野生火灾产生的PM2.5和多环芳烃（PAHs）与妊娠结局之间的关联：基于高分辨率暴露评估的证据

《Environmental Research》：Associations of PM 2.5 and PAHs from wildland fires with pregnancy outcomes: evidence based on high-resolution exposure assessment

本研究利用加州2017-2018年出生数据，结合机器学习模型估算野火PM2.5和PAHs暴露水平，发现孕期暴露与早产及胎膜早破风险增加显著相关（PM2.5每增一四分位距风险上升13%），且效应受种族、BMI等因素调节，归因分数为6.96%。

　　

焦安琪|朱书鹏|陈希瑶|何晴晴|塔里克·本马尔尼亚|吴俊

美国加利福尼亚大学欧文分校乔·C·文人口与公共卫生学院环境与职业健康系

摘要

野火威胁正在急剧增加，这正在破坏几十年来在空气质量改善方面取得的进展。然而，关于野火产生的PM_2.5与早产（PTB）之间关系的研究仍然有限。目前还没有研究探讨野火释放的多环芳烃（PAHs）——这种物质可能是导致PM_2.5毒性的原因之一，也没有专门研究早产的另一个主要原因——胎膜早破（PPROM）。我们利用加利福尼亚州的全州出生证明数据，基于一个两阶段机器学习模型，结合了社区多尺度空气质量模型的输出，估算了2017年和2018年野火产生的PM_2.5和颗粒相PAHs的每小时浓度（分辨率为1公里）。我们应用广义线性混合模型来分析孕期暴露于野火PM_2.5和PAHs与早产及胎膜早破之间的关联，并考虑了母亲特征和其他环境因素的调节作用，同时计算了早产的人群归因分数。在627,494例分娩案例中，我们观察到母亲暴露于野火PM_2.5和PAHs与早产及胎膜早破之间存在正相关关系，尤其是在妊娠第二孕期。野火PM_2.5浓度每增加一个四分位数区间，早产的风险就会增加13%（95%置信区间：12%，14%）。种族/民族、孕前体重指数、受孕季节、非野火来源的PM_2.5暴露以及温度暴露是重要的调节因素。大约6.96%的早产病例可以归因于孕期暴露于较高水平的野火PM_2.5。这些发现强调了需要采取有针对性的公共卫生干预措施，以减少孕妇接触野火烟雾的风险，特别是对于脆弱人群而言。

引言

在全球气候变暖的背景下，野火的频率和强度都在急剧增加，而人为因素（如土地利用变化和居住区向野生地-城市交界处的扩张）进一步加剧了这一趋势（Burke等人，2021年）。美国西部是受野火影响最严重的地区之一，近年来野火活动持续增加（Abatzoglou等人，2021年）。大规模野火（即面积超过40,000英亩的火灾）在该地区非常普遍且具有破坏性，尤其是在加利福尼亚州，2021年有超过230万英亩的土地被野火烧毁（国会预算办公室，2022年）。加利福尼亚州的极端野火活动通常由强烈的下坡风事件（例如圣安娜风）引发，引起了科学家和政策制定者的广泛关注（Williams等人，2019年）。2017年、2018年和2020年发生的一系列极具破坏性的野火创下了该州火灾史上的新纪录，导致了巨大的经济损失和健康问题（Meng等人，2024年；Wang等人，2020年；Williams等人，2019年）。

野火烟雾是一种由颗粒物（PM）和气体污染物组成的复杂混合物，已成为环境空气质量下降的主要因素，分别占美国及其西部地区细颗粒物（PM_2.5）污染的约25%和50%（Burke等人，2023年；Burke等人，2021年；Zhang等人，2023a）。尽管野火的特征具有变异性，但野火产生的PM_2.5尤其令人担忧，因为它在野火烟雾中所占比例较高，能够深入肺部并进入血液，并通过长距离传输产生广泛影响（Black等人，2017年）。此外，由于其含有更多的超细颗粒和氧化或促炎成分，它可能比城市中的PM_2.5更具毒性（Jiao等人，2024a）。多环芳烃（PAHs）是野火PM_2.5的重要组成部分，具有显著的氧化潜力（Zhang等人，2016年）。PAHs是一类含有两个或更多苯环的有毒有机化合物，通常是由化石燃料和生物质等有机材料不完全燃烧产生的。高分子量的PAHs通常比轻质化合物更具毒性，主要存在于颗粒相中，被细颗粒或超细颗粒吸收，从而增加了其毒性（Kim等人，2013年）。包括孕妇在内的许多人群都广泛暴露于PAHs（Woodruff等人，2011年）。产前暴露于PAHs与一些不良出生结果有关，如早产（PTB）和宫内生长受限，这可能是由于胎盘发育受损以及胎儿获得的营养或氧气减少（Drwal等人，2019年；MoghaddamHosseini等人，2023年）。

