空气污染对儿童哮喘的影响和预防
发表于 2024-02-29 21:59
心理导读：空气污染几乎无处不在，是导致疾病和过早死亡（包括儿童）的最大环境因素。暴露于空气污染一直与呼吸道疾病有关，包括儿童喘息和哮喘恶化。一些关于空气污染、哮喘和儿童呼吸道症状的综述认为，室外交通污染是儿童哮喘发病的原因之一。 ---psy898.com
空气污染对儿童哮喘的影响和预防
一、研究要点
在这项对 5279 名儿童进行的队列研究中，出生后头 3 年的平均细颗粒物（PM2.5）和平均二氧化氮（NO2）空气污染与儿童早期和中期的哮喘发病率均有关联，这是在调整了个体特征之后得出的结果。环境污染（PM2.5或二氧化氮）与哮喘发病率的关系受社区和个人社会经济环境（包括母亲教育程度和种族）的影响。
这些研究结果表明，儿童早期暴露于PM2.5或二氧化氮空气污染中可能会导致儿童哮喘的发生，而生活在人口稠密社区、机会和资源较少以及多重环境共暴露的少数民族家庭发生哮喘的风险更高。
1、重要性
暴露于室外空气污染会导致儿童哮喘的发生，但许多研究缺乏地域、种族和民族以及社会经济的多样性，因此无法通过个人层面和社区层面的环境因素来评估易感性。
2、研究目的
研究儿童早期和中期暴露于细颗粒物（PM2.5）和氮氧化物（NO2）空气污染与哮喘风险的关系，以及个人和社区层面的特征是否会改变空气污染暴露与哮喘之间的关系。
3、设计、地点和参与者
这项队列研究包括参加儿童呼吸与环境工作组联盟的儿童。出生队列分布在美国各地，于 1987 年至 2007 年间招募，随访至 11 岁。生存分析根据母亲的教育程度、父母哮喘情况、孕期吸烟情况、儿童的种族和民族、性别、邻里特征和队列进行了调整。统计分析时间为 2022 年 2 月至 2023 年 12 月。
4、暴露
根据参与者的出生地址，其早年暴露于PM2.5和二氧化氮。
5、主要结果和衡量标准
儿童早期（4 岁）和中期（11 岁）由医生诊断为哮喘的护理人员报告。
6、研究结果
5279 名儿童中，1659 名（31.4%）为黑人，835 名（15.8%）为西班牙裔，2555 名（48.4%）为白人，229 名（4.3%）为其他种族或族裔；2721 名（51.5%）为男性，2596 名（49.2%）为女性；1305 名（24.7%）儿童在 11 岁前患有哮喘，954 名（18.1%）儿童在 4 岁前患有哮喘。出生后头 3 年的污染物平均值与哮喘发病率有关。二氧化氮（6.1 μg/m3）的 IQR 值每增加 1，5 岁以下儿童（HR 值为 1.25 [95% CI，1.03-1.52]）和 11 岁以下儿童（HR 值为 1.22 [95% CI，1.04-1.44]）的哮喘发病率就会增加。PM2.5（3.4 μg/m3）的IQR每增加1，5岁以下儿童（HR，1.31 [95% CI，1.04-1.66]）和11岁以下儿童（OR，1.23 [95% CI，1.01-1.50]）的哮喘发病率就会增加。当母亲高中文凭以下、黑人儿童、儿童机会较少的社区以及黑人人口比例和人口密度较高的人口普查区时，PM2.5或二氧化氮与哮喘的相关性会增加；例如，与白人儿童（HR，1.17 [95% CI，0.90-1.52]）相比，黑人儿童（5 岁以下）PM2.5 与哮喘发病率的相关性明显更高（HR，1.60 [95% CI，1.15-2.22]）。
7、结论和相关性
在这项队列研究中，早期生活中的空气污染与儿童早期和中期哮喘发病率的增加有关，生活在机会和资源较少、多重环境共暴露的城市社区的少数民族家庭的风险更高。要降低美国的哮喘风险，就必须对空气污染进行监管并减少污染，同时在社区层面加强环境、教育和健康方面的公平性。
二、研究过程
