生命早期空氣污染和不適宜

溫度暴露的疾病負擔評估

2023

目錄

第一章研究背景...................................5

1.空氣污染與氣候變化影響人群健康...................................5

2.生命早期是空氣污染與氣候變化危害的敏感期........................7

3.空氣污染和氣候變化對生命早期的影響...............................8

3.1空氣污染和不適宜溫度造成受孕困難和妊娠失敗，減少新生兒人數..8

3.2空氣污染和不適宜溫度損害孕婦健康，增加妊娠期高血壓與糖尿病風

險9

3.3空氣污染和不適宜溫度導致不良出生結局.........................9

3.4空氣污染和不適宜溫度增加兒童死亡與疾病風險.................10

3.5空氣污染與氣候變化相關疾病負擔或被低估......................11

4.準確估算生命早期疾病負擔的意義與技術瓶頸........................13

4.1定量疾病負擔是判定環(huán)境質量標準的重要參考數據...............13

4.2我國生命早期疾病負擔評估的技術瓶頸..........................14

5.研究內容.........................................................15

第二章研究方法...................................16

1.暴露反應關系評估.................................................16

1.1文獻薈萃方法.................................................16

1.2基于多中心研究設計的導函數方法..............................19

1.3人群數據.....................................................21

2.疾病負擔評估.....................................................23

3.兒童空氣污染暴露的不公平性評估...................................26

第三章研究結果..................................27

1.細顆粒物導致的生命早期疾病負擔..................................27

1.1細顆粒物污染情況及疾病負擔概述..............................27

1.2孕期PM2.5暴露與死胎.........................................29

1.3孕期PM”暴露與嬰兒死亡.....................................32

2.沙塵導致的生命早期疾病負擔......................................37

2.1沙塵污染情況.................................................37

2.2全生命周期沙塵暴露與五歲以下兒童死亡.......................38

2.3全生命周期沙塵暴露與兒童急性下呼吸道感染...................43

2.4全生命周期沙塵暴露與兒童貧血................................48

3.臭氧導致的生命早期疾病負擔......................................53

3.1臭氧污染情況及其疾病負擔概述................................53

3.2臭氧長期暴露與兒童低出生體重................................54

3.3臭氧長期暴露與五歲以下兒童死亡..............................58

4.溫度導致的生命早期疾病負擔......................................63

4.1氣候變化趨勢及其疾病負擔概述................................63

4.2未來氣候變化帶來的超額死胎..................................65

5.兒童場所暴露的不公平性評估......................................68

5.1我國各類教育場所地理分布....................................68

5.2我國各類教育場所污染物暴露水平..............................70

5.3我國各類教育場所暴露的不公平性評估..........................83

第四章主要結論與展望...........................87

此外，胎兒和兒童容易受到不良環(huán)境因素的影響，使得生命過程中的疾病

負擔不成比例地歸因于生命早期暴露，這被稱為環(huán)境不平等的問題。該風險人

群由于處于特定的人生階段，如懷孕、活產或兒童，可能呈現出獨特的空間模

式分布，與一般人群的分布不同。如果風險人群與暴露水平空間存在關聯(lián)，生

命早期暴露導致的不平等將進一步擴大。因此，為了最大程度地從減污降碳工

作中達到健康獲益，需要對生命早期暴露的不平等進行評估。

針對上述當前所需評估的重要內容，作為全球疾病負擔研究建立的系統(tǒng)方

法的補充，本項目進行了一系列分析以全面評估生命早期空氣污染和氣候變化暴

露的疾病負擔。簡而言之，GBD完成了迄今最先進的PM2.5和不適宜溫度暴露的

估計，以及集中于活產兒中的疾病負擔評估。因此，本項目側重于氣候變化對健

康的影響。我們重點關注了對氣候變化更敏感的空氣污染物（包括。3和來自沙塵

和野火的PM2.5），并綜合全面地考慮了生命早期歷程，包括產前階段、新生兒階

段和早期兒童階段（V5歲）。評估基于證據整合（即Meta-analysis）或從中低收入

國家的流行病學研究外推的方法獲得暴露反應函數，在此基礎上將其應用于中國,

完成疾病負擔評估。主要結果總結如下：

1、氣候變化顯著影響生命早期健康水平，無論是高溫熱浪還是與氣候相關

的PM2.5暴露，在中國均造成了相當大的死胎和兒童死亡負擔。

根據GBD研究的己知內容，不適宜溫度暴露每年約導致893例新生兒死亡、

1004例子兒童死亡；除此之外，本研究還發(fā)現，熱浪暴露將導致更隱蔽的死胎

負擔，在SSP585的典型增溫情景下，未來死胎疾病負擔預計每年將增加7122

例。GBD研究中，生命早期環(huán)境暴露的疾病負擔以孕期PM2.5為主：在我國，

孕期PM2.5暴露平均導致出生體重降低22克、妊娠期平均縮短1周，從而間接導

