关于常见空气污染指标对全球结核病高负担国家结核病发病率影响的研究

《Frontiers in Public Health》：Study on the impact of common air pollution indicators on tuberculosis incidence in high-TB-burden countries worldwide

全球20个结核病高发国家1990-2020年数据显示，空气污染（HAP、NO?、O?、PM）与GDP对结核病发病率呈显著协同效应：HAP与发病率正相关（r=0.476），NO?、O?、PM和GDP则负相关（r=-0.622至-0.477）。多因素分析表明，低HAP（<0.2）、低NO?（2-6ppb）、低O?（<40μg/m3）及中低GDP（4,000-6,000 USD）区域结核病风险最高。研究建议通过经济政策优化和空气污染控制（如固燃料替代、交通减排）协同干预以降低结核病负担。

　　空气污染对结核病的影响是一个备受关注的公共卫生议题。结核病（Tuberculosis, TB）作为一种古老的传染病，主要由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）引起，通过空气传播，尤其是通过咳嗽、打喷嚏和大声说话产生的飞沫。尽管全球范围内已有大量研究聚焦于结核病的防控，但其与空气污染之间的复杂关系仍未完全厘清。近年来，随着工业化和城市化进程的加快，空气污染问题日益严重，成为全球健康风险的重要来源。本研究旨在探讨空气污染对全球多个国家结核病发病率的影响，并为制定空气污染治理和结核病防控政策提供科学依据。

### 空气污染与结核病的关联性

本研究选取了全球结核病发病率最高的20个国家，从1990年至2020年的时间跨度内，分析了空气污染指标与结核病发病率之间的关系。研究采用了Spearman相关性分析和广义可加模型（Generalized Additive Models, GAMs）来评估空气污染指标（如家庭空气污染、氮氧化物、臭氧、颗粒物等）与结核病发病率的潜在联系。结果表明，家庭空气污染（HAP）与结核病发病率之间存在正相关关系（r_HAP = 0.476），而氮氧化物（NO?）、臭氧（O?）、颗粒物（PM）和国内生产总值（GDP）则与结核病发病率呈负相关（r_NO2 = -0.622，r_O3 = -0.419，r_PM = -0.323，r_GDP = -0.477）。这些结果提示，随着家庭空气污染的减少、氮氧化物、臭氧、颗粒物和GDP的增加，结核病的发病率可能相应下降。

进一步的分析发现，空气污染与结核病之间的关系并非简单线性，而是呈现出复杂的非线性特征。例如，在家庭空气污染较低（HAP < 0.2）的情况下，结核病的发病率会随着氮氧化物浓度的增加而上升。此外，当臭氧浓度低于40 ppb时，结核病的发病率也会显著上升。这些发现表明，某些空气污染物可能在特定浓度范围内对结核病的发展起到促进作用，而其他因素如GDP可能在不同经济水平下表现出不同的影响。

### 空气污染对结核病的具体影响机制

空气污染对结核病的影响主要通过多个生物学途径实现。首先，颗粒物（PM）因其小尺寸、轻重量、毒性和携带有害物质的能力，成为结核病的重要风险因素。PM能够损害巨噬细胞的吞噬功能和溶酶体酶活性，从而增加结核分枝杆菌在体内的存活率。同时，PM还通过激活NLRP3炎性小体，释放白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-18（IL-18），加剧炎症反应并抑制保护性免疫。此外，PM会干扰树突状细胞（DCs）的抗原呈递功能，降低CD4+ T细胞分化和干扰素-γ（IFN-γ）的分泌，从而削弱机体对结核分枝杆菌的控制能力。

其次，氮氧化物（NO?）在呼吸道中会产生活性氮物种（RNS），如过氧亚硝酸盐，这些物质会破坏上皮细胞结构，抑制黏液-纤毛清除系统，降低巨噬细胞诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的活性，并减少抗菌性一氧化氮（NO）的生成，从而降低结核分枝杆菌的清除能力。NO?还会刺激气道上皮细胞持续释放促炎因子，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6），导致慢性炎症和肺组织微环境的破坏。同时，NO?会抑制IFN-γ的分泌，促进T辅助细胞2型（Th2）反应，如白细胞介素-4（IL-4）和白细胞介素-13（IL-13），进一步加剧气道高反应性和组织损伤。

臭氧（O?）则主要通过氧化肺部组织、削弱免疫细胞招募、促进中性粒细胞介导的组织破坏等机制影响结核病。O?与呼吸道上皮细胞脂质反应，生成大量活性氧物种（ROS），如羟基自由基，这些物质会耗竭谷胱甘肽（GSH）和超氧化物歧化酶（SOD），引发DNA损伤和细胞凋亡。此外，O?会下调趋化因子CXCL10，减少T细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）向感染部位迁移，同时通过CCL7和CXCL10招募过度激活的中性粒细胞，释放弹性蛋白酶和髓过氧化物酶，从而加剧肺部组织损伤。

