中华预防医学杂志    2018年09期 2013—2015年太原市大气臭氧浓度与新生儿早产关系的时间序列分析    PDF     文章点击量:178    
中华预防医学杂志2018年09期
中华医学会主办。
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孙志颖 陈晨 王彦文 李湉湉
SunZhiying,ChenChen,WangYanwen,LiTiantian
2013—2015年太原市大气臭氧浓度与新生儿早产关系的时间序列分析
Time-series analysis of association between ambient ozone and premature birth in Taiyuan, 2013-2015
中华预防医学杂志, 2018,52(9)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.issn.0253-9624.2018.09.007

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投稿日期: 2018-01-29
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2013—2015年太原市大气臭氧浓度与新生儿早产关系的时间序列分析
孙志颖 陈晨 王彦文 李湉湉     
孙志颖 100021 北京,中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所
陈晨 100021 北京,中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所
王彦文 100021 北京,中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所
李湉湉 100021 北京,中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所
摘要: 目的  探讨太原市大气污染物臭氧与新生儿早产的相关性。方法  从中国环境监测网站以及中国数据气象网收集太原市2013—2015年大气污染物臭氧逐日平均浓度和逐日8 h最大浓度、PM2.5的逐日平均浓度、气象因素(包括日平均气温和相对湿度)及每日新生儿早产数,采用时间序列分析方法,使用广义线性模型分析新生儿出生前4周暴露于大气污染物臭氧与新生儿每日早产数的关系,并对新生儿的性别进行亚组分析。使用双污染物模型(臭氧和PM2.5)以及改变模型自由度的方法进行敏感性分析。结果  太原市2013—2015年大气污染物臭氧逐日平均浓度和8 h最大浓度均值分别为45.35、71.33 μg/m3。不同的暴露窗口期对新生儿早产的效应不同,出生前3周、出生前4周大气污染物臭氧逐日平均浓度每增加10 μg/m3,新生儿早产的风险增大,RR值分别为1.090(95%CI: 1.042~1.139)、1.095(95%CI: 1.032~1.163)。男婴更容易受到大气污染物臭氧的影响,出生当天臭氧逐日平均浓度每增加10 μg/m3,男婴、女婴早产的风险RR值分别为1.013(95%CI: 0.997~1.029)、0.996(95%CI: 0.983~1.010);出生当天臭氧逐日平均浓度与臭氧逐日8 h最大浓度每增加10 μg/m3,新生儿产的风险RR值分别为1.006(95%CI: 0.994~1.017)、0.997(95%CI: 0.988~1.005)。结论  出生前暴露于大气污染物臭氧可能会增加新生儿早产的风险,不同的暴露期新生儿早产的风险会存在差异,且这种风险在男婴中更加显著。
关键词 :空气污染;臭氧;早产
Time-series analysis of association between ambient ozone and premature birth in Taiyuan, 2013-2015
SunZhiying,ChenChen,WangYanwen,LiTiantian     
National Institute of Environmental Health, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100021, China
Corresponding author: Li Tiantian, Email: tiantianli@gmail.com
Abstract:Objective  To understand the correlation between ambient ozone (O3) and premature birth in Taiyuan.Methods  The data of O3 daily average concentrations and maximum concentration of 8 hours, PM2.5 daily average concentrations, meteorological factors (including the average temperature and relative humidity) and daily premature birth numbers during 2013-2015 were collected in Taiyuan from China National Environmental Monitoring Center and China Meteorological Administration. The models were developed by using generalized linear model. The gender of the premature birth was analyzed by subgroup analysis. Sensitive analysis were used to estimate the model stability.Results  Ambient O3 daily average concentrations and maximum concentration of 8 hours in Taiyuan of 2013 to 2015 were 45.35 μg/m3 and 71.33 μg/m3 respectively. In single pollutant model, the effects of different window exposures on premature birth were different. The RR of preterm birth about an increase of 10 μg/m3 of O3 (lag 3 weeks, lag 4 weeks) were 1.090 (95%CI: 1.042-1.139), 1.095 (95%CI: 1.032-1.163) respectively. According to the infant gender subgroup analysis, male infants were more likely to be affected by ambient O3. The average daily of O3 concentration increased by 10 μg/m3, and the RR for male infants and female infant were 1.013 (95%CI: 0.997-1.029), 0.996 (95%CI: 0.983-1.010) respectively. By comparing the daily average concentration of O3 with the maximum daily concentration of O3 for 8 hours as an indicator of exposure, it was found that the daily average concentration of O3 was more sensitive. The RR of preterm birth about an increase of 10 μg/m3 of average daily of O3 concentration and the maximum daily concentration of O3 for 8 hours. were 1.006 (95%CI: 0.994-1.017) and 0.997 (95%CI: 0.988-1.005) respectively. As for sensitive analysis, when O3 introduced PM2.5 or change the degree of model variables, the association of premature birth was still constant.Conclusion  Prenatal exposure to O3 may increase the risk of premature birth, with different window exposures premature births have different risks and this risk is more pronounced in male infants.
Key words :Air pollution;Ozone;Premature birth
全文

