·论著·

孕期空气颗粒物暴露与新生儿体格发育状况的关联研究

杨泽平 张子怡 李彤 王怡然 张乐 张亚黎 李智文 叶荣伟 李楠

【摘要】 目的 使用河北省营养项目人群数据,探讨母亲孕期空气颗粒物(PM)暴露对新生儿体格发育状况指标的影响,并评估不同颗粒物暴露的滞后效应以确定敏感时间窗。方法 本研究基于河北孕期营养干预项目数据,纳入14 148对母婴数据,通过China High Air Pollutants(CHAP)数据库获取1 km×1 km分辨率的月均PM浓度,结合孕妇居住地址和孕周估算孕早期、孕中期、孕晚期及全孕期的PM暴露水平。新生儿体格发育状况指标根据中国标准按照不同孕周和性别标准化为Z评分。采用多元线性回归模型分析不同PM暴露与新生儿体格发育状况指标的关联,并通过分布滞后线性模型评估不同妊娠阶段的滞后效应,明确敏感时间窗。结果 全孕期每增加10 μg/m3的PM2.5、PM10和PM2.5-10暴露分别使出生体重Z评分下降0.03(95% CI:-0.04,-0.02)、0.03(95% CI:-0.04,-0.02)和0.10(95% CI:-0.12,-0.08);出生身长和头围Z评分亦呈负相关,且PM2.5-10的影响最显著。分布滞后线性模型结果显示,孕早期和孕晚期为新生儿出生体重和身长的关键敏感窗口,出生头围的敏感期主要集中在孕早期。结论 孕期PM暴露与新生儿体格发育状况呈显著负相关,PM2.5-10的效应最为突出。孕早期和孕晚期暴露为胎儿体格发育影响的关键窗口期。本研究为空气污染防控政策及孕期健康干预提供了重要的科学依据。

【关键词】 空气颗粒物; 出生体重; 出生身长; 出生头围; 队列研究

出生体重(birth weight, BW)、出生身长(birth length, BL)和出生头围(birth head circumference, HC)等指标是在新生儿出生后便进行的体格测量,可以客观的反应胎儿宫内发育的最终结果,因此常被列为新生儿体格发育状况的评估指标[1]。新生儿体格发育状况指标是反映其在母体内发育状况的重要指标,对儿童的健康具有重要影响[2]。

新生儿体格发育受多种因素影响,空气污染作为近年来环境因素中的一个重要方面,越来越受到研究者广泛关注[3-6]。PM2.5和PM10是空气中颗粒物(particulate matter, PM)的重要组分,其粒径较小,能够深入肺部并进入血液循环,进而对孕妇和胎儿的健康产生潜在危害[7]。有研究表明孕期暴露于高浓度的PM可能通过胎盘传输、氧化应激和炎症反应等机制,影响胎儿生长发育,导致低出生体重儿和早产等不良妊娠结局发生[8]。因此,空气PM暴露作为环境因素中的一个重要组成部分,对新生儿体格发育状况的影响值得深入研究。

尽管已有大量研究探讨了孕妇暴露于空气PM对新生儿体格发育状况的影响[3,9-10],但现有研究仍存在不足之处。首先,许多既往研究大多采用区域空气污染监测站点的监测浓度作为孕妇个体暴露水平的近似指标,未能充分考虑孕妇个体暴露差异;其次,很多研究主要集中在单一指标,缺乏对于新生儿体格发育状况的全面评估。最后,现有研究对空气PM的滞后效应研究结果不尽一致。本研究利用河北省营养项目人群数据,同时考虑BW、BL和HC三个维度,全面评估空气PM对新生儿体格发育状况的影响。本研究进一步关注PM暴露的滞后效应,通过分析不同孕期阶段的PM暴露对新生儿体格发育状况的影响,探索敏感效应时间窗口。

对象与方法

一、研究对象

本研究基于2006年5月至2009年4月在河北省香河、丰润、乐亭、满城和元氏五区县开展的“孕期营养项目”数据进行二次分析。该项目由北京大学生育健康研究所联合美国疾病控制与预防中心实施,原始研究目标是评估不同营养素增补对妊娠结局及围产儿结局的影响,已获得北京大学生物医学伦理委员会批准(批准号:IRB00001052-09075)。

