Beobachtungsnachweise für schädliche Auswirkungen von inhaliertem Ozon auf das menschliche Atmungssystem

BMC Public Health Band 23, Artikelnummer: 929 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Der schädliche Einfluss von inhaliertem Ozon auf das menschliche Atmungssystem ist aufgrund der Komplexität der Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen Ozon und dem menschlichen Atmungssystem nicht eindeutig. Diese Studie sammelt Daten zur inhalierten Ozonkonzentration und zu Atemwegserkrankungen aus der Stadt Shenzhen, um die Auswirkungen von Ozon auf Atemwegserkrankungen mithilfe der Generalized Additive Models (GAM) und der Convergent Cross Mapping (CCM)-Methode mit einem Konfidenzniveau von 95 % aufzuzeigen. Das Ergebnis von GAM zeigt im kumulativen Modus einen teilweise signifikanten Verzögerungseffekt bei akuten Atemwegserkrankungen. Da die herkömmliche Korrelationsanalyse nicht in der Lage ist, Kausalitäten zu erfassen, wird die CCM-Methode angewendet, um zu untersuchen, ob das eingeatmete Ozon Auswirkungen auf das menschliche Atmungssystem hat. Die Ergebnisse zeigen, dass das inhalierte Ozon einen erheblichen ursächlichen Einfluss auf die Krankenhauseinweisungsraten sowohl bei Erkrankungen der oberen als auch der unteren Atemwege hat. Darüber hinaus variieren die schädlichen ursächlichen Auswirkungen von Ozon auf die menschliche Gesundheit je nach Geschlecht und Alter. Frauen sind anfälliger für inhaliertes Ozon als Männer, wahrscheinlich aufgrund des Östrogenspiegels und der unterschiedlichen Regulierung der Immunantwort der Lunge. Erwachsene reagieren empfindlicher auf Ozonbelastung als Kinder, möglicherweise aufgrund der Tatsache, dass Kinder länger brauchen, um auf Ozonstress zu reagieren als Erwachsene, und ältere Menschen toleranter sind als Erwachsene und Kinder, was möglicherweise mit einer Lungenunterfunktion älterer Menschen zusammenhängt hat wenig Zusammenhang mit der Ozonexposition.

Peer-Review-Berichte

Bodennahes Ozon (O3) ist der sekundäre Schadstoff, der durch photochemische Aktivität von Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen in der Troposphäre der Erdoberfläche entsteht [1]. Es ist erwiesen, dass Ozon in Bodennähe zum zweitgrößten Luftschadstoff in China geworden ist [2], und Bodenbeobachtungen zeigen, dass Ozon in warmen Jahreszeiten sogar zum Hauptluftschadstoff wird. Früheren epidemiologischen und experimentellen Studien zufolge könnte Ozon Atemwegserkrankungen wie Asthma, Lungenentzündung, chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) usw. verursachen [3,4,5,6,7,8]. Eine regionale Studie in Suzhou, einer chinesischen Stadt mit hoher Ozonbelastung [9], legt nahe, dass die Sterblichkeit aufgrund von Atemwegserkrankungen mit der maximalen mittleren Ozonkonzentration innerhalb von 8 Stunden und der maximalen Ozonkonzentration innerhalb von 1 Stunde korreliert. Zeitreihenstudien haben auch darauf hingewiesen, dass das Risiko von Krankenhausaufenthalten in Atemwegskliniken oder Notaufnahmen bei kurzfristiger Ozonexposition zunehmen würde [10]. Basierend auf der Metaanalyse von Langzeitdaten seit 1996 wurde festgestellt, dass ein signifikanter Anstieg des Sterberisikos um etwa 0,2 bis 0,6 % mit einem Anstieg des Ozons in der Umgebungsluft pro 0,01 mg m-3 innerhalb von 8 Stunden verbunden ist [ 11]. Wie allgemein anerkannt ist, wirkt sich Luftverschmutzung in verschiedenen Regionen unterschiedlich auf die menschliche Gesundheit aus. Einige regionale Studien zeigen, dass inhaliertes Ozon laut Generalized Additive Models (GAM) mit Krankenhauseinweisungen wegen Atemwegserkrankungen verbunden ist [12,13,14]. Ozon hat eindeutig eine kumulative Wirkung auf die Mortalität bei Atemwegserkrankungen [2] und hat mit großen zeitlichen und räumlichen Schwankungen einen erheblichen Einfluss auf COPD [15]. Einige andere Studien belegen einen schwachen oder nicht signifikanten Zusammenhang zwischen Ozon und Atemwegserkrankungen [11, 16, 17]. Folglich korrelieren Atemwegserkrankungen nicht gut mit der an festen Standorten beobachteten Ozonkonzentration, und die Auswirkungen von Ozon auf die öffentliche Gesundheit wurden selten unabhängig von anderen Luftschadstoffen bewertet [16]. Verallgemeinerte additive Modelle könnten bei diesen Daten versagen, was dazu führen würde, dass eine große Anzahl von Beobachtungen und klinischen Daten ausgeschlossen werden, um eine mögliche Auswirkung des Umgebungsozons auf Atemwegserkrankungen zu vermeiden. Daher wurde eine neue Methode (Convergent Cross Mapping, CCM) verwendet, die speziell für die Erkennung von Kausalitätsbeziehungen aus Paaren empirischer Zeitreihendaten in nichtlinearen dynamischen Ökosystemen entwickelt wurde [18], um dieses Problem anzugehen.

