70 総説 PM 2.5 の疫学と健康影響 : 日本人のリスク評価の視点から武林亨 *, 朝倉敬子, 山田睦子 Exposure to PM 2.5 and Effects on Human Health: Implications for Health Risk Assessment in Japan Toru Takebayashi *, Keiko Asakura, Mutsuko Yamada Department of Preventive Medicine and Public Health, School of Medicine Keio University 35 Shinanomachi, Shinjuku-ku, Tokyo 160-8582, Japan *Corresponding author: (E-mail) ttakebayashi@a3.keio.jp Environmental Air Quality Standard or its guideline value for PM 2.5 has been revised or newly set in US, WHO and Japan since 2006 based on epidemiological and toxicological review. Epidemiologic evidence indicates the causal relationship between PM 2.5 exposure and effects on cardiovascular and respiratory systems. It is suggested that exposure to PM 2.5 around 10-15μg/m 3 can cause increased mortality from cardiovascular diseases by exposure-response relationship analysis obtained from prospective cohort studies, but such studies were conducted in the Western countries. Effects of short-term exposure to PM 2..5 on total and cardiovascular deaths were also confirmed by multi-city studies with time-series/case-crossover analysis in North America. Contradictory to these results, similar results were not obtained in studies conducted in Japan. Since it is well known that disease pattern as well as distribution pattern of cardiovascular risk factors are quite different in Japan from the Westerns, new epidemiological studies should be done in Japan. Comparability of potential confounders is important for selection of study regions. Another topic for PM 2.5 epidemiology is lung function development of children who are a susceptible population. All these studies should be done carefully, especially to include regions in Japan where PM 2.5 concentration varies from background to high level. Key words : Particulate matter 2.5, Health effect, Cardiovascular disease, Respiratory function, Epidemiology 1. はじめに 1.1 環境基準設定から見た PM 2.5 の健康影響評価 PM 2.5 の環境基準は 2006 年以降 世界保健機関 (WHO) EU 日本と相次いで設定や改訂が行われた( 表 1) この作業は 疫学研究や毒性学研究を系統的に評価 分析 表 1 主なPM 2.5 環境基準値国または機関制定年平均時間基準値 年平均 15μg/m 3 2006 NAAQS a 24 時間平均 35μg/m 3 *1 WHO 年平均 10μg/m 3 2006 ACG b 24 時間平均 25μg/m 3 *2 EU 年平均 25μg/m 3 *3 2008 AQS c 20μg/m 3 *4 日本年平均 15μg/m 3 2009 環境基準 24 時間平均 35μg/m 3 *5 a, national ambient air quality standard; b, air quality guideline( ガイドライン値 ); c, air quality standard(limit value) *1, 年間の 24 時間平均値の 98 パーセンタイル値の 3 年間平均値が基準値を超えないこと ; *2, 年間の 24 時間平均値の 99 パーセンタイル値 ; *3, 達成時期 2015 年 ; *4, 達成時期 2020 年, *5, 年間の 24 時間平均値の 98 パーセンタイル値 ; した結果をベースにそれぞれの国 機関としての判断を加味して行われるものである そこで本稿では まず主要な評価書における定性的な健康影響評価の結果についてまとめる 環境保護庁 (EPA) は National Ambient Air Quality Standard(NAAQS) 改定の根拠となった文書 Air Quality Criteria for Particulate Matter (2004 年 ) で PM 2.5 の健康影響について 自国およびカナダで実施された研究を重視した上で 心血管系および呼吸器系のアウトカムと関連があると結論している 心血管系への影響は 死亡のみならず 不整脈などの心電図変化や虚血性心疾患に関連した血液検査所見 (c-reactive protein(crp) やフィブリノゲンレベル等 ) の変化といったさまざまなエンドポイントで観察され 呼吸器系への影響についても 死亡だけではなく 入院 救急搬送等のエピソードや喘息等の発症 肺機能検査値の低下といった点で関連がみられたと述べている (U.S.EPA, 2004) WHO は Air Quality Guidelines Global Update 2005 で 一般的な大気汚染に関連する健康影響の種類をまとめた上で ( 表 2) PM 2.5 の健康影響に関する疫学エビデンスについて 総死亡 心血管系疾患死亡といった死亡率のみならず 入院 救急受診 虚血性のイベント発生 不整脈 心血管イベント発生 心拍数の変動 症状 肺機能 医薬品使用といったアウトカムでも観察されているとしている (WHO, 2005)
