我国不同地域眼部紫外线暴露定量及其与白内障伤残现患率量效关系研究

摘要

自1985年臭氧空洞被首次报道之后，臭氧层破坏引起了世界各国政府和人民大众的普遍关注，并构成了当今人类面临的重大环境问题之一。其引发的紫外线气候变化所导致的两个主要公共健康问题-皮肤癌和白内障备受国际社会关注。WHO报告指出，全球每年因过度紫外线暴露损失150万伤残调整寿命年（相当于全球疾病负担的0.1％）。
　　 在我国，臭氧层破坏的时间空间分布及其对国人的危害程度，急需我们开展臭氧层破坏致白内障的危险性评价。从臭氧层破坏的时间变化上，在经历了数十年的消耗臭氧化学物质侵袭之后，臭氧层需要50年甚至更长时间才能恢复。而我国人口结构老龄化高峰正处于臭氧层破坏严重状态的存续期间！至2007年末，我国60岁以上人口已达1.5亿，至2051年这一数值将达到最大值，之后一直维持在3-4亿的规模，老年人口所占比例也将不断提高，届时我国因白内障致残的人数将会大幅度增加。从臭氧层破坏的空间分布上，我国恰好处在北纬35°-60°这一臭氧层破坏的纬度地带，是臭氧层破坏的最大受害主体。臭氧层破坏的持续时期与老龄化高峰出现期间在时相上的重合，将导致我国人群紫外线暴露负荷的增加;大气臭氧层空间分布对我国全域紫外线气候的影响，将导致环境紫外线辐射负荷的增加。这两方面将最终导致我国从2010年后（人口老龄化进入急增期）白内障患病人数急剧增加。
　　 进行紫外线生物效应评价及预防的首要问题是对紫外线的暴露进行测量。本研究利用NASA网站提供的TOMS(Total Ozone Mapping Spectrometer)逐日遥测臭氧总量数据及红斑紫外线辐射剂量数据以及地理软件ArcMap，对全球及我国的臭氧总量及红斑紫外线辐射情况进行描述。此外根据纬度选择沈阳(41°51′N，123°27′E)和三亚(18°19′N，109°42′E)两地，利用旋转人体模型对眼部的日间紫外线暴露进行了实地监测。我们根据监测结果，得到眼部紫外线暴露与太阳高度角之间的变化关系，并以此关系为基础，计算我国不同地域人群眼部紫外线暴露剂量并首次对我国不同地域的人群眼部紫外线暴露情况进行定量描述。
　　 本研究将眼部紫外线累积定量研究成果应用于白内障健康效应评价，建立眼部紫外线暴露量与白内障伤残现患率的数学模型，评估我国在平流层臭氧的减少的背景下不同地区人群眼部紫外线暴露量的增加，预测未来白内障伤残现患率的发展变化趋势。本研究希望为政府未来的卫生决策提供依据，为臭氧层破坏这一全球性重大环境问题的总体评价提供帮助。
　　 材料与方法：
　　 一、监测数据下载及整理
　　 NASA网站(http://www.nasa.gov/)提供了自1978以来的臭氧及紫外线辐射观测数据。NASA应用臭氧总量测绘仪(Total Ozone Mapping Spectrometer，TOMS)来监测全球每日臭氧浓度及红斑紫外线辐射剂量，并向科研机构及公众免费提供监测数据。我们从美国国家航空航天局网站下载了自1980年1月1日到2005年12月31日的所有臭氧及红斑紫外线辐射数据，并进行整理及数据转换、分析。利用此数据描述全球及我国臭氧总量及红斑紫外线辐射情况。
　　 二、眼部紫外线监测及计算
　　 本研究的监测地点为辽宁省沈阳市(北纬41°51′，东经123°27′，平均海拔50 m)和海南省三亚市(北纬18°19′，东经109°42′;平均海拔3.55-4.5m)。沈阳气候四季分明，太阳高度角变化速率缓慢，是研究太阳高度角与眼部紫外线暴露关系的理想场所;三亚全年温暖，为热带海洋季风气候，夏季太阳高度角可高达90°。
　　 辽宁省沈阳市的监测在2005年3月至2007年6月的春分、夏至、秋分和冬至前后进行。海南省三亚市的监测在2008年5月、2008年12月和2009年5月进行。在上述时间地点和气象条件下，将旋转人体模型水平放置在空旷无遮挡的地面，保持眼眶内监测仪距地面为1.55米。此外，两个紫外线监测仪分别水平放置和垂直吊挂于离旋转人体模型不远的无遮挡处（全天监测期间太阳不被遮挡）。利用两地实际监测结果，筛选出天气相对晴好时的监测数据，包括了太阳高度角(0°，90°)全部范围的紫外辐射特征，进行曲线拟合，从而建立环境水平紫外线暴露及眼部紫外线暴露与太阳高度角的拟合方程。我们以眼部紫外线暴露与太阳高度角之间的关系为基础，进一步对我国不同地域的人群眼部紫外线暴露情况进行定量描述。
　　 三、建立我国不同地域眼部理论紫外线暴露与标化白内障伤残现患率之间的量效关系
　　 我们以1980-2005年我国不同地域日均眼紫外线暴露量作为我国人群紫外线暴露定量评价指标，以2006年我国不同地域的标化白内障伤残现患率及65岁以上人群白内障伤残现患率作为白内障的健康效应评价指标，利用SPSS软件进行曲线拟合，建立眼部紫外线暴露与白内障伤残现患率的量效关系。并以此量效关系为基础，推测不同臭氧减少水平下我国不同地域眼部紫外线暴露量及白内障伤残现患率的改变。
