摘    要

目的：研究重庆市慢性阻塞性肺疾病、气温以及PM_2.5三者之间的相关性，为进一步研究慢性阻塞性肺疾病(COPD)发病原理、预报、预测、预防以及控制慢性阻塞性肺疾病发病率提供科学依据，也为建立大气污染物与呼吸系统疾病预警模型提供理论基础。

方法：收集重庆市第三人民医院从2013年到2014年一年的慢性阻塞性肺病日住院资料，以及在此期间的气象资料和主要大气污染物的浓度资料。采用SPSS对所获得的数据进行相关分析和偏相关分析，然后用MATLAB辅助验证分析结果。

结果：平均气温和慢性阻塞性肺疾病（COPD）病人数呈现负相关，但是并不具有显著的线性相关性（p=0.747），相关系数为-0.046。PM_2.5和慢性阻塞性肺疾病（COPD）病人数呈现正相关，具有显著的线性相关性（P=0.029），相关系数为0.306。PM_2.5平均值和平均气温之间呈现负相关，具有显著的线性相关性（P<0.001）。

结论：本论文研究结果说明，PM_2.5和气温对慢性阻塞性肺疾病(COPD)住院人数有较大的影响。控制PM_2.5含量，对减少慢性阻塞性肺病住院人数有较大帮助，根据气温和PM_2.5两因素的变化有助于预测慢性阻塞性肺病住院人数的变化，可以为合理安排医疗资源提供理论依据。

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1  绪  论

1.1 目的及意义

近年来，大气污染除造成温室效应，酸雨等危害，对人类赖以生存的环境造成了极大的破坏外，也对人体的健康也形成了较大的威胁。国际标准化组织（ISO）对大气污染的定义是：大气中由于人类的活动和自然变化过程中产生的有害物质和气体越来越多，浓度越来越高，且在短时间内不能消散，人体长时间生活在这样的环境下会对健康产生不良影响，大自然也会因此受到破坏^[1]。大气污染物的种类繁多，主要包括细颗粒物、二氧化硫(SO₂)、臭氧(O₃)、二氧化氮(NO₂)、一氧化碳(NO)和铅。以上6种污染物被称为标准污染物（EPA），其中细颗粒物PM_2.5是空气污染物中化学组成成分最复杂、危害最大的污染物之一。

细颗粒物(particulate matter，即PM_2.5)又称为可吸入肺颗粒物，主要来源于土壤扬尘、孢子、细菌、风蚀、火山爆发、植物花粉或者机动车尾气、建筑、取暖、采矿、烟草的不完全燃烧等自然排放和人类活动的排放^[8]。PM_2.5由于其表面积大，粒径小，长时间停留在空气当中，停留时间约为30到70 天。可以随着人类的呼吸进入呼吸道，沉淀于血液和细支气管当中^[10]。PM_2.5成分复杂，主要组成成分有：无机元素(硫、氯、硒、砷、溴、铜、锌、铝、铅、硅、钙、镍等)、水溶性无机盐(硫酸盐、硝酸盐、铵盐、K⁺、Na⁺、Ca²⁺、M9²⁺等)、碳组分(元素碳、有机碳)、有机物(挥发性有机物、多环芳烃等)以及微生物(细菌、病毒、霉菌等)^[11]。研究发现，有机碳和硫酸盐与全死因、心肺疾病、缺血性心脏病和肺病死亡率的联系最为紧密，这两种成分浓度虽然不高，但与以上4种情况及其密切的关系^[12]。

1.2 国内外研究现状

流行病学研究结果显示，PM_2.5暴露与呼吸系统疾病患者的入院人数和死亡率相关^[13]。慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是慢性气道阻塞性疾病的统称，是一种具有气流受限特征的疾病。发病率与死亡率极高^[16]。目前，COPD为全世界死亡原因的第四位，全球疾病负担研究项目预测，2020年COPD将上升到全球死亡原因的第三位，世界疾病经济负担第五位^[17]。COPD的病理生理研究发现，环境因素对COPD的发病率有极大的影响，如：职业性粉尘，化学物质和吸烟产生的有害气体和有害颗粒，还有空气污染和呼吸道感染对其影响也是巨大的。而这些因素在PM_2.5的来源和组成上都占有较大的比重。国外研究发现，若人体短期暴露于浓度比较高的的PM_2.5下，则COPD患者住院人数、日死亡风险以及肺炎患者住院人数等均增加。香港 Qiu H等^[18]为了调查PMC （coarse particulate matter）和呼吸疾病患者入院人数之间的关系，在6年多的数据中研究了超过五十万病例，发现PMC和总呼吸系统疾病和慢性阻塞性肺疾病入院人数的统计呈现显著正相关。

WHO发布的全球非传染性报告指出，全世界有近16亿人在高二氧化硫和悬浮颗粒物造成的污染环境下生活^[1]。在欧盟国家，受人类活动产生的PM_2.5的影响，居民平均寿命减小6.8个月^[2-4]。