致每年7729例新生兒死亡；妊娠后PM”暴露每年增加兒童下呼吸道感染17642

例，導致五歲以下兒童死亡10950例。盡管，多少研究認為PM2.5暴露疾病負擔

主要源于人為源排放，然而，世界衛(wèi)生組織《全球空氣質量指南》指出沙塵和黑

炭可能更具健康危害，而無論是富含黑炭的野火排放還是沙塵天氣導

2

致的PM”暴露均與氣象條件密切相關，提示了氣候可能通過影響生命早期

PM2.5暴露危害兒童健康。本研究團隊曾估算野火PM2.5暴露預計每年導致我國

兒童出生體重平均下降14克，進而導致19055例五歲以下兒童死亡。本項目進

一步估算了生命早期沙塵PM2.5的健康危害：在五歲以下兒童中，每年約增加下

呼吸道感染患病人數增加410（）例，增加貧血患病人數542847例，增加其超額

死亡19764例。

2、相比PM2.5、是一種對氣象條件更敏感的空氣污染物，本研究發(fā)現生

命早期03暴露也可能對新生兒和5歲以下兒童造成嚴重的健康損傷，部分健康

負擔與PM0相當。

本項目發(fā)現孕期03暴露與新生兒低出生體重顯著相關，在我國，03暴露平

均導致低出生體重降低41克。與PM2.5類似，生命早期03暴露也顯著增加五歲

以下兒童死亡風險。根據本研究估算，03暴露每年約導致260（）例五歲以下兒童

死亡，占總死亡比例的1.5%；與之對比，PM2.5暴露導致2.5%嬰兒死亡，整體

而言，PM2.5仍是危害生命早期健康的主要空氣污染物。

3、由于幼齡兒童活動場所（幼兒園和小學）與居民區(qū)分布基本一致，本研

究并未發(fā)現由干空氣污染分布差異導致的暴露不公平問題°

為了提高生命早期暴露評估的準確性，并探索其中的不公平性，本項目進

行了一系列基于興趣點（P0I）的PM2.5、和NO2暴露評估。然而，本項目沒有

發(fā)現明確的證據表明幼兒園或小學的暴露水平高于居住地。僅針對大學或以上教

育機構，暴露水平才相對較高。例如，在2020年，居民區(qū)（參考）、幼兒園、小

學、中學和大學以上機構的人口加權平均PM2.5暴露水平分別為35.03、35.15、

34.64、34.75和37.22gg/m3o需要指出，關于兒童暴露行為數據的有限、并且本

項研究解釋了生命早期環(huán)境暴露疾病負擔具有復雜性，關于健康公平性仍需要開

展深入研究。

3

死胎出生體或降低（克）

60000

40000

20000

教典來源

急性下呼吸道拷染■本項II

15000

10000

2015年我國生命早期空氣污染與氣候變化的疾病負擔評估

4

第一章研究背景

1.空氣污染與氣候變化影響人群健康

空氣污染和氣候變化是當今世界面臨的重大環(huán)境問題，它們對人類健康產

生了嚴重的影響。隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，空氣污染成為全球范圍內

的關注焦點。大氣中的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等有害物質不僅直接影響

空氣質量，還可能引發(fā)一系列呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病等健康問題。對于成

人，細顆粒物（PM2.5）暴露可增加肺癌、缺血性心臟病、卒中等致死性疾病的風

險，并可能與慢阻肺、糖尿病和退行性神經疾病存在關聯(lián)口⑹。空氣污染（包括室

內和室外空氣污染）導致全球超過667萬例過早死亡，占總體過早死亡的11.8%。

在中國，據估計，2017年有124萬人（95%置信區(qū)間［CI］：108萬至140萬）的死

亡可以歸因于空氣污染,其中包括851,660人（95%CI：712,002至990,271）因環(huán)

境PM2.5污染導致的死亡，271,089人（95%CI：209,882至346,561）因室內固體燃

料燃燒導致的家庭空氣污染，以及178,187人（95%CI：67,650至286,229）因環(huán)境

臭氧污染導致的死亡⑺。此外，WHO發(fā)布的2021版《全球空氣質量指南》首次

針對黑碳、超細顆粒物和源于沙塵暴的顆粒物提供了定性說明，提示這些空氣

污染物的潛在健康危害（htips:///zh/ncws-room/quesiions-and-

answers/item/who-global-air-quality-guidelines）。

近年來，我國實施一系列大氣污染防治政策措施，空氣質量顯著改善，但

PM2.5仍然是我國最主要的大氣污染問題，臭氧（O3）是對我國空氣質量影響排

第二位的污染物。據《中國碳中和與清潔空氣協(xié)同路徑年度報告（2022）》，2021

年，全國339個地級以上城市PM、濃度平均為30gg/m\相比2015年下降

34.8%；PM”年均濃度達到國家環(huán)境空氣質量二級標準的城市數量上升到238

個，較2015年增長131%,顯示出大氣污染防治持續(xù)推進己取得顯著成績，但

仍有約100個城市PM2.5年均濃度未能達標。339個城市03日最大8小時平均濃

3

度第90百分位數的均值為137gg/m,比2020年下降0.7%；全國及重點區(qū)域03

濃度三年滑動平均值在2017-2019年后普遍呈現持平或小幅下降態(tài)勢。2021年

5

03濃度年評價不能達標的城市數量為5()個，約為PM”不達標城市的一半⑻。

氣候變化是影響人群健康的最大安全威脅之一，關乎人類的生存和可持續(xù)

發(fā)展⑼。20世紀中葉以來，我國氣溫與全球變暖的整體變化一致，呈明顯上升

趨勢且高于同期全球平均水平，2021年我國平均氣溫較常年(198L2010年)偏

高1.0℃,為1951年以來歷史最高。與此同時，我國高溫、強降水等極端天氣

氣候事件趨多、趨強，顯示全球氣候變化背景下我國極端氣候和災害風險正在

提升，這在多個方面影響人群健康。例如，高溫熱浪等極端天氣直接增加傳染

病和慢性病發(fā)生風險"°」"。全球疾病負擔(Globalburdenofdisease,GBD)研究

表明，不適宜溫度(如熱浪和寒潮)是導致死亡的十大原因之一，相關男性超

額死亡人數達101(88?115)萬每年、女性超額死亡人數為94.6(81.2?109)

萬每年。在中國，不適宜溫度總體上導致了593,929例(95%CI:498,837,

704,642)各年齡段的過早死亡“21。

6

2.生命早期是空氣污染與氣候變化危害的敏感期

生命早期階段被認為是一個對環(huán)境變化高度敏感的時期，許多生理系統(tǒng)正

處于發(fā)育和成熟的關鍵階段，在這一時期遭受不利環(huán)境暴露或不適生存條件將

決定其一生的健康狀況?？諝馕廴静粌H會直接影響呼吸道健康，還可能通過血

液循環(huán)進入體內，對心血管系統(tǒng)、神經系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)等多個生理系統(tǒng)產生負