71 表 2 大気汚染物質の健康影響 (WHO, 2005) 短期曝露影響日死亡呼吸器系 心血管系が原因の入院 救急受診 プライマリケア受診 医薬品の使用活動制限が必要な日数欠勤 欠席急性症状 ( 喘鳴 咳嗽 喀痰 呼吸器感染症 ) 生理機能変化 ( 呼吸機能など ) 長期曝露影響心血管疾患 呼吸器疾患による死亡慢性呼吸器疾患の罹患および有病 ( 喘息 慢性閉塞性呼吸器障害等 ) 慢性的な生理機能変化肺がん慢性の心血管疾患子宮内発育の制限 ( 低体重児出産 子宮内発育遅延等 ) 日本では 中央環境審議会大気環境部会微小粒子状物質環境基準専門委員会 ( 以下 専門委員会 ) の報告 (2009 年 ) において 微小粒子状物質への短期曝露及び長期曝露と循環器 呼吸器疾患死亡 肺がん死亡との関連に関する疫学的証拠には一貫性がみられることから これらの健康影響の原因の一つとなりうると考えられる 微小粒子状物質への短期曝露と循環器系の機能変化及び呼吸器症状 肺機能変化との関連に関しても多くの疫学的証拠がある また これらの疫学知見の評価と生物学的妥当性や整合性の検討結果を総合的に評価すると 微小粒子状物質が総体として人々の健康に一定の影響を与えていることは 疫学知見並びに毒性学知見から支持されており 微小粒子状物質への曝露により死亡及びその他の人口集団への健康影響が生ずることには 十分な証拠が存在する としている ( 環境省,2009) 1.2 環境基準設定における定量的な健康影響評価と疫学研究 PM 2.5 の基準値の設定は 疫学研究から得られた曝露量反応関係をもとに設定されている その際 比較的低曝露濃度領域を含む研究や 小児や高齢者等をはじめとする感受性の高い者や脆弱性を有する者を対象に含む研究が必要である 質の高い疫学研究とは 対象数が十分多くかつ一般化可能性が高く 曝露評価と健康影響評価が正確かつ偏りなく行われ 結果を攪乱する要因である交絡因子が適切に調整されているものであり 専門委員会では 長期曝露との関連では前向きコホート研究が 短期曝露との関連では複数都市研究に基づく短期曝露影響研究が相当するとしている ( 環境省 2009) 以下では PM 2.5 の定量的健康リスク評価に欠かせない比較的低濃度領域での研究報告および高感受性群と考えられる小児における研究報告を中心に 疫学研究の現状と課題をまとめる 2. ハーバード 6 都市研究とアメリカ対がん協会研究 PM 2.5 の長期影響を評価する上で 最もよく知られた前向きコホート研究は 1993 年に公表されたハーバード 6 都市研究と 1995 年のアメリカ対がん協会研究であろう 前者は もっとも早い時期に比較的低濃度領域の PM 2.5 (fine particle) が死亡リスク上昇の原因であることを示唆した研究であり それに続く後者は 全米 50 都市約 30 万人とより大規模な対象集団によって詳細に曝露量反応関係を検討した研究である これらは 当初に公表されたオリジナル研究に加え 追跡期間を延長した拡張研究や 結果の信頼性や妥当性を検証した再解析研究が報告されている 2.1 ハーバード 6 都市研究 (Harvard Six Cities Study;6 都市研究 ) 6 都市研究は 東部 6 都市で無作為に選ばれた 25~74 歳の白人約 8111 人を 1974 年以降 14~16 年間 (111076 人 年 ) 追跡したコホート研究である PM 2.5 を含む大気汚染物質濃度は各都市に設置したステーションで測定されており 年齢 性別 喫煙 教育 Body mass index(bmi) を調整あるいは層化した解析で PM 2.5 濃度と総死亡 呼吸器疾患死亡 心肺疾患死亡との間に関連が認められている PM 2.5 濃度の最低都市 (Portage 11.0µg/m 3 ) と最高都市 (Steubenville 29.6µg/m 3 ) との死亡率比は 総死亡 1.26(95% 信頼区間 1.08 ~1.47) 心肺疾患死亡 1.37(1.11~1.68) と それぞれ +26% +37% の有意な増加であった (Dockery et al., 1993) 心血管疾患の死亡率は再解析報告書で示され +38%(+10~72%) であった 肺がん死亡については +37% であったが サンプル数の制限もあり 統計学的に有意な増加ではない (Krewski et al., 2000) 追跡期間を 1998 年まで延長した 6 都市拡張研究では PM 2.5 濃度 10µg/m 3 上昇に対する死因ごとの調整 ( 年齢 性別 喫煙 教育 BMI) ハザード比が示されており 増加分としては 総死亡 +16%(+7~26%) 心血管疾患 +28%(+13~44%) 呼吸器疾患 +8%(-21~+49%) 肺がん +27%(-4%~+69%) であった また PM 2.5 濃度の低下 ( 平均濃度で 10µg/m 3 ) に伴い 総死亡のリスクも有意に低下し その低下幅は 27% であった (Laden et al., 2006) 2.2 アメリカ対がん協会研究 (American Cancer Society study; ACS 研究 ) ACS 研究は 50 州に居住する 120 万人の成人志願者を対象として 1982 年に開始された前向きコホート研究 ACS-CPS II(American Cancer Society-Cancer Prevention Study II) をベースとし 曝露データとして EPA による大気環境物質測定ネットワークデータを用いて解析を行った研究である 1989 年までの追跡によるオリジナル研究では 50 都市 295223 人のデータを用い 年齢 性別 人種 喫煙 教育 BMI 飲酒 職業を調整した解析によっても PM 2.5 と総死亡 心肺疾患死亡との間には有意な関連が認められた 50 都市の
