气象条件对攀枝花地区主要传染病的影响研究.pdf
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1、47社会发展科技2023年(总第153期)攀枝花科技与信息第48 卷第2 期气象条件对攀枝花地区主要传染病的影响研究胡孟然,尹立,赵婉露,雷应朝”,李永军4,杨燕,王式功!1.成都信息工程大学大气科学学院环境气象与健康研究院,2.攀枝花市中心医院,3.攀枝花学院,4.攀枝花市气象台摘要为探讨气象要素对攀枝花地区主要传染病(手足口病、流感、痫疾、其他感染性腹泻、结核性胸膜炎)的影响程度,利用Spearman相关系数定性分析攀枝花2 0 10-2 0 19 年传染病患病人数与同期气象要素关系,采用广义相加模型和分布滞后非线性模型定量研究气温、风速对患病人数的影响,并按年龄分层考虑温-湿协同作用。结
2、果表明:(1)手足口病、流感、痫疾、腹泻高发群体为少儿(0 17 岁),而结核性胸膜炎高发于中青年(18 6 4岁)。(2)结核性胸膜炎与流感在冬春季高发,其中结核性胸膜炎在低压时不易发病,而流感在高温、低压及低日照时数的气象条件下不易发病。腹泻、痫疾及手足口病在夏季高发,腹泻和痫疾在低温、低湿条件下不易发病,而手足口病在低温、高压、低湿等气象条件下不易发病。(3)气温、风速对传染病的影响均有明显滞后性,在2 1 2 3最舒适气温段及1.3 1.6 m/s、2 2.7 m/s 风速段,传染病发病风险均最低。不同年龄段人群在温-湿协同作用下对传染病发病的响应有一定差异。关键词应用气象学;环境气象
3、与健康;气象要素;传染病;滞后性;攀枝花0引言IPCC第五次特别报告指出,如果气候以目前的速度持续变暖,世界将面临前所未有的挑战 。气候变化预计会增加不稳定天气条件的发生频率2 到2 0 30 年因气候变化引起腹泻、流感等疾病死亡数将明显增加3。气候环境和人类传染病病原体之间复杂的关系可引起新疾病的出现或原有疾病的再度出现1,如2 0 19 年新发传染病一新型冠状病毒(SARS-CoV-2)。气候变化对传染病的影响是目前国内外研究的重点和热点4。研究指出日平均气温、相对湿度、风速等气象要素与传染病发病率呈一定的相关性5-14,如手足口病发病数与日均温度和相对湿度呈显著正相关,与气压呈负相关关系
4、14。值得注意的是,气温对传染病发病的影响存在一定的滞后效应11-8 1。以往的研究多是对气象条件与传染病之间关系的定性分析,未曾提出气象要素对传染病是否存在康养效应以及传染病与常见病之间是否存在某种联系,而且不同地区传染病的敏感性气象指标不同,有针对性地进行气象因素分析,才能进行有效预测和预警。48SCI-TECH&INFORMATIONPZNZHIHUA在全球气候变化加剧以及新世纪重大疫情的时代背景下,人们对自身健康的重视程度越来越高,对疾病预防需求更加迫切。最早提出康养一词的攀枝花市关于气候条件对当地传染病康养效应方面的研究也尚未进行。因此本文通过攀枝花地区医学资料与同期气象要素分析其相
5、关性,利用分布滞后非线性模型和广义相加模型研究传染病发病数与气象要素之间的暴露-响应关系,从“趋利避害冶的角度挖掘气象要素可抑制传染病发病的情况,为当地公共卫生干预、传染病防控、康养产业全面发展提供科学依据,具有重要的社会意义1资料和方法1.1资料疾病资料:攀枝花市疾控中心提供的2010年1月1日至2 0 19 年12 月31日手足口病、流感、痫疾、其他感染性腹泻(下文简称腹泻)、结核性胸膜炎5种主要传染病发病记录,其中流感数据时间长度为2 0 18 年12月至2 0 19 年12 月,数据共2 7 0 46 例。气象资料:攀枝花市气象台提供的2 0 10年1月1日至2 0 19 年12 月3