面影響⑵⑶⑷。特別是在生命早期階段，嬰幼兒和幼童的呼吸系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)

相對脆弱，使得他們更容易受到空氣污染的影響也⑹。此外，氣候變化導致的

溫度升高、極端天氣事件等現象也會對生命早期階段產生深遠的影響。高溫天

氣會增加嬰幼兒中暑的風險，并可能導致呼吸急促、脫水等熱相關疾病?⑺。另

外，氣溫升高也會改變病原體的傳播途徑和繁殖速度，增加傳染病的傳播風險

?網。然而，生命早期環(huán)境暴露如何影響人類健康尚未得到全面評估，這導致了

相關干預措施的延遲。

根據GBD研究，2019年全球294萬的五歲以下兒童死亡中，69萬可歸因

于室內外PM25暴露、5.7萬可歸因于不適宜溫度暴露⑺。胎兒和嬰幼兒由于其

特殊的生理狀況更容易受到有害暴露的影響。在2019年，GBD首次確定了孕期

暴露于空氣污染作為導致妊娠期縮短和新生兒體重偏低的危險因素，進而增加

了新生兒死亡率⑺。因此，生命早期的空氣污染和氣候變化的暴露可能成為威

脅兒童健康的重要風險因素。過去百年里，全球兒童健康狀況得到顯著改善，

而中國是其中的佼佼者。從1949到2019,我國每千名嬰兒的死亡數從200洌降

低到5.6例，這一進步得益于社會經濟的快速發(fā)展“叫此消彼長，未來空氣污

染與氣候變化對兒童健康的影響將成為阻礙婦幼健康的巨大威脅，關注相關疾

病負擔將為推進婦幼健康發(fā)展注入新動能。

7

3.空氣污染和氣候變化對生命早期的影響

生命早期暴露于空氣污染已與一些不良結局相關聯(lián)，包括死胎、早產、低

出生體重、急性呼吸道感染、嬰幼兒發(fā)育延遲、兒童肥胖和兒童認知或心理疾

病，如自閉癥，其中一些已被確定為導致兒童死亡的主要因素。經過系統(tǒng)文獻

梳理，空氣污染和氣候變化暴露可以通過一下幾種途徑影響生命早期健康。

3.1空氣污染和不適宜溫度造成受孕困難和妊娠失敗，減少新

生兒人數

首先，空氣污染會損害生殖細胞，導致相關功能的障礙，加大自然受孕難

度。具體來說，空氣污染可通過氧化應激作用導致細胞內活性氧過量，從而對

卵泡生長、卵子成熟和受精造成氧化損傷12叫PM2.5可能引起線粒體功能障礙，

激活凋亡通路，進一步誘導卵母細胞凋亡⑵】。對于男性來說，PM2.5可以通過破

壞血液睪酮屏障的完整性來改變精子產生的微環(huán)境，從而影響精子的產生和精

子質量12%PM”暴露也會擾亂女性生殖激素水平，造成卵巢功能損傷，與吸煙

等不利影響因素類似，使得備孕難度更大A?/。我國一項研究發(fā)現，孕前1年

PM2.5暴露每增加10Mg/m3,生育能力下降11%(95%CI:8%-14%),具體表現

為備孕時間延長和不孕率的升高31。

其次，孕期PM2.5暴露和高溫暴露還會增加妊娠失敗風險，造成自然流產和

死胎。有證據表明，細顆粒物能夠穿過胎盤屏障，其中的有害物質可能直接造

成胎兒損傷，嚴重時引發(fā)胎兒致畸、致死。早在2011年，我國一項研究發(fā)現子

宮內多環(huán)芳煌等有機成分暴露可增加無腦、脊柱裂等多種胎兒神經管畸形的發(fā)

