苏州地区流感嗜血杆菌感染与环境气候的相关因素分析

Abstract

Objective

To investigate the epidemiological characteristics of respiratory Haemophilus influenzae (HI) infection in children in Suzhou, China and its association with climatic factors and air pollutants.

Methods

The data on air pollutants and climatic factors in Suzhou from January 2016 to December 2019 were collected. Respiratory secretions were collected from 7 940 children with acute respiratory infection who were hospitalized during this period, and bacterial culture results were analyzed for the detection of HI. A stepwise regression analysis was used to investigate the association of HI detection rate with air pollutants (PM_2.5, PM₁₀, NO₂, SO₂, CO, and O₃) and climatic factors (monthly mean temperature, monthly mean humidity, monthly total rainfall, monthly total sunshine duration, and monthly mean wind speed).

Results

In 2016-2019, the 4-year overall detection rate of HI was 9.26% (735/7 940) among the children in Suzhou. The children aged <1 year and 1-<3 years had a significantly higher HI detection rate than those aged ≥3 years (P<0.01). The detection rate of HI in spring was significantly higher than that in the other three seasons, and the detection rate of HI in autumn was significantly lower than that in the other three seasons (P<0.001). The multiple linear regression analysis showed that PM₁₀ and monthly mean wind speed were independent risk factors for the detection rate of HI: the detection rate of HI was increased by 0.86% for every 10 µg/m³ increase in the concentration of PM₁₀ and was increased by 5.64% for every 1 m/s increase in monthly mean wind speed. Air pollutants and climatic factors had a lag effect on the detection rate of HI.

Conclusions

HI is an important pathogen for acute respiratory infection in children in Suzhou and is prevalent in spring. PM₁₀ and monthly mean wind speed are independent risk factors for the detection rate of HI.

流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae，HI）是儿童呼吸道感染的重要病原体之一，常引起儿童肺炎、鼻窦炎、中耳炎等疾病。而这些疾病发生一方面与儿童自身免疫功能及呼吸系统尚在发育过程中有关；另一方面全球气候变化，空气污染等外部因素影响也不容忽视。目前，国内外针对HI流行病学及耐药性方面研究较多，而空气污染物及气候因素与HI感染的相关性研究甚少。本文拟对2016—2019年在苏州大学附属儿童医院呼吸专科住院患儿临床资料进行回顾性分析，以初步探讨HI检出率和环境气候的关系，为HI感染的一级预防提供理论依据。

1. 资料与方法

1.1. 研究对象

选取2016年1月1日—2019年12月31日因急性呼吸道感染入住苏州大学附属儿童医院呼吸科的患儿为研究对象，总计7 940例，其中男4 813例（60.62%），女3 127例（39.38%）；年龄1月龄至15岁，其中<1岁3 530例，1~<3岁1 963例，≥3岁2 447例。7 940例患儿中，2016年1 912例，2017年1 984例，2018年2 106例，2019年1 938例；春季（3—5月）1 969例，夏季（6—8月）2 060例，秋季（9—11月）2 087例，冬季（12月—次年2月）1 824例。

1.2. 研究方法

1.2.1. 标本收集

入院24 h内进行患儿痰标本收集，将负压无菌吸痰管插入鼻腔内7~8 cm（依据年龄适当调节），吸取痰液约2 mL，置于无菌0.9%氯化钠溶液试管中，30 min内送检。所收集的痰标本先涂片镜检，白细胞>25个/低倍视野、鳞状上皮细胞<10个/低倍视野被视为合格标本。

1.2.2. HI检测

将痰标本1 mL加入75 μL消化液（含氯化钠0.78 g、二硫苏糖醣0.1 g、磷酸氢二钠0.112 g、氯化钾0.02 g、磷酸二氢钾0.02 g），置于35℃孵箱，0.5 h后用灭菌接种环将痰液沾出，并接种于巧克力和血平板，置35℃、5% CO₂孵箱，18~24 h后观察，如在巧克力平板上生长，血平板上不生长，生成透明或半透明、湿润、中等大小的菌落，染色后镜检为革兰阴性短小杆菌，考虑为HI。进一步做因子需求试验，可疑者用Vitek-NHI试卡鉴定证实。