　　 研究结果：
　　 1、平均我国各年代臭氧总量来看，黑龙江为我国臭氧总量最高的省份，为日均368DU，年均134448DU;海南为我国臭氧总量最低的省份，为同均245DU，年均89516DU。
　　 2、平均我国各年代红斑紫外线辐射剂量来看，黑龙江为我国环境红斑紫外线暴露最低的省份，暴露量为日均1728.94J*m-2，年均631.06KJ*m-2;西藏为我国环境部暴露最高的省份，暴露量为日均4688.54J*m-2，年均1776.29KJ* m-2。
　　 3、我国不同地域红斑紫外线辐射暴露的季节分布为:夏季＞春季＞秋季＞冬季。我国季均红斑紫外线辐射在夏季为448.23 KJ*m-2，春季为327.23 KJ*m-2，秋季为215.07 KJ*m-2，冬季为113.85 KJ*m-2。
　　 4、眼部监测结果显示:眼部紫外线暴露分布除沈阳地区冬季与水平环境日间规律相似，呈单峰曲线外，在沈阳的其余各季及在三亚的冬季及夏季都趋向于正午平坦，未出现显著的正午峰值。
　　 5、眼部紫外线暴露强度峰值出现在太阳高度角30°左右，而非与环境紫外线暴露强度峰值一样出现在太阳高度角90°左右。
　　 6、平均我国各年代眼部紫外线暴露来看，黑龙江为眼部紫外线暴露最低的省份，暴露量为同均386.34J*m-2，年均暴露为141.04KJ*m-2。西藏为我国眼部暴露最高的省份，暴露量为日均990.22J*m-2，年均暴露为361.43KJ*m-2。
　　 7、我国不同地域眼部紫外线暴露的季节分布为:夏季＞春季＞秋季＞冬季。我国季均红斑紫外线辐射在夏季为58.75 KJ*m-2，春季为53.14 KJ*m-2，秋季为34.58 KJ*m-2，冬季为31.30 KJ*m-2。
　　 8、在我国不同地域白内障伤残现患率经过标化后，其与我国不同地域眼部紫外线暴露之间的量效关系方程为:y（标化白内障伤残现患率％）=1.0022ln(x)-4.5356，R2=0.3677，两者呈正相关。
　　 9、经过气温及城市化水平校正后，我国不同地域眼部紫外线暴露与标化白内障伤残现患率的相关关系增强。决定系数由校正前的0.3677上升到校正后的0.6427。
　　 10、在假设我们人口每10年增长率为10％的情况下，我国在2050年在臭氧总量分别降低1％，5％，10％的水平下白内障伤残人数可分别达到1627万人，1734万人及1869万人。
　　 结论：
　　 1、臭氧总量在我国大体上仍呈纬向分布，臭氧总量随着纬度升高而升高。黑龙江为我国臭氧总量最高的省份，海南最低，西藏地区出现了不同于同纬度地区的臭氧总量的降低，臭氧总量总体受纬度影响。
　　 2、我国红斑紫外线辐射在地域上呈南强北弱，西部高原高于东部平原，主要受纬度和海拔的影响。青藏高原地区为全国紫外线强度最强的地区，东北最弱。季节分布特征为:夏季＞春季＞秋季＞冬季。
　　 3、比较我国各年代（1980年代，1990年代，2000年代）臭氧总量，1980年代臭氧总量最高，1990年代出现较大幅度下降，2000年代较90年代有所回升，但仍未恢复到80年代水平。
　　 4、我国红斑紫外线辐射的季节分布特征为:夏季＞春季＞秋季＞冬季，太阳高度角变化对我国红斑紫外线辐射有重要的影响。
　　 5、我国东北三省以及湖南、贵州处于较低的眼部紫外线暴露水平;西藏、青海、四川、甘肃、新疆省份处于较高的眼部紫外线暴露水平。
　　 6、我国眼部紫外线暴露的季节分布特征为:夏季＞春季＞秋季＞冬季。我国各地域眼部紫外线暴露与环境红斑紫外线辐射的平均比例为:冬季＞秋季＞春季＞夏季。
　　 7、我国不同地域计算眼部紫外线暴露与年龄标化后的白内障伤残现患率之间存在正相关的相关关系。不同地域眼部紫外线暴露经过简单的气温及城市化水平校正后，其与白内障伤残现患率之间的相关强度大幅度增强。我们将在下一步研究中对气温、城市化水平以及可能影响人群户外活动时间及眼部实际暴露的其他因素进行进一步探讨。

目录

声明

摘要

英文缩略语

论文一 我国臭氧总量及红斑紫外线辐射的时空分布研究

前言

材料与方法

结果

讨论

结论

论文二 我国不同地域眼部紫外线暴露定量研究

前言

材料与方法

结果

讨论

结论

论文三 我国眼部紫外线暴露与白内障伤残现患率量效关系研究

前言

材料与方法

结果

讨论

结论

本研究创新性的自我评价

参考文献

综述

在学期间科研成绩

致谢

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