Shenzhen, die erste Sonderwirtschaftszone Chinas mit der höchsten Bevölkerungsdichte (ca. 6000 Personen pro km2), liegt im städtischen Ballungsraum der Pearl River Delta (PRD)-Region und weist eine andere Luftqualität auf als andere Megastädte in China . Aufgrund der geografischen Lage von Shenzhen kann die Luftqualität sowohl die Merkmale der Luftverschmutzung als auch die Transportmuster zwischen Hongkong und PRD je Region widerspiegeln. Obwohl die Ozonkonzentration in Shenzhen im Vergleich zu anderen Megastädten relativ niedrig ist, ist die Ozonverschmutzung der primäre Luftschadstoff in Shenzhen, während in anderen Megastädten in China laut Umweltüberwachungsdaten PM2,5 als primärer Luftschadstoff gilt [2, 19]. . Daher wird Shenzhen als typische Forschungsregion in dieser Arbeit ausgewählt, um die Auswirkungen von inhaliertem Ozon auf Atemwegserkrankungen zu ermitteln. In dieser Region wurden bisher nur wenige Studien durchgeführt, und fast alle von ihnen schätzen das relative Risiko (RR) von Ozon für bestimmte Krankheiten basierend auf der Verzögerungswirkung der Luftverschmutzung auf Atemwegserkrankungen [19,20,21]. Statistische Relevanz bedeutet jedoch nicht den ursächlichen Einfluss zwischen Ozon und Atemwegskrankenhäusern. Diese Studie ist als ursächliche Analyse für China gedacht, um die Beweise für Ozonexposition und Krankenhausaufenthalte aufgrund von Atemwegserkrankungen zu stärken.

Der Zweck dieses Artikels besteht darin, die Auswirkungen von Umgebungsozon auf Atemwegserkrankungen in einer bestimmten Megastadt Chinas zu untersuchen. Traditionelles GAM und eine neue konvergente Cross-Mapping-Methode (CCM) werden durchgeführt, um die Beziehung und den kausalen Einfluss zwischen Ozon und Atemwegskrankenhäusern zu untersuchen.

Stündliche Konzentrationen von Echtzeit-Ozon (Einheit, µg/m3) vom 1. Januar bis 31. Dezember 2013 an 19 Stationen zur Überwachung der Luftqualität in Shenzhen (Abb. 1) werden vom Ministerium für Ökologie und Umwelt der Volksrepublik veröffentlicht China. Dabei wird die täglich gemittelte Massenkonzentration von Ozon berechnet und Tage mit Geräteausfall ausgeschlossen. Schließlich werden an 349 Tagen wirksame Überwachungsproben (der Anteil fehlender Daten beträgt weniger als 1 %) gewonnen.

Tägliche Notfalleinweisungen ins Krankenhaus wegen akuter Atemwegserkrankungen werden vom Shenzhen Center for Disease Control and Prevention erfasst. Zu jedem Fall gehören das Datum, der Name des Krankenhauses, das Geschlecht, das Alter und die medizinische Diagnose der Krankheit. Die geografische Verteilung der Krankenhäuser in Shenzhen ist in Abb. 1 dargestellt. Die Atemwegserkrankungen werden gemäß der 10. Revision der Internationalen Klassifikation der Krankheiten von J00–J99 definiert und die folgenden Kategorien werden in dieser Studie berücksichtigt: (1) akute obere Atemwegserkrankungen Erkrankungen (AURD, J00-J06), (2) akute Erkrankungen der unteren Atemwege (ALRD, J20-J22). Die Analyse konzentriert sich auf verschiedene Geschlechter und Altersgruppen.

Da keine detaillierten Angaben zur Patientenadresse vorliegen, können wir nicht jedem Patienten eine eindeutige Ozonkonzentration zuordnen. Unter der Annahme, dass es für Menschen wahrscheinlicher ist, ein Krankenhaus in der Nähe aufzusuchen, weisen wir die überwachte Ozonkonzentration den Patienten entsprechend ihrer Nähe zu den Krankenhäusern zu.

Die geografische Verteilung der Krankenhäuser und Überwachungsstationen in Shenzhen

Die jährliche durchschnittliche Ozonkonzentration beträgt 70 µg/m3 und schwankt zwischen 19 und 207 µg/m3. Unter den 109.451 Krankenhauseinweisungen wegen einer vollständigen Atemwegserkrankung gibt es 11.855 Besuche wegen AURD und 23.093 Besuche wegen ALRD. Die durchschnittliche tägliche Zahl der Krankenhausbesuche wegen Atemwegserkrankungen insgesamt beträgt 314 und 60,1 % davon sind männliche Patienten (Tabelle 1).

In dieser Forschung wird ein GAM mit Log-Link und Poisson-Fehlerfunktion angewendet, um den Zusammenhang zwischen täglichen Ozoneinweisungen und Atemwegserkrankungen zu untersuchen. Vor der Modellanalyse sollten zwei Schritte durchgeführt werden: Erstens die beste Basis und das Hauptmodell (ohne oder mit Schadstoffen) entwickeln und dann die Ozonkonzentration zum endgültigen Modell hinzufügen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Beziehung zwischen der Ozonkonzentration und der logarithmischen Atmung besteht Krankenhausaufenthalte sind linear.