1.2.3. 环境因素监测

监测的环境因素包括空气污染物和气候因素两部分，所有数据均来自苏州市生态环境局官方网站（http://sthjj.suzhou.gov.cn/）。空气污染物主要包括空气中PM_2.5（μg/m³）、PM₁₀（μg/m³）、NO₂（μg/m³）、SO₂（μg/m³）、CO（mg/m³）、O₃（μg/m³）浓度。气候因素包括月平均气温（℃）、月平均湿度（%）、月总雨量（mm）、月总日照（h）、月平均风速（m/s）。均按月对上述环境指标变化进行统计。

1.3. 统计学分析

统计学数据分析采用SPSS 19和SAS 9.4软件包。计数资料以例数和百分率或构成比（%）表示，组间比较采用卡方检验；相关性分析采用Pearson相关分析；各空气污染物、气候因素间的交互作用、自变量的筛选，采用逐步回归分析。空气污染物、气候因素滞后效应采用Spearman秩相关分析，分别对当月、单月滞后1~6个月空气污染物和气候因子与HI检出率进行统计分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2. 结果

2.1. HI总体检出率情况

2016—2019年HI总检出率为9.26%（735/7 940），其中男性检出率9.62%（463/4 813），女性检出率8.70%（272/3 127），不同性别HI检出率差异无统计学意义（ ${\chi }^{\mathrm{2}}$ =1.916，P=0.166）。2016—2019年各年度HI检出率分别为9.47%（181/1 912），7.71%（153/1 984），10.68%（225/2 106），9.08%（176/1 938），其中2018年检出率最高，明显高于2017年，差异有统计学意义（ ${\chi }^{\mathrm{2}}$ =10.758，P=0.001），其他年份间HI检出率差异无统计学意义（P>0.05）。各月份HI检出率具体情况见图1A。

图1. 2016—2019年各月份（A）和季节（B）HI检出率.

2.2. HI感染的年龄、季节分布

从年龄分布来看，<1岁患儿HI检出率为9.66%（341/3 530），1~<3岁患儿检出率为10.34%（203/1 963），≥3岁患儿检出率为7.81%（191/2 447例）。<1岁组和1~<3岁组HI检出率均高于≥3岁组，差异均有统计学意义（均P<0.01）。从季节分布来看，春季（3—5月）HI检出率为14.57%（287/1 969），夏季（6—8月）8.98%（185/2 060），秋季（9—11月）4.07%（85/2 087），冬季（12月—次年2月）9.76%（178/1 824）。其中春季HI检出率明显高于其他3季，而秋季HI检出率明显低于其他3季，差异均有统计学意义（均P<0.001），夏季和冬季HI检出率差异无统计学意义（P>0.05）。见图1B。

2.3. 空气污染物、气候因素平均浓度情况

苏州地区2016—2019年空气污染物和气候因素总平均浓度分别为PM_2.5（42.42±15.64）μg/m³、PM₁₀（65.85±19.67）μg/m³，SO₂（11.73±6.15）μg/m³，NO₂（44.88±12.02）mg/m³，CO（1.05±0.30）μg/m³，O₃（132.77±48.86）μg/m³；温度（17.73±8.58）℃、湿度（72.98±5.57）%、日照（133.06±44.12）h、雨量（118.52±89.22）mm、风速（2.61±0.30）m/s。2016—2019年SO₂平均浓度逐年降低，差异有统计学意义（F=38.582，P<0.001）；各年份间CO、O₃浓度差异有统计学意义（F=4.839、3.695，均P<0.05），NO₂、PM_2.5、PM₁₀平均浓度差异无统计学意义；各气候因素平均浓度差异均无统计学意义（均P>0.05）。

2.4. HI感染与环境因素的关系

2.4.1. HI检出率与空气污染物相关性分析

将HI检出率与各空气污染物行相关性分析，结果显示HI检出率与PM_2.5、PM₁₀月平均浓度呈正相关（分别r=0.301、0.335，均P<0.05），与SO₂、NO₂、CO、O₃月平均浓度无相关性（均P>0.05）（表1、图2）。

表1.

