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課題名 C-1005 大気中粒子状物質の成分組成及びオゾンが気管支喘息発作に及ぼす影響に関する疫学研究

課題代表者名 島 正之 （兵庫医科大学医学部公衆衛生学講座 教授）

研究实施期间 平成22～24年度

累計予算額 70,013 千円（うち 24 年度 21,341 千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキー粒子状物質、元素成分、イオン成分、発生源解析、オゾン、気管支喘息、疫学研究ワード（5～10個

以下程度）

研究体制

(1) 大気中粒子状物質及びオゾンの気管支喘息発作への影響に関する疫学研究 (兵庫医科大学)

(2) 大気中粒子状物質のPIXE法による多元素分析及びイオン成分の分析（環境計測株式会社）

(3) 大気中粒子状物質の日平均成分濃度の解析に関する研究（（公財）ひょうご環境創造協会兵庫県環境研究センター）

研究協力機関

京都大学大学院医学研究科

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

大気環境中の粒子状物質、特に粒径2.5μm以下の微小粒子状物質（PM_{2.5}）は、呼吸器系、循環器系をはじめとする様々な健康影響を生じることが報告されており、わが国でも2009年に環境基準が設定された。しかし、わが国では大気汚染の健康影響に関する知見は限られており、特に大気環境中の粒子状物質の成分濃度と健康影響との関連を評価した研究はほとんど行われていない。粒子状物質の粒径別分布及び成分組成は国や地域によって異なり、健康影響は人種や生活習慣等の違いによる差もあると考えられることから、わが国において粒子状物質及びその成分組成と健康影響との関連を明らかにするための疫学研究が求められている。また、近年は中国大陸から春季に飛来する黄砂や春～夏季に高濃度となるオゾンの健康影響も懸念されている。

兵庫県姫路市では、46医療機関において1995年より気管支喘息発作数が性・年齢別に集計され、既に約18万件のデータが蓄積されている。我々は同市内でPM_{2.5}、粒径2.5～10μmの粗大粒子(PM_{10-2.5})、ディーゼル排ガス由来のブラックカーボン(Optical Black Carbon; OBC)の連続測定を行い、喘息発作との関連を検討してきた。

本課題では、粒子状物質をはじめとする

大気汚染の健康影響の特性をより詳細に

解明するために、従来行ってきた粒子状物質の質量濃度に加えて、1週間毎に連続して粒径別に捕集した粒子状物質のイオン及び元素成分を分析し、発生源とその寄与割合を推定し、喘息発作との関連を検討した。さらに、各季節に24時間単位で粒径別粒子を捕集し、フィルタ秤量法による質量濃度の測定と成分分析を行い、PM_{2.5}の主要成分濃度に多変量解析を適用して主要な発生源とその寄与率を推定した。また、長期にわたる喘息発作に関するデータを活用して、オゾン等の大気汚染物質の長期的及び短期的な変動と喘息発作との関連についても解析した（図1）。

図1 研究課題全体の構成
### 2. 研究開発目的

本研究では、わが国における大気中PM $ _{2.5} $ をはじめとする大気汚染物質が気管支喘息発作に与える影響について、従来検討されてきた粒子状物質の質量濃度との関係だけでなく、粒子中のイオン成分及び主要元素成分、さらにそれらより推定される発生源因子との関連についても明らかにすることを目的とした。

喘息発作数は、兵庫県姫路市医師会で長期にわたって集積されている市内46医療機関における性、年齢、居住地域別の1週間毎のデータを活用した。大気環境データとして、(1)市内2カ所で実施しているPM_{2.5}、PM_{10-2.5}、OBCの質量濃度、大気エアロゾル化学成分連続自動分析結果、及び市内11測定局における常時監視結果、(2)1週間毎に粒径別に連続捕集した大気中粒子状物質のイオン及び主要元素組成と、それらより推定された発生源寄与因子の結果を用いた。さらに、(3)粒子状物質及びガス状物質を各季節に24時間単位で20日間連続捕集して、質量濃度、炭素成分、イオン成分の測定を行い、(1)、(2)で得られた結果の精度を評価するとともに、季節による相違点やPM_{2.5}の主要な発生源とその寄与率を評価した。

これらより、わが国における大気汚染物質、特に粒子状物質の成分組成と健康影響の関連について新たな疫学知見を得ることを目的とした。

### 3. 研究開発の方法

## (1) 大気中粒子状物質及びオゾンの気管支喘息発作への影響に関する疫学研究

## 1 ）気管支喘息発作数調査

姫路市医師会公害調査委員会では、1995年度より市内の約40医療機関で気管支喘息発作数を1週間毎に性、年齢、居住地区別に集計している。2010年度の協力医療機関数は46であり、市全域に及んでいる（図2）。

喘息発作の定義は「箇性喘鳴を伴う呼吸困難」とし、医師が診察、問診、喘息日誌等で確認した上で、1週間毎に発作数を医師会に報告してもらっている。また、1日単位の喘息発作数を把握するため、2010年4月～2012年3月の2年間に姫路市休日・夜間急病センターに喘息で受診した患者の性、年齢、居住地等の情報を収集した。

## ２）大気環境中粒子状物質濃度の測定

姫路市内2カ所に粉じん計（SPM-613D、紀本電子工業）を設置し、PM_{2.5}、PM_{10-2.5}濃度はβ線吸収法、OBC濃度は反射型光散乱光を測定する方法により連続測定を行い、各物質の1週間平均値を求めた。市南部の飾磨局（飾磨市民センター）では、2012年1月から7月までの間、大気エアロゾル化学成分連続自動分析装置（ACSA-08、紀本電子工業）を設置し、粒子状物質の粒径別に酸性度、

図2 喘息発作調査の協力医療機関と 休日・夜間急病センター

硫酸イオン、硝酸イオン、水溶性有機炭素の連続測定を行った。市内の大気環境常時監視による光化学オキシダント(Ox)、二酸化窒素(NO_{2})濃度、姫路測候所における気象観測データも用いた。なお、Ox濃度は紫外線吸収法によって測定されているため、大気中オゾンの指標とした。

## 3 ）大気汚染と気管支喘息発作との関連の解析

### a. 粒子状物質濃度と気管支喘息発作の関連

1週間毎の喘息発作数を従属変数、大気汚染物質の週平均濃度、気温、湿度、気圧、日照時間、季節、調査年度（カテゴリ変数）を独立変数として、一般化線型モデルによる解析を行った。また、PM $ _{2.5} $ の環境基準は1日平均値について設定されているため、1週間のうちPM $ _{2.5} $ の1日平均値の最大値との関連についても検討した。全期間、全年齢についての解析とともに、年齢別（0～14歳、15～64歳、65歳以上）、季節別の解析を行った。結果は、大気汚染物質の四分位範囲（75パーセンタイル値－25パーセンタイル値）濃度増加当たりの喘息発作のリスク比で示した。また、各汚染物質濃度を四分位で分類し、最低濃度帯に対する各濃度帯のリスク比も求めた。

