在人口密集的城市环境中，野火烟雾、PM2.5暴露与呼吸系统疾病的关系：空间映射与时间序列证据

《Science of The Total Environment》：Wildfire smoke, PM 2.5 exposure and respiratory morbidity in a densely populated urban setting: Spatial mapping and time-series evidence

　　

摘要

巴西的野火活动愈发严重，这引发了人们对人口密集地区呼吸系统健康问题的担忧。本研究利用DATASUS的住院数据、INPE的野火记录以及CETESB监测站的每日PM_2.5、温度和相对湿度数据，评估了2018至2025年间圣保罗州野火发生、PM_2.5暴露与呼吸道住院情况之间的关联。空间分析通过使用人口标准化的住院率（每10万居民）来评估野火热点区域与呼吸系统负担之间的对应关系。通过应用广义加性模型（GAM）对每周汇总数据进行分析，考察了PM_2.5与住院率之间的时间关联性，并考虑了温度、相对湿度、月份和 nonlinear 时间趋势等因素的调整。总共记录了1,467,172例呼吸道相关住院病例；0-10岁的儿童和男性是受影响最严重的群体。人口标准化数据显示，北部和西北部的地区人均负担更重，这些地区也恰好是野火高发区，而绝对病例数则主要集中在城市区域。2018年至2025年间，共记录了20,446起野火事件，主要发生在北部和东北部地区。GAM模型解释了82.8%的住院率差异（调整后的R² = 0.808）。经过全面调整后，PM_2.5暴露与住院率之间存在正相关关系（p = 0.054），每周PM_2.5浓度每增加10 μg/m³，住院率增加3.4%（RR: 1.034；95% CI: 0.889–1.204），尤其是在同一周的暴露窗口内这一关联最为明显。活跃火点数量与PM_2.5浓度之间有很强的正相关（ρ = 0.732；p < 0.001），表明野火活动是该地区大气颗粒物负担的主要来源。空间和时间证据支持野火与呼吸系统疾病之间的正相关关系，强调了在面临反复发生野火季节的人口密集地区加强环境监测和公共卫生监测的必要性。

引言

在气候变化和人类土地利用模式的共同影响下，野火的规模和影响都在加剧，这对空气质量及人类健康造成了重大影响（联合国环境规划署，2022年；Gajendiran等人，2024年；Rizzo和Rizzo，2025年）。这种健康负担的很大一部分归因于细颗粒物（PM_2.5），它是野火烟雾中的主要污染物，能够深入肺泡区域，引发系统性炎症和氧化应激（Naeher等人，2007年；Reid等人，2016年）。由于儿童的重呼吸速率较高且生物学上更为敏感，他们尤其容易受到影响，而老年人由于存在慢性疾病可能面临更严重的后果（Holm等人，2021年；Vega等人，2025年）。一致的流行病学证据表明，与野火相关的PM_2.5与不良呼吸系统效应有关，其效应通常比其他来源的颗粒物更为显著（Aguilera等人，2021年；Ye等人，2022年；Wang等人，2025年）。

在人口层面上，野火烟雾暴露与住院率、急诊就诊次数和死亡率增加有关，尤其是心肺疾病相关（Ye等人，2022年；Wilgus和Merchant，2024年；Wang等人，2025年）。其中，呼吸道相关住院情况对环境健康监测尤为重要，因为它们反映了烟雾暴露带来的急性且具有临床意义的反应。例如，Aguilera等人（2021年）报告称，野火相关PM_2.5浓度每增加10 μg/m³，呼吸道疾病住院率会增加10%，这一效应明显大于其他来源的PM_2.5。这种负担在人群中分布不均：患有慢性呼吸道疾病的个体、儿童和老年人始终被认定为高风险群体，野火事件也与哮喘、肺炎、慢性阻塞性肺疾病和急性呼吸衰竭的住院率增加有关（Cascio，2018年；Bowman等人，2024a；Bowman等人，2024b；Nascimento和Medeiros，2012年；Hutchinson等人，2018年；Arriagada等人，2019年；Skinner等人，2022年；Moore等人，2023年；Vega等人，2025年）。

