夏永杰，周 璐，牛 越，陈仁杰，阚海东
复旦大学公共卫生学院，公共卫生安全教育部重点实验室，国家卫生健康委员会卫生技术评估重点实验室，上海 200032
大气臭氧污染是人群呼吸系统健康的重要危险因素.2019年，不同国家人口加权的季节性臭氧浓度为 20～130 μg/m³[1]，中国的人口加权臭氧浓度高于多数国家[2].大气臭氧的背景浓度较高，其在春季(89 μg/m³)最高，在夏季与秋季(分别为 74 和 75 μg/m³)相近[3-4].大气臭氧污染影响范围大、覆盖人群广，可造成巨大的人群健康风险和疾病负担[5-7].慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一种以持续气流受限为特征的肺部慢性疾病，气道和肺脏对有毒颗粒或气体的慢性炎性反应增强可加重COPD进程.2019年全球疾病负担(global burden of disease study, GBD)研究显示，以COPD为代表的慢性呼吸系统疾病位居我国及全球居民死亡原因第4位[8].既往大量流行病学研究证据显示，大气臭氧暴露可增加人群COPD死亡风险，且二者之间具有因果关联[9-12].
大量研究报道了大气臭氧污染对人群呼吸系统健康的风险，如Breitner等[5]报道了2006—2015年德国夏季大气臭氧暴露造成的人群寿命损失年为18.33～35.77 a/(105人)，Gauderman 等[13-15]报道了大气臭氧暴露损伤青少年肺部发育、降低学龄儿童肺功能以及增加老年人COPD等呼吸系统疾病住院率.据GBD项目估计，2019年全球约40万例死亡可归因于大气臭氧污染.特别是呼吸系统疾病，如COPD的疾病负担更为突出[16-17].近年来，已有学者对大气臭氧短期暴露的健康经济损失进行初步估算[18]，但对长期大气臭氧暴露相关的COPD健康经济损失关注较少.
关于死亡经济成本的研究中，国际上通常使用统计生命价值(value of statistical life, VSL)来衡量单位死亡的经济学价值，这是估算降低一定死亡概率的价值[19]，并不代表每个个体具体的生命价值.目前，在已开展相关研究中应用最广泛的健康经济损失评价方法是支付意愿法(willing to pay，WTP)[20-21]，其通过调查为降低死亡风险人们愿意支付的货币金额而推算的生命价值.考虑到我国经济、文化、医疗体制等条件与发达国家存在较大差异，参考其研究的估算结果可能与中国的实际水平产生较大偏差.目前，中国支付意愿研究较少，且研究结果之间差异较大[22].
在我国京津冀及周边地区、长三角地区及珠三角地区，大气臭氧作为首要污染物的天数逐年增加[23-25]，其对居民健康的危害不容忽视.2021年9月22日，世界卫生组织(World Health Organization, WHO)发布《全球空气质量指南》(AQG2021)，新增了臭氧浓度高峰季平均值为 60 μg/m3(简称“WHO-AQG2021-60 μg/m3”)，因此以 WHO-AQG2021-60 μg/m3为参考，定量评价我国31个省(自治区、直辖市)大气臭氧暴露对人群COPD造成的疾病负担及健康经济损失，以期为易感染人群个体防护政策的制定提供借鉴.
1.1 数据来源
大气臭氧浓度高峰季通常是指一年中大气臭氧月平均浓度值较高的连续的6个月，其在不同地区出现的时间不同，以4—9月居多[26].2020年，我国31个省(自治区、直辖市)的大气臭氧浓度高峰季数据来源于各城市环境监测站点，这些站点是采用多级分层迭代法，随机选取的全国364个地区的固定监测站点.各省份环境监测站点分布较为广泛，其监测的大气臭氧污染范围可以覆盖全国大量的城市人口，这些监测站点所在的城市在污染物监测、社会经济情况、人口特征等方面均具有较好的代表性.因此，该研究以各省份不同环境监测站点的臭氧浓度日均值计算得出其臭氧浓度高峰季(4—9月)的平均值，进而估算人群臭氧暴露水平.研究期间(2020年1—12月)各城市人口死亡信息来源于中国人口死亡登记信息及中国疾病监测系统.人口数据通过中国第七次人口普查结果获取，各省份的GDP及基础死亡率数据通过2021年《中国统计年鉴》获取，以该省份的死亡率进行估算.该研究中大气臭氧暴露与COPD死亡的暴露-反应关系风险比〔1.02 (95% CI：0.99～1.05)〕是基于已有研究中长期大气臭氧暴露与呼吸道疾病死亡的暴露-反应关系确立的[27]，同时纳入了大气臭氧浓度高峰季数据且排除了异质性较大的其他呼吸系统疾病的干扰.