### b. 大気エアロゾル化学成分自動測定結果との関連

大気エアロゾル化学成分の自動測定結果より各成分の1週間平均値を求めて、aと同様に一般化線型モデルを用いて1週間毎の喘息発作数との関連を検討した。

### c. 粒子状物質のイオン及び元素成分との関連

サブテーマ（２）で得られた粒子状物質のイオン及び主要元素成分の分析結果を用いて、同期間の
喘息発作数との関連を検討した。また、粒径別成分濃度にPositive Matrix Factorization（PMF）解析を行って求めた発生源寄与因子との関連も検討した。

### d. 1995年以降の大気汚染常時監視データと気管支喘息発作の関連

大気汚染の長期的及び短期的変動と喘息発作との関連を評価するため、1995年4月～2011年3月までの16年間における喘息発作数と姫路市内の一般環境常時監視測定局（9カ所）における0x、NO_{2}濃度と喘息発作との関連性を解析した。

### e. 日単位の気管支喘息による受診との関連

姫路市休日・夜間急病センターに喘息により受診した0～14歳の患者を対象とし、ケースクロスオーバー法を用いて、気圧、湿度、気温、風速、日照時間を調整した上で、受診日及び前日の大気中PM_{2.5}、PM_{10}、OBC、浮遊粒子状物質(SPM)、Ox、NO_{2}の日平均値との関連を解析した。

## (2) 大気中粒子状物質のPIXE法による多元素分析及びイオン成分の分析

## 1 ）大気環境中粒子状物質の元素及びイオン成分の分析

姫路市飾磨局において、2009年11月～2012年5月の間、3段NLASインパクター（東京ダイレック社、カット粒径1.0μm、2.5μm、10μm）を用いて1週間毎に大気中粒子状物質を粒径別に分級捕集した。捕集試料の元素組成分析は、（社）日本アイソトープ協会仁科サイクロトロンセンター（NMCC）のPIXE装置で行った。イオン成分として、陰イオンはF⁻、Cl⁻、NO₂⁻、Br⁻、NO₃⁻、PO₄³⁻及びSO₄²⁻、陽イオンはNa⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺及びCa²⁺をイオンクロマトグラフィーにより分析した。

## ２）大気環境中粒子状物質を形成している粒子の発生要素解析

大気中に存在する粒子状物質の発生源を推定するため、因子解析の一つであるPositive Matrix Factorization（PMF；正值行列因子分解）モデルによる解析を行った。使用したPMFモデルは米国環境保護庁のホームページで公開されているEPA-PMF1.1である。PMFモデルによる粒子の発生要素解析は、まず粒径（$\langle PM_{1.0}, PM_{2.5-1.0}, PM_{10-2.5}, \rangle PM_{10}$）別に、次に全ての粒径サイズの粒子を対象に行った。解析に用いた成分は、OBC、Al、Si、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pb、Cl⁻、NO₂⁻、Br⁻、NO₃⁻、PO₄³⁻、SO₄²⁻、Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺及びCa²⁺とした。なお、PM₂.₅-1.₀、PM₁₀-2.₅、>PM₁₀それぞれにおけるPMFモデル解析では、これら解析に用いた成分にTiとCrを加えた。

## (3) 大気中粒子状物質の日平均成分濃度の解析に関する研究

## 1 ）大気中粒子状物質の捕集

大気中粒子状物質は、NILUフィルタフォルダに分級流速が10.0L/minに設計されたマルチノズルカスケードインパクタ（東京ダイレック社製）を装着し、PM_{10}、PM_{10-2.5}、PM_{2.5}の3段に分級捕集した。粒子の捕集にはPTFEフィルタ及び石英繊維フィルタを用いた。2010年7月～2012年11月の間に、各季節20日の捕集を10回行った。捕集地点は、兵庫県姫路市の飾磨一般大気測定局屋上とした。

## ２）質量濃度及び成分濃度の測定

捕集前後のPTFEフィルタは、相対湿度約35%に調整したデシケータに24時間程度静置した後、温度21.5±1.5℃、相対湿度35±5%に調整した秤量室内で、ウルトラミクロ天秤（Sartorius製、SE2-F）を用いて秤量した。炭素成分（OC、EC）は、熱分離光学補正法（IMPROVE法）によりSunset Laboratory製カーボンアナライザーを用いて分析した。イオン成分（Cl⁻、NO₃⁻、NO₂⁻、SO₄²⁻、Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺）は、イオンクロマトグラフィーによりDIONEX製ICS-2100を用いて分析した。無機元素成分（Na、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Sr、Mo、Cd、Sb、Pb）は、誘導結合プラズマ質量分析法（ICP-MS法）によりThermo製Xシリーズ2を用いて分析した。

## 3 ）解析方法

### a.質量濃度及び成分濃度測定結果の精度評価

サブテーマ（1）の自動測定法によるPM_{2.5}及びPM_{10-2.5}質量濃度測定結果と、本サブテーマで実施したフィルタ秤量法による測定結果とを比較した。自動測定法による測定結果は、本研究の測定期間に得られた1時間データを24時間単位に平均化して用いた。

また、サブテーマ（2）の1週間測定における成分分析結果と本サブテーマにおける成分分析結果を比較した。24時間単位の測定結果は、サブテーマ（2）の測定週単位に平均化して用いた。

#### b. PM_{2.5}の発生源解析

PM_{2.5}の発生源情報を得るため、全期間の成分濃度データを用いてPositive Matrix Factorization（PMF）解析を行った。また、観測地点近傍の発生源位置に関する情報を得るために、観測地点周辺の風向を用いたConditional Probability Function（CPF）解析、遠方の発生源位置に関する情報を得るために、気塊の後方流跡線を用いたPotential Source Contribution Function（PSCF）解析を行った。
### 4. 結果及び考察

(1) 大気中粒子状物質及びオゾンの気管支喘息発作への影響に関する疫学研究

## 1 ）気管支喘息発作数調査

2010年4月～2012年12月に報告された喘息発作数は35,026件（0～14歳12,765件、15～64歳13,838件、65歳以上8,423件）であった。喘息発作数は毎年9月下旬から10月下旬に大きな増加が認められた。年齢別には0～14歳及び15～64歳で秋に増加がみられたが、65歳以上は季節による差はみられなかった。

27 火武塚現平粒子状物質濃度の測定

姫路市飾磨局における2010年4月～2013年3月のPM_{2.5}、PM_{10}、OBCの平均濃度はそれぞれ22.0 μg/m^{3}、34.3 μg/m^{3}、0.48 μg/m^{3}であり、週平均値の最大値はそれぞれ44.1 μg/m^{3}、113.0 μg/m^{3}、1.14 μg/m^{3}であった。PM_{10}濃度は黄砂が飛来した2011年5月1～8日が最大であった。