家庭空气污染（HAP）主要来源于固体燃料（如煤炭、木材、木炭、粪便和农业废弃物）的不完全燃烧，产生黑碳颗粒和多环芳烃（PAHs）等污染物。这些污染物具有更强的氧化应激诱导能力和内皮功能障碍效应。例如，燃烧产生的一氧化碳（CO）会与血红蛋白结合，导致组织缺氧，从而影响巨噬细胞的能量代谢和杀菌能力。PAHs则通过激活芳香烃受体（AhR），抑制T细胞分化，减少IFN-γ的分泌，并诱导Th17型炎症反应，进一步加剧肺部炎症并削弱保护性免疫。

### 结核病的全球流行趋势与经济因素的影响

从全球范围来看，结核病的流行情况存在显著的地域差异。2021年，南亚地区占全球结核病病例的45%，非洲占23%，西太平洋地区占18%。相比之下，东地中海和美洲地区的结核病负担较小。在病例数方面，不同国家之间的差异也十分明显，某些国家的发病率甚至高达每10万人超过400例。然而，总体趋势显示，自1995年以来，结核病的发病率和空气污染指标的相对变化均呈现出明显的下降趋势，这可能与各国在环境治理和公共卫生干预方面的努力有关。

GDP作为衡量经济发展的关键指标，对结核病的发病率也有显著影响。研究发现，当GDP低于约1500美元时，结核病的发病率会随着经济水平的提高而显著下降；然而，当GDP超过约3200美元时，发病率开始趋于平稳，甚至在GDP达到约4000-6000美元时出现上升趋势。这表明，经济水平与结核病之间可能存在一个复杂的相互作用关系，即在经济发展的不同阶段，空气污染对结核病的影响也有所不同。在某些国家，如巴基斯坦和南非，NO?的浓度变化对结核病的影响尤为显著，而在其他地区，如埃塞俄比亚、印度、肯尼亚和俄罗斯，PM则成为影响结核病的重要因素。

### 空气污染与结核病的交互作用

本研究还探讨了空气污染与结核病之间的交互作用。通过构建广义可加模型（GAMs），分析了不同空气污染指标之间的协同效应。结果显示，HAP、O?、GDP和NO?之间存在显著的协同放大效应，即这些因素共同作用时，对结核病发病率的影响远大于其单独作用。例如，在HAP较低（<0.2）的情况下，随着NO?浓度的增加，结核病的发病率也显著上升。此外，在NO?浓度较低（2-6 ppb）和O?浓度较低（<40 ppb）时，结核病的发病率也表现出增加的趋势。这提示，某些特定的空气污染组合可能对结核病的发展具有更强的促进作用。

在经济水平较低（约4000-6000美元）的情况下，结核病的发病率也随着NO?浓度的增加而上升，表明空气污染在某些经济条件下可能占据主导地位。这些发现表明，结核病的发病率不仅受到单一空气污染因素的影响，还可能受到多种环境和经济变量的交互作用。因此，在制定结核病防控策略时，需要综合考虑空气污染与经济发展的关系，以实现更有效的干预。

### 研究的局限性与未来展望

尽管本研究提供了重要的科学依据，但仍存在一定的局限性。首先，本研究仅从空气污染和经济发展角度出发，未能充分考虑性别、年龄、职业和气象因素等其他可能影响结核病发病率的变量。因此，未来的研究应进一步纳入这些因素，以更全面地评估结核病的流行趋势。其次，本研究仅选取了全球结核病发病率最高的20个国家，这些国家主要分布在非洲、亚洲和欧洲，未能涵盖中低发病率的国家。因此，未来的研究应比较不同经济和社会背景下的国家，以提高研究结果的代表性和普适性。

此外，本研究发现，南非的结核病发病率变化与空气污染和GDP之间的关系较为复杂，其R2和DVE值较低，表明存在未被纳入模型的其他潜在因素。这可能与南非的社会经济结构、公共卫生政策实施情况以及数据质量等因素有关。因此，在未来的研究中，需要进一步探索这些因素对结核病的影响，以更准确地评估空气污染与结核病之间的关系。

### 结论

本研究揭示了空气污染对结核病发病率的复杂影响，特别是在家庭空气污染、臭氧、GDP和氮氧化物等指标之间存在显著的协同效应。这些发现不仅有助于理解结核病在全球范围内的流行趋势，也为各国制定空气污染治理和结核病防控政策提供了科学依据。随着经济的发展和环境治理的加强，空气污染对结核病的影响可能逐渐减弱，但这一过程需要长期的努力和系统的干预。因此，各国应结合自身国情，制定科学、合理的空气污染控制策略，以降低结核病的发病率，提高公众健康水平。同时，进一步的研究应关注空气污染与其他社会经济和人口学因素之间的交互作用，以更全面地评估结核病的流行趋势和防控措施的有效性。