72 1979~1983 年の PM 2.5 濃度は平均 18.2µg/m 3 ( 範囲 9.0~ 33.5µg/m 3 ) もっとも濃度の低い地域を基準とした場合 もっとも高い地域の心肺疾患死亡率上昇は +31%(95% 信頼区間 +17~46%) で 喫煙による層化解析でも結果は同様であった (Pope et al., 1995) 1998 年まで追跡を延長した拡張研究では 観察死亡数は 3 倍となり 職業曝露調整の精度を高める 食事要因を考慮するなどの工夫を加えた解析を行っている その結果 1979~ 1983 年までの濃度データを用いた場合の PM 2.5 濃度 10µg/m 3 上昇に対する死亡率の上昇は 交絡因子調整 ( 年齢 人種 喫煙 教育 婚姻状態 BMI 飲酒 職業曝露 食事) 後で 総死亡 +4%(95% 信頼区間 +1~8%) 心肺死亡 +6%(+2~10%) 肺がん死亡 +8%(+1~16%) であった 1999~2000 年のデータを加えた平均値を用いた場合は それぞれ +6% +9% +14% でいずれも統計学的に有意であった 1999~2000 年のデータを加えた平均濃度は 17.7µg/m 3 ( 範囲 7.5~30µg/m 3 ) であったという この解析で提示されている PM 2.5 濃度と相対リスクの曝露量 - 反応関係の平滑化曲線では PM 2.5 濃度の増加に伴う緩やかな心血管疾患死亡リスクの上昇が認められているが 12~13µg/m 3 を下回る領域では濃度 - 反応関数の信頼区間の幅が拡がっている (Pope et al., 2002) 2009 年には 2000 年までの 18 年間に追跡データについての拡張解析結果が報告された 解析方法にも新たなアプローチが導入され コミュニティレベルの指標であるエコロジカル変数 ( 空調 教育 人種 就業 家計収入 収入格差 貧困 ) と個人レベル変数 ( 喫煙 職業曝露 婚姻 教育 BMI など 44 変数 ) を用いたランダム効果 Cox 比例ハザードモデルにより 空間的な自己相関とマルチレベル ( 個人レベル + エコロジカルレベル ) データを考慮している その結果はこれまでと同様で すべての変数を調整後の PM 2.5 濃度 10µg/m 3 上昇に対する死亡リスクは 総死亡 +4%(95% 信頼区間 +3~ 6%) 心肺死亡 +9%(+7~12%) 虚血性心疾患死亡 +18%(+15 ~22%) 肺がん死亡 +9%(+3~15%) の増加であった ただし どの期間の曝露がもっとも死亡リスクと関連するかの検討では 明確な結果は得られていない (Krewski et al., 2009) 3. 三府県コホート研究日本における浮遊粒子状物質の健康影響に関する前向きコホート研究として 三府県コホート研究がある ( 以下は 大気汚染に係る粒子状物質による長期曝露調査検討会報告書 より記載 )( 大気汚染に係る粒子状物質による長期曝露影響調査検討会,2009) このコホート研究は 3 つの府県 ( 宮城県 愛知県 大阪府 ) でそれぞれ都市地区と対照地区を選定し 1983~1985 年に協力の同意を得た 40 歳以上の男女計 100517 人を対象に 10 年 15 年間の追跡調査を行っている 曝露濃度には各地区の一般大気測定局で測定された大気汚染測定データを用い 調査期間 10 年 (1984~1993 年 ) の 6 地域の浮遊粒子状物質 (SPM) 平均濃度は 35.5µg/m 3 ( 範囲 22 ~45µg/m 3 ) PM 2.5 /SPM の比を 0.7 として推計された PM 2.5 平 均濃度は 24.9µg/m 3 ( 濃度範囲 15~32µg/m 3 ) であった 調査期間 15 年では 6 地域の SPM 平均濃度 35.2µg/m 3 ( 濃度範囲 21~44µg/m 3 ) 推計 PM 2.5 平均濃度 24.6µg/m 3 ( 濃度範囲 14 ~31µg/m 3 ) であった その結果 1979 年 ~1983 年までの濃度データ (5 年平均値 ) を用いた場合の PM 2.5 濃度 10µg/m 3 上昇に対する死亡率 ( 男女計 ) は 交絡因子調整 ( 年齢 喫煙 職業 野菜摂取 果物摂取 BMI 飲酒 健康保険 ) 後で 総死亡 -4%(95% 信頼区間 :-6~-2%) 肺がん +18% (+8~30%) 循環器疾患-13%(-16%~-10%) 呼吸器疾患 ±0%(-7~+7%) と 肺がん死亡で有意なリスク上昇が観察された 性別の解析では 肺がん死亡は男性のみで有意なリスク上昇であった なおこの研究では デザイン時の主要目的が大気汚染と肺がんとの関連を明らかにすることであったため ベースライン調査項目の中に血圧や血中脂質などの循環器疾患に関する重要なリスク因子は含まれていない 4. 短期曝露影響 4.1 北米における知見 EPA は オゾン PM 一酸化炭素 窒素酸化物 二酸化硫黄 鉛の 6 つの principal pollutant( または criteria pollutant) について 定期的なレビューを行い Integrated Science Assessments(ISA) として公表することとしている PM については 2009 年 12 月に最終報告書が報告され PM 2.5 の短期曝露影響のうち死亡との関連について これまで同様アメリカとカナダで実施された複数都市研究を中心に評価を行っている ( 表 3)(U.S.EPA, 2009b) PM 2.5 濃度 10µg/m 3 上昇に対する総死亡の増加率は +0.29~ 1.21% 心血管疾患死亡は +0.30~1.03% 呼吸器疾患死亡は +1.01~2.2% であり 濃度測定日と日死亡とのラグタイムは大部分の研究で 1 日か 2 日であり最も強い影響は 1 日ないし 0~1 日で観察され 季節変動パターンとしては暖かい季節に最も強い関連が見られたという (Dominici et al., 2007 ;Franklin et al., 2007) また 入院や救急受診との関連では 主に虚血性心疾患 うっ血性心不全といった心血管疾患との間に一貫した関連が認められ 大部分の研究で PM 2.5 濃度 10µg/m 3 上昇に対する増加率は +0.5~3.4% と報告されていたという また 最も規模の大きいメディケア受給者を対象とした複数都市研究の結果からも 地域差や季節差があることが観察されている (Dominici et al., 2006) 4.2 日本における知見日本においては PM 2.5 短期曝露影響の複数都市研究の結果が 2007 年に環境省より報告され 専門委員会の報告書にも記載されている ( 環境省, 2007; 2009) PM 2.5 測定地点のある 20 市町ごとに PM 2.5 濃度 10µg/m 3 増加に対する日死亡のリスクの増加を検討した研究で 解析には 2002~2004 年までの 3 年間のデータが用いられた 65 歳以上を対象に 全死亡 呼吸器疾患死亡 循環器疾患死亡について解析した結果 PM 2.5 濃度に対する日死亡リスク
