空气污染物与中老年人心血管疾病患病及发病关联的结局特异性异质性研究

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Outcome-specific heterogeneity in associations between ambient air pollutants and prevalent versus incident cardiovascular disease among Chinese middle-aged and older adults

　　

心血管疾病（CVDs）仍是全球死亡和残疾的主要原因，对公共卫生构成重大威胁。既往研究多仅以PM2.5作为评估环境CVD负担的核心指标，却忽视了多种共存空气污染物之间的协同或独立效应。然而，同时纳入多个高度相关污染物于传统回归模型，常引发严重多重共线性，导致效应估计偏倚且不稳定。此外，空气污染与CVD患病（prevalent）关联和发病（incident）关联之间的异质性证据仍不明确。本研究基于中国健康与养老追踪调查（CHARLS）全国代表性队列，采用横断面与纵向相结合的双分析框架，系统探究中国空气污染物与CVDs的差异化关联。横断面分析纳入2020年（第5波）9596名受访者，纵向分析以2013年（第2波）为基线纳入10868名无CVD参与者，随访至2020年，共记录2319例新发CVD事件。研究人员采用单污染物Logistic回归、Cox比例风险模型、岭回归（Ridge Regression）及主成分回归（PCR）等方法，以应对多重共线性并分离各污染物的独立效应。结果显示：横断面分析中，复合颗粒物指数（Composite PM Index）与CVD患病风险显著正相关（OR=1.13，95% CI：1.06–1.22），为主要关联污染物；纵向分析中，长期二氧化硫（SO2）暴露为CVD发病的独立主导风险因素（HR=1.78，95% CI：1.59–1.99），而复合颗粒物指数效应不显著（HR=1.02，95% CI：0.91–1.14）。限制性立方样条（RCS）分析显示，复合PM与患病呈线性正相关，而长期SO2与发病呈无安全阈值的持续线性关联。亚组分析提示城市居民和女性呈现更高的易感性趋势。该研究揭示了空气污染物-CVD关联存在显著的结局特异性异质性：复合颗粒物主导当前患病负担，长期SO2累积暴露主导新发CVD风险。环境健康政策不仅应持续削减一次颗粒物浓度以减轻当前疾病负担，还应严格持续控制前体物排放。

论文解读

一、研究背景与问题

心血管疾病（cardiovascular diseases，CVDs）是全球致死致残的首要原因，据世界卫生组织统计每年造成1790万人死亡，占全球总死亡的三分之一以上。在中国，CVD患病率和死亡率持续上升，其发病机制涉及遗传、行为、代谢和环境因素的复杂交互。在环境风险因素中，空气污染对CVD负担的贡献显著。既往研究多将PM_2.5作为评估环境CVD负担的唯一核心指标，却忽视了其他共存空气污染物（如SO₂、NO₂、O₃）的协同或独立效应。然而，将多个高度相关的污染物同时纳入传统回归模型，常引发严重多重共线性，导致系数估计偏倚且不稳定，难以准确识别各污染物的独立贡献。此外，空气污染与CVD患病关联和发病关联之间的异质性证据仍不充分，既往研究极少在同一全国性队列中比较与当前患病负担关联最强的环境暴露是否不同于与长期发病风险相关的暴露。因此，亟需采用更稳健的统计方法处理混合暴露，并系统区分不同结局下的主导污染物。

二、研究设计与方法

研究人员基于中国健康与养老追踪调查（China Health and Retirement Longitudinal Study，CHARLS）全国代表性队列，采用横断面与纵向相结合的双分析框架。横断面分析纳入2020年第5波调查的9596名有效参与者，纵向分析以2013年第2波为基线，纳入10868名基线无CVD的合格参与者，动态追踪至2020年，共记录2319例新发CVD事件。空气污染物数据来源于长三角科学数据中心CHAP数据集，空间分辨率10×10 km，暴露评估限于市级水平。横断面暴露定义为2018–2020年三年年均浓度均值，纵向暴露定义为随访期间时间更新的累积平均浓度。统计方法上，研究人员依次采用单污染物Logistic回归和Cox比例风险模型评估各污染物的粗关联；由于方差膨胀因子（variance inflation factor，VIF）诊断显示PM各粒径分数间存在极强共线性（VIF>10），传统多污染物模型失效，遂采用岭回归（Ridge Regression）Logistic模型和岭回归Cox模型，通过10折交叉验证选择惩罚参数，且仅对污染物变量施加惩罚而保留协变量不惩罚；进一步采用主成分分析（principal component analysis，PCA）提取PM₁、PM_2.5和PM₁₀的第一主成分构建复合颗粒物指数（Composite PM Index），该成分分别解释了横断面和纵向数据集97.1%和95.0%的总方差，所有粒径PM的载荷均>0.95，继而采用主成分回归（principal component regression，PCR）模型和PCR-Cox模型分离颗粒物与气体污染物的独立相对关联。此外，研究人员利用2020年前2018年第4波数据进行了平行横断面验证以排除COVID-19疫情时期效应混杂，采用限制性立方样条（restricted cubic spline，RCS）评估暴露-反应关系的非线性，并通过系列敏感性分析和亚组分析验证结果的稳健性。