## 3 ）大気汚染と気管支喘息発作との関連

### a. 粒子状物質濃度と喘息発作の関連

PM_{2.5}濃度の四分位範囲濃度（9.6 $ \mu $ g/m^{3}）当たりの喘息発作リスク比は、全年齢では1.04[95%信頼区間：1.02-1.07]と有意であり、年齢別には0-14歳と15-64歳でも有意であった。OBC濃度との関連は全年齢及び15-64歳で有意であった。PM_{10-2.5}濃度との関連は有意ではなかった（図3）。

週平均PM_{2.5}濃度を四分位で分類し、各濃度帯の喘息発作リスク比をみると、全年齢では濃度が高くなるとともに大きかった。PM_{2.5}の平均濃度が26.2μg/m^{3}以上の週は16.7μg/m^{3}未満の週に対するリスク比が1.09[1.03-1.14]と有意な増大が認められた。年齢別では、0-14歳ではPM_{2.5}平均濃度が16.7μg/m^{3}以上の週は16.7μg/m^{3}未満の週に比して喘息発作リスク比がいずれも有意であり、15-64歳でも26.2μg/m^{3}以上の週は有意であった（図4）。

PM_{2.5}の環境基準は1日平均値で設定されているため、1週間のうちPM_{2.5}の日平均の最大値との関連を検討した。四分位範囲濃度（14.3μg/m^{3}）増加当たりの喘息発作リスク比は全年齢で1.03[1.01-1.05]と有意に大きく、すべての年齢層でリスク比は1.03～1.04と有意な増大が認められた（表1）。

b. エアロゾル化学成分自動測定結果との関連

粒子状物質の化学成分自動分析結果と喘息発作の関連では、PM_{2.5}及びPM_{10-2.5}中に含まれる化学成分については、硝酸イオン、硫酸イオン、水溶性有機炭素濃度が増加したときの喘息発作リスク比はいずれも1よりも有意に大きかった。各成分の四分位範囲濃度増加当たりのリスク比は、PM_{2.5}、PM_{10-2.5}ともに硝酸イオンが最も大きかった（表2）。

図3 粒子状物質濃度増加による喘息発作リスク比（各汚染物質濃度の四分位範囲増加当たり）

図4 週平均PM_{2.5}濃度の四分位別喘息発作リスク比

表1 PM_{2.5}日平均濃度の週内最大値との関連

リスク比	95%信頼区間	p值
全年齢	1.03	1.01	1.05	0.002
0-14歳	1.04	1.00	1.08	0.037
15-64歳	1.03	1.01	1.05	0.017
65歳以上	1.03	1.00	1.05	0.020

四分位範囲（14.3μg/m³）增加当たり

表2 粒子状物質の成分濃度と喘息発作との関連

IQR	リスク比	95%信頼区間	p值
PM2.5中化学成分
NO3-(nmol/m3)	12.1	1.13	1.05	1.21
SO42-(nmol/m3)	15.1	1.10	1.04	1.15
WSOC(μg/m3)	99.8	1.09	1.01	1.18
ΔH+(nmol/m3)	8.19	0.82	0.69	0.95
PM10-2.5中化学成分
NO3-(nmol/m3)	11.6	1.12	1.05	1.20
SO42-(nmol/m3)	17.1	1.08	1.03	1.14
WSOC(μg/m3)	108.7	1.11	1.04	1.17
ΔH+(nmol/m3)	6.19	0.88	0.74	1.02

各成分の四分位範囲増加当たりのリスク比

IQR：四分位範囲、 $ NO_{3}^{-} $ ：硝酸イオン、 $ SO_{4}^{2-} $ ：硫酸イオン、WSOC：水溶性有機炭素、 $ \Delta H^{+} $ ：酸性度（水素イオン濃度）
### c. 粒子状物質のイオン及び元素成分との関連

サブテーマで（2）で1週間毎に捕集・分析したPM_{2.5}の成分との関連は、イオン成分では硫酸、カリウム、アンモニウムイオン、元素成分ではカリウム、ケイ素、硫黄、ヒ素などと喘息発作の関連が有意であった。粒径別成分組成にPMF解析を適用して5つの因子を抽出したところ、6～8月は燃焼系粒子と考えられる第3因子、3～5月と9～11月は大陸からの移流によると考えられる硫酸アンモニウム系粒子を主体とする第4因子と喘息発作との関連が有意であった（図5）。

### d. 1995年以降の大気汚染常時監視データと気管支喘息発作の関連

近年、大気中の0x濃度は増加、NO₂濃度は低下傾向にあるため、1995年以降の16年間を3期に分けて解析した。喘息発作リスク比は、0xについては第1期と第3期には有意な増大がみられたが、第2期は有意ではなかった。NO₂については第3期のみ有意であったが、3期を通して四分位範囲濃度増加当たりの喘息発作リスク比は0xよりも小さかった（図6）。

0x濃度が高い3～6月における各時期の四分位範囲濃度増加当たりのリスク比は、第1期1.07 [1.02-1.11]、第2期1.07 [1.00-1.14]、第3期1.06 [1.01-1.11]であり、いずれも有意であった（図7）。

1日単位の喘息との関係を検討するため、姫路市の夜間急病センターに喘息のために受診した患者について、当日及び前日の大気汚染濃度との関連を検討した。粒子状物質（PM $ _{2.5} $ 、PM $ _{10} $ 、SPM）、Ox、NO $ _{2} $ のいずれについても喘息による受診との間に有意な関連は認められなかった。

図5 粒径1.0～2.5μmの粒子のPMF解析結果と喘息発作の関連

図6 大気中0x及びNO_{2}濃度増加による喘息発作リスク比

## (2) 大気中粒子状物質のPIXE法による多元素分析及びイオン成分の分析

図7 大気中0x濃度増加による喘息発作リスク比（季節別）

## 1 ）大気環境中粒子状物質濃度の元素及びイオン成分の分析

NMCCのPIXE装置では、Na～Uまでの元素を検出することが可能である。2009年11月から2012年5月まで、1週間毎に捕集した大気中粒子状物質試料からは、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Hg及びPbの30元素が検出され、定量することができた。主要元素は、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Fe及びZnの10元素であった。

図8にPM $ _{10} $ 、図9にPM $ _{2.5} $ について、質量、元素及びイオン成分とOBCの経時変化を示した。PM $ _{10} $ 、PM $ _{2.5} $ 及びOBCの値は、PM捕集地点に設置された自動測定機のPM捕集期間での連続1時間値の平均値である。PM $ _{10} $ の元素とイオン成分は
粒径別にみると、$\mathrm{PM}_{10}$ 以上の粒子ではNa、Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Feが主体であり、黄砂の影響を受けた試料では他の試料よりも主体元素が高く、特にNa、Si及びClは顕著であった。$\mathrm{PM}_{10-2.5}$ の粒子では、黄砂の影響を受けている試料でNa、Si及びClの値が際立っていた。$\mathrm{PM}_{2.5-1.0}$ の粒子は$\mathrm{PM}_{2.5}$ 以上の粒子とは異なり、主体はSであり、黄砂の影響を受けている試料ではSはスパイクピークとなっていた。$\mathrm{PM}_{1.0}$ 以下の粒子では、この傾向が明瞭であった。主要元素のNa、Mg、Al、Si、Cl、K及びCaの値は粒径が小さくなるにしたがって低下し、これに対してSとZnの値は高くなっていた。Feは$\mathrm{PM}_{10-2.5}$ のサイズの粒子で高かった。