6、1日常规地面气象观测资料,包括气温、气压、相对湿度、风速等气象要素1.2研究方法Spearman相关分析是秩相关系数的一种,主要用于描述两个连续或等级/秩变量之间的相关程度,也是衡量两个变量的依赖性的非参数指标:6Zd0=12nn1)一其中:表示相关系数;n是观测值的总数量;d,表示二列成对变量的等级差数。分布滞后非线性模型(distributed lag non-linear models,DLNM)由 Gasparrini 等19 提出,其核心思想为构建交叉基函数,用其二维空间来同时描述预测值及其发生的滞后维度的关系。同时考虑暴露因素的滞后效应和暴露-反应的非线性关系。广义相加模型(gen
7、eralized additive mod-els,GAM)是对传统广义线性模型的非参数拓展,可有效处理解释变量与效应变量间复杂的非线性关系,表达特定暴露事件后风险的时间变化2 0 。GAM目前已广泛应用于流行病学研究中,主要用于分析气象因素对人群健康事件(如发病、住院和死亡)的急性损害效应。本文使用DLNM模型构造交叉基,然后在GAM中拟合暴露-响应关系,定量计算出气象因素(自变量)对发病数(因变量)的影响程度一相对危险度(RR)。当RR1,暴一露会造成额外的发病;RR=1,暴露于疾病无联系;RR1,暴露造成疾病发病的减少。这里RR只作为发病与气象要素关系的线索,而不是因果推断的直接证据2
8、1。检验不同自由度下模型的优度(AIC准则),并在GAM中加入时间趋势项和哑变量以去除时间序列本身的趋势、星期和节假日的影响,调节交叉基的各项自由度,选定具有最小AIC值的最优模型:lgE(Y)=s(time,df)+basis.T+basis.RH+basis.V+weekend+holiday+a式中:Y为患病人数;E(Y)为人数期望值;s()是自然立方样条函数;time即时间序列变量;df 为自由度;ba-sis.T、b a s i s.R H、b a s i s.V分别为气温、相对湿度、风速的交叉基;week-492023年(总第153期)攀枝花科技与信息第2 期第48 卷end和ho
9、liday分别指星期几和节假日;a为残差。2结果与分析2.1攀枝花地区主要传染病患病人数统计特征对2 0 10-2 0 19 年攀枝花地区气象条件与主要传染病总患病人数及其各年龄段人数占比进行描述性统计(表1、2)发现,攀枝花地区年平均气温2 1.0,平均气压881.0hPa,风速平均值1.7 m/s,平均相对湿度56.5%,均处于适宜康养的气候段,人体感觉舒适2-2 4。在当地高发的5种传染病中,手足口病患病人数最多,最高可达32 人,其次是流感和痫疾,结核性胸膜炎日均就诊人数最少。各年龄段占比(0 17 岁、18 6 4岁、6 5岁及以上)显示:除结核性胸膜炎主要高发于中青年和老年人群外,
10、其他4类传染病,少儿是主要敏感群体,这与其他大部分地区一致2 5-2 6 ,在传染病高发期应提高警惕,尤其要注意防护手足口病,其老年人群占比最少,可能是由于老年人群的人口较少、就医意愿低。表12010-2019年攀枝花地区气象要素与主要传染病患病人数的描述性统计气象要素/传染病平均值/日均患病人数最大值最小值标准差方差平均气温/21.034.55.05.530.8最高气温/28.641.57.05.327.6最低气温/15.528.20.35.935.3平均气压/hPa881.0898.0866.24.924.1最高气压/hPa884.2901.1869.15.126.4最低气压/hPa876
11、.9892.6861.74.924.4平均风速/(m/s)1.74.70.50.70.4平均相对湿度/%56.5100200.20.0雨量/mm2.284.40.07.049.6手足口病5.013214.09416.763流感3.432013.0479.286痫疾3.391612.2364.999腹泻2.751111.7152.942结核性胸膜炎1.17510.4680.219图1为攀枝花2 0 10-2 0 19 年气象要素(气温、湿度、风速、气压以及日照时数)与主要传染病患病人数的逐月变化对照图。由图1可以看出,结核性胸膜炎和流感属呼吸系统疾病,均呈现明显的冬春季高发趋势2 7-2 8 ,
