《GeoHealth》：How Do Climatic Factors Directly Influence the Incidence and Risk of Meningococcal Meningitis Across the African Meningitis Belt? A Narrative Literature Review
全球流行性脑脊髓膜炎的最高发病率发生在非洲脑膜炎带，该区域横跨撒哈拉以南非洲的26个国家。该地区流行性脑脊髓膜炎发病率具有高度季节性，暴发主要发生在旱季，其特征是低降雨量和大气湿度、高温以及沙尘和风速增加。流行性脑脊髓膜炎暴发的强季节性恰与气候因素的季节变化相重合。这种多重共线性使得识别疾病的环境驱动因素及其作用机制变得困难。本综述旨在整理现有证据，以更好地阐明气候变量影响流行性脑脊髓膜炎发病率的机制。研究人员考察了沙尘、风速、温度、降雨量和土地覆盖对流行性脑脊髓膜炎暴发的影响。在文献中，大气沙尘和风速与流行性脑脊髓膜炎暴发具有最强的统计学关联，并表现出比其他气候变量更高的预测概率。然而，若干气候因素彼此之间存在明显影响，这反映在流行性脑脊髓膜炎的季节性中。大气沙尘可通过其辐射特性部分减少降水。降雨量减少和温度升高可使土壤干燥，增加其被抬升为沙尘的可能性。同时，较低的大气湿度增加了蒸散需求，导致土壤水分流失更快和地表干燥加剧。研究人员认为，降雨量、温度和土地覆盖变率可能作为更广泛气候机制的一部分，增加大气沙尘，从而提高流行性脑脊髓膜炎的发病率和风险。
1 引言
全球范围内，由脑膜炎奈瑟菌（Neisseria meningitidis）引起的流行性脑脊髓膜炎在儿童和青年人中造成显著疾病负担。2019年约有40万例流行性脑脊髓膜炎病例，导致3.2万例死亡。虽然脑膜炎球菌主要是一种共生菌，其唯一宿主是人类鼻咽部，但当细菌进入血液时发生侵袭性疾病。脑膜炎球菌细菌穿过血脑屏障到达蛛网膜下腔并繁殖，导致脑膜炎症，从而发展为脑膜炎。全球流行性脑脊髓膜炎的病死率低于肺炎球菌脑膜炎，后者由肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）引起。两种细菌性脑膜炎的疑似病例定义均为“发热≥38.5℃伴颈部僵硬、意识改变或其他脑膜体征”，其致病病原体需通过进一步实验室调查确定。虽然病死率较低，但相当比例的流行性脑脊髓膜炎幸存者患有神经系统后遗症，包括癫痫、听力丧失和认知障碍，可造成显著的长期负担。
最高发病率发生在撒哈拉以南非洲的脑膜炎带，该区域从塞内加尔延伸至埃塞俄比亚。2019年，全球5岁以下儿童脑膜炎病例的50%发生在该带内，其中大部分可能为流行性脑脊髓膜炎。1963年Lapeyssonnie首次定义该带时包括11个非洲国家，选择标准包括年平均降雨量300–1,100 mm和高流行性脑脊髓膜炎发病率。经过多次评估，目前该带包括26个国家，已向东西方向扩展。流行性脑脊髓膜炎具有高度季节性，病例在旱季（10月至次年4月）达到高峰，并随着非洲季风系统开始（6月开始，在非洲萨赫勒地区）而下降。自20世纪40年代以来，该带内大约每8–12年发生一次流行周期，间隔不规则。从20世纪80年代起，流行间隔缩短且更不规则。Irving等人提出，大规模流行的周期性可能是由于细菌携带产生的暂时免疫力模式与细菌传播季节性变化的综合作用。在非洲以外，流行性脑脊髓膜炎发病率历史较低。