原项目共招募18 963名孕妇,其中120人拒绝参加,68人不符合纳入标准,共纳入18 775名孕妇。原项目的纳入标准参考前期发表文献[11]。本研究排除标准为:(1)详细住址信息缺失或不准确;(2)分娩日期信息缺失;(3)孕周<37周或>41周;(4)新生儿体格发育状况信息缺失。最终研究共纳入14 148对母婴数据用于分析母亲孕期PM暴露对新生儿体格发育状况的潜在影响。

二、资料来源及相关变量定义

PM浓度是指特定时间范围内特定地点的PM含量。本研究的PM数据来自China High Air Pollutants(CHAP) 数据库。本研究从该平台下载了2005年—2010年基于1 km×1 km网格的PM2.5和PM10月平均值浓度数据。根据参与者的详细住址信息,匹配其月均颗粒物浓度,并结合其末次月经时间和新生儿出生时间计算孕周,估算孕早期(孕1～3月)、孕中期(孕4～6月)、孕晚期(孕7月～胎儿出生)以及全孕期的月均颗粒物暴露水平。PM2.5-10浓度数据通过计算PM10与PM2.5的差值获得。

BW是指新生儿出生时的总重量,BL是指新生儿出生时平卧位头顶到足跟的长度,HC是指新生儿出生时右侧齐眉弓上缘经过枕骨粗隆最高点的头部周长。本研究新生儿BW、BL和HC数据来源于原始研究中的生育健康电子监测系统记录的围产儿健康信息。由于新生儿体格发育状况受孕周和性别影响较大,为提高数据的可比性,本研究采用中国新生儿妊娠年龄特异性的BW,BL和HC数据对原始数据进行标准化计算,并将得到的Z评分作为主要分析结局变量。Z评分计算公式:新生儿Z评分 =(原始数据-平均值)/方差。原始数据为本研究新生儿的体格发育状况指标,平均值和方差来自香港地区特定胎龄和性别新生儿的生长标准数据[12]。

协变量信息主要来源于原项目收集的母婴基线数据,包括母亲的年龄、孕周、妊娠期体质指数(body mass index, BMI)、文化程度、职业,以及营养干预情况(叶酸、铁-叶酸、多种微量营养素)。这些变量作为混杂因素纳入多元线性回归模型中,以控制分析中潜在的偏倚影响。

三、统计学分析

研究对象的基本信息通过描述性统计进行分析,连续变量以均值和标准差进行描述,分类变量以频数和百分比表示。采用多元线性回归模型分析PM暴露与新生儿体格发育状况Z评分的关联性,并分步调整混杂因素。具体模型构建如下:模型1(粗模型):未进行任何协变量调整。模型2:在模型1的基础上,调整了母亲年龄和妊娠期BMI。模型3:进一步在模型2的基础上,调整了母亲教育程度、职业以及营养干预情况。

随后本研究进一步结合分布滞后线性模型(distributed lag linear models, DLMs)与线性回归模型构建分析框架,评估孕妇孕期1～9月的每月PM暴露与新生儿体格发育状况Z评分之间的暴露-滞后-效应关系。模型构建使用R语言dlnm包完成。

本研究采用R 4.4.0软件进行统计分析,所有统计检验均为双侧检验,P<0.05认为具有统计学意义。

结果

一、研究对象的基本特征

本研究共纳入14 148对符合条件的母婴。母亲平均年龄为(23.6±2.8) 岁,平均孕周为(39.1±1.0)周,妊娠期平均BMI为(22.3±2.8)kg/m2。母亲文化程度以初中及以上为主,占比80%以上,其次是高中及以上占17.4%。职业分布显示母亲职业主要为农民,占比90%以上。新生儿性别分布相对均衡,男性占53.4%,女性占46.6%。新生儿平均BW为(3 305.4±362.4)g,平均BL为(50.0±0.9)cm,平均HC为(33.5±1.2)cm(见表1)。

表1 研究对象的基本特征(N=14,148)

Table 1 Demographic characteristics of the
study participants(N=14,148)

