中国归因于环境细颗粒物暴露的低出生体重负担评估

新生儿出生体重是反映地区孕产妇健康、营养和医疗保健等多方面公共卫生问题的重要指标。低出生体重( low birth weight, LBW),即新生儿出生体重不足2 500克[1],作为影响人口健康的重要危险因素,目前已被列入世界卫生组织100项核心健康指标参考清单[2]。现有研究表明,新生儿LBW可导致生命早期死亡风险大幅上升,低出生体重儿在婴儿期的死亡率是体重正常儿的20倍[3],其中5岁以下死亡率是体重正常儿的4.8倍[4]。LBW还与多种儿童健康问题密切相关,例如抑制儿童神经系统与认知功能发育[5]、导致肺功能下降等[6]。此外,新生儿LBW还可影响整个生命历程的健康状况,导致成年后包括高血压、慢性肾脏病等多种疾病患病风险升高[7-9]。尽管中国于2011年颁布实施《中国儿童发展纲要(2011—2020年)》,提出了将全国低出生体重率降至4%以下的目标,但近年来中国低出生体重率呈现明显的上升趋势[10]。2016年国家统计局发布的《〈中国儿童发展纲要(2011—2020年)〉中期统计监测报告》指出“自2012年起,低出生体重发生率呈逐年回升态势,且升幅持续扩大”[11]。此外,低出生体重率的地区分布差异明显,北京、上海等经济发达地区的低出生体重率可达5%以上[10-11]。

细颗粒物(fine particulate matter, PM2.5)被广泛认为是导致LBW风险升高的环境危险因素[12-15]。PM2.5,即空气动力学直径小于等于2.5微米颗粒物,由于其特殊理化特性,可穿透母亲肺泡,随血液到达全身,并穿透胎盘屏障影响胎儿健康[16]。据估计[17],总体上,中国约14.59%的LBW可归因于环境PM2.5,但目前国内尚缺乏更精细的PM2.5对LBW影响程度的研究,未衡量PM2.5归因的LBW在不同地区的分布情况。本研究旨在结合中国各地区新生儿健康资料和精确的环境暴露情况,准确地量化PM2.5归因的LBW负担情况,为采取相关措施精准降低空气污染带来的新生儿健康危害、提高人口素质提供科学依据。

对象与方法

选取中国大陆2002—2021年31个省、市、自治区的低出生体重人口数据与高分辨率PM2.5暴露情况,结合现有的、被广泛使用的暴露反应关系曲线,评估省级水平归因于PM2.5暴露的低出生体重负担情况在不同地区和不同时期的分布状况。

一、资料来源

中国低出生体重数据来源于国家卫生健康委员会提供的《中国卫生统计年鉴(2003—2012)》(http://www.nhc.gov.cn/zwgk/tjnj1/ejlist.shtml)、《中国卫生和计划生育统计年鉴(2013—2017)》(http://www.nhc.gov.cn/mohwsbwstjxxzx/tjzxtjsj/tjsj_list.shtml)和《中国卫生健康统计年鉴(2018—2022)》(http://www.nhc.gov.cn/mohwsbwstjxxzx/tjzxtjsj/tjsj_list.shtml)等统计年鉴资料。这些统计年鉴提供了中国大陆地区各省份2002—2021年的新生儿低出生体重情况,收集统计年鉴中“儿童保健情况”条目下的分省份“新生儿低出生体重率”指标和“各地区孕产妇保健情况”条目下“活产数”指标,可利用如下公式计算各省份低出生体重儿总数:

其中i、j分别代表年份与省份;Nij代表i年j省的低出生体重儿总数;Lij代表i年j省的活产(live birth)数;Pij代表i年j省的低出生体重率。

PM2.5暴露数据来源于结合卫星、模拟、监测的分辨率为0.1° × 0.1°的全球年平均PM2.5数据集[18]。基于中国县域边界,计算县级水平的PM2.5年平均暴露量。

此外,为与高分辨率的PM2.5暴露数据结合,以更为精确地评估暴露情况,利用LandScan全球人口网格化数据集(https://landscan.ornl.gov/)和WorldPop网格化人口数据(www.worldpop.org),计算中国县级水平(2838县)的<1岁人口数,并据此将省级水平低出生体重儿总数分配到各县,计算方式如下:

其中c代表县;Nijc代表i年j省的c县的低出生出生体重儿数;Nij代表i年j省的低出生体重儿总数;Popijc代表i年j省的c县的<1岁人口数。

二、疾病负担评估方法

获取用于全球疾病负担研究(global burden of disease,GBD)中,基于meta回归-贝叶斯正则化修剪方法(meta regression-Bayesian regularized trimmed,MRBRT)构建的PM2.5-LBW非线性暴露反应关系曲线,用于计算归因分值(attributable fraction,AF),进而计算归因疾病负担——归因低出生体重数AN(attributable number),计算公式如下:

其中MRBRT(·)是非线性暴露反应关系曲线函数;Exposureijc代表县级水平PM2.5暴露水平;Ref是PM2.5效应的阈值(threshold),即高于Ref才会产生健康危害,根据世界卫生组织(World Health Organization,WHO)新版《空气质量标准》[19](Air quality guidelines,AQG)中对PM2.5长期暴露的安全限值,将Ref设置为5 μg/m3;RRijc、AFijc、ANijc分别表示相对风险、归因分值、归因LBW数。在计算县级水平疾病负担情况的基础上,将疾病负担汇总到省级水平。

本研究所有统计学分析基于R软件(version 4.2.0;The R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria)。

结果

一、低出生体重与PM2.5暴露情况

图1展示了中国各省份低出生体重的分布情况及其在20年间的变化情况。低出生体重率存在明显分布差异,2021年北京(5.4%)、天津(4.7%)、上海(5.5%)、浙江(4.5%)、福建(4.2%)、广东(4.8%)、广西(5.9%)、海南(5.6%)、云南(4.5%)、新疆(4.7%)等地区的低出生体重率明显高于全国平均水平(3.7%)。2012年以来,全国低出生体重率明显上升,大部分省份低出生体重率较10年前增加30%以上。

低出生体重儿主要分布在人口密集且低出生体重率较高的地区,如图2所示,2017年全国低出生体重儿总数为51.60万,其中广东、广西、河南三省的低出生体重儿数最多,分别为8.30万、4.82万、3.75万。近年来,由于全国新生儿总数明显下降,低出生儿总数也呈现下降趋势,到2021年已降低至39.45万。其中河北、广西、山东、福建、天津、黑龙江等省份低出生体重儿数下降明显,降幅均超过30%。

京津冀等空气污染重点地区的PM2.5暴露水平较高。在最严重的2014年,北京、天津、河北的1岁以下人口加权的PM2.5暴露浓度分别为79.02 μg/m3、81.94 μg/m3、85.45 μg/m3,山东、山西、河南、湖北等地的人口加权暴露均超过50 μg/m3。2014年以后,PM2.5暴露情况明显改善,绝大多数省份的人口加权暴露浓度大幅降低。京津冀地区下降明显,2021年北京、天津、河北的人口加权暴露浓度已降低至36.28 μg/m3、42.81 μg/m3、43.11 μg/m3。见图3。

二、归因于PM2.5的LBW负担情况

2021年,全国4.42%(95%CI:0.10%～8.94%)的LBW可归因于PM2.5暴露。由PM2.5暴露导致的LBW风险,呈现明显的地区分布差异,PM2.5暴露水平较高地区的AF较高。京津冀地区的归因分值常年居全国前列,详见图4,2021年北京、天津、河北的归因分数分别为4.96%(95%CI:0.10%～9.94%)、5.24%(95%CI:0.10%～10.46%)、5.20%(95%CI:0.10%～10.21%)。包括长三角地区在内的多个东部省份及河南、山西、陕西等地作为空气污染防控的重点地区,其LBW总数中,由PM2.5导致的占比均较高。2014年之后,大部分省份PM2.5污染水平明显降低,其AF也随之明显下降。空气污染重点地区的AF持续下降,京津冀地区的降幅明显。2021年北京、天津、河北AF较10年前下降1%以上,河南、山东、山西等其他PM2.5污染严重地区AF也有不同程度的降低。

中国人口及LBW新生儿在地理分布不均,归因LBW数与归因分值的分布略有差异。中国归因于PM2.5暴露的LBW儿,由2002年的约1.28(95%CI:0.03～2.48)万逐步增长到2016年的2.61(95%CI:0.05～5.07)万;在此之后逐渐下降,到2021年全国归因于PM2.5暴露的LBW儿已降至1.74(95%CI:0.04～3.53)万,详见图5。

