575中国循环杂志 2019年6月 第34卷 第6期（总第252期）Chinese Circulation Journal，June，2019，Vol. 34 No.6（Serial No.252）摘要
目的：研究大气PM 2.5短期暴露对心脑血管疾病住院风险的滞后效应和累积效应。 方法：利用河南省人民医院2015年1月1日至2018年6月26日全部心脑血管疾病住院患者病例资料以及郑州
市日均大气污染物监测资料，采用病例交叉研究的方法，分别利用单污染物、复合污染物条件Logistic 模型分析大气 PM 2.5短期暴露（0~15天）对心脑血管疾病住院风险的滞后效应和累积效应。
结果：共纳入5 194例患者，平均年龄（48.5±22.8）岁，男性占57.4%。郑州市2015年1月至2018年6月PM 2.5
日均浓度80.8 μg/m 3。单污染物模型中，PM 2.5短期暴露在滞后2~5天及8~13天时，心脑血管疾病住院风险显著升高，
滞后12天时风险最高，PM 2.5浓度每升高10 μg/m 3，风险增加3.8%（OR=1.038，95%CI: 1.022~1.053）。滞后8~13天
时，PM 2.5短期暴露对心脑血管疾病住院风险升高的累积效应达到最大，PM 2.5浓度每升高10 μg/m 3，风险增加19.4%
（OR=1.194，95CI%: 1.176~1.212）。多污染物模型中，PM 2.5短期暴露无显著滞后效应。
结论：PM 2.5短期暴露在滞后2~5天及8~13天时显著增加心脑血管疾病住院风险，累积效应在8~13天时达到最大。
关键词 PM 2.5；心脑血管疾病；住院风险；短期暴露；病例交叉
Study on the Lagged Effect and Cumulative Effect of Short-term Exposure to Ambient PM 2.5 on the
Hospitalization Risk of Cardiovascular and Cerebrovascular Diseases
ZHANG Wenbo, YAN Lei, XIE Shuyan, SONG Jiali, JI Runqing, HU Shuang, LI Xi, YAN Xiaofang, ZHENG Xin,
SHAO Fengmin, LI Jing.
NHC Key Laboratory of Clinical Research for Cardiovascular Medications, National Clinical Research Center of Cardiovascular
Diseases, State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, National Center for Cardiovascular Diseases and Fuwai Hospital,
CAMS and PUMC, Beijing (100037), China
Co-corresponding Author: SHAO Fengmin, Email: fengminshao@126; LI Jing, Email: jing.
大气PM 2.5短期暴露对心脑血管疾病住院风险的滞后效应和累积效应
研究
张文博，阎磊，解淑艳，宋佳丽，季润青，胡爽，李希，严小芳，郑昕，邵凤民，李静
临床研究
基金项目：政府间国际科技创新合作重点专项（2016YFE0103800）；中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2016-I2M-1-006；2017-I2M-
B&R-02）；高等学校学科创新引智计划（B16005）
作者单位：100037 北京市，中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心 阜外医院 国家心血管疾病临床医学研究中心 国家卫生
健康委员会心血管药物临床研究重点实验室 心血管疾病国家重点实验室 中国牛津国际医学研究中心（张文博、宋佳丽、季润青、
胡爽、李希、严小芳、郑昕、李静）；河南省人民医院 肾内科（阎磊、邵凤民）；中国环境监测总站 国家环境保护环境监测质量
控制重点实验室（解淑艳）
通信作者：邵凤民 Email: fengminshao@126；李静 Email: jing.
中图分类号：R54 文献标识码：A 文章编号：1000-3614（2019）06-0575-07 DOI:10.3969/j.issn.1000-3614.2019.06.010
Abstract
Objectives: To study the lagged effect and cumulative effect of short-term exposure to ambient PM 2.5 on the
hospitalization risk of cardiovascular and cerebrovascular diseases.
Methods: Data of hospitalized patients with cardiovascular and cerebrovascular diseases from January 2015 to June 2018
were collected from Henan Provincial People's Hospital. Data of daily air pollutants monitoring in Zhengzhou during the same
period were collected from China National Environmental Monitoring Centre. We adopted the method of case-crossover study,
a single- pollutant and a multi-pollutant conditional logistic model to analyze the lagged effect and cumulative effect of short-
term (0-15 days) exposure to ambient PM 2.5 on the hospitalization risk of cardiovascular and cerebrovascular diseases.
Results: We included 5 194 patients in the study, of which 57.4% were males, with an average age of (48.5±22.8) years.
