抽象的
在居住在美国八个城市地区的846名哮喘儿童的队列中,使用来自国家合作市中心的哮喘研究的数据,检查了日常环境空气污染的影响。
每日空气污染浓度从美国环境保护局的空气测量信息检索系统数据库中提取。混合线性模型和广义估计方程模型用于评估几种空气污染物(臭氧,二氧化硫(SO)的效果2),二氧化氮(没有2)和气动直径50%切断的10µm (PM10)在846名患有哮喘病史的846名儿童中的峰值呼气流量(PEFR)和症状(4-9岁)。
没有污染物与晚间的PEFR或症状报告有关。只有臭氧与早晨%PEFR的下降有关(0.59%下降(95%的置信区间(CI)0.13-1.05%),每间条款范围(IQR)增加5天均臭氧)。在单一的污染物模型中,每个污染物与早晨症状的发生率增加有关:(每IQR的每IQR平均臭氧增加(或)= 1.16(95%CI 1.02-1.30),或= 1.32(95%CI)1.03-1.70)每个IQR增加2天平均2, OR=1.48 (95% CI 1.02-2.16)2在2天平均PM中,每增加IQR, OR=1.26 (95% CI 1.0-1.59)10.
这项纵向分析支持了以前的时间序列研究结果,即在低于当前美国空气质量标准的水平下,夏季空气污染与哮喘儿童的症状和肺功能下降显著相关。
NCICAS研究由Grants U01 AI-30751,AI-30752,AI-30756,AI-30772,AI-30773,AI-30777,AI-30779,AI30780和AI-15105的AI-15105来自NIAID,NIH。
空气污染对呼吸道健康影响的许多证据1-8.基于封闭式队列中的重复测量的时间序列分析,在所有研究人员中创造了每日响应的摘要。该摘要测量中的波动是相对于空气污染的日常波动评估。因此,这些方法并不适合调查与反应的异质性有关的个体级别因素。时间序列分析要求研究人群中个体级别因素的分布仍然随着时间的推移稳定9.或者这些特征变化的数据包含在模型中。这限制了它们在研究期间不保持固定的人群时的用处。
纵向分析技术,如混合线性模型和广义估计方程,通过纳入个人水平结果和协变量提供更有统计的强大的替代方案。他们允许估计各个平均效应和个体变化随时间以及在整个研究期间的人口平均影响。这些方法不需要对随着时间的推移群体特征的稳定性,并且可以在分析中包含不完整数据的受试者10.因此,这些方法非常适合流行病学研究。
这些方法被用于评估与空气污染相关的健康影响的一个大队列的市中心哮喘儿童。在此队列中,改变对臭氧反应的个人层面的危险因素以前曾有报道11.特别是,发现过早出生的哮喘儿童(<37周)或低出生体重(<2.5kg)的含量显着更大,对臭氧的增加。本研究将这些结果与时间序列和其他分析进行了比较,并提出了多能模型。
设计和方法
队列识别
队列是从国家合作的内部城市哮喘研究(NCICAS)获得,这是美国八个城市地区哮喘儿童的多期面研究。虽然NCICAS检查了哮喘发病率的广泛危险因素,包括获得医疗保健,心理社会问题和家庭环境,但本报告仅限于与城市空气污染的联系。以前报道了设计和方法12.简单地说,儿童及其父母是从八个城市地区的急诊科和初级保健诊所招募的:纽约布朗克斯区和东哈莱姆区;马里兰州巴尔的摩;华盛顿特区;底特律,心肌梗死;克利夫兰,哦;芝加哥,IL);这些儿童年龄在4-9岁之间,居住在收入≥30%的居民低于联邦贫困水平的内城社区。孩子们有以下两种情况:1)父母的报告被诊断出的哮喘和症状在过去12个月或2)呼吸道症状与哮喘一致,如咳嗽、气喘或呼吸短促,持续> 6周在前一年,一起增加症状与运动或冷空气接触或哮喘家族史。 The protocol included an in-person baseline interview, a home survey, three brief telephone follow-up interviews at three-month intervals, and two-week peak expiratory flow rate (PEFR) and symptom diaries after the baseline interview and prior to each follow-up interview. To reduce confounding by temperature and seasonal infectious disease, this analysis is restricted to those children who returned at least one diary during June–August of 1993.
