺恶性肿瘤,患有其他进展性心血管、神经系统、肝肾功能不全、免疫缺陷等疾病;长期家庭氧疗或机械辅助通气;平均每天外出活动少于2 h;过去1个月内离开本市多于10 d的患者。本研究实施通过了4家医院的伦理委员会批准且受试患者均签署了知情同意书。

      AECOPD标准参照Anthonisen改良标准,即咳嗽、咳痰、喘息增加,超过每日症状正常变化范围,或存在2个以上加重症状,并持续3 d以上,或在原有用药基础上,需加用短效支气管扩张剂或糖皮质激素,即临床认定为AECOPD。同期同步纳入非急性加重的稳定期COPD患者(FEV1%≤80%)作为对照组,常规门诊随访患者,无明显上述急性加重表现。

    • 1.2.   临床资料和居住情况

    • 临床资料包括性别、年龄、体质指数(BMI)、吸烟史(吸烟者、已戒烟、否认吸烟史)、吸烟指数(年×支数)、FEV1%预计值(入组前最后一次检测结果)。患者近期居住情况包括人均居住面积(≤15 m2,15~30 m2,30~50 m2,>50 m2);住房楼层(≤6层,>6层);与最近主干道的距离(≤500 m,500~1 000 m,>1 000 m)。

    • 1.3.   大气PM2.5质量浓度资料来源

    • 由上海市浦东新区气象局提供全市PM2.5平均浓度水平,查询2015年1月—2016年6月期间患者急性加重当天的同步PM2.5日平均浓度。

    • 1.4.   统计学分析

    • 数据统计分析采用SPSS 17.0统计软件。计量资料用均数±标准差表示,两组间比较采用t检验;计数资料组间比较采用卡方χ2检验。检验水准α=0.05。以两组间的临床资料和居住情况为自变量(均事先转换为二分类变量),以COPD发展为因变量(稳定=0,AECOPD=1)行多因素logistic逐步回归分析,得出logistic回归模型及PM2.5致AECOPD的概率P值公式。

    2.   结果

      2.1.   临床资料

    • 共纳入AECOPD患者352例,男性占51.4%,平均年龄(72±9)岁,≥65岁以上者占53.4%;BMI平均为(22.28±2.67) kg/m2,BMI≥21 kg/m2者占75.3%。平均吸烟指数为500±42。其中55.1%已戒烟,仍有33.8%未戒烟。FEV1%预计值平均为45.8±11.8,根据GOLD肺功能FEV1%分级,Ⅲ级患者占比为44.19%,Ⅱ级、Ⅳ级患者分别占28.68%和30.11%。见表 1

    • 2.2.   AECOPD与个体因素的相关性

    • M2015年1月—2016年6月(547 d)平均PM2.5质量浓度为(54.5±33.1) μg/m3。根据空气质量监控标准中PM2.5的24 h平均值标准,优(0~35 μg/m3)共132 d(24.1%),平均PM2.5浓度为(22.9±6.4) μg/m3;良(35~75 μg/m3)共293 d(53.6%),平均PM2.5浓度为(47.3±12.9) μg/m3;污染(75~250 μg/m3)共122 d(22.3%),平均PM2.5浓度为(131.4±16.4) μg/m3

