环境气体空气污染物暴露与口面裂隙风险:中国长沙病例对照研究

背景

越来越多的研究已经调查了在妊娠早期的空气污染暴露之间的关联和口服裂缝的风险，但这些研究更加强调颗粒物质并报告了不一致的结果，同时研究了气态空气污染物对orofacial裂缝的独立作用的研究一直不足，特别是在中国。

方法

2015年至2018年，在中国长沙进行了一项病例对照研究。该研究共包括446例病例和4460名对照。每日CO浓度、NO_2.,所以_2.阿,_3.下午,_2．5和点₁₀在妊娠的前三个月，使用最近的监测站方法对每个受试者进行分配。应用多元逻辑回归模型，评估调整颗粒物前后，每月平均暴露于气体污染物与口面部裂及其亚型的相关性。方差充气系数（VIF）用于确定气体空气污染物的影响是否与颗粒物无关。

结果

CO, NO的增加_2.所以_2.在妊娠的前三个月，所有月份患唇腭裂或不患腭裂（CL/P）的风险显著增加，AOR分别为1.39至1.48、1.35至1.61和1.22至1.35_2.暴露水平，aORs从1.60到1.66不等。在调整了颗粒物后，这些影响持续存在，甚至加剧。O_3.被观测到。

结论

我们的研究表明，母亲暴露于CO, NO_2.， 所以_2.在怀孕的前三个月可能有助于口面裂的发展，这种关联可能与颗粒物无关。

口面裂是一种常见的先天性畸形，包括一系列影响嘴唇和口腔的疾病。根据发育起源的不同，一般又分为两种类型:单纯腭裂(CPO)和有或无腭裂(CL/P) [1.］.每1000名活产婴儿中约有1.7人出现畸形，这可能增加围产期婴儿的发病率和死亡率，损害幸存者的社会适应能力，并由于需要相关的保健服务而给有关家庭和整个社会造成经济负担[2.］.遗传成分和环境因素都与口面裂的发育有关。然而，这些缺陷的病因尚不完全清楚[3.］.

动物研究表明，怀孕的老鼠遭受着更高水平的一氧化碳(CO)和臭氧(O_3.)倾向于生出更多有骨骼畸形的后代[4.,5.]，这可能是有机组织期间氧化应激，细胞毒性和血流动力学的结果[6.］.这些证据和潜在的生物学理由鼓励了一种不断增长的流行病学研究，以评估空气污染物暴露在妊娠早期与先天性异常的可能性，其中包括orofacial clefts [7.,8.,9,10]然而，以前的大多数研究都是在发达国家进行的，那里的空气污染浓度往往低于发展中国家。除此之外，现有的研究更多地侧重于颗粒物（PM），而关注空气污染物的有毒气体成分，如CO、二氧化氮（NO_2.），二氧化硫（所以_2.）和O._3.在一些[6.,11而另一些则毫无意义[12,13］.更重要的是，空气污染由各种固体颗粒和气体组成，目前尚不清楚气态空气污染物与口面裂隙之间的联系是独立的还是与其他空气污染物的暴露有关。

在过去的几十年里，中国取得了巨大的经济发展。同时，作为世界上最大的发展中国家，中国在环境保护方面也面临着日益严峻的挑战[14，以及大量燃烧各种燃料而产生的气态空气污染物对健康的影响是最令人担忧的问题之一。然而，根据我们对现有文献的回顾，在中国，只有少数研究探讨了暴露于气态空气污染物对口面裂隙的影响，但报道的结果不一致[15,16,17,18]在这些研究中，有两项使用了单一污染物模型，没有对共存污染物进行调整，因此未能分离出气体空气污染物的独立作用[15,16］.此外，已证实中国不同地区的空气污染浓度差异很大[19，这可能会对健康造成不同的影响。因此，需要更多的研究气态空气污染物暴露与口面裂隙的关系，特别是在出生缺陷发生率高且无确切原因的地区，如中国长沙[20.］.