中国归因于PM2.5暴露的LBW负担状况在分布上存在明显差异,河北、河南、广东、广西归因疾病负担较重,详见表1,2017年广东、广西、河南、河北四省归因于PM2.5的低出生体重儿数分别为0.39(95%CI:0.01～0.78)万、0.23(95%CI:0.00～0.49)万、0.22(95%CI:0.00～0.41)万、0.16(95%CI:0.00～0.30)万,共占全国归因疾病负担的38.39%(95%CI:37.95%～39.26%)。2017年以后,这些省份的归因疾病负担呈现下降趋势。广东、广西、河南、河北四省2021年归因疾病负担已分别降低至0.24(95%CI:0.01～0.52)万、0.12(95%CI:0.00～0.27)万、0.16(95%CI:0.00～0.32)万、0.07(95%CI:0.00～0.15)万,共占全国疾病负担总数的34.11%(95%CI:33.55%～34.78%)。

讨论

疾病负担研究是目前量化相关风险因素对疾病及人群健康影响的有效手段之一。本研究基于被广泛应用的暴露反应关系曲线,结合高分辨率环境暴露数据和卫生统计数据,评估了20年间中国各省份归因于PM2.5的LBW疾病负担情况。中国归因于PM2.5的LBW情况,在2002—2017年呈现上升趋势,2017年后开始下降,整体疾病负担状况有明显改善,但LBW负担在不同地区的分布差异明显,空气污染重点地区的归因于PM2.5暴露的LBW负担居全国前列。

中国LBW率从2012年的2.4%上升至2021年的3.7%,但在世界范围内仍处于较低水平[20]。既往研究表明,在中国发生新生儿LBW与早产、孕妇妊娠期高血压等危险因素密切相关[21]。中国LBW发生率有所上升,由20世纪90年代的4%～5%,逐渐上升至目前的7%～10%[22]。同时,随着生育政策的逐步放开,中国高龄孕产妇比例增加,妊娠期高血压疾病患病率增加[23]。此外,育龄妇女人口结构变化与社会经济压力加大等多方面因素共同作用,导致中国LBW率有所上升[24-25]。而作为LBW关键环境危险因素的PM2.5则明显下降,导致其对LBW的贡献降低,空气污染重点地区归因风险的降低更为明显,这与空气污染治理的收益密不可分[26-27]。

中国自2013年大气污染防治行动和2018蓝天保卫战以来,空气污染状况明显改善,人口加权PM2.5浓度从2013年的62.55 μg/m3降低至2020年的33.15 μg/m3,为世界范围内PM2.5的降低做出了巨大贡献[27]。针对京津冀及其周边地区、长三角地区、汾渭平原等空气污染重点地区的治理,使得相关省份的归因风险明显下降,为归因低出生体重的明显降低做出了巨大的贡献。然而,中国大部分地区的PM2.5浓度仍高于5 μg/m3的安全限值,超过50%以上人口生活在较高浓度的PM2.5中[27]。中国于2020年9月提出“碳达峰”和“碳中和”目标,并逐步形成相关规划。“双碳”将为改善中国空气质量注入新动力,“碳中和”目标下,深度低碳能源转型将带来显著的污染物协同减排效益,为PM2.5的进一步降低带来巨大潜能,相关疾病负担状况也将进步改善。

本研究存在以下创新:(1)本研究收集了2002年以来20年间的LBW和PM2.5暴露情况,评估PM2.5对LBW的贡献,直观地反映了PM2.5对新生儿健康的重要性,描述了疾病负担的时空分布情况,为重点人群的健康防护提供了科学的指导;(2)本研究整合了中国高分辨率的PM2.5数据集,暴露评估更为精确,有利于分析疾病负担的分布情况;(3)本研究利用精确的人口数据,将省级水平的LBW情况进行分配到县级水平,与高分辨率的暴露数据整合,在一定程度上发挥了精确暴露评估的优势。

本研究存在以下局限:(1)研究的暴露反应关系来源于为2019年全球疾病负担研究开发的整合世界范围内多来源研究的暴露反应关系,虽然包含一些在中国进行的研究,但未建立对中国人群特异性的曲线;(2)本研究基于估计的PM2.5暴露情况,未评估估计的不确定性对量化结果的影响;(3)因数据限制,本研究未能进行更加精确的疾病负担评估,未能评估其城乡差异与人群特征差异。

综上所述,中国归因于PM2.5的LBW负担情况明显改善,但地区差异仍然明显,空气污染重点地区及低出生体重基数庞大地区的归因疾病负担问题依旧严峻。应进一步精准识别重点地区与敏感人群,为未来减排降污背景下,进一步降低空气污染的健康危害提供科学指导。

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