环境碳排放水平和早产发生的关联研究

孙 琦 张宏光 张 亚 彭左旗 路建波 马 旭*

1.北京协和医学院研究生院(100730)；2.国家卫生健康委科学技术研究所, 国家人类遗传资源中心

早产是指出生时孕周<37周[1]。与正常分娩的新生儿相比，早产儿在之后的成长和发育中更容易患有疾病。目前早产发病原因还不太明确，主要的影响因素包括孕年龄、体重指数、糖尿病、高血压等[2]。越来越多的研究发现，空气污染是早产的主要危险因素[3]，然而很少有研究探讨碳排放与早产的关系。本研究分析碳排放水平与PTB发病风险的相关性，探讨碳排放作为新的环境指标预测早产发生的可能性。

1 对象与方法

1.1 研究对象

研究对象来自国家免费孕前优生健康检查项目。纳入标准：①末次月经日期和分娩日期均在2019年1月1日-2019年12月31日；②孕妇年龄18～45岁；③单胎妊娠。排除标准：①缺失关键信息变量，如年龄、胎儿性别；②过期妊娠。本研究经国家卫生健康委科学技术研究所生殖健康专业伦理委员会审批通过，参与者均签订了知情同意书。

1.2 基线信息获得和指标定义

收集研究对象基本信息：年龄、汉族(是/否)、受教育程度(小学以下，小学到高中，大学及以上)、农民(是/否)、户口(农村/城市)、首次怀孕(是/否)、分娩次数(0/1次以上)、吸烟(是/否)、饮酒(是/否)。体格检查：血压(舒张压和收缩压)、体重和身高计算体质指数(BMI)。体重、身高和血压等由临床医师测量3次，取平均值。由经过统一培训的调查员电话随访，3个月1次至孕妇分娩。妊娠结局包括分娩日期、孕周、胎儿的数目和胎儿性别。本研究早产定义为出生时胎龄<37周[1]。

1.3 暴露测量

碳排放是指煤炭、石油、天然气等化石能源燃烧活动工业生产过程以及土地利用变化与林业等活动产生的以二氧化碳(CO2)为主的温室气体排放，也包括因使用外购的电力和热力等所导致的温室气体排放[4]。本研究使用的碳排放数据从全球基础设施排放数据库(GID)获得，GID提供了全球2019年的0.1°×0.1°分辨率的碳排放网格数据(吨)，其中包括电力、工业、住宅、交通、航运和航空6个部门的碳排放数据[5]。由于本研究中涉及的孕妇居住地主要为陆地，因此，来自航运部分的碳排放数据被排除。

空气质量数据从中国环境监测总站获得，包括二氧化硫(SO2, μg/m3)、二氧化氮(NO2, μg/m3)、空气细微颗粒物(PM2.5和PM10, μg/m3)、一氧化碳(CO, mg/m3)和臭氧(O3, μg/m3)[6]。空气质量指数(AQI)计算按照我国环境空气质量指数技术规定(试行)[7]，得到逐日空气质量数据后，使用中位数评估每个地区2019年整年的空气质量情况。通过孕妇的居住地理位置，将每个孕妇的基本信息与空气质量和碳排放数据进行匹配，计算出每个孕妇环境的碳排放和空气污染的暴露水平。

1.4 统计方法

2 结果

2.1 基本信息

共纳入孕期妇女265 885人为研究对象，其中PTB 29 294人。早产组孕妇年龄大于未早产组(对照组)，BMI高于对照组(均P<0.05)。早产组中非汉族占比、职业为农民、文化程度为小学到高中、户口为农村、非首次妊娠比率高于对照组，收缩压和舒张压高于对照组，男性胎儿比率高于对照组(均P<0.05)。见表1。

2.2 碳排放量比较

碳排放量、电力和航空来源的碳排放早产组高于对照组(P<0.05)；住宅和运输来源的碳排放低于对照组(P<0.05)。AQI、O3、PM2.5和SO2暴露浓度早产组中高于对照组，NO2和CO暴露浓度早产组低于对照组(均P<0.05)。见表2。

表1 两组对象基本信息比较

表2 两组碳排放暴露比较[M(P25,P75)]

2.3 碳排放对早产发生的影响

为评估总碳排放和不同来源的碳排放对早产的影响，将总碳排放和不同来源的碳排放分别纳入4个模型中，模型1没有校正任何混杂因素，碳排放是早产的危险因素(OR=1.01，95%CI 1.06～1.13)；模型2校正了年龄和BMI，碳排放是早产的危险因素(OR=1.10，95%CI 1.06～1.13)；模型3校正了民族、教育、职业、户口、饮酒、孕产史、血压和胎儿性别，碳排放依然是早产的危险因素(OR=1.05，95%CI 1.01～1.09)；模型4在模型3的基础上校正了AQI，结果显示碳排放依然是早产的独立危险因素(OR=1.06，95%CI 1.02～1.10)。logistic分析显示，电力和航空来源的碳排放是早产的危险因素。

表3 碳排放暴露对孕妇早产发生风险的影响

模型1为logistic模型；模型2为校正了年龄和BMI的logistic模型；模型3为在模型2的基础上校正了民族、教育、职业、户口、饮酒、孕产史、血压、胎儿性别；模型4为在模型3的基础上校正了空气质量指数AQI

2.4 使用随机森林进行预测

为了能够对早产进行预测，将孕妇的碳排放暴露、空气质量指数、民族、教育、职业、户口、饮酒、孕产史、血压和胎儿性别作为预测变量，建立随机森林预测模型，为了保证模型的稳定性，采用十折交叉抽样方法对模型进行评估。结果显示，模型的ROC曲线下面积为0.7388(95%CI 0.7359～0.7417)。见图1(491页)。