73 表 3 カナダの PM 2.5 短期曝露と日死亡との複数都市研究 対象地域 平均値 PM 2.5 濃度 (µg/m 3 ) 98; 99 ハ ーセンタイル値 最大値 著者 年 カナダ 8 都市 13.3 38.9; 45.4 86 Burnett et al, 2003 96 都市 - - - Dominici et al., 2007 112 都市 13.2 34.3; 38.6 57.4 Zanobetti et al, 2009 27 都市 15.6 45.8; 54.7 239 Franklinet al., 2007 25 都市 14.8 43.0; 50.9 239.2 Franklin et al., 2008 加州 9 郡 19.9 68.2; 82.0 160.0 Ostro et al., 2006 加州 6 郡 18.4 61.2; 70.1 116.1 Ostro et al., 2007 カナダ 12 都市 12.8 38.0; 45.0 86.0 Burnett et al., 2004 U.S. EPA による Integrated Science Assement for Particulate Matter(2009) の表 6~15 を一部改変 比は 1 を超える場合がみられ 20 地域における推計結果の統合値では呼吸器疾患死亡で統計学的に有意な上昇がみられるものの 循環器疾患死亡については全死亡や呼吸器疾患死亡と比べて日死亡リスク比は小さかったという ( 大気汚染に係る粒子状物質による長期曝露影響調査検討会,2009) また地域別解析では 地域単独の解析で統計学的に有意なリスク上昇がみられる場合や 東京 23 区と政令都市 9 地域のみの統合値で統計学的に有意な上昇がみられる場合があった 各地域の PM 2.5 平均濃度は 11.9~22.9µg/m 3 98 パーセンタイル値は 31.4~55.1µg/m 3 であり 日死亡について有意な関連性が示された地域での解析では 98 パーセンタイルを超える PM 2.5 濃度領域で日死亡リスクがより大きく上昇している傾向がみられた 5. 今後の日本における疫学研究の課題 PM 2.5 の健康影響については 数多くの疫学研究 毒性学研究が実施されており さまざまな種類の影響についての定性的 定量的な影響評価が進んでいるが 日本における疫学的知見については依然少ない状況にある 日本での質の高い疫学研究の実施が不可欠であるが 専門委員会が報告書の中で指摘したように とくに環境基準値が議論される濃度レベルでの疫学知見が不足しており 低濃度地域が含まれるように地域を選定した研究が必要である 心血管系への影響が 欧米での疫学知見と同じく 比較的低濃度領域で観察されるのかどうかを明らかにする必要がある また小児や高齢者など 感受性の高い者や脆弱性を有する者を対象に含むことも必要 であり とくに小児の呼吸器への影響について検討する必要がある また 疫学研究成果の活用として 日本における PM 2.5 の曝露人口を明らかにして リスク削減の効果を定量的に評価していくことにも取り組む必要がある 以下に 心血管疾患への影響と 小児の呼吸器 ( とくに肺機能発達 ) への影響についてまとめる 5.1 心血管系疾患への影響 Women s Health Initiative Observational Study(WHI) 研究は 1994~1998 年に登録した 36 都市の 50~79 歳の閉経後女性 65893 人を 2002 年まで追跡したコホート研究 ( 観察 349643 人 年 ) で 死亡のみならず PM 2.5 濃度と循環器疾患イベントの発生との関連を観察している点に特徴がある (Miller et al., 2007) 曝露濃度は 2000 年の年平均濃度のみを用い 郵便番号によって 30 マイル (48km) 以内にモニタリングステーションがある場合のみ解析の対象とされた 2000 年のPM 2.5 濃度は平均 13.5µg/m 3 ( 範囲 3.4~28.3µg/m 3 ) であった 合計 1816 の致死性 非致死性心血管イベントが発生し 10µg/m 3 増加に対して 心血管イベント発生 +24%(95% 信頼区間 : +9~41%) 心血管疾患死亡 +76%(+25~147%) 冠血管イベント発生 +21%(+4~42%) 冠血管疾患死亡 +121%(+17~ 316%) 脳血管イベント発生 +35%(+8~68%) 脳血管疾患死亡 +83%(+11~200%) とそれぞれ有意に増加していた ( 年齢 人種 喫煙 教育 収入 BMI 糖尿病 高血圧 高コレステロール血症の有無を調整 ) WHI 研究では エンドポイントを心血管疾患 冠疾患 脳血管疾患のイベント発生 死亡のいずれにした場合でも PM 2.5 曝露による有意なリスク上昇が観察されている さらに ACS 拡張研究における同様の曝露量反応曲線よりも低い曝露レベルである PM 2.5 濃度 11µg/m 3 群を基準に心血管死亡のデータを用いて曝露量反応関係の平滑化曲線を描いたところ 濃度範囲の両端で信頼区間が広いものの全体として直線的にリスクが増加する傾向が観察されたと Miller らは述べている しかしながら 濃度の解釈については十分な考察が必要である EPA のモニタリングデータで 1990~2009 年へかけて PM 10 濃度 ( 全米 724 都市の季節で重み付けした年平均値 ) が 38% 低下し 2000 年以降の PM 2.5 濃度も 27% 低下している (U.S.EPA, 2009a) ことを考慮すると 曝露濃度として 2000 年の年平均濃度のみを用いた解析では 曝露量反応関係が過大評価されている可能性もある わが国の専門委員会では WHI 研究について 曝露濃度として 2000 年の PM 2.5 濃度のみを用いていることが 曝露濃度に関する不確実性を大きくしていると指摘している ( 環境省,2009) さらに 2007 年の心血管疾患の粗死亡率 ( 人口 10 万対 ) を比較すると 心疾患はが 204.3 に対して日本は 139.1 脳血管疾患はが 45.1 に対して日本は 100.7 と疾病構造が著しく異なっており 血清コレステロールを含め 背景にある心血管疾患のリスクファクターの分布も大きく異なっていると考えられる (National Center for Health Statistics, 2007; 厚生