HI检出率与空气污染物之间的相关性分析 （μg/m³）

空气污染物	r	P
PM2.5	0.301	0.032
PM10	0.335	0.020
SO2	0.136	0.357
NO2	0.106	0.475
CO	0.050	0.737
O3	0.115	0.436

图2. HI检出率与PM_2.5、PM₁₀浓度及月平均风速的相关性分析.

2.4.2. HI检出率与气候因素相关性分析

将HI检出率与各气候因素行相关性分析，结果显示HI检出率与月平均风速呈正相关（r=0.335，P=0.020），与月平均温度、湿度、日照、雨量无相关性（均P>0.05）（表2、图2）。

表2.

HI检出率与气候因素相关性

气候因素	r	P
风速 (m/s)	0.335	0.020
温度 (℃)	-0.182	0.215
湿度 (%)	-0.146	0.323
日照 (h)	-0.059	0.691
雨量 (mm)	-0.062	0.676

2.4.3. HI检出率与空气污染物、气候因素的多元线性回归分析

将上述相关性分析结果中有统计学意义的PM_2.5、PM₁₀、月平均风速再通过逐步回归法进行多元线性回归分析，建立回归方程：Y=-11.151+0.086X ₁+5.637X ₂（其中X ₁为PM₁₀；X₂ 为月平均风速），得出PM₁₀和月平均风速为HI检出率的独立危险因素，其中PM₁₀浓度每增加10 μg/m³，HI检出率增加0.86%；月平均风速每增加1 m/s，HI检出率增加5.64%。

2.5. 滞后效应分析

通过计算空气污染物和气候因素与HI检出率的Spearman秩相关系数确定滞后期，单滞后选取1~6个月，除SO₂外，余各空气污染物和气候因素均对HI检出率存在单滞后效应，具体见表3。

表3.

空气污染物和气候因素对HI检出率的单滞后效应分析

环境因素	无滞后	滞后1个月	滞后2个月	滞后3个月	滞后4个月	滞后5个月	滞后6个月
SO2	0.143	0.258	0.364	0.364	0.241	0.056	-0.139
NO2	0.131	0.408a	0.694a	0.720a	0.547a	0.154	-0.058
O3	0.113	-0.137	-0.403a	-0.619a	-0.676a	-0.564a	-0.277
CO	0.104	0.356b	0.481a	0.521a	0.436a	0.253	-0.028
PM2.5	0.351b	0.673a	0.744a	0.705a	0.500a	0.129	-0.253
PM10	0.358b	0.607a	0.697a	0.615a	0.361b	0.018	-0.323b
温度	-0.228	-0.585a	-0.818a	-0.818a	-0.619a	-0.271	0.174
湿度	-0.210	-0.372b	-0.302b	-0.112	0.141	0.298	0.428a
日照	0.024	-0.303b	-0.516a	-0.438a	-0.344b	-0.134	0.094
雨量	-0.051	-0.187	-0.392a	-0.438a	-0.466a	-0.308b	-0.207
风速	0.480a	0.080	-0.047	-0.277	-0.410a	-0.442a	-0.413a

注： ^a P<0.01；^b P<0.05。

3. 讨论

据中国疾病预防控制中心2021年发布数据^［1］显示，<5岁和学龄儿童急性呼吸道感染细菌阳性率高达30.9%，HI是儿童呼吸道感染重要的致病菌，阳性率为15.8%。汪倩钰等^［2］报道HI为武汉地区儿童呼吸道细菌性感染的首位致病菌。王淑会等^［3］对本地区2005—2014年14 994例患儿呼吸道物分泌标本检测发现HI检出率为5.02%。本研究HI总检出率9.26%，比王淑会等^［3］报道的明显增高。HI检出率2018年最高（10.68%），2017年最低（7.71%），差异有统计学意义。说明HI感染有一定的年份差异，与代子瑞等^［4］报道一致。