CharacteristicsMean±SD or n(%)Maternal Factors Maternal age(years)23.6±2.8 Gestational age(weeks)39.1±1.0 Maternal body mass index during pregnancy(kg/m2)22.2±2.8Maternal education level High school or above2 459(17.4) Junior high school or above11 474(81.1) Primary school or below, or unknown215(1.5)Maternal occupation Farmer13 008(91.9) Others1 140(8.1)Nutrition supplementation group Folic acid(FA)4 678(33.1) Iron-folic acid(IFA)4 733(33.5) Multiple micronutrients(MMN)4 737(33.5)Neonatal Factors Neonatal sex Male7 561(53.4) Female6 587(46.6) Neonatal birth weight(g)3 305.4±362.4 Neonatal birth length(cm)50.0±0.9 Neonatal birth head circumference(cm)33.5±1.2 Birth weight Z-score0.1±0.9 Birth length Z-score-0.1±0.6 Birth head circumference Z-score-0.6±1.1

二、PM暴露与新生儿体格发育状况的关联

在全调整模型中,各妊娠阶段PM暴露与新生儿出生体重Z评分均呈负相关,且全孕期的影响最为显著(表2)。整个孕期PM暴露水平每增加10 μg/m3,新生儿出生体重Z评分的变化分别为PM2.5:-0.03(95% CI:-0.04, -0.02);PM10:-0.03(95% CI:-0.04, -0.02);PM2.5-10:-0.10(95% CI:-0.12, -0.08);各妊娠阶段PM暴露与新生儿出生身长Z评分亦呈现此趋势。整个孕期PM暴露水平每增加10 μg/m3,新生儿出生身长Z评分的变化分别为PM2.5:-0.04(95% CI:-0.05, -0.03);PM10:-0.03(95% CI:-0.03, -0.02);PM2.5-10:-0.06(95% CI:-0.07, -0.05);对于出生头围Z评分,PM暴露的影响相对较小,且部分阶段未达到统计学显著性。在全调整模型中,孕早期PM2.5-10暴露的负向影响显著(β=-0.02, 95% CI:-0.04, -0.01),而PM2.5和PM10在多数阶段的影响未达到统计学显著性。

表2 妊娠期不同时间段PM暴露与新生儿体格发育状况的关联

Table 2 The association between PM exposure at different time periods during pregnancy and the neonatal physical development status

Physical Development Status Z-scoresPM Type and ModelFirst TrimesterSecond TrimesterThird TrimesterWhole PregnancyBirth Weight Z-scoreaPM2.5Model 1 β(95% CI)b-0.016(-0.023, -0.009)-0.010(-0.017, -0.003)-0.014(-0.022, -0.006)-0.037(-0.049, -0.025)Model 2 β(95% CI)b-0.012(-0.018, -0.005)-0.011(-0.018, -0.003)-0.012(-0.020, -0.004)-0.031(-0.042, -0.019)Model 3 β(95% CI)b-0.012(-0.019, -0.005)-0.011(-0.018, -0.004)-0.012(-0.019, -0.004)-0.031(-0.043, -0.019)PM10Model 1 β(95% CI)b-0.020(-0.025, -0.015)-0.014(-0.019, -0.009)-0.015(-0.021, -0.010)-0.036(-0.044, -0.028)Model 2 β(95% CI)b-0.014(-0.019, -0.010)-0.013(-0.018, -0.008)-0.013(-0.019, -0.008)-0.030(-0.037, -0.022)Model 3 β(95% CI)b-0.015(-0.019, -0.010)-0.013(-0.018, -0.008)-0.013(-0.019, -0.008)-0.030(-0.037, -0.022)PM2.5-10Model 1 β(95% CI)b-0.070(-0.083, -0.058)-0.050(-0.063, -0.038)-0.046(-0.058, -0.034)-0.123(-0.141, -0.104)Model 2 β(95% CI)b-0.052(-0.065, -0.040)-0.042(-0.054, -0.030)-0.041(-0.053, -0.029)-0.100(-0.119, -0.082)Model 3 β(95% CI)b-0.053(-0.065, -0.040)-0.043(-0.055, -0.031)-0.041(-0.053, -0.029)-0.101(-0.119, -0.083)Birth Length Z-scoreaPM2.5Model 1 β(95% CI)b-0.017(-0.021, -0.013)-0.006(-0.011, -0.002)-0.021(-0.026, -0.017)-0.041(-0.048, -0.033)Model 2 β(95% CI)b-0.016(-0.020, -0.011)-0.006(-0.010, -0.001)-0.021(-0.026, -0.016)-0.038(-0.046, -0.031)Model 3 β(95% CI)b-0.016(-0.020, -0.011)-0.006(-0.011, -0.002)-0.021(-0.026, -0.016)-0.039(-0.047, -0.032)PM10Model 1 β(95% CI)b-0.016(-0.019, -0.013)-0.008(-0.011, -0.005)-0.013(-0.017, -0.010)-0.028(-0.032, -0.023)Model 2 β(95% CI)b-0.014(-0.017, -0.011)-0.007(-0.011, -0.004)-0.013(-0.016, -0.009)-0.026(-0.030, -0.021)Model 3 β(95% CI)b-0.014(-0.017, -0.011)-0.007(-0.011, -0.004)-0.013(-0.016, -0.010)-0.026(-0.031, -0.021)PM2.5-10Model 1 β(95% CI)b-0.043(-0.051, -0.035)-0.027(-0.035, -0.020)-0.017(-0.025, -0.009)-0.064(-0.076, -0.053)Model 2 β(95% CI)b-0.037(-0.045, -0.029)-0.024(-0.032, -0.017)-0.016(-0.023, -0.008)-0.057(-0.069, -0.046)Model 3 β(95% CI)b-0.037(-0.045, -0.029)-0.025(-0.032, -0.017)-0.016(-0.024, -0.008)-0.058(-0.070, -0.046)

