环境臭氧暴露对美国人群呼吸健康的影响：一项系统综述

《Current Environmental Health Reports》：The Impact of Ambient Ozone Exposure on Respiratory Health in the U.S. Populations: A Systematic Review

　　

臭氧作为一种光化学生成的空气污染物，持续对美国公共卫生构成重大关切，约有1.25亿人居住在超过美国环境保护署（EPA）设定的国家环境空气质量标准（NAAQS）的地区。为全面理解环境臭氧暴露对呼吸健康的潜在影响，研究人员对1980年至2026年间发表的美国流行病学研究和实验研究进行了系统综述，涵盖急性和慢性暴露窗口。本综述聚焦于三个关键领域：（1）肺功能；（2）哮喘相关症状及急诊（ED）就诊/住院；（3）其他呼吸相关发病率和死亡率。跨多种研究设计的发现均显示不良呼吸效应，其中儿童、老年人以及已有呼吸系统疾病的个体受影响尤为显著。本综述是首批全面综合臭氧相关呼吸健康结局的研究之一，涵盖实验研究和基于人群的观察性研究中的肺功能结局，突显了即使在低于现行监管标准的浓度下，肺功能仍出现一致的下降。此外，本工作纳入了与臭氧相关的学校缺勤，这是评估儿童呼吸健康结局的一个敏感但研究不足的指标。跨多种结局和暴露时长观察到的关联强调了加强环境空气质量标准以及优先对高风险人群进行干预的重要性。即使在监管行动存在的情况下，环境臭氧暴露的持续增加，以及气候变化相关来源（如野火）日益增长的贡献，强调了持续研究和公共卫生规划对保护弱势社区呼吸健康的重要性。

论文主体内容总结

引言

地面臭氧（O₃）是一种二次空气污染物，主要由氮氧化物和挥发性有机化合物在阳光存在下发生光化学反应生成。人为来源（包括交通和工业排放）对这些前体物贡献显著。此外，日益由人类相关气候变化驱动的野火也产生大量前体污染物。在美国，O₃浓度经常超过健康保护标准，尤其在暖季。大量研究报告了O₃暴露与呼吸健康结局之间的关联，包括哮喘加重、急诊就诊/住院增加以及呼吸相关死亡率。值得注意的是，即使在低于现行8小时国家环境空气质量标准（NAAQS）70 ppb的O₃水平下，也观察到了这些关联。尽管关于O₃暴露呼吸影响的文献不断扩展，但尚无先前研究全面综合涵盖肺功能指标（如第一秒用力呼气容积（FEV₁）、用力肺活量（FVC）和呼气峰流速（PEFR））、哮喘相关健康事件以及更广泛的呼吸相关发病率和死亡率等更广谱的发现。此外，尽管学校缺勤是评估儿童总体健康的有价值指标，有助于评估学龄儿童O₃暴露的更广泛影响，但此前的综述在很大程度上忽视了这一指标。

研究方法

本系统综述遵循PRISMA 2020指南进行，以确保综述过程的透明性和方法学严谨性。研究人员使用PubMed和Web of Science进行文献检索，检索词结合了多种臭氧相关关键词与广泛的呼吸和临床结局术语，检索限于美国为基础的流行病学和实验研究。本综述涵盖1980年1月至2026年8月发表的全文学术论文。共识别出8,801条记录，去重后基于标题和摘要进行第一轮筛选，随后对剩余文章全文进行资格评估。排除标准包括在美国境外进行的研究，以确保与美国特定的O₃监管框架、暴露指标、人群特征和医疗保健背景的一致性。通过纳入研究的参考文献检查额外识别出18篇相关文章。最终共纳入401篇文章。三位作者独立进行筛选和资格评估，通过讨论解决分歧直至达成共识。研究人员使用乔安娜·布里格斯研究所（JBI）关键评估工具对纳入研究进行结构化质量评估，总体研究质量在大多数结局领域被评为低至中等偏倚风险。