本研究发现<3岁患儿HI检出率较高，与Cleland等^［5］报道一致，可能与这部分患儿免疫功能尚未发育完善有关。随着年龄增长，免疫功能渐趋发育，对细菌的抵抗力有所提高，≥3岁患儿HI检出率明显下降。儿童呼吸道病原菌感染大多存在明显季节流行特征，我们连续监测4年，发现苏州地区HI常年均可检出，但流行高峰各年度有差别，HI总检出率以春季（3—5月）最高（14.57%），秋季最低（4.07%），且有明显季节差异，这与龚松迪等^［6］报道的浙江地区HI季节分布基本一致，与胡俊等^［7］报道成都地区HI季节分布有一定差异，这可能与不同地理位置的气候环境因素有关。在疾病防控措施上，为预防HI感染，春季应尽量避免小年龄患儿过多暴露于人群密集的公共场所或进行相关疫苗接种。

我们监测苏州地区2016—2019年的空气污染物和气候因素发现，各年份间平均气温、湿度、日照、雨量、风速均无明显变化，4年间苏州地区空气污染控制良好，SO₂平均浓度呈逐年降低趋势，PM₁₀、PM_2.5浓度较我院2012—2014年监测数据^［8］有明显降低。Zhang等^［9］报道PM_2.5是HI感染的独立危险因素，我们通过逐步回归分析法研究了空气污染物、气候因素与HI检出率的关系，发现PM₁₀和月平均风速是苏州地区儿童HI感染的独立危险因素。提示PM₁₀浓度、平均风速是造成本地区HI感染流行的重要因素之一。PM₁₀作为主要空气污染物，与呼吸道疾病的发生发展有密切关系。有研究^［10-11］报道PM₁₀浓度与成人肺功能下降有明显相关性，另有国内外研究^{［8，12-13］}报道PM₁₀浓度与儿童支气管哮喘发作及下呼吸道感染均有相关性。本研究通过对2016—2019年HI检出率与空气污染物行相关性分析，发现HI检出率与PM₁₀月平均浓度呈正相关，PM₁₀月平均浓度增高HI检出率随之增高，具体原因有待今后进一步研究。推测一方面PM₁₀作为呼吸载体表面可吸附大量细菌，PM₁₀进入呼吸道可诱发一系列氧化应激反应、DNA甲基化异常及呼吸道炎症反应^［14-16］，为HI感染提供有利条件；另一方面有研究^［17-18］报道空气污染物与呼吸道菌群失衡有一定相关性，呼吸道微生态失衡可加速机会致病菌HI感染发生。通过对HI检出率与气候因素行相关性分析发现HI检出率与月平均风速呈正相关，风速加大可能增加细菌与空气污染物黏附的机会，从而促进HI感染发生。

滞后效应分析显示空气污染物对HI检出率的单滞后时间主要集中在2~4个月，其中PM_2.5的滞后效应最强（r=0.744），NO₂（r=0.720）、PM₁₀（r=0.697）滞后效应也较强。气候因素中平均气温的滞后效应最强（最大r=-0.818），同时日照（最大r=-0.516）、风速（最大r=0.480）、雨量（最大r=-0.466）、湿度（最大r=0.428）均有较强滞后效应。而SO₂对HI检出率无明显滞后效应（P>0.05）。目前关于HI和环境气候间滞后效应分析的研究报道甚少，需要今后进一步究证实。

综上所述，本地区HI感染主要发生在3岁以下儿童，春季高发，HI的检出率与气候环境中PM₁₀、风速有明显相关性，通过对相关因子检测可以预测本地区HI的感染情况，从而为疾病的早期预防和治疗提供科学论据。本研究仅限于本院呼吸专科住院患儿，未统计本地区其他儿科类医疗机构，未涉及本院门诊及其他科室呼吸道感染患儿的相关资料，样本选择存在偏倚，得出的结果有一定局限性，有待今后进一步研究。