风险的措施
空气污染物浓度从美国环境保护局的空气测量信息检索系统获得。通过基于峰值发生的峰值发生,通过平均每小时读数来计算每日污染物度量,这些峰值发生在每个污染物的部分中注意到。通过平均这些日常度量来计算多日期指标。同一城市地区内的儿童每天为每种污染物分配常见的日常和多个值,通过平均相应县中所有监测器的污染物浓度来计算。提出单极和多块模型。污染物通常具有高度相关性,因此本报告侧重于臭氧作为NCICA城市夏季空气污染的良好标志。天气数据是从当地机场获得的。
结果措施
儿童接受了使用小型赖特峰流量计的培训(Clement Clarke, Columbus, OH, USA)。在使用任何吸入性药物之前,在早晨起床时和睡前报告PEFR和症状(咳嗽、胸闷、喘息)。记录了站立时最多三次的动作。NCICAS不是一种干预,家长也没有被告知PEFR的解释。值<70或>450升·分钟-1(分别读数0.4%和2.5%)被认为是难以置信的(例如转录错误)并被删除。
早晚单独评估三项结果措施:1)每日百分比从日记特异性中位数进行变化;2)日记特异性中值PEFR的发病率≥10%;3)任何症状的发病率。PEFR(而不是平均水平)和发病率(而不是患病率)的变化被评估,专注于空气污染水平对发病率变化的影响。
统计方法
使用线性混合效果模型进行分析PEFR的百分比变化(SAS Proc混合13),而症状的发生率和中位PEFR下降10%的发生率采用广义估计方程建模,使用逻辑联系。使用估计变化标准和似然比检验确定协变量的选择,alpha水平为0.05。Akaike的信息标准(AIC)被用来评估最佳的相关结构,并确定协变量是否应该作为固定或随机效应输入。AIC最接近于零的模型被认为最适合数据。标准误差对几种协方差结构的使用不敏感,因此从假设最简单结构(独立性)的模型的结果被报告。
使用移动平均值,不受限制的分布滞后和多项式分布式滞后评估滞后的空气污染效果。在模型内,延迟特定估计被组合以创建累积效果,并在模型中比较估计。
结果
大约60%的儿童为四次访问中的每一个返回日记。1993年6月至8月,846名儿童至少返回了一日记,共有910日小亚日。它们的特征与整个NCICAS队列(n = 1528)类似,尽管在前三个月(哮喘严重程度的指标)中报告≥2哮喘药物的儿童更有可能返回日记(表1⇓).每年日记最多可达到14天的读数(11,622名儿童)。日记读数的完整性与日记期间的污染水平无关。
污染物和温度分布如图1所示⇓.遍布所有城市地区,8小时平均臭氧(10:00-18:00)为每十亿(PPB)48份(PPB),<5%超过拟议的80 ppb标准(157μg·m-3)14.效果估计率缩放到臭氧增加15ppb(近似的四分位数范围,表2⇓).每日臭氧的平均内部范围为48 ppb。
所有三种结果的模型包括臭氧计量的固定效应、日数指标(IE。基线,3或6个月日记),学习日(1993年6月1日开始),在过去24小时,城市地区和12小时平均湿灯泡温度的线性术语中。包括模型中的温度术语增加了臭氧系数的大小> 30%,表明它是一个强大的混乱。温度的非线性术语对臭氧系数的幅度或精度几乎没有影响。将城市面积建模为固定而不是随机效果,提供了更好的契合,并没有影响臭氧估计,也没有包括一周中的术语。每日药物使用和时间活动信息不可用于包含在模型中。
单天或多日臭氧指标与任何晚间结果测量均无相关性(表2)⇑).臭氧对早晨结果的影响几天增加了几天,并且对于多日期移动平均线观察到最强的关联。5天移动平均臭氧的15 ppb增加与早晨PEFR的0.59%下降(95%CI 0.13-1.05),早期PEFR下降≥10%(或= 1.14,95%CI)的发病率下降1.02-1.27)。早晨症状的发病率最强烈地与4天的移动平均值(或= 1.16,95%CI 1.02-1.30。)对每个夜间结果的影响进行了比较目的(IE。晚间措施的平均LAG 0-4可以与晨课液体1-5的平均值进行比较。
