入学时的低水平细颗粒物空气污染暴露与发育脆弱性：西澳大利亚的一项基于人群的队列研究

《Environmental Research》：Exposure to low-level fine particulate matter air pollution and developmental vulnerability at school entry: A population-based cohort study in Western Australia

　　

摘要

背景

细颗粒物空气污染（PM₂.₅）与不良的神经发育结果有关。然而，关于学龄前儿童发育脆弱性的全人群研究证据仍然有限，尤其是在低暴露环境中。我们在西澳大利亚研究了产前和幼儿期PM₂.₅暴露与学龄前发育脆弱性之间的关联。

方法

我们利用澳大利亚早期发展普查（AEDC）、助产士通知系统（MNS）、出生登记以及医院发病率数据收集系统（HMDC）的关联数据，开展了一项基于人群的队列研究。2009年、2012年和2015年参与AEDC调查的儿童在二级统计区域层面被确定了每日PM_2.5暴露水平。我们计算了产前（受孕至出生）、幼儿期（出生至AEDC评估）以及累计（受孕至AEDC评估）暴露期间的平均PM₂.₅浓度。发育脆弱性定义为在各发育领域中得分低于2009年AEDC设定的第10百分位临界值。我们使用贝叶斯多层逻辑回归模型来分析这些关联。

结果

在54,458名儿童中，平均PM₂.₅浓度在7.40到7.54微克/立方米之间。每增加1微克/立方米的幼儿期PM₂.₅暴露，儿童在一个或多个发育领域出现脆弱性的风险会增加（DV1：比值比1.04，95%置信区间1.01–1.07），在两个或更多领域出现脆弱性的风险也会增加（DV2：比值比1.06，95%置信区间1.03–1.08）。身体健康与幸福感、社交能力以及语言和认知技能方面存在关联，而产前或累计PM₂.₅暴露则没有显示出关联。

结论

在这类低暴露环境中，幼儿期PM₂.₅暴露与学龄前的发育脆弱性增加有关。尽管产前和幼儿期的暴露程度高度相关，无法确定具体的关键暴露时期，但本研究中最大的关联出现在幼儿期暴露阶段。这些发现支持继续努力减少儿童接触PM₂.₅，尤其是针对那些在社会和生物学上较为脆弱的群体。

引言

环境空气污染是21世纪重大的全球健康挑战。¹细颗粒物（PM₂.₅）主要来自化石燃料燃烧、工业活动、生物质燃烧以及因气候变化而加剧的野火，它反映了不可持续的能源体系、土地利用方式以及城市化所带来的更广泛后果。²在全球范围内，PM₂.₅暴露是导致疾病和过早死亡的主要环境风险因素之一，会引发心血管、呼吸系统以及神经系统疾病。粒径≤2.5微米的细颗粒物尤其值得关注，因为它能够深入呼吸道，进入全身血液循环，进而引发多种不良健康状况。^3,4在各种全球疾病负担评估中，PM₂.₅暴露都被视为重要的环境风险因素，即便在相对较低的浓度下也是如此。^{5, 6, 7, 8, 9}

越来越多的实验和流行病学证据表明，生命早期接触PM₂.₅可能会对神经发育产生不良影响。^{10, 11, 12, 13, 14}产前暴露与胎盘功能异常、胎儿生长受限以及早产和低出生体重风险增加有关，而这些都是日后发育脆弱性的已知风险因素。^{6, 15}出生后，PM₂.₅可能通过氧化应激、全身性和神经炎症、血脑屏障功能紊乱、突触发育改变以及大脑成熟过程中的表观遗传修饰等方式，继续影响大脑发育。^{16, 17, 18}这些生物学机制为生命早期PM₂.₅暴露与后续认知、行为及发育结果之间的关联提供了有力解释。

流行病学研究普遍发现，生命早期接触PM₂.₅与不良的神经发育结果存在关联，包括认知功能受损、学业表现下降、语言发育迟缓、自闭症谱系障碍、注意力缺陷/多动障碍、行为问题以及整体发育较差等。^{19, 20, 21}然而，不同研究的结果并不一致。一些在PM₂.₅浓度相对较低的地区的研究则未发现明显关联或根本没有关联。^{22, 23, 24}暴露水平、暴露评估方法、暴露时间、结果定义、研究人群、混杂因素控制以及统计方法的不同，可能是造成这些差异的部分原因。此外，许多以往的研究所使用的样本量较小，或者依赖特定的发育评估方法，这也限制了其研究结果的普适性。

