综述：空气污染与热效应对非洲呼吸系统发病率和死亡率的影响：一项面向荟萃分析的系统综述

《Current Environmental Health Reports》：Air Pollution and Heat Impacts on Respiratory Morbidity and Mortality Outcomes in Africa: A Systematic Review Towards a Meta-analysis

　　

综述目的本综述综合了非洲空气污染与呼吸系统发病率之间关联的证据。遵循PRISMA指南，研究人员系统检索了PubMed、ScienceDirect和Elicit数据库中2015年至2025年间发表的病例对照研究。近期发现来自十个非洲国家的十三项研究报告的污染物水平远超世界卫生组织指南。使用生物质燃料的家庭室内PM_2.5浓度范围为96至177 μg/m3，环境PM_2.5浓度高达259 μg/m3。氮氧化物与儿童肺功能下降持续相关，而家庭空气污染增加了五岁以下儿童死亡风险和低出生体重风险。急性呼吸道感染与空气污染的关联在不同环境中存在差异。幼儿、气道高反应性个体以及通风不良的家庭易感性最高。仅有三项研究纳入了温度因素，且没有研究探讨热与呼吸系统健康之间的交互作用。总结在非洲的病例对照研究中，颗粒物和家庭空气污染始终与不良呼吸系统结局相关，突显了对清洁燃料、改善通风以及关于污染和热暴露联合效应的更强证据的迫切需求。

引言

空气污染是全球发病率和死亡率的主要环境风险因素，低收入和中等收入国家承担了不成比例的健康负担[1]。在非洲，快速城市化、对生物质燃料的依赖、不断增长的交通排放和工业活动共同导致了世界上最高的环境及家庭污染水平[2]。与此同时，呼吸系统疾病仍然是整个大陆疾病和死亡的主要原因，尤其是在儿童、老年人和患有基础疾病的人群中[3]。尽管存在这些相互交织的脆弱性，但关于非洲人群中污染与呼吸系统健康关联的证据仍然有限且零散，采用稳健流行病学设计的研究很少[4]。

理解这些关联对于制定能源转型、空气质量管理和公共卫生规划政策至关重要。虽然全球文献[5]已明确建立了颗粒物、氮氧化物与一系列呼吸系统结局之间的关联，但这些模式在非洲环境中是否持续成立尚不清楚，因为非洲的暴露特征、家庭行为、气候条件和卫生系统环境存在显著差异。近期研究已开始探索这些关系，但研究结果仍然存在异质性，且通常受限于小样本量、有限的暴露评估和参差不齐的研究质量[6]。本系统综述综合了当前的病例对照研究证据，以阐明非洲空气污染相关的呼吸系统风险，并确定未来研究和政策行动的优先事项。

方法

研究设计与目标

本系统综述旨在综合2015年至2025年间在撒哈拉以南非洲开展的、探讨空气污染与呼吸系统发病率结局之间关系的病例对照研究证据。综述的目标是：(1) 量化这些暴露与呼吸系统结局之间关联的强度和方向；(2) 识别对综合环境 stressors 最脆弱的人群群体；(3) 从纳入的研究中进行荟萃分析。

文献检索策略

在PubMed和ScienceDirect数据库进行了全面的文献检索，并使用Elicit语义搜索引擎进行了补充。

筛选与资格标准

使用人群、暴露、对照、结局、研究设计（PECOS）标准对研究进行筛选，并采用严格的纳入标准以确保方法学严谨性和相关性（表1）。地理范围限定为非洲国家或包含至少一个非洲环境的多国分析。暴露评估聚焦于空气污染物（如PM_2.5、NO₂、CO、黑碳）。考虑报告急性呼吸道感染、肺炎、慢性阻塞性肺疾病、哮喘、出生体重和死亡率等呼吸系统结局的研究。定量分析必须包含将暴露与健康结局联系起来的效应估计值，且仅纳入2015年至2025年间发表的同行评审文章。质量评估要求可获得全文。不符合这些标准的研究，包括综述或在非洲以外进行的研究，均被排除（表1）。

数据提取

使用Elicit大型语言模型（该模型经过系统综述任务训练）应用的结构化模板提取数据。提取的变量包括：研究特征：国家、环境（城市/农村）和参与者人口统计学信息（年龄、性别、样本量）；暴露评估：污染物类型、测量方法（监测、建模或调查）、时间平均周期和室内/室外分类；结局定义：疾病类别、诊断标准和数据来源（医院、调查或登记处）；效应估计值：比值比和置信区间；混杂控制：对年龄、性别、社会经济状况、吸烟、天气和其他相关变量的调整。