576中国循环杂志 2019年6月 第34卷 第6期（总第252期）Chinese Circulation Journal，June，2019，Vol. 34 No.6（Serial No.252）The average daily PM2.5 concentration in Zhengzhou from January 2015 to June 2018 was 80.8 μg/m3. In the single pollutant model, the risk of hospitalization of cardiovascular and cerebrovascular diseases was significantly increased when PM2.5 lagged 2-5 days and 8-13 days. The risk was the highest when the lag period was 12 days, the OR was 1.038 (95%CI: 1.022-
1.053) with an increase of 10 μg/m3 of PM
2.5. The cumulative effect of PM2.5 on the increased risk of hospitalization for
cardiovascular and cerebrovascular diseases peaked with the lag period between 8-13 days, the OR was 1.194 (95%CI: 1.176-
1.212) with an increase of 10 μg/m3 of PM
2.5. Lagged effect of PM2.5 was not observed in the multi-pollutant model.
Conclusions: The risk of hospitalization for cardiovascular and cerebrovascular diseases significantly increased after short-term exposure to PM2.5 with a lag of 2-5 days and 8-13 days, and the cumulati
ve effect peaked at 8-13 days post short-term exposure to PM2.5.
Key words PM2.5; cardiovascular and cerebrovascular diseases; risk of hospitalization; short-term exposure; case-crossover
(Chinese Circulation Journal, 2019, 34: 575.)
据世界卫生组织（WHO）估计，大气颗粒物（主要包含PM2.5、PM10）污染每年导致全球400余万人死亡[1]。大气污染长期或短期暴露均可显著引起死亡及急性心肌梗死、心律失常和心力衰竭等疾病的发生[2-4]。大量研究表明，PM2.5对心脑血管疾病的影响存在滞后效应和累积效应[5-6]。
虽然关于PM2.5对心脑血管疾病短期暴露健康效应的研究较多，但基于我国PM2.5监测数据和我国人的相关研究证据仍不充分。我国在全国范围内系统监测PM2.5污染情况始于2013年[7]，因此使用我国监测数据开展的研究时间较晚，多数短期暴露的有力证据源于国外研究，有关我国PM2.5短期暴露的滞后效应和累积效应的结论尚不明确；欧美国家的PM2.5污染情况与我国差距明显[8]，PM2.5在更高浓度时的短期健康效应同样不明确。因此有必要基于我国PM2.5监测数据和我国人，探索PM2.5短期暴露的滞后效应和累积效应对心脑血管疾病住院风险的影响。
本研究基于河南省人民医院的住院病例数据，探索PM2.5短期暴露的滞后效应和累积效应对心脑血管疾病住院风险的影响，旨在为改善防护工作、减轻大气污染对健康的危害提供依据。
1 对象与方法
1.1 研究对象资料
患者资料来源于河南省人民医院2015年1月1日至2018年6月26日期间的全部病案首页资料，包括性别、年龄、入院及出院日期、入院及出院主要诊断等。病例的诊断结果采用《GB/T14396-2016疾病分类与代码》[9]要求的编码形式。参照既往研
究已证实的与颗粒物污染相关的疾病[10]，研究人员利用编码从病案首页数据库中提取“出院主要诊断”为下列6类事件的患者：冠心病、急性心肌梗死、心力衰竭、心律不齐、短暂性脑缺血发作和脑卒中。在上述时间段内多次就诊者，本研究仅纳入首次就诊信息。
由于大气污染物资料[PM2.5、PM10、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）每日平均浓度值]和气象资料（每日平均气温、每日平均相对湿度）均为郑州市资料，因此按照住址信息将患者限定为郑州市居民。同时结合上述两项资料的时间覆盖范围、排除关键变量缺失（患者编号、住址信息、住院时间、入院诊断等）等情况后，确定最终的研究人。
1.2 大气污染物资料
同期郑州市大气污染物监测资料来源于“全国城市空气质量实时发布平台”的历史数据。资料内容包括P
M2.5、PM10、SO2、NO2、CO“城市每日24小时平均浓度值”和O3“城市日最大8小时浓度平均值”。
1.3 气象资料
同期气象资料来源于“中国气象数据网”。本研究中纳入的郑州市“逐日地面气象观测资料”包含日平均气温和日平均相对湿度。
