基于时空贝叶斯模型探讨大气臭氧暴露对心血管疾病死亡风险影响的研究

作     者：李佳莉 

作者单位：桂林电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘涛;祝光湖

授予年度：2021年

学科分类：1002[医学-临床医学] 07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 10[医学] 

主      题：心血管疾病 臭氧 死亡风险 时空贝叶斯模型 迭代随机森林 

摘      要：研究背景心血管疾病(Cardiovascular disease,CVD)是目前导致中国居民死亡的主因,该疾病触发的严重的经济和社会负担已成为重要的公共卫生问题。近年来,更多流行病学研究发现,大气臭氧(O)浓度的升高可增加居民因心血管疾病死亡的风险。目前国内外关于O与心血管疾病的暴露反应关系的研究大多基于时间序列分析或者空间回归的分析方法,很少有研究同时考虑时间效应和空间效应的作用,可能会造成研究结果的偏倚。研究目的利用时空贝叶斯模型分析O浓度与心血管疾病死亡风险的暴露反应关系,确定O浓度与该病死亡风险的主要修饰因子和其时空分布规律,为心血管疾病的防控提供信息与方法学参考。研究方法1.收集广东省2014-2017年40个区(县)每日死亡数据,计算每日心血管疾病死亡率;利用气象数据薄板样条函数法插值得到所研究区(县)每日气象数据(气温、相对湿度);通过构建随机森林预测研究区县的PM的日均浓度,构建迭代随机森林模型预测所研究区(县)的每日最大8h平均O浓度。2.采用基于距离的方法构建空间权重矩阵,建立广义相加模型为基准模型,并基于全局莫兰指数对所建模型的残差进行空间相关性分析。3.分别构建包含时间、空间、时空交互项以及协变量的时空贝叶斯模型,利用DIC准则(Deviation information criterion)确定最优模型,并利用最优模型拟合大气O浓度与心血管疾病死亡风险的暴露反应关系。4.基于模型的时间、空间和时空交互效应上进行分析,探究心血管疾病死亡风险的时空分布规律。5.采用分层分析的方法探究大气O浓度对不同人群心血管疾病死亡风险的影响的修饰因子。研究结果1.基本情况:本研究共纳入243254例心血管疾病死亡病例数,平均每天心血管疾病死亡率是0.69/10万人。研究区县的每日平均气温、平均相对湿度、PM日均浓度、O的8小时最大平均浓度分别为22.1、79.2%、36.1μg/m、89.6μg/m。评估人群O暴露水平的迭代随机森林模型的R为78%,RMES为13.2μg/m3。基准模型发现O浓度与心血管疾病死亡风险存在显著正相关,模型残差的莫兰指数有正有负,显示各研究区县具有空间相关性。2.时空分布规律:心血管疾病死亡风险的影响存在时间、空间以及时空交互作用。心血管疾病死亡的相对风险均值在研究期间逐年增加,每年四季交替是心血管疾病死亡的高发时期。空间效应结果显示,死亡风险较高的地区主要分布在五华县;冷热点结果表明,该风险有2个热点区县(五华县、始兴县)和3个冷点区县(罗定市、连州市以及连南瑶族自治县)。而时空交互效应的分析表明1-12月,该病的死亡风险在时空上具有一个汇聚到发散再汇聚的动态过程。3.暴露反应关系:O日浓度每升高10μg/m,对滞后3天的人群心血管疾病死亡风险增加0.26%(95%CI:0.21%～0.32%),对累积滞后4天的人群心血管疾病死亡风险增加0.44%(95%CI:0.34%～0.47%)。4.修饰因子:对性别进行分层分析的结果表明,O浓度每升高10μg/m,累积滞后3天的男性心血管疾病死亡风险将升高0.29%(95%CI:0.13%～0.43%),女性心血管疾病死亡风险升高0.21%(95%CI:0.11%～0.40%)。年龄分层分析的结果表明,O浓度每升高10μg/m,对滞后3天的0-64岁人群心血管疾病死亡风险升高0.10%(95%CI:-0.20%～0.34%),≥65岁老年群体的心血管疾病死亡风险会升高0.31%(95%CI:0.17%%～0.47%)。季节分层分析结果表明,O浓度每升高10μg/m,对累积滞后3天的冷季人群的心血管疾病死亡风险升高0.37%(95%CI:0.17%～0.49%),暖季人群的心血管疾病死亡风险升高0.12%(95%CI:-0.10%%～0.30%)。地区分层分析结果表明,O浓度每升高10μg/m,对累积滞后3天的珠三角地区人群因心血管疾病死亡风险升高0.25%(95%CI:0.11%～0.44%),非珠三角人群心血管疾病死亡风险升高0.27%(95%CI:0.02%%～0.53%)。研究结论迭代随机森林模型能够提高评估人群大气O的暴露水平的精度。心血管疾病的死亡风险具有空间聚集性与地区差异。基于时空贝叶斯模型确定了O短期暴露与心血管疾病死亡风险的呈显著正相关,其影响具有滞后性与累积性。其中,O的短期暴露对女性人群产生的影响大于男性人群,≥65岁的老年人群体更易受到影响,冷季人群敏感度高于暖季,非珠三角地区的人群比珠三角地区人群更加敏感。本研究为结合各地的环境特点,有针对性的制定心血管疾病的防控策略,具有科学的意义。