空气污染几乎无处不在，是导致疾病和过早死亡（包括儿童）的最大环境因素。暴露于空气污染一直与呼吸道疾病有关，包括儿童喘息和哮喘恶化。一些关于空气污染、哮喘和儿童呼吸道症状的综述认为，室外交通污染是儿童哮喘发病的原因之一。
然而，社区和个人层面的环境因素（包括哮喘的发育阶段和发病年龄）不仅增加了暴露量，也增加了对空气污染相关儿童哮喘影响的易感性，但人们对这些因素仍然知之甚少。之前大多数包含个人层面信息的队列研究缺乏地域、种族和民族以及社会经济的多样性，因此无法探索社区层面环境因素的调节作用以及空气污染暴露与哮喘发展之间的关联。
环境对儿童健康结果的影响（ECHO）儿童呼吸与环境工作组（CREW联合体是一个美国全国范围的出生队列网络，该联合体拥有数十年的出生队列招募和随访经验、研究参与者的地域和人口多样性、最先进的时空分辨细颗粒物（PM2. 5）和二氧化氮（NO2）估计值的广泛分布，以及在不同队列之间和队列内部存在的各种个体和地区级社会经济和建筑环境因素。
此前，我们在 CREW 联盟中发现，黑人和西班牙裔儿童以及居住在家庭贫困率和人口密度较高的人口普查区的儿童患儿童哮喘的风险更高。在这些研究结果的基础上，我们假设：(1) 生命早期暴露于 PM2.5和NO2与儿童早期和中期哮喘风险的增加有关；(2) 不仅是个人层面的因素，而且社区层面的因素（例如，居住在贫困程度较高和机会较少的地区）也与儿童易受污染影响而增加哮喘风险有关。
（一）研究方法
1、研究人群
我们的研究对象包括参与儿童呼吸与环境工作组（CREW）的 12 个纵向出生队列中的 8 个，代表了居住在美国各地城市、郊区和农村环境中的儿童及其家庭的不同样本。我们排除了没有统一哮喘结果的幼儿队列，也排除了无法获得早期空气污染估计值的最年长队列。
队列参与者的出生年份从 1987 年到 2007 年不等，参与者一直被随访到 11 岁。所有队列研究均已获得各参与队列研究机构的机构审查委员会批准，所有参与者均提供了书面知情同意书。该队列研究遵循《加强流行病学观察性研究报告》（STROBE）报告指南。
2、健康结果
我们将哮喘定义为护理人员报告医生诊断的哮喘。我们通过生存分析确定了 5 岁以下（儿童早期）和 12 岁以下（儿童中期）的哮喘发病率，并通过逻辑回归确定了 4 岁以前和 11 岁以前的哮喘发病率。作为一项敏感性分析，我们还考虑了 4 岁前曾患哮喘和 3 岁后报告的任何喘息，以确定 4 岁前诊断出持续性（而非短暂性）哮喘的儿童是否与哮喘相关。
3、个体特征
群组提供了个体特征，包括儿童的性别、护理人员报告的儿童种族和民族（西班牙裔、非西班牙裔黑人[Black]、非西班牙裔白人[White]和其他[不在上述类别中的任何种族或民族]）、母亲的受教育程度（无高中文凭、高中文凭、大学和研究生学历）、母亲报告的孕期吸烟情况以及父母哮喘病史（定义为母亲、父亲或双方均有哮喘病史与父母无哮喘病史）。我们认识到，种族是一种社会结构，与贫困、不利的物质环境、获得医疗保健的不平等以及众多结构性、系统性和制度性决定因素相关。CREW 生物统计学/生物信息学核心小组收集并统一了每个队列的数据。
4、暴露评估： PM2.5和二氧化氮
我们从先前验证的预测模型中获得了 2000 年至 2016 年 1平方公里分辨率下 PM2.5和NO2的每日估计值，并从先前发布的模型中获得了 1988 年至 2007 年 6平方公里网格下 PM2.5的每月预测值，以估计 PM2.5 和NO2的暴露量（eMethods 2，见补充资料 1）。
1平方公里的估计值与每个 CREW 参与者的家庭住址相关联，使用的是我们的多站点研究分散地理标志物评估 (DeGAUSS) 软件。对于 2000 年以前没有 1平方公里估计值的人时队列，我们根据月平均值创建了特定队列的校准因子，利用所有可用的重叠数据获得 2000 年以前的校准年、月和产前 平方公里暴露估计值。