继Lapeyssonnie 1963年论文后，多项研究强调流行性脑脊髓膜炎发病率与沙尘、风和温度之间存在统计学显著关系。整个非洲，脑膜炎在当地语言中被称为“风和太阳”的疾病，强调气候对发病率的影响。气候因素与风险之间的显著关联表明气候变化有潜力改变未来疾病动态。
然而，不同地区疾病季节性存在相当大的变异。在非洲以外国家，流行性脑脊髓膜炎发病率在冬季达到高峰。北半球国家报告细菌性脑膜炎发病率随低温上升而增加。区域季节性关键变异表明气候因素对流行性脑脊髓膜炎的影响各异。一些额外因素，包括细菌携带率、人群免疫力和身体接触率，均有助于发病率和风险，这些因素也可受气候条件影响。
虽然先前的文献综述已检查气候因素的影响，但自最近发表以来过去10年，对这些因素的理解已取得进展。近期研究更强调人为气候变化在影响风险中的作用，这可影响暴发的时间和位置。此外，一些研究提出细菌传播可能存在最适温度。研究还检查了风向在影响暴发风险中的作用，并进一步强调了国家在脑膜炎带内地理位置的重要性。总体而言，近期文献强化了对非洲脑膜炎带气候影响机制的更好理解。
本综述检查气候因素及其对非洲脑膜炎带流行性脑脊髓膜炎发病率和风险的影响，重点关注气候变化和变率如何改变暴发风险。撒哈拉以南非洲尤其易受气候变化影响，可能改变发病率和风险。萨赫勒地区预计在21世纪剩余时间为持续气候变化热点。此外，非洲脑膜炎带脑膜炎的强季节性表明气候因素之间存在相当大的共线性，难以区分主要驱动因素。本综述旨在整理现有证据，更好阐明气候变量影响流行性脑脊髓膜炎发病率的机制。不同于早期综述，本文提出新假设，确定增加风险的关键因素是撒哈拉沙尘由哈马坦风（Harmattan wind）携带横跨西非，增加暴发风险。建立气候驱动因素及其影响机制对理解未来疾病负担至关重要。
2 方法
本综述关注对温室气体（GHG）排放敏感的气候因素如何驱动非洲脑膜炎带流行性脑脊髓膜炎暴发风险。上升的GHG排放捕获大气热量并增加地表温度。GHG引起的变暖可影响多种气候机制，对人类健康产生显著影响，包括增加干旱发生率和沙尘暴中颗粒物水平，可能直接影响发病率。
研究人员使用Mora等人2022年检查对GHG排放敏感的气候灾害对人类致病疾病影响的论文，指导数据库搜索范围。Mora等人论文中确定的气候灾害作为关键搜索词基础，从而将文献综述主要框定在气候变化驱动过程背景下。
由于Mora等人工作中与脑膜炎相关的气候灾害有限，研究人员扩大到包括更广泛文献中已确立与流行性脑脊髓膜炎关联的气候灾害。然后将Mora等人工作中的气候灾害转化为气候变量，过程中将“风暴”分为沙尘和风速，涵盖沙尘暴和风暴以及这些因素对暴发的单独影响。暴雨由单独降雨变量覆盖。考虑的气候灾害包括土地覆盖和变化（森林砍伐和荒漠化）、降水、温度、风速和沙尘。所有气候灾害在本综述中均确认与暴发有关联。
虽然湿度与暴发存在已知联系，但未将其作为搜索词，因为它不属于Mora等人确定的气候灾害。一些研究考虑了大气湿度，但未作为主要搜索变量，部分由于其与降雨量、温度和沙尘相关指标的共线性。此外，鉴于大气沙尘传输在增加风险中的作用，土壤湿度可能提供更机制性的地表干燥条件表示。然而，由于其在文献中频繁出现，研究人员专门讨论了大气湿度与暴发的关联。