イオン成分は、いずれの粒径サイズでも$\mathrm{Cl^{-}}$、$\mathrm{NO_{3}^{-}}$、$\mathrm{SO_{4}^{2-}}$、$\mathrm{Na^{+}}$、$\mathrm{NH_{4}^{+}}$が主体であり、$\mathrm{SO_{4}^{2-}}$と$\mathrm{NH_{4}^{+}}$は粒径が小さくなるにしたがって高い値であった。$\mathrm{PM}_{10-2.5}$の粒子では$\mathrm{NO_{3}^{-}}$、$\mathrm{PM}_{2.5}$以下の粒子では$\mathrm{SO_{4}^{2-}}$であった。

このように粒径によって粒子成分が異なることは、粒径サイズにより形成している粒子の発生源或いは生成過程が異なることを示唆している。

2）大気環境中粒子状物質を形成している粒子の発生要素解析

全ての粒径サイズの粒子を対象に行ったPMFモデル解析で5つの因子負荷量を得た。因子1～5は、それぞれ燃焼由来粒子、土壌由来粒子、海塩粒子と硝酸イオン系粒子、カルシウムを主体とした粗大粒子、二次生成粒子と解釈された。図10のPM $ _{10} $ における各因子の寄与濃度の経時変化をみると、因子1因子2、因子3を加えた値は因子5の値とほほ同じか、やや低い値であった。図11のPM $ _{2.5} $ は因子5の値が際立って高く、二次生成粒子が主体であると考えられる。

粒径サイズごとのPMFモデル解析では、$\langle PM_{1.0}$ は因子1～5の全てが硫酸アンモニウム系粒子であり、$\mathrm{PM}_{2.5-1.0}$ では因子1は硫酸イオン粒子、因子2は硝酸塩粒子と海塩粒子、因子3は燃焼由来粒子、因子4は硫酸アンモニウム系粒子、因子5は硫酸塩粒子であった。$\mathrm{PM}_{10-2.5}$ では、因子1は土壌由来粒子と硝酸イオン粒子、因子2は海塩粒子と硫酸・硝酸塩粒子、因子3は海塩粒子と硝酸塩粒子を含んだ黄砂由来粒子、因子4は硫酸・硝酸塩粒子、因子5は海塩粒子と二次生成粒子と解釈される。$\mathrm{PM}_{10}$ では、因子1は土壌由来粒子、因子2は海塩粒子と黄砂由来粒子、因子3は海塩粒子と硫酸・硝酸イオン粒子、因子4は燃焼由来粒子と硫酸・硝酸イオン粒子、因子5は硫酸・硝酸カルシウム系粒子であった。

図8 PM_{10}の質量、元素及びイオン成分の経時変化 PM_{2.5} Element Ion, OBC

図9 PM_{2.5}の質量、元素及びイオン成分の経時変化

図10 PM_{10}の質量と各因子寄与濃度の経時変化

図11 PM_{2.5}の質量と各因子寄与濃度の経時変化
(3) 大気中粒子状物質の日平均成分濃度の解析に関する研究

## 1 ）測定結果の精度評価

### a. 自動測定法とフィルタ秤量法における粒

## 子状物質質量濃度の比較

サブテーマ（1）で実施している自動測定法によるPM_{2.5}及びPM_{10-2.5}の質量濃度測定結果と、本研究で実施したフィルタ秤量法による測定結果とを比較し、関連性を評価した。図12にフィルタ秤量法による全期間の測定結果と、同一期間の自動測定法による測定結果の散布図及び回帰直線を示したPM_{2.5}については、回帰直線の切片が4.72[95%信頼区間：3.35-6.10]となり、フィルタ秤量法よりも自動測定法が有意に高くなる傾向を示した。PM_{10-2.5}については、回帰直線の傾きが1.20[1.15-1.26]となり、フィルタ秤量法よりも自動測定法が有意に高くなる傾向を示した。これらの濃度差は、湿度の影響や測定原理の違いによるものと考えられた。ただし、自動測定法とフィルタ秤量法におけるPM_{2.5}、PM_{10-2.5}質量濃度の相関係数は、それぞれ0.89、0.96であり、いずれも高い直線性を示した。

### b. 1週間測定と24時間測定における主要成分濃度の比較

サブテーマ（2）の1週間測定における成分分析結果と24時間測定の成分分析結果の1週間平均値とを比較した。図13に、半揮発性成分のうち質量濃度へ寄与の大きい $ NO_{3}^{-} $ 及び $ NH_{4}^{+} $ の1週間測定値と24時間測定の1週間平均値の散布図を示した。両者は、比較的良好な直線性を示しており、1週間測定値と24時間測定の1週間平均値は概ね一致する傾向を示した。

### 2 ）PM_{2.5}の発生源とその寄与濃度の推定

a. PMF解析による因子の抽出と寄与濃度の推定表3に、PMF解析により抽出された9つの因子について、それぞれの指標となる成分及び指標となる成分から推測される発生源を示した。製鋼業、塩酸・硝酸系二次粒子、土壌、海塩、自動車、廃棄物焼却、硫酸系二次粒子、石炭燃焼、重油燃焼を表すと考えられる因子が抽出された図14に、抽出された因子寄与濃度の全期間及び測定期間別の平均を示した。全期間平均では、硫酸系二次粒子の寄与濃度が最も高く、次いで、自動車、廃棄物焼却の順であった。季節別にみると、硫酸系二次粒子の寄与濃度は夏季、自動車の寄与濃度は秋季、廃棄物焼却の寄与濃度は冬季に高くなる傾向を示した。

図 12 自動測定法とフィルタ秤量法による質量濃度測定結果の比較

図 13 1 週間測定と 24 時間測定による成分濃度測定結果の比較

表3 各因子の指標成分と推測される発生源

因子	指標成分	発生源
1	Mn, Zn, Cd, Pb	製鋼業
2	Cl⁻, NO₃⁻	塩酸·硝酸系二次粒子
3	Ca²⁺, Al	土壤
4	Na, Cl⁻, Mg²⁺	海塩
5	OC, EC, Sb	自動車
6	K, NO₃⁻, SO₄²⁻	廃棄物燃燒
7	SO₄²⁻, NH₄⁺	硫酸系二次粒子
8	As, Cu, EC	石炭燃燒
9	V, Ni, OC	重油燃燒

