張 楠,尚可政,劉敏茹,劉繼峰,魏俊濤

(1.西安市氣象局,陜西 西安 710016; 2.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000;3.西安市疾病預(yù)防控制中心,陜西 西安 710054)

呼吸系統(tǒng)疾病是一種常見病、多發(fā)病,對(duì)人體健康有很大危害。世界衛(wèi)生組織(WHO)發(fā)布的2018年世界衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)報(bào)告指出:2016年慢性呼吸系統(tǒng)疾病(CRD,chronic respiratory disease)死亡人數(shù)380萬,占所有死于非傳染性疾病(NCD,non-communicable diseases)的9%。呼吸系統(tǒng)是執(zhí)行機(jī)體和外界進(jìn)行氣體交換的器官總稱,是直接與外環(huán)境持續(xù)進(jìn)行物質(zhì)交換表面積最大的系統(tǒng)[1]。中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為“肺通過息道直接與外界相通,肺葉形質(zhì)嬌嫩,不容異物,不耐寒熱,肺又外合皮毛,故外感六淫之邪從皮毛、口鼻而入,常易犯肺[2]?！焙粑到y(tǒng)最易遭遇外環(huán)境的侵襲,是人體重要的免疫器官。人體所處的自然環(huán)境主要指氣候環(huán)境,古今研究發(fā)現(xiàn)氣候異常變化常常誘發(fā)或加重宿疾,而對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病也有著重要的影響。通過分析氣象因素與呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系,建立呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的預(yù)測(cè)模型,可為預(yù)防呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生和建議人們合理生活方式給予一定指導(dǎo),即達(dá)到“未病先防、既病防變”的目的。

1 資料與方法

1.1 資料選取

2008—2014年呼吸系統(tǒng)疾病日死亡數(shù)據(jù)來自西安市疾病預(yù)防控制中心,數(shù)據(jù)選取西安市11個(gè)區(qū)、2個(gè)縣的全日死亡數(shù)據(jù)中的呼吸系統(tǒng)疾病部分,同期氣象數(shù)據(jù)來自西安市氣象局,包括:日平均氣溫(℃),日最高、日最低氣溫(℃),日平均氣壓(hPa),日最高、日最低氣壓(hPa),日平均風(fēng)速(m/s)。

1.2 研究方法

首先計(jì)算出2010—2014年氣溫、氣壓的過去72 h平均值、最高值、最低值、過去72 h最大變幅及每日的寒冷指數(shù),將日平均氣溫,過去72 h的氣溫、氣壓的最高、最低值及72 h最大變幅、日平均風(fēng)速及每日寒冷指數(shù)與同期及滯后1～12 d的呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)逐一進(jìn)行相關(guān)分析,共156組數(shù)據(jù),樣本數(shù)N=1 826。選取具有顯著相關(guān)的氣象因素,采用逐步回歸分析法建立呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)的預(yù)測(cè)模型。

呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病具有明顯的季節(jié)特征[3],為了區(qū)別不同季節(jié)呼吸系統(tǒng)疾病對(duì)氣象要素的敏感性差異,結(jié)合西安地區(qū)實(shí)際情況,以氣象季節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)劃分四季。以候平均氣溫作為西安季節(jié)的劃分,具體劃分標(biāo)準(zhǔn):候平均氣溫≤10 ℃為冬季;10～22 ℃為春季;≥22 ℃為夏季;22～10 ℃為秋季;以連續(xù)5日平均氣溫的首日開始計(jì)為一季的開始。

人體對(duì)外界環(huán)境變化做出生理反應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間存在一定差異,為減小誤差將實(shí)際的西安呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[4],其表達(dá)式為

其中:R(i)為考慮響應(yīng)差異后的第i天呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù);r(i-1)、r(i)、r(i+1)分別為第i-1天、第i天、第i+1天實(shí)際呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)。