数据综合与分析

由于暴露指标、结局定义和统计建模方法的异质性，对提取的数据进行了叙述性综合。研究按污染物类型（颗粒物、气态、家庭）、暴露环境（室内与环境）和人群亚组（儿童、成人、女性）进行分组。在可能的情况下使用定量总结来突出效应估计值和置信区间的范围。重点在于识别风险模式以及研究间的地理或社会经济差异。

质量评估

对方法学质量和偏倚风险进行了整体评估，考虑了研究设计严谨性、暴露测量准确性、对照选择、混杂因素调整和统计报告完整性。方法不明确、数据缺失或缺乏关键混杂因素控制的研究在综合中被记为局限性。

结果

描述性发现

本综述确定了13项研究（图1；表2），在撒哈拉以南非洲的10个国家开展，检验了空气污染与呼吸系统结局之间的关联。研究在设计、人群、暴露评估和测量结局方面差异显著。研究采用了多种暴露评估方法。环境空气污染使用PM_2.5、PM₁₀、NO₂、NO和SO₂监测仪进行测量。家庭空气污染暴露主要通过烹饪燃料类型（生物质与清洁燃料）或室内污染物的直接测量进行评估。一项研究独特地检查了空气传播的细菌和真菌微生物群[7]。多项研究测量了温度，布隆迪的温度范围为17℃至33℃[8]，肯尼亚为25-30℃[9]，但大多数研究未将温度作为主要暴露因素进行报告。

暴露水平及与世界卫生组织空气质量指南的比较

在各研究现场，测得的空气污染水平经常超过世界卫生组织推荐的标准。使用生物质燃料的家庭室内PM_2.5浓度范围为95.69至177 μg/m3，大大超过了世界卫生组织24小时限值25 μg/m3。在布基纳法索，环境PM_2.5浓度范围为0.41至258.82 μg/m3，而PM₁₀水平（0.06–18.33 μg/m3）保持在世卫组织指南范围内[10]。肯尼亚工业区附近的学校在旱季室内PM₁₀中位数水平为60.8–269.1 μg/m3，雨季为52.8–232.3 μg/m3，PM_2.5值分别为17.7–52.4 μg/m3和28.5–75.5 μg/m3[9]。几乎所有教室都超过了世卫组织推荐的水平。在尼日利亚尼日尔三角洲，受原油影响的社区显示PM_2.5、PM₁₀、总挥发性有机物和甲醛的平均浓度持续高于受影响较小的社区，且经常超过世卫组织和国家标准[11]。南非学校的氮氧化物暴露显示，南部（高污染）社区的SO₂平均值为8.7 ppb，而北部社区为1.9 ppb，PM₁₀最大24小时浓度接近或超过150 μg/m3[12]。

对急性呼吸道感染和肺炎的影响

室内空气污染与急性呼吸道感染之间的关联因污染物类型和研究背景而异。在布基纳法索，室内厨房使用生物质燃料使五岁以下儿童患急性呼吸道感染的几率增加了两倍（OR = 3.79，p = 0.044）[10]。居住在三间以上卧室的房屋具有保护作用（OR = 0.38，p = 0.013），这可能是由于使用了更清洁的取暖和烹饪燃料以及更好的通风。在尼日利亚，黑碳暴露与肺炎发作呈正相关（p = 0.026），病例组水平（4,350 μg/m3）高于对照组（4,126 μg/m3）[13]。有趣的是，PM_2.5显示出相反的模式，在几个时间间隔（10、15和20–24小时）对照组高于病例组。马拉维成人肺炎研究发现，在HIV阳性（调整后比值比 = 1.00，95% CI：1.00–1.01，p = 0.141）或HIV阴性（调整后比值比 = 1.00，95% CI：0.99–1.01，p = 0.872）参与者中，家庭空气污染暴露与肺炎之间没有关联[14]。该发现的一个潜在局限性是研究期间未测量室外空气污染。鉴于参与者来自同一地区，相对相似或较高的室外暴露水平可能使家庭空气污染暴露的影响变得不显著，并可能混淆观察到的结果。然而，慢性呼吸系统疾病在两组中均与肺炎密切相关（HIV+：调整后比值比 = 28.07，95% CI：9.29–84.83；HIV-：调整后比值比 = 104.27，95% CI：12.86–852.35）（表3）。