Zunächst wird das Grundmodell erstellt, das Ozon ausschließt. Die natürliche kubische Glättungs-Spline-Funktion (ns) der Kalenderzeit ist enthalten und ermöglicht eine nichtlineare Beziehung zur respiratorischen Krankenhauseinweisung. Die besten Freiheitsgrade (df) für die Spline-Kalenderzeit werden durch die partielle Autokorrelationsfunktion bestimmt. Der beste df für die Kalenderzeit wird durch das Akaike Information Criterion (AIC) bestimmt. Um saisonale und langfristige Trends zu kontrollieren, wird ein ns (df = 7) angewendet. Der Wochentag (DOW) wird auch als kategoriale Variable verwendet. Nach der Etablierung des Grundmodells stellen wir die Ozonkonzentration vor und analysieren ihren Zusammenhang mit Krankenhausaufenthalten. Das endgültige Modell kann wie folgt ausgedrückt werden:

wobei \(E\left({Y}_{t}\right)\) die erwartete Anzahl der täglichen Krankenhauseinweisungen für Atemwegserkrankungen am Tag t bezeichnet, \({\upalpha }\) den Achsenabschnittsterm; \({{\upbeta }}_{1}\) der Regressionskoeffizient der logarithmischen relativen Rate von Krankenhausaufenthalten im Zusammenhang mit dem Anstieg des Ozons; \({Ozon}_{ti}\) die mittlere Ozonkonzentration am Tag t, i die Tagesverzögerung und \(ns\left(\text{T}\text{i}\text{m}\text{e },df=7\right)\) die Glättungsfunktion der Kalenderzeit. Eine ausführliche Einführung von GAM findet sich in Woods Buch [22].

Die Expositions-Reaktionsbeziehung wird mithilfe der Glättungsfunktion in GAM analysiert, um die lineare Hypothese des logarithmisch relativen Risikos von Atemwegskrankenhäusern mit der Ozonkonzentration zu überprüfen. Anschließend werden die linearen Auswirkungen von Ozon für den aktuellen Tag und bis zu zwei Wochen vor dem Ergebnis (lag0 bis lag14) geschätzt. Die Auswirkungen werden für jede Altersgruppe (0–14 Jahre, 15–64 Jahre und >65 Jahre) und jedes Geschlecht untersucht, um die am stärksten gefährdete Gruppe zu identifizieren [23]. Die statistische Signifikanz (Z-Test) von Geschlechts- oder Altersunterschieden wird durch die Berechnung von\(\left({\delta }_{1}-{\delta }_{2}\right)/\sqrt{{SE}_ getestet. {1}^{2}+{SE}_{2}^{2}}\), wobei \({\delta }_{1}\) und \({\delta }_{2}\) sind Koeffizienten für die beiden zu vergleichenden Kategorien, und SE1 und SE2 stehen für die jeweiligen Standardfehler [24].

Die Analysen in dieser Studie werden mit den R-Paketen „DLM“ und „MGCV“ durchgeführt. Die Ergebnisse werden als relatives Risiko (RR) und dessen 95 %-Konfidenzintervall (KI) in den täglichen Krankenhauseinweisungen pro 10 µg/m³ Anstieg der Ozonkonzentration ausgedrückt.

Es ist bekannt, dass Korrelation nicht gleich Kausalität ist, und CCM eignet sich gut, um Fata Morgana-Korrelationen zu erkennen und die zugrunde liegende Kausalität aufzudecken, wie in Studien zu komplexen Ökosystemen nachgewiesen wurde [18, 25, 26]. CCM basiert auf dem Takens-Theorem und erfordert nur milde Annahmen. Darauf aufbauend kann nur durch die Verwendung einer Zeitreihe mit einer einzigen Variablen die Dynamik hochdimensionaler Systeme rekonstruiert werden [27]. Unter Berücksichtigung der theoretischen Variablen der beiden Zeitreihen X{x1,x2,…,xL} und Y{y1,y2,…yL} (L ist die Länge) werden zunächst die Schattenmannigfaltigkeiten Mx und My nach rekonstruiert verzögerte Koordinatenvektoren X, Y wie folgt:

wobei \(t=1+\left(E-1\right)\tau\) bis t = L, E die Einbettungsdimension und \(\tau\) eine positive Zeitverzögerung ist. Anschließend wird eine kreuzabgebildete Schätzung von yt erstellt (\({\widehat y}_t\left|M_x\right)\) und die nächsten Nachbarn in \({M}_{y}\) werden mit berechnet ein gewichteter Mittelwert, der bestimmt wird durch:

Wo,

Die yt-Schätzung bildet einen lokal gewichteten Mittelwert von E + 1, wie folgt:

Der Pearson-Korrelationskoeffizient zwischen der ursprünglichen und der geschätzten Zeitreihe kann wie folgt ausgedrückt werden:

Auf einem Signifikanzniveau kann eine t-Statistik des Korrelationskoeffizienten wie folgt beschrieben werden:

wobei N die Länge der Zeitreihe bezeichnet und \({\rho }_{YX}\) als Indikator für den Grad des Einflusses der Y-Dynamik auf die X-Dynamik verwendet werden kann. Je höher \({\rho }_{YX}\), desto stärker ist der ursächliche Einfluss. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Abstimmungsparameter E und τ zu optimieren. In dieser Untersuchung wird E unter Verwendung der Methode des falschen nächsten Nachbarn auf 2 gesetzt und τ entspricht 2, gemäß dem Kriterium der durchschnittlichen gegenseitigen Information.