具体湿度代表空气中实际水汽量，反映真实大气水分含量。绝对湿度也是空气中水汽量的度量，但与气温无关。相对湿度的温度依赖性，表示空气中水汽量相对于给定温度下空气最大持水量的比例。湿度可能受持续气候变化影响。
研究人员考虑了截至2025年发表的论文，包括英文和法文，因为脑膜炎带有大量法语人口。范围包括实验、定性和观察性研究以及综述和致编辑的信件。
计算机化搜索包括Medline术语和关键词，涉及流行性脑脊髓膜炎和表格中的主题。使用PubMed、Web of Science、ScienceDirect、Scopus、Medline、Global Health和Global Index Medicus筛选适当摘要。用MESH术语和额外搜索词搜索每个气候风险因素，附加“流行性脑脊髓膜炎”、“肺炎球菌脑膜炎”、“流感嗜血杆菌脑膜炎”和“细菌性脑膜炎”。在主要数据库搜索中，确定1859篇非重复文本，根据标题和摘要筛选范围和相关性。之后阅读全文，并审查纳入研究的参考文献以获取额外来源。还纳入支持性气候文献补充流行病学证据。
3 结果
3.1 流行性脑脊髓膜炎的气候季节性
非洲脑膜炎带发病率具有高度季节性，很大程度上受沙尘、风向和风速控制。这些因素与低降雨量一起在预测暴发和影响人口流动中起重要作用。发病率在旱季开始后增加，与撒哈拉沙漠哈马坦风移动一致。暴发随后随着季风降雨开始而消退，降雨在6月开始，7月至9月达到高峰。
哈马坦风属于信风组，在赤道与热带辐合带（ITCZ）汇合。ITCZ和相关热带锋（ITF）动态影响萨赫勒的降水和沙尘模式，形成明显的旱雨两季。西非，ITCZ南移与旱季一致，以哈马坦风为标志。相反，夏季ITCZ北移与季风相关。随着ITCZ和ITF北移，来自几内亚湾的季风带来水分，增加降雨量。
旱季期间，大气低层局地沙尘主要由哈马坦风从乍得博德莱（Bodele）向西携带至几内亚湾，导致脑膜炎带吸收性气溶胶指数增加。博德莱洼地是世界上最大大气沙尘源。博德莱洼地沙尘产生主要在10月和4月，与博代莱低空急流风季节移动一致。
3.2 统计关联
在综述检查的气候因素中，研究人员发现流行性脑脊髓膜炎流行与降雨量、温度、土地覆盖类型、大气沙尘和风速之间存在统计关联，但关联强度差异很大。此外，虽然研究不总是明确包括大气湿度，但可能影响风险，并常与降雨量、温度和沙尘条件高度相关。在所有气候因素中，大多数证据围绕沙尘和哈马坦风驱动的暴发关系，强调大气沙尘作为关键驱动因素。
Greenwood等人首先在尼日利亚暴发中发现增加的大气沙尘与暴发之间的联系，哈马坦风滞后4周与住院增加相关，关联可能由于撒哈拉沙尘强度。Besancenot等人在贝宁回归分析发现北部疾病暴发时间变异的14%–34.5%由气候因素（主要是哈马坦风）造成，但南部未建立。Martiny和Chiapello使用长期萨赫勒气溶胶数据发现暴发常在大气沙尘水平增加后0–2周频繁发生。许多研究得出结论，沙尘和风速与发病率和暴发直接相关。沙尘预报已有效用于非洲脑膜炎带脑膜炎预警系统，具有2周预见期。
然而，分析空间尺度对统计关联有显著影响。Woringer等人在布基纳法索使用逻辑回归模型分析个体卫生中心 catchment 区数据，调整日历周后，沙尘水平与病例无统计显著关联，归因于哈马坦风大区域尺度导致 closely located 卫生中心测量同质性。类似结果在Paireau等人研究中观察到。这些研究突出选择适当空间尺度研究气候变率和脑膜炎的困难。