74 労働省,2007) このことは 疫学研究の一般化可能性 (generalizability) つまりでの研究結果を日本人にあてはめることができるかどうかという観点で慎重な判断が必要であることを示唆する 今後の PM 2.5 の長期曝露に対する健康影響評価の重要なポイントの一つは PM 2.5 濃度 10~ 15µg/m 3 の濃度範囲で心疾患や脳血管疾患の発症や死亡リスクが上昇しているという結果が 日本人でも観察されるか否かを明らかにすることであろう 心血管疾患をエンドポイントとする短期曝露研究も同様である 一方 前出の三府県コホート研究は 実測されているのは PM 2.5 ではなく SPM である上 ベースライン調査項目の中に血圧や血中脂質などの循環器疾患に関する重要なリスク因子は含まれていない たとえば 2001 年の都道府県別死因比較では 男性の脳血管疾患死亡の標準化死亡比 (SMR) は 宮城 115.3 愛知 100.9 大阪 87.4 と宮城が最も高い一方 男性の心疾患死亡の SMR は 宮城 102.2 愛知 109.0 大阪 101.9 と愛知が最も高いなど 地域間の循環器疾患の死亡パターンが著しく異なる ( 厚生労働省,2005) ので PM 2.5 の循環器疾患影響を検討するためには背景にあるリスク要因の差の調整が必要である 日本でも質の高い大規模疫学コホート研究が多く実施されているので 今後は 共同での PM 2.5 の心血管疾患影響に関するコホート研究の実施が不可欠である その際には PM 2.5 濃度が低い地域を含みかつ重要な循環器疾患危険因子の分布に比較性が保たれるような地域選定 整備される PM 2.5 モニタリングデータの活用 ( 容易ではないが ) 発症登録といった点を考慮したデザインが求められよう また 短期曝露影響についても EPA は 心血管疾患による日死亡および入院 救急受診のいずれでも複数都市研究で一貫した結果が得られている上 毒性学的研究による機能変化 ( 血管運動機能 心筋血流 心電図上の ST 低下 全身の酸化ストレス指標の上昇 ) も観察されており 因果関係があると結論している さらに 発生源や成分分析を含む研究の結果から 交通関連の大気汚染あるいはバイオマス燃焼との関連が示唆されるとしている 心血管疾患への短期影響についても 成分分析など詳細な曝露評価を含む疫学研究の日本での実施が必要である 5.2 小児における呼吸器への影響 PM 2.5 への長期曝露が小児の呼吸器疾患あるいは肺機能発達へ与える影響については いくつかのコホート研究が報告しており とくに南カリフォルニアの 12 コミュニティのこどもを対象とした Children s Health Study(CHS) は 長期間の追跡により PM 曝露が肺機能発達に影響することを報告している CHS 研究は 1993 年に 4 年生 (9~10 歳 ) 7 年生 (12~13 歳 ) 10 年生 (15~16 歳 ) 1996 年に 4 年生 (9~10 歳 ) の 4 つのサブコホートを高校卒業まで追跡したコホート研究で 曝露評価は 1994 年に各コミュニティに設置された測定局に よって行われている これまでにいくつかの報告がなされている (Gauderman et al., 2000; Gauderman et al., 2002) が 最も長い追跡では 1993 年に 4 年生であった 1,759 人を 18 歳までの 8 年間追跡し 肺機能検査を繰り返し実施した結果が報告されている (Gauderman et al., 2004) 期間中の FEV 1.0 (forced expiratory volume in 1 second, 一秒量 ) の増加量によって肺機能発達を評価した場合 PM 2.5 有機炭素 無機炭素 NO 2 酸蒸気が有意に関連しており 大気汚染物質濃度の最も高い地域と最も低い地域のFEV 1.0 の差は それぞれ 79.7ml 87.9ml 86.2ml 101.4ml 105.8ml であった 対象地域全体の 8 年間の PM 2.5 平均濃度は 13.8µg/m 3 で 12 コミュニティの 8 年間の平均濃度は 5.6~28.5µg/m 3 に分布していた さらに 18 歳時点で FEV 1.0 低値 ( 予測値の 80% 以下 ) を示すものの割合が PM 2.5 平均濃度の増加に伴って増えることが観察されている また CHS 研究では 475 人の喘息を持つ児童の気管支症状との関連も 4 年間の追跡研究で検討されている (McConnell et al., 2003) PM(PM 2.5 のほか PM 10 PM 10-2.5 有機炭素 無機炭素 ) の 4 年間の平均濃度と有症率との関連を 12 のコミュニティ間で検討した場合 PM 2.5 濃度 1µg/m 3 増加に対して有症率は 3% 増加するのに対し 4 年間のコミュニティ内の濃度変動で検討した場合は PM 2.5 濃度 1µg/m 3 増加に対して有症率は 9% 増加していたという さらに 高肺機能の児童は喘息発症のリスクが低いという効果を PM 2.5 曝露が修飾するかどうかについて CHS の 2057 人の 8 年間追跡データを用いて検討している (Islam et al., 2007) 高 PM 2.5 濃度 (13.7~ 29.5µg/m 3 ) と低 PM 2.5 濃度 (5.7~8.5µg/m 3 ) との比較で 高肺機能 (FEF25-75 120%) 群からの喘息発症率は 高 PM 2.5 濃度コミュニティが 15.9/1,000 人 年 低 PM 2.5 濃度コミュニティが 6.4/1,000 人 年と 高肺機能群の喘息発症予防効果が PM 2.5 高濃度曝露によって減弱されることが示唆されている ただし 低肺機能 (FEF25-75 80-100%) 群からの喘息発症率は 高 PM 2.5 濃度コミュニティが 23.8/1,000 人 年 低 PM 2.5 濃度コミュニティが 21.1/1,000 人 年と有意差はなく PM 2.5 濃度と喘息発症率との関連については明らかではない オランダの出生コホートを用いた研究では 4 歳までの追跡により PM 2.5 濃度 3.3μg/m 3 