      污染时以男性AECOPD患者较多,优良质量时以女性多见(χ2=8.243,P=0.016)。优、良组的平均年龄均为为(72±9)岁;污染组的平均年龄为(73±9)岁,组间比较差异无统计学意义(F=0.343,P=0.899)。≥65岁和 < 65年龄组分布差异无统计学意义(χ2=5.227,P=0.073)。优、良组的平均BMI为(22.2±3.0) kg/m2、(22.2±2.7) kg/m2,污染组的平均BMI为(23.9±1.8) kg/m2,虽然组间BMI差异无统计学意义(F=1.274,P=0.068),但两两比较中污染组较优/良组的BMI增高(F=1.515,P=0.035),且各组均以BMI≥21为主(χ2=10.504,P=0.005)。优、良组的平均吸烟指数为(485±88)年支、(493±24)年支,污染组的吸烟指数为(521±57)年支,各组吸烟指数差异有统计学意义(F=6.525,P < 0.001),且污染时以吸烟者较多见,而优良质量时以戒烟或无吸烟者多见(χ2=19.181,P < 0.001)。各组的FEV1%预计值分别为62.2±5.3、48.6±4.2、32.6±5.0,污染时的FEV1%预计值平均值较优良组显著下降(F=8.223,P < 0.001),污染时以Ⅳ级患者为主,而优良时以Ⅱ/Ⅲ级患者为主(χ2=14.475,P < 0.001)。可见高龄、高BMI及吸烟年支数高、低FEV1%预计值的COPD患者在污染空气质量时有急性加重的趋势。见表 2

    • 2.3.   AECOPD与居住因素的相关性

    • 352例AECOPD患者的居住情况,人均居住面积 < 15 m2 73例(20.7%);15~30 m2 176例(50.0%);30~50 m2 82例(23.3%);>50 m2 21例(6.0%),组间分布差异有统计学意义(χ2=27.486,P < 0.001)。居住楼层为6层及以下者242例(68.8%),6层以上者110例(31.2%),组间分布差异有统计学意义(χ2=6.216,P < 0.05)。房屋与主干道距离≤500 m 203例(57.6%),500~1 000 m 91例(25.9%),>1 000 m 58例(16.5%),组间分布差异无统计学意义(χ2=2.161,P>0.05)。人均居住面积小、低楼层和与主干道距离越近是发生急性加重的高危险因素。见表 3

    • 2.4.   PM2.5致AECOPD的预警公式

    • 由于临床与居住的混杂因素较多,为校正多因素对PM2.5致AECOPD的影响,对有关因素赋值。性别:男性为1,女性为0;年龄:≥65岁为1, < 65岁为0;BMI:≥21kg/m2为1, < 21 kg/m2为0;吸烟:吸烟为1,非吸烟及戒烟为0;FEV1%预计值:≤50%为1,>50%为0;PM2.5浓度:≥75 μg/m3为1, < 75 μg/m3为0;人均居住面积:≤30 m2为1,>30 m2为0;居住楼层:≤6层为1,>6层为0;与主干道距离:≤500 m为1,>500 m为0。纳入logistic多因素回归分析(表 4)。同期同步纳入非急性加重的稳定期COPD患者(FEV1%≤80%)302例作为对照组(常规门诊随访患者,无明显上述急性加重表现)。获得PM2.5致AECOPD的预警公式:

      P=1/(1+e6.32-0.1x+5.8y-0.3b-3.4m-2.5f-1.2p-0.8s-0.2l-0.5r);式中, x为年龄(岁),y为性别(男=1,女=0),b为BMI,m为吸烟(吸烟=1,不吸烟=0),f为FEV1%,p为PM2.5s为人均面积(m2),l为楼层,r为与主干道距离(m), e为常数,P越接近1可能性越大。

    3.   讨论
    • COPD是累及气道、肺间质及血管的慢性炎症性疾病,全球疾病负担研究项目显示,预计至2020年COPD将位居第3大致死和第5大致残的疾病[1]。作为危险因素之一,PM2.5受到越来越多的关注。但目前国内有关PM2.5与AECOPD的相关临床特征及环境影响因素研究甚少[9-10]。本研究结合患者的临床和居住环境因素探讨PM2.5致AECOPD的预警公式。

