大气污染物由颗粒物以及二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)等气体混合而成。颗粒物是指大气中悬浮的细小颗粒状物质,其中最受关注是细颗粒物。大气细颗粒物是指大气中空气动力学粒径在2.5μm以下的固体和液体颗粒物的总称(particulate matter 2.5,PM 2.5),是近年来备受全球关注的雾霾天气的首要污染物[1]。大气污染物对人类健康,尤其是生殖健康构成了严重的威胁,目前尚未确认损害健康的阈值。多项流行病学研究已经证实,妊娠期暴露于大气污染物与早产、低出生体重儿、死胎、出生缺陷等不良妊娠结局相关[2-4] 。
哈尔滨市位于中国东北部黑龙江省,冬季寒冷漫长,每年10月至次年4月为全市集中供暖期,燃煤废气排放极易引起大范围雾霾天气,有可能影响到女性的生殖健康。本文探讨哈尔滨市区空气污染物指标与行冻融胚胎移植患者的妊娠结局的相关性,旨在分析胚胎移植前后大气污染物暴露与不良妊娠结局的关系。
对象与方法
一、对象
回顾性分析2016年3月至2020年3月于哈尔滨医科大学附属第一医院生殖医学科接受冻融胚胎移植(frozen-thawed embryo transfer, FET)治疗的1 503例患者的临床资料。纳入标准:(1)长期居住在哈尔滨地区(包括9区7县2个县级市);(2)本周期采用激素替代方案准备内膜;(3)本次移植至少有1枚优质卵裂期胚胎。排除标准:(1)年龄≥38岁;(2)既往月经周期排卵期内膜厚度<7 mm;(3)存在其他影响胚胎着床的因素,如子宫畸形、子宫内膜异位症、子宫腺肌症、子宫内膜息肉、子宫内膜炎、输卵管积水以及宫腔粘连等;(4)存在某些其他的合并症,如凝血功能异常,免疫系统异常等。根据冻融胚胎移植日环境空气质量指数(air quality index,AQI)进行分组,未暴露组为移植日AQI≤100的患者,共1 258例。暴露组为移植日AQI>100的患者,共245例。
二、方法
1.内膜准备:采用激素替代方案准备内膜。患者于月经第2～4天开始口服戊酸雌二醇(补佳乐,拜耳,德国)6～8 mg/d,7 d后返院。根据内膜厚度及血清激素水平调整补佳乐剂量,于用药的14～16 d、子宫内膜厚度≥7 mm、E2>150 pg/mL时,给予黄体酮注射液(浙江仙居)40 mg/d+地屈孕酮(雅培,荷兰)40 mg/d或者给予雪诺酮(默克雪兰诺,德国)90 mg/d+地屈孕酮(雅培,荷兰)40 mg/d,转化子宫内膜,转化日+3 d移植解冻复苏的卵裂期胚胎。
2.冻融胚胎复苏:冷冻胚胎为第3天卵裂期胚胎,采用玻璃化冷冻法冻融胚胎。胚胎质量的评估根据Istanbul共识[5],按照卵裂球数目、均一性、碎片多少等将胚胎分为Ⅰ～Ⅳ级,Ⅰ级为卵裂球数目>6个细胞,大小均匀,细胞质均一、无空泡,碎片<10%;Ⅱ级为卵裂球数目≥6个细胞,大致均匀,细胞质均一、无空泡, 碎片10%～20%;Ⅲ级为卵裂球不均匀,少量空泡,碎片20%～50%;Ⅳ级为卵裂球不均匀,细胞质不均一、大量空泡,碎片>50%。本研究优质胚胎为Ⅰ、Ⅱ级胚胎。
3.黄体支持与随访:胚胎移植后继续黄体支持(黄体酮40 mg/d或雪诺酮90 mg/d+地屈孕酮40 mg/d)移植后14 d查血β-hCG,若β-hCG>20 U/L为阳性;移植后28～35 d超声检查观察到妊娠囊为临床妊娠。持续妊娠定义为妊娠 12 周宫内活胎;活产定义为妊娠28周后至少有1名活产婴儿分娩。
4.大气污染物暴露评估:空气质量数据来源于中国空气质量在线监测分析平台。调取2016年3月至2020年3月哈尔滨市 6 种标准空气污染物(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3 )的每日报表,其中前 5 种污染物数据为日均值浓度,O3数据为日最大8 h滚动平均值。依据《HJ 633-2012环境空气质量指数(AQI)技术规定》[6]计算AQI。AQI取值范围为0～500,其中0～50,51～100,101～150,151～200, 201～300,>300分别对应空气质量指数级别一级至六级,一级质量优,二级良好,三级轻度污染,四级中度污染,五级重度污染,六级严重污染。根据FET治疗时间线划分两个暴露时间窗,暴露窗1为移植日前14 d,暴露窗2为移植日及其后共14 d。
5.分析指标:各组患者基础资料,包括女方年龄、不孕年限、体质指数(body mass index, BMI)、FET相关资料,包括转化日血清雌二醇水平、移植日内膜厚度、移植胚胎数、hCG阳性率(hCG阳性FET周期数/FET周期数×100%)、胚胎种植率(孕囊数/移植胚胎数×100%)、临床妊娠率(临床妊娠FET周期数/FET周期数×100%)、持续妊娠率(持续妊娠FET周期数/FET周期数×100%)、活产率(活产分娩FET周期数/FET周期数×100%)。
6.统计学处理:使用SPSS25.0软件进行统计学处理。计量资料以均数±标准差