適用于北方的寒冷指數(shù),反映的是氣溫及風(fēng)速對(duì)裸露人體的影響,公式[5]為

H=Δt(9.0+10.9V1/2-V),

其中:H為寒冷指數(shù),人體皮膚溫度為33°時(shí),人體體表單位面積的散熱量[kcal/(m2·h)];V為風(fēng)速(m/s);Δt為體溫與周圍氣溫之差。

2 結(jié)果分析

2.1 呼吸系統(tǒng)疾病死亡分布特征

根據(jù)上述季節(jié)劃分方法,對(duì)2010—2014年四季的天數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果顯示:西安夏季和冬季分別長(zhǎng)達(dá)4個(gè)多月(夏季616 d,冬季641 d),春季和秋季分別為近2個(gè)月(春季272 d,秋季297 d)。四季的日平均死亡人數(shù)分別為:春季6.08人,夏季5.37人,秋季5.2人,冬季8.03人。

西安地區(qū)呼吸系統(tǒng)死亡存在明顯的季節(jié)差異:冬春季多、夏秋季少。西安地區(qū)冬季寒冷,雨雪較少,霧霾、寒潮等天氣頻發(fā),冷空氣導(dǎo)致呼吸道疾病免疫力降低,而寒冷干燥的環(huán)境,使病毒容易入侵和繁殖,寒冷的氣候環(huán)境會(huì)使人體支氣管收縮痙攣,分泌物增多,出現(xiàn)咳嗽、咯痰、氣喘等呼吸系統(tǒng)疾病的常見癥狀,誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病,這些可能是導(dǎo)致冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡率高的原因[6]。春季天氣轉(zhuǎn)暖,各種致病的細(xì)菌和病毒在溫暖的天氣中很容易滋生,西安春季冷空氣活動(dòng)頻繁,寒潮天氣多發(fā),占全年寒潮天氣的50%以上[7],寒冷干燥的氣候直接影響呼吸道粘膜防御功能,人體的免疫力下降,細(xì)菌、病毒等病原微生物乘虛而入,容易引發(fā)呼系統(tǒng)疾病。2010—2014年的秋季,西安入秋最早是在8月末,出秋最晚在11月上旬,主要是在9月、10月,而西安地區(qū)9、10月份平均氣溫在11～23 ℃之間,無寒潮天氣,冷空氣過境強(qiáng)度也普遍較弱,比之夏季氣溫速降但體感舒適,濕度較夏季略偏高,濕度大,氣候環(huán)境不易引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。夏季氣溫高、濕度大,一般呼吸系統(tǒng)疾病在夏季里相對(duì)得到緩解。

2.2 氣象要素與呼吸系統(tǒng)疾病的相關(guān)分析

(1) 氣溫相關(guān)因子與呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系 日平均氣溫與同期及滯后的呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系見圖1。由圖1分析可以看出,呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)氣溫響應(yīng)存在滯后性,最佳滯后時(shí)間為:春季7 d、夏季及秋季9 d、冬季12 d;日平均氣溫與除了夏季之外的其他季節(jié)相關(guān)性較顯著,春季對(duì)日平均氣溫滯后0～9 d,秋季對(duì)日平均氣溫滯后3～12 d;冬季相關(guān)性最顯著、響應(yīng)最敏感、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng),且隨著滯后時(shí)間越長(zhǎng),與之相關(guān)性有逐漸增高趨勢(shì)。呼吸系統(tǒng)疾病在春冬兩季與3日最高氣溫有顯著相關(guān),在春、冬、秋季節(jié)與3日最低氣溫有顯著相關(guān),冬季與3日最高、低氣溫相關(guān)性最顯著,說明冬季氣溫對(duì)呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)的影響持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且較其他季節(jié)明顯,低氣溫及氣溫極值可能對(duì)冬季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)增多有一定的影響(見表1)。