研究显示，极端气候对呼吸系统疾病的危害极大。冬季人类的死亡数相对于其他季节来说是相当高的，例如冬季每天的死亡率与夏季相比平均要高15%左右。PM_2.5的成分碳元素在碳转化过程可产生温室效应，同时也可以影响云的形成，继而改变局部水循环，对气候造成比较恶劣的影响。PM_2.5浓度增加会导致灰霾天气发生频率上升，雾中的有毒有害物质也会显著增多。人体长期生活在这种环境中。对机体呼吸系统有极大的影响。国内研究发现在采暖期，供热和烹饪燃烧释放大量的的颗粒物以及有毒有害物质，大气污染相对于非采暖期更加严重。随着采暖期的结束，大气中的污染物浓度明显下降，因为采暖期结束后气温逐渐上升，降水量增加以及空气的流动性增强加大了污染物的扩散速度^[24]。东北地区这样的严寒地区，呼吸系统疾病患病率和入院人数明显高于南方地区。相对湿度也可以对呼吸系统造成一定的影响，人体生活环境的相对湿度以35-50%最为合适，湿度太高或者太低都会对身体健康产生影响。湿度上升，人体呼吸运动加快，气道的阻力就会增大；湿度下降的话，则会出现由于气道粘膜干燥而导致咽鼻和口干燥甚至鼻粘膜出血等。湿度增高时，就会创造出一个适合细菌和真菌繁殖良好环境，使得其繁殖速度加快，那么就会导致空气中病原微生物的浓度随之增大。呼吸系统疾病发病率几率也会增加。

温度对空气密度有较大的影响。温度升高，导致空气密度降低；而温度降低，则导致空气密度升高。而空气密度发生变化则会导致气压变化，气压则控制着氧分压的变化。氧分压变化对人体内部的影响极大，例如空气中氧分压降低，那么肺泡内的氧分压也变低，人体就会由于动脉血氧饱和度的降低，对氧气的需求增加，继而出现胸闷等症状。

1.3 国内外研究方法

目前，国内外已经较为重视对大气污染以及气候温度对呼吸系统疾病入院人数的影响的研究。研究方法多以统计学为主，结合其他的研究方法，例如流行病学方法和毒理学方法，使我们的研究结果更加的客观可信。现在常用的统计学方法有：相关性分析，时间序列分析和回归分析等。时间序列分析是根据时间序列数据，采用曲线拟合和参数估计方法（如非线性最小二乘法）进行分析。用时间序列分析对同一类人群在一段时间内不同条件下的的动态数据进行分析，可以较为轻松的排除一些随时间变化的因素，这些因素对健康都会产生一定的影响如年龄、烟龄、社会经济因素等，结果较为客观^[26]。

流行病学方法主要分为横断面研究、病例对照研究和队列研究三种方法。横断面研究方法主要是将不同区域人群的不同的健康状况进行比较。病例对照研究法常则是针对各类短期健康影响效应进行研究，然后对相同研究对象在病发前一段时间的暴露情况和没有发病的某段时间内的暴露情况进行比较。Chen等^[27]对中国某岛上居民小气道阻塞的风险因素采用病例对照的方法进行了研究，2873名20岁以上的岛屿居民参与了调查，发现患有该疾病的人数达216名，将此结果与生活在人口密集的城市环境和贫困山区的居民患病的风险因素与对比，发现他们之间存在较大的相似性。Dostal等 ^[28]，采用回顾性队列研究法研究了捷克斯特拉瓦1535名儿童，研究发现捷克斯特拉瓦东部的儿童从出生到5岁上呼吸道感染病发病率明显高于其他地区。

相比毒理学来说，流行病学法只可以对暴露情况和发病结果进行研究，得出他们之间的定性关系，不能深入的探索这些风险因素对人体健康影响的真正原因。这时候就需要毒理学方法的验证、量化可以来对流行病学研究所发现的结果进行深入的研究和可能的机理解释。毒理学方法通常采用血管内皮细胞、心血管平滑肌细胞、肺泡上皮细胞、肺成纤维细胞等细胞进行分析，来研究大气污染对呼吸系统的致病原理。实验通常选择呼吸道需与人的呼吸道有一定的相似性的动物来进行。以PM_2.5为例，毒理学研究发现PM_2.5可明显的抑制细胞间隙链接通信，使得大鼠的心律失常，由此推测PM_2.5使心肌组织蛋白分布和表达异常。

到目前为止，我国虽很早就开始注意大气污染，并采取一些相对措施进行治理，但是我国作为一个发展中国家，能源消耗巨大且不断增加，城市机动车数量不断上升，导致尾气排放量也越来越多。治理力度远远跟不上大气污染的发展速率，导致我国现在大气污染情况变得十分严重，对人的健康影响也越来越大。现在，各类数据库中有大量的关于空气环境质量和医院各方面的数据统计。而我们课题的提出，就是为了将这些数据联系起来并且更加有效的利用这些数据，从中挖掘出有价值的信息，为医院预测住院人数提供重要的依据，建立预测模型，而且分析所得的结果对实际情况也有指导作用，以便于能够提前为住院人数的增加做好相应的准备。因此本课题具有重要的现实意义和理论价值。

1.4 本论文工作安排和结构如下

第一章绪论主要介绍本论文的研究意义和背景，国内外研究现状，让读者初步了解本文。第二章是原理介绍也是本论文的准备工作。第三章是对本研究的方法。第四章是对本论文所得的实验结果的展示和分析。第五章是对本论文的总结和展望。