摘要
为了寻找敏感的筛选参数,以评估环境空气污染物对小学生的急性影响,在肺功能测试前8小时平均空气污染的影响,采用阻力振荡测量和流量-容积循环肺活量测定法进行了研究。
在上奥地利州首府林茨的一所中心小学,163名7-10岁的儿童在一学年的同一时间接受了反复检查,每个孩子总共进行了11-12次肺功能测试。与颗粒物质和二氧化氮(NO2),并应用广义估计方程模型对附近监测站连续测量的数据进行检验。
每10µg·m的还原量−3(无论是粒子还是NO2),大部分肺功能参数均在1%左右。燃烧相关污染物的急性影响最敏感的指标是小气道最大呼气流量的变化。没有2在浓度低于现行标准时(在多污染物模型中),一秒钟内用力呼气量减少1.01%,当50%的用力肺活量仍未呼出时(MEF),最大瞬时用力流量50%)增加1.99%和MEF25%了1.96%。外周电阻每10µg·m增加1.03%−350%截止空气动力学直径为2.5 μm (PM2.5)。阻力受儿童合作的影响较小,在环境流行病学中,当筛查城市空气污染引起的小气道功能障碍的早期迹象时,应更多地使用阻力,但不能取代MEF的测量50%和MEF25%。在基本模型中,每10µg·m降低这些参数−3NO含量最高2,其次是PM1下午,2.5和点10而暴露在粗粉尘(PM10点2.5)未显著改变呼气末流量。
城市空气污染对健康小学生肺功能的所有急性影响均明显低于当前欧洲二氧化氮限值。因此,有计划地减少二氧化氮排放(欧5;在2010年,符合指令99/96/EC规定的20%排放限制的车辆似乎是不够的。
悬浮颗粒最近引起了很大的兴趣,因为越来越多的流行病学和实验证据表明它们对健康的影响。尽管确切的生物学机制尚不完全清楚,但极细颗粒的质量和数量已被证明与心血管和呼吸系统的急性健康影响和可测量的功能变化相关1- - - - - -4。已经进行了大量调查儿童肺功能短期变化的小组研究。荟萃分析显示臭氧有不良影响5微粒物质6关于肺功能。然而,大多数研究都集中在空气污染的日平均水平上7而且,如果要调查对肺功能的影响,则集中在容易在儿童中收集到的呼气峰值流量(PEF)等参数上。
不同来源和化学成分的细颗粒对健康的影响应该是不同的。二氧化氮(NO2)可作为来自焚烧源的各种污染物(包括极细颗粒)的指标。先前的研究8对来自上奥地利州首府林茨的学龄儿童总人口的预测,显示了NO的良好预测价值2特别是在最大瞬时强制流量时,50%的强制肺活量仍未呼出(MEF)50%)及MEF50%在儿童肺功能检测中。
在一个奥地利联合项目(奥地利微粒健康影响项目(AUPHEP))的过程中,本文作者有机会监测颗粒物的各种测量。9在2000-2001学年,在上奥地利州林茨的中央空气监测点。在这个拥有20万居民的小镇,钢铁工业和繁忙的汽车交通,已经发现儿童的慢性呼吸道健康问题8肺功能的改善与空气质量的改善有关10。50%截止空气动力学直径为10 μm (PM10)和NO2在中欧城市地区的典型范围内。据推测,在浓度升高的日子里仍然可以观察到急性呼吸道影响。因此,本文作者选择了AUPHEP监测站旁边的小学在整个学年进行反复的肺功能测试。这项时间序列研究的目的是量化空气污染物对肺功能的短期影响,通过肺活量测定和强制振荡技术测量。据预计,肺功能测试之前不久的空气污染峰值将产生最强烈的影响11,12。虽然已知呼吸性颗粒物空气污染一般会影响肺功能,但先前的研究结果10表示燃烧产生的颗粒物质(其中NO2是一个很好的代理)是最重要的。
本研究有以下三个目的。1)调查空气污染对肺功能的短期影响(本小组研究选择8小时平均值而不是日平均值)。2)寻找既对空气污染的急性影响敏感又适合于学龄儿童筛查的肺功能参数。3)在欧洲许多城镇当前空气污染状况的典型环境环境中研究这些关联。
材料与方法
空气监测
林茨市(位于阿尔卑斯山北部多瑙河边)的空气主要受到工业排放(钢铁厂)和机动交通(柴油卡车和汽车占很大比例)的影响,这可能导致在停滞状态下浓度升高。该监测点位于一个中央生活区,于二零零零年九月至二零零一年八月期间运作。该站点的PM浓度反映了林茨城市的典型PM负担,位于城市内外9个监测点的前三分之一。Hauck描述了空气监测项目的细节et al。9。在这项研究中,PM的半小时平均值1下午,2.5下午,10(由锥形元件振荡微天平测量)和NO2(化学发光法测定)计算肺功能检测前各天00:00 - 08:00 h的8-h平均值。
