美国海湾地区环境中苯乙烯、苯、甲苯、乙苯和二甲苯暴露与住院率之间的关联

《Environmental Research》：Associations Between Ambient Exposure to Styrene, Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylenes and Hospitalizations in the US Gulf Region

本研究基于2011-2016年美国墨西哥湾地区65岁以上老年人医保数据，利用高时空分辨率（4×4km/天）的苯系物（SBTEX）模型预测浓度，发现苯、甲苯、乙苯及二甲苯短期暴露（0-7天）与心血管及呼吸道住院风险显著相关（OR 0.38%-2.74%），而苯乙烯无显著关联。提示低浓度苯系物暴露可能增加老年人群心血管及呼吸道疾病住院风险，需加强环境监管。

　　

崔永秀|王志灿|乔舒亚·L·沃伦|吴正勋|劳伦斯·S·恩格尔|白福亨|米歇尔·L·贝尔

耶鲁大学环境学院，美国康涅狄格州纽黑文

摘要

背景

苯乙烯、苯、甲苯、乙苯和二甲苯（SBTEX）是主要的空气污染物，主要在职业环境中进行研究，高浓度暴露与不良健康后果相关，并受到严格监管。相比之下，环境中的SBTEX暴露对健康的影晌由于缺乏全面的暴露评估而尚未得到充分了解，因为这些暴露发生在较低浓度下。

方法

研究对象为2011-2016年间美国墨西哥湾地区65岁及以上的Medicare受益人。研究结果包括因心血管疾病（n = 601,631例）和呼吸系统疾病（n = 385,162例）而住院的情况。环境中的SBTEX暴露数据来自具有高空间（4 × 4公里）和时间（每日）分辨率的验证预测模型。采用时间分层病例交叉设计结合条件逻辑回归来估计每日环境SBTEX浓度与住院风险之间的关联。

发现

我们观察到苯、甲苯、乙苯和二甲苯（BTEX）的环境浓度与心血管和呼吸系统疾病住院之间存在显著关联，但苯乙烯则没有这种关联。每日平均苯浓度增加一个四分位数范围（0.087 ppb）与0天时的心血管疾病住院率增加0.38%（95%置信区间：0.08, 0.68%）相关，在0-7天期间增加1.00%（95%置信区间：0.60, 1.41%）。相应的呼吸系统疾病住院率在0天时增加0.88%（95%置信区间：0.50, 1.25%），在0-7天期间增加2.74%（95%置信区间：2.29, 3.19%）。甲苯、乙苯和二甲苯也观察到类似的趋势。总BTEX浓度增加一个四分位数范围（0.297 ppb）与0-7天期间心血管和呼吸系统疾病住院率分别增加0.85%（95%置信区间：0.44, 1.27%）和1.87%（95%置信区间：1.41, 2.32%）相关。

解释

即使在低环境浓度下，BTEX暴露也可能增加老年人的心血管和呼吸系统疾病住院风险。这些发现表明需要更多关注环境中的BTEX问题，而不仅仅是传统的职业和工业环境。

引言

苯乙烯、苯、甲苯、乙苯和二甲苯（SBTEX）是主要由人为来源排放的挥发性有机化合物，包括车辆尾气、石油精炼和其他工业活动。它们被广泛用作溶剂和化学原料，并存在于燃料和各种商业产品中。

高浓度的SBTEX的毒理学特性，尤其是在职业环境中，已有充分记录。1987年，国际癌症研究机构（IARC）将苯列为1类致癌物（对人类具有致癌性），表明有足够的证据表明其具有致癌性。随后，苯乙烯和乙苯分别被列为2A类（可能对人类具有致癌性）和2B类（可能对人类具有致癌性）。除了致癌性外，高水平的SBTEX暴露还与中枢神经系统效应有关，包括头晕、头痛和认知障碍。此外，这类暴露还与生殖毒性（如精子异常和胎儿生长减缓）以及心血管疾病、呼吸系统功能障碍、哮喘和对常见抗原的敏感性有关。

由于这些毒理学特性，职业环境中的SBTEX暴露受到严格监管。在美国，包括职业安全与健康管理局（OSHA）、国家职业安全与健康研究所（NIOSH）和美国政府工业卫生学家协会（ACGIH）在内的机构制定了允许的暴露限值，包括时间加权平均值（TWAs）和短期暴露限值（STELs），以保护工人健康。例如，NIOSH建议职业环境中的苯暴露在10小时轮班内的平均值不超过0.1 ppm，任何时间都不应超过1 ppm。世界卫生组织（WHO）进一步指出，苯暴露没有安全阈值，强调了减少急性和慢性暴露的重要性。此外，美国环境保护署（EPA）将所有SBTEX化合物列为有害空气污染物（HAPs），并根据《清洁空气法》对其排放进行监管，以保护公众健康。