3 讨论

有研究报道中国的早产发生率为7.3%[8]。早产是造成新生儿死亡的主要原因，也是引起新生儿一些慢性疾病的原因[9-10]。因此，寻找早产发生的危险因素，并对早产进行预测和预防至关重要。

中国经济的高速增长加剧了化石燃料的消耗，研究发现电力、运输和航空等领域，碳排放量的增加会导致严重的健康问题[11]。而减少机动车碳的排放能够减少心脏病、糖尿病、癌症和呼吸系统疾病的发生[12]。本研究发现碳排放增加是早产的独立危险因素。目前没有发现碳排放与早产关系的研究，笔者之前的研究发现，PM2.5暴露和极端温度暴露是早产的风险因素[13]。另外，中国兰州的一项研究发现，妊娠晚期PM2.5与极端温度存在协同作用，增加了早产的风险[14]。因此，碳排放量的升高可能使环境的空气质量恶化和温度的变化，进一步导致早产的发生。对此，笔者在模型中校正了空气质量指数，结果仍然显示碳排放增加是早产的危险因素，可能是因为模型虽然考虑了空气质量因素，但是仍然有其他的社会环境因素没有考虑，如绿地面积和地区经济水平等。绿地面积不仅有固定碳和心理促进作用，同时也是早产的保护因素[15]。而地区经济水平的高低能够反应地区的医疗状况，是早产的保护因素[16]。

对于电力、住宅、工业、航空和运输来源的碳排放，笔者分别探究了其与早产的关系。本研究发现来自电力的碳排放是早产的危险因素。中国台湾的一项研究发现，居住在距火力发电厂3公里范围内的妇女的早产率明显高于居住在距电厂3～4公里范围内的妇女[17]。燃煤和石油发电厂的减少能够减少附近的空气污染，加利福尼亚的研究发现，在发电厂关闭之后，发电厂附近的早产发生率显著下降，在发电厂附近0～5公里的区域，早产的发病率从7.0%减少到5.1%[18]。美国的一项全国性研究认为，使用煤炭发电的过程中产生了PM2.5，提高了早产的发生率[19]，这可能是电力来源的碳排放是早产风险因素的可能原因之一。本研究在模型4校正了空气质量指数，发现电力来源的碳排放仍然是早产的危险因素，因此，电力来源的碳排放与早产的关系仍然需要进一步的研究。应该建议孕期妇女避免在发电厂附近生活，在电厂附近的孕妇也应该做好防护措施。本研究发现来自航空的碳排放是早产的危险因素，这种风险在校正了空气质量指数之后依然存在，猜测与航空相关的碳排放可能存在其他的污染排放物，这在另一个研究中得到证实，研究发现机场附近的下风区排放了较多的超细微颗粒物(UFPs)，造成早产发生的风险增加[20]。

本研究发现对于来自工业、住宅和运输的碳排放是早产的保护因素，这与之前的研究不一致。大样本的队列研究发现靠近主要道路的孕妇与远离主干道的孕妇相比，发生早产的风险增加了3%～5%，这可能是由于母体接触交通相关空气污染导致[21]。但是另一项来自加利福尼亚州的回顾性队列研究否定了这个观点，虽然交通运输导致的空气细微颗粒物PM2.5是早产的危险因素，但居住环境靠近交通主干道的孕妇与远离交通地区的孕妇其早产发生率并未提高[22]。因此，对于运输碳排放与早产的关系需进一步研究。工业污染相关的环境污染暴露，如氮氧化合物(NOx)和挥发性有机化合物(VOC)增加早产的风险[23]。本文发现工业相关的碳排放是早产的保护因素，但是这种保护作用很小，可能存在其他混杂因素，如地区的经济水平。

能够对早产的发生进行早期预测对于妊娠结局的改善至关重要。以往研究对早产的预测主要集中于母体的特征、生物标志物、宫颈超声等，很少有研究建立预测模型时考虑孕妇的环境暴露水平，早产的发生受到孕妇体内外多种因素影响，因此将环境指标纳入模型预测早产是有意义的。有国内外研究基于空气细微颗粒物等环境空气质量指标建立早产的模型，但主要目的是评价污染物对早产结局的影响，并没有对模型评估[24]。本研究使用碳排放作为环境污染的一个综合指标，建立了随机森林预测模型，对早产进行预测，模型的预测准确性较好，不过仍然需要进一步的提高和验证。

本研究通过一个大样本的回顾性队列研究发现碳排放是早产的独立危险因素，但是研究仍然存在一定局限性：第一，研究中使用的碳排放数据为2019年整年的碳排放数据，并没有在时间维度上展开，这限制了研究的推广，因为不同时间点的孕期暴露对于孕妇的妊娠结局是不一样的，因此限制了研究对象的纳入标准，使得孕妇的孕期在2019年内；第二，本研究为回顾性的队列研究，随访通过电话询问，不可避免地存在一定的信息偏倚；第三，研究对象的地理位置在县级，这可能导致估计孕妇周围碳暴露不够准确。在之后研究中将会验证更具体的碳暴露。

综上所述，本研究发现碳排放量的升高可能是早产的独立危险因素，其中来自电力和航空的碳排放是引起早产的主要因素。提示孕妇应避免在高碳排放地区活动，同时对于生活在机场和发电厂附近的孕妇做好孕期防护措施。