目前已有研究表明,大气污染物臭氧会对人群的健康造成风险[1,2,3]。孕妇和新生儿作为大气污染的易感人群,大气污染物臭氧对新生儿出生结局的影响逐渐受到关注。最近,越来越多的研究开始关注大气污染物臭氧对早产的影响[4]。Ritz等[5]美国洛杉矶的研究显示孕早期大气污染物臭氧浓度增加,早产的风险增大3%;Hansen等[6]在澳大利亚布鲁斯班的研究表明,出生前3个月臭氧浓度增加,早产的风险增大6%;Jalaludin等[7]在澳大利亚悉尼的研究和Liu等[8]在加拿大温哥华的研究显示,出生前1个月臭氧浓度升高,早产儿风险分别降低0.2%和7%;Qian等[9]在我国武汉市进行的研究发现,整个孕期臭氧浓度增加,早产的风险增大5%。目前国内外研究分别探索了臭氧不同窗口暴露期对新生儿早产的影响,其结果有差异。因此,应该开展更多的大气污染物臭氧对新生儿早产的研究,为臭氧对早产的影响累积流行病学证据。
        根据我国环境保护部2016年发布的74个城市空气质量监测报告,我国华东、华南及华北等地区夏季空气中的臭氧超标率达15.1%,在不少城市大气污染物臭氧已成为首要污染物,因此阐明臭氧与新生儿早产的关系具有较大的公共卫生学意义[8]。研究表明,孕晚期尤其出生前1个月暴露于空气污染物,母体激素水平改变、免疫水平抑制,可引起子宫收缩、胎膜早破进而导致早产[10]。鉴于此,本研究在我国空气污染较严重的太原市,采用时间序列方法分析出生前4周暴露于大气污染物臭氧对新生儿早产的影响,为臭氧对早产的效应累积流行病学证据。

资料与方法  

1.资料来源:  采用2013年1月1日至2015年12月31日的太原市大气污染物臭氧逐日日均浓度、臭氧逐日8 h最大浓度作为暴露指标,同期太原市新生儿逐日早产数作为健康结局指标,控制的混杂因素包括温度、相对湿度、PM2.5质量浓度。本研究的污染物资料来自于中国环境监测总站晋源站点(http://www.cnemc.cn),气象数据来源于中国气象数据网太原站点(http://data.cma.cn),早产资料来自于太原市疾病预防与控制中心2013年1月1日至2015年12月31日的覆盖全市520家医院的新生儿出生医学记录资料。

