西佛罗里达州环境空气污染与温度对心血管疾病的联合影响

《Journal of the American Heart Association》：Joint Impacts of Ambient Air Pollution and Temperature on Cardiovascular Disease in West Florida

　　

背景：环境温度和空气动力学直径≤2.5μm的细颗粒物（PM2.5）是公认的急性心血管事件的诱发因素，但它们在亚热带沿海地区的短期联合效应尚未得到充分描述。本研究评估了它们与西佛罗里达州主要心血管结局的联合关联。 方法：研究人员分析了2017年至2024年BayCare医疗系统内因心肌梗死（MI）、心力衰竭（HF）和卒中而住院的日常数据。每日平均温度和PM2.5数据来自国家监测网络。采用带有张量积相互作用的分布滞后广义相加模型，在滞后0至7天内估计联合暴露-反应关系，并对时间趋势、星期几和共污染物进行了调整。还考察了年龄、性别和种族的效应修饰作用。 结果：与当地PM2.5相比，温度与心血管风险的短期关联更强。在年龄≥65岁的成年人中，较低温度下的心肌梗死风险高于较高温度（比较暴露分布第75百分位数与第25百分位数的相对风险[RR75/25]，0.92 [95% CI, 0.89–0.95]）。心力衰竭呈现出U形的温度-风险关系，在年轻成年人（RR75/25, 1.05 [95% CI, 1.02–1.09]）和黑人患者（RR75/25, 1.05 [95% CI, 1.02–1.09]）中观察到更大的热相关风险。相比之下，PM2.5的整体关联较弱，仅在黑人患者中观察到卒中风险略有升高（RR75/25, 1.02 [95% CI, 0.96–1.08]）。联合暴露曲面揭示了特定结局的非线性模式，尤其是在较高温度和PM2.5条件下的心力衰竭。 结论：温度和PM2.5通过非线性和亚组特异性途径共同影响短期心血管风险，凸显了制定综合气候与空气质量策略以减少心血管差异的必要性。

论文解读

一、研究背景与研究目的

心血管疾病是全球范围内发病率和死亡率的主要原因，给公共卫生和经济带来了沉重负担。大量证据表明，环境暴露的短期波动，特别是环境温度极端值和空气污染，可诱发包括心肌梗死（MI）、心力衰竭（HF）失代偿和心律失常在内的急性心血管事件。环境温度可通过改变血管舒缩反应、体液平衡和交感神经系统激活来破坏心血管稳态，增加心脏负荷并触发急性事件；而细颗粒物（PM_2.5）等空气污染物则通过促进氧化应激、内皮功能障碍和血管炎症，加速斑块不稳定并诱发急性心血管事件。

尽管已有研究分别探讨了温度和空气污染对心血管健康的影响，但在亚热带沿海地区，居民同时暴露于热应激和独特的空气污染物混合物中，其联合和潜在的交互效应尚未被充分探索。佛罗里达州的亚热带气候、广阔的海岸线和靠近海洋气团的特点形成了独特的环境暴露剖面，海洋气溶胶（尤其是海盐颗粒）对当地空气组成贡献显著。然而，心脏病和卒中是佛罗里达州的首要及第三大死因，针对这一特定区域的联合环境暴露研究仍属空白。因此，本研究旨在量化西佛罗里达州环境温度与空气污染物对每日心血管疾病相关住院人数的短期联合关联。

二、主要关键技术方法

研究人员采用了分布滞后广义相加模型（distributed-lag generalized additive model），并在模型中引入了温度和PM_2.5之间的张量积相互作用项（tensor-product interactions），以估计滞后0至7天的联合暴露-反应关系。研究数据来源于BayCare医疗系统临床数据库（Cerner），纳入了2017年1月1日至2024年12月31日期间的所有住院记录，最终分析队列包含329,309次心血管事件。环境暴露数据方面，每日环境温度来自美国国家海洋和大气管理局（NOAA），PM_2.5数据来自美国环境保护署（EPA），并通过最近监测站点将暴露值分配给邮政编码级别。模型假设准泊松分布，并纳入日历时间的平滑函数以控制长期和季节性趋势，同时加入星期几指标变量。效应修饰作用通过暴露-修饰因子交互项进行评估。

三、研究结果

1. 基线特征

研究期间共识别出1,048,575条心血管记录，经筛选后最终纳入329,309次符合诊断定义的事件。其中，心力衰竭（HF）病例最多（260,551例），其次为心肌梗死（MI）（39,266例）和卒中（29,492例）。患者的平均年龄分布显示，HF、MI和卒中中年龄<65岁的比例分别为29.5%、34.8%和33.6%。所有结局的平均同日环境温度约为73.5–73.8°F（约23.1–23.2°C），平均PM_2.5浓度均为7.7 μg/m3。