尽管监管措施主要针对职业环境和工业排放，但环境中的SBTEX化合物也存在，尽管浓度通常较低。然而，关于这些环境浓度对健康影响的证据仍然有限，主要是因为在职业环境之外进行暴露评估具有挑战性。与其他受监管的空气污染物相比，环境中的SBTEX监测的空间覆盖范围有限且采样频率较低。地面监测站通常位于已知排放源附近，导致地理覆盖不均，从而妨碍了对普通人群的准确暴露评估，并限制了大规模流行病学研究。例如，在高度工业化的美国墨西哥湾地区，环境HAP监测仅限于路易斯安那州的4个EPA环境监测技术信息中心（AMTIC）站点和德克萨斯州的42个站点。这些站点主要集中在休斯顿、达拉斯和巴吞鲁日等主要城市周围，这降低了覆盖范围，可能限制了研究结果在农村地区和更广泛人群中的普遍性。

与这些暴露评估的限制一致，将环境中的SBTEX与不良健康结果联系起来的流行病学证据仍然很少。据我们所知，基于2001-2006年数据的美国相关研究仅限于一项关于环境中的苯、甲苯、乙苯和二甲苯（BTEX）与死亡率之间关联的研究。鉴于工业排放状况和环境法规的变化，需要更新的证据来反映当前的大气条件和健康风险。此外，美国还没有大规模研究评估环境中的SBTEX暴露与住院之间的关联。

由于环境暴露影响广泛的人群，包括老年人等脆弱群体，因此迫切需要有关环境中的SBTEX健康风险的证据。在这项研究中，我们利用具有更高空间和时间分辨率的模型化环境SBTEX浓度来探讨这一问题。具体而言，我们研究了短期环境SBTEX暴露与65岁及以上的Medicare受益人因心血管和呼吸系统疾病住院之间的关联。美国墨西哥湾地区拥有超过120家运营中的石油精炼厂，由于其大量的工业活动及其相应的较高SBTEX排放，因此是一个有说服力的研究场所。

研究人群

研究区域包括美国墨西哥湾地区的1,643个邮政编码区（图1）。研究人群为2011-2016年间居住在这些邮政编码区的65岁及以上的Medicare费用报销受益人。由于Medicare几乎覆盖所有65岁及以上的美国公民和合法永久居民，因此研究人群预计能广泛代表墨西哥湾地区的老年人。

描述性统计

2011-2016年间，我们确定了601,631例心血管疾病住院病例和385,162例呼吸系统疾病住院病例。在因心血管疾病住院的受益人中，40.4%的年龄在65-74岁之间，45.5%为男性，79.9%为白人，18.5%有资格享受Medicaid。总体而言，89.4%的住院病例发生在居住在大都市区的受益人中。因呼吸系统疾病住院的受益人的特征与之相似。

讨论

在这项针对美国墨西哥湾地区65岁及以上的Medicare受益人的大规模基于人群的研究中（2011-2016年），我们发现环境中的BTEX浓度与心血管和呼吸系统疾病住院之间存在正相关。每日平均苯浓度增加一个四分位数范围与0-7天期间心血管疾病住院率增加1.00%（95%置信区间：0.60, 1.41%）和呼吸系统疾病住院率增加2.74%（95%置信区间：2.29, 3.19%）相关。

作者贡献声明

米歇尔·L·贝尔：写作——审稿与编辑、监督、方法论、概念化。劳伦斯·S·恩格尔：资源支持。白福亨：资源支持、数据管理、概念化。乔舒亚·L·沃伦：写作——审稿与编辑、方法论。吴正勋：数据管理。崔永秀：写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法论、正式分析、概念化。王志灿：数据管理

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

本研究中分析的Medicare索赔数据可从医疗保险和医疗补助服务中心（CMS）获取，但作者不能共享这些数据。可通过CMS研究数据援助中心（ResDAC；https://resdac.org）申请访问，但需经过CMS的审核和批准。部分SBTEX暴露数据集可在Zenodo上公开获取（https://doi.org/10.5281/zenodo.7967541）。完整的SBTEX数据集也可从

资助者/赞助者的作用

资助者在研究的设计和实施、数据收集、管理、分析及解释、手稿的准备、审阅或批准以及决定提交手稿发表方面没有发挥作用。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了美国国立卫生研究院（NIH）下属的国家环境卫生科学研究所（NIEHS）（项目编号R01 ES031127）和韩国环境产业技术研究院（KEITI）的支持，后者由韩国环境部（MOE）资助（项目编号RS-2023-00232066）。