1.4 统计学方法
本研究对郑州市2015年1月1日至2018年6月26日的大气污染、气候状况采用均值、标准差、四分位数、极值的形式描述，均值为该时间段内所有日均值的算术均数。污染物间相关性分析采用Spearman秩相关的分析方法。
本研究采用双向匹配的病例交叉设计，在控制气象因素（温度、相对湿度）后评价PM2.5短期
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暴露对于心脑血管疾病住院风险的影响[11-12]。在选择对照时采取时间分层的方式，在结局事件发生的时间点前后，间隔相同时间（3周），确定对照发生的时间点，即病例和对照发生的时间点处于“同
一个星期几”，此种方法可以有效避免PM2.5分布的“星期效应”[13]。同时，同一组病例和对照的滞后期保持一致，例如，当病例的滞后期为3天时，前后两个对照的滞后期同为3天。双向匹配的病例交叉设计可有效避免大气污染物时间趋势带来的偏倚[12]。
本研究先得出采用不同滞后期（0~15天）的健康效应（OR值），再对滞后期内每一天的滞后效应进行累积，获得该时间段内的累积效应。lag0的PM2.5的平均暴露浓度为当日浓度，lag1的PM2.5暴露浓度为发生事件当日前1天的PM2.5日均值，其余滞后期的暴露浓度依次类推[14]。具体模型如下：
Logit (P t)=βPM lagt+T t+RH t+α
模型说明：P t，发生污染后第t天污染物滞后效应导致的心脑血管疾病住院风险；β，回归系数；PM lagt 延迟第t天的污染物浓度；T，日均气温；RH，日平均相对湿度；α，残差。第0到第t天的累积效应表示为β0+β1+……βt，累积效应的OR值为
eβ0+β1+……βt[15]。运用上述模型建立“单污染物模型”（污染物变量部分只纳入PM2.5）和“多污染物模型”（污染物变量部分纳入PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3），多污染物模型旨在调整其他污染物后，分析PM2.5短期暴露对心脑血管疾病住院风险的影响是否改变。
基于SAS 9.4 软件进行上述统计分析，得出PM2.5浓度每升高10 μg/m3时，心脑血管疾病住院风险的改变。P<0.05视为差异具有统计学意义。
2 结果
研究人基本特征（表1）：2015年1月1日至2018年6月26日期间，河南省人民医院可纳入研究的心脑血管病住院患者5 194例；男性比例高于女性（57.4% vs 42.6%）；患者平均年龄为（48.5±22.8）岁，56~75岁的患者占50.4%（2 618例）。出院主要诊断为冠心病的患者数量最多，3 646例（70.2%）；其次为短暂性脑缺血发作患者，628例（12.1%），急性心肌梗死、心律不齐、脑卒中和心力衰竭的患者分别有258例（5.0%）、243例（4.7%）、211例（4.1%）和208例（4.0%）。
表1研究人基本特征[例(%)]
项目2015年 (n=896)2016年 (n=1 207)2017年 (n=2 463)2018年 (n=628)合计 (n=5 194)性别
男508 (56.7)713 (59.1) 1 412 (57.3)349 (55.6) 2 982 (57.4)女388 (43.3)494 (40.9) 1 051 (42.7)279 (44.4) 2 212 (42.6)年龄 (岁)
<158 (0.9)11 (0.9)22 (0.9)8 (1.3)49 (0.9) 15~3527 (3.0)29 (2.4)50 (2.0)18 (2.9)124 (2.4) 36~55317 (35.4)383 (31.7)738 (30.0)196 (31.2) 1 634 (31.5) 56~75423 (47.2)615 (51.0) 1 258 (51.1)322 (51.3) 2 618 (50.4) >75121 (13.5)169 (14.0)395 (16.0)84 (13.3)769 (14.8)出院主要诊断
冠心病573 (64.0)908 (75.2) 1 834 (74.5)331 (52.7) 3 646 (70.2)急性心肌梗死46 (5.1)31 (2.6)137 (5.
6)44 (7.0)258 (5.0)心力衰竭36 (4.0)44 (3.6)72 (2.9)56 (8.9)208 (4.0)心律不齐51 (5.7)36 (3.0)124 (5.0)32 (5.1)243 (4.6)短暂性脑缺血发作120 (13.4)128 (10.6)233 (9.5)147 (23.4)628 (12.1)脑卒中70 (7.8)60 (5.0)63 (2.5)18 (2.9)211 (4.1)
2015~2018年郑州市主要大气污染物及气象因素的基本特征（表2）：2015年1月1日至2018年6月26日，郑州市PM2.5日均浓度平均值为80.8 μg/m3，PM10日均浓度平均值为145.5 μg/m3，臭氧日均浓度平均值为101.6 μg/m3，其他主要大气污染物及温度、湿度的同期基本情况见表2。
578中国循环杂志 2019年6月 第34卷 第6期（总第252期）Chinese Circulation Journal，June，2019，Vol. 34 No.6（Serial No.252）
表2 2015~2018年郑州市主要大气污染物及气象因素基本特征 (μg/m 3)
项目均值标准差最大值最小值中位数上四分位数下四分位数