本研究利用2015-2018年中国长沙市孕产妇和儿童健康监测数据，研究了孕产妇气态空气污染物(CO、NO)的独立影响_2.,所以_2.和O_3.)暴露于怀孕早期对口面裂的风险。

研究区域

长沙属于亚热带城市，位于中国中部长江中下游，属典型的季风气候，夏季炎热多雨，冬季温和小雨。根据气温变化可分为暖季(5 - 10月)和冷季(11 - 4月)。年平均降水量约1361.6 mm，年平均气温17.2℃。它也是湖南省的省会城市和经济文化中心。据统计，约有839万人居住在11819.0公里的土地上^2.在长沙。

研究人群

这是一项病例对照研究。病例和对照分别来自湖南省医院出生缺陷监测系统(HBBDM)和湖南省妇幼保健院电子病历系统(EMR)。有关这两个系统的设立及运作详情，请参阅其他资料[20.]简言之，我们从HBBDM系统中提取了长沙市早孕期间有母亲居住地的口面裂（包括死胎、死胎和活产）的所有记录，以及2015年1月1日至2018年12月31日之间的预计受孕日期（n = 对于每对母婴，我们收集了有关母亲年龄、早孕期间居住地址、教育水平、妊娠、终止妊娠日期、妊娠周（周）的信息 + 如果符合以下任何标准，则排除这些病例：（1）上述母婴对信息在系统中缺失（n = 20） （2）产妇疾病状况，包括妊娠周 < 20或 > 44、妊娠期糖尿病、口面部裂家族史或妊娠期其他疾病史[即发烧（> 38°C），感染或接触抗生素]（n = 18） （3）除口面部裂隙外，同时存在遗传异常（n = 12)。具体而言，鉴于所研究空气污染物浓度的区域性质彼此不同，这可能会导致在使用下文所列的单独暴露评估方法时，对空间梯度较大的空气污染物造成不可接受的暴露错误分类，最大半径为25 km，距离最近的m选择监测站作为阈值，以包括先前研究后的病例[21[93例除外]。与此同时，从EMR系统中随机选择了60,000例在相同的估计受孕日期和母亲居住地范围内没有任何先天性异常的活产儿记录，然后使用相同的标准排除病例。在此之后，从EMR系统中提取的其余母亲-婴儿对与怀孕年份的病例匹配1:10作为对照。怀孕日期用每个母亲的终止妊娠日期减去妊娠年龄(周+天)来估计。

口面部裂的分类

根据国际疾病-10（ICD-10）代码的国际分类诊断出胃外谱的病例，其中包括仅（Q35），没有腭裂的唇裂（Q36）和裂隙唇（Q37），和后来两类合并为进一步分析。

暴露评估

有充分的证据表明，嘴唇和上颚的发育需要一系列复杂的过程，这些过程发生在妊娠第4周到第12周之间[1.,6.]，因此我们选择妊娠前3个月作为收集空气污染物数据的敏感性窗口。

污染数据来源于湖南省环境监测中心。研究共纳入15个大气污染监测点，其中长沙10个，湘潭3个，株洲2个。最后5个监测点距离长沙市较近，可用于估算居住在长沙市附近的病例和对照人员的暴露水平。1.）.这15个监测站均为国家空气质量监测站。这些监测站的安装和空气污染物的收集严格按照国家规定执行。每日24小时CO, NO的平均浓度_2.,所以_2.下午,_2．5，及₁₀，并收集了2015-2018年期间8小时臭氧最高浓度，以满足我们分析的要求。

在怀孕的前三个月，利用最近的监测站方法预测个体对空气污染物的每日暴露水平。简单地说，我们使用百度Maps (https://map.baidu.com)，并利用ARCGIS软件(10.3版)计算出监测站到各住宅地址的距离。然后，将易感窗期间来自最近监测站的空气污染物数据与每位参与调查的母亲联系起来，作为个人暴露水平的估计值。CO、NO的月平均值_2.,所以_2.阿,_3.下午,_2．5，及₁₀为每个受试者计算。