肺功能
在监测站附近的学校,每隔一天(周一、周二、周三、周五)对164名儿童(7-10岁)中的20名进行肺功能检查,因此从9月到5月,69名女性儿童和95名男性儿童大约每两周在每天的同一时间进行一次肺功能检查。用力肺活量(FVC),一秒内用力呼气量(FEV)1), FEV0.5,平均用力呼气流量为25% (FEF)25%), FEF50%, FEF75%PEF是按照美国胸科学会的规程获得的13,但最小呼气时间为6秒,儿童不适用。肺功能检测时间为08:30 - 10:30,按固定顺序进行。
在进行常规肺量测量(站姿)之前,使用脉冲振荡系统(IOS;Erich Jaeger, Hoechberg,德国)。根据生产商的规范应用了IOS,并登记了振荡频率在4到30 Hz之间的电阻14。为了将每次检查的27个数据点分解为一个有意义的数字,在频率= 0时计算的假设电阻(R(0,c))计算为直线与纵坐标的切点,作为外周气道阻力的代表15。这条线是由频率为4和电阻最小的频率之间的所有数据点进行线性回归计算得出的。
计划对每个孩子进行11-12次测试。每个孩子被分配到每周的固定一天,以尽量减少来自每周周期的偏差;然而,由于假期、病假或其他组织问题,大多数孩子有1-3次不得不在一周中的另一天进行测试。由于病假时间较长,一名儿童只能接受10次检查。在学年中转学的两名儿童只能分别接受三次和六次考试。
统计分析
肺功能值进行对数转换,因为预期有乘法效应。性别、年龄、身高和体重的对数也作为解释变量进入模型。采用假定滞后1的自相关结构的广义估计方程模型研究了空气污染对健康的影响。为了直观地显示空气污染物与肺功能之间的关系,在没有空气污染数据的情况下计算了相同的模型,并将(肺功能参数的对数)残差与污染物浓度绘制成图。
结果
00:00-08:00 h的8小时平均值既包括夜间的低浓度,也包括早高峰的高浓度。因此,平均而言,8小时平均水平与日平均水平相当(表1)⇓)。年平均浓度大多在欧盟和美国目前的限值范围内。只点2.5超过了美国15µg·m的限值−3对于年平均值,而不是25µg·m的上限−3欧盟委员会在其2005年空气污染专题策略中提出16。(PM没有法定的限值2.5在欧洲还没有。)欧洲首相10每日平均限值(50µg·m−3)超过了46天。在研究期间,法律只允许多35天。不符合PM允许的超额天数10是林茨和大多数欧洲城市地区共同面临的问题。
被调查空气污染指标之间呈显著正相关(表2)⇓)。因为PM之间的高度相关性1和点2.5,只有PM2.5进入多污染物模型。
在单一污染物模型中研究的所有污染物对大多数肺功能参数都有不利影响。唯一的例外是颗粒参数的FVC和PEF,对它们的影响估计为NO2没有达到意义。总体影响相当小。重新变换肺功能的对数值后,每10µg·m的变化−3或每四分位差(IQR)仅在1%量级。每个IQR变化最大的是NO2作为污染指标和微粒暴露后,用于R(0,c)作为结果变量(表3⇓)。(与其他肺功能参数相反,与阻力正相关表明有不良影响。)NO的剂量-反应关系2如图1所示⇓,使用对数FEV的残差1(图1⇓), MEF25%(图1 b⇓),R(0,c)(图1c⇓)。
粗颗粒(计算为PM之间的差值10和点2.5)与所有肺功能预后仅微弱相关(数据未显示)。在多污染物模型中,与PM一起2.5也没有2,粗颗粒没有表现出任何显著的影响,因此没有进一步研究。因此,多污染物模型侧重于PM2.5也没有2(表4⇓)。NO的大多数效应估计2仍然显著,有些甚至在控制PM后变得更大2.5。只有NO的作用2关于PEF和R(0,c)降低,不再显著。电阻R(0,c)则受PM的影响2.5但这是唯一与PM有关的2.5在控制NO后仍然显著2。
8小时平均值(NO2前一晚(16.00-24.00小时)与肺功能结果无相关性(数据未显示)。
讨论
这项研究调查了早晨城市空气污染对学童的短期影响,因此可以忽略臭氧浓度的波动。林茨的早期研究8,10在上学期间,环境臭氧相对较低,不可能在下午和暑假期间对小学生进行检查,当时臭氧较高,但儿童的局部性较差。从学年的晨间肺功能测试中,没有发现与臭氧的负相关(一些阳性结果是虚假的,是由臭氧与no的负相关引起的2)。平均日氧浓度为0.3-30.5µg·m−3(中位数为4µg·m−3)。从先前高浓度的结果8,目前的二氧化硫暴露被认为是可以忽略不计的小气道功能的变化。