1.2 大气臭氧暴露相关的COPD死亡的计算方法
该研究基于大气臭氧浓度高峰季的平均值对各省份的大气臭氧暴露与COPD死亡人数的关系进行分析.以 WHO-AQG2021-60 μg/m3为参考，采用大气臭氧浓度高峰季(4—9月)的平均值进行暴露-反应关系的估算，即首先计算1 μg/m3大气臭氧对应的β(回归方程的直线斜率)值，再计算大气臭氧浓度高峰季数值与WHO-AQG2021-60 μg/m3之差的暴露反应关系，最后计算归因于大气臭氧暴露的COPD疾病负担和健康经济损失.通过风险比(hazard ratio，HR)及其95%置信区间(95%CI)来展示危害效应.各地区归因死亡人数的计算公式：
式中：MOR为死亡人数，人；
POP为各省份人口数，人；
Y0为年基础死亡率，%；
Y1为COPD死亡人数占总死亡人数的比例，取值为9.74%[28].COPD死亡风险比根据大气臭氧浓度高峰季数值与COPD死亡的暴露-反应关系计算得出.最后，将各省份全年大气臭氧暴露相关的归因死亡人数进行汇总.
1.3 大气臭氧暴露相关的COPD死亡经济成本的计算方法
该研究参考文献[19]，根据2015—2020年31个省(自治区、直辖市)居民的人均年收入进行相应校正，推算出对应的居民统计生命价值.由于收入弹性系数尚无统一定论，该研究中将弹性系数取值为1进行估算，即表示统计生命价值与人均年收入同步增长[19].统计生命价值的具体校正模型：
式中：VSLp为预测年的统计生命价值，元；
VSLyear为估算的各年份的统计生命价值，元；
INCOMEyear为我国各省份不同年份的人均年收入，元；
INCOMEp为研究对象预测年的人均年收入，元；
e为弹性系数，取值为1.大气臭氧暴露相关的COPD死亡人数乘以单位死亡的经济学价值即为大气臭氧暴露相关的COPD死亡的健康经济损失.为了校正经济发展水平可能对研究结果的影响，该研究以大气臭氧暴露相关的COPD健康经济损失占研究对象生产总值(GDP)的比重来评估相对损失[29].
2.1 各省份人口、经济及大气臭氧浓度高峰季平均值的统计结果
2020年我国31个省(自治区、直辖市)的人口、死亡率、人均年收入、生产总值、大气臭氧浓度高峰季平均值及统计生命价值等基本信息如表1所示.由表1可见，2020年我国总人口为141 212×104人，死亡率为7.07‰，人均年收入为3.22×104元，人均GDP为7.20×104元，大气臭氧浓度高峰季平均值为102.74 μg/m3，统计生命价值为 206.75×104元.各变量在各省份之间存在较大差异，2020年统计生命价值最高且居于前3位的为上海市、北京市和浙江省，分别为463.94×104、445.96×104和 336.54×104元；
统计生命价值最低的为甘肃省、西藏自治区和贵州省，分别为130.61×104、139.66×104和 139.99×104元.大气臭氧浓度高峰季平均值最高的是天津市，平均值为134.20 μg/m3；
最低的是海南省，平均值为 56.89 μg/m3.
表1 2020年我国31个省(自治区、直辖市)人口、经济及大气臭氧浓度高峰季数据的基本信息Table 1 Basic information on population,economy and data of ambient ozone concentration during peak-season in 31 provinces，autonomous regions and municipalities of China in 2020
2.2 大气臭氧暴露与COPD死亡的暴露-反应关系
我国各地区的大气臭氧暴露与COPD死亡的暴露-反应关系存在一定差异.由表2可见，2020年我国大气臭氧暴露相对WHO-AQG2021-60 μg/m3的COPD死亡风险比为1.12(95%CI：1.00～1.21).对于各省份而言，天津市的大气臭氧暴露造成的COPD死亡的风险最高，COPD 死亡风险比为 1.20(95%CI：0.99～1.37)；
风险最低的为海南省，COPD死亡风险比为0.99(95%CI：0.98～1.00).
