流行病學與公共衛生評論

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研究文章
非常規天然氣開發與非非常規天然氣開發地區出生缺陷的時間序列評價

Zhen-qiang馬* 1凱蒂·c·斯內林格2Longjian劉3.路易斯·h·庫勒4

1美國賓夕法尼亞州哈裏斯堡市賓夕法尼亞州衛生部流行病學局
2美國賓夕法尼亞州好時市賓夕法尼亞州立大學醫學院
3.美國費城德雷塞爾大學公共衛生學院環境與職業健康係、流行病學與生物統計係
4美國賓夕法尼亞州匹茲堡市匹茲堡大學公共衛生研究生院流行病學係

*通訊作者:馬振強,美國賓夕法尼亞州哈裏斯堡市賓夕法尼亞州衛生部流行病學局,電話:717 547 3224;電子郵件:zma@pa.gov


摘要

很少有研究評價非常規天然氣開發(UNGD)與出生缺陷的關係,大多數研究忽視了非常規天然氣開發前出生缺陷的長期趨勢,沒有充分考慮產婦特征。我們使用2003-2012年賓夕法尼亞州出生登記數據,采用中斷時間序列方法的分段回歸分析,評估UNGD與出生缺陷之間的關係,控製母親特征和鑽井前長期趨勢。在有UNGD的地區,UNGD前出生缺陷患病率為6.3/ 1000活產,UNGD後出生缺陷患病率為5.0/ 1000活產,下降20.6%,P<0.01,而沒有UNGD的地區出生缺陷患病率為4.7/ 1000活產。在控製產婦特征和長期趨勢後,每年ungd後出生缺陷趨勢的調整優勢比(aOR)沒有變化(aOR=1.00, P=0.29), ungd後出生缺陷水平下降但無統計學意義(aOR= 0.97, P=0.12)。非常規井數/平方公裏aOR為0.93,P=0.10。我們認為UNGD與出生缺陷患病率趨勢和水平變化無關。需要進一步的研究來解決為什麼在UNGD地區的出生缺陷患病率始終比非UNGD地區高22%。

關鍵字

水力壓裂;非常規井;出生缺陷;時間序列

縮寫

UNGD:非常規天然氣開發;aOR:調整優勢比;CI:置信區間;疾病控製和預防中心;BMI:身體質量指數;WIC:婦女、嬰兒和兒童

簡介

天然氣在美國的能源需求中扮演著重要的角色,提供了全國22%以上的能源。其中一種天然氣來源是頁岩氣,它是在頁岩岩層中形成並被困住的氣體。2009年,頁岩氣提供了美國20%的天然氣供應,據估計,到2035年,頁岩氣可能會提供超過70%的天然氣供應。美國最大的頁岩氣源是馬塞勒斯頁岩。馬塞勒斯頁岩橫跨美國東北部的六個州,包括大約三分之二的賓夕法尼亞州。

為了開采Marcellus頁岩地層中的天然氣,需要將水平和垂直鑽井與水力壓裂相結合。水力壓裂涉及到大量水基流體的使用,因此會產生大量廢水。壓裂過程中使用的液體中含有大量的化學物質和添加劑。根據美國能源和商業委員會的研究,這些化學物質從普通無害到極具毒性,如苯和鉛[4,5]。其中29種化學物質被確定為已知或可能的致癌物,根據《安全飲水法》對人類健康的風險進行監管,或根據《清潔空氣法》[4]被列為有害空氣汙染物。這一過程中使用的許多化學物質都有可能導致長期的健康影響[5,6]。在賓夕法尼亞州,水力壓裂公司使用的85種化學物質已被確認為[7]。這些化學物質有許多可能的接觸途徑,主要是通過水和空氣汙染。

盡管全國各地的非常規天然氣開發有所增加,但人們對整個過程中使用的化學品的暴露情況和潛在的健康影響仍然知之甚少。由於缺乏化學文摘服務編號或其他必要的信息,鑽井作業中使用的許多化學物質尚未被徹底分析。在聯合國化學文摘服務編號中能夠識別的化學物質中,約37%具有影響內分泌係統[6]的能力。這些幹擾內分泌的化學物質令人關注,因為在發育的關鍵時期接觸這些化學物質會影響正常發育,並對健康造成一些有害影響。胎兒發育是一個特別敏感的時期,暴露在內分泌幹擾物中可能會導致永久性的生理變化,而暴露在類似水平的化學物質[9]中的成年人則不會出現這種變化。大多數出生缺陷發生在懷孕的前三個月,也就是器官發生的時間。美國疾病控製和預防中心(CDC)估計,每年在美國出生的嬰兒中有3%出生時患有出生缺陷,出生缺陷是美國嬰兒死亡的主要原因[10]。