増加 (inter-quartile range に相当 ) に対して 医師によって診断された喘息の発症率が 32% 増加 (95% 信頼区間 :+4~69%) したと報告されている (Brauer et al., 2007) また ドイツの出生コホート研究においても PM 2.5 濃度と 1 歳までの感染のない咳や夜間の咳との関連性が報告されている (Gehring et al., 2002) 日本に関しては 全国 7 地域で実施された微小粒子状物質曝露影響調査で 小児の呼吸器症状と PM 2.5 濃度 (7 地域の平均 :16.5~25.0µg/m 3 ) との関連が検討されているが 3~7 歳の小児の呼吸器症状有症状況やぜん息様症状の発症と関連していることを示す知見は得られなかったという ( 環境省, 2007) また 喘息で入院中の児童 19 名を対象に PM の急性影響を検討したパネル研究では ピークフロー (PEF) および喘鳴との関連を検討し 夜間の喘鳴発症が屋外 PM 2.5 濃度
75 と PEF の変化および朝 夜間の喘鳴症状が屋内 PM 2.5 濃度と統計学的に有意な関連があったと報告している (Ma et al., 2008) この研究では 屋外の 24 時間平均 PM 2.5 濃度は平均 19.1( 範囲 3.5~49.9)μg/m 3 であったという 小児は 外で過ごす時間が長いこと 活動レベルが高いこと 体重や肺表面積あたりの PM 曝露量が大きいと考えられること 肺の発達への影響は非可逆的と考えられることなどの理由から PM に対する高感受性群と考えられる (U.S.EPA, 2009b) 小児の呼吸器影響についても PM 2.5 濃度 10~ 15μg/m 3 周辺の曝露が肺機能発達へ与える影響の有無等について 日本の低濃度地域を含む疫学研究によって検討する必要がある また PM 2.5 への長期曝露と胎児や新生児の成長発達等 周産期の種々のエンドポイントとの関連性について 新生児死亡と大気汚染物質曝露との関連や 親の居住地における PM 2.5 濃度と低出生体重及び早産との関連が示唆される ( 環境省,2009) とされており 呼吸器症状や喘息などへの影響の検討も含め 日本でも 新たに開始された大規模出生コホートの活用が期待される ( 受稿日 2011. 1. 5)( 掲載決定日 2011.2.10) 参考文献 Brauer, M., Hoek, G., Smit, H. A., De Jongste. J. C., Gerritsen, J., Postma, D.S., Kerkhof, M., Brunekreef, B.: Air pollution and development of asthma, allergy and infections in a birth cohort, Eur. Respir. J, 29, 879-888 (2007) Burnett, R. T., Goldberg, M. S.: Size-fractionated particulate mass and daily mortality in eight Canadian cities, Health Effects Institute, Boston (2003) Burnett, R. T., Stieb, D., Brook, J. R., Cakmak, S., Dales, R., Raizenne, M., Vincent, R., Dann, T.: Associations between short-term changes in nitrogen dioxide and mortality in Canadian cities, Arch. Environ. Occup. Health, 59, 228-236 (2004) Dockery, D. W., Pope 3rd, C. A., Xu, X., Spengler, J. D., Ware, J. H., Fay, M. E., Ferris Jr, B. G., Speizer, F. E: An association between air pollution and mortality in six U.S. cities, N. Engl. J. Med., 329, 1753-1759 (1993) Dominici, F., Peng, R. D., Bell, M. L., Pham, L., McDermott, A., Zeger, S. L., Samet, J. L: Fine particulate air pollution and hospital admission for cardiovascular and respiratory diseases, JAMA, 295, 1127-1134 (2006) Dominici, F., Peng, R. D., Zeger, S. L., White, R. H., Samet, J. M: Particulate air pollution and mortality in the United States: did the risks change from 1987 to 2000?, Am. J. Epidemiol., 166, 880-888 (2007) Franklin, M., Koutrakis, P., Schwartz, J: The role of particle composition on the association between PM2.5 and mortality, Epidemiol., 19, 680-689 (2008) Franklin, M., Zeka, A., Schwartz, J: Association between PM2.5 and all-cause and specific-cause mortality in 27 US communities, J. Expo. Sci. Environ. Epidemiol., 17, 279-287 (2007) Gauderman, W. J., Avol, E., Gilliland, F., Vora H., Thomas. D., Berhane, K., McConnell, R., Kuenzli, N., Lurmann, F., Rappaport, E., Margolis, H., Bates, D., Peters, J.: The effect of air pollution on lung development