Das zeitliche Muster der täglichen Patienten und der Ozonkonzentration in Shenzhen im Jahr 2013 ist in Abb. 2 dargestellt. Die Höchst- und Tiefstwerte des Ozons traten im Oktober und Juli mit Mittelwerten von 143,85 ± 27,75 µg m-3 und 53,02 ± 38,19 µg m-3 auf. 3 bzw. Die Ozonkonzentration lag im Mai (54,41 ± 21,27 µg m-3) sehr nahe am Wert vom Juli. Die tägliche Zahl der Krankenhauseinweisungen im Bereich der Atemwege schwankte zwischen 0 und 177, und die jährlichen Schwankungen zeigten, dass die niedrigsten Krankenhauseinweisungen im Jahr 2013 sowohl wegen Infektionen der oberen als auch der unteren Atemwege im Februar zu verzeichnen waren. Die hohe Prävalenzrate von Infektionen der oberen Atemwege war hauptsächlich im Mai und September zu verzeichnen, was der statistischen Verteilung zufolge mit der warmen Jahreszeit zusammenhängt. Der zeitliche Trend von Infektionen der unteren Atemwege ist, mit Ausnahme des Talwerts im Februar, bei der Streufluktuation weitgehend stabil, und relativ hohe Krankenhauseinweisungen finden vor allem im März und April statt. Die monatliche durchschnittliche Zahl der Atemwegspatienten betrug 2973 (Bereich von 1969 bis 3525), und 61,43 % (Bereich von 59,65 bis 62,82 %) waren männliche Patienten. Kinder (im Alter von 0 bis 14 Jahren) waren mit 85,17 % (80,45–88,76 %) aller Patienten der Hauptteil. Die Korrelationsanalysen zeigen, dass Krankenhauseinweisungen fast keine Korrelation zum Ozon aufweisen, wobei der Pearson-Korrelationskoeffizient zwischen –0,06 und 0,1 (für verschiedene Altersgruppen und Geschlechter) und zwischen –0,13 und 0,05 (für verschiedene Altersgruppen und Geschlechter) für die oberen und unteren Atemwege liegt Infektionen bzw.

Zeitliche Schwankungen der täglichen Patientenzahl und Ozonkonzentration in Shenzhen im Jahr 2013

Um die verzögerten gesundheitlichen Auswirkungen von O3 auf verschiedene Bevölkerungsgruppen, einschließlich Männergruppe, Frauengruppe und verschiedene Altersgruppen, zu untersuchen, wurde eine Zeitreihenanalyse mit GAM im Hinblick auf akute Atemwegsinfektionen durchgeführt. Die resultierenden Verzögerungsreaktionsmuster der RR mit eintägigem und kumulativem Verzögerungseffekt mit einer Verzögerung von 5 Tagen für verschiedene Bevölkerungsgruppen sind in den Abbildungen dargestellt. 3 und 4 (95 %-KI: schwarze Balken und graue Bereiche). Das Ergebnis gilt als signifikant, wenn sich das Konfidenzintervall für RR/Kumulatives RR und die horizontale Linie RR/Kumulatives RR = 1 nicht schneiden. Im Allgemeinen zeigt O3 ab einer Verzögerung von 4 Tagen im kumulativen Modus einen signifikanten Verzögerungseffekt auf akute Krankenhauseinweisungen in den unteren Atemwegen (ALRHs) der Gesamtbevölkerung, und für jeden Anstieg von O3 um 10 µg/m³ steigt die Anzahl der Krankenhauseinweisungen der Gesamtbevölkerung aufgrund von ALRHs würden im Allgemeinen innerhalb einer Verzögerung von 5 Tagen um 1,6 % (95 % KI: 0,5 %, 2,8 %) ansteigen. Die numerischen eintägigen (Lag0 bis Lag5) und kumulativen (Lag05) RR-Werte für Krankenhausaufenthalte verschiedener Bevölkerungsgruppen, die einem Anstieg des O3 um 10 Einheiten innerhalb von 5 Tagen entsprechen, sind zusammen mit dem 95 %-KI in den Tabellen 2 und 3 aufgeführt .

Verzögerungsreaktionsmuster der RR mit eintägigem und kumulativem Verzögerungseffekt bei verschiedenen Geschlechtergruppen mit einer Verzögerung von 5 Tagen (a1 – f1) für akute Krankenhauseinweisungen in den oberen Atemwegen, (a2 – f2) für akute Krankenhauseinweisungen in den unteren Atemwegen

Verzögerungsreaktionsmuster der RR mit eintägigem und kumulativem Verzögerungseffekt in verschiedenen Altersgruppen mit einer Verzögerung von 5 Tagen (a1 – f1) für akute Krankenhauseinweisungen in den oberen Atemwegen, (a2 – f2) für akute Krankenhauseinweisungen in den unteren Atemwegen