2.统计学分析:  本研究采用的统计学软件为R 3.0.4。(1)数据描述:为与其他同类研究进行比较,采用±s、最小值、最大值及百分位数等指标描述大气污染物臭氧逐日日均浓度、臭氧逐日8 h最大浓度、逐日PM2.5平均浓度、逐日平均温度、逐日平均相对湿度及每日早产数情况。并对大气污染物臭氧逐日日均浓度、臭氧逐日8 h最大浓度分季节做描述性统计分析,观察其季节趋势(春季:3—5月;夏季:6—8月;秋季:9—11月;冬季:12—2月)。(2)时间序列分析:新生儿每日早产数总体来说是小概率事件,统计学分布近似于Poisson分布,本研究建立逐日早产数的广义线性Poisson回归模型,采用时间序列设计分析大气污染物臭氧不同窗口暴露期:出生当天、出生前1、2、3、4周与新生儿早产之间的关系,并对男婴、女婴进行性别亚组分析,同时比较不同臭氧暴露指标对早产的效应。2013年1月1日至1月27日出生的早产儿无法获得出生前4周的臭氧暴露数据,暴露按缺失值处理。为控制日均温、日相对湿度、星期几效应和时间趋势等混杂因素的影响,运用自然样条函数在模型中加以控制,得到大气污染物臭氧逐日日均浓度、臭氧逐日8 h最大浓度与新生儿逐日早产数的暴露-反应关系,具体模型见下列公式:
        Log [E (Yt)]=βZt+ns (temperaturet, df)+ns (humidityt, df)+DOWt+ns (timet, df)
        式中:Yt:观察日t日的早产数;E (Yt):观察日t日死亡人数的数学期望;β:回归系数;Zt:观察日t日的大气臭氧逐日日均浓度或臭氧逐日8 h最大浓度,单位:μg/m3DOWt:星期几效应;ns(temperaturetdf),ns (humiditytdf)及ns (timetdf)分别为逐日日均温度、逐日平均相对湿度及时间趋势的自然样条平滑函数,其中df为自由度,根据温度、相对湿度和时间趋势对人群健康影响的特点,并参考Chen等[11]的文献,模型中逐日日均温度、平均相对湿度的自由度均选择df=3,time的自由度为df=7/年,共收集2013—2015年3年数据,故df=7×3。本研究的检验效应指标为大气污染物臭氧浓度每升高10 μg/m3新生儿早产RR的变化,检验水准为0.05。

3.敏感性分析:  为检验模型的稳定性,进行敏感性分析。首先,采用双污染物模型(臭氧和PM2.5)检验,即分析引入大气污染物PM2.5逐日浓度后,结果是否发生显著变化。为验证模型的稳定性,并参考Chen等[11]的文献,调整温度和相对湿度的自由度为5,时间的自由度变为5和6。

结果  

1.描述性分析:  2013年1月1日至2015年12月31日期间,太原市的大气污染物臭氧的日均浓度均值为45.35 μg/m3(范围:2.14~155.26 μg/m3),大气污染物臭氧的日8 h最大浓度均值为71.33 μg/m3(范围:2.71~240.63 μg/m3),且呈现夏季高冬季低的趋势(表1);大气日均温和相对湿度的日均值分别为11.21 ℃(范围:-13.70~27.90 ℃)、57.1%(范围:15%~96%)。2013年1月1日至2015年12月31日,太原市共有15 840例早产数,平均每天约14例(范围:1~162例)(表1)。

表12013—2015年太原市日早产例数及大气污染物、气象因素的基本情况

2.大气污染臭氧对早产的影响:  图1A所示,以臭氧逐日日均浓度作为暴露指标分析发现,新生儿出生前4周暴露于大气污染物臭氧均会增大新生儿早产的风险:新生儿出生当天、出生前1周、出生前2周的臭氧浓度增加10 μg/m3,对早产的累积滞后效应差异没有统计学意义,而出生前3周、4周的臭氧浓度每增加10 μg/m3,早产的风险增加,RR值分别为1.090(95%CI:1.042~1.139)、1.095(95%CI:1.032~1.163),可以看出出生前3周大气污染物臭氧浓度增加10 μg/m3对早产的效应最大;以臭氧逐日8 h最大浓度作为暴露指标分析发现,新生儿出生前3~4周暴露于大气污染物臭氧均会增大新生儿早产的风险,其中出生前3周臭氧浓度每增加10 μg/m3,早产的风险增加,RR值为1.337(95%CI:1.205~1.484),而出生当天、出生前1周、出生前2周、出生前4周的臭氧浓度增加对早产的效应无统计学意义。如图1B图1C所示,以臭氧逐日日均浓度作为暴露指标进一步对男婴、女婴分层分析发现:出生前1~3周不同时期暴露于大气污染物臭氧均会增大男婴早产的风险,其中出生前1周和出生前2周的臭氧浓度每增加10 μg/m3RR值分别为1.044(95%CI:1.013~1.076),1.053(95%CI:1.008~1.099),而女婴只有出生前3~4周的随着大气污染物臭氧浓度增加,早产的风险增加(P<0.05),RR值分别为1.130(95%CI:1.066~1.197)、1.224(95%CI:1.135~1.320);以臭氧逐日8 h最大浓度作为暴露指标进一步对男婴、女婴分层分析发现:出生前2~4周暴露于大气污染物臭氧均会增大男婴早产的风险,其中出生前3周臭氧浓度每增加10 μg/m3,早产的风险增加,为1.665(95%CI:1.411~1.964),而女婴出生前1~4周随着大气污染物臭氧浓度增加,早产的风险均增大,但是差异无统计学意义。同时以臭氧逐日日均浓度、臭氧逐日8 h最大浓度作为暴露指标,发现大气污染物臭氧对新生儿早产的效应随时间变化趋势是一致的,出生当天、出生前1周、出生前2周、出生前3周的效应逐渐增大,在出生前2~3周效应最大,出生前4周时的早产效应降低;图1D图1E图1F可以看出,臭氧逐日8 h最大浓度对早产的效应明显大于臭氧逐日日均浓度对早产的效应,但是臭氧逐日日均浓度对早产的效应更加敏感,出生当天臭氧逐日平均浓度与臭氧逐日8 h最大浓度每增加10 μg/m3,新生儿早产的风险RR值分别为1.006(95%CI: 0.994~1.017)、0.997(95%CI: 0.988~1.005)。