学龄前的发育脆弱性是反映儿童身体、社交、情感、语言及认知发展状况的重要群体指标，它能很好地预测孩子日后的教育成就、心理健康以及社交发展情况。²⁵尽管这一指标在公共卫生领域非常重要，但仍有少数研究使用全人群的关联行政数据来探讨PM₂.₅暴露与发育脆弱性之间的关系，尤其是在那些环境中的PM₂.₅浓度通常低于现行空气质量标准的地区。因此，目前还不清楚在这些人群中，较低水平的PM₂.₅暴露是否与发育脆弱性有关。填补这一证据空白十分重要，因为即便是发育结果出现轻微变化，也可能带来重大的群体影响。为此，我们利用西澳大利亚的各类行政和环境数据，研究了产前、产后以及累计PM₂.₅暴露与学龄前发育脆弱性之间的关联。

章节节选

研究设计与参与者

本研究是一项回顾性基于人群的队列研究，所用的数据来自澳大利亚早期发展普查（AEDC）、助产士通知系统（MNS）以及医院发病率数据收集系统（HMDC）的关联行政数据。研究对象为所有参与2009年、2012年和2015年AEDC调查的西澳大利亚儿童。AEDC是一项全国性的三年一次的调查，用于评估学龄前儿童的整体发育状况。

在64,595名儿童中

研究人群与暴露特征

表1列出了本研究中54,458名儿童的各项特征，以及他们在产前、幼儿期和累计暴露期间的平均（标准差）PM₂.₅暴露水平。这些儿童在三个AEDC调查周期中的分布较为均匀（2009年为30.8%，2012年为35.8%，2015年为33.5%），且随着调查时间的推移，平均PM₂.₅浓度有所上升。该研究群体中，50.6%为男孩，49.4%为女孩，各组的PM₂.₅暴露水平大致相当

讨论

这项基于人群的队列研究探讨了西澳大利亚地区环境中的PM₂.₅暴露与学龄前发育脆弱性之间的关联。幼儿期（从出生到AEDC评估阶段）较高的PM₂.₅暴露水平，使得儿童在多个发育领域出现脆弱性的风险增加了4–6%，这些领域包括身体健康与幸福感、社交能力以及语言和认知技能等。这些关联在相对较低的PM₂.₅浓度下就已出现

结论

在澳大利亚这种低PM₂.₅暴露环境中，幼儿期较高的PM₂.₅暴露与学龄前的发育脆弱性增加有关。不过，由于产前和幼儿期的暴露程度高度相关，因此这些发现并不能说明存在某个明确的临界或敏感暴露时期。未来的研究可以结合多次发育评估结果，运用结构化的生命历程模型或分布式滞后模型等方法来进一步分析这一问题

CRediT作者贡献说明

Gizachew Tessema：撰写——审阅与编辑、验证、监督、软件使用、资源获取、项目管理、方法设计、研究实施、资金申请、正式分析、数据整理、概念构建。Ivan C. Hanigan：撰写——审阅与编辑、验证、资源获取、方法设计、数据整理、概念构建。Bereket Duko：撰写——审阅与编辑、监督、研究实施、概念构建。Sylvester Dodzi Nyadanu：撰写——审阅与编辑、验证、监督，

未引用参考文献

3.; 4.; 30.; 31..

数据共享

AEDC、MNS和HMDC的数据集来自西澳大利亚数据链接服务机构，不允许对外共享。PM_2.5数据则来自清洁空气与健康研究数据和分析技术平台（CARDAT），如需获取该数据，可访问以下网址：https://cardat.github.io/。

声明

所有作者均声明没有竞争性利益。

资金支持

GAT项目由澳大利亚国家健康与医学研究委员会资助（编号#1195716）。GP项目则由澳大利亚国家健康与医学研究委员会提供资助（编号#1099655和#1173991）。这些资助机构并未参与本研究的设计、数据收集、数据分析或结果解读工作。

利益冲突声明

作者们声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究使用了澳大利亚早期发展普查（AEDC）的数据。该普查由澳大利亚政府的教育部门出资开展。文中所述的观点和发现仅代表作者个人观点，不应归因于澳大利亚政府或相关部门。作者们还要感谢西澳大利亚数据链接服务机构的联络与客户服务团队，以及助产士通知系统、医院发病率数据收集系统等相关数据的管理人员

Kendalem Asmare Atalell|Gavin Pereira|Sylvester Dodzi Nyadanu|Bereket Duko|Ivan C. Hanigan|Gizachew A. Tessema

澳大利亚西澳大利亚州珀斯市科廷大学科廷人口健康学院