三、研究结果

3.1 复合颗粒物在横断面分析中的主导作用。 单污染物Logistic回归显示六种污染物中除SO₂外均与CVD患病显著正相关，其中PM₁₀关联最强（OR=1.23，95% CI：1.12–1.36）。标准多污染物广义线性模型因严重多重共线性而失效。岭回归模型下PM₁₀（OR=1.02）、PM_2.5（OR=1.02）和PM₁（OR=1.01）均显著正相关，而SO₂、NO₂和O₃不再显著。PCR模型进一步证实复合颗粒物指数与CVD患病风险显著正相关（OR=1.13，95% CI：1.06–1.22，P<0.001），而SO₂无独立效应（OR=1.03，P=0.358）。

3.2 COVID-19疫情横断面验证。 利用2018年第4波疫情前数据进行的平行验证显示，PCR模型中复合颗粒物指数与CVD患病的正关联保持高度显著，SO₂独立效应仍弱且不显著，表明该关联是稳定、稳健的流行病学现象而非疫情导致的统计假象。

3.3 纵向分析中长期SO₂暴露的强关联。 单污染物Cox模型显示除O₃呈负关联外，其余五种污染物均显著增加CVD发病风险，PM_2.5关联最强（HR=3.07），其次为SO₂（HR=2.92）。岭回归Cox模型中SO₂（HR=1.53）和PM₁₀（HR=1.52）维持高效应。PCR-Cox模型最终确认长期SO₂暴露为独立主导风险因素，每增加1个标准差（SD）与78%的CVD发病风险升高相关（HR=1.78，95% CI：1.59–1.99，P<0.001），而复合颗粒物指数独立贡献不显著（HR=1.02，P=0.713）。

3.4 横断面与纵向分析的比较。 RCS分析显示横断面中复合颗粒物指数与CVD患病呈显著线性正相关（P_非线性=0.506），SO₂呈倒U型曲线；纵向中SO₂与CVD发病呈陡峭连续线性关联（P_非线性=0.974），无安全阈值，而复合颗粒物指数曲线接近零值。敏感性分析证实复合PM与患病的正关联在排除温度调整（OR=1.17）或加入生理指标（OR=1.19）后仍显著，且调整SO₂后仍稳定（OR=1.24）；长期SO₂与发病的关联在全部敏感性模型中保持稳健（HR=2.30–3.15），排除随访不足2年者后仍显著（HR=2.92）。

3.5 易感人群分析。 横断面分析中，城市居民对复合颗粒物的风险估计显著高于农村居民（OR=1.53 vs 1.09，P_交互<0.001），女性数值上更高但交互检验不显著（P=0.085）；SO₂的效应修饰在城市居民（P_交互=0.005）和<60岁人群（P_交互=0.023）中更明显。纵向分析中，复合颗粒物指数和SO₂在各亚组中均一致增加发病风险，SO₂在烹饪燃料方面存在显著交互（P_交互=0.006）。

四、讨论与结论

研究人员指出，横断面分析中颗粒物与CVD患病负担的强关联与既往研究一致，机制上PM暴露可通过诱导血管炎症反应、内皮功能障碍和促凝血途径异常加剧心血管风险。通过构建复合PM指数有效解决了多重共线性问题，更准确揭示了混合颗粒物暴露的综合关联。纵向分析中SO₂的主导关联根植于中国早期以煤炭为主的能源结构，SO₂不仅是初级气体刺激物，还是二次无机气溶胶的关键前体物，经大气氧化并与氨反应形成硫酸盐颗粒，增强生物穿透性，诱导持续性氧化应激和全身炎症。2013年后实施的《大气污染防治行动计划》推动SO₂排放快速下降，因此本研究中SO₂的健康关联主要反映早期高暴露水平下的历史累积风险。横断面与纵向分析中污染物关联的差异可归因于评估结局终点和流行病学背景的不同：横断面研究对与当前患病状态相关的并发暴露更敏感，纵向研究则能追踪缓慢的病理累积过程。亚组分析发现城市居民易感性显著更高，可能源于城市PM组分中富含交通来源黑碳和重金属的内在毒性，加之城市人群久坐生活方式普遍；女性数值上更高的易感性可能与小气道直径导致细颗粒物沉积分数更高以及中国女性室内烹饪油烟的高累积暴露有关。

研究结论：该研究采用综合双分析框架，识别出空气污染物-心血管健康关系中显著的结局特异性异质性——复合颗粒物是横断面CVD患病负担的主导关联因素，而长期累积SO₂暴露与纵向CVD发病的关联最强。亚组分析揭示城市居民易感性显著更高，女性持续呈现脆弱性升高的趋势。环境健康政策不仅应考虑持续削减一次颗粒物浓度以减轻当前疾病负担，还应严格持续控制前体物排放。