Bezogen auf die verschiedenen Geschlechtergruppen (Abb. 3) wird ein signifikanter Verzögerungseffekt sowohl für die männliche als auch für die weibliche Gruppe im kumulativen Modus mit unterschiedlichen Verzögerungstagen festgestellt, d. h. eine Verzögerung von 5 Tagen für die weibliche Gruppe und eine Verzögerung von 3 bis 5 Tagen für die Männergruppe. Mit jedem Anstieg des O3 um 10 µg/m³ würde die Zahl der Krankenhauseinweisungen in der männlichen und weiblichen Gruppe aufgrund von ALRHs im Allgemeinen um 1,6 % (95 %-KI: 0,3 %, 2,9 %) und 1,7 % (95 %-KI: 0,2 %, 3,2 % bzw. innerhalb einer Verzögerung von 5 Tagen. In Bezug auf verschiedene Altersgruppen (Abb. 4) ist zu beobachten, dass O3 im kumulativen Modus nur mit einer Verzögerung von 3 bis 5 Tagen einen signifikanten Verzögerungseffekt auf die ALRHs von Kindern im Alter von 0 bis 14 Jahren hat. Bei akuten Krankenhauseinweisungen in den oberen Atemwegen (AURHs) aller Altersgruppen und bei ALRHs von Personen über 14 Jahren wurden keine signifikanten Verzögerungseffekte festgestellt. Mit jedem Anstieg des O3 um 10 µg/m³ würde die Zahl der Krankenhauseinweisungen von Kindern (0–14 Jahre) aufgrund von ALRHs im Allgemeinen innerhalb einer Verzögerung von 5 Tagen um 1,8 % (95 %-KI: 0,6 %, 3,1 %) ansteigen.

Der ursächliche Einfluss von Ozon auf die regionale Krankenhauseinweisung wegen Atemwegserkrankungen wird mithilfe der CCM quantifiziert. Da CCM Konvergenz beinhaltet, verbessert sich mit zunehmender Zeitreihenlänge L die Schätzfähigkeit von Cross-Mapping-Schätzungen. Dies ist eine wichtige Unterscheidungseigenschaft zwischen Kausalität und einfacher Korrelation. Kausalität liegt nur dann vor, wenn dieses Muster vorhanden ist, andernfalls besteht kein kausaler Zusammenhang zwischen den beiden Variablen. Die Stärke des Effekts wird durch den ρ-Wert der Vorhersagefähigkeit bestimmt.

Abbildung 5 zeigt die konvergente Kreuzkarte eines Klassifizierungsszenarios. Die blaue durchgezogene Linie und die rote Linie zeigen beide das oben erwähnte Muster, was darauf hinweist, dass die Ozonkonzentration einen erheblichen Einfluss auf die oberen und unteren Atemwege hat. Im Gegensatz dazu sind dies bei der grauen und der schwarzen durchgezogenen Linie nicht der Fall, was bedeutet, dass die Anzahl der Fälle der genannten Atemwegserkrankungen keinen ursächlichen Einfluss auf die Ozonkonzentration hat. Dieses Ergebnis bestätigt die Machbarkeit und Überlegenheit der CCM-Methode. Abbildung 5 zeigt, dass inhaliertes Ozon einen erheblichen ursächlichen Einfluss auf die Krankenhauseinweisungsraten sowohl bei Erkrankungen der oberen als auch der unteren Atemwege hat. Ob dieses Phänomen mit der Sedimentationsgeschwindigkeit von Ozon im Atmungssystem und der Wirkung eines Reizes auf die lokale Schleimhaut zusammenhängt, muss noch anhand weiterer Daten und Fall-Kontroll-Studien weiter erörtert werden.

Validierung des CCM zur ursächlichen Analyse des Ozoneinflusses auf Atemwegspatienten

Darüber hinaus variieren die schädlichen Auswirkungen von Ozon auf die menschliche Gesundheit je nach Geschlecht und Alter (Abb. 6). Es zeigt sich, dass Frauen anfälliger für inhaliertes Ozon sind als Männer. Frühere Studien ergaben außerdem, dass Weibchen stärker von kurzzeitiger Ozonexposition betroffen sind [28], und dieser Befund steht im Einklang mit Tierversuchen, bei denen weibliche Ratten anfälliger für Ozoneffekte sind als männliche Ratten [19]. Der geschlechtsspezifische Unterschied kann mit dem Östrogenspiegel und den unterschiedlichen Regulierungen der Lungenimmunantwort zusammenhängen [13, 20]. Östrogen kann bei der Stimulierung von Entzündungen wichtig sein, und die Stillzeit steht im Zusammenhang mit einer erhöhten Sekretion entzündungsfördernder Hormone. Gunnison et al. [21] finden auch zunehmende Entzündungen und Verletzungen in der Lunge trächtiger oder säugender Ratten, die Ozon ausgesetzt sind.

Außerdem reagieren Erwachsene empfindlicher auf die Ozonbelastung als Kinder (Abb. 7). Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Toleranz gegenüber Ozonvergiftungen vorübergehend ist und dass die Stressreaktionen auf Ozon bei Kindern länger dauern als bei Erwachsenen, da ihre Atemwege noch nicht vollständig entwickelt sind. Dieses Phänomen wird auch durch die Messung von Veränderungen der Gesamtproteinvielfalt in der bronchoalveolären Spülflüssigkeit nachgewiesen, wo ozoninduzierte Lungenschäden bei neugeborenen Mäusen weniger empfindlich sind als bei erwachsenen Mäusen [15, 29, 30]. Darüber hinaus könnte die relative Langzeitexposition von Erwachsenen auch auf eine viel höhere Ansteckungsgefahr bei Erwachsenen zurückzuführen sein.

Abbildung 7 zeigt auch, dass ältere Menschen toleranter gegenüber Ozonbelastung sind als Erwachsene und Kinder, obwohl Atemwegsinfektionen eine häufige Ursache für akute Krankenhausaufenthalte bei älteren Menschen sind. Tatsächlich nimmt die dynamische Lungenkapazität älterer Menschen, wie z. B. die forcierte Vitalkapazität und das forcierte Exspirationsvolumen in 1 s, häufig ab, und der Rückgang der Lungenventilationsfunktion bei älteren Menschen nimmt mit zunehmendem Alter deutlich zu. Daher hängt die Krankenhauseinweisungsrate aufgrund akuter Atemwegserkrankungen bei älteren Menschen wahrscheinlich mit einer Lungenunterfunktion zusammen und weist kaum einen Zusammenhang mit der Ozoninhalation auf.