肺功能

O₃暴露对肺功能的影响在过去几十年中已在人体实验和观察性研究中得到充分记录。肺功能指标如FEV₁、FVC以及对O₃暴露特别敏感的小气道功能指标（呼气峰流速（PEF）和用力呼气流量25-75%（FEF_25-75））通常提供敏感且定量的标记，反映对O₃暴露的早期和临床显著呼吸变化。除肺活量测定下降外，还报告了气道反应性增加和炎症或损伤效应，包括支气管肺泡灌洗液（BALF）中的细胞计数和细胞因子水平，如肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素（IL）-6和中性粒细胞募集。

人体实验研究

2000年以前评估短期或急性O₃暴露对肺功能影响的最常用形式是人体实验研究。人体实验通常在暴露舱中进行，涉及暴露于受控O₃浓度的健康成人志愿者，浓度范围从环境相关水平到超过现行环境标准的水平，有时结合运动方案以模拟现实世界的通气率。在暴露前后常规评估FEV₁和FVC等肺功能指标，同时评估炎症标志物和症状。受控暴露于至少0.08 ppm的O₃时，一致观察到不良肺功能下降。研究还发现，O₃暴露与BALF中IL-6和IL-8等气道炎症标志物显著增加相关，且气道炎症反应可独立于肺功能缺陷发生。随着美国环保署（EPA）持续降低O₃一级NAAQS，近期研究聚焦于环境相关浓度以指导监管阈值。研究发现，仅80-ppb暴露方案出现肺功能下降，FEV₁平均下降6.1%和7.0%，FVC最大变化为4.9%和5.2%。在0.06 ppm和0.07 ppm的暴露研究中也观察到FEV₁和FVC的显著变化。研究人员还考察了O₃与其他共存污染物的协同效应，以及运动和环境热对O₃诱导肺功能损害的加剧作用。患有慢性阻塞性肺疾病（COPD）和肥胖的个体被认为对O₃暴露比临床健康人群更敏感，COPD组FEV₁平均下降19%，肥胖组FVC和FEV₁下降幅度显著大于正常体重组。

观察性研究

除实验研究外，大量观察性研究（包括纵向和横断面研究）评估了O₃暴露对肺功能的影响。横断面研究常用于评估O₃相关呼吸功能。研究发现，年平均值O₃每增加23 ppb，父母有哮喘、支气管炎、肺气肿或花粉症史的男性FEV₁下降6.3%。NHANES II研究也报告了年O₃浓度与FEV₁和FVC的负相关。纵向研究允许追踪肺功能随时间的改变。南加州儿童健康研究未发现O₃与多数肺功能指标生长率的显著关联，但8小时最大O₃每增加36.6 ppb与PEF生长减少1.21%相关。短期暴露研究显示，48小时平均O₃每增加15 ppb与FEV₁下降1.29%和FVC下降1.36%相关。儿童夏令营研究提供了评估儿科人群环境O₃暴露和呼吸结局的宝贵替代方案，研究发现即使在O₃水平低于60-ppb或80-ppb的天数中，负相关仍然存在。汇总分析报告，前一小时O₃浓度每增加1 ppb与FEV₁减少0.50 ml相关。总体而言，观察性研究提供了生物学上合理的证据，表明O₃暴露导致不同人群的肺功能损害，短期暴露的发现相对一致，而长期暴露效应的证据较为混合。

