美国本土野火烟雾PM2.5对死亡率的慢性影响：一项基于双重稳健模型的因果推断研究

《SCIENCE ADVANCES》：Wildfire smoke PM2.5 and mortality rate in the contiguous United States: A causal modeling study

本研究针对日益严峻的野火烟雾PM2.5暴露对人群健康的长期影响问题，在美国本土开展了一项大规模的生态学研究。研究人员创新性地应用双重稳健模型结合广义倾向评分，系统评估了2006-2020年间年度野火烟雾PM2.5暴露与全因及特定病因死亡率的关系。结果显示，野火烟雾PM2.5每年导致约24,100例全因死亡，暴露-反应曲线呈单调上升趋势且无安全阈值，其中神经系统疾病死亡率受影响最大。该研究为制定针对性干预措施提供了关键科学证据。

　　

随着气候变化的加剧，全球野火的规模、强度和频率正以前所未有的速度增长。这些肆虐的火焰不仅直接吞噬森林和家园，其产生的烟雾更能飘散至数千公里之外，对远离火场的人群健康构成严重威胁。野火烟雾中的细颗粒物（Particulate Matter with aerodynamic diameter of ≤2.5 μm, PM_2.5）因其粒径微小，可深入呼吸道并穿过肺泡进入血液循环，被认为是野火排放中对健康危害最大的污染物。尤其值得警惕的是，现有研究表明野火烟雾PM_2.5因其含有更高浓度的碳质和极性有机化合物，可能比非烟雾来源的PM_2.5具有更强的毒性。

然而，尽管野火风险与日俱增，科学界对于长期（慢性）暴露于野火烟雾PM_2.5是否会增加死亡风险，以及具体影响哪些疾病导致的死亡，仍然缺乏强有力的因果证据。以往的研究多集中于短期（急性）效应，且大多采用传统的回归模型，仅能控制有限的混杂因素，其结果可能受到混杂偏倚的影响，难以真正揭示暴露与结局之间的因果关系，从而限制了其指导公共卫生政策和风险管理的价值。为了填补这一关键空白，一项发表在《科学进展》（SCIENCE ADVANCES）上的研究，对美国本土野火烟雾PM_2.5的慢性死亡率负担进行了迄今为止最为全面和严谨的评估。

为了回答上述问题，研究人员开展了一项覆盖美国本土（除阿拉斯加和夏威夷外的48个州）3068个县、时间跨度为2006年至2020年的大规模生态学研究。研究的关键技术方法包括：利用卫星影像和机器学习模型估算县级每日野火烟雾PM_2.5浓度并计算年度平均值；从美国疾病控制与预防中心广泛在线流行病学数据（CDC WONDER）获取县级年度死亡率数据；创新性地应用双重稳健分析方法，结合随机森林和核密度估计来拟合广义倾向评分（Generalized Propensity Score, GPS），以更好地处理混杂因素的非线性关系和交互作用，并放松了对暴露分布形式的假设；使用加权（逆概率加权, IPW）的广义相加模型来估计野火烟雾PM_2.5对死亡率的影响，并以交通事故或跌倒导致的死亡率作为阴性结果对照（Negative Outcome Control）来评估未测量混杂因素的可能影响。

RESULTS

研究人群与暴露水平

研究期间，美国本土年均人口约为2.94亿。县级年度野火烟雾PM_2.5浓度的平均值为0.4 μg/m³，中位数为0.3 μg/m³，显示出明显的右偏分布。非烟雾PM_2.5的平均浓度为7.9 μg/m³。

野火烟雾PM_2.5与死亡率的关联

分析结果显示，年度野火烟雾PM_2.5浓度每增加0.1 μg/m³，全因死亡率（每10万人）增加1.904例。研究还观察到野火烟雾PM_2.5与多种特定病因死亡率存在正相关关系。其中，对神经系统疾病死亡率的影响最为显著（每10万人增加0.334例），其次是循环系统疾病（每10万人增加0.186例）以及内分泌、营养和代谢疾病（每10万人增加0.181例）。此外，与肿瘤、心理和行为障碍以及呼吸系统疾病死亡率的关联也具有统计学意义。至关重要的是，作为阴性对照的交通事故和跌倒导致的死亡率与野火烟雾PM_2.5没有显著关联，这增强了主要研究结果的可信度，提示未受控制的混杂偏倚可能性较小。

