李佳鑫，葛 淼，張 雷，裴澤華，楊文婕，何進偉，王聰霞

（1.陜西師范大學地理科學與旅游學院健康地理研究所，陜西西安 710061；2.延安大學醫(yī)學院，陜西延安 716099；3.西安交通大學第二附屬醫(yī)院，陜西西安 710054）

新型冠狀病毒（coronavirus disease 2019,COVID-19）是一種單股正鏈RNA包膜病毒[1]，通過表面的刺突蛋白與靶細胞表面的血管緊張素轉換酶Ⅱ（angiotensin-converting enzymeⅡ,ACEⅡ）受體相結合[2]，入侵肺部引發(fā)急性肺損傷[3]。中性粒細胞和淋巴細胞比值(neutrophil-to-lymphocyte ratio,NLR)是一種常用于反映炎癥和免疫狀態(tài)的循環(huán)生物標志物[4]。在用于評估重癥/危重型新冠肺炎患者預后的單項指標中，以NLR準確性最高，且NLR易測量、可快速獲得、費用低廉，可推廣應用于檢測新冠肺炎患者的病情進展，并指導后續(xù)治療方案的選擇[5]。NLR是新型冠狀病毒的獨立危險評估因素，可以作為預后因子對患者進行分級管理[6-14]。目前國內對于NLR參考值的地區(qū)性分布差異常集中在以市（縣）為單位的參考區(qū)間的差異性區(qū)分[15]。微觀研究區(qū)層面，居住環(huán)境可能成為NLR相關參數(shù)參考值的影響因素[16-17]。

居住環(huán)境是指與人們居住生活密切相關的空間環(huán)境，包括空氣質量、景觀綠化、交通、室內外空間布局、聲光熱等[18]。健康與居住環(huán)境的關系，主要從物理環(huán)境（自然環(huán)境、室內外住宅物理環(huán)境、基礎設施和空間適用等）和精神環(huán)境（社會、人文、心理等）兩個層面進行評估[19]。已有大量研究通過區(qū)域對比、病例對照等方法對照研究健康和疾病與自然和社會環(huán)境因素的關系[16-17，20]。其中，自然環(huán)境對于各項醫(yī)療指標的參考值影響較為顯著[21-22]。

因此，本文從自然環(huán)境角度出發(fā)，構建指標體系，對可能影響全國健康成年人NLR參考值空間分異的影響因子進行篩選，將得到的顯著性指標進行共線性診斷后，通過構建隨機森林模型預測全國健康成年人的NLR參考值，最終運用地統(tǒng)計分析方法探究在全國范圍內NLR參考值的變化趨勢。

1 資料與方法

1.1 資料來源

1.1.1 NLR參考值獲取通過檢索中國知網(wǎng)（CNKI）、萬方數(shù)據(jù)庫、維普網(wǎng)、超星數(shù)字圖書館及中國重要會議數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫，收集2016至2020年共65個市（縣）級醫(yī)院、相關研究單位和高等院校所測定的健康人的NLR參考值數(shù)據(jù)共162 681例。研究對象為健康人，其納入標準為：研究對象無明顯感染癥狀和貧血表現(xiàn)，WBC計數(shù)3.5～9.5×109/L，CRP＜10 mg/L。NLR參考值在男性和女性的參考區(qū)間無較大差別，因此不考慮區(qū)分性別對參考值的影響[15,21]。所有受測者均采用檢測方法為：禁食12 h，次日清晨抽取肘靜脈血5 mL，4℃條件下12 000 r/min離心15 min吸取上層清液置于EP管內，-80℃超低溫冰箱內保存，應用血液細胞分析儀檢測受試者血常規(guī)，得到外周血的中性粒細胞和淋巴細胞個數(shù)，根據(jù)其數(shù)值進一步計算NLR的值。