注:0.097、-0.097代表置信水平為0.05的顯著性檢驗(yàn)的臨界

過去72 h最大變溫與同期及滯后呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系見圖2。由圖2分析可以看出,呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)過去72 h最大變溫最顯著的滯后響應(yīng)時(shí)間為:春季11 d(r=-0.175),夏季0 d(r=-0.105),秋季2 d(r=-0.133),冬季不明顯。春季在滯后1～4 d和8～12 d與呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)有顯著相關(guān),且較其他季節(jié)對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病響應(yīng)最為敏感,說明變溫有可能是導(dǎo)致春季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)較多的一個(gè)重要因素。

表1 四季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)氣溫相關(guān)因子的滯后響應(yīng)時(shí)間及程度

注：黑體相關(guān)系數(shù)表示顯著性檢驗(yàn)在0.05置信水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

注:0.097、-0.097代表置信水平為0.05的顯著性檢驗(yàn)的臨界

綜合所有氣溫相關(guān)因子,呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)在冬季與平均氣溫、最高、最低氣溫的相關(guān)性及響應(yīng)敏感程度均強(qiáng)于春、夏、秋三季,而在春季與72 h最大變溫較其他季節(jié)最相關(guān)、響應(yīng)最敏感。西安地區(qū)進(jìn)入冬季,氣溫波動(dòng)下降,室內(nèi)外溫差加大對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病影響明顯;11月初進(jìn)入冬季,西安大部分地方開始集中供暖,又減少了變溫對(duì)人體呼吸系統(tǒng)的不利影響;而進(jìn)入春季,雖然氣候轉(zhuǎn)暖,但由于冷空氣活動(dòng)頻繁、寒潮頻繁,氣溫反復(fù),對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病不利影響較大,可能導(dǎo)致冬、春季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)較多(見圖1、圖2及表1)。

(2) 氣壓相關(guān)因子與呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系 呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)在春季與72 h最低氣壓、72 h最大變壓有顯著相關(guān)性,其中與72 h最低氣壓最相關(guān),最佳響應(yīng)滯后時(shí)間為12 d(r=0.204),與過去72 h最大變壓相關(guān)最佳響應(yīng)滯后時(shí)間為11 d(r=-0.198);在冬季與72 h最低氣壓、72 h最大變壓有顯著相關(guān)性,其中與72 h最低氣壓最相關(guān),最佳響應(yīng)滯后時(shí)間12 d(r=0.172),與過去72 h最大變壓相關(guān)最佳響應(yīng)滯后時(shí)間為0 d(r=-0.128);在秋季與日平均氣壓及72 h最高氣壓、最低氣壓有相關(guān)性,在夏季與72 h最大變壓、日平均氣壓及72 h最高氣壓有一定相關(guān)性,響應(yīng)也存在一定滯后,但從呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)對(duì)72 h最大變壓及最低氣壓的相關(guān)性及響應(yīng)程度來看不及冬春季節(jié)敏感。冬季呼吸系統(tǒng)疾病對(duì)變壓響應(yīng)較快,春季響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。人們經(jīng)過寒冷的冬季進(jìn)入春季,對(duì)氣壓變化的耐受延長(zhǎng),與前面變溫對(duì)春季呼吸系統(tǒng)疾病的影響比較,在春季與變溫相關(guān)性較變壓更顯著、敏感性更強(qiáng)。西安春季雖然氣溫較冬季上升,但冷空氣活動(dòng)頻繁,寒潮是一年中最多發(fā)的季節(jié),氣溫、氣壓波動(dòng)影響呼吸系統(tǒng)疾病死亡疾病多發(fā)、死亡人數(shù)增多;而在冬季72 h最低氣壓和最大變壓對(duì)呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)影響最大,氣壓的這2類因子可能是導(dǎo)致冬、春季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)增多的重要影響因素(見表2)。

表2 四季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)氣壓相關(guān)因子的滯后響應(yīng)時(shí)間及程度