为避免可能的天气干扰，选取长沙市4个气象要素监测站同期的日平均气温和平均相对湿度数据进行平均，并以此作为早孕个体暴露水平的代表。

统计分析

我们利用多元logistic回归模型评估了月平均暴露水平与口面裂隙之间的关系。整个研究的分析过程分为两个阶段。在第一阶段，我们构建了整体病例和亚型的单一污染物模型。在总病例模型和CL/P模型中，我们根据现有文献，结合病例与对照人群特征的显著差异，对以下混杂因素进行了调整:母亲的年龄(分为< 20岁,20 - 24岁,25 - 29岁和≥30岁),母亲的教育程度(分为初中或以下,高/技术学校和大学或更高的学位),妊娠(分为1、2、3和≥4),婴儿性(分为男性和女性),多胎(分为单胎和多胎)、温度和相对湿度。在CPO模型中，除了性别外，我们对相同的混杂因素进行了调整，因为在CPO病例和对照组之间没有发现显著的性别差异。在第二阶段，我们进一步调整了PM_2．5和点₁₀在单独的双污染物模型中。为了检查PM可以在模型中调整PM，计算方差通胀因子（VIFS），其中VIF> 10将建议在两污染模型中存在共同性，这意味着PM的混淆效果_2．5/下午₁₀不能同时调整。相比之下;VIF≤10表示不存在显著共线性，因此可以认为气体污染物的影响是独立的。or及其95%置信区间(CIs)被用于显示CO、NO每四分位范围(IQR)增加的影响_2.,所以_2.和O_3.,分别。此外，考虑到多发性先天性异常的病例可能有更复杂的病因和不同的病因，这可能会使我们的研究结果存在偏差[22,23，这两个分析阶段只包括孤立的口面裂病例作为敏感性分析，以检验基础病例分析结果的稳定性。

所有分析使用SAS (SAS Institute, Inc, Cary, North Carolina)和R(版本4.0.0;R开发核心团队)，两尾P值小于0.05被认为有统计学意义。

描述性统计

目前的分析共包括446例口面部裂患者和4460名对照组。与对照组相比，病例组的母亲年龄较小、文化程度较低、有多次妊娠史的比例较高。此外，CL/P病例组和对照组之间的性别结构差异明显，男性比例较高受孕季节无明显差异。受试者的详细特征总结在表中1.。此外，怀孕早期的产妇住所与最近的监测站之间的中位数（25%至75%）距离为4.14（2.56–10.61）km。

研究期间，长沙市大气污染物日平均浓度和气象因子分布变化较大，中位(25 ~ 75个百分位范围)浓度为0.85 (0.71 ~ 1.04)mg/m^3.CO, 31.30 (23.20-44.70) μg/m^3.没有_2.， 12.60 (9.00-17.00) μg/m^3.这么_2.， 84.55 (54.55-117.50) μg/m^3.对啊_3.，44.20（28.50–67.00）μg/m^3.对点_2．5， 66.50 (46.22-96.40) μg/m^3.对点₁₀温度为18.68(10.45-25.18)℃，相对湿度为82.00 (72.00-91.50)%2.）.空气污染物的相关分析结果在附加文件中1.:表S1，显示所有空气污染物彼此之间有显著的相关性(P< 0.001)， Spearman相关系数为−0.08 ~ 0.91。

气态空气污染物与口面裂隙的关系

表格3.显示了与CO、NO有关的口面部裂风险的AOR和相应的95%置信区间（CI）_2.,所以_2.和O_3.在怀孕的前三个月。CO、NO的IQR增加的总体病例风险升高_2.所以_2.CO的aORs为1.35 ~ 1.42,NO的aORs为1.37 ~ 1.58_2.， SO从1.21到1.31_2.相比之下，每月_3.暴露对总体病例无显著影响。在亚组分析中，观察到结果CL/P的相似关联模式。然而，CPO的风险仅随着NO的增加而增加_2.暴露水平，aORs从1.60到1.66不等。

表格4.在调整PM后，介绍结果和四个气态空气污染物之间的关联_2．5．大多数显著影响持续甚至增强，一氧化碳的aORs从1.46到1.91,NO的aORs从1.60到2.11_2.对于SO, 1.34到2.10_2.,分别。CO、NO对口面裂隙也有增强作用_2.所以_2.经PM调整后₁₀(表5.)。两种污染物模型中的所有振动因子均小于2（数据未显示），表明没有证据表明存在显著的共线性。

在敏感性分析中，当仅包括在其他系统中诊断无异常的孤立病例(n = 379)时，气态空气污染物暴露与口面裂风险之间的关联仍然存在(附加文件)1.:表S2-S4)。

在本研究中，我们采用病例对照研究设计，调查了中国长沙市妊娠前三个月气态空气污染物暴露与口面裂风险之间的关系。我们发现了CO, NO的积极作用_2.所以_2.与颗粒物（PM）无关的口面部裂隙暴露_2．5和点₁₀）.而O_3.并发现口面部裂隙。

在CO的单一污染物分析中，妊娠早期CO的IQR增加，CL/P风险增加39–48%。该相关性与前瞻性队列研究（包括来自中国武汉的133例口面部裂患者）具有可比性，其中赵等人观察到每100μg/m^3.CO增加增加了妊娠第二和第三个月的Cl / P的风险，AOR为1.31（95％CI 1.14,1.51）和1.17（95％CI 1.03,1.33）[15]相比之下，朱等人在美国进行的另一项队列研究发现，CO暴露对CPO（aOR）有显著影响 = 2.74,95%可信区间为1.62,4.62），但在妊娠第3-8周时，CL/P值没有变化[11］.来自不同国家或地区的其他一些研究也评估了CO对口面裂隙的影响，但观察到的影响并不显著[6.,24,25]还是反向联想[26,27］.