我们计算了从出生日期到 1 岁再到 5 岁期间每年的年均值。此外，我们还计算了从出生到 1 岁、1 到 2 岁、1 到 3 岁和 1 到 4 岁的平均值。由于只有 2000 年及以后的二氧化氮估算值，我们无法对两个队列（儿童哮喘研究、家庭过敏原流行病学和哮喘研究）的儿童早期二氧化氮暴露进行分配，这两个队列的儿童是在 20 世纪 90 年代出生的。
5、邻里层面的特征
我们获得了美国人口普查数据，包括低收入人口比例、黑人人口比例、人口密度、家庭收入中位数和低收入家庭比例。我们还获得了儿童机会指数（Child Opportunity Index，COI）和社会脆弱性指数（Social vulnerability Index，SVI），前者是衡量儿童所居住社区质量的指标，后者用于识别在公共卫生突发事件中面临特别风险的高危人群。COI 是基于邻里一级指标的分数，分为 3 个领域，分数越高，表示邻里机会越多。SVI 是根据人口普查变量计算出的百分位数，范围从 0（最低风险）到 1（最高风险），分为 4 个领域。
（二）统计分析
1、主要分析
我们采用 Cox 比例危险模型分析了暴露与哮喘发病率之间的关系，并调整了潜在的混杂因素，包括母亲的教育程度、儿童的种族和民族、性别、孕期吸烟、父母的哮喘病史以及队列指标变量。在二次分析中，我们使用逻辑回归模型检验了暴露与曾经患过哮喘之间的关系，并调整了与生存分析中相同的混杂因素。
我们研究了儿童的种族、民族和性别、母亲的教育程度以及邻近地区的社会经济因素对影响的调节作用，并在不同的模型中加入了每种污染物与每种调节因素之间的交互项。然后，我们计算了每一类修饰因素与污染的关联。对于连续修饰因子（邻里社会经济因素），我们计算了修饰因子的第 10 个百分位数（低）和第 90 个百分位数（高）的污染相关性。我们以生存分析的危险比 (HRs) 和逻辑回归的几率比 (ORs) 以及每种污染物 IQR 增加 1 的 95% CI 报告结果。P< .05 为显著性水平。统计分析使用 R 4.4.1 版（R 统计计算项目）和 SAS versus 进行。
2、敏感性分析
我们使用小于 5 岁的哮喘发病率和 3 岁以后的任何喘息报告重复进行了分析。为了考虑潜在的残余空间相关性，我们使用混合效应模型进行了重复分析，除了队列指标变量外，还添加了人口普查区的随机截距。然后，我们采用了多项式回归，结果是一个分类变量，定义为 4 岁之前的哮喘和 5-11 岁之间的首次哮喘诊断。
（三）研究结果
在纳入的 5279 名儿童中，1659 名（31.4%）为黑人，835 名（15.8%）为西班牙裔，2555 名（48.4%）为白人，229 名（4.3%）为其他种族或族裔；2721 名（51.5%）为男性，2596 名（49.2%）为女性；1305 名儿童（24. 有 1305 名儿童（24.7%）在 11 岁前患有哮喘，954 名儿童（18.1%）在 4 岁前患有哮喘；3315 名母亲（62.8%）受过一些大学或高等教育，565 名母亲（10.7%）在怀孕期间吸烟，1893 名儿童（35.9%）的父母有哮喘病史。不同组群的结果和个体特征分布差异很大，显示了参与者的种族和社会经济多样性。PM2.5、二氧化氮以及邻里水平变量的分布情况，所有变量在不同组群之间和组群内部都存在很大的差异。PM2.5与任何变量都不相关，而NO2与人口密度相关（r= 0.63）。人口普查变量与 SVI 呈正相关（例如，总 SVI 与黑人人口比例之间的相关性：r= 0.63），与 COI 呈负相关（例如，总 COI 与黑人人口比例之间的相关性：r= -0.64）。