图1不同暴露期太原市大气日臭氧浓度每增加10 μg/m3新生儿早产的风险 图A:臭氧逐日日均浓度与新生儿早产的关系;图B:臭氧逐日日均浓度与新生儿与男婴早产的关系;图C:臭氧逐日日均浓度与女婴的关系早产的关系;图D:臭氧逐日8 h最大浓度与新生儿早产的关系;图E:臭氧逐日8 h最大浓度与男婴早产的关系;图F:臭氧逐日8 h最大浓度与女婴早产的关系

3.敏感性分析结果:  表2所示,臭氧日均浓度作为暴露指标的敏感性分析结果显示,模型引入PM2.5后,大气污染物臭氧对早产的效应在当天略微减小,滞后1、2周略微增大,与单污染物模型相比,差异没有统计学意义,说明该模型较稳健;改变模型的自由度后模型结果并未发生较大变动。以臭氧日8 h最大浓度作为暴露指标的敏感性分析结果同样证明了模型的稳健性,说明本研究的模型较稳定。

表2大气臭氧浓度每增加10 μg/m3时新生儿早产风险的敏感性分析[RR(95%CI)值]

讨论  本研究采用时间序列设计探索了大气污染物臭氧和早产关系,分析出生前4周不同臭氧暴露期对早产的效应,发现随着出生前4周臭氧浓度增大,新生儿早产的风险均会增大,暴露期为出生前3~4周时结果更加显著;探索了臭氧对早产的性别差异后,发现男婴更容易受到臭氧的影响;在对比不同臭氧暴露指标后,发现与臭氧逐日8 h最大浓度相比,臭氧逐日日均浓度作为暴露指标更加灵敏。
        目前已有多个研究认为:孕期暴露于大气污染物臭氧会增加新生儿早产的风险,与本研究的结果具有一致性[5,6,7,8,9]。Qian等[9]对2010—2013年中国武汉市大气污染物臭氧和新生儿早产的研究发现,孕晚期大气污染物臭氧8 h平均浓度每增加10 μg/m3,新生儿早产风险增加4%;Hansen等[6]对1999—2003年澳大利亚昆士兰大气污染物臭氧和新生儿早产的研究发现,出生前90 d大气污染物臭氧8 h最大浓度每增加15 μg/m3,新生儿早产风险增加6%。大气污染物臭氧对早产影响的机制尚未定论,目前认为可能的机制是:大气污染物臭氧暴露会影响母体与胎盘氧气的运送,促进氧化应激途径的激活,使胎儿发生遗传性状改变,引起早产及出生缺陷的发生[10]
        现有研究发现,大气污染物臭氧对早产的效应大小存在差异,产生此种差异可能与暴露期不同、区域臭氧浓度水平不一、种族差异、居民易感性不同等有关[12,13]。Qian等[9]和Hansen等[6]的暴露期均为孕晚期,早产的风险分别增加4%(95%CI:2%~6%)、6%(95%CI:-11%~26%);Liu等[8]、Jalaludin等[7]分别研究加拿大、悉尼出生前1个月臭氧浓度增加对早产的效应,结果显示早产的效应并未增大;太原市是典型空气污染城市,2013—2015年大气污染物臭氧逐日平均浓度为45.35 μg/m3,浓度大于Liu等[8]暴露期为出生前1个月的研究(臭氧逐日浓度均值为28.73 μg/m3),效应也更加显著;不同区域的居民可能存在种族差异,陈玲玲[14]的研究显示,CYP2C19等与环境因子耐受性相关的基因,在人群中的分布不同,且不同种族间也存在基因多态性;张燕萍等[15]之前的研究表明,长期暴露于高浓度污染物,居民易感性降低,每日空气污染物对死亡率的影响小于低浓度污染地区,但是本研究结果表明,孕期妇女作为特殊人群,即使长期暴露于高浓度臭氧,并未增加胎儿对其耐受力,早产的风险依然存在。