Im Vergleich zu anderen Megastädten in China weist Shenzhen eine relativ geringere Ozonbelastung auf. Beispielsweise betrug die jährliche durchschnittliche O3-Konzentration in Shenzhen im Jahr 2013 70 µg/m3, während die jährliche durchschnittliche O3-Konzentration in Peking im selben Jahr 84,75 µg/m3 betrug. Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass selbst relativ geringe Ozonbelastungen signifikant mit Krankenhausaufenthalten wegen akuter Atemwegserkrankungen verbunden sind, was mit den Ergebnissen früherer Studien übereinstimmt [31].

Konvergente Kreuzkarten, die den ursächlichen Einfluss der inhalierten Ozonkonzentration auf AURH und ALRH für verschiedene Geschlechter veranschaulichen

Konvergente Kreuzkarten, die den ursächlichen Einfluss der inhalierten Ozonkonzentration auf AURH und ALRH für verschiedene Altersstufen veranschaulichen

Das Hauptziel dieser Studie besteht darin, die ursächlichen Auswirkungen von Ozon auf das menschliche Atmungssystem zu ermitteln. Shenzhen, eine typische Stadt, wird als Untersuchungsgebiet ausgewählt, da Ozon hier der Hauptluftschadstoff ist. In dieser Studie werden die tägliche Ozonkonzentration und Krankenhauseinweisungen aufgrund von Atemwegsinfektionen im Jahr 2013 verwendet. Die Verzögerungszeitkorrelationsanalyse (GAM) und die Kausalerkennungsmethode (CCM) werden verwendet, um den Verzögerungseffekt und den ursächlichen Einfluss von Ozon auf Krankenhausaufenthalte im Zusammenhang mit Atemwegsinfektionen zu quantifizieren.

Der Zusammenhang zwischen Ozon und Atemwegserkrankungen ist eine komplizierte Dosis-Wirkungsbeziehung. Unsere Analyse zeigt, dass es mit der herkömmlichen Verzögerungskorrelationsanalyse schwierig ist, die Korrelation von Ozon mit Krankenhausaufenthalten im Zusammenhang mit Atemwegsinfektionen zu erkennen, und dass sie den Einfluss von Ozon auf Krankenhausaufenthalte im Zusammenhang mit Atemwegsinfektionen nicht aufdecken kann. Im Gegensatz dazu legt CCM nahe, dass Ozon einen erheblichen ursächlichen Einfluss sowohl auf AURHs als auch auf ALRHs hat. Dabei variieren die ursächlichen Auswirkungen je nach Geschlecht und Alter. Die quantitativen Analyseergebnisse (ρ) von CCM zeigen, dass Ozon einen signifikanteren kausalen Einfluss auf die akute Atemwegserkrankung bei Frauen hat als bei Männern. Erwachsene reagieren empfindlicher auf Ozonbelastung als Kinder und ältere Menschen sind toleranter als Erwachsene und Kinder. Dem erheblichen ursächlichen Einfluss von Ozon auf die Krankenhauseinweisung in Atemwegserkrankungen sollte mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Dennoch gibt es in dieser Studie einige Einschränkungen. Die Ozonkonzentration kann nicht für jeden Patienten gemessen werden, da keine Informationen über die Adresse des Patienten vorliegen. In dieser Studie analysieren wir den Zusammenhang zwischen Ozonkonzentration und Krankenhausaufenthalten wegen akuter Atemwegserkrankungen in Shenzhen im Jahr 2013, und diese relativ kurze Zeitreihe könnte Gewissheit in unsere Analyseergebnisse bringen. Für die Zukunft werden längere Zeitreihenstudien und weitere Studien in anderen Bereichen erwartet.

Die stündlichen Konzentrationsdaten von Echtzeit-Ozon, die während der aktuellen Studie verwendet und analysiert wurden, sind im Archiv des Ministeriums für Ökologie und Umwelt der Volksrepublik China verfügbar (https://www.mee.gov.cn/). Die anonymisierten täglichen Krankenhauseinweisungsdaten für Atemwegserkrankungen sind unter https://github.com/Lstarry/EResDATA.git verfügbar.

EPA U. Integrierte wissenschaftliche Bewertung (ISA) von Ozon und verwandten photochemischen Oxidationsmitteln (Abschlussbericht, Februar 2013). Washington, DC: US-Umweltschutzbehörde; 2013.

Google Scholar

Wang L, Bai Y, Zhang F, Wang W, Liu X, Krafft T. Raumzeitliche Muster von Ozon und Todesfälle durch Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen aufgrund von Ozon in Shenzhen. Nachhaltigkeit. 2017;9(4). https://doi.org/10.3390/su9040559.

Ostro B, Lipsett M, Mann J, Braxton-Owens H, White M. Luftverschmutzung und Verschlimmerung von Asthma bei afroamerikanischen Kindern in Los Angeles. Epidemiologie. 2001;12(2):200–8. http://www.jstor.org/stable/3703623.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Bell ML, Goldberg R, Hogrefe C, Kinney PL, Knowlton K, Lynn B, Rosenthal J, Rosenzweig C, Patz JA. Klimawandel, Umgebungsozon und Gesundheit in 50 US-Städten. Klimawandel. 2007;82(1):61–76. https://doi.org/10.1007/s10584-006-9166-7.