表示,使用t检验比较组间差异;计数资料以百分比(%)表示,使用卡方检验比较组间差异;利用多因素Logistic回归模型分析 AQI 与妊娠结局之间的关联。AQI先后以连续性变量和四分类变量(按四分位数划分:Q1为P0≤～≤P25;Q2为P25<～≤P50;Q3为P50<～≤P75;Q4为P75<～≤P100)分别纳入模型。双侧检验,P<0.05表示差异具有统计学意义。
结 果
一、研究对象一般资料及妊娠结局
两组间女方年龄、不孕年限、BMI、转化日血清雌二醇水平、移植日内膜厚度、移植胚胎数均无显著差异(P>0.05)。而暴露组的hCG阳性率、临床妊娠率、胚胎种植率、持续妊娠率和活产率均低于未暴露组,组间差异有统计学意义,见表1。
表1 患者FET周期结局
Table 1 Pregnancy outcomes of the FET patients
GroupNo. of casesAge(year)Duration of infertility(year)BMI(kg/m2) E2 on the conversion day (pg/mL)Endometrial thickness on the day of transfer (mm) No. of embryos transferredExposed group24534.3±4.24.8±3.422.1±3.7170.7±78.19.5±1.91.9±0.4unexposed group1 25834.1±4.04.9±3.222.6±3.4183.3±69.79.4±1.91.9±0.4GroupNo. of caseshCG positive (Biochemical pregnancy)hCG-positive cycles (No.)No. of transfer cyclesPositive rate (%)ImplantationNo. of gestational sacsNo. of transferred embryosImplantation rate (%)Exposed group24512624551.4∗13747628.8∗unexposed group1 2587511 25859.78762 43835.9GroupNo. of casesClinical pregnancyClinical pregnancycases (No.)No. of transfer cyclesClinical pregnancy rate (%)Ongoing pregnancyOngoing pregnancy cases (No.)Transfer cycles (No.)Ongoing pregnancy rate (%)Live birthLive birth cases (No.)Transfer cycles (No.)Live birth rate (%)Exposed group24510924544.5∗8224533.5∗8124533.1∗unexposed group1 2586681 25853.15491 25843.65431 25843.2
Compared to the unexposed group, *P<0.05
二、移植日前后空气污染物各组分暴露情况
在表2中,使用四分位数和四分位数间距显示了在两个暴露窗6种空气污染物的平均浓度。Spearman 相关分析显示,在每个暴露窗PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO这5种污染物之间的相关系数均大于0.6,提示彼此之间具有较强的正向相关性,而 O3与其他5种污染物之间不具有相关性,见表3。
表2 移植日前后空气污染物各组分暴露情况
Table 2 Exposure to various components of air pollutants around the day of transfer
Pollutant exposure windowMean SD Min25% Median75% MaxIQRPM2.5 (μg/m3) Exposure window 140.87437.0098.21416.35727.14349.786218.50033.429 Exposure window 242.18639.2918.21417.00026.50052.357218.50035.357
表2(续)