from 10 to 18 years of age, N. Engl. J. Med., 351, 1057-1067 (2004) Gauderman, W. J., Gilliland, G. F., Vora, H., Avol, E., Stram, D., McConnell, R., Thomas, D., Lurmann, F., Margolis, H. G., Rappaport, E. B., Berhane, K., Peters, J. M: Association between air pollution and lung function growth in southern California children: results from a second cohort, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 166, 76-84 (2002) Gauderman, W. J., McConnell, R., Gilliland, F., London, S., Thomas, D., Avol, E., Vora, H., Berhane, K., Rappaport, E. B., Lurmann, F., Margolis, H. G., Peters, J.: Association between air pollution and lung function growth in southern California children, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 162, 1383-1390 (2000) Gehring, U., Cyrys, J., Sedlmeir, G., Brunekreef, B., Bellander, T., Fischer, P., Bauer, C. P., Reinhardt, D., Wichmann, H. E., Heinrich, J: Traffic-related air pollution and respiratory health during the first 2 yrs of life, Eur. Respir. J., 19, 690-698 (2002) Islam, T., Gauderman, W. J., Berhane, K., McConnell, R., Avol, E., Peters, J. M., Gilliland, F. D: The relationship between air pollution, lung function and asthma in adolescents, Thorax, 62, 975-963 (2007) 環境省 : 微小粒子状物質曝露影響調査報告書 (2007) 環境省 : 微小粒子状物質環境基準専門委員会報告 (2009) 厚生労働省 : 都道府県別死因の分析結果について (2005) (Available from http://www.mhlw.go.jp/topics/2005/02/ tp0228-2/index.html (accessed on 25 Dec 2010)) 厚生労働省 : 平成 19 年人口動態統計月報年計 ( 概数 ) の概況 (2007) (Available from: http://www.mhlw.go.jp/toukei/ saikin/hw/jinkou/geppo/nengai07/kekka3.html#2 (accessed on 26 Dec 2010)). Krewski, D., Burnett, R. T., Goldberg, M. S., Hoover, K., Siemiatycki, J., Jerrett, M., Abrahamowicz, M., White, W. H: Reanalysis of the Harvard Six Cities Study and the American Cancer Society Study of particulate air pollution and mortality: a special report of the institute's Particle Epidemiology Reanalysis Project, Health Effects Institute, Cambridge (2000) Krewski, D., Jerrett, M., Burnett, R. T., Ma, R., Hughes, E., Shi, Y., Turner, M., Pope, 3 rd, C. A., Thurston, G., Calle, E. E., Thun, M. J., Beckerman, B., DeLuca, P., Finkelstein, N., Ito, Ke., Moore, D. K., Newbold, K. B., Ramsay, T., Ross, Z., Shin, H., Tempalski, B: Extended follow-up and spatial analysis of the American Cancer Society study linking particulate air pollution and mortality, Health Effects Institute, Cambridge (2009) Laden, F., Schwartz, J., Speizer, F. E., Dockery, D. W: Reduction in fine particulate air pollution and mortality: Extended Follow-up