雖然先天缺陷的原因是多方麵的,在子宮內暴露於內分泌幹擾物與許多不良出生結果相關[11]。在產前和產後早期發育期間接觸UNGD中使用的化學物質可能會對正在生長的胚胎、胎兒和新生兒造成永久性損害。因此,現在迫切需要通過徹底的衛生研究調查來增加我們對UNGD潛在健康後果的認識[12,13]。

Kassotis和同事們發現,與[14]附近鑽井作業有限的參考地點的樣品相比,從科羅拉多州鑽井密集地區收集的水樣中,複合雌激素、抗雌激素或抗雄激素活性升高。這表明,UNGD可能導致地表水和地下水中內分泌幹擾化學物質水平升高。此外,一項研究分析了產婦居住地點靠近天然氣開發地點與隨後分娩結果之間的關係,並觀察到先天性心髒缺陷和神經管缺陷患病率的增加與產婦居住地點[15]的天然氣井密度和距離有關。

對於數量有限的健康結果研究,大多數研究分析了不良健康結果與鑽井地點距離的關係。由於數據收集和研究設計的限製,它們通常缺乏方法學的嚴謹性[16-19]。雖然所評估的健康結果可能在靠近鑽井地點的地區更高,但這些分析並沒有涉及因果關係。此外,這些研究都沒有考慮鑽井前的長期趨勢和水平。這種鑽井前趨勢和水平分析的缺乏可能導致健康結果的差異是由於鑽井的影響。為了解決這一問題,我們提出了一種中斷時間序列回歸方法來控製基線水平和趨勢,以評估因UNGD而導致的出生缺陷患病率的潛在變化。我們的目的是調查和評估出生缺陷的患病率及其與UNDG的潛在聯係,使用來自賓夕法尼亞州重要出生登記記錄的數據。我們評估了開鑽後出生缺陷率的趨勢和水平變化,同時控製了開鑽前出生缺陷率的長期趨勢和水平以及產婦特征。

方法
數據源

賓夕法尼亞州非常規天然氣井的數據來自賓夕法尼亞州環境保護部門提供的應用和生產報告。非常規鑽井的郵政編碼是使用ArcGIS 10.1 (ESRI, Redlands, California)地理編碼流程根據井的經度和緯度確定的(圖1)。Spud日期是由賓夕法尼亞州環境保護部門定義的,即導管開始坐封或初始套管柱開始坐封的日期[20]。在每個郵政編碼中,最早的土豆日期被用作潛在暴露日期的代理。我們還使用每個郵政編碼的非常規井總數/平方公裏創建了一個非常規井密度變量。

這項分析使用了修訂後的2003年至2012年賓夕法尼亞州出生證明數據,共有1,424,170名賓州居民母親的活產。在這些新生兒中,有22,357例(1.6%)因缺少郵政編碼或胎齡信息而被排除在外;這項研究包括了1401813名新生兒。結構性出生缺陷定義為出生證明上有以下任何一種先天性異常:無腦畸形、脊膜膨出/脊柱裂、青色性先天性心髒病、先天性膈疝、臍膨出、胃裂、肢體減少缺陷、唇裂伴/不伴齶裂、單發齶裂或尿道下裂。出生證明上的功能性或發展性出生缺陷被定義為患有唐氏綜合症,疑似染色體異常。任何出生缺陷都被定義為有結構性或功能性出生缺陷。表1顯示了分析中使用的母親特征。估計受孕日期是用出生日期減去估計胎齡來計算最早的接觸日期。母親分娩時的住所被用來為每個嬰兒分配郵政編碼。

統計分析

出生記錄通過郵政編碼與油井數據相關聯。對於每一個出生記錄,我們又創建了四個變量:

沒有UNGD的長期趨勢:從2003年1月到2012年12月的連續時間變量,其中2003年1月為1,此後每個月增加1。因此,出生日期為2003年1月的出生記錄值為1,出生日期為2003年2月的出生記錄值為2,出生日期為2003年3月的出生記錄值為3,以此類推。此變量用於控製沒有UNGD的長期趨勢。

Post-UNGD水平:在同一郵政編碼中,估計受孕日期在最早的受孕日期之前的記錄將被賦值為0,估計受孕日期與最早的受孕日期相同或之後的記錄將被賦值為1。這個值用來估計對出生缺陷患病率水平變化的即時影響。

Post-UNGD趨勢:對於同一郵政編碼,估計受孕日期與最早的受孕日期相同或之前的出生記錄的值為0,而估計受孕日期在最早的受孕日期後1個月的出生記錄的值為1。如果出生記錄中估計的受孕日期是最早的受孕後2個月,則該值為2,依此類推。這個變量用來估計undd之後的趨勢。

有/沒有UNGD的地區:發芽日期在2003年至2012年之間的郵政編碼將被賦值為1,沒有發芽日期在2003年至2012年之間的郵政編碼將被賦值為0。這個變量用來估計有和沒有UNGD的地區之間的出生缺陷患病率差異。