Artikel CAS Google Scholar

Yan M, Liu Z, Liu X, Duan H, Li T. Metaanalyse der chinesischen Studien zum Zusammenhang zwischen Umgebungsozon und Mortalität. Chemosphäre. 2013;93(6):899–905. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.05.040.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Pride KR, Peel JL, Robinson BF, Busacker A, Grandpre J, Bisgard KM, Yip FY, Murphy TD. Zusammenhang zwischen kurzfristiger Exposition gegenüber bodennahem Ozon und Besuchen in ambulanten Atemwegskliniken in einem ländlichen Gebiet – Sublette County. Umgebung Res. 2015;137:2008–11. https://doi.org/10.1016/j.envres.2014.10.033.

Artikel CAS Google Scholar

Sarizadeh G, Jaafarzadeh N, Roozbehani MM, Tahmasebi Y, Moattar F. Zusammenhang zwischen der Anzahl hospitalisierter Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen und der durchschnittlichen Konzentration der Kriterien-Luftschadstoffe (CAP) in Ahvaz. Environ Geochem Health. 2020;42(10):3317–31. https://doi.org/10.1007/s10653-020-00577-4.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wiegman CH, Li F, Ryffel B, Togbe D, Chung KF. Oxidativer Stress bei ozoninduzierter chronischer Lungenentzündung und Emphysem: eine Facette der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung. Frontimmunol. 2020;11. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.01957.

Yang C, Yang H, Guo S, Wang Z, Xu X, Duan X, Kan H. Alternative Ozonmetriken und tägliche Sterblichkeit in Suzhou: die China Air Pollution and Health Effects Study (CAPES). Sci Total Environ. 2012;426:83–9. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.03.036.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wähler KZ, Whitin JC, Torres A, et al. Ozonexposition und die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies durch bronchoalveoläre Zellen beim Menschen. Inhalationstoxin. 2001;13(6):465–83. https://doi.org/10.1080/08958370117715.

Artikel CAS Google Scholar

Anderson HR, et al. WHO-Projekt: Systematische Überprüfung der Gesundheitsaspekte von AQ Europe. Ein Überblick über das St. George's-Projekt. Eine systematische Überprüfung der epidemiologischen Literatur zu den kurzfristigen gesundheitlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung im Freien. London, Vereinigtes Königreich: St. George's Hospital; 2002.

Google Scholar

Dominici F, McDermott A, Zeger SL, Samet JM. Zur Verwendung verallgemeinerter additiver Modelle in Zeitreihenstudien zu Luftverschmutzung und Gesundheit. Bin J Epidemiol. 2002;156(3):193–203. https://doi.org/10.1093/aje/kwf062.

Artikel PubMed Google Scholar

Ren M, Li N, Wang Z, Liu Y, Chen X, Chu Y, Li X, Zhu Z, Tian L, Xiang H. Die kurzfristigen Auswirkungen von Luftschadstoffen auf die Sterblichkeit durch Atemwegserkrankungen in Wuhan, China: Zeitvergleich -Serien- und Fall-Crossover-Analysen. Sci Rep. 2017;7(1):40482. https://doi.org/10.1038/srep40482.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fu Y, Zhang W, Li Y, Li H, Deng F, Ma Q. Zusammenhang und Wechselwirkung von O3 und NO2 mit Notaufnahmen wegen Atemwegserkrankungen in Peking, China: eine Zeitreihenstudie. BMC öffentliche Gesundheit. 2022;22(1):1–11. https://doi.org/10.1186/s12889-022-14473-2.

Artikel CAS Google Scholar

Ghanbari Ghozikali M, Heibati B, Naddafi K, Kloog I, Oliveri Conti G, Polosa R, Ferrante M. Bewertung der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD), die auf atmosphärisches O3, NO2 und SO2 zurückzuführen ist, unter Verwendung des Luft-Q-Modells (Jahr 2011–2012). ). ). Umgebung Res. 2016;144:99–105. https://doi.org/10.1016/j.each other.2015.10.030.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

GBD. (2017). Globale, regionale und nationale Todesfälle, Prävalenz, behinderungsbereinigte Lebensjahre und Jahre mit Behinderung aufgrund chronisch obstruktiver Lungenerkrankungen und Asthma, 1990–2015: eine systematische Analyse für die globale Krankheitslaststudie 2015. The Lancet Respiratory Medicine, 5(9), 691–706. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(17)30293-X.

Liu Y, Wang Y, Dong J, Wang J, Bao H, Zhai G. Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und Notaufnahmebesuchen wegen Infektionen der oberen Atemwege in Lanzhou, China. Environ Sci Pollut Res. 2022;29(19):28816–28. https://doi.org/10.1007/s11356-021-17932-2.

Artikel CAS Google Scholar

Sugihara G, et al. Kausalität in komplexen Ökosystemen erkennen. Wissenschaft. 2012;338:496–500. https://doi.org/10.1126/science.1227079.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xia X, Qi Q, Liang H, Zhang A, Jiang L, Ye Y, Liu C, Huang Y. Muster der räumlichen Verteilung und zeitlichen Variation atmosphärischer Schadstoffe im Jahr 2013 in Shenzhen, China. ISPRS Int J Geo-Information. 2017;6(1). https://doi.org/10.3390/ijgi6010002.