表2(续)

Note:a Birth weight, length, and head circumference Z-scores were standardized by gestational age and infant sex. b Model 1:crude model without adjustments; Model 2:adjusted for maternal age and maternal BMI during pregnancy; Model 3:further adjusted for maternal education level, maternal occupation, and nutrition supplementation group

Physical Development Status Z-scoresPM Type and ModelFirst TrimesterSecond TrimesterThird TrimesterWhole PregnancyBirth Head Circumference Z-scoreaPM2.5Model 1 β(95% CI)b-0.006(-0.013, 0.002)-0.001(-0.009, 0.007)-0.007(-0.016, 0.002)-0.017(-0.030, -0.003)Model 2 β(95% CI)b-0.005(-0.013, 0.003)-0.001(-0.009, 0.007)-0.006(-0.015, 0.003)-0.015(-0.029, -0.002)Model 3 β(95% CI)b-0.004(-0.012, 0.003)0.000(-0.009, 0.008)-0.006(-0.015, 0.004)-0.014(-0.028, 0.000)PM10Model 1 β(95% CI)b-0.007(-0.013, -0.001)-0.001(-0.007, 0.005)-0.005(-0.011, 0.001)-0.012(-0.021, -0.003)Model 2 β(95% CI)b-0.006(-0.012, 0.000)-0.001(-0.007, 0.005)-0.005(-0.011, 0.001)-0.011(-0.019, -0.002)Model 3 β(95% CI)b-0.006(-0.012, 0.000)0.000(-0.006, 0.006)-0.004(-0.010, 0.002)-0.010(-0.019, -0.001)PM2.5-10Model 1 β(95% CI)b-0.026(-0.040, -0.011)-0.003(-0.017, 0.011)-0.010(-0.024, 0.004)-0.030(-0.051, -0.008)Model 2 β(95% CI)b-0.022(-0.037, -0.008)-0.001(-0.015, 0.013)-0.009(-0.023, 0.005)-0.025(-0.047, -0.004)Model 3 β(95% CI)b-0.022(-0.037, -0.007)-0.001(-0.015, 0.013)-0.008(-0.022, 0.006)-0.024(-0.046, -0.003)

在所有颗粒物类型中,PM2.5-10的效应最强,其全孕期暴露每增加10 μg/m3,出生体重Z评分减少0.10(95% CI:-0.12, -0.08),出生身长Z评分减少0.06(95% CI:-0.07, -0.05),出生头围Z评分减少0.02(95% CI:-0.05, 0.00)。相比PM2.5和PM10,PM2.5-10在孕早期、孕中期和孕晚期的负效应均较大,且在所有孕期均表现出显著影响。