我们发现，与其他污染平均值相比，生命最初 2 年和 3 年的平均值与这两种结果和污染物的关联性更强。具体而言，我们发现，在出生后的头 3 年中，平均NO2（6.1 μg/m3）的 IQR 值每增加 1，哮喘发病率在出生后的头 4 年（HR 值为 1.25 [95% CI，1.03-1.52]）和出生后的头 11 年（HR 值为 1.22 [95% CI，1.04-1.44]）就会增加。在同样的 3 年平均值中，PM2.5平均值（3.4 μg/m3）每增加 1 IQR，5 岁以下儿童哮喘发病率（HR，1.31 [95% CI，1.04-1.66]）和 12 岁以下儿童哮喘发病率（HR，1.23 [95% CI，1.01-1.507]）就会增加。二氧化氮和 PM2.5也与 4 岁和 11 岁儿童患哮喘的几率增加显著相关。
分别列出了空气污染与个人特征以及与生命最初 4 年和 11 年的哮喘发病率有关的一些邻近地区变量的关系。我们发现，当母亲的文凭低于高中时，以及在黑人儿童中，相关性更强；例如，与白人儿童（HR，1.17 [95% CI，0.90-1.52]）相比，黑人儿童 5 岁以下 PM2.5 与哮喘发病率之间的相关性明显更高（HR，1.60 [95% CI，1.15-2.22]）。
当我们根据邻里因素研究空气污染对出生后前 3 年的平均影响时，我们发现 PM2.5 的 IQR 增加时，居住在教育、健康和环境机会较少地区的儿童在出生后前 4 年和 11 年的哮喘发病率较高。对于二氧化氮的 IQR 增量，居住在黑人人口比例较高地区和城市较多地区的儿童在出生后的前 4 年和前 11 年的哮喘发病率较高。
在敏感性分析中，当我们将分析范围限制在 4 岁前诊断出哮喘后在儿童中期出现有记录的喘息症状的儿童时，结果与此类似。在混合效应模型中，除队列外，还采用了人口普查区的随机截距，结果没有变化。多项式回归结果显示，PM2.5和NO2与 4 岁前的哮喘之间存在类似的关联。与 5-11 岁哮喘的关系较弱，主要是 PM2.5。
三、讨论
在这项多队列研究中，我们发现出生后头 3 年接触 PM2.5和NO2与儿童早期（<5 岁）和中期（<12 岁）哮喘发病率的增加有关。个人层面的特征（包括黑人种族和较低的母亲教育程度）和社区层面的因素（包括较低的健康和环境儿童机会指数、人口密度和黑人人口比例较高的社区）与空气污染暴露和儿童哮喘风险之间的关联程度增加有关。
图森儿童呼吸系统研究发现，儿童时期较高的NO2与较低的 CC16 相关，而 CC16 是一种生物标志物，其降低与氧化应激和肺功能降低有关，这表明黑人儿童的反应更大。PM2.5和NO2可能不仅通过导致炎症（如 IL-6）的氧化应激影响哮喘的发展，而且还通过改变免疫发展、增加 IgE 介导的过敏致敏和 Th17 相关反应影响哮喘的发展。
通过研究多个时期的暴露和健康结果，这项分析补充了越来越多的流行病学证据，即生命早期的空气污染暴露与儿童哮喘的发病有关。在南加州儿童健康研究（CHS中，儿童时期与交通相关的污染暴露（包括学校和家庭的二氧化氮暴露）与哮喘发病率的增加有关。利用 CHS 研究的 3 个波次进行的一项跟踪研究发现，二氧化氮和 PM2.5的减少与哮喘发病率的降低有显著关系。在波士顿出生第一年和终生暴露于 PM2.5与幼儿期（3-5 岁）小儿哮喘风险增加有关。之前对辛辛那提儿童过敏和空气污染研究（CCAAPS）的分析发现，出生后头 2 年的暴露与 7 岁前的哮喘发病有关，但与儿童后期的暴露无关。另一项出生队列研究发现，出生后第一年接触二氧化氮会增加 13 岁时诊断出哮喘的风险。我们的研究与之前的研究结果一致，表明出生后的头 1 到 3 年是暴露于空气污染最容易导致哮喘发展的时期。