在单污染物NO分析中_2.在美国，我们观察到CL/P风险增加35-61%，NO每增加IQR, CPO风险增加60-66%_2.在怀孕的前三个月里我们的估计支持了Zhu等人在美国进行的研究的结果[11和Wang等人在中国的研究[18]该研究报告，在妊娠第3-8周，CPO每IQR增加的aOR为3.64（95%可信区间1.73,7.66），腭裂每10μg/m的RR为1.19（95%可信区间1.03,1.36）^3.在怀孕的前三个月，这一比例分别增加。之前没有其他研究估计No的影响_2.发现重要结果[18,26,28］.

在SO单一污染物分析中_2.，我们在研究期间观察到对CL/P的持续和积极影响，AOR在1.22到1.35之间。类似地，在对145例来自澳大利亚的病例进行的病例对照研究中，Hansen等人发现，每增加一个IQR_2.妊娠3-8周暴露与CL/P风险升高相关(aOR = 1.27, 95% CI 1.01, 1.62) [24］.此外，Marshall等在新泽西的一项研究中也为CL/P与SO之间的关联提供了证据_2.在最高暴露水平（aOR）下 = 1.6,95%可信区间1.1,2.2）[26］.然而，Liu等人在中国辽宁进行的另一项研究表明，没有显著的影响[17］.

O_3.是挥发性有机化合物与NO反应形成的二次污染物_2.在阳光下[29，以及它与智慧的联系H与其他气态空气污染物相比，对口面裂隙进行了大量的流行病学研究。然而，只有少数人得到了积极的结果。例如，一项包括中国台湾653例病例的病例对照研究报告，CL/P的风险与O相关增加_3.在妊娠第一个月(aOR = 1.20, 95% CI 1.02, 1.39)和第二个月(aOR = 1.25, 95% CI 1.03, 1.52) [6.]Zhao等人在中国武汉进行的另一项队列研究表明，妊娠第二个月和第三个月的CPO显著相关，AOR分别为1.21（95%可信区间1.03,1.42）和1.18（95%可信区间1.02,1.37）[15］.不幸的是，我们没有发现O的积极作用_3.在中国长沙的CL/P或CPO研究中，与之前的大多数研究一样[10,12,18］.

在我们的研究区域，空气污染物浓度高于以往大多数研究覆盖的区域，特别是发达国家。因此，我们有理由将我们的明显发现部分归因于各研究中空气污染物的水平和范围的差异。其他因素，如覆盖地区和时间段的差异、使用的统计方法、调整的协变量以及研究对象的特征，也可能导致混合结果[15］.此外，我们还注意到一氧化氮的作用_2.CL/P比CO和SO强_2.．一个可能的原因是否定的_2.对CL/P的发展具有更强的毒性作用，另一个原因是被研究群体对NO_2.面临有必要进行更多的动物研究，比较不同空气污染物的毒性作用，以解决这一假设。更重要的是，没有_2.观察到暴露与CPO风险增加相关。虽然CL/P和CPO的胚胎病原体不同[1.]，其他空气污染物与CPO亚组之间的无相关性也可能是由于病例数少而缺乏足够的统计能力。

观察到的气态空气污染物的关联是否独立于颗粒物，这一问题对健康风险评估很重要。根据我们的分析，CO, NO的影响程度_2.所以_2.在两种污染物模型中仍然显著，甚至增加，并且VIF均为 < 这为三种污染物的独立影响提供了证据。之前的两项研究已经建立了co污染物模型，以调整O_3.和点₁₀分别为(6.,30.］.虽然这两项研究都观察到，与单一污染物模型相比，空气污染物的影响有所增加，这与我们的发现一致，但都没有为有趣的模式提供可信的解释。我们假设，颗粒物质和气体污染物可能参与了促进口面裂隙发育的相同途径，从而产生竞争关系。因此，我们在模型中控制PM后，气体污染物的影响加剧了。然而，需要更多的努力来测试观察到的模式是否真实。