76 of the Harvard Six Cities Study, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 173, 667-672 (2006) Ma, L., Shima, M., Yoda, Y., Yamamoto, H., Nakai, S., Tamura, K., Nitta, H., Watanabe, H., Nishimuta, T: Effects of airborne particulate matter on respiratory morbidity in asthmatic children, J. of Epidemiol. 18, 97-110 (2008) McConnell, R., Berhane, K., Gilliland, F., Molitor, J., Thomas, D., Lurmann, F., Avol, E., Gauderman, W. J., Peters, J. M: Prospective study of air pollution and bronchitic symptoms in children with asthma, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 168, 790-797 (2003) Miller, K. A., Siscovick, D. S., Sheppard, L., Shepherd, K., Sullivan, J. H., Anderson, G. L., Kaufman, J. D: Long-term exposure to air pollution and incidence of cardiovascular events in women, N. Engl. J. Med., 356, 447-458 (2007) National Center for Health Statistics (2007). Deaths: Final Data for 2007, in National Vital Statistics Reports 2010, 58(19). (Available from: http://www.cdc.gov/nchs/data/nvsr/nvsr58/ nvsr58_19.pdf (accessed on 26 Dec 2010)) Ostro, B., Broadwin, R., Green, S., Feng, W. Y., Lipsett, M.: Fine particulate air pollution and mortality in nine California counties: results from CALFINE, Environ. Health Perspect., 114, 29-33 (2006) Ostro, B., Feng, W.-Y., Broadwin, R., Green, S., Lipsett, M.: The effects of components of fine particulate air pollution on mortality in California: results from CALFINE, Environ. Health Perspect, 115, 13-19 (2007) Pope 3rd, C. A., Burnett, R. T., Thun, M. J., Calle, E. E., Krewski, D., Ito, K., Thurston, G. D.: Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution, JAMA, 287, 1132-1134 (2002) Pope 3rd, C. A., Thun, M. J., Namboodiri, M. M., Dockery, D. W., Evans, J. S., Speizer, F. E., Heath Jr, C. W: Particulate air pollution as a predictor of mortality in a prospective study of U.S. adults, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 151, 669 674 (1995) 大気汚染に係る粒子状物質による長期曝露影響調査検討会 : 大気汚染に係る粒子状物質による長期曝露影響調査報告書 (2009) U.S.EPA: Air quality criteria for particulate matter. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC. (2004) U.S.EPA: National Trends in Particulate Matter Levels (2009a) U.S.EPA: Integrated Science Assessment for Particulate Matter (Final Report). U.S. Environmental Protection Agency, Washington DC, EPA/600/R-08/139F (2009b) WHO: Air Quality Guidelines Global Update 2005, Geneva (2005). Zanobetti, A., Schwartz, J., The effect of fine and coarse particulate air pollution on mortality: A national analysis, Environ. Health Perspect, 117, 1-40 (2009) PM 2.5 の疫学と健康影響 : 日本人のリスク評価の視点から 武林亨, 朝倉敬子, 山田睦子 慶應義塾大学医学部衛生学公衆衛生学 160-8582 東京都新宿区信濃町 35 2006 年以降 PM 2.5 の環境基準値またはガイドライン値が WHO 日本等で設定された そのリスク評価は 疫学的および毒性学的レビューに基づくものである PM 2.5 の健康影響を明らかにした疫学研究は ハーバード 6 都市研究 アメリカ対がん協会研究が 1990 年代半ばまでに相次いで報告され 以降 それらの拡張研究 再解析研究 あるいは他の前向きコホート研究により 10-15μg/m 3 周辺の比較的低濃度の PM 2.5 曝露が心血管疾患死亡と関連することが示唆されている また短期曝露影響についても 北米での複数都市研究で心血管疾患死亡との関連が観察されている しかしながら日本では このような低濃度 PM 2.5 曝露群を含む集団での疫学知見はない またこれまで実施された調査の報告では 心血管疾患との関連は観察されていない 心血管疾患による死亡の構造あるいはその危険因子の分布パターンが 日本とアメリカで異なることはよく知られており 日本で 低濃度地域を含む疫学研究の実施が必要である また高感受性群である小児肺機能発達についても 比較的低濃度領域の PM 2.5 曝露との関連がアメリカの小児を対象としたコホート研究で示唆されている 同様に日本での疫学研究が必要である