几项研究发现低降雨量与发病率统计关联。尼日尔研究发现负相关。Paireau等人发现3月早雨是保护因素。但研究表明，相比沙尘和温度，降雨量与发病率关联相对较弱。Abdussalam等人发现尼日利亚西北部旱季月份降雨影响弱。Ayanlande等人发现降水与暴发关系显著弱于沙尘和温度。Molesworth等人发现逻辑回归模型中降水模式关联，但作者认为可能与沙尘统计显著性相关，由于20世纪70-80年代萨赫勒干旱后沙尘颗粒增加。无降雨可能与旱季更广泛气候条件驱动相关，对发病率有更显著影响。低降雨量可能主要作为增加大气沙尘的驱动因素，进而提高发病率。
温度与发病率关系多变。几项研究发现温度升高与发病率统计显著相关。Adebayo在尼日利亚13年研究发现53%发病率变异可归因于温度变化。研究还表明中非和西非可能因温度变率增加继续面临流行风险。此外，较高温度可增强脑膜炎球菌对人类免疫反应的抵抗力。但一些研究发现沙尘和风速有更强统计关联。Agier等人研究发现沙尘、风速与脑膜炎相关性强于温度。García-Pando等人比较广义线性模型预测尼日尔发病率，使用纬向风和沙尘变量模型显著优于温度模型，进一步突出哈马坦风携带沙尘作为主要驱动因素。
一些研究表明可能存在最适传播温度。Mazamay等人在刚果民主共和国发现最高温度与发病率负相关，但平均温度正相关，温暖地区罕见暴发，表明较高温度可能抑制细菌生长，利于自溶。Oluwatimilehin等人发现最低温度与发病率统计正相关。这些表明发病率与温度可能存在非线性关系。Dione等人在次季节预报中提出操作阈值空气温度>30°C有利于暴发。旱季高温可能通过驱动沙尘和风的相同机制增加发病率。虽然温度可能不是主要驱动因素，但可能加剧沙尘等风险因素，在传播和侵袭中起更核心作用。
萨赫勒大气湿度具有明显季节模式，5月至10月增加，旱季开始减少。若干论文发现湿度与脑膜炎关联，但多数强调湿度增加（绝对和相对）导致流行停止，而非低湿度导致疾病发生。Pandya等人发现平均至少40%相对湿度数周可自然结束流行，无需反应接种。一些作者建议脑膜炎带地理边界部分由较高湿度水平决定。建议塞内加尔较高相对湿度导致较低疾病负担。然而，这些研究中关于湿度与沙尘驱动暴发的机制关联讨论有限，疾病增加多归因于湿度加剧适合细菌侵袭的条件。未来研究应检查增加湿度水平与减少土壤干燥潜在关联，导致较低沙尘生成。注意相对湿度与土壤干燥过程关键联系，鉴于其与蒸散需求和土壤水分流失直接相关。
与温度和降雨量一样，文献表明湿度与暴发关联弱于大气沙尘和风速。Nakazawa和Matsueda强调纬向风在驱动病例变化率的显著贡献。García-Pando等人确定预测尼日尔季节发病率时，使用纬向风和大气沙尘模型预测力最大，相对湿率在1月前与季节发病率无显著关联，强调晚季湿度促进流行停止。Martiny和Chiapello检查尼日尔和马里脑膜炎季节沙尘与绝对湿度关系，结论流行季节时间与沙尘决定流行开始更高显著性相关，而非湿度。虽然疾病在旱季增加，但病例主要在旱季末增加，与每年首次沙尘事件紧密一致。符合现有文献，作者强调流行季节结束直接与季风到达增加湿度一致。这表明低湿度水平单独不能驱动发病率，大气沙尘和纬向风是暴发致病因素。然而，增加湿度水平在旱季末足以停止流行季节。