我们之前对 CREW 联盟的哮喘发病率进行了分析，发现不利的邻里特征和黑人种族与儿童哮喘发病率的增加有关。我们将种族解释为种族主义导致的已测量和未测量的暴露。在此，我们利用参与者家庭及其社区的地理、种族和社会经济多样性来研究改变空气污染与哮喘之间关联的因素。我们发现，在黑人儿童和母亲没有高中文凭的儿童中，空气污染暴露与哮喘的关联度较高。这些结果与之前的研究结果一致，这些研究表明，社会经济地位（SEP）和种族是环境暴露（包括空气污染）升高的主要驱动因素，而种族和社会经济地位（SEP）可单独或协同导致生理压力升高，从而导致炎症，增加对疾病（包括哮喘）的易感性。此外，黑人儿童更有可能暴露于不利的童年经历、较差的住房质量和室内环境中，获得健康食品和绿地的机会也较少。这些因素很可能结合在一起，对黑人儿童造成不公平的影响，从而加剧了暴露于空气污染对健康的负面影响。
与个人层面的种族和 SEP 相似，我们还发现邻里措施，包括黑人人口比例和较低的健康与环境 COI，也是重要的调节因素。以前的研究表明，不同社区的哮喘患病率和发病率存在差异，这与暴力、住房条件差、环境暴露程度高、缺乏医疗保健服务有关。瑞典一项利用行政数据进行的研究发现，出生后头 3 年的 PM2.5会增加哮喘风险，在教育程度较低的地区，污染与哮喘的关联性更强。
我们的研究有几个优点。据我们所知，这是美国第一项关于空气污染和哮喘的多队列研究，重点研究了环境和社会对哮喘发病年龄和儿童生命阶段的独立和相互作用的影响，证明了社区层面的不良暴露会加剧早期污染的影响。我们报告的研究结果具有一致的模式，并可通过不同的方法对相关性进行统计检验。这项研究的附加值包括专门用于测量儿童哮喘相关结果的队列，招募时间长达数十年，人群选择标准各不相同（普通人群和高风险人群），具有社会经济、种族和民族、地理和时间多样性，并采用了广泛分布的最先进的时空分辨污染物估算模型。
在欧洲，一项多群体研究未发现空气污染暴露与儿童哮喘之间存在显著关联。这些队列是在 20 世纪 90 年代末招募的，空气污染暴露是通过土地利用回归模型确定的。在 CREW 中，通过收集和统一各队列的数据，我们得以研究儿童早期和中期哮喘的发病情况，并研究在美国城市环境中，个人层面和地区层面的因素是否会导致相关性的不同。鉴于该研究的纵向性质，我们能够对偶发病例而非患病率进行研究。通过使用 DeGAUSS 方法这一软件容器化平台，各个研究地点可以对其出生地址进行地理编码，然后将地区级变量和暴露变量分配给这些地理编码，从而使所有研究地点都拥有相同的数据集。通过 COI 和 SVI（之前的研究中使用的有关体重指数和心脏代谢风险的指数）来研究空气污染对哮喘的影响，使我们能够确定社区资源和风险的综合指标以及个体指标如何与污染对儿童哮喘的更严重影响相关联。
四、局限性
这项研究存在局限性。虽然人口普查变量每 10 年提供一次，并已合并到最接近的出生年份，但 SVI 在 2000 年和 2010 年提供，而 COI 仅在 2010 年提供；因此，可能存在一些错误分类。在这些分析中，我们研究了二氧化氮和 PM2.5，尽管城市环境中常见的其他污染物，如臭氧和其他与交通相关的空气污染也可能导致哮喘，并与二氧化氮和 PM2.5 相互影响。同样，我们也没有室内环境污染的相关信息。虽然我们的分析侧重于生命早期的暴露，但未来的研究可以检验生命后期的暴露是否会累积增加终生哮喘的风险。
五、结论
在这项对来自高度多样化美国人口的儿童进行的队列研究中，PM2.5和二氧化氮在生命最初 3 年的平均值与儿童早期和中期哮喘发病率的增加有关。PM2.5和NO2与生活在美国城市社区、机会和资源较少且有多种环境共暴露的家庭的关系更为密切。空气污染仍然是一个全球性负担，对儿童健康造成严重影响。要降低美国的哮喘风险，就必须对空气污染进行监管并减少空气污染，同时在社区层面创造更大的环境、教育和健康公平。
（作者/Antonella Zanobetti| 编译/tspsy-欣欣 | 来源/心灵花园）
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