对于早晨的PEFR,来自无限制滞后,二级多项式分布滞后和移动平均模型的累积效应几乎相同(累积下降= 0.54%,0.51%和0.59%)。不受限制的滞后模型表明,臭氧暴露于3-5天之前对早晨%PEFR产生了更大的影响,而不是更直接的曝光。5日平均值(滞后1-5)显示效果略大于3天平均值(滞后3-5)或4天平均值(滞后2-5)(数据未显示),尽管如此使用LAG 1和2的模型估计表明风险的增加几乎没有。对于早晨的症状,不受限制的滞后,多项式分布式滞后和移动平均模型产生了类似的累积估计(或分别= 1.13,1.14,114)。
不包括臭氧> 80磅的日子(美国联邦建议标准)估计是几乎相同的结果提供给那些获得使用所有的天(病人下降0.70% (95% CI 0.12 - -1.29%),或= 1.15 (95% CI 0.99 - -1.33)下降10%早上病人,或= 1.17 (95% CI 1.01 - -1.35)早上症状)的发生率。
通过将“城市区域”互动项添加到每个模型来评估城市区域特定估计的一致性。交互术语为null。事实上,除了巴尔的摩中心外,早上%PEFR的估计线遍布城市地区令人惊叹相似(表3⇓).在除路易斯除外的所有领域,臭氧的增加与早晨症状发生率的增加有关。
每个城市地区的臭氧显示器的数量从1-13增加。使用从3个最接近的监视器到儿童邮政编码的中心的读数的平均值重复分析15,结果相似(%PEFR和症状下降0.50%,或= 1.15。)
共同污染物
二氧化硫(所以2),二氧化氮(没有2),以及气动直径50%切断的10µm (PM10使用类似于前面描述的臭氧模型的模型进行评估。延期效果的估计值为null(数据未显示)。展示了早晨%PEFR和症状发病结果(表4⇓).
每天都是如此2所有八个城市地区都有数据,平均内层53 PPB。8-H臭氧和3-H平均值之间的相关性(08:00-11:00)所以2是0.29。单污染物模型表明单身和多个滞后2对早晨%PEFR的影响很小(数据未显示)。早晨症状的最大影响是2天移动平均滞后(表4)⇑).3天和4天移动平均线的结果相似。当5天平均臭氧量和2天平均臭氧量时2同时进入模型,对所以估计没有影响2虽然臭氧的估计略微下降。
每天没有2在七个城市地区提供(近10,000儿童日),平均范围为32 ppb。8‐h平均臭氧和4‐h NO之间的相关性2(06:00-10:00 h)为0.27。不2与%PEFR的下降无关,并且对早晨症状的最大效果是为期6天的移动平均水平。联合建模没有2并且臭氧略微降低了每个污染物的估计。
每天下午10仅在芝加哥,克利夫兰和底特律(> 3,000儿童时期)测量,平均内部范围为53μg·m-3.24小时平均PM之间的相关性108-H平均臭氧为0.51。虽然PM没有统计学上显着的影响10在早晨%PEFR,估计是负的,对臭氧的估量相似(每25μg·m下降0.89%-36天移动平均水平上升,95% CI−0.54-2.31%下降)。只有在更大的滞后(8天)时才发现对夜间PEFR的显著影响。没有总理的滞后10与晚上症状的发生率有关。在单一污染物模型中,平均平均值的早晨症状最强。进入下午10和模型中的臭氧同时导致PM的轻微减少10估计,但臭氧估计和更广泛的置信区间减少(表4⇑).
每种污染物随着早晨症状的发生率而显着相关。同时进入模型中的每个单污染物模型中最强相关联的多个滞后。当限于七个城市地区,为臭氧完整数据,所以2和不2, 只有如此2仍然与早晨症状显着相关。所有四种污染物的模型都仅限于三个城市地区,具有完整的数据。对于大多数污染物的估计是阳性的,然而,由于污染物之间的样本大小和离殖度大幅较小,击中间隔宽。
讨论
这项研究为美国东北部和中西部八个城市社区的儿童提供了可测量的负面呼吸健康影响的证据。由于结果测量、分析技术和接触定义的差异,很难与其他研究报告的估计进行直接比较。61例哮喘患儿的时间序列分析8.在荷兰,报告的结果对应于PEFR下降0.4%,或每15ppb臭氧的= 1.03。同样,康涅狄格州哮喘儿童的夏令营研究16尽管平均臭氧浓度更高,但观察到的效果可与每15ppb的PEFR下降0.5%下降。在墨西哥城的71名哮喘儿童中发现了较小的效果3.,对PEFR没有影响,臭氧每增加15 ppb症状的OR=1.03。在每一项研究中,影响的间隔(0-2天的延迟)都比NCICAS人群(4-5天的移动平均)短。