Pollutant exposure windowMean SD Min25% Median75% MaxIQRPM10(μg/m3) Exposure window 167.20635.75219.32140.28655.92982.786195.78642.500 Exposure window 267.60136.07719.32141.78656.21485.071191.71443.285SO2(μg/m3) Exposure window 116.02612.4344.2867.21410.00021.71457.78614.500 Exposure window 216.46613.0444.2867.14310.00022.07159.92914.928NO2(μg/m3) Exposure window 134.27610.67917.21426.71431.28639.14371.42912.429 Exposure window 234.23210.72617.21426.85731.00039.14371.35712.286CO (μg/m3) Exposure window 10.7840.2800.4770.5870.6540.9211.7700.334 Exposure window 20.7840.2720.4770.5890.6560.9231.5930.334O3(μg/m3) Exposure window 154.77919.21923.85737.64352.57170.429104.64332.786 Exposure window 254.12319.27623.85736.64352.57170.500104.64333.857AQI Exposure window 169.50638.35321.67943.50056.92982.786234.85739.286 Exposure window 270.62740.44321.67943.64356.85786.286228.50042.643
表3 6种空气污染物在2个暴露时间窗的斯皮尔曼相关系数
Table 3 The Spearman correlation coefficients of 6 air pollutants in 2 exposure windows
Air pollutantsPM2.5PM10SO2NO2COO3Exposure window 1 PM2.510.8740.6890.8570.727-0.232 PM10—10.6090.7630.719-0.008 SO2——10.7800.806-0.396 NO2———10.823-0.260 CO————1-0.139 O3—————1Exposure window 2 PM2.510.8890.6990.8560.777-0.251 PM10—10.6480.8040.787-0.041 SO2——10.7940.817-0.446 NO2———10.860-0.286 CO————1-0.206 O3—————1
三、空气污染物暴露和FET结局的关联
多因素Logistic回归分析中,校正了年龄、不孕类型、不孕年限、体质指数,移植胚胎数、子宫内膜厚度等混杂因素后,AQI按四分位数分类,FET妊娠结局和空气污染物暴露之间的回归分析结果详见表4。在暴露窗1,即移植前14 d,与AQI第一四分位组(Q1)相比,第四四分位组(Q4)临床妊娠的OR值为0.67(0.47～0.94),第三、第四分位组(Q3,Q4)持续妊娠的OR值分别为0.66(0.47～0.94)和0.65(0.46～0.92),均显著低于Q1组(P<0.05)。在暴露窗2,即移植日及其后共14 d,Q4组临床妊娠的OR值为0.72(0.51 ～1.01),略低于Q1组(P=0.053);Q4组持续妊娠的OR值为0.63(0.45 ～ 0.89),显著低于Q1组(P<0.05)。
表4 空气污染物与FET妊娠结局的多因素Logistic回归分析
Table 4 Multivariate Logistic regression analysis of air pollutants and FET pregnancy outcomes
AQI groupingClinical pregnancyOR(95% CI)P valueOngoing pregnancyOR(95% CI)P valueExposure window 1Q1Q2Q3Q410.80(0.58-1.12)0.75(0.53-1.05)0.67(0.47-0.94)0.1930.0950.02110.86(0.62-1.20)0.66(0.47-0.94)0.65(0.46-0.92)0.3870.0200.015Exposure window 2Q1Q2Q3Q410.97(0.69-1.36)0.99(0.70-1.41)0.72(0.51-1.01)0.8650.9710.05310.98(0. 70-1.37)0.89(0.63-1.26)0.63(0.45-0.89)0.8850.4970.008
讨 论
黑龙江省哈尔滨地区处于高寒地区,冬季供暖期长,空气质量差,以PM2.5为主要污染物的雾霾天气会对大众的健康产生不好的影响。大量研究表明,空气污染影响生殖健康,与流产、早产、新生儿低出生体重、胎儿畸形和妊娠期并发症(如先兆子痫)等密切相关[7-9]。空气污染物对女性生殖健康影响的可能机制有(1)作为内分泌干扰物导致激素水平异常;(2)诱导氧化应激损伤;(3)诱导细胞遗传物质的改变;(4)表观遗传学的修饰[10-12]。