粒子质量的三种测量方法与NO之间有很强的相关性2很难从计量上区分每次曝光的影响。而在多污染物模型中,只有NO2始终与不良健康影响有关这是值得注意的,因为在以前的研究中,NO2是否与肺功能下降有不一致的相关性17。这对NO都成立2在室外(通常作为暴露于道路交通污染物的指标)和室内(燃气烹饪和无排气加热器是相关来源)测量。由此得出结论,它不是NO2它本身就会造成不良影响,但在许多(但不是所有)环境中,它是相关污染混合物的一个很好的代理。其他好的替代品可能是一些挥发性有机化合物18,19或者一氧化碳。在林茨同样的环境背景下,NO2也被证明是一个有价值的预测长期肺功能增长10。
在这项研究中,选择偏差不太可能发挥重要作用,因为该研究试图调查所有健康到可以上学的儿童。请病假或在计划进行肺量测定的当天患有呼吸道感染的学生将在晚些时候进行测试,所有儿童都将进行重复测试。如果哮喘儿童在高污染的日子呆在家里,这将导致低估对肺功能的影响。
颗粒物和NO的影响2在肺功能上的下降幅度与其他研究报告的相同20.。FEV的LOWESS和二次拟合(图1)1抗性表明在低浓度(~ 15µg·m)时影响趋于平稳3.),这可能是一个阈值。对于MEF来说,没有明显的门槛25。人群水平的微小平均变化可导致临床肺功能不良儿童数量的相关增加。小孩子的小变化很难用肺活量测定法来评估,因为结果很大程度上取决于孩子们的合作。呼吸阻力(用不同频率的脉冲振荡系统测量)受此影响较小。因此,与常规的肺功能测量数据相比,它有望成为一个更好的小肺功能变化指标。在单一污染物模型中,大多数参数都符合这一预期,在多污染物模型中,PM引起的变化也符合这一预期2.5),因此建议在未来有关儿童呼吸健康的环境研究中更频繁地使用振荡技术,特别是评估PM的短期影响2.5。⇑
就监测站评估的城市环境空气污染指标而言,本研究结果表明PM2.5也没有2对儿童肺功能早期衰退的预测优于PM10。由于奥地利的柴油税比汽油税低,柴油汽车的数量从1980年的2.7%增长到2004年的49.2%。更严格的排放标准和催化剂的引入被机动车流量的增加所抵消,在林茨和奥地利其他城镇的路边监测站,NO略有增加2已经出现在最近几年。2010年减排浓度仅20%的预期似乎不太可能实现(Euro 5;符合指令99/96/EC规定的排放限制的车辆21)可以解决这个问题。这项研究的结果表明,低于欧盟标准的暴露水平对健康有影响,更严格的环境峰值NO限制2浓度对于预防儿童肺功能损害是必要的。交通不2浓度也与儿童喘息和哮喘药物有关22并与长期影响,增加呼吸道死亡率16(6-26)%每10µg·m−3没有x(没有x是氮的氧化物吗)23。这些发现为城市空气污染对健康的严重影响提供了证据2以及降低它的必要性。
这项肺功能研究的结果也对25µg·m的上限提出了质疑−3为空气动力学直径50%截点为2.5 μm的环境颗粒物浓度,这是欧盟委员会在2005年空气污染专题战略中建议的年平均值。在没有阈值指示的情况下,应尽量减少主要和次要细颗粒物的排放,特别是燃烧产生的细颗粒物,从而尽可能减少城市空气污染的不利影响。
致谢
作者要感谢林茨市政府(卫生和环境部)以及奥地利微粒健康影响项目(AUPHEP)团队所做的基本工作。AUPHEP(由奥地利维也纳奥地利科学院清洁空气委员会O. Preining领导)是奥地利科学院清洁空气委员会与维也纳医科大学(大学儿童医院环境卫生研究所)、维也纳大学(实验物理研究所)、维也纳工业大学(化学技术和分析研究所)和奥地利环境机构(联邦和省),由环境、青年和家庭事务部资助;科学和交通部;奥地利科学院和维也纳环境空气监测网络,下奥地利,上奥地利和施蒂里亚,奥地利。协调员H. Hauck得到了马里博尔大学组织科学B. Gomiscek的支持(马里博尔,斯洛文尼亚)。
- 收到了2005年8月2日
- 接受2006年1月22日
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