12、尤其是1月的患病人数最多,分别为9 0 人和2 5人,此时攀枝花地区平均气温13.0,气温较低,空气略干燥,阳光充足,有利于空气中细菌传播、存活2 9 以及粉尘的堆集,从而引发呼吸道疾病。其中结核性胸膜炎在秋季(9-11月)患病人数较少,此时段攀枝花地区气温在16.3 2 3.2,空气较温润,风速小,气压略增,在一定程度上可减轻结核性胸膜炎患者的呼吸负担,利于其康复 30,31 1。而流感在夏季(7-8 月)患者少,说明较高的气温、适宜的湿度、较低的气压以及低日照时数等气象条件对当地流感的暴发起一定的抑制作用。50SCI-TECH&INJFORMATIONPZNZHIHUA表22010-201
13、9年攀枝花地区主要传染病各年龄层患病人数占比单位:%传染病名少儿占比中青年占比老年占比手足口病99.360.640.00流感71.8918.939.18痢疾58.3632.049.60腹泻65.6825.858.47结核性胸膜炎4.4773.8821.6430-半均温201080半均相对湿度60-40-20-2.41.8-1.2-888平均气压880872-300-250200-38结核性脚膜炎流股污潮于足口病160100123456789101112月份图12010-2019年攀枝花地区气象要素与传染病患病人数的月际分布对照图腹泻和痫疾属消化系统疾病,发病规律相似。5-6 月攀枝花高温日数增
14、加,气温上升,易造成细菌繁殖16 ,导致腹泻和痫疾高发。这类疾病的患者在发病高峰期间应注意预防,根据自身情况调节饮食。腹泻人数在初冬(12 月)时也较多,这可能与天气转?,未及时添衣有关;在9-10 月攀枝花地区气候舒适,腹泻患者最少;痢疾在冬季患病人数少,说明冬季有偏低的气温、较高的气压等,不利于细菌生长繁殖,对痢疾患者有一定的气候疗养效应。手足口病的发病高峰期在夏季,尤其是6月,在2-3月患病人数最少,表明此病发病与夏季高温有关。值得注意的是,传染病患病数在2 月有一低谷,这可能是由于春节期间,就诊意愿低32 2.2气象要素与主要传染病患病人数的相关关系从气象要素与攀枝花5类传染病的相关系
15、数(表3)可以看出,结核性胸膜炎患病数与气压呈负相关关系,这多是基于气温与气压之间本身的反向变化2 1。结核性胸膜炎伴有胸腔积液体征,会出现胸痛、呼吸困难等症状30-31,当外界气压变高时,因人体内外气压差可以促进人体呼吸从而减轻病症,攀枝花地区秋季气压升高,且处于不会给人造成负担的康养气压段2 3,空气湿润舒服,非常适宜该类传染病患者或易感人群疗养。流感患病数与气温、风速和雨量呈显著负相关,与气压有正相关关系,其中与最低气温的负相关性最强,气温越低、风速越小,越有利于流感病毒存活、堆集,使易感人群更易受到影响,导致病毒的传播甚至暴发2 7 。这与上述发病规律的分析结果一致,且与气温对呼吸系统
16、疾病就诊人数有显著影响的结果相同33 ,存在一定的共性34 O腹泻、痫疾患病人数均与平均气温、最高气温、平均气压、最高气压呈显著正相关(=0.01),与相对湿度呈显著负相关。攀枝花地区夏季气温较高,易促进汗液蒸发,使人体受?15-16,患病可能性增大,这与气温对消化系统疾病的影响主要体现在“高温效应”结果相同35。痢疾发病与平均气压正相关性最显著,同时还与最低气压、气温和平均风速显著正相关。较高的风速带走人体皮肤表层热量,从而使痫疾发病风险增大15手足口病患病人数与气温、风速、雨量和平均相对湿度的正相关性显著,与气压负相关性显著。攀枝花地区夏季气温较高,湿度增加,有利于肠道病毒的滋生18,36
17、 ,使患病51主2023年(总第153期)攀枝花科技与信息第2 期第48 卷人数增多。表32010-2019年攀枝花地区主要传染病每日患病人数与气象要素的Spearman相关系数气象要素结核性胸膜炎流感腹泻痫疾手足口病平均气温/0.022-0.3010.0650.049*5*0.2133*最高气温/0.024-0.273*0.091*0.051*0.172*最低气温/0.018-0.374*0.0290.054*0.270*平均气压/hPa-0.049*0.291*0.038*0.122*-0.253*最高气压/hPa-0.051*0.3220.0450.108*-0.278*最低气压/hPa