Wang Y, Du Q, Ren F, Liang S, Lin D, Tian Q, Chen Y, Li J. Räumlich-zeitliche Variation und Vorhersage von Krankenhausaufenthalten wegen ischämischer Herzkrankheit in Shenzhen, China. Int J Environ Res Public Health. 2014;11(5):4799–824. https://doi.org/10.3390/ijerph110504799.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang Z, Du Q, Liang S, Nie K, Lin D, Chen Y, Li J. Analyse der räumlichen Variation der Krankenhauseinweisungen wegen Bluthochdruckkrankheit in Shenzhen, China. Int J Environ Res Public Health. 2014;11(1):713–33. https://doi.org/10.3390/ijerph110100713.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Austin E, Zanobetti A, Coull B, Schwartz J, Gold DR, Koutrakis P. Ozontrends und ihre Beziehung zu charakteristischen Wettermustern. J Expo Sci Environ Epidemiol. 2015;25(5):532–42. https://doi.org/10.1038/jes.2014.45.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kan H, London SJ, Chen G, Zhang Y, Song G, Zhao N, Jiang L, Chen B. Jahreszeit, Geschlecht, Alter und Bildung als Modifikatoren der Auswirkungen der Außenluftverschmutzung auf die tägliche Sterblichkeit in Shanghai, China: die Studie zur öffentlichen Gesundheit und Luftverschmutzung in Asien (PAPA). Umweltgesundheitsperspektive. 2008;116(9):1183–8. https://doi.org/10.1289/ehp.10851.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Altman DG, Bland JM. Interaktion erneut betrachtet: die Differenz zwischen zwei Schätzungen. BMJ. 2003;326(7382):219. https://doi.org/10.1136/bmj.326.7382.219.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Granger CWJ. Prüfung auf Kausalität: eine persönliche Sichtweise. J Wirtschaftsdynamikkontrolle. 1980;2:329–52. https://doi.org/10.1016/0165-1889(80)90069-X.

Artikel Google Scholar

Maher MC, Hernandez RD. CauseMap: Schnelle Schlussfolgerung der Kausalität aus komplexen Zeitreihen. PeerJ. 2015;3:e824. https://doi.org/10.7717/peerj.824.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Deyle ER, Sugihara G. Verallgemeinerte Theoreme für die Rekonstruktion nichtlinearer Zustandsräume. Plus eins. 2011;6:e18295. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0018295.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Chen C, Li T, Sun Q, Shi W, He MZ, Wang J, Liu J, Zhang M, Jiang Q, Wang M, Shi X. Kurzfristige Ozonexposition und ursachenspezifische Sterblichkeitsrisiken und Schwellenwerte in China: Belege aus national repräsentativen Daten, 2013–2018. Umwelt Int. 2023;171(November 2022):107666. https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107666.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Choo-Wing R, Nedrelow JH, Homer RJ, Elias JA, Bhandari V. Entwicklungsunterschiede in den Reaktionen von IL-6- und IL-13-transgenen Mäusen, die Hyperoxie ausgesetzt waren. Am J Physiology-Lung Cell Mol Physiol. 2007;293(1):L142–50. https://doi.org/10.1152/ajplung.00434.2006.

Artikel CAS Google Scholar

Vancza EM, Galdanes K, Gunnison A, Hatch G, Gordon T. Alter, Belastung und Geschlecht als Faktoren für eine erhöhte Empfindlichkeit der Mauslunge gegenüber inhaliertem Ozon. Toxicol Sci. 2008;107(2):535–43. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfn253.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Northeim K, Marks C, Tiwari C. Bewertung räumlicher Muster der saisonalen Ozonexposition und der Häufigkeit von Besuchen in der Atemwegsnotaufnahme in Dallas-Fort Worth. PeerJ. 2021;9:1–18. https://doi.org/10.7717/peerj.11066.

Artikel CAS Google Scholar

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Unzutreffend.

Diese Arbeit wurde teilweise vom Key Special Project for Introduced Talents Team des Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory im Rahmen des Grant GML2019ZD0301 und der National Data Sharing Infrastructure of Earth System Science unterstützt.

Staatliches Schlüssellabor für Ressourcen und Umweltinformationssystem, Institut für Geographische Wissenschaften und Forschung zu natürlichen Ressourcen, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking, China

Jiaying Lu & Ling Yao

Jiangsu-Zentrum für kollaborative Innovation in der Entwicklung und Anwendung geografischer Informationsressourcen, Nanjing Normal University, Nanjing, China

Jiaying Lu & Ling Yao

Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Peking, China

Jiaying Lu

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Alle Autoren stimmten der endgültigen Fassung zu. Ling Yao: Methodik, Experiment- und Datenanalyse, Überprüfung und Bearbeitung; Jiaying Lu: Experiment und Datenanalyse, ursprüngliche Entwurfsvorbereitung.

Korrespondenz mit Ling Yao.

In diesem Artikel werden anonymisierte, öffentlich verfügbare Daten verwendet, für deren Verwendung keine ethische Genehmigung erforderlich ist.

Unzutreffend.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Lu, J., Yao, L. Beobachtungsnachweise für schädliche Auswirkungen von inhaliertem Ozon auf das menschliche Atmungssystem. BMC Public Health 23, 929 (2023). https://doi.org/10.1186/s12889-023-15902-6

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Eingegangen: 15. September 2022

Angenommen: 16. Mai 2023

Veröffentlicht: 23. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s12889-023-15902-6

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