表2 2020年我国31个省(自治区、直辖市)大气臭氧暴露的COPD死亡风险比Table 2 Hazard ratios associated with ambient ozone in 31 provinces，autonomous regions and municipalities of China in 2020
2.3 大气臭氧暴露与COPD归因死亡负担
2020年我国归因于大气臭氧暴露的COPD死亡人数如表3所示.2020年归因于大气臭氧暴露的COPD 死亡人数为 10.12×104人 (95%CI：0.00～17.49×104人).其中，山东省归因于大气臭氧暴露的COPD死亡人数最多，为 1.18×104人 (95%CI：0.00～1.95×104人).2020年归因于大气臭氧暴露的COPD死亡人数较高的还有河南省、河北省及江苏等省份，这可能与地理位置、气候类型及居民的活动有关.2020年归因于大气臭氧暴露的COPD死亡人数较低的为西藏自治区、青海省和宁夏回族自治区，分别为0.01×104、0.04×104和0.05×104人.但若考虑到各省份人口的数量差异，大气臭氧暴露的COPD归因死亡负担最重的为山东省，约1.16‰的人口死亡可归因于大气臭氧暴露.
表3 2020年我国31个省(自治区、直辖市)归因于大气臭氧暴露的COPD死亡人数Table 3 Attributable number of COPD deaths due to ambient ozone in 31 provinces，autonomous regions and municipalities of China in 2020
2.4 大气臭氧暴露与COPD健康经济损失
由表4可见，2020年我国大气臭氧暴露导致的COPD 健康经济损失为 2 131.43×108元 (95%CI：0.00～7 243.08×108元)，共占当年全国 GDP 的 0.21%.各省份大气臭氧暴露导致的COPD健康经济损失存在差异，2020年大气臭氧暴露导致的COPD健康经济损失较多的3个省份分别为山东省、江苏省和河南省，均超过175.36×108元.此外，河北省大气臭氧暴露导致的COPD健康经济损失占本省GDP的0.42%，居于全国首位.总体而言，我国京津冀地区、中部地区及南方地区的大气臭氧暴露导致的COPD健康经济损失高于北方其他地区，主要是中部和南方地区大气臭氧浓度高峰季时间较长，大气臭氧浓度偏高，居民户外活动的时间相对较长.我国北方地区受季节及温度的影响，大气臭氧浓度及居民室外停留时间均低于南方地区，这与大气臭氧的生成及其在室内易于降解的特性有关.
表4 2020 年我国31个省(自治区、直辖市)大气臭氧暴露导致的COPD健康经济损失及其占GDP的比例Table 4 Health economic loss and its proportion of local GDP due to ambient ozone exposure in 31 provinces，autonomous regions and municipalities of China in 2020
该研究应用2020年我国31个省(自治区、直辖市)各固定监测站点的大气臭氧浓度高峰季(4—9月)数据及已有研究确立的大气臭氧暴露与COPD死亡的暴露-反应关系 (风险比)[27]，以 WHO-AQG2021-60 μg/m3为参考，计算了2020年大气臭氧浓度高峰季平均值与COPD死亡的暴露-反应关系.在此基础上进一步估算了大气臭氧暴露相关的COPD疾病负担和健康经济损失，为卫生政策制定的成本-效益问题提供科学依据.
该研究发现，大气臭氧暴露仍是导致人群COPD死亡负担和经济负担的主要原因.目前，我国大气臭氧污染现状仍不乐观，大气臭氧浓度高峰季平均值远高于WHO-AQG2021-60 μg/m3.因此，一方面应该考虑其他污染物，如氮氧化物(NOx)及生成臭氧的前体物质(VOCs)对大气臭氧污染健康危害的复杂效应[27,30-31].前体物质VOCs排放的增加将导致大气臭氧浓度的上升；
NOx浓度的下降可能会增加大气臭氧污染，因为臭氧及其前体物(NOx和VOCs)之间的关联是非线性的[32].臭氧前体物质的协同控制将促进控制大气臭氧污染，从而减少其对人群的健康风险.京津冀地区和长三角地区的COPD疾病负担高于东北地区、西北地区和西南地区，这与地域范围内的人口、经济活动等密切相关.另一方面，应该考虑人群的活动模式和生活习惯，以及早普及大气臭氧污染与健康的相关知识和防护措施，最大程度地减少大气臭氧污染带来的健康危害及经济负担.