对肺功能的影响

测量肺功能的研究表明，南非学龄儿童的氮氧化物与肺活量测定参数之间存在剂量反应关系。在南非，NO₂每增加一个四分位间距，第1秒用力呼气容积下降13至18毫升；NO每增加一个四分位间距，第1秒用力呼气容积下降14–23毫升[12]。气道高反应性的效应修饰作用显著：在5天平均模型中，与无气道高反应性的儿童相比，有气道高反应性的儿童在NO₂和NO每增加一个四分位间距时，第1秒用力呼气容积分别额外下降20毫升和30毫升。持续性哮喘患者中，NO₂每增加一个四分位间距，第1秒用力呼气容积下降40毫升；NO每增加一个四分位间距，第1秒用力呼气容积下降70毫升。值得注意的是，即使在气道正常的儿童中也观察到了影响。在生活房屋内使用固体燃料烹饪的埃塞俄比亚女性，其出现呼吸系统症状的几率几乎是使用更清洁燃料女性的两倍（OR = 1.89，95% CI：1.11–3.24）[15]。固体燃料使用者的第1秒用力呼气容积值显著低于清洁能源使用者。存在永久性通风开口具有保护作用，但这种效应在多变量分析中有所减弱。工业化地区的肯尼亚学龄儿童呼吸系统疾病的相对风险和比值比较高[9]。一所学校在旱季表现出小气道阻塞的相对风险 = 3.54（95% CI：1.62–7.71）和比值比 = 5.16（95% CI：2.05–14.83）。另一所学校显示PM水平持续升高并伴有相关的肺功能损害。

医院就诊和医疗保健利用

一项研究探讨了布基纳法索颗粒物与儿童呼吸系统疾病医院就诊之间的关系[10]。PM_2.5浓度上升与门诊就诊次数略多于住院就诊次数相关（OR = 0.996，95% CI：0.993–0.998，p = 0.003）。然而，PM₁₀的增加与医院就诊无显著关联（OR = 0.997，95% CI：0.977–1.018，p = 0.802）。天气条件，特别是相对湿度，混淆了PM_2.5与医院就诊之间的关系。女性比男性更可能成为门诊患者而非住院患者（OR = 0.816，95% CI：0.678–0.982，p = 0.031）。包括严重急性营养不良、镰状细胞病和心脏病在内的基础疾病更倾向于住院而非门诊。

死亡率结局

检验死亡率结局的最大规模研究分析了来自14个撒哈拉以南非洲国家的人口与健康调查数据，涉及164,376名五岁以下儿童[16]。生物质燃料使用导致的家庭空气污染暴露与五岁以下儿童死亡风险增加相关（调整后OR = 1.33，95% CI：1.03–1.71）。厨房位置显著修饰了这种关联：在房屋内烹饪的家庭中，儿童死亡风险高于在独立建筑中烹饪（OR = 0.85，95% CI：0.73–0.98）或在室外烹饪的家庭（OR = 0.75，95% CI：0.64–0.87）。母乳喂养显示出强大的保护作用，母乳喂养的儿童死亡风险显著低于非母乳喂养儿童（OR = 0.09，95% CI：0.05–0.18）。家庭空气污染与死亡率之间的关联在非母乳喂养儿童中更强，表明母乳喂养状态是一个重要的效应修饰因子。女童的死亡风险低于男童，较高的母亲教育水平和财富指数与死亡率降低相关。

其他呼吸系统结局

两项研究检验了急性感染以外的结局，即肺功能和死亡率。一项针对尼日利亚受原油影响社区的研究发现，石油暴露地区五岁以下儿童呼吸系统症状的患病率显著高于受影响较小的社区[11]。逻辑回归显示，各种症状的比值比范围为2.53至14.18，包括咳嗽（OR = 2.53，95% CI：1.55–4.13）、呼吸困难（OR = 6.32，95% CI：3.81–10.67）、持续性鼻塞（OR = 9.18，95% CI：5.41–15.54）和鼻痒（OR = 14.18，95% CI：8.13–24.73）。南非的一项成人肺癌病例对照研究发现，环境烟草烟雾暴露（OR = 3.28，95% CI：1.48–7.30）是一个显著的风险因素。

出生结局

一项研究检验了空气污染与低出生体重之间的关联。一项埃塞俄比亚病例对照研究确定了低出生体重的多个风险因素，包括环境暴露[17]。使用木柴烹饪增加了低出生体重的几率（调整后OR = 2.7，95% CI：1.01–7.17），而使用煤油显示出更强的关联（调整后OR = 8.9，95% CI：2.54–31.11）。没有单独的厨房房间（调整后OR = 2.6，95% CI：1.36–4.85）也与风险增加相关。