由于暴发主要发生在萨赫勒和苏丹地区，区域土地覆盖在预测流行位置起关键作用。Molesworth等人系统综述发现三分之二暴发发生在萨赫勒及周围国家。其2003年逻辑回归模型使用土地覆盖类别作为最终模型预测地区级暴发发生，发现无明显季节变化区域比有明显干湿季区域更不可能经历流行。暴发罕见在森林或沿海地区，因为高湿度降低传播。Savory等人评估模型建议脑膜炎带可能向南扩展，部分由于萨赫勒易受气候变化和土地覆盖变化影响。建议土地覆盖变化可能增加大气沙尘。但无研究检查土地覆盖和使用变化如何改变风险，代表显著研究空白。
3.3 次要关联
虽然大量科学文献表明哈马坦风携带大气沙尘增加人群风险，但关联背后机制不明。认为沙尘通过促进细菌传播和侵袭增加发病率和风险。布基纳法索研究发现疑似脑膜炎发病率与上呼吸道感染增加强相关，但与下呼吸道无关。建议较低湿度和高水平沙尘可通过损伤咽粘膜增加鼻咽定植水平，导致更多无症状携带者。撒哈拉沙尘已证明加剧哮喘和有利于呼吸道感染建立。体内研究强调沙尘暴露吞噬细胞功能受损，吸入沙尘引起炎症性肺部疾病，加上吞噬活性受损，允许细菌更好存活并增加穿过血脑屏障可能性。
虽然本综述评估气候因素均对发病率有明显影响，但统计建模局限性突出间接影响重要性。Thomson等人检查气候异常影响，发现旱季开始气候条件与数月后暴发相关，鉴于短潜伏期，不太可能影响。Yarber等人发现流行季节开始约在沙尘水平上升后10周。这些研究中气候变量滞后影响反映与发病率延迟关联，部分由于间接因素影响，包括细菌携带率、人群免疫力和接触率。相反，Duki?等人强调气候因素作为间接因素代理变量潜力，例如哈马坦季节室内过度拥挤。
气候变化通过增加温度变率、干旱频率和极端天气事件加剧许多风险，导致更大资源短缺和人口脆弱性。气候变化还增加非洲荒漠化，可能通过更频繁沙尘暴进一步增加风险。荒漠化还通过人口流离失所、食物和水短缺及冲突间接影响暴发。萨赫勒干旱导致广泛荒漠化，以前肥沃农田变得贫瘠。植被减少和土地使用变化可增加大气沙尘，减少植被也增加沙尘暴发生。此外，土地使用变化导致过去200年沙尘排放增加18%，21世纪可能进一步增加5%–10%。这些显著变化可能影响人口健康和暴发风险。
全球2018-2022年与1981-2017年相比，干旱影响面积扩大74%，主要由于大气蒸散需求增加。2022年30%全球土地受中度和极端干旱影响。非洲受干旱严重影响地区，如东非，由于气候和社会压力恶化，流行性脑脊髓膜炎风险可能升级。许多国家现在全年报告病例，趋势被认为由于气候变化。
4 讨论
4.1 影响流行性脑脊髓膜炎的气候机制
本综述讨论气候因素如何增加非洲风险和发病率，旨在发展新假设确定关键气候因素。现有流行病学假设：温度和湿度等因素可增加细菌在旱季通过呼吸道飞沫存活和传播，导致携带者增加随后病例增加。历史上支持证据有限，近期研究发现非洲携带率季节变异，旱季较高。
另一假设是旱季增加沙尘由于损伤咽粘膜增加细菌侵袭率。Koutangni等人系统综述和荟萃分析发现疾病发病率旱季高15倍，支持增加侵袭假设。
Mueller和Gessner模型结合这些假设，建议季节过渡从地方性雨季到高地方性旱季导致携带者中侵袭疾病增加，局部流行由于传播增加。Irving等人评估认为传播季节变化比侵袭在复制观察流行病学中作用更大。但Koutangni等人在更细空间尺度确定数学模型需要两者增加传播和侵袭来重现高地方性。