### b. CPF解析による発生源位置の推定

図14 PM_{2.5}における各因子の寄与濃度

図15に、周辺の発生源との関連が示唆される発生源因子のCPF値の分布を示した。重油燃焼を表す因子のCPF値は、SSE～SWで高かった。調査地点の南方は臨海工業地帯であり、火力発電所や大規模工場が複数存在している。また、調査地点の南約3.5kmには、国際拠点港湾である姫路港が存在し、周辺の海上は船舶の航行が盛んである。以上から、重油燃焼を表す因子は、調査地点周辺の発生源の影響を
受けている可能性が示唆された。自動車を表す因子のCPF値は、NNW～NEで高かった。調査地点周辺の幹線道路は、北北東約1.4kmに国道2号が東南東-西北西に走り、南南西約0.5kmに国道250号が東南東-西北西に走っているが、周辺幹線道路の平日24時間交通量は、国道2号が約120,000台、国道250号が約34,000台、平日昼間12時間の大型車混入率は、国道2号が約21%、国道250号が約9%である（平成22年度道路交通センサス結果）。また、姫路市のその他の幹線道路は調査地点の北側に多く存在し、交通流も北側に集中していることから、自動車を表す因子の

図 15 CPF 値の分布図

CPF値がNNW～NEで高かったと考えられた。CPF解析の結果、推測された発生源と周辺の発生源位置の関係は整合的であり、抽出された発生源因子の解釈がより明確となった。

c. PSCF解析による発生源位置の推定

図16に、PMF解析で抽出された因子のうち、成分組成プロファイルで $ SO_{4}^{2-} $ の負荷が大きかった硫酸系二次粒子を表す因子及び廃棄物焼却を表す因子のPSCF値の分布を示した。硫酸系二次粒子のPSCF値は、中国でも $ SO_{2} $ 排出量が多いとされる中国東部沿岸地域、東シナ海海上や九州地方で高く、廃棄物焼却を表す因子のPSCF値は、中国河北省や北京市周辺、朝鮮半島等で高かった。そのため、硫酸系二次粒子を表す因子は、中国東部沿岸地域の工業地帯や、東シナ海を航行する船舶、九州地方の火山活動の影響を受けており、廃棄物焼却を表す因子は、近年急激に増大している中国都市部の廃棄物焼却や朝鮮半島の廃棄物焼却の影響を受けている可能性が示唆された。

両者は、いずれも中国等のアジア大陸からの越境移流の可能性を示唆したが、硫酸系二次粒子を表す因子のPSCF値が、九州地方や瀬戸内海等の日本国内でも高かったのに対し、廃棄物焼却を表す因子のPSCF値は日本国内では高くなく、硫酸系二次粒子を表す因子よりも越境移流の割合が大きいと考えられた。

図16 PSCF値の分布図

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

欧米諸国では、$\mathrm{PM}_{2.5}$ と気管支喘息発作やそれによる救急受診との関連が数多く報告されているが、わが国における知見は十分ではなかった。本研究では、兵庫県姫路市で長期にわたって蓄積された気管支喘息発作のデータを活用して、大気中の$\mathrm{PM}_{2.5}$ 及びOBC濃度の上昇に伴って1週間毎の喘息発作数が有意に増加することを疫学的に明らかにした。粒径2.5～10μmの粗大粒子（$\mathrm{PM}_{10-2.5}$）との関連は認められなかった。$\mathrm{PM}_{2.5}$ の濃度帯別には、全年齢での喘息発作数は週平均$\mathrm{PM}_{2.5}$ 濃度が26.2μg/m³以上、15歳未満の小児では16.7μg/m³以上で有意な増加が認められ、欧米諸国の知見と同様に、比較的低い濃度でも影響が生じ、特に小児は感受性が高いことが示された。$\mathrm{PM}_{2.5}$ の成分及び発生源については、6～8月は燃焼系由来粒子、3～5月と9～11月は大陸からの移流による硫酸アンモニウム系粒子と喘息発作との関連が示唆された。

近年大気中濃度が上昇傾向にあるオゾンについても、週平均濃度の上昇により喘息発作数が増加し、特にオゾンが高濃度となる3～6月における影響が顕著であることが示された。大気汚染物質の短期的影響として諸外国で報告されている1日毎の喘息による救急受診については、PM_{2.5}、オゾンともに当日及び前日の濃度との関連を明らかにすることはできなかった。

大気中粒子状物質を2年以上にわたって1週間毎に連続して粒径別に捕集し、イオン成分及び元素組成の特徴を明らかにし、燃焼由来粒子、土壌由来粒子、海塩と硝酸イオン粒子、カルシウムを主体とした粗大粒子、硫酸アンモニウムを主体とした二次生成粒子等が寄与していることを明らかにした。
各季節に24時間単位でフィルタ秤量法によりPM_{2.5}及びPM_{10-2.5}濃度を測定し、自動測定結果と比較したところ、両者の相関は非常に高いことが確認できた。また、粒子中の主要な成分について、1週間単位の測定結果と24時間単位の測定結果を比較し、PM_{2.5}についてはほぼ同等であることを示した。

発生源解析では、PM_{2.5}に寄与する因子として硫酸系二次粒子や自動車、廃棄物焼却等の発生源因子を抽出した。寄与率が大きい硫酸系二次粒子は、後方流跡線解析により、遠方からの移流の影響を受ける可能性を示した。風向を考慮しても、重油燃焼や石炭燃焼、自動車を表す因子と周辺の発生源位置の関係は整合的であり、これらは地域的な発生源の影響を受けていることを示した。

## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

環境省の微小粒子状物質（PM_{2.5}）に関する専門家会合におけるPM_{2.5}による大気汚染への対応の検討において、本研究成果であるPM_{2.5}濃度と喘息発作との関係についての解析結果を提示し、PM_{2.5}上昇時の注意喚起のための暫定的な指針の設定に貢献した（専門家会合資料として本研究の結果を提示した）。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

わが国では2009年に$\mathrm{PM}_{2.5}$に係る環境基準が設定され、近年は中国からの飛来も指摘されていることから、$\mathrm{PM}_{2.5}$の健康影響に対する関心は高まっているが、国内における疫学知見は十分ではなかった。

本研究では、大気中$\mathrm{PM}_{2.5}$及びオゾンをはじめとする大気汚染物質が喘息発作に与える影響を明らかにした。これはわが国においても諸外国と同様に$\mathrm{PM}_{2.5}$の短期的影響が生じることを示したものである。また、成分分析の結果より、燃焼由来や大陸からの移流による粒子が喘息に与える可能性を示唆した。

大気中粒子状物質の粒径別にイオン成分及び元素組成の長期連続測定を行い、$\mathrm{PM}_{2.5}$の寄与因子として大陸からの移流に由来する硫酸系二次粒子、廃棄物焼却、自動車や重油燃焼等を特定し、それらの寄与の程度を推定した。これらはわが国における$\mathrm{PM}_{2.5}$の低減対策を進める上で重要な知見であるとともに、地方自治体等によって実施されている$\mathrm{PM}_{2.5}$の成分分析結果を有効に活用するための手法を提示した。

また、大気中粒子状物質を1週間単位で捕集したPM_{2.5}中の主要成分濃度が、24時間単位での測定結果と同等であったことは、多くの労力と経費を要するPM_{2.5}成分濃度の測定が1週間単位で実施できる可能性を示し、長期にわたる連続観測を必要とする疫学研究等の進展への貢献が期待できる。