1.1.2 指標體系構建本文從自然環(huán)境的角度出發(fā)，構建地勢、氣候和土壤3個一級指標，再細分出25個二級指標體系（表1），來探索自然地理因素與NLR參考值的相關性。其中，地勢指標來源于國家測繪數(shù)據(jù)中心共享資料，氣象指標來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)，土壤指標來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和維也納國際應用系統(tǒng)（IIASA）建立的世界土壤數(shù)據(jù)庫。

表1 影響因素指標體系Tab.1 Index system of the influencing factors

1.2 研究方法

1.2.1 相關性分析自相關分析在研究不同事物在空間位置屬性上的相關關系上應用廣泛?？臻g自相關分析有全局自相關和局部自相關兩種方法。本文選取全局自相關的分析方法，通過MoranI指數(shù)分析要素與鄰近單元要素間的空間聯(lián)系，其公式為：

其中，n是指空間單元總個數(shù)，X i和Xj分別表示第i個空間單元和第j個空間單元的屬性值，X為所有空間單元屬性值的均值，W ij為空間權重值。I值值域為[-1,1]，I＜0呈負相關關系，I＞0呈正相關關系，I=0時則不相關。

Spearman等級相關，是通過Spearman秩相關系數(shù)來度量兩個變量之間聯(lián)系的強弱。其計算公式如下。

若存在相同的秩次，則相關系數(shù)ρs可由下式計算：

其中，n表示數(shù)據(jù)的數(shù)量，d i表示兩個數(shù)據(jù)次序的差值。

若不存在相同的秩次，則采用如下公式計算：

共線性診斷及模型擬合，在計算Spearman相關系數(shù)后進行回歸分析。通過SPSS檢測影響因子是否存在共線性問題[23]，VIF＞10則認為因子存在共線性[24]，模型擬合度R 2＞0.8則認為擬合程度較好[25]。

1.2.2 模型構建隨機森林模型。隨機森林模型（random forest，RF）是LED BREIMAN[26]和CUTLERA[27]共同提出的一種利用多棵樹訓練樣本后再作出預測的分類器。RF模型利用bootstrap方法選擇樣本，其次數(shù)由ntree表示，mtry則表示每次重建決策樹模型時的節(jié)點分裂數(shù)。其表達式為：

其中：h(x)為預測值，θi是獨立分布的隨機向量，決定決策樹的生長，（X,θi）為第i課回歸樹的輸出結果，k表示回歸樹的數(shù)量。

地統(tǒng)計分析，地統(tǒng)計學是一種用于研究空間上的隨機性與結構性、空間相關性和依賴性的自然現(xiàn)象科學。其最基本的核心是克里金（Kriging）空間插值法,是一種對估點值進行的線性無偏最優(yōu)估計。本研究在根據(jù)正態(tài)性檢驗后得出的結果，選擇析取克里金法，對RF模型得出的NLR參考值進行空間分析。

2 結果

2.1 中性粒細胞參考值的地理影響因素

2.1.1 空間自相關分析通過Arcgis10.2對162 681例健康人的NLR參考值進行莫蘭指數(shù)分析（圖1）。在空間自相關分析的過程中，Moran’sI值的范圍在[-1,1]之間，Moran’sI＞0則呈空間正相關，且值越靠近1則正相關性越明顯，Moran’sI＜0則呈空間負相關，且值越靠近-1則空間異質性越強。本次研究指出，Moran’sI指數(shù)為0.195 21，則NLR參考值具有較明顯的空間差異，P=0.000 476＜0.05通過95%的置信度檢驗，Z=3.493 745超過臨界值1.65則通過顯著性檢驗。因此，NLR的標準值是具有空間分異規(guī)律的，本文從自然環(huán)境的角度出發(fā)評價空間差異，采用相關性分析的方法進一步探討不同自然環(huán)境指標對NLR標準值的影響情況。

圖1 莫蘭指數(shù)分析結果Fig.1 Moran index analysis results

2.1.2 相關性分析通過SPSS軟件進行Spearman相關性分析，用25個二級自然環(huán)境指標作為自變量，NLR參考值作為因變量，通過r、P值判斷地理因子與NLR參考值的相關關系。