18、-0.038*0.257*0.0150.113*-0.217*平均风速/(m/s)0.007-0.257*-0.0200.051*0.217*平均相对湿度/%-0.012-0.007-0.137*-0.041*0.034*雨量/mm0.014-0.1750.0250.029*0.134*注:*通过=0.01显著性水平检验;*通过琢=0.05显著性水平检验。2.3基于广义相加模型和分布滞后非线性模型的主要气象要素对传染病的影响研究基于气温和气压的反向变化的关系2 1攀枝花5种传染病的主要相关气象要素为气温(表2),考虑到风速能通过空气流动影响细菌、病毒等微生物的传播2 1,本节采用GAM和DLN
19、M方法分析气温、风速与5种传染病发病的关系。受生理特性和活动习惯影响,不同年龄人群对气温变化的适应程度不同,传染病发病风险存在差异,且在气温超出一定范围时,湿度对人体的热感觉会产生显著的放大效应37 。门。因此本节进一步探寻温-湿协同效应对各传染病不同年龄段主要患病人群的影响,为传染病预防和康养提供一定的参考。2.3.1结核性胸膜炎图2 为攀枝花平均气温与结核性胸膜炎患病数的暴露响应关系,从图2(a)可以看出,气温在2 2 30、lag1-3d时,RR在高温段增幅明显,lag9-12d高温效应明显较弱。在8 2 0、lag1-10d时,该病有弱发病风险;在8 以下的气温对结核性胸膜炎平均气温对
20、结核性胸膜炎患病人数的影响1.21.080.80.60.4030525201510Lag/dT/10515(a)相对危险度的三维示意图T=8CT=15T=21C131312121161110P10090908080510150510150510 15Lag/dLag/dLag/dT=23T=31T=335888809080510015051015051015Lag/dLag/dLag/d(b)暴露反应关系剖面图图2攀枝花地区平均气温与结核性胸膜炎患病人数的暴露响应关系及其剖面图发病的累积影响置信水平低。从图2(b)可以看出,气温在2 1 2 3时,RR在1附近浮动,气温对结核性胸膜炎发病的影响
21、最小,52SCI-TECH&IFORMATIONPZNZHIHUA即此温度段对该病易感人群友好,可称为最适气温,在最适气温高温侧、气温升高以及最适气温低温侧、气温降低,发病的危险度均增大,影响效应有所不同38 。结核性胸膜炎发病最长滞后期可视为12 d,受高温滞后影响显著。由于攀枝花地区最热月的月均气温也仅2 7.0,相比其他地区的高温天气,攀枝花地区气温较为温和,同一时期内,结核性胸膜炎易感人群的发病可能性则相对较低。平均风速对结核性胸膜炎患病人数的影响1.61.4-1.21.00.8-0.605453210V/(m/s)1Lag/d15(a)相对危险度的三维示意图RR14-1.6121.4
22、101.2P/8BT81.060.84-0.62-00.412345V/(m/s)(b)风速效应的等值线图图3攀枝花地区平均风速及其滞后效应对结核性胸膜炎患病人数的影响由风速及其滞后性与结核性胸膜炎发病风险性的关系(图3)可知,1m/s以下风速在就诊当天和滞后7 12 d时发病可能性较高,在4m/s以上风速、滞后6 10 d也会增加结核性胸膜炎的发病,而1 4m/s 风速在所有滞后时段对应的相对危险度1,具有减小发病风险的作用39 。近10 年来,攀枝花地区风速在1 4m/s的天气占比可达7 5.1%,年均各月风速均在其内,在该风速范围内,有利于抑制该病发病。中青年3.02.5-82.01.5
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