本研究で得られたこれらの成果は、PM_{2.5}及びオゾン濃度上昇時の国民への注意喚起を行い、大気汚染の健康影響を明らかにするための長期的な疫学調査を進める上で重要な知見となり得るものである。今後は学術誌への投稿等を通じて、研究成果の広報、普及に努める。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文>

1) K. Saitoh, M. Shima, Y. Yoda, R. Nakatsubo, D. Tsunetomo, T. Hiraki and K. Sera: International Journal of PIXE, 22, 179–184 (2012)

“Year-round behavior for inorganic composition of size-resolved airborne particles in Himeji City, Japan”

2) S. Yamazaki, M. Shima, Y. Yoda, K. Oka, F. Kurosaka, S. Shimizu, H. Takahashi, Y. Nakatani, J. Nishikawa, K. Fujiwara, Y. Mizumori, A. Mogami, T. Yamada and N. Yamamoto: Environ Health Pre Med, 18 (2013) [Epub ahead of print] PMID: 23640199

“Association of ambient air pollution and meteorological factors with primary care visits at night due to asthma attack”

## (2) 主な口頭発表 (学会等)

1）齊藤勝美、島正之、余田佳子、中坪良平、平木隆年：第51回大気環境学会年会（2010）「姫路市における大気中粒子状物質の粒径別にみた成分特徴」

2) K. Saitoh, M. Shima, Y. Yoda, R. Nakatsubo, D. Tsunetomo, T. Hiraki and K. Sera: 7th International Symposium on Bio-PIXE, 2011, Sendai, Japan

"Year-round behavior for inorganic composition of size-resolved airborne particles in Himeji City, Japan"

3）中坪良平、常友大資、平木隆年、島正之、余田佳子、唐寧、齊藤勝美：第53回大気環境学会（2012）「兵庫県姫路市における粒径別粒子の測定と発生源解析」
4）齊藤勝美、島正之、余田佳子、中坪良平、常友大資、平木隆年、世良耕一郎、美和千裕：第53回大気環境学会年会（2012）

「姫路市における大気粒子の通年観測で捉えた黄砂粒子の特徴」

5）島正之、余田佳子、唐寧、齊藤勝美、中坪良平、常友大資、平木隆年：第53回大気環境学会年会（2012）

「大気中オゾン濃度と気管支喘息発作との関連に関する疫学研究: 姫路市における長期的観察」

6）中坪良平、常友大資、平木隆年、島正之、余田佳子、唐寧、齊藤勝美：自動車技術会第4回PM測定·評価部門委員会講演会(2012)

「兵庫県における大気中微小粒子状物質 $ PM_{2.5} $ の測定と発生源解析について」

7）山崎 新、島 正之、山本信玄、岡勝巳、黑坂文武、清水滋太、高橋宏暢、中谷裕司、西川実徳、藤原克彦、水守康之、最上朗、山田琢：第23回日本疫学会学術総会（2013）

「喘息による救急受診と気象・大気汚染との関連性」

8）島正之、余田佳子、唐寧、齊藤勝美、中坪良平、常友大資、平木隆年：第83回日本衛生学会学術総会（2013）

「姫路市における気管支喘息発作と大気中粒子状物質濃度及び化学成分との関連」

9）島 正之、余田佳子、唐 寧、岡 勝巳、黒坂文武、清水滋太、高橋宏暢、中谷裕司、西川実徳、藤原克彦、水守康之、最上 朗、山田 琢、山本信玄：第25回日本アレルギー学会春季臨床大会（2013）

「姫路市における気管支喘息発作と大気中粒子状物質の粒径別成分組成との関連」

### 7. 研究者略壓

課題代表者:島正之

千葉大学医学部卒業、医学博士、千葉大学医学部公衆衛生学助教授、現在、兵庫医科大学公衆衛生学主任教授

## 研究参画者

(1): 島 正之 （同上）

(2): 齊藤勝美

中部工業大学工業化学科卒業、エヌエス環境株式会社中央技術研究所研究チームリーダー、現在、環境計測株式会社技術顧問

## (3) : 平木隆年

関西学院大学理学部卒業、兵庫県立健康環境科学研究センター大気環境部長、

現在、(公財)ひょうご環境創造協会兵庫県環境研究センター大気環境科長、

## 中坪良平

姫路工業大学理学部卒業、現在、(公財)ひょうご環境創造協会兵庫県環境研究センター大気環境科研究員
# C-1005 大気中粒子状物質の成分組成及びオゾンが気管支喘息発作に及ぼす影響に関する 疫学研究

(1) 大気中粒子状物質及びオゾンの気管支喘息発作への影響に関する疫学研究

兵庫医科大学 医学部 公衆衛生学 島 正之

<研究協力者>

京都大学大学院医学研究科 山崎 新

平成22～24年度累計予算額：35,197千円

（うち、平成24年度予算額：10,759千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

欧米諸国では、粒子状物質と気管支喘息発作やそれによる救急受診との関連が数多く報告されており、わが国においても健康影響が懸念されているが、国内の知見は乏しい。本研究では兵庫県姫路市において、1週間毎の喘息発作数及び1日毎の喘息による救急受診数のデータを活用して、粒子状物質及びオゾンが喘息発作に及ぼす影響を評価した。粒子状物質は、市内で粒径2.5μm以下の微小粒子状物質（PM_{2.5}）、粒径2.5～10μmの粗大粒子（PM_{10-2.5}）、ディーゼル排ガス由来のブラックカーボン（Optical Black Carbon; OBC）濃度を測定し、大気環境常時監視結果も用いた。

2008年8月～2012年12月の週別の喘息発作データ（55,268件）を用いた解析では、気温、湿度、気圧等を調整した喘息発作のリスク比は、$\mathrm{PM}_{2.5}$ の四分位範囲濃度（9.6μg/m³）増加当たり1.04[95%信頼区間：1.02-1.07]と有意な増大が認められた。濃度帯別には、週平均$\mathrm{PM}_{2.5}$ 濃度が26.2μg/m³以上の週は、16.7μg/m³未満の週に対するリスク比が1.09[1.03-1.14]と有意であった。OBCについての喘息発作リスク比は0.32μg/m³増加当たり1.05[1.02-1.08]と有意であったが、$\mathrm{PM}_{10-2.5}$ との関連は有意ではなかった。$\mathrm{PM}_{2.5}$ の成分では、硫酸イオン、アンモニウムイオン、ケイ素、硫黄等と喘息発作の関連が認められた。発生源を考慮すると、6～8月は燃焼系由来粒子と考えられる因子、3～5月と9～11月は大陸からの移流による硫酸アンモニウム系粒子を主体とする因子と喘息発作との関連が有意であった。1995年以降の16年間における喘息発作数（180,249件）についての解析では、大気中オブン濃度の増加により喘息発作の増加が認められ、2006～2010年には四分位範囲濃度（13ppb）増加当たりのリスク比は1.06[1.00-1.11]と有意であり、特にオブンが高濃度となる3～6月における影響が顕著であった。一方、1日毎の喘息による救急受診患者についての解析では、当日及び前日の大気汚染濃度との間に関連性を見いだすことはできなかった。