病風險回】。最新的一項研究發(fā)現PM”濃度每增加iopg/m\死胎風險將增加

11%,在包含中國在內的137個發(fā)展中國家當中，有近40%死胎發(fā)生可歸因于

PM2.5暴露12,一項全球研究的薈萃分析顯示，孕期氣溫增加1。，死胎發(fā)病率

增加1.05倍12叫美國數據分析顯示，臭氧和高溫的急性暴露均可能增加死胎和

流產概率網。

8

最后，綜合環(huán)境暴露對自然生育力和妊娠失敗的影響，空氣污染與宏觀人

口的出生率下降有關，來自歐洲、美國、中國的數據分析均發(fā)現了上述規(guī)律。

例如，巴塞羅那的一項研究揭示了生育率下降與交通相關空氣污染物（包括粗

顆粒物、細顆粒物和氮氧化物）濃度升高之間的相關性13叫美國的研究數據顯

示，懷孕前PM2.5暴露每增加5|jg/m3、人口出生率下降0.7%［3］在我國，PM2.5

暴露每增加10gg/m\人口出生率下降3.3%［32］。

3.2空氣污染和不適宜溫度損害孕婦健康，熠加妊娠期高血壓

與糖尿病風險

首先，妊娠期高血壓疾病是危害母嬰健康的首要因素之一，可導致妊娠期

縮短、乃至產婦和胎兒死亡，在我國患病率約為5.2%?5.6%。來自全球各地的

人群研究均顯示孕期空氣污染暴露能夠顯著增加妊娠期高血壓的發(fā)病風險。例

如，美國的研究發(fā)現，孕期PMzs暴露每增加5^ig/m\妊娠期高血壓患病風險

增加10%［331；中國的研究顯示，PM2.5濃度每上升一個四分位間距，妊娠期高

血壓患病風險增加14%產］。我國的大型人群研究發(fā)現，極端低溫顯著增加妊娠

期高血壓發(fā)病率，且兩者呈現復雜的暴露反應關系13支

其次，孕期空氣污染暴露還可能導致妊娠期糖尿病風險的增加。一項包含

中國、美國、澳大利亞等國家的薈萃研究顯示，多種空氣污染物，如PM2.5、二

氧化硫、一氧化氮及黑炭都可以顯著增加妊娠期糖尿病的患病風險。其中，暴

露于PM2.5可使患病風險升高6%［361。類似的，低溫也被認為是妊娠期糖尿病的

風險因素之一［35］。

33空氣污染和不適宜溫度導致不良出生結局

首先，全球證據一致表明孕期空氣污染暴露會增加早產和低出生體重風險。

早產被定義為嬰兒在妊娠37周之前出生，是新芻兒死亡的主要原因，也是五歲以

下兒童死亡的第二大原因，給社會和家庭帶來了沉重的負擔。根據世界衛(wèi)生

9

組織的估計，2014年至2015年全球約有1500萬早產兒出生，2014年中國的早

產率約為6.9%[37JO美國的一項研究表明，在妊娠早期，PM”濃度每上升5

gg/m\多個州的新生兒都會出現不同程度的體重下降，波動范圍在0.30-2.04

gf38]；我國的一項研究顯示，PM2.5的短期和長期暴露均可導致早產風險增加，

并且其長期健康影響更為顯著Ml。全球疾病負擔研究報告，每年有276萬例低

出生體重利587萬例早產可以歸因于室內外的PM”暴露囤L

其次，生命早期的健康損傷會導致兒童期乃至成人期疾病負擔的增加，造

成巨大的人群預期壽命損失。根據全球疾病負擔研究，孕期PM2.5暴露造成的

低出生體重和早產與慢性肺部疾病、腦損傷、敗血癥等多種嬰兒疾病有關，可

間接導致全球近50萬例新生兒在出生后的第一個月內夭折，新生兒過早死亡同

時意味著未來潛在的健康壽命損失，若換算成傷殘調整壽命年指標，新生兒將

面臨遠高于其他年齡組的健康壽命損失風險。以2019年為例，大氣PM”暴露

所造成的早產相關的傷殘調整壽命年高達438萬人年，“貢獻”了約7.4%的比例。

3.4空氣污染和不適宜溫度增加兒童死亡與疾病風險

首先，空氣污染對兒童死亡有短期和長期的危害效應。在短期急性暴露方

面，我國一項基于2009?2019年婦幼健康監(jiān)測系統(tǒng)數據進行的時間分層病例交叉

研究發(fā)現，在死亡當天和前一天(lagO-1)PM2.5暴露每增加10pg/m\五歲以

下兒童死亡率增加1.15%(95%CI：0.65%-1.65%)|4，Io另一項中國的研究報告

了死亡當月和前一個月(lagO-1),死亡當月和前兩個月(lagO-2)PM25暴露可

能增加兒童死亡風險"L在長期暴露方面，基于撒哈拉沙漠以南30個國家近百

萬新生兒的研究發(fā)現出生后1年PM”暴露每增加10|4g/m3,嬰兒死亡率增加

9.2%(95%CI:4%-14%)網。生態(tài)學研究通過分析%99-2012年中國大陸地區(qū)