25項二級指標中海拔(X3)、年日照時數(shù)(X4)、年平均氣溫(X5)、年平均相對濕度(X6)、氣溫年較差(X8)、年平均風速(X9)、表土有機質含量(X16)、表土（粘土）陽離子交換量（X18）、土壤CaSO4總量（X23）與各地區(qū)的健康成年人的NLR正常值存在相關關系，其中海拔(X3)、年日照時數(shù)(X4)、年平均風速(X9)、表土有機質含量(X16)、表土（粘土）陽離子交換量（X18）與NLR參考值呈現(xiàn)高度相關（表2）。

表2 健康成年人NLR參考值的地理影響因素分析Tab.2 Analysis of geographical factors influencing NLR reference values in healthy adults

2.1.3 共線性診斷對于線性相關關系進行多重共線性診斷和模型擬合的過程中可以發(fā)現(xiàn)，方差膨脹系數(shù)VIF＞7.5，代表存在局部共線性（表3）。模型擬合度調整后的r2=0.182存在欠擬合問題。為解決這一問題，下文采用RF模型的方法構建NLR參考值的空間響應趨勢。

表3 相關因子的共線性診斷Tab.3 Collinearity diagnosis of the related factors

2.2 健康成年人NLR參考值的空間響應

2.2.1 全國健康成年人NLR參考值預測通過訓練現(xiàn)有的樣本，運用Matlab其中的RandomForest軟件包構建隨機森林模型，選用海拔、年日照時數(shù)、年平均氣溫、年平均相對濕度、氣溫年較差、年平均風速、表土有機質含量、表土（粘土）陽離子交換總量、土壤CaSO4總量這幾個相關性指標，對全國健康成年人NLR參考值進行預測（圖2）。其中，通過機器學習，發(fā)現(xiàn)當mtry為15，ntree為50時，R2=0.859 2故可以判斷RF擬合效果最好，模型穩(wěn)定度最高。

圖2 RF模型預測結果Fig.2 Prediction results of RF model

2.2.2 NLR參考值預測的空間分布

2.2.2.1 正態(tài)性檢驗 利用Arcgis地統(tǒng)計分析模塊進行數(shù)據(jù)挖掘，檢驗RF模型預測數(shù)據(jù)的正態(tài)性。根據(jù)繪制好的直方圖（圖3）可以看出，RF模型預測的全國健康成年人NLR參考值呈現(xiàn)弱偏態(tài)變化趨勢，為負偏分布，其峰度值為3.849 4，呈現(xiàn)高峰態(tài)，因此數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布要求，NLR參考值的預測數(shù)據(jù)并不呈現(xiàn)正態(tài)分布。

圖3 RF模型預測結果直方圖Fig.3 Histogram of RF model prediction results

2.2.2.2 NLR空間變化趨勢分析 通過Arcgis的趨勢分析工具，構建NLR參考值預測值的空間變化趨勢三維圖（圖4）。可以看出全國健康成年人NLR參考值預測值在Y軸（南北方向）較之X軸（東西方向）的變化幅度較大，且均呈現(xiàn)二維變化趨勢。因此，在進行數(shù)據(jù)點插值之前要進行二階或三階的變化處理。

圖4 全國健康成年人NLR參考值趨勢分布圖Fig.4 Trend distribution of NLR reference values for healthy adults in China

將全國健康成年人的NLR參考值預測數(shù)據(jù)導入Arcgis中，運用地統(tǒng)計分析模塊擬合空間響應。由于正態(tài)性檢驗過程中發(fā)現(xiàn)其不符合正態(tài)分布，因此采用析取克里金插值法，選用半變異函數(shù)進行差值。東南沿海地區(qū)的NLR參考值是相對較高的，如?？?、深圳、福州、臺灣等；中部地區(qū)相對較低，如重慶、成都、合肥、武漢；而西北地區(qū)則更甚，數(shù)據(jù)整體呈現(xiàn)沿海高、內陸低，東南高、西北低的變化態(tài)勢。