效应修饰和脆弱人群

若干个体和情境因素修饰了空气污染与呼吸系统结局之间的关联。2019年Mentz等人的研究显示，气道高反应性是肺功能变化的持续效应修饰因子，具有明显或可能气道高反应性的儿童比无此反应的儿童表现出更大的肺功能下降[12]。哮喘状态同样修饰效应，持续性哮喘患者比非持续性哮喘患者受到的影响更大。这项在德班进行的研究显示，南部（高空气污染-工业化地区）社区比北部社区（低空气污染、非工业化农村社区）受到的影响更大，这可能是由于缺乏地面空气污染监测。年龄成为一个重要的修饰因子。与较大年龄组相比，五岁以下儿童因垃圾场暴露而患急性呼吸道感染的影响更大。营养不良（通过中上臂围测量）增加了尼日利亚儿童对肺炎的易感性[13]。季节变化影响暴露水平和健康效应。尼日利亚雨季污染物浓度较高，肯尼亚PM暴露与呼吸系统疾病之间的关联在雨季更为普遍[9]。然而，南非的数据收集阶段显示，寒冷月份的污染物水平更高。HIV状态是马拉维肺炎研究中的一个关键效应修饰因子，按HIV状态分层的分析显示了不同的关联模式[14]。慢性呼吸系统疾病在HIV阳性（调整后OR = 1.00；95% CI 1.00–1.01，p = 0.141）和HIV阴性（PM调整后OR = 1.00；95% CI 0.99–1.01，p = 0.872）参与者中均强烈预测肺炎。体重指数降低和营养不良被确定为重要的效应修饰因子，尤其是在HIV阳性个体中。社会经济因素以多种方式修饰暴露-结局关系。贫困影响就医行为和暴露模式。在14国分析中，较高的母亲教育水平和财富指数与较低的死亡风险相关[16]。居住在农村地区增加了低出生体重的几率（调整后OR = 2.1，95% CI：1.04–4.33）。行为和家庭特征显著修饰风险。厨房位置修饰了家庭空气污染与死亡率之间的关联，在房屋内烹饪带来更高的风险。母乳喂养状态修饰了家庭空气污染与死亡率之间的关系，在非母乳喂养儿童中观察到更强的关联。通风质量（通过烹饪区域是否存在永久性开口来衡量）对呼吸系统症状具有保护作用。居住在有更多卧室的房屋中降低了急性呼吸道感染风险，这可能是由于更好的通风。

纳入研究的质量

在13项研究中，四项为横断面研究[9, 11, 15, 16]，一项为面板研究[12]，一项为使用医院入院记录的生态学研究[10]。因此，这些研究没有病例和对照，不符合病例对照因素的标准。在6项病例对照研究中，三项仅将儿童作为目标人群[13, 18, 19]。如下所述，研究人员试图进行荟萃分析，因此最初仅纳入病例对照研究，但上述九项研究除外。所有四项纳入的病例对照研究完全符合病例对照研究的质量标准。

迈向荟萃分析

研究人员最初计划进行荟萃分析作为本系统综述的一部分；然而，在评估证据后，只有四篇文章[8, 14, 17, 20]提供了必要的病例对照研究数据（严格来说，Mbeje等人的研究是一项流行病学研究）。鉴于三项研究不足以进行荟萃分析，且这些研究报告的发病率结局范围广泛，因此未进行荟萃分析。在此呈现这些发现，以支持未来对非洲空气污染相关发病率结局进行荟萃分析。

讨论

本综述审视了空气污染物暴露对整个非洲呼吸系统健康、低出生体重和死亡率的影响，重点关注当地环境因素。在10个撒哈拉以南非洲国家中确定了14项研究。主要发现表明，研究设计、人群和暴露评估方法多样，涵盖环境空气污染物如PM_2.5、PM₁₀、NO₂、NO、SO₂，来自生物质燃料使用的家庭空气污染，甚至空气传播的微生物暴露。少数研究测量了温度，范围从17至33°C，但在空气质量研究中，温度很少是关注的暴露因素。总体而言，这些研究突显了环境及家庭空气污染对脆弱人群（尤其是五岁以下儿童和暴露于室内烹饪排放的女性）呼吸系统结局造成的重大负担。