研究[32-33]显示，中国大气臭氧浓度呈持续上升趋势，且长期大气臭氧暴露会增加呼吸系统疾病的死亡风险.而笔者研究显示，2020年中国归因于大气臭氧暴露的COPD死亡数及经济负担均较高，COPD死亡人数约占全球COPD总死亡的25%，推测可能与笔者研究的大气臭氧暴露数据来源于臭氧浓度高峰季有关[34].各省份臭氧浓度高峰季平均值高于臭氧年均值，因此笔者的研究可能高估了人群大气臭氧的实际暴露水平，造成COPD疾病负担及健康经济损失较高.此外，大气臭氧暴露监测方法[35]、人口数量、人口密度和疾病死亡率、温度及相对湿度等[36]也是影响大气臭氧疾病负担的重要因素[37-38].不同的大气臭氧暴露监测方法获取的大气臭氧浓度存在差异，被动采样方法及主动监测方法获取的大气臭氧浓度数据需进行准确修正后才可以很好地应用于区域大气臭氧污染多点网格化的监测[39].一项大气臭氧暴露的慢性健康效应研究[37]发现，人口数量和人口密度在一定程度上反映了人类活动程度，其对大气臭氧污染产生一定影响，人口密度越大，O3污染越大，O3污染的健康影响效果越显著.笔者研究还发现，京津冀地区COPD的基线死亡率小于川渝地区，但其大气臭氧暴露导致的COPD死亡人数却高于川渝地区.温度、相对湿度等气象因素通过影响大气臭氧的暴露水平而间接影响大气臭氧的疾病负担.因此，监测方法通过影响人群大气臭氧暴露水平而对大气臭氧的COPD疾病负担产生间接影响.此外，大气臭氧暴露除了对呼吸系统造成健康危害和经济负担，还对心血管系统等造成危害.在一项历时9年，覆盖我国31个省(自治区、直辖市)，涵盖约10万成年人的全国性队列研究中发现，大气臭氧长期暴露可导致中国民众心血管疾病死亡风险增加[40].
我国大气臭氧浓度持续上升，归因于大气臭氧暴露的COPD疾病负担不容忽视.一方面要继续加强对大气臭氧污染的治理力度，加强清洁能源的推广[41]，减少臭氧前体物的产生，完善大气臭氧监测体系，加强对大气臭氧健康危害的研究；
另一方面要继续加强人群呼吸系统疾病的监测和干预[42]，宣传教育居民外出做好个人防护，进行健康的生活方式，从而进一步降低因大气臭氧污染造成的居民COPD发病和死亡风险.随着2021年WHO《全球空气质量指南》的发布，为达到 WHO-AQG2021-60 μg/m3的目标，不同地区的大气臭氧浓度仍需要加强控制，相关的健康风险将随之减少，需要针对各地区具体情况，制定适合本地区的公共卫生及环境保护政策以应对大气臭氧污染带来的健康威胁.
该研究还存在一定的局限性.首先，该研究中的大气臭氧数据均来源于固定监测站点，与个体实际的大气臭氧暴露存在一定偏差；
其次，由于目前中国尚无统一的统计生命价值的权威数据，笔者基于文献数据来推算各省份统计生命价值数值，这可能导致对健康经济损失的低估或高估，未来还需要探索中国的统计生命价值标准；
最后，由于采用的暴露-反应关系是从已有研究中得到的，将其直接用于我国大气臭氧的COPD疾病负担评估可能会低估大气臭氧暴露相关的COPD健康经济损失.综上，大气臭氧暴露导致的COPD的健康经济损失还有待进一步研究.
a) 2020年大气臭氧暴露对我国各省份造成了较大的COPD疾病负担和健康经济损失，归因于大气臭氧暴露的COPD死亡人数为0.12×104人，相应的健康经济损失为2 131×108元，占GDP的0.21%.
b)我国各省份对大气臭氧暴露的易感性和经济负担存在较大差异.整体而言，南方地区的健康经济损失比北方地区更高.为实现WHO-AQG2021-60 μg/m3的目标，我国仍需要因地制宜地制定相关政策以降低大气臭氧浓度，积极应对大气臭氧暴露对人群健康的危害.
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