        目前已有研究报道,性别作为个人因素对大气污染的健康效应可能存在修饰作用[16]。大气污染物臭氧对新生儿早产的效应是否存在性别差异目前尚没有定论:Qian等[9]的研究以女婴作为参考,发现男婴对臭氧更加易感,OR值为1.322(95%CI:1.241~1.408);本研究对早产男婴、女婴分层分析,表明出生前0~4周臭氧浓度升高,男婴早产风险更高。目前尚未有生理学机制明确解释孕期暴露于大气污染物在不同性别的胎儿会产生不同的影响,Ingemarsson[17]提示孕期男婴体内较高水平的白介素-1可能与大气污染物结合,促进氧化应激反应,进而导致早产的发生,本研究为早产的生理学机制提供了流行病证据。
        本研究发现臭氧逐日平均浓度作为暴露指标比臭氧逐日最大8 h浓度更加灵敏,与目前的一些研究结论一致[18]。Sun等[18]分析中国39区县臭氧对死亡的效应,发现相比臭氧逐日8 h最大浓度,臭氧逐日平均浓度对死亡的效应最灵敏。目前臭氧的短期急性健康效应更受关注,《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中臭氧指标为8 h最大浓度,反映人群的短期暴露情况,而臭氧日均浓度综合反映人群一天的暴露情况,建议以后研究同时关注不同臭氧暴露指标的效应,为制定大气臭氧标准提供科学依据。
        本研究采用时间序列设计分析大气污染物臭氧对新生儿早产的影响,主要控制的是个体水平的因素对结果的影响。Bhaskaran等[19]指出控制季节趋势和时间趋势后,时间序列分析中观察大气污染物对健康结局的影响时,避免了因个体水平上控制的因素过多或过少而产生的差异,得到的证据更加具有普遍性,对公共卫生更加具有实践意义。
        本研究的局限性在于,大气污染物臭氧数据来自于室外固定监测站点数据,不能准确代表个体暴露水平,有研究认为固定监测站点污染物数据会低估研究结果,但是时间序列设计中假设较长时间段内,空气污染物水平越高,个体暴露水平也高,因此本研究用监测站点的3年大气污染物臭氧数据可以反映出其和早产的关系[20]。由于数据可获性限制,本研究只纳入了两种大气污染物分析其对早产的影响,今后的研究应纳入更多的污染物来探索其对早产的影响。
        综上所述,出生前4周暴露于大气污染物臭氧可能增加新生儿早产的风险,且出生前3周、出生前4周暴露于臭氧早产的风险增加9%~9.5%,对探索臭氧对早产的窗口期累积了流行病学证据,为决策部门降低因早产导致的新生儿疾病负担提供文献支撑。