三、PM暴露与新生儿体格发育状况的滞后效应

PM暴露与新生儿出生体重Z评分和出生身长Z评分之间的关联均呈现“倒U型”趋势(图2),敏感窗口主要集中在孕早期和孕晚期。颗粒物暴露对于出生体重Z评分和出生身长Z评分的关联效应值置信区间在“倒U型”顶点附近(怀孕中期)跨越0线,关联不显著;其余阶段效应值显著,但是越靠近怀孕中期效应值越小。PM暴露与出生头围Z评分之间的关联均呈现“S型”趋势,敏感窗口主要集中在孕早期。

讨论

本研究探讨了母亲孕期空气PM暴露对新生儿体格发育状况的影响。研究结果显示不同妊娠阶段PM暴露均与新生儿体格发育状况呈负相关,且全孕期的影响最为显著。PM2.5-10的影响效应在所有孕期均高于其他PM组分。PM对新生儿BW和BL的敏感窗口期为孕早期和孕晚期,PM对新生儿HC的敏感窗口期为孕早期。

本研究发现,PM2.5、PM10 和 PM2.5-10 均与新生儿BW呈显著负相关。国内外多项研究均支持这一结果。美国2022年的研究发现孕早期PM2.5和PM10的暴露与新生儿BW的降低显著相关[10]。山东省2024年一项基于医学大数据的研究结果显示,不同孕期的PM1、PM2.5、PM10的单污染物暴露与BW呈负相关[13]。石家庄市2020年的一项队列分析显示,整个孕期PM2.5和PM10暴露每增加10 μg/m3,新生儿BW分别减少8.3 g和6.3 g[14];本研究发现,PM2.5、PM10 和 PM2.5-10 均与新生儿BL呈显著负相关。PM与新生儿BL关联的既往研究较少,仅有的一项研究结果显示PM暴露与新生儿BL关联的队列研究结果不显著[1],与本研究不一致。本研究进一步发现,PM2.5-10的影响在所有妊娠阶段均显著高于其他PM,然而其他较多研究发现PM2.5中含有较高浓度的有毒金属,如铅、镉和镍[15]。由于PM2.5具有更高的表面积和体积比,因而它们相较于PM10具有更强的传输有毒化合物的潜力[16-17]。未来需要更多相关研究验证不一致的结果。

图1 孕妇孕期PM暴露与新生儿体格发育状况之间关联的滞后效应点棒图

Figure 1 The dot plot of the lag effect on the association between PM exposure
in pregnant women during pregnancy and the physical development status of newborns

本研究DLMs结果发现孕早期和孕晚期可能是PM暴露影响新生儿体格发育的关键敏感窗口期。已有较多研究关注不同孕期PM暴露对新生儿BW的影响,但相关研究结论尚存在一定差异。孕早期被认为是胎儿生长发育的关键时期,部分研究发现该阶段的PM暴露对新生儿BW具有显著影响。一项基于浙江宁波17万名新生儿的研究表明,孕早期PM2.5暴露水平的升高与新生儿BW的下降密切相关[18]。本研究孕中期结果与既往研究结果不尽一致。山东省2024年的一项医学大数据研究显示,孕期PM1、PM2.5和PM10暴露均与BW呈负相关,且孕中期和孕晚期是主要的敏感窗口期[13]。中国苏州的一项研究进一步发现,孕中期PM2.5和PM10的暴露水平每增加10 μg/m3,新生儿BW分别减少4.9 g和5.7 g[19]。孕晚期的PM暴露对新生儿体格发育的影响仍存在争议。一些研究发现,该阶段的空气污染暴露可能对胎儿生长产生负面影响,而另一些研究则发现相反的趋势。例如,西安一项涵盖32万名新生儿的研究显示,随着孕晚期PM2.5和PM10暴露水平的升高,足月儿的BW反而有所增加[20]。相较之下,美国的一项研究则发现,孕早期、孕中期、孕晚期及整个孕期的PM2.5暴露均与新生儿BW呈负相关关系[21]。我们发现既往关于PM暴露与新生儿BL和HC的研究相对有限,本研究的结果填补了这一空白,未来需要更多研究验证。