2851個縣婦幼健康年報發(fā)現，大氣PM2.5暴露顯著增加5歲以下兒童死亡率，東

北地區(qū)風險最高1到。

其次，PM2.5暴露與兒童多個系統(tǒng)的疾病有關聯(lián)，比如貧血和呼吸道感染。

印度一項全國性橫斷面研究報告了PM2.5每增加lOjJg/nR貧血風險比值比為

10

1.09(95%CI：1.06-1.11)1451,秘魯和撒哈拉以南非洲地區(qū)的研究也觀察到相

似結果口6,471。通過使用覆蓋36個中低等收入國家數據發(fā)現PM2.5每增加10pg/m3,

5歲以下兒童貧血患病率增加9.8%(95%CI：8.7%-10.9%)”8］空氣污染與兒和噌媒統(tǒng)疾病的

關聯(lián)在渝收入或中低收入國家均飾叫491c在35個中低收入國家的研究中發(fā)現PM2.5每增加10

pg/m3,5歲以下兒童急性呼吸道感染風險增加6%(95%CI：5%-7%)1501o分

析歐洲1()個出生隊列發(fā)現氮氧化物、PM2.5、PMio等污染物的年均水平與肝炎的

發(fā)病率呈正相關卬】。

35空氣污染與氣候變化相關疾病負擔或被低估

根據GBD報告，PM2.5對兒童死亡的疾病負擔主要通過低出生體重、早產

和下呼吸道感染介導來評估。氣候變化，即不適宜溫度對兒童死亡的疾病負擔主

要通過下呼吸道感染介導，這一理論框架過于簡化，從前文總結的空氣污染與氣

候變化對生命早期健康的影響來看，當前疾病負擔計算低估了大氣污染和氣候

變化對兒童健康的影響。具體來說，首先，目前已有的研究證據幾乎均在活產兒

中評估，忽略了更易感的胎兒可能早在宮內發(fā)生死亡，也就是妊娠失敗。評估死

亡的疾病負擔應將妊娠失敗納入考量。其次，PM2.5暴露、不適宜溫度暴露可通過

其他疾病增加死亡風險，比如精神類疾病。Heft-Neal等人的研究中在非洲的中位

數PM2.5暴露水平上計算的相對風險是當時GBD估計(使用下呼吸道感染來估計

兒童死亡)在相同暴露水平上估計風險的兩倍14叫由于Heft-Neal測量的是PM2.5

暴露對全因嬰兒死亡的關聯(lián)，比GBD估計的范圍更廣泛，這種差異提示下呼吸

道感染大概率不是唯一途徑。雖然目前GBD估計進一步納入了早產和低出生體重

來評估兒童死亡，仍不能低估風險。最后，臭氧的貢獻沒有納入兒童疾病負擔計

算中，但生命早期暴露臭氧對健康亦有不良影響。未來需要更科學和有代表性的

流行病學證據來全面評估兒童的疾病負擔。

此外，氣候變化和空氣污染的交互作用，特別是極端氣候相關的峰值空氣

污染事件可能進一步增加相關疾病負擔：隨著全球氣候變化仍在繼續(xù)，空氣污

染對生育的不良影響將進一步加劇。一個重要的方面是由于氣候變化造成了全

11

球溫度升高，從而帶來了次生災害一一熱浪的發(fā)生頻率和強度明顯增強，加之

部分地區(qū)干旱加重，使得野火發(fā)生的頻率也大大增加1521O野火產生的煙霧是

PM2.5的重要來源，使得大氣環(huán)境中的顆粒物濃度上升，從而對孕產婦和兒童身

體造成毒害作用。研究顯示，野火源PM”可增加孕婦妊娠失敗及兒童呼吸道急

性感染風險四，5圾此外，來自54個國家的研究證據顯示，野火燃燒產生的

PM2.5濃度每上升1新生兒出現低出生體重的風險將增加2.8%l55L野火

源PM2.5暴露還會顯著增加兒童的死亡風險，據估算，全球每年約有86萬例兒童

死亡可歸因于野火源PM2.5污染1561。另一項全球性的研究顯示，自2004到2018

年，野火燃燒與全球每年近13萬例的兒童死亡增加有關15710值得一提的是，

PM2.5污染造成的不良生育結局在地域分布上仍存在著不均衡性，相較而言，南

亞、非洲等中低收入水平國家和空氣污染嚴重的地區(qū)仍然面臨著較高的生育健康

風險［5%

12

4.準確估算生命早期疾病負擔的意義與技術瓶頸

4.1定量疾病負擔是判定環(huán)境質量標準的重要參考數據

環(huán)境標準，尤其是環(huán)境空氣質量標準，旨在維護和促進人群的健康。在這

一背景下，兒童被視為典型的脆弱人群，其生理和免疫系統(tǒng)在發(fā)育過程中相對

脆弱，對環(huán)境因素更為敏感，具有應優(yōu)先保護的重要性，是制定環(huán)境標準的

“底線”人群。盡管強調“個人是健康的第一責任人”，但生命早期健康與成人

健康存在著顯著差異。在這個關鍵的發(fā)育時期，兒童的生長、發(fā)育和免疫系統(tǒng)