哮喘相关症状、急诊就诊/住院

哮喘作为一种慢性呼吸系统疾病，影响美国近2800万人。O₃暴露与哮喘加重有关，常导致急诊就诊/住院，这是哮喘严重程度和疾病负担的关键指标。

哮喘相关症状

流行病学研究已将O₃暴露与不同人群的哮喘风险增加联系起来。加州队列研究发现，20年累积O₃暴露与男性哮喘显著相关（OR = 2.09），但与女性无关。基于加州健康访谈调查（CHIS）的研究发现，年平均值O₃每增加10 ppb，每日/每周哮喘相关症状风险增加23%。O₃对哮喘的影响在儿童中也很显著。全国性研究发现，年O₃每增加5 ppb，当前哮喘的OR为1.08。南加州队列研究发现，在高O₃浓度社区参加三项或以上运动的儿童哮喘发生风险增加30%。短期O₃暴露与哮喘症状和急救药物使用之间的关联也有报告。数字传感器研究显示，每日O₃每增加1 ppb，短效β-受体激动剂（SABA）使用增加RR为1.005。密歇根哮喘儿童队列研究发现，前3-5天1小时峰值O₃每增加16 ppb，喘息、咳嗽和呼吸急促的OR分别为1.12、1.09和1.12。佛罗里达州研究还发现，O₃水平处于上四分位数（≥36.4 ppb）时，哮喘急性加重风险增加6-7%，且西班牙裔人群的效应最大。

哮喘相关急诊就诊/住院

多项观察性研究评估了短期和长期O₃暴露与哮喘严重程度指标（急诊就诊和住院）的关联。基于CHIS的研究发现，年平均值O₃每增加10 ppb，哮喘相关急诊就诊/住院的OR为1.49，儿童中每10 ppb增加与63%的急诊就诊/住院增加相关。全国性儿童医院研究发现，暖季8小时最大日O₃每增加10 ppb与哮喘相关急诊就诊相关（RR = 1.013），且限制在低于70 ppb的暴露也与哮喘急诊就诊风险增加相关。短期O₃暴露与哮喘相关急诊就诊/住院增加的关联也很明显，尤其在儿童和老年人中。新泽西州研究发现，O₃每增加15.5 ppb，同日急诊就诊的RR为1.05。华盛顿特区研究发现，同日O₃每增加10 ppb，1-17岁和5-12岁年龄组哮喘相关急诊入院分别增加4.5%和8.3%。多城市研究按年龄分层显示，3天移动平均O₃每增加28 ppb，5-18岁组的RR为1.07，0-4岁组为1.03。覆盖17个州超过3900万急诊就诊记录的研究报告，滞后0-6天O₃每增加20 ppb，哮喘相关急诊就诊的RR为1.06。弗雷斯诺研究发现，滞后0-14天O₃每增加5 ppb与哮喘急诊就诊风险增加34%相关，西班牙裔、黑人和白人风险分别增加40%、38%和27%。尽管大多数研究提示O₃暴露与哮喘相关急诊就诊/住院之间存在关联，但部分研究报告了非显著结果。

其他呼吸相关死亡率和发病率

尽管文献主要强调O₃暴露的呼吸效应（包括哮喘加重），但越来越多的证据将短期和长期暴露与呼吸死亡率和更广泛的不良呼吸结局联系起来。

呼吸相关死亡率

长期O₃暴露不良健康效应的证据较为混合，而系统综述和荟萃分析的证据提示与呼吸死亡率存在关联。早期加州研究在O₃暴露超过100 ppb时，男性肺癌死亡率RR为4.19。美国癌症协会队列研究发现，4-9月季度平均O₃每增加10 ppb，呼吸特异性死亡RR为1.04。超过50万美国成人的队列研究发现，8年平均O₃每增加10 ppb，呼吸系统疾病和COPD死亡的风险比分别为1.04和1.06。覆盖2220万美国Medicare受益人的研究发现，暖季1小时最大O₃长期暴露与所有呼吸死亡率（RR = 1.03）、COPD相关死亡率（RR = 1.07）和肺癌相关死亡率（RR = 1.02）的最强且最一致的增加风险相关。短期O₃暴露也与呼吸死亡率升高相关，但各研究间并非一致观察到显著结果。全国性研究发现，一周平均O₃每增加10 ppb与每日心肺死亡率增加0.52%相关。马萨诸塞州东部研究发现，前四天8小时最大O₃平均值每增加10 ppb与呼吸系统疾病死亡增加1.96%相关。七个州的研究发现，滞后0-2天O₃每增加10 ppb与呼吸死亡率增加0.41%相关。少数研究调查了O₃暴露与婴儿呼吸死亡之间的关联。