早产是新生儿死亡和发病率的主要原因，会影响婴儿的多个系统并影响其长期发育（Purisch和Gyamfi-Bannerman，2017年）。尽管围产期护理有所改善，但自2018年以来，美国的早产率仍保持在10%以上，与全球11%的比率相当（Martin等人，2019年；Walani，2020年）。这一持续的高比率突显了进一步探索其病因和可改变的环境风险因素的必要性，以制定有效的预防策略。胎膜早破（PPROM）是指在分娩开始前胎膜提前破裂，是导致早产的重要产科前兆，与不良的母婴结局密切相关（Menon和Richardson，2017年）。它占早产病例的30-50%，并且大约50-60%在早期妊娠期间经历PPROM的女性会在一周内分娩，即使采取了保守的医疗管理措施（Jiao等人，2023b；Mercer，2003年）。鉴于孕妇对野火等环境扰动的脆弱性，越来越多的研究关注产前暴露于野火PM_2.5对早产的影响（Amjad等人，2021年）。然而，现有的证据仍然有限，主要依赖于分辨率较低的时空暴露评估。此外，还没有研究探讨野火对PPROM的影响，以阐明早产的潜在病理机制。另外，由于建模野火PM_2.5成分的复杂性，颗粒相野火PAHs的影响尚未得到研究（Zhang等人，2023a）。

为了解决这些研究空白并捕捉最严重野火季节的影响，我们旨在利用2017年和2018年这些野火活动频繁年份的高精度时空暴露数据，研究加利福尼亚州母亲暴露于野火PM_2.5和颗粒相PAHs与早产及胎膜早破之间的关联（Black等人，2017年）。此外，我们还评估了个体特征和环境因素（如非野火来源的空气污染和极端温度）的调节作用，以识别脆弱人群。最后，我们通过计算人群归因分数（PAFs）来量化可归因于母亲暴露于野火PM_2.5的早产负担。

研究设计与研究对象

我们使用了加利福尼亚州公共卫生部门提供的全州出生证明数据进行了回顾性队列研究。在排除了以下条件的观测数据后，我们确定了2017年7月1日至2018年12月31日期间加利福尼亚州居民的659,769例单胎活产案例：无妊娠年龄信息的出生（N = 9,080例）、妊娠年龄<20周或>43周的出生（N = 3,696例）、无效的居住信息（N = 836例）以及多胎出生（N = 21,061例）

结果

我们确定了627,494例单胎活产案例，其中包括47,786例早产（7.62%）和6,855例胎膜早破（1.10%）。表1展示了研究人群的特征。大约56.86%的母亲年龄在25至34岁之间。西班牙裔个体是最大的种族/族裔群体，占总研究人口的45.54%，其次是非西班牙裔白人（26.58%）和亚裔个体（15.10%）。与足月出生的个体相比，经历早产的

总PM_2.5和非野火PM_2.5暴露与妊娠结局的关联

图4比较了孕期暴露于野火、非野火和总PM_2.5与早产、胎膜早破（PPROM）、极早早产（MPTB）和非常规早早产（VPTB）风险之间的关联。母亲暴露于总PM_2.5与这些结局显著相关，除了PPROM，其中与非常规早早产的关联最强。与非野火PM_2.5相关的所有结局相比，野火PM_2.5的关联相对较弱。在特定孕期的结果中，

敏感性分析结果

敏感性分析的结果见表S6和S7。首先，进一步调整其他协变量后，我们观察到变化很小。其次，将研究人群限制在不同的子集中，也没有改变观察到的关联。第三，基于离散时间生存模型的结果与我们的主要分析结果相当。第四，在野火和非野火PM_2.5的共污染物模型中，它们与早产和胎膜早破的关联相似

讨论

在这项涵盖整个加利福尼亚州的大规模回顾性队列研究中，我们发现孕期及前两个孕期暴露于野火产生的PM_2.5和PAHs与早产和胎膜早破的风险显著增加，这一结论基于高精度时空分辨率的暴露估计。在特定亚群体中观察到了更强的关联，例如亚裔和黑人个体、孕前BMI较低的个体以及暴露于较高水平非野火

作者贡献声明

何晴晴：撰写——审稿与编辑，数据整理。塔里克·本马尔尼亚：撰写——审稿与编辑，资源管理，方法学。吴俊：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取，数据整理，概念构思。焦安琪：撰写——初稿撰写，可视化，方法学，数据分析，概念构思。朱书鹏：撰写——审稿与编辑，调查，数据整理。陈希瑶：撰写——初稿撰写，调查，数据整理。

未引用的参考文献

Casey等人，2006年；美国环保署（EPA）。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了加利福尼亚州空气资源委员会 [资助编号 21RD003]的支持。