PM 2.580.861.6 608.011.063.040.0101.0
PM 10 145.5 81.5692.020.0127.0 88.0 184.0
二氧化硫26.3 18.5139.0 3.022.0 14.0 34.0
二氧化氮54.5 20.1160.017.052.0 39.0 68.0
臭氧101.6 57.8273.0 4.0 93.0 1.0 1.6
一氧化碳 1.40.6 6.00.5 1.2 55.0143.0
平均温度(℃)16.19.933.3-5.717.07.125.0
平均相对湿度(%)60.719.4100.015.061.046.077.0
表3 2015~2018年郑州市主要大气污染物间的Spearman 相关分析
项目PM 2.5PM 10二氧化硫二氧化氮一氧化碳臭氧
PM 2.51
PM 100.91
二氧化硫0.60.71
二氧化氮0.70.70.71
一氧化碳0.80.60.60.61
臭氧-0.3-0.2-0.4-0.3-0.41
注：表内所有相关系数的P 均<0.05
主要大气污染物间Spearman 相关分析（表3）：分析显示，郑州市6种主要污染物之间，除O 3外，其余均互呈正相关关系（P 均<0.05)。各污染物浓度间相关性较高。
单污染物模型中PM 2.5短期暴露对心脑血管疾病住院风险影响的滞后效应（图1A）：在单污染物模型中，滞后2~5天（lag2~lag5）及滞后8~13天（lag8~lag13）的滞后效应对心脑血管住院风险有显著影响。在lag2~lag5中，PM 2.5日均浓度每升高10 μg/m 3，其对应的OR 值分别为1.009（95%CI：1.001~1.018）、1.012（95%CI：1.003~1.022）、1.012（95%CI：1.002~1.023）、1.014（95%CI：
1.002~1.026）；在lag8~lag13中，PM
2.5日均浓度每升高10 μg/m 3，其对应的OR 值分别为1.020（95%CI：1.007~1.034）、1.029（95%CI：1.015~1.043）、1.036（95%CI：1.021~1.051）、1.036（95%CI：1.021~1.051）、1.038（95%CI：1.022~1.053）、1.021（95%CI：1.005~1.038）。当滞后期为12天时，OR 值达到
最大，为 1.038。多污染物模型中PM 2.5短期暴露对心脑血管疾病住院风险影响的滞后效应（图1B）：在多污染物模型中，调整PM 10、SO 2、NO 2、CO、O 3等污染物浓度后，PM 2.5短期暴露对心脑血管疾病住院风险的影响不再显著。单污染物模型中PM 2.5短期暴露对心脑血管疾病住院风险影响的累积效应（图2）：在单污染物模型滞后效应显著的两段滞后期内，累积效应整体均呈上升趋势（P trend <0.05）。滞后8~13天时，PM 2.5短期暴露的累积效应达到最大，累积β值为0.177，PM 2.5浓度每升高10 μg/m 3，累积OR 值为1.194（95%CI：1.176~1.212）。
敏感性分析：本研究共纳入6类心脑血管疾病作为复合终点，其中出院主要诊断为冠心病的患者数量最多，且人数超过70%，因此针对冠心病
患者进行敏感性分析，观察PM 2.5短期暴露对冠心
病患者住院风险的滞后效应和累积效应是否稳健。分析结果显示，在单污染物模型中，滞后9~13天时，PM 2.5短期暴露对冠心病患者住院风险的滞后效应显著，且滞后12天时OR 值最大。滞后9~13天的OR 值分别为1.033（95%CI：1.006~1.040）、1.030（95%CI：1.013~1.048）、1.033（95%CI：
1.015~1.050）、1.036（95%CI：1.017~1.053）、1.021（95%CI：1.002~1.041）。在多污染模型中，滞后效应不显著。单污染物模型在9~13天的滞后期内，PM
pm2.5监测2.5短期暴露对冠心病患者住院风险的累积β值为0.140，累积OR 值为1.151（95%CI：1.140~1.161）。
以冠心病为终点事件的分析结果与6类疾病复合终点的分析结果接近。
PM 2.5暴露滞后0~15天
和多污染物（1B）模型中PM 2.5浓度每升高10 μg/m 3对心脑血管疾病住院风险影响的滞后效应lag15 1.001
0.894
1.009
0.928
1.021
0.970
1.038
1.022
1.036
1.017
1.036
1.016
1.029
1.012
1.020
1.006
1.013
1.002
1.012
1.006
1.014
1.006
1.012
1.009
1.012
1.007
1.009
1.010
1.007
1.006
1.007
1.012
lag11lag7lag3lag14lag10lag6lag2lag13lag9lag5lag1lag12lag8lag4lag0 0.850.850.930.93 1.011.01 1.091.090.890.890.970.97 1.051.05 1.131.130.870.870.950.95 1.031.03 1.111.110.910.910.990.99单污染物模型中PM 2.5的OR 值
多污染物模型中PM 2.5的OR 值
降低住院风险降低住院风险增加住院风险
增加住院风险
1.071.07 1.151.15
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