大量证据突显了PM对急性呼吸系统健康的有害影响。原油泄漏点附近环境PM_2.5和PM₁₀浓度升高使五岁以下儿童呼吸系统症状的几率增加了多达14倍[11]。室内黑碳暴露（不完全燃烧产生的PM中的有毒成分）与肺炎发作显著相关[13]。一项涵盖四个撒哈拉以南非洲国家（埃塞俄比亚、津巴布韦、马拉维、加纳）六项研究、涉及16,761对母婴的荟萃分析发现，生物质燃料使用导致的室内空气污染与低出生体重相关（合并OR = 1.74，95% CI：1.14–2.66）。这意味着生活在使用生物质燃料家庭的母亲相比无此类暴露的母亲，低出生体重的风险增加了74%。研究间的异质性显著（I2=81.8%，p < 0.000）。即使在校园中，PM水平也经常超过世卫组织指南，将暴露与较高的呼吸系统疾病发病率和学生可测量的肺功能缺陷联系起来[9]。这些发现强调，环境PM和室内PM来源都是急性呼吸系统发病率的主要驱动因素。

PM_2.5与死亡率之间的关联得到一项分析的有力支持，该分析显示长期暴露于PM_2.5可显著预测全因、心血管和呼吸系统死亡率，效应估计值与全球荟萃分析一致[21]。研究还强调了空气污染与传染病之间的相互作用，表明较高的环境污染与结核病发病率增加和其他呼吸系统疾病相关，提示污染可能损害宿主免疫防御[22, 23]。此外，家庭空气污染对生殖健康的影响不仅限于低出生体重，还包括死产和早产等结局，证实了家庭空气污染是孕产妇和新生儿健康的主要环境风险因素[24, 25]。

生物质燃料使用导致的家庭空气污染与严重和慢性的健康结局相关，影响新生儿存活和成人呼吸功能。来自14个撒哈拉以南非洲国家的汇总数据显示，家庭空气污染暴露增加了五岁以下儿童死亡风险（调整后OR 1.33），当烹饪在主起居区外进行时风险较低[16]。与使用更清洁燃料的女性相比，烹饪时暴露于家庭空气污染的女性出现呼吸系统症状的几率是前者的两倍，且肺功能（第1秒用力呼气容积）显著降低[15]。

特定的气态污染物和环境条件也影响呼吸系统结局。NO和二氧化氮（NO₂）的短期峰值导致第1秒用力呼气容积立即下降，尤其是在有气道高反应性的儿童中[12]。靠近无保护的垃圾填埋场使暴露社区的急性呼吸道感染风险增加了两倍[8]。改善家庭通风等保护因素降低了室内烹饪导致的急性呼吸道感染风险[19]。这些发现强调了解决化学、微生物[7]和住房相关风险因素的多方面缓解策略的重要性。

这些发现强调了对针对性政策和有效干预措施的迫切需求，以减少环境和家庭空气污染暴露。证据支持基于住房的策略，例如将烹饪移至独立建筑或室外，这可显著降低死亡和发病风险[16, 19]。污染物如PM_2.5驱动门诊就诊[10]和NO/NO₂导致急性肺功能下降[12]的不同效应，突显了监测多种污染物的必要性，尤其是在工业和高交通量城市地区。尽管当前文献提供了坚实基础，但研究设计和报告的异质性（只有三项研究适合荟萃分析）突显了在撒哈拉以南非洲进行标准化纵向研究的必要性，重点是病例对照研究。一致的方法将有助于汇总分析，完善区域空气质量指南，并支持更有效地分配公共卫生资源。

局限性

综述过程涉及在两个数据库中检索，本可以包括其他数据库如Web of Science。然而，由于这是一项快速系统综述，研究人员使用Elicit补充了检索。可能遗漏了一些本应纳入的文章（如果检索了其他数据库）。此外，最初设定仅纳入病例对照研究；然而，由于只有三项研究，因此在系统综述中纳入了其他类型的流行病学研究，即面板研究、横断面研究和生态学研究（医院记录），以提供对现有文献稍广泛的视角。

结论

总体而言，这些证据表明，环境及家庭空气污染，加上当地环境和社会行为因素，显著导致了撒哈拉以南非洲的呼吸系统发病率、肺功能受损、不良出生结局和五岁以下儿童死亡率。包括推广清洁燃料、改善通风和污染控制在内的多方面干预措施，对于减轻这些脆弱人群的负担至关重要。