的形成受到環(huán)境因素的直接影響。因此，將兒童健康納入社會責任的范疇，并

為全體兒童提供同等程度的保護是至關重要的。簡而言之，保護生命早期健康

被視為一項集體責任，這種責任應當在公共政策的設計中得到體現。在這一理

念的指導下，環(huán)境質量標準的制定成為公共決策的重要組成部分，并應與保護

兒童健康的目標協(xié)同考慮，以確保標準的制定在實現整體社會健康的同時，特

別關照兒童的需求?？紤]到生命早期健康與環(huán)境之間的密切關系，環(huán)境質量標

準的制定不僅需要關注污染物質的種類和濃度，還需要充分考慮其對兒童生長

發(fā)育和整體健康的潛在影響。

此外，生命早期暴露存在不公平性。以PM25為例，據GBD的估算數據，

在1990年有1032萬新生嬰兒，占總人口的1.77%。，產前PM2.5暴露占總暴露人

年的1.62%o,卻負擔著7.73%的可歸因過早死亡和21.14%的損失壽命年。這種

不成比例的PM2.5相關疾病負擔提示了生命早期暴露存在不公平性的問題。通過

產前干預，比如在懷孕期間使用空氣凈化器，特定消除部分PM2.5,將導致相關

的損失壽命相對減少超過100倍。考慮到風險人口，如懷孕婦女、活產兒或兒

童，的空間分布模式可能與一般人口不同。如果風險人口與暴露水平在空間上

相關，暴露所致的不平等將進一步擴大。在這個背景下，強調生命早期暴露中

存在的不平等，以及這種不平等如何通過環(huán)境質量標準的制定產生影響，成為

促進兒童健康的公共政策的重要依據。因此，通過對生命早期空氣污染與氣候

變化暴露所致的總疾病負擔的不平等進行深入評估，可以為制定更為精準、公

13

平和科學的環(huán)境標準提供重要的學術和政策支持。這不僅有助于最大程度地維

護兒童的健康，也能為整體社會的健康福祉提供可持續(xù)的貢獻。

4.2我國生命早期疾病負擔評估的技術瓶頸

定量評估我國生命早期空氣污染和極端天氣暴露的相關疾病負擔面臨圳下

難點：

1、現存的環(huán)境健康研究多集中于發(fā)達國家，發(fā)展中國家缺少相關的暴露反

應關系證據；然而，兒童疾病負擔多集中于發(fā)展中國家。例如，95%以上的五

歲以下兒童死亡發(fā)生于中低收入國家。因此，應當在現有證據的基礎上進一步

補充發(fā)展中國家的研究證據，開發(fā)具有代表性的、可拓展的暴露反應關系。

2、疾病負擔評估的關鍵在于為暴露反應關系選擇“安全效應閾值”濃度，

最早的關于全球早產兒的疾病負擔研究發(fā)現：人為確定的“安全效應閾值”是

相關疾病負擔評估不確定性的最大來源第1。此外，確定兒童健康效應的“安全

效應閾值”濃度對于環(huán)境質量標準的制定亦有重要參考價值。然而，如何基于

大型流行病學研究定量的估計“安全效應閾值”濃度，尚屬未知。

14

5.研究內容

本項目旨在識別中國人群生命早期空氣污染和不適宜溫度暴露的疾病負擔，

探討如何從建設生態(tài)文明的角度，保護兒童健康、助力健康中國的實現。

項目開發(fā)了關于“安全效應閾值”濃度的統(tǒng)計判定方法解決技術瓶頸中的

理論問題（詳見第二章研究方法），并且將其應用于空氣污染相關疾病負擔。針

對氣候變化（不適宜溫度）、空氣污染（PM25），以及與氣候變化有關的污染

（03、沙塵）對死胎、出生體重、兒童死亡、兒童下呼吸道感染等典型結局的

影響開展了一系列流行病學研究，估計多個有代表性的暴露-不良結局配對的暴

露反應關系，在此基礎上應用于中國進行疾病負田評估。

此外，胎兒和兒童容易受到不良環(huán)境因素的影響，特別地，這部分風險人

群由于處于特定的人生階段，如懷孕、活產或兒童，可能呈現出獨特的空間模式

分布，與一般人群的分布不同。如果風險人群與暴露水平空間存在關聯(lián)，使得生

命過程中的疾病負擔不成比例地歸因于生命早期暴露，這帶來環(huán)境不平等問題。

因此，本項目對生命早期暴露進行了不公平性評估，以了解生命早期暴露的特點,

為更精確地干預生命早期暴露，實現健康收益最大化提供科學依據。

15

第二章研究方法

研究方法分三個部分進行描述，首先介紹構建暴露反應關系的方法，重點

介紹所開發(fā)的基于多中心研究設計的導函數方法評估暴露反應關系。其次描述

疾病負擔評估的步驟，最后描述如何進行暴露的不公平性評估。

1.暴露反應關系評估

1.1文獻薈萃方法

文獻薈萃（即Meta-analysis）是流行病學領域常用的一種整合證據的方法，

世界衛(wèi)生組織《全球空氣質量指南》使用文獻薈萃的方法，基于低濃度流行病學

研究來判斷大氣污染健康效應閾值。這里以PM”與急性下呼吸道感染為例，介

紹基于文獻薈萃方法評估暴露反應關系的步驟。

通過檢索PubMed、WebofScience和Embase英文數據庫，收集從數據庫建

立之日至2023年8月25日公開發(fā)表的相關英文文獻，并參照已有薈萃分析中

的參考文獻對檢索文獻進行審查和補充。檢索詞包括：“airpollution"、“air

environmentalpolhitants^x“airquality"、urespiratorytractinfections^x"AR「'、

"AURI"、"ALRI"、“pneumonia"、“respiratorydisease"、"acutebronchitis”、

“Child"、'Children"、“infant”。采用高級檢索，包含以上檢索詞的同義詞,

以主題詞為主，結合自由詞經全文檢索進行文獻查找，并根據實際情況調整。

納入標準：（1）明確的研究對象；（2）明確暴露污染物為空氣污染物，文

章數據提供確切的濃度值；（3）明確的急性呼吸道感染結局與定義；（4）明確

估計空氣污染物與結局的關系，可直接或間接的轉化為污染物每升高10pg/m\

相對危險度（riskratio.RR）或比值比（oddsratio,OR）及各自95%CI的變化；

（5）報告單污染物模型及結果。

排除標準：（1）非空氣污染物導致的疾病發(fā)生；（2）僅報告非單污染物模

型及結果；（3）重復文獻；（4）動物實驗或細胞實驗；（5）提供數據不全或無

10

法提取數據，無法獲得OR或RR值(6)文獻語種非英文。嚴格根據檢索方法

和納入排除標準進行篩選文獻，由兩位研究者獨立平行進行文獻檢索、篩選工

作，再將結果進行交叉核對，如有分歧，可咨詢第三方后協(xié)商解決。將最終納

入的文獻導入EndnoteX9進行管理，數據提取時以Excel2021建立數據庫，提

取的數據包括：第一占者，發(fā)表年份，研究時間，研究地點，研窕對象及其特

征，空氣污染物濃度，數據分析方法，研究結局，效應值OR或RR及其95%

CI等。

采用R4.2.3(mela、metafor包)進行統(tǒng)計分析和繪圖，采用風險比RR為效

應分析統(tǒng)計量，并提供95%置信區(qū)間(95%CD。采用Q檢驗和P值分析各研

究間的異質性，并用P來評價異質性的大小。若各研究結果間的統(tǒng)計學異質性較

小(P>0.10,F<50%),采用固定效應模型;若統(tǒng)計學異質性較高(P<0.10,