2024年，巴西经历了严重的环境危机，活跃火点数量达到了2010年以来的最高水平，圣保罗州达到了8712个的高峰值（INPE - 国家空间研究所，2025年）。野火烟雾具有独特的毒性特征，不同于城市污染，会在人口密集的城市环境中引发不同的生物反应并改变暴露模式（Gould等人，2024年；Lei等人，2024年）。圣保罗州面临关键的风险状况，因为大西洋森林和塞拉多生物群落残余与大约4400万居民相邻（Nalon等人，2022年；IBGE - 巴西地理统计局，2025年）。这种空间布局使得生物质燃烧产生的排放物直接到达城市中心，导致哮喘发作和肺炎等不良后果（Nascimento和Medeiros，2012年；Arriagada等人，2019年；Moore等人，2023年）。在这种情况下，地面监测站测量的PM_2.5浓度比单纯火点数量更能直接反映人群的暴露情况，因为它综合考虑了燃烧事件产生的实际大气负担，而不受火点数量、规模或与人群距离的影响（Cleland等人，2021年；Aguilera等人，2021年；Requia等人，2021年）。

因此，本研究旨在评估2018至2025年间圣保罗州野火活动、PM_2.5暴露与呼吸道住院情况之间的关系。具体目标包括：（a）绘制野火热点的空间分布图，并在不同地理尺度上描述火灾高发区域；（b）评估野火活动与呼吸道住院率之间的关联在三个地理层次（市镇、邻近区域和中间区域）的尺度依赖性，以确定后续建模的最适空间单元；（c）研究研究期间活跃火点数量、PM_2.5浓度和呼吸道住院率的时间变化关系，包括对火灾活动与大气颗粒物之间潜在联系的定量评估；（d）在确定的最佳尺度上分析野火热点与人口标准化呼吸道住院率之间的空间对应关系；（e）描述最脆弱群体的 demographics 和临床特征；（f）使用调整了气象协变量和长期时间趋势的广义加性模型，模拟每周PM_2.5浓度与呼吸道住院率之间的时间关联。我们假设火灾活动较高的地区人均呼吸道住院率会升高，野火活动高峰期与PM_2.5浓度增加的时间段一致，且每周PM_2.5浓度与呼吸道住院率呈正相关。

章节摘录

研究设计、数据来源和人口特征

本研究采用生态学方法，整合了环境和流行病学数据，分析了野火活动、PM_2.5暴露与人口密集地区呼吸道疾病住院情况之间的关系。

住院数据的流行病学信息来自巴西统一卫生系统（DATASUS）的信息部门，使用的是基于人口普查的记录。

呼吸道住院的人口统计特征和季节性模式

2018年至2025年间，该地区因呼吸道疾病住院的总人数为1,467,172例，其中0至10岁年龄段的占37.62%（551,924例），0至19岁年龄段的占42.50%（623,582例）。

一个重要的结果涉及到住院分布

呼吸道住院的人口统计特征和季节性模式

本研究揭示了圣保罗州呼吸道住院的年龄分布特征。Jasinski等人（2011年）研究了大气污染与儿童和青少年因呼吸道疾病住院之间的相关性，发现所有0至19岁年龄段的住院病例中有95%发生在0至10岁年龄段（Jasinski等人，2011年）。

结论

圣保罗州的野火热点主要集中在北部和东北部地区，而Ribeir?o Preto、Campinas和S?o José do Rio Preto等中间区域占所有记录事件的约47%，这些地区被确定为环境监测的重点区域。

在中间区域层面，最一致地检测到了野火活动、PM_2.5浓度与呼吸道住院率之间的关联。

手稿准备过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本研究报告的过程中，作者使用了AI辅助语言工具（Claude, Anthropic）来实现两个目的：（1）支持将手稿从葡萄牙语翻译成英语并进行语言修订；（2）辅助生成用于展示具体图表的R代码。作者根据需要审查和编辑了所有AI辅助内容，验证了所有生成代码和输出的准确性，并对最终版本负全责。

CRediT作者贡献声明

Egle Gabriele Castanha de Souza： 负责撰写初稿、方法论、数据整理和概念构建。Bruno Iartelli Silva： 负责撰写初稿、可视化效果验证和部分调查工作。Alexandre Matos Muniz Matias： 负责撰写、编辑、验证、软件开发、方法论和部分调查工作。Luis Felipe de Almeida Duarte： 负责撰写、编辑、监督、方法论和全部调查工作以及数据分析。

伦理批准和参与同意

本研究使用了公开可用的汇总数据，其中不包含个人身份信息。根据巴西法规，无需伦理批准和知情同意。

资金来源

本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织的专项资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

Egle Gabriele Castanha de Souza|Bruno Iartelli Silva|Alexandre Matos Muniz Matias|Luis Felipe de Almeida Duarte

圣塞西莉亚大学，生物医学学士学位课程，Oswaldo Cruz路277号，Boqueir?o，11045-907，Santos，圣保罗，巴西