注：表中黑體相關(guān)系數(shù)表示顯著性檢驗(yàn)在0.05置信水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

(3) 寒冷指數(shù)與呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系 四季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)與寒冷指數(shù)的相關(guān)關(guān)系見圖3。由圖3分析可見,呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)寒冷指數(shù)的響應(yīng)具有明顯滯后性:春季6 d,夏季1 d,秋季和冬季9 d;四季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)與寒冷指數(shù)之間的相關(guān)程度:冬季最顯著(r=0.424)、其次依次為秋季、春季、夏季。秋冬季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)對(duì)寒冷指數(shù)的響應(yīng)最為滯后,相關(guān)性也最為顯著,也說明寒冷指數(shù)對(duì)秋冬季的呼吸系數(shù)死亡人數(shù)影響最大、影響時(shí)間最持久。除了夏季之外,呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)均與寒冷指數(shù)成正相關(guān)關(guān)系,即春、秋、冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)隨著寒冷指數(shù)升高而上升。

注:0.097、-0.097代表置信水平為0.05的顯著性檢驗(yàn)的

(4) 風(fēng)速與呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系 四季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)與日均風(fēng)速的相關(guān)關(guān)系見圖4。由圖4分析可見,四季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)均與日均風(fēng)速有顯著的相關(guān)性,對(duì)風(fēng)速的響應(yīng)具有明顯滯后性,其中在冬季與風(fēng)速的相關(guān)性最顯著,R值高于春、夏、秋三季。結(jié)合前面氣溫、氣壓相關(guān)因子及寒冷指數(shù)與呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)分析,氣象因素與夏季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)相關(guān)性較弱,而日均風(fēng)速是與之相關(guān)最為顯著的一個(gè)氣象因素,說明日均風(fēng)速的增大可能是冬季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)最多和在夏季影響呼吸系統(tǒng)疾病的一個(gè)重要?dú)庀笠蛩亍?/p>

注:0.097、-0.127分別代表置信水平為0.05、0.01的顯著性檢驗(yàn)的臨界相關(guān)系數(shù)。

2.3 預(yù)報(bào)模型的建立

在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上,選取日平均風(fēng)速、日平均氣溫、日平均氣壓,以及氣溫和氣壓的過去3 d內(nèi)的平均值、最高值、最低值、過去72 h內(nèi)氣溫、氣壓最大變幅及寒冷指數(shù)有顯著相關(guān)性的因子,春季共有92個(gè)自變量因子,冬季共有103個(gè)自變量因子,因變量為呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù),采用逐步回歸分析法,建立西安春季和冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的預(yù)測(cè)方程(見表3)。

Y1為春季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù);X1為預(yù)報(bào)日前6 d的寒冷指數(shù);X2為預(yù)報(bào)日前11 d的72 h最大變壓;X3為預(yù)報(bào)當(dāng)日日均風(fēng)速;X4為預(yù)報(bào)前12 d的72 h平均氣溫;X5為預(yù)報(bào)日前11 d的72 h最低氣壓;X6為預(yù)報(bào)日前12 d的72 h最大變溫;X7預(yù)報(bào)前12 d的72 h日最高氣溫;X8為預(yù)報(bào)日前4 d的72 h最大變溫;X9為預(yù)報(bào)日前10 d的72 h最大變溫。

Y2為冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù);X1為預(yù)報(bào)日前9 d的寒冷指數(shù);X2為預(yù)報(bào)當(dāng)日的日均風(fēng)速;X3為預(yù)報(bào)前3 d的寒冷指數(shù);X4為預(yù)報(bào)前12 d的72 h最低氣壓;X5為預(yù)報(bào)日前1 d的日均風(fēng)速;X6為預(yù)報(bào)日的寒冷指數(shù);X7預(yù)報(bào)前3 d的72 h日最低氣溫;X8為預(yù)報(bào)日前4 d的日均風(fēng)速;X9為預(yù)報(bào)日前3 d的72 h變壓。

