计划性停电与野火PM2.5联合暴露对加州急性医疗资源利用的影响：一项时间分层病例交叉研究

《PLOS MEDICINE》：Co-exposure to planned power outages and wildfire PM2.5 and acute healthcare utilization in California: A time-stratified case-crossover study

　　

背景：为防止野火，电力公司可能预先切断输电线路（公共安全断电，PSPS）。这些PSPS事件可能无意中对健康造成危害，特别是对于患有慢性阻塞性肺疾病（COPD）等基础疾病或依赖电力驱动医疗设备的患者。若断电后仍发生野火，健康影响可能进一步加剧。本研究旨在评估PSPS事件、野火细颗粒物（PM2.5）暴露及其联合发生对特定病因医疗资源利用的影响。 方法与发现：研究人员识别了2013年至2019年加利福尼亚州的PSPS事件，并根据邮政编码层面无电人口数量对其严重程度进行分类。研究人员利用了邮政编码层面的日均野火PM2.5估算数据，以及来自加利福尼亚州卫生保健获取与信息部的20岁及以上成年人的呼吸系统、COPD特异性、心血管和精神科急诊就诊与非计划住院数据。采用时间分层病例交叉设计，研究人员估算了单独PSPS事件、单独野火PM2.5暴露及其联合发生在当日和滞后天数对医疗资源利用的影响，并对日平均温度进行了调整。 严重的PSPS事件与当日呼吸系统就诊几率升高相关（OR = 1.06，95% CI：1.02，1.11），滞后0–3天的效应相似。这些关联在COPD中更强。与无PSPS或无野火暴露相比，联合暴露于PSPS和每增加10 μg/m3野火PM2.5与更高的呼吸系统就诊几率相关（1.16 [95% CI：1.10，1.22]），并存在乘法交互作用的证据。心血管和精神科就诊的关联为零值。 局限性包括暴露错分，因为研究人员是在居民邮政编码层面分配暴露，汇总了电路级数据，且未考虑个体行为或PSPS事件对野火PM2.5暴露的潜在影响。 结论：PSPS事件可能增加需要急性医疗护理的呼吸系统事件风险，尤其是当它们与野火PM2.5同时发生时。

一、研究背景与科学问题

气候变化导致气温升高和降水模式变异加剧，延长了干旱期，从而增加了野火风险。与此同时，居住在野火高风险区域的人口数量也在增长。加之火灾管理实践导致更多可燃物积累，美国西部地区的野火频率、严重程度及受影响人口均呈上升趋势。野火不仅通过直接破坏影响人类健康，其产生的细颗粒物（PM_2.5）也与不良的心肺、神经及精神健康结局相关。在社区层面，野火的连锁后果包括人口迁移、基础设施损毁以及电力中断，其中包含电力公司为防止野火而在高风干燥条件下主动实施的公共安全断电（Public Safety Power Shutoffs, PSPS）。

单纯电力中断本身即与伤害、低体温症、高热症、心肺疾病及死亡率的医疗资源利用增加有关，原因可能包括压力、缺乏室内温控、通信中断、医疗护理中断以及对电力驱动耐用医疗设备（electricity-dependent Durable Medical Equipment, eDME）的依赖丧失。断电期间，人们无法运行空气过滤系统、冰箱、空调或雾化器、制氧机等设备，导致室内空气质量恶化、威胁室内气候控制，并引发应激反应。尤其依赖eDME的人群面临更高风险，因其备用电池通常续航不足12小时，而COPD患者常用的制氧机电池寿命仅为3至4小时。此外，大规模断电还会扰乱共享社区基础设施，如交通信号、供水排水系统、药房、冷暖中心及医疗机构，从而放大群体层面的健康损害。

尽管PSPS旨在预防野火，但野火仍可能在断电期间发生。事实上，2018至2020年间，加利福尼亚州野火与断电同时发生的频率有所增加。电力基础设施故障已导致该州多起最具破坏性的野火。然而，尚无流行病学研究评估PSPS事件本身的医疗资源利用影响，更缺乏关于PSPS与野火PM_2.5联合暴露的协同健康效应的证据。因此，本研究旨在评估2013至2019年间加利福尼亚州PSPS事件、野火PM_2.5暴露及其联合发生与呼吸系统、COPD、心血管及精神科急性医疗资源利用之间的关联。