与其他发现相反1那3.那17,NCICAS队列中未发现当前的日常效果。相反,通过多日期移动平均线观察到最强的协会。其他研究还报告了移动日平均暴露的估计比基于单日暴露的估计18那19那20..欧洲哮喘儿童(和平)研究的污染效应21没有看到冬季污染物的效果,并根据较短的滞后显示数据。这些差异,以及改变对污染响应的人口特征可能的差异可能会占矛盾的结果10.在这些美国中古城市哮喘儿童的调查结果与其他地方报告的调查结果相当,这表明在这种人群中,与更多社会经济的哮喘儿童有关这些人群的空气污染与哮喘发病效果的程度并不大幅增加。这些社区的哮喘发病率的基线风险可能更高,因此空气污染可能会对哮喘发病率的负担大大贡献。
PEFR的小幅下降可能具有可疑的临床意义。然而,PEFR下降≥10%的发生率和明显对哮喘发病率具有临床重要性的症状有显著相关性22.这些效果的一致性表明,尽管已知的局限性23,峰值流数据有效地捕获了肺功能的重要递减。结局和曝光数据的非凡错误分类可能导致低估了效果。此外,之前发布的报告10已经确定了对空气污染的更重要的重要反应进行了鉴定的亚组。未来的空气污染健康影响的分析将从包含个人级别的危险因素中受益,这可以大大修改健康效果的规模。
对PEFR和症状的影响主要局限于早晨措施。晨间值是哮喘患者容易气道狭窄的较好的指标24因此,专注于早晨措施可能会识别儿童对不利健康结果的风险更大。当个人之间的可衡量差异可能是最大的,早上,早上发生最严重的支气管混合物。或者,与晚间措施缺乏关联可能是由于在白天使用哮喘药物,这可能会衰减与空气污染和每日峰流量和症状报告的关联1那25.缺乏晚间效果可能会反映错误分类,因为无法调整孩子在户外花费或锻炼,这两者都会影响呼吸剂量26.控制这些因素可能会改善估计4..
只有三个城市地区每天都有下午10监视器,使样品大小太小,以允许无极化模型的明确评估。然而,在这三个城市中,PM的一个更强大的协会10而不是臭氧,而其他人报告过PM10与哮喘症状的联系更紧密,而不是PEFR3..参与等等。1报告称PM最大8小时10比24-h pm更高的发病率与发病率更高10测量。通过现有的监测数据测试该假设是不可能的。
肺功能延迟效应的生物学机制包括与刺激物暴露相关的继发气道炎症的支气管反应性增加。动物和室内研究表明,暴露于空气污染可能增加气道细胞浸润和细胞激活,增强细胞毒性炎症介质的释放,改变膜的通透性,改变粘液纤毛的清除27-29.鉴于臭氧,PM的冗长滞后时间10和不2效果,环境污染物可能不仅可以作为哮喘发作的直接触发,而且也可以间接地作为随后的抗原暴露的底漆30.那31.虽然臭氧在PEFR上最有影响力,但没有2对症状有最强的影响。不2可能是这些城市的夏季污染物混合的更好标记,主要是密西西比州,因为它与臭氧的光化学和含有汽车释放的颗粒污染物的烃排放有关。
这些发现不太可能被哮喘危险因素(如过敏原致敏和住房特征)混淆,因为它们在两周监测间隔内没有变化。药物或空调使用和暴露于烟草烟雾可能每天都有变化,但是这些数据不可用。然而,定量组的相似性估计与前面讨论过的时间序列分析的估计表明,混淆并未解释结果。
总之,夏季航空污染与哮喘发病率的发病率升高,哮喘哮喘患儿中肺功能下降有关。来自广义估计方程和混合模型的这些发现支持先前公布的时间序列分析以及从较少城市人群报告的报告。污染的影响并不立即,但在几天内开发,在早晨结果中有最大的效果。二氧化氮,二氧化硫和50%切断空气动力学直径为10μm的颗粒与症状的增加相关,二氧化氮表现出最强的影响。臭氧对呼气流量最有影响力。在所有城市中观察到不良呼吸效应,低于拟议的美国空气质量标准。
致谢
作者要感谢NCICAS的工作人员和参与者,其勤劳和合作使这项研究成为可能的研究,即他的专家统计咨询和M.Aggarwal用于地理编码地址并提供监控选择数据。
这份报告的内容完全是作者的责任,并不一定代表环境保护局(EPA)的官方观点。本文中描述的研究已经经过了EPA的同行和行政审查,并已批准发表。
- 已收到2001年7月9日。
- 公认2001年12月16日。
- ©ers Journals Ltd