以上より、わが国において大気中PM $ _{2.5} $ 及びオゾン濃度の上昇による喘息発作への影響が明らかとなり、大陸からの移流や燃焼に由来する粒子成分による喘息発作への影響が示唆された。

[キーワード]

粒子状物質、成分組成、オゾン、気管支喘息、急性影響
### 1. はじめに

大気環境中の微小粒子状物質（PM_{2.5}）は、呼吸器系、循環器系をはじめとする様々な健康影響を生じることが指摘されており、気管支喘息の発作やそれによる救急受診との関連性が数多く報告されている $ ^{1-5)} $ 。

わが国では2009年9月に環境基準が設定されたが、PM_{2.5}の健康影響に関する国内の知見は欧米諸国に比して少なく $ ^{6-9} $ 、特に大気環境中の粒子状物質の成分濃度と健康影響との関連を評価した研究はほとんど行われていない。近年は中国で大量に発生したPM_{2.5}がわが国に飛来することが指摘され $ ^{10} $ 、春季に観測される黄砂や春～夏季に高濃度となるオゾンとともに、健康影響が懸念されているが、それらに関する知見も乏しいのが実状である。大気汚染物質の分布や成分組成は国や地域によって異なること、健康影響は人種や生活習慣等の違いによる差が見られる可能性があることなどから、わが国において粒子状物質及びその成分組成と健康影響との関連を明らかにすることが必要である。

兵庫県姫路市医師会では、市内の46医療機関において喘息発作を起こした患者数を1週間毎に性・年齢、居住地区別に集計している $ ^{11} $ 。そのデータを活用してPM $ _{2.5} $ をはじめとする大気汚染物質の影響を評価するため、我々は同市内で粒径2.5μm以下のPM $ _{2.5} $ 、粒径が2.5～10μmの粗大粒子(PM $ _{10-2.5} $ )、ディーゼル排ガス由来のブラックカーボン(Optical Black Carbon; OBC)濃度の連続測定を行い、大気汚染常時監視データも含めて、喘息発作との関連を検討してきた。

本課題では、粒子状物質による健康影響の特性を解明するために、従来から行ってきた質量濃度に加えて、粒子状物質のイオン成分及び主要元素成分の分析結果とそれらより推定される発生源寄与因子と喘息発作との関連についても検討することとした。また、1995年以降に集積された約18万件の喘息発作に関するデータを活用して、オゾン等の大気汚染物質の長期的及び短期的な変動と喘息発作との関連についても解析した。

## 2 ．研究開発目的

本研究では、わが国における大気中PM_{2.5}をはじめとする大気汚染物質が気管支喘息発作に与える短期的影響について、従来検討されてきた粒子状物質の質量濃度との関係だけでなく、粒子状物質のイオン成分及び主要元素成分、さらにそれらの分析結果より推定される発生源因子と喘息発作との関連性について疫学的に解析を行った。

健康影響指標として、(1) 兵庫県姫路市内の46医療機関において1995年より長期にわたって集計されている1週間毎の年齢別の喘息発作数、(2) 姫路市休日・夜間急病センターに2010年4月から2012年3月の2年間に喘息のために受診した1日毎の患者数データを収集した。

大気環境データとしては、(1) 市内2カ所で連続測定を行ったPM_{2.5}、PM_{10-2.5}、OBCの質量濃度、(2) エアロゾルの粒径別化学成分連続自動分析の測定結果、(3) サブテーマ(2)で1週間毎粒径別に連続捕集した大気中粒子状物質のイオン及び主要元素成分の分析結果とそれらより推定された発生源因子と寄与割合、(4) 市内9箇所の一般環境大気測定局における大気汚染物質の常時監視結果を用いた。

これらより、わが国における大気汚染物質、特に粒子状物質の粒径別の成分組成と気管支喘息発作との関連性について疫学的に明らかにすることを目的とした。
### 3. 研究開発方法

## （1） 気管支喘息発作数調査

姫路市医師会公害調査委員会では、1995年度より市内にある約40の医療機関で把握された気管支喘息発作数を1週間（日曜日から土曜日）毎に性、年齢、居住地区（8地区）別に集計している。本研究を実施した2010～2012年度における協力医療機関数は46であり、図(1)-1に示したとおり、市全域に及んでいる。

喘息発作の定義は「笛性喘鳴を伴う呼吸困難」とし、医師が診察、問診、喘息日誌等で確認した上で、1週間毎に発作数を医師会に報告してもらった。ただし、1週間に2回以上の発作があった場合も1回とした。なお、喘息患者の定期的な受診は報告対象に含まれない。

図(1)-1 喘息発作調査の協力医療機関と休日・夜間急病センター（A～Hは地区区分）

また、1日単位の喘息発作数を把握するために、2010年4月～2012年3月の2年間に姫路市休日・夜間急病センターに喘息で受診した患者の性、年齢、居住地等の情報を収集した。同センターは、年間を通して平日は午後9時から翌朝6時、休日は午前9時～午後6時と午後9時から翌朝6時に診療を行っている。

## （２）大気環境中粒子状物質濃度の測定

姫路市の飾磨一般大気環境測定局（飾磨市民センター屋上）にPM2.5/PMc/OBC粉じん計（SPM-613D、紀本電子工業）を設置し、PM_{2.5}、PM_{10-2.5}濃度はβ線吸収法、OBC濃度は反射型光散乱光を測定する方法にて連続測定を行い、各物質及びPM_{10}濃度（PM_{2.5}とPM_{10-2.5}の濃度を加えたもの）の1週間平均値を求めた。飾磨局は市南部の人口密集地域にあり、大気汚染常時監視結果では浮遊粒子状物質濃度は市内でも高値が続いていた（図(1)-2）。

図1-2 粒子状物質測定地点

図(1)-3 節磨測定局（市民センター屋上）
また、市中心の商業地域の国道2号線沿いにある船場自動車排出ガス測定局にも同じ粉じん計を設置して、連続測定を行った。ただし、測定局の事情により、2011年6月中旬に約1.5km北部に位置する兵庫県立大学（姫路市新在家）の校舎屋上に移設し、2013年3月まで測定を継続した。

飾磨局では、2012年1月から7月までの間、大気エアロブル化学成分連続自動分析装置（ACSA-08、紀本電子工業）を設置し、粒子状物質の粒径別に酸性度、硫酸イオン、硝酸イオン、水溶性有機炭素の連続測定も行った。なお、同地点では、サブテーマ（2）により1週間間隔で粒子状物質を粒径別に捕集して多元素及びイオン成分の分析、サブテーマ（3）により1日毎の粒子状物質の質量濃度の測定も実施したので、それらの結果も解析に用いた（図(1)-3）。