二、主要研究方法

本研究采用邮政编码层面的时间分层病例交叉设计（time-stratified case-crossover design），利用加利福尼亚州卫生保健获取与信息部（California Department of Health Care Access and Information, HCAI）提供的2013至2019年20岁及以上成年人急诊就诊与非计划住院数据，覆盖1,504个邮政编码区。PSPS暴露数据来源于PSE Healthy Energy编制的历史记录，涵盖太平洋燃气电力公司（PG&E）、圣地亚哥燃气电力公司（SDG&E）和南加州爱迪生公司（SCE）三大主要能源供应商的电路级信息，这些公司覆盖加州约88%的电力用户。研究人员将电路级客户受影响数据与2020年人口普查的高分辨率网格人口估计叠加，估算各邮政编码每日受影响的客户总数作为绝对暴露指标，并按三分位数将严重程度分为轻度、中度和重度。野火PM_2.5暴露采用Aguilera等人开发的邮政编码级日均估计值，该值通过机器学习模型结合空气质量监测数据、气溶胶光学厚度、土地覆盖和气象条件预测得到。温度数据来自gridMET的4公里网格日最高温度，提取自邮政编码人口加权质心位置。统计分析采用条件逻辑回归模型，同时纳入PSPS暴露、连续野火PM_2.5暴露（每10 μg/m3）、两者的交互项以及日最高温度的自然立方样条（3个自由度），分别评估同日和滞后0–3天的暴露效应。

三、研究结果

健康数据描述

研究期间共纳入6,682,821次呼吸系统就诊、516,427次COPD就诊、2,913,338次心血管就诊和1,943,709次精神科就诊，其中68.7%为急诊就诊，31.3%为非计划住院。研究期内共发生11,293个邮政编码-日的PSPS事件，大部分被归类为重度。876个邮政编码至少经历一次PSPS事件，多数发生在夏秋季节。在指数日（即发生医疗就诊的日期）中，重度PSPS事件期间的野火PM_2.5平均浓度为3.30 μg/m3，而非PSPS日为0.50 μg/m3。共有1,229,438个邮政编码-日（27%）存在任何野火PM_2.5，其中7,656个邮政编码-日同时存在PSPS事件。

呼吸系统疾病

研究发现，单独重度PSPS事件与同日呼吸系统急诊或住院几率升高相关（绝对指标OR = 1.06，95% CI：1.02，1.11），但滞后0–3天的效应不显著。单独野火PM_2.5每增加10 μg/m3亦与呼吸系统就诊几率小幅升高相关（同日OR = 1.01，95% CI：1.01，1.01；滞后0–3天OR = 1.02，95% CI：1.01，1.02）。联合暴露方面，与既无PSPS也无野火PM_2.5相比，同日重度PSPS与10 μg/m3野火PM_2.5联合暴露使呼吸系统就诊几率升至1.16倍（95% CI：1.10，1.22），并检测到显著的乘法交互作用（1.08，95% CI：1.02，1.14）。滞后0–3天联合暴露的交互作用更为明显（1.12，95% CI：1.04，1.20）。

COPD特异性分析

COPD的关联强度更大。单独同日重度PSPS使COPD就诊几率升高至1.29倍（95% CI：1.15，1.44），滞后0–3天效应略弱但仍显著（1.14，95% CI：1.02，1.27）。联合暴露时，同日重度PSPS与10 μg/m3野火PM_2.5使COPD就诊几率升至1.37倍（95% CI：1.19，1.58），滞后0–3天为1.36倍（95% CI：1.15，1.60）。乘法交互作用在滞后0–3天模型中较为明显（1.18，95% CI：0.98，1.41）。年龄分层显示，COPD的PSPS主效应和联合效应在65岁以上成年人中更强。

心血管疾病与精神障碍

无论同日还是滞后0–3天，轻度、中度或重度PSPS事件、单独野火PM_2.5暴露及其联合暴露均与心血管或精神科急诊或住院无显著关联，年龄分层后结果一致。

敏感性分析与二次分析

采用相对暴露指标的分析结果与绝对指标一致。连续暴露分析显示，每增加1,000名无电客户，呼吸系统就诊几率升高2%（同日OR = 1.02，95% CI：1.01，1.02），COPD就诊几率升高6%（同日OR = 1.06，95% CI：1.04，1.07）。基于断电持续时间的分析未发现显著主效应，但65岁以下人群中观察到微弱的乘法交互作用。

四、讨论与结论

本研究表明，重度PSPS事件与同日呼吸系统及COPD特异性急诊和住院风险增加相关，且该关联在野火PM_2.5同时存在时进一步增强，呈现出超相加的协同效应。这一发现填补了PSPS事件健康影响流行病学研究的空白，并为日益增长的野火与断电联合暴露的健康风险评估提供了重要证据。

研究结论指出：PSPS事件可能增加需要急性医疗护理的呼吸系统事件风险，尤其是当它们与野火PM_2.5同时发生时。随着美国人口老龄化和eDME依赖人群的增加，理解PSPS事件单独及与野火PM_2.5联合时的呼吸系统健康影响，将有助于制定既能降低野火风险又不损害公众健康的缓解策略。研究人员强调，随着气候变化驱动野火更加频繁以及电网持续老化，公用事业公司和政策制定者必须在PSPS事件的野火预防效益与其健康成本之间进行权衡，并在断电发生时采取行动减少健康损害。