气态空气污染物与口面裂隙之间联系的生物学机制尚不清楚。动物研究的数据为空气污染物的潜在致畸性提供了几种解释。例如，接触一氧化碳可能导致缺氧[31,32]，与含血红素的蛋白质反应[31,33]，以及外源性物质代谢的减少[27,34]，这些反应甚至在低浓度时也会进一步触发胎儿毒性效应[35］.接触不_2.可能通过诱发炎症反应或表观遗传变化(如DNA甲基化)而导致口面裂的发生[36,37,38］.关于SO_2.一些研究表明它可能导致氧化损伤，并在小鼠中诱导多种器官畸形[39］.虽然我们没有观察到对O_3.在美国，有来自动物研究的证据表明O_3.暴露可作为一种毒素，通过血流动力学、缺氧事件、氧化应激和对某些细胞群的毒性影响大鼠的胎儿发育[5.］.需要更多的研究来解决知识差距。

据我们所知，本研究是为数不多的研究之一，旨在调查中国妊娠早期接触气体污染物与口面部裂风险之间的关系。我们的研究将更好地调查这一问题，原因有三个。我们使用了最新诊断的病例和d与发达国家相比，出生缺陷发生率高、空气污染水平高的地区的空气污染数据。结果将与空气污染浓度相似的地区的公共卫生相关。我们构建了两个污染物模型，并计算了VIF，以区分气体空气p的独立影响这使得我们的结果更具说服力。我们在研究区域包括死胎、死胎和活产口面裂婴儿，与那些只包括活产病例的研究相比，这减少了潜在的选择性偏差。

应确认我们研究的局限性。与以前的大多数研究一样，基于最近的监测站方法的个体的曝光估计中的错误分类偏差是不可避免的。但是，被证明是随机的错误分类，并使结果偏向空[40］.我们没有关于某些潜在混杂因素的数据，例如母亲的职业暴露、母亲的营养、怀孕早期饮酒和吸烟。尽管中国女性的吸烟率总体上很低[41]，来自美国的证据表明，在调整职业、收入、母亲吸烟和环境吸烟以及饮酒后，空气污染物对不良后果的风险变化不到5% [42]，我们不能得出这样的结论，即缺乏这些信息不会对我们的结果产生很大的影响，因为目前研究中的人群特征可能与发达国家的人群特征不同(即中国女性环境吸烟患病率高[43])。由于上述所有的局限性，在将这些发现扩展到其他人群和研究之前，应该谨慎解释。

我们的研究表明，母亲暴露于CO, NO_2.， 所以_2.在怀孕的第一个三个月期间与胃外裂解的风险增加有关，并且三种气态空气污染物的效果可能独立于PM_2．5和点₁₀．我们的研究结果强调了解决气态空气污染物对中国长沙口面裂隙影响的重要性。

由于道德原因，当前研究中生成和/或分析的数据集不能公开获得，但可在合理要求下由通信作者提供。

CL / P:

有或没有腭裂的唇裂

CPO:

只有腭裂

VIF:

通货膨胀因素方差

下午:

可吸入颗粒物

差:

畴范围

优势:

调整后的优势比

CI：

置信区间

湖南省出生缺陷协同防治重大科技项目(no . 2019SK1012);湖南省重大研发项目(no . 2018SK2060);湖南省科技厅项目(no . 2017SK50802)

作者指出

1. 姜文和谢万勤是第一作者。

从属关系

1. 长沙开福区湘雅路中南大学湘雅公共卫生学院流行病学与卫生统计学系，长沙410078

   温江、周海燕、李兴利

2. 湖南省妇幼保健院，中国长沙

   谢万勤，倪斌，刘志宇

贡献

WJ：概念化，方法，写作原稿草案，正式分析WX：书写原稿草案，正式分析，软件，可视化BN：监督，资金收购Hz：验证，软件ZL：资源，数据策择，资金采集XL：概念化，方法，写作审查和编辑，资金收购。所有作者都已读取并同意发布的稿件版本。

相应的作者

对应到致宇刘或日照市兴利李．

道德认可和参与同意

本研究经湖南省妇幼保健院医学伦理委员会审核批准。不需要书面知情同意。

同意出版

不适用。

竞争利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

出版商的注意

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