行体外受精-胚胎移植(IVF-ET)的患者,影响妊娠结局的因素非常复杂,与IVF新鲜移植周期相比,冻融胚胎移植周期的混杂因素可控,妊娠随访资料完整,针对此类人群的研究可以提供大气污染物暴露对母体生殖健康影响的有力证据。本研究显示,冻融胚胎移植日暴露于污染环境下,显著影响妊娠结局,暴露组临床妊娠率、胚胎种植率、持续妊娠率和活产率均低于未暴露组,与既往研究报道结果相似。Wang等[13]的数据显示,环境污染物SO2和O3浓度与FET周期活产率呈负相关,多污染物模型表明,SO2与CO和PM10的暴露量增加会显著降低FET周期临床妊娠率,认为环境污染物对实验室环境可能存在潜在影响。Gaskins 等[14]的队列研究表明,在胚胎移植之前暴露于高浓度NO2、PM2.5和炭黑与IVF 活产率存在显著负相关。美国一项纳入7 403名女性的研究显示,从开始使用促性腺激素到妊娠试验的所有阶段,女方接触高浓度的NO2显著降低临床妊娠率和活产率,并且这种关联在胚胎移植到验孕阶段最为显著[15]。但也有研究得出了不同的结论,美国一项大样本回顾性研究,纳入了2010年至2012年253 528个IVF周期,没有发现明确的证据表明IVF临床结果与PM2.5和O3的平均日浓度之间有关联[16]。以上研究结果的差异,可能与研究的样本量、统计学方法、以及不同年份、地域的空气污染情况差别较大有关。另外,既往分析空气污染物与IVF结局的相关研究,多集中在临床与实验室指标,包括卵巢反应性、卵子成熟度、受精率、卵裂率、胚胎质量和囊胚形成率等,而影响这些指标的混杂因素较多,可能会导致结果出现偏倚。本研究对冻融胚胎移植结局的研究可以更好地反应环境因素本身对女性生殖健康的影响。
本研究发现,6种标准空气污染物(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3),除O3外,其他5种污染物有显著的正向相关性,所以本研究选择了AQI做为反映空气质量的综合评估指标。本研究重点关注了两个暴露窗,暴露窗1是移植日前14 d,为移植前的内膜准备阶段;暴露窗2是移植日及其后共14 d,为胚胎复苏、移植、着床及早期发育阶段。在暴露窗1,随着污染物浓度的增高,呈现出临床妊娠率和持续妊娠率逐渐降低的趋势,具有统计学显著性。推测空气污染物暴露对生殖健康的影响可能是时间依赖性的,污染物能够在生殖系统内逐渐蓄积,影响子宫内膜对胚胎的容受能力。有研究的体外试验也观察到PM2.5暴露诱导子宫内膜干细胞凋亡,并且抑制子宫内膜干细胞的自我更新和迁移能力[17]。
在暴露窗2,本研究发现高水平AQI与持续妊娠率降低显著相关。在这个阶段,胚胎会短时间暴露于实验室培养环境,虽然层流过滤系统可以过滤掉包括PM2.5和PM10在内的固液态污染物和大多数气态污染物,但还是无法排除不能被完全过滤掉的气态污染物(如SO2和NO2)对实验室环境的潜在影响[13]。另有研究认为,O3作为一种强效氧化剂,可与多种生物和环境因素相互作用,产生危害更大的二级污染物(如甲醛等),这些二级污染物可能穿透胚胎表面覆盖的油滴,从而影响胚胎的生长发育[18]。
另外,暴露窗2的结果显示,胚胎种植阶段也是对污染物暴露敏感的窗口。体外实验显示,高浓度PM2.5显著抑制人绒毛膜外滋养细胞的增殖能力,可导致滋养细胞对子宫内膜侵入过深或过浅、子宫螺旋动脉重塑障碍、胎盘缺氧缺血及母体全身血管内皮细胞损伤,引起各种不良妊娠结局及妊娠期疾病的发生[19]。江苏省的一项前瞻性队列研究中,评估了2 431名接受第一次新鲜胚胎移植或冷冻胚胎移植周期的妇女暴露于环境PM2.5与治疗结果之间的关系,发现较高的PM2.5暴露与临床妊娠率的降低显著相关(RR:0.98, 95% CI：0.96 ～1.00)。并且hCG试验后的16 d,PM2.5暴露每增加10 μg/m3,与生化妊娠损失的风险呈正相关(RR:1.06, 95% CI：1.00～1.13)[20]。意大利的一项回顾性研究,收集了来自5个城市(514 996名居民)的自然流产与空气质量数据,结果发现,每月PM10或O3的平均浓度每增加10 μg/m3,自然流产发病率分别增加19.7%和33.6%,而且靠近工业区(发电厂、炼油厂和垃圾焚烧厂等)的3个城市的PM10显著升高,流产率是其他城市的2倍[21]。
综上所述,空气污染物暴露会降低冻融胚胎移植周期持续妊娠的可能性,这种影响在移植前的内膜准备阶段,移植后的胚胎着床阶段同样存在,并且在高水平AQI暴露时效应更为显著。本研究局限性在于大气污染物种类复杂多样,未考虑其他大气污染物及各类型污染物之间的作用是否对妊娠结局产生影响,故研究结果可能产生一定偏倚;此外,本研究为单中心的回顾性研究,研究人群大多数来自医院附近区域,研究的外推性有限,将来需要更大范围的大样本研究来验证,未来可通过基础研究和流行病学研究探讨空气污染物与不良妊娠结局的阈值,为促进女性生殖健康提供科学依据。
1 Lin Y,Zou J,Yang W,et al.A review of recent advances in research on PM2.5 in China.Int JEnviron Res Public Health,2018,15:438.