参考文献
[1]SrebotV, GianicoloEA, RainaldiG, et al. Ozone and cardiovascular injury[J]. Cardiovasc Ultrasound, 2009, 7:30. DOI: 10.1186/1476-7120-7-30.
[2]ThurstonGD, ItoK. Epidemiological studies of acute ozone exposures and mortality[J]. J Expo Anal Environ Epidemiol, 2001,11(4):286-294. DOI: 10.1038/sj.jea.7500169.
[3]张媛媛,刘宗伟,李文龙,等.潍坊市空气污染对小学生呼吸系统疾病及相关症状的影响[J].环境卫生学杂志,2017,7(4):274-278, 290.
[4]StiebDM, ChenL, EshoulM, et al. Ambient air pollution, birth weight and preterm birth: a systematic review and meta-analysis[J]. Environ Res, 2012,117:100-111. DOI: 10.1016/j.envres.2012.05.007.
[5]RitzB, WilhelmM, HoggattKJ, et al. Ambient air pollution and preterm birth in the environment and pregnancy outcomes study at the University of California, Los Angeles[J]. Am J Epidemiol, 2007,166(9):1045-1052. DOI: 10.1093/aje/kwm181.
[6]HansenC, NellerA, WilliamsG, et al. Maternal exposure to low levels of ambient air pollution and preterm birth in Brisbane, Australia[J]. BJOG, 2006,113(8):935-941. DOI: 10.1111/j.1471-0528.2006.01010.x.
[7]JalaludinB, MannesT, MorganG, et al. Impact of ambient air pollution on gestational age is modified by season in Sydney, Australia[J]. Environ Health, 2007,6:16. DOI: 10.1186/1476-069X-6-16.
[8]LiuS, KrewskiD, ShiY, et al. Association between gaseous ambient air pollutants and adverse pregnancy outcomes in Vancouver, Canada[J]. Environ Health Perspect, 2003,111(14):1773-1778.
[9]QianZ, LiangS, YangS, et al. Ambient air pollution and preterm birth: A prospective birth cohort study in Wuhan, China[J]. Int J Hyg Environ Health, 2016,219(2):195-203. DOI: 10.1016/j.ijheh.2015.11.003.
[10]SlamaR, DarrowL, ParkerJ, et al. Meeting report: atmospheric pollution and human reproduction[J]. Environ Health Perspect, 2008,116(6):791-798. DOI: 10.1289/ehp.11074.
[11]ChenR, YinP, MengX, et al. Fine Particulate Air Pollution and Daily Mortality. A Nationwide Analysis in 272 Chinese Cities[J]. Am J Respir Crit Care Med, 2017,196(1):73-81. DOI: 10.1164/rccm.201609-1862OC.
[12]冯仁杰,邓芷晴,龙璇,等.妊娠窗口期大气颗粒物暴露对早产影响的meta分析[J].环境与健康杂志,2017,(2):122-127. DOI: 10.16241/j.cnki.1001-5914.2017.02.008.
[13]王佳佳,赵安乐,郭玉明,等.大气污染对低出生体重和早产影响的Meta分析[J].环境与健康杂志,2009,(9):795-798.
[14]陈玲玲.中国汉族人群CYP2C19基因遗传多态性分析[D].上海:上海交通大学, 2008.
[15]张燕萍,张志琴,刘旭辉,等.太原市颗粒物空气污染与人群每日死亡率的关系[J].北京大学学报(医学版),2007,(2):153-157.
[16]KanH, LondonSJ, ChenG, et al. Season, sex, age, and education as modifiers of the effects of outdoor air pollution on daily mortality in Shanghai, China: The Public Health and Air Pollution in Asia (PAPA) Study[J]. Environ Health Perspect, 2008,116(9):1183-1188. DOI: 10.1289/ehp.10851.
[17]IngemarssonI. Gender aspects of preterm birth[J]. BJOG, 2003,110Suppl 20:34-38.
[18]SunQ, WangW, ChenC, et al. Acute effect of multiple ozone metrics on mortality by season in 34 Chinese counties in 2013-2015[J]. J Intern Med, 2018,283(5):481-488. DOI: 10.1111/joim.12724.
[19]BhaskaranK, GasparriniA, HajatS, et al. Time series regression studies in environmental epidemiology[J]. Int J Epidemiol, 2013,42(4):1187-1195. DOI: 10.1093/ije/dyt092.
[20]ZegerSL, ThomasD, DominiciF, et al. Exposure measurement error in time-series studies of air pollution: concepts and consequences[J]. Environ Health Perspect, 2000,108(5):419-426.