本研究的多元线性回归显示孕中期PM暴露与新生儿体格发育状况的关联性,而分布滞后线性模型未发现该阶段显著敏感窗口。这一差异可能源于线性回归仅评估PM浓度效应,而分布滞后模型通过整合PM的暴露维度和时间维度能更精准识别其对新生儿体格发育状况的敏感窗口[22]。因此本研究结果支持仅孕早期和孕晚期为PM影响新生儿体格发育状况的敏感时间窗。

本研究的优势是使用CHAP数据库,相对于传统的监测站方式,对PM暴露的评估更加准确;同时关注BW、BL和HC三个维度;并且系统探讨了空气PM在不同妊娠阶段的滞后效应。本研究存在一定局限性。首先,本研究PM暴露数据来自 CHAP 数据库,虽然其提供的1 km×1 km网格数据较为精确,但仍无法完全反映个体暴露水平;其次,本研究未考虑其他环境污染物(如 SO2、CO等)对新生儿体格发育状况的可能影响,可能导致一定的混杂偏倚。

结 论

本研究基于河北营养干预人群的数据做关联分析,证实了孕期空气PM(PM2.5、PM10、PM2.5-10)暴露对新生儿体格发育状况(BW、BL、HC)具有显著的负面影响,并强调了PM2.5-10的作用更为显著。本研究还进一步明确了影响的敏感窗口,为孕期空气污染防控提供了科学依据。

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Association study on air particulate matter exposure during pregnancy and physical development status of neonates

YANGZeping, ZHANG Ziyi, LI Tong, WANG Yiran, ZHANG Le, ZHANG Yali, LI zhiwen, YE Rongwei, LI Nan.

Department of Epidemiology and Biostatistics, Institute of Reproductive and Child Health/National Health Commission Key Laboratory of Reproductive Health, School of Public Health, State Key Laboratory of Female Fertility Promotion, Peking University, Beijing 100191, PR China

[Abstract] Objective To examine the association between maternal exposure to airborne particulate matter during pregnancy and neonatal physical development status indicators and to evaluate the lag effects of particulate exposure to identify sensitive time windows.MethodsThis study included 14,148 mother-infant pairs from the Pregnancy Nutrition Intervention Program conducted in Hebei Province. Monthly average PM concentrations with a 1 km×1 km resolution were obtained from the China High Air Pollutants(CHAP) database. Exposure levels during first, second, and third trimesters, as well as the entire pregnancy period, were estimated using maternal residential addresses and gestational weeks. Neonatal physical development indicators were standardized as Z-scores by gestational age and sex according to Chinese reference standards. Multiple linear regression models were used to examine the associations between PM exposure and neonatal physical development status. Distributed lag linear models were applied to assess the lag effects of exposure at different pregnancy stages and determine critical windows of susceptibility.ResultsFor every 10 μg/m3 increase in PM2.5, PM10, and PM2.5-10 exposure during the entire pregnancy, the birth weight Z-score decreased by 0.03(95% CI:-0.04, -0.02), 0.03(95% CI:-0.04, -0.02), and 0.101(95% CI:-0.12, -0.08), respectively. Similar negative associations were found for birth length and head circumference, with the most significant effects observed for PM2.5-10. Results from distributed lag linear models showed that early pregnancy and late pregnancy were critical windows for birth weight and length, while the sensitive window for head circumference was mainly in early pregnancy.ConclusionMaternal exposure to particulate matter during pregnancy is significantly associated with reduced neonatal physical development status, and the effect of PM2.5-10 was the most prominent. Early and late pregnancy are critical windows for neonatal physical development affected by PM exposure. These findings provide important evidence to inform air pollution control and maternal health interventions.

[Key words] air particulate matter; birth weight; birth length; birth head circumference; cohort study

【中图分类号】 R17;R71

基金项目：国家自然科学基金面上项目(82173527)

作者单位：100191,北京大学公共卫生学院流行病与卫生统计学系(杨泽平,张子怡,李彤,王怡然);100191,北京大学生育健康研究所/国家卫生健康委生育健康重点实验室(杨泽平,张子怡,李彤,王怡然,张乐,张亚黎,李智文,叶荣伟,李楠);北京大学女性生育力促进全国重点实验室(张乐,张亚黎,李智文,叶荣伟,李楠)

*通信作者：李楠(linan01@pku.edu.cn)

(收稿日期：2025-05-12)