2 Basu R,Pearson D,Ebisu K,et al.Association between PM2.5 and PM2.5 Constituents and Preterm Delivery in California,2000-2006.Paediatr Perinat Epidemiol,2017,31:424-434.
3 Balsa AI,Caffera M,Bloomfield J.Exposures to Particulate Matter from the Eruptions of the Puyehue Volcano and Birth Outcomes in Montevideo,Uruguay.Environ Health Perspect,2016,124:1816-1822.
4 杨阳,张华.空气污染与不良妊娠结局的研究进展.世界最新医学信息文摘,2020,20:65-66.
5 Alpha Scientists in Reproductive Medicine and ESHRE Special Interest Group of Embryology.The Istanbul consensus workshop on embryo assessment:proceedings of an expert meeting.Hum Reprod,2011:1270-1283.
6 环保部.HJ 633-2012环境空气质量指数(AQI)技术规定.北京:中国环境科学出版社,2012.
7 Patelarou E,Kelly FJ.Indoor exposure and adverse birth outcomes related to fetal growth,miscarriage and prematurity-a systematic review.Int J Environ Res Public Health,2014 ;11:5904-5933.
8 Moridi M,Ziaei S,Kazemnejad A:Exposure to ambiebt air pollutants andspontaneous abortion.J Obstet Gynaecol Res,2014,40:743-748.
9 Dadvand P,Figueras F,Basaga
a X,et al.Ambient air pollution and preeclampsia:a spatiotemporal analysis.Environ Health Perspect,2013,121:1365-1371.
10 Møller P,Danielsen PH,Karottki DG,et al.Oxidative stress and inflammation generated DNA damage by exposure to air pollution particles.Mutat Res Rev Mutat Res,2014,762:133-166.
11 Han X,Zhang PF,Shen W,et al.Estrogen receptor-related DNA and histone methylation may be involved in the transgenerational disruption in spermatogenesis by selective toxic chemicals.Front Pharmacol,2019,10:1012.
12 Darbre PD.Overview of air pollution and endocrine disorders.Int J Gen Med,2018,11:191-207.
13 Wang X,Cai J,Liu L,et al.Association between outdoor air pollution during in vitro culture and the outcomes of frozen-thawed embryo transfer.Hum Reprod,2019,34:441-451.
14 Gaskins AJ,Fong KC,Awad YA,et al.Time-varyingexposure to air pollution and outcomes of in vitro fertilization among couples from a fertility clinic.Environ Health Perspect,2019,127:77002.
15 Legro RS,Sauer MV,Mottla,GL,et al.Effect of air qualityon assisted human reproduction.Hum Reprod,2010,25:1317-1324.
16 Boulet SL,Zhou Y,Shriber J,et al.Ambient air pollution and in vitro fertilization treatment outcomes.Hum Reprod,2019,34:2036-2043.
17 Park SR,Lee JW,Kim SK,et al.The impact of fine particulate matter (PM) on various beneficial functions of human endometrial stem cells through its key regulator SERPINB2.Exp Mol Med,2021,53:1850-1865.
18 Kruza M,Lewis AC,Morrison GC,et al.Impact of surface ozone interactions on indoor air chemistry:A modeling study.Indoor Air,2017,27:1001-1011.
19 秦喆,侯海燕,徐忠伟,等.PM2.5对人绒毛膜外滋养层细胞HTR8-SVneo迁移与侵袭力的影响及机制研究.国际生殖健康/计划生育杂志,2016,35:357-361.
20 Wang Y,Qiu Y,Huang B,,et al.Association between PM2.5 exposure and the outcomes of ART treatment:A prospective birth cohort study.Sci Total Environ,2023,889:164099.
21 Di Ciaula A,Bilancia M.Relationships between mild PM10 and ozone urban air levels and spontaneous abortion:clues for primary prevention.Int J Environ Health Res,2015,25:640-655.