归因死亡负担

研究人员进一步估算了可归因于野火烟雾PM_2.5的死亡人数。每年每0.1 μg/m³的野火烟雾PM_2.5浓度增加，导致约5594例全因死亡。这相当于在美国本土，每年总共有约24,054例全因死亡可归因于野火烟雾PM_2.5暴露。特定病因的归因死亡人数也相当可观，例如神经系统疾病约981例，循环系统疾病约547例。

暴露-反应关系曲线

绘制的暴露-反应关系曲线揭示，野火烟雾PM_2.5与全因死亡率之间呈单调递增关系，且没有证据表明存在一个“安全”的阈值浓度，即低于该浓度时没有健康效应。对于神经系统疾病以及内分泌、营养和代谢疾病，关系近乎线性。而对于循环系统疾病、肿瘤、心理和行为障碍以及呼吸系统疾病，曲线呈J形，即在较低暴露水平时死亡率有轻微下降，随后随着暴露水平升高而快速增加。

敏感性分析与亚组分析

敏感性分析表明，当改变逆概率加权的修剪范围或使用线性回归估计广义倾向评分时，主要结果保持稳健。亚组分析揭示了效应的异质性：野火烟雾PM_2.5对全因死亡率、循环系统疾病、肿瘤等的影响，在65岁以下人口比例较高的社区、农村化程度更高（RUCA评分更高）的地区，以及在夏季和冬季气温较低的时期更为显著。

DISCUSSION

本研究通过应用先进的因果推断模型，为野火烟雾PM_2.5对死亡率的慢性影响提供了强有力的证据。研究发现，野火烟雾PM_2.5暴露与全因及多种特定病因死亡风险的增加显著相关，每年在美国本土造成数万例过早死亡。特别值得注意的是，野火烟雾PM_2.5对神经系统疾病死亡率的影响最为突出，这可能是由于其更小的粒径更容易穿透血脑屏障，或其独特的化学成分引发神经炎症反应。与以往基于非烟雾PM_2.5的研究相比，本研究表明野火烟雾PM_2.5的毒性可能更强，单位浓度增加带来的死亡风险更高。

研究的暴露-反应关系表明，即使暴露水平较低，健康风险依然存在，且不存在安全阈值，这强调了持续降低野火烟雾PM_2.5水平的公共卫生重要性。亚组分析结果指出了明确的脆弱人群，包括相对年轻的社区、农村居民以及在凉爽季节暴露的个体，这为制定有针对性的防护和干预措施提供了精准的方向。

尽管研究存在一些局限性，如暴露评估可能存在的误差、对人口较少县数据的排除等，但其严谨的方法学、大规模的样本量以及对阴性对照的应用，极大地增强了研究结论的可靠性。该研究结果具有重要的政策意义。当前，美国环境保护署（EPA）将野火视为自然灾害，其产生的PM< />未被纳入空气质量达标考核。然而，研究指出大部分野火由人类活动引发，且计划烧除等管理措施可以有效降低风险。因此，研究呼吁将野火烟雾纳入监管视野，并加强在脆弱地区和人群中的公共卫生应对能力。

总而言之，这项研究清晰地揭示了日益频繁的野火事件通过烟雾PM_2.5对公共健康构成的严重且长期的威胁。随着气候变化的持续，这一威胁预计将进一步加剧。研究结果敲响了警钟，强调迫切需要采取综合性的策略，包括气候变化 mitigation（减缓）、野火管理、公共卫生预警和医疗资源公平分配，以减轻野火烟雾带来的日益加重的疾病负担，保护人群健康，特别是那些最脆弱的群体。