3 討 論

本次研究通過探究健康成年人NLR參考值與地理因素的相關關系，為不同地區(qū)使用NLR參考值作為新型冠狀病毒肺炎預后因子制定參考標準時提供依據(jù)，為后續(xù)進一步研究不同影響因子對NLR指標參考值的作用機制奠定基礎。

3.1 地勢因素

高海拔地區(qū)與低海拔地區(qū)的血漿質量存在一定差異[28]，海拔因子從自然環(huán)境（居民飲用水質、植被多樣性等）、人文環(huán)境（景觀格局、生態(tài)服務價值）兩方面直接或間接地對血漿質量存在顯著影響[29]，進一步對其中的血液指標產(chǎn)生作用。海拔升高必然伴隨著空氣中氧含量降低、溫度降低、氣壓降低的自然環(huán)境[30];同時高海拔地區(qū)人群飲食習慣傾向于高脂、高熱、高蛋白、低維生素；海拔升高導致不同地區(qū)生態(tài)多樣性，景觀格局發(fā)生變化，生態(tài)服務價值也隨之變化，這些都直接或間接的影響著人體內的血液循環(huán)系統(tǒng)[31-33]。

3.2 氣候因素

氣候條件不同直接導致溫度增加、降水量變化、極端天氣事件、海平面上升等，通過一定的暴露途徑影響人的健康結果；間接地，氣候變化還會引起環(huán)境和制度背景的差異（土地利用變化、生態(tài)系統(tǒng)改變、基礎設施條件、地貌地形、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和牲畜利用等）、社會和行為背景的差異（性別和年齡、種族特點、貧困、住房、教育、歧視、醫(yī)療健康條件的獲得性等）從而影響人體健康[34]。對于NLR起顯著影響作用的主要是年平均氣溫與年平均相對濕度。溫度可以改變人生理上對有毒有害污染物的反應，引起生理壓力，極端天氣造成的社會經(jīng)濟影響（如極端氣候引起電力短缺導致衛(wèi)生設施、能源、交通和水資源基礎設施等）也會間接影響到當?shù)鼐用駥τ诃h(huán)境的適應能力，影響人體內相關指標的標準值[35-36]。

相對濕度會引起大氣氣溶膠的粒徑、化學成分和化學過程等物化性質的變化，是溫度、輻射、風和濕度之間相互作用的結果。年平均相對濕度的差異，一方面會影響空氣傳播疾病的傳播以及空氣中細菌、真菌、塵螨的傳播；另一方面，影響氣體交換率、機體最大攝氧量等，改變血流速度[37]。

3.3 土壤因素

土壤因素與社會生活息息相關，通過飲食、呼吸等方面間接影響人體內NLR的含量。表土有機質的含量與徑流流向、地形因素相關，土壤作為天然碳庫，直接影響著動植物生長，間接影響當?shù)厝祟愺w制機制。表土有機質含量對土壤生產(chǎn)力存在影響作用，進而通過飲食循環(huán)影響人體體質[38-41]。表土有機質含量、表土（粘土）陽離子交換量和土壤CaSO4總量是與健康成年人NLR參考值的空間分布存在較高的相關關系。其中表土有機質含量呈現(xiàn)負相關關系、表土（粘土）陽離子交換量、土壤CaSO4總量是與NLR呈現(xiàn)正相關關系。

3.4 不足之處

一、樣本量不足。由于數(shù)據(jù)的獲取方式尚未優(yōu)化，故而收集到的健康成年人數(shù)據(jù)存在小樣本情況，對于相關關系分析可能存在一定的影響，考慮通過日后與相關機構合作等方式，擴充樣本數(shù)據(jù)庫。二、僅分析了自然地理因素，沒有考慮到建成環(huán)境、社會經(jīng)濟因素對NLR參考值的影響。在后期的指標體系構建中，可以通過加入相關建成環(huán)境因子、社會經(jīng)濟因子進一步衡量居住環(huán)境變化對健康成年NLR參考值可能存在的影響。