さらに、同市内で実施されている大気環境常時監視による浮遊粒子状物質(SPM)、光化学オキシダント(Ox)、二酸化窒素(NO_{2})濃度、気象庁姫路測候所における気象観測データを収集した。

## （3） 解析方法

## 1 ）粒子状物質の質量濃度と気管支喘息発作の関連

大気環境中の粒子状物質の質量濃度と喘息発作の関連について、1週間毎の喘息発作数を従属変数、大気中粒子状物質（飾磨局におけるPM_{2.5}、PM_{10-2.5}、PM_{10}、OBCのいずれかの週平均濃度）、週平均の気温、湿度、気圧、日照時間、季節（3～5月、6～8月、9～11月、12～2月をカテゴリ化）、調査年度（カテゴリ化）を独立変数として、一般化線型モデルによる解析を行った。また、PM_{2.5}の環境基準は1日平均値について設定されているため、日平均PM_{2.5}濃度の1週間内の最大値との関連についても検討した。

飾磨局においては2008年8月より粒子状物質濃度の連続測定を行っていたため、2008年8月～2012年12月のデータを解析に用いた。ただし、年末・年始、春の大型連休、夏季休暇（盆休み）に相当する週は、喘息発作数が正確に把握できていない可能性があるため、解析から除外した。最終的に解析に用いたのは217週間のデータである。

全期間、全年齢についての解析とともに、年齢別（0～14歳、15～64歳、65歳以上）、季節別の解析も行った。結果は、大気汚染物質の四分位範囲（75パーセンタイル値－25パーセンタイル値）濃度増加当たりの喘息発作のリスク比で示した。また、各汚染物質濃度を四分位で分類し、最低濃度帯に対する各濃度帯のリスク比も求めた。

## 2 ）大気エアロゾル化学成分自動測定結果との関連

2012年1〜7月に実施した大気エアロブル化学成分測定結果を用いて、1週間毎の喘息発作数と各成分の週平均濃度との関連について、1）と同様に一般化線型モデルを用いて、週平均の気温、湿度、気圧、日照時間、時期（1〜3月、4〜7月をカテゴリ化）を調整して解析を行い、各成分濃度の四分位範囲濃度増加当たりの喘息発作のリスク比で示した。解析に用いたのは春の大型連休期間を除く25週間のデータである。

## 3 ）粒子状物質のイオン及び元素成分濃度との関連

2009年11月から2012年5月の間に、サブテーマ（2）で粒子状物質を1週間毎に粒径別に捕集し、イオン及び主要元素成分の分析を行った結果を用いて、同期間の1週間毎の喘息発作数との関連を解析した。さらに、粒径別成分濃度にPositive Matrix Factorization（正值行列因子分解；PMF）モデ
ルによる解析を行って抽出された発生源寄与因子とその大きさも用いた。

解析方法は1）とほぼ同様であり、一般化線型モデルにより気温、湿度、気圧、日照時間、季節、調査年度を調整した上で、1週間毎の喘息発作数と粒子状物質のイオン成分、主要元素成分の濃度、またはPMF解析で抽出された因子との関連を解析した。成分分析結果が得られた2009年11月～2012年5月のデータのうち、年末年始等の休暇期間を除いたため、解析に用いたのは122週のデータである。

全期間についての解析とともに、季節別の解析も行った。結果は、各元素またはイオン成分の期間中の四分位範囲濃度増加したときの喘息発作のリスク比とその95%信頼区間を示した。

## 4 ）1995年以降の大気汚染常時監視データと気管支喘息発作の関連

大気汚染の長期的及び短期的変動と喘息発作との関連を評価するため、1995年4月～2011年3月までの16年間における喘息発作数と姫路市内で常時監視されている一般環境大気測定局（9カ所）における光化学オキシダント(Ox)と二酸化窒素(NO_{2})の濃度との関連を解析した。

市内の一般環境大気測定局におけるOxとNO_{2}の1週間ごとの平均値を求め、さらに9か所の測定局の平均を解析に用いた。なお、この間の同市におけるOx濃度は紫外線吸収法によって測定されているため、Ox濃度を大気中オゾンの指標とした。

1995～2010年度の16年間のデータを1995～2000年度（第1期）、2001～2005年度（第2期）、2006～2010年度（第3期）に分け、1週間毎の喘息発作数を従属変数、Ox、NO_{2}、気温、湿度、気圧、日照時間、季節、調査年度、調査月を独立変数として、一般化線型モデルによる解析を行った。ただし、年末年始等の休暇期間を除いたため、解析に用いたのは787週のデータである。

通年についての解析とともに、Oxが高濃度となる3～6月、中等度の7～10月、低濃度の11～2月の3季別の解析を行い、Oxまたは $ NO_{2} $ のそれぞれの時期における四分位範囲濃度増加したときの喘息発作のリスク比とその95%信頼区間を示した。

## 5 ）日単位の気管支喘息による受診との関連

1日単位の喘息発作と大気汚染物質濃度との関係を検討するため、2010年4月1日～2012年3月31日の2年間の平日午後9時から翌日午前6時の間に姫路市休日・夜間急病センターに喘息により受診した0～14歳の患者を対象とし、受診日及び前日の大気中PM_{2.5}、PM_{10}、OBC、浮遊粒子状物質(SPM)、Ox、NO_{2}の日平均値との関連を解析した。

解析にはケースクロスオーバー法を用いた。これは、大気汚染等の長期トレンドによるバイアスに対処した方法であり、Time-stratified法ともよばれる。コントロール期間は受診日と同月内の同じ曜日における要因曝露水準とした。例えば、6月23日に受診した場合（症例期間）、コントロール期間は、同月内の同じ曜日である6月2日、6月9日、6月16日、及び6月30日の4日（1:4マッチング）となるようにした。ただし、祝日は平日とは行動様式が異なる可能性が高く、大気汚染濃度についても発生源の違いから濃度が異なる可能性が高いと考えられるため、症例期間及びコントロール期間から除外した。

月平均気温を考慮して、4-6月、7-8月、9-11月、12-3月の4期に分け、それぞれの期間別に気圧、湿度、気温、風速、日照時間を調整した上で、喘息受診との関連性を検討した。
## 4 ．結果及び考察

## （1） 気管支喘息発作数調査

姫路市内の46医療機関より2010年4月から2012年12月までの1週間毎の喘息発作数を収集した結果を図(1)-4に示した。この間の喘息発作数は35,026件（週平均244.9件）であり、年齢別には0～14歳12,765件（週平均89.3件）、15～64歳13,838件（96.8件）、65歳以上8,423件（58.9件）であった。喘息発作数は毎年秋に多く、特に9月下旬から10月下旬にかけて大きな増加が認められた。年齢別には、0～14歳及び15～64歳の喘息発作数は秋に増加する傾向であったが、65歳以上の喘息発作数については季節的に大きな変化はみられなかった。

図(1)-4 1週間毎の気管支喘息発作数の推移（年齢別）

図(1)-5 節磨局における$\mathrm{PM}_{2.5}$、$\mathrm{PM}_{10}$、OBC濃度の連続測定結果（週平均値）