2. PM_2.5的条件累积相对风险

在固定温度为中位数的条件下，PM_2.5与心血管结局的关联总体较弱且呈非单调性。对于HF，所有人口统计学亚组的累积相对风险随PM_2.5分布的增加而略有下降，四分位距对比（RR_75/25）均保持在0.99，表明存在微弱的负向关联。对于MI，PM_2.5的效应在亚组间差异较大，女性和老年患者呈现负向关联（RR_75/25 ≈ 0.98），而种族分层后的估计值几乎无关联。相比之下，卒中风险呈现独特模式，黑人患者在较高PM_2.5水平下累积风险略有增加（RR_75/25, 1.02 [95% CI, 0.96–1.08]），而其他多数群体表现为微弱保护性或无效关联。

3. 温度的累积条件相对风险

当PM_2.5固定在中位数时，温度显示出更强且更具结构性的心血管事件关联。对于HF，所有亚组均呈现U形关联，中等温度下风险最低，低温和高温下风险均升高。热相关HF风险在年轻成年人和黑人患者中更大，RR_75/25均达到1.05（95% CI, 1.02–1.09），而老年人总体温度相关HF风险很小（RR_75/25, 1.01 [95% CI, 0.98–1.04]）。

对于MI，温度成为风险的主要决定因素。在所有亚组中，MI风险在较低温度下急剧升高，形成随温度升高累积风险单调下降的模式。此效应在老年人中最显著，RR_75/25为0.92（95% CI, 0.89–0.95），相当于低温下MI风险比温暖条件下高约8%。性别和种族亚组中也观察到相似但略弱的关联。

卒中表现出较弱但异质性的温度关联。年轻成年人在温暖温度下卒中风险更高（RR_75/25, 1.02 [95% CI, 0.97–1.07]），而老年人随温度升高风险降低（RR, 0.98 [95% CI, 0.93–1.04]）。种族和性别特异性模式较为平缓，四分位距RR接近1，但在女性和黑人人群中观察到轻微升高。

4. 联合暴露曲面

温度和PM_2.5的联合暴露曲面在不同心血管结局间呈现不同模式。对于HF，联合曲面在高温和高PM_2.5组合区域显示出更大的曲率。对于MI，RR随温度和PM_2.5升高而逐渐降低，等高线大致平行，表明近似加性的暴露-反应模式和有限的曲率。相比之下，卒中风险主要沿PM_2.5维度变化，温度维度上的变异相对较弱。

四、讨论与结论总结

讨论部分总结： 本研究表明，温度是心血管风险的主要环境决定因素，尤其对于MI。低温一致性地与各人群组的MI风险升高相关，且在老年人中效应最强，这与寒冷导致血液粘度增加、血小板聚集、血管收缩和交感神经激活的生物学机制相符。相反，HF与热暴露的关联更强，其U形温度-风险关系提示热应激可能通过扰乱容量调节和心脏负荷来诱发事件。观察到的PM_2.5弱关联或负向关联可能归因于相对较低的浓度水平（均值≈7.7 μg/m3）、有限的暴露变异、残留混杂以及暴露测量误差。与长期暴露研究相比，短期PM_2.5效应的预期幅度较小。在黑人患者中观察到的PM_2.5相关卒中风险升高值得进一步探究。与传统单暴露模型相比，联合建模捕捉到了更现实的环境心脏毒性表征。研究的局限性包括使用聚合环境数据导致的暴露错分、单一医疗系统的数据限制了普适性、以及未完全控制的残留混杂因素。

结论部分翻译： 总之，环境温度和PM_2.5通过非线性、延迟和社会化模式的途径共同影响短期心血管风险。冷暴露仍是MI的重要诱因，热暴露在心衰风险中起主导作用，而PM_2.5与黑人患者的卒中风险以及女性和老年患者的MI风险显示出更强的关联。本研究中观察到的若干效应估计值幅度适中，且部分置信区间包含零值。因此，这些发现应谨慎解读。虽然整体暴露-反应模式与现有证据和生物学合理机制基本一致，但若干估计值的精度有限。因此，结果应被视为潜在短期关联的证据，而非因果关系的确定性证明。需要在更大规模和更多地理环境中开展进一步研究，以评估这些发现的稳健性和普适性。这些发现强调了在评估心血管脆弱性时考虑联合环境暴露和人群异质性的重要性。随着气候变化预计将加剧温度极端事件和空气污染事件，理解联合暴露模式可能有助于为未来的公共卫生规划和风险分层工作提供信息，从而减少心血管差异。