表3 呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)預(yù)測(cè)模型及檢驗(yàn)結(jié)果

注：R為復(fù)相關(guān)系數(shù);F為方程檢驗(yàn)的方差分析結(jié)果;P≤0.001表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,方程成立。

2.4 預(yù)測(cè)效果檢驗(yàn)

利用2008—2009年氣象數(shù)據(jù),按照預(yù)測(cè)方程計(jì)算預(yù)測(cè)呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù),預(yù)測(cè)結(jié)果顯示:根據(jù)冬季公式計(jì)算冬季的預(yù)測(cè)人數(shù),與實(shí)際的冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)比,預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際死亡人數(shù)平均相差0.56人;根據(jù)春季公式計(jì)算春季的預(yù)測(cè)結(jié)果,與實(shí)際的春季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)比,預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際死亡人數(shù)平均相差1.42人;2個(gè)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)結(jié)果比較接近,預(yù)測(cè)效果較好。

3 結(jié)論與討論

西安地區(qū)呼吸系統(tǒng)死亡率存在冬春季多、夏秋季少的季節(jié)差異?？傮w來說,低溫、低壓是冬季,變溫、變壓是春季呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)增多的主要?dú)庀笠蛩?風(fēng)速增大或者寒冷指數(shù)上升時(shí)呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)有增多的趨勢(shì)。選取呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)與氣溫、氣壓、風(fēng)速相關(guān)因素及寒冷指數(shù)有顯著相關(guān)性的因子,采用逐步回歸分析法,建立了西安春季和冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的預(yù)測(cè)方程;檢驗(yàn)結(jié)果呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)冬季、春季預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際人數(shù)平均分別相差0.56人、1.42人,預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)結(jié)果比較接近,預(yù)測(cè)效果較好。對(duì)預(yù)防呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)生、引導(dǎo)呼吸系統(tǒng)疾病患者生活方式有一定指導(dǎo)意義。呼吸系統(tǒng)疾病從發(fā)病到死亡是一個(gè)復(fù)雜、漫長(zhǎng)的生理、病理過程。氣壓忽高忽低與氣象病理現(xiàn)象是相聯(lián)系的;寒冷環(huán)境中,肺泡巨噬細(xì)胞的吞噬功能降低,清除細(xì)菌的能力大為減退,使得上呼吸道“自身菌”侵入下呼吸道的機(jī)會(huì)增加。伴隨冷高壓天氣出現(xiàn)的低溫、多風(fēng)等因素能真正對(duì)呼吸道外感病發(fā)生作用[8]。所以在低溫及氣候反復(fù)變化時(shí)要注意預(yù)防呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生,特別是老年人、兒童及有慢性呼吸系統(tǒng)疾病病史的人更需加強(qiáng)預(yù)防。

呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展受醫(yī)療、遺傳、氣候環(huán)境、體質(zhì)、生活習(xí)慣等多方面因素的綜合影響,探討氣象因素與呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)系,關(guān)鍵在于如何從諸多因素中分離出氣象因素的影響。目前研究主要手段為收集長(zhǎng)期的觀察資料,以統(tǒng)計(jì)分析等方法從大量數(shù)據(jù)中探尋兩者的關(guān)系,此外還有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、臨床調(diào)查等方式。由于資料來源限制,研究時(shí)間序列較短,還不能完全反應(yīng)氣象因素對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的影響關(guān)系,研究資料除了采用死亡人數(shù)外,還應(yīng)結(jié)合門急診和住院診療情況,以及疾病預(yù)后轉(zhuǎn)歸來綜合研究。然而跨學(xué)科研究資料收集較困難,研究方法相對(duì)局限,使得研究還處于起步階段,研究結(jié)果不全面也缺乏系統(tǒng)性,需要在今后的研究工作中積極努力來逐步完善,以期為改善人民生活提供更多幫助。