      结合AECOPD当天实时PM2.5质量浓度进行分析,发现高龄、高BMI、吸烟者及肺功能等级差的患者在重度空气污染时AECOPD呈现高风险趋势。这一结果与以往研究一致,例如Xu等[11]发现PM2.5浓度每升高10 μg/m3,AECOPD的急诊就诊量增加1.46%(95%CI 0.13%~2.79%),这种风险对于女性和60岁以上老年患者更为明显。研究发现,室内的PM2.5浓度升高会加重肥胖(BMI≥30 kg/m2)合并COPD患者的夜间喘息症状[12]。针对生物燃料与毒性气体暴露的研究结果显示,肺功能指标(包括FEV1%预计值、FEV1/FVC)均与PM2.5浓度和暴露时间呈反比,且会导致20%的受试者发展新的气流受限[13]。患者例数以污染组较多,存在混杂偏倚与暴露的关系,为控制多因素对于研究结果的准确性,各混杂因素进行分层分析,且均以百分比作为变量纳入统计。

      需要注意的是,既往研究者较多关注室外PM2.5升高与疾病发病率和致死率的关系,而室内PM2.5却往往被忽略。室内外PM2.5成分有所不同,依赖于颗粒物的滤过率和衰减率、室内生物燃料释放、日夜作息及季节性的温度和通风差异[14]等。研究证实室内外PM2.5浓度存在正相关[15],部分城市检测到室内(尤其是厨房)均高于室外污染物浓度[16-17]。室内有吸烟者的PM2.5浓度较无吸烟者可高达10倍[18],室内吸烟时,烟草中的PM2.5颗粒含量也与AECOPD正相关,中国传统水烟、香烟与被动吸烟加重AECOPD的相对风险比分别为10.61、3.18和2.52[19]。原因可能是由于PM2.5减少宿主的免疫功能,造成抗氧化应答下降,进一步导致AECOPD的氧化应激扩增和毒性反应加重[20]。室内PM2.5的浓度与居住条件有关,本研究首次针对住宅类型进行相关性研究,主要基于居住人口密度与人均面积不同。研究表明[21],随着人口居住密度逐渐增高,人均面积减少,尤其是厨房面积减少,对油烟所造成的PM2.5颗粒蓄积有显著影响,是女性COPD及加重高发的主要原因[22-23]。人均面积较小,低楼层(厨卫通风欠佳)均不利于室内外PM2.5颗粒物的清除与消散,易导致AECOPD高发。

      此外,交通尾气污染对AECOPD也产生影响。本研究结果显示,居住处与交通主干道的距离,同样影响PM2.5导致AECOPD的风险。既往唯一国外报道[24]表明,居住在距离主干道100 m以内健康成人,FEV1较400 m以外的对照者下降23.2 mL,并以每年5.0 mL的速率下降,PM2.5平均浓度每升高2 μg/m3,FEV1下降13.5 mL(2.1 mL/年),不过该研究未涉及COPD人群研究。国内一项纳入交通繁忙社区的为期9个月的研究发现,PM2.5每升高四分位间距浓度,COPD患者呼出气冷凝液中白介李-8(IL-8)增加0.17 ng/mL(95%CI 0.02~0.33)[25]。本研究从居住与主干道距离的角度进行研究,初步探索了交通因素对AECOPD的影响。但由于我们纳入的患者在主干道距离上各组均以污染组AECOPD患者居多,所以统计未见显著差异,但仍可见在污染组中距离主干道越近,急性加重所占比例越高。

      我们之前的研究发现,在上海地区寒冷季节室内温度与患者的自我症状评分呈正相关,而夏季室内湿度与之呈负相关。AECOPD前1周的平均温度 <15℃,平均湿度>60%, 这种效应具有滞后的特点[26]

      综上所述,在上海地区,AECOPD与PM2.5质量浓度呈正相关,且与人均居住面积、居住楼层及与距离主干道相关,可见高浓度暴露是加重空气污染导致AECOPD的重要危险因素。校正所有临床及居住因素对PM2.5致AECOPD的影响因素后,预警公式的获得可用于AECOPD早期预测,对空气质量污染导致AECOPD概率进行预警,对有效防控策略的制定具有重要价值。

参考文献 (26)