產>50%),則采用隨機效應模型，計算PM”每增加10pg/m3的合并效應值和

95%CIo在納入文章1()篇文章以上時，采用Egger檢驗分析發(fā)表偏倚。

根據檢索策略及研究需要，在納入排除標準下，兩位研究者獨立平行篩選，

仔細閱讀全文，研究共納入12篇有關長期暴露于PM2.5與5歲以下兒童急性呼

吸道感染發(fā)病關聯(lián)強度的研究，各研究結果的產值為29.9%,根據Cochrane手

冊，可認為存在較小的異質性，故采用固定效應模型計算合并效應值。研究統(tǒng)一

將PM15健康效應標化為“暴露每增加10%/m3對應的急性呼吸道感染發(fā)病相對風

險度”，利用傳統(tǒng)的Meta-analysis得出，平均健康效應為1.04(95%CI：1.03-

1.06),結果下圖所示，可認為長期PM2.5暴露與急性呼吸道感染存在顯著關聯(lián)。

對PM2.5健康效應標化值，即暴露每增加10Rg/n?對應的急性呼吸道感染相對

風險度進行發(fā)表偏倚分析，Egger檢驗結果得到0.1285,可見發(fā)表偏倚較小

(圖2.1.1)。

17

StudyAgelogRRSE(logRR)RiskRatioRR95%-CIWeight

Gehringetal.20021year0.26150.45621.30[0.53;3.18]0.0%

Gehringetal.20022years-0.13470.68960.87[0.23;3.38]0.0%

Morgensternetal.20071yea，0.46910.78111.60[0.35;7.39]0.0%

Morgensternetal.20072years0.82860.7381-----.?2.29[0.54;9.73]0.0%

Larsonetal.20220-5years0.02570.00701.03[101;1,04]18.0%

Odoetal.20220-5years0.05830.00721.06[1.05;1.08]17.8%

Balasubramanietal.20220-5years0.05980.01271.06[1.04;1.09]13.2%

Abudureyimuetal.2023(ALRI)0-5years0.04880.00731.05[1.04;1.07]17.7%

Abudureyimuetal.2023(ALRI)0-5years0.02960.02711.03[0.98;1.09]5.6%

Abudureyimuetal.2023(AURl)0-5years0.01980.00251.02[1.02：1.02]20.9%

Abudureyimuetal.2023(AURI)0-5years0.05830.02411.06[1.01;1.11]6.7%

Randomeffectsmodel1.04[1.03;1.06]100.0%

Heterogeneity:I2=78%,r2=0.0003,p<0.01

020512

圖2.1.1PNGs與5歲以下兒童急性呼吸道感染Meta分析森林圖

1.2基于多中心研究設計的導函數方法

基于非線性暴露反應關系，閾值判定經驗方法可歸納為其導函數的統(tǒng)計檢

驗。效應閾值可以經驗性表述為“在某一低濃度水平附近，小幅度地增加或降

低濃度，健康效應是不變的，并且效應的絕對值穩(wěn)定在零左右”?？梢婇撝蹬卸?/p>

可以依據兩個經驗：①健康效應絕對值為零或②當濃度低于某一水平健康效應

在一定范圍內是不變的。對于前者，傳統(tǒng)非線性健康效應模型是無法檢驗的。

主要原因是非線性函數估算值的絕對值是“不定的”，由本身(/)和截距”)

的估算值共同決定：

yi.j(和)+?=--c]+[a+c]=[f(Xy)]+la+]……(1)

上述模型中，，■和j分別為抽樣中心和樣本的下標，)，和x分別為健康風險和

暴露水平，人)為非線性暴露反應關系，a是截距項，c為任意常數。r和，為不

同的模型估算值，但等號前后的模型等價，說明/的絕對值是無法確定的，因而

不能用于判斷效應閾值。由此可見，僅有第二條經驗適用于閾值判定，而判斷

函數值是否達到局部穩(wěn)定等價于檢驗其導數值是否為零，即f\x0)=Oo由此可

見，統(tǒng)計意義上將，閾值判定方法等價于對暴露反應關系的導函數進行解析。

在特定條件下，基于多中心流行病學研究可以直接得出暴露反應關系的導

函數。依據導函數檢驗開展閾值判定具有優(yōu)勢，即便缺少普適的統(tǒng)計估算方法，

利用巧妙的流行病學設計，基于傳統(tǒng)方法也能得出導函數的可靠估計。對于多中

心研究，常用的回歸模型有兩類：①兩步回歸法一一單中心回歸分析十多中心結

果的薈萃(Mela-analysis)；②單步回歸法一一將代表抽樣中心的分類變量作為

模型矯正(可以作為隨機效應、固定效應、與其它自變量的交互項等多種形式出

現)。當方法②的回歸函數足夠復雜、充分考慮效應的異質性，其等價于方法①。

本研究利用形式簡潔的單步固定效應回歸模型為例，說明如何利用多中心流行病

學設計直接估算暴露反應關系的導函數。上述單步固定效應回歸模型可表示為：

19

(和)+仇+冒……(2)

其中固定效應0,?代表某一個抽樣中心的平均健康水平、用于描述不同中心

之間的異質性。通常情況下，模型并不對固定效應進行實際估計，而將其作為

“冗余參數”(NuisanceParameter),利生條件最大似然法(Conditional

MaximumLikelihood)等方法進行統(tǒng)計推斷。特定條件下，可以對非線性函數f

進行如下泰勒級數的近似：

+0/+a-fMnj+fixi)+仇=/(麗戶0*<..…(3)

為三n,y=(Xjj-Xi),9Fa+人為)

其中，無表示某一抽樣中心的平均暴露水平，々?表示中心內部的、個體之

間的暴露變異，-表示等價的固定效應。在示例數據中，2,457抽樣中心的個體

03暴露濃度分布如圖?2中的藍色橫條所示(每個中心對應的平均濃度即為藍色

橫條中心的深藍色實線，個體濃度相對與劉的偏離程度則為r,;/)o

根據等式(3),固定效應的非線性回歸模型可以近似等價變換為其導函數

的另一個固定效應模型。等價模型中，導函數/'(刈表示為暴露變量力的可變回

歸系數(Varying-coefficient或者Functionalcoefficient)?模型(3)可以利用成

熟的樣條函數方法，構建可變系數回歸模型(Varying-cocfficicntRegression)直

接估算/'■),針對示例數據估算/'(為)結果如圖?2中的紅色實線所示。根據導函

數的零點lf(x)=0],示例數據所建議的Ch閾值濃度在WHO所建議的第一階段

過渡期目標(IT1=lOOpg/n?)附近。另外，基于/”(為)置信區(qū)間的估計(如圖?2

中的紅色虛線所示)，可以對于任意候選的閾值濃度(xo)進行嚴格的統(tǒng)計檢驗

[原假設：/W=0]o

此外，模型(3)也可以利用兩步回歸法進行估算一一首先針對單中心分別

計算々對應的線性回歸系數，然后利用薈萃回歸法估算/’(制)：

第一步：?4?由+07;第二步：Pi-fXxi)……(4)