气候影响机制和携带的多种假设表明气候因素和细菌动态相互作用复杂性。虽然自1963年认识关联，但潜在生物机制仍知之甚少。流行病学研究对气候因素如何影响沙尘浓度进而可能影响脑膜炎动态指导有限。
在本文讨论气候变量中，大气沙尘与暴发统计关联最明确。若干气候因素可能不直接影响发病率，而是作为增加大气沙尘驱动因素，进而影响非洲流行风险。
4.2 沙尘、土地覆盖、降水和湿度之间的机制联系
如Molesworth等人建议，撒哈拉和萨赫勒降水与沙尘相互作用影响流行风险。虽然认为沙尘可驱动降水，但发表研究对方向和大小不一致。一些研究发现沙尘增加降雨，但多数建议沙尘减少降雨。差异部分由于全球气候模式（GCMs）和天气研究和预报（WRF）模型方程和变量重要性不同。GCMs是模拟地球气候的数学模型，WRF是区域中尺度天气预报模式。萨赫勒沙尘大小和折射指数变化常被假设相同，物理特征影响沙尘反照率，导致辐射特性变异。一些气候模型由于表面风场误差显示沙尘排放偏差。
大气沙尘反照率对萨赫勒降水水平有关键影响。当沙尘吸收更多辐射，导致低层大气变暖，提供对流能量，加强季风气流。沙尘成分控制反照率，变化导致不同反照率。当沙尘反照率高吸收光少，减少大气加热抑制对流，减弱季风减少降水。
大气沙尘颗粒还可通过作为云凝结核（CCN）影响云形成。沙尘是小CCN关键来源，导致形成非常小水滴，无法合并为大雨滴，减少降雨。
萨赫勒降水减少可通过干燥土壤和减少植被覆盖增加沙尘，暴露更多裸土可被风抬升为沙尘，进一步减少降雨。结合这些过程形成正反馈循环。湿度在驱动降水中起关键作用，未来降雨变化部分由相对湿度变化和辐合带移动驱动。这意味着降低相对湿度可能导致较低降雨并可能促进土壤干燥，改善抬升为沙尘条件。
大气沙尘对降雨影响复杂化由于表面冷却，因为反射和吸收太阳辐射也可加热陆地，增加表面温度。当沙尘阻挡太阳辐射到达地表，稳定低层大气，抑制对流减少降水。非洲表面冷却变异显著，撒赫勒和西非效应更强。这表明减少沙尘可能增加降雨，但取决于沙尘吸收和反射光能力及下垫面特征，影响可能是区域特定且依赖沙尘类型。
4.3 温度、湿度、沙尘和土地覆盖之间的机制联系
随着温度升高，大气蒸散需求增加，由于大气持水能力增强。在水分有限易干旱地区，上升温度可降低相对湿度，因为增加速度快于大气水分含量。这增加蒸散需求，导致土壤水分降低和植被胁迫。
由于温度升高通过湿度影响蒸散，对土地覆盖有明显间接影响。非洲高温和干旱与低土壤水分相关。在更热更干季节，土壤吸收更多能量，增加土壤温度，促进更高表面气温，形成反馈循环，暖空气增加大气水分需求，驱动进一步蒸发，增加土壤变暖和干燥，影响土壤可蚀性。温度升高也可通过干燥土壤间接增加沙尘，在风速增加时抬升。抬升常发生在植被稀疏和土壤受土地使用变化影响区域。虽然表明高温可增加沙尘，但需进一步研究了解不同区域和土壤类型变异。此外，湿度在影响沙尘水平重要性增加，由于对启动风蚀阈值摩擦速度影响。低湿度通常有利于干燥土壤，有利于沙尘排放，但特定低土壤水分条件可能限制沙尘移动。高湿度增加沙尘颗粒间凝聚力，需要更强风产生沙尘，导致较低排放率。
土地覆盖和温度关系双向。植被类型对陆地表面温度有显著影响，由于对水文气候过程影响。萨赫勒季风后绿色植被正异常可增加蒸散，抵消温度升高。