20

其中從表示單中心所得出的健康效應。如果在第二步采用普通的薈萃分析

（即4~￡）,則模型（4）即轉變?yōu)槎嘀行难芯康慕浀鋬刹交貧w模型。換言之，

在經典的多中心兩步回歸模型中，如果將第二步模型中不同中心的平均暴露水

平（為）作為自變量，然后利用樣條函數等非線性方法進行薈萃回歸分析.所

得結果即為暴露反應關系的導函數。

具體而言，從傳統(tǒng)中心研究的經典兩步回歸模型出發(fā)，非線性的薈萃回歸

可以表示如下：

第一步：W~pi'Xij+ai=pi,r,j+0*“ai=e,M+0*

第二步:狂g8）……（5）

其中，考慮到第一步中的恒等變換不涉及回歸系數即模型（4）和［5）

第一步中的由估算值是一樣，因此，第二步薈萃分析中，模型（5）非線性估計

值g亦等同于模型（4）中暴露反應關系的導函數上述等價關系進一步說明

在特定條件下，多中心流行病學研究可以直接得出暴露反應關系的導函數。

1.3人群數據

由于需識別中國人群生命早期空氣污染和不適宜溫度暴露的疾病負擔，采

用流行病學方法評估暴露反應關系的最優(yōu)研究人群為有代表性的中國人群樣本。

因此，項目收集并整理了2000年、2005年、2010年和2015年四次人口普查的長

表數據，根據“最近12個月內是否有生育”、“生育月份”、“生育性別”、“最

近12個月內是否生育兩個孩子以上”、“生育子女數”、“現存活子女數”等問題，識

別出最近一年內分娩過單胎的初產婦，并進一步確定嬰兒死亡結局，來評估孕

期PM"暴露與嬰兒死亡的暴露反應關系。人口普查同時調查了婦女年齡、民族、

教育水平、工作情況等基本社會人口學信息，以及住房面積、住房內各類設施、

主要炊事燃料等生活方式和經濟狀況指標。

對于其他研究結局，包括死胎、出生體重、兒童貧血、兒童急性下呼吸道

21

感染、5歲以下兒童死亡等結局，由于無法獲取中國人群的公開數據，我們使用

了人口健康調查數據庫(TheDemographicandHealthSurveysProgram,DHS)進

行分析，將得到的暴露反應關系外推到中國人群中進行疾病負擔評估。DHS是

一個持續(xù)進行的標準化調查，在每5年進行一次，覆蓋90多個中低收入國家。

在每一輪調查中采用多階段分層群集抽樣方法來獲取樣本，以確保代表性。關

于抽樣框架、調查問卷和數據的詳細信息可在完成簡單的注冊流程后，在DIIS

網站上提交訪問請求后獲得(hltps:〃/)。大多數調查周期

中，使用全球定位系統(tǒng)設備收集了有關每個主要抽樣單元(例如城市區(qū)和農村

村莊)的地理空間信息。DHS選擇年齡在15到49歲之間的婦女進行深入調查，

涵蓋廣泛的健康問題，包括母嬰健康、營養(yǎng)、生育和生殖健康。DHS的生育史

信息包括該女性曾經生育過的最多20個孩子及每個孩子的具體情況；記錄了自

訪談口期起回溯最長5年多的生育、懷孕情況，形成了一份月尺度的生育相關

信息日歷。此外，DHS還收集了個體的社會人口特征、性行為和態(tài)度、父親身

份、生育意愿以及現任和前任或同居伴侶特征的信息。

22

2.疾病負擔評估

在得到暴露■結局配對的暴露反應關系曲線的基礎上，將其應用于中國進行

相關疾病負擔估算。使用以下方程：

AF&y二1-1/exp（f[max（Cv._y-Co,0）]）,

ANs?=AFs,yXN^,y

其中s、），分別表示空間像素和年份；Csj是逐年網格化的暴露水平；C。是最低

風險參考暴露水平，a根據暴露反應關系的閾值或者依據空氣質量指南進行選

擇（表2.2.1）；/是根據一系列流行病學研究得出的有代表性的暴露反應曲線；

AR,y是網格化的歸因分數；N、.表示網格化的基線風險人群；ANs,,,是由暴露導

致的網格化歸因人數。具體數據詳見下表2.2.2,由于計算負擔較重，AR”和

AN,,的經驗置信區(qū)間僅考慮了暴露反應曲線和基線（N、G中的不確定性，我

們使用蒙特卡洛方法模擬相應的95%置信區(qū)間。

表2.2.12021版空氣質量標準指導值以及過渡期目標

AQG2021

污染物指標過渡期目標

指導值

1234

PM2.5年均值352515105

3

(pg/m)24h平均755()37.52515

O3暖季峰值（6個月）1007060

(jig/m3)3最大8h平均160120100

23

表2.2.2中國生命早期空氣污染與氣候變化疾病負擔評估

暴露?結局暴露數據(風險人群數據(K：y)

高溫所致的超額死胎風2015年的溫度數據來自ERA5,空間分辨Ny=P,￡P，xN,風險人群是孕婦,P,為WorldPop2015年空間

險率0.1°X0.1°；2020-2100年溫度數據分辨率為1kmX1km的妊娠數量，面積加權至().1°X0.1°,

來自CMIP6,雙線性插值至0.1°X0.1°N為2015年中國死胎數。

03-出生體重2003-2019年，月尺度、空間分辨率不適用，僅估計網格化出生體重降低程度

O.5°xO.5°的03濃度

。3?兒童死亡2(X)3-2017年，月尺度、空間分辨率Nr*P“x8u5m,P”為由2003—2017年空間分辨率為0.01。力).01。

0.5。乂0.5。的Ch濃度的WorldPop降尺度為0.5。'0.5。的5歲以下兒童數量，氏5m為

中國5歲以下兒童死亡率

PM*死胎2015年，月尺度、空間分辨率N尸P-WPsXN,風險人群是孕婦，P、為WorldPop2015年空間

().010x0.01。的PM2.5濃度分辨率為0.01。乂0.01。的妊娠數量,N為2015年中國死胎數

PM”-嬰兒死亡2000-2020年，月尺度、空間分辨率