我們首先計算並比較了沒有UNGD的郵政編碼之間的出生缺陷率,在有UNGD的郵政編碼中,在UNGD之前和之後。然後,我們使用邏輯回歸比較有和沒有UNGD的郵政編碼之間的出生缺陷患病率趨勢。評估了模型中年份和UNGD (yes/no)的相互作用項。

采用間斷時間序列方法[21]分段回歸分析,在控製產婦特征的情況下,估計出生缺陷患病率水平和趨勢的變化。出生缺陷二元結局(Yes/No)為因變量和無UNGD的長期趨勢,UNGD後的水平、UNGD後的趨勢、有無UNGD的麵積、非常規井密度和產婦特征為最終模型的自變量。評估了沒有UNGD的長期趨勢與UNGD後趨勢之間的相互作用,以確定UNGD前後的趨勢變化。采用Hosmer和Lemeshow檢驗進行logistic模型擬合診斷。SAS軟件版本9.3 (SAS Institute Inc., Cary, North Carolina)用於所有統計分析。雙麵p值小於0.05被認為是顯著的。

結果

表1列出了有無UNGD地區之間的產婦特征摘要。除了懷孕前和懷孕期間高血壓率外,觀察到所有母親特征的差異。2003-2012年期間,在沒有UNGD的郵政編碼地區,出生缺陷粗患病率為每1000例活產4.7例;在有UNGD的郵政編碼地區,UNGD後的出生缺陷患病率比UNGD前低20.6% (5.0 vs. 6.3 / 1000活產,P<0.01)(表2)。有UNGD的地區在UNGD前的粗出生缺陷患病率高於沒有UNGD的地區的出生缺陷患病率(6.3 vs. 4.7 / 1000活產,P<0.01), UNGD後出生缺陷患病率略高於未進行UNGD的地區,但差異無統計學意義(P=0.40)。每平方公裏非常規鑽井密度對出生缺陷的優勢比為0.93,P=0.10。

圖1:賓夕法尼亞州非常規Marcellus頁岩天然氣井的分布

當我們檢查2003年至2012年的出生缺陷患病率趨勢時,我們發現,2003年至2012年,有和沒有UNGD的地區的出生缺陷患病率均呈逐年下降的趨勢(表3和圖2)。有UNGD的地區的出生缺陷患病率比沒有UNGD的地區的出生缺陷患病率平均高出31.6%。2003年至2012年,在有和沒有UNGD的地區之間,出生缺陷患病率的年下降趨勢與每千名活產嬰兒平均每年減少0.16人平行。年份與地區間的交互項無統計學意義,P=0.79,說明UNGD地區出生缺陷患病率趨勢與UNGD地區出生缺陷患病率趨勢平行。

采用多元回歸模型,以出生缺陷為因變量,以產婦特征、非常規井密度、年趨勢、井位和鑽數為自變量,我們發現:有UNGD的郵政編碼的出生缺陷患病率比沒有UNGD的郵政編碼高22% (aOR=1.22, 95%CI:1.13, 1.32)(表4)。2003 - 2012年,有無UNGD的地區出生缺陷患病率風險均有輕微的逐年下降趨勢(aOR=0.99, 95% CI: 0.99, 0.99)。未進行UNGD的長期趨勢與UNGD後趨勢之間的交互項無統計學意義(p=0.56),這意味著UNGD後出生缺陷患病率趨勢沒有變化。UNGD後出生缺陷患病率水平不具有靜態顯著性(aOR=0.97, 95% CI: 0.81, 1.17),表明UNGD對出生缺陷患病率沒有直接影響。我們分別對結構出生缺陷和功能或發育性出生缺陷運行模型,結果相似(表4)。

討論

我們的分析顯示,UNGD地區的出生缺陷患病率在UNGD後下降了20.6% (6.3 vs. 5.0 / 1000活產,P<0.01)。有無UNDG的地區年出生缺陷患病率均呈下降趨勢,且相互平行。在調整產婦特征後,出生缺陷患病率的趨勢和水平沒有變化。出生缺陷與UNGD郵政編碼的非常規井密度無關。所有這些結果表明UNGD與出生缺陷無關。

非常規鑽井技術已經實踐了40多年,但相關的健康結果研究很少。最近的綜述文章和環境健康科學核心中心非常規天然氣鑽井作業工作組建議對健康結果進行beplay最新下载流行病學研究[12,13,22,23]。研究的重點是靠近鑽井地點的地區和遠離鑽井地點的地區的健康結果之間的差異[15,18]。一項研究發現,一些出生缺陷與鑽井位置的反向距離有關。我們的研究與這一結論一致,表明在控製了非常規井密度和其他母親特征後,有UNGD的地區比沒有UNGD的地區出生缺陷率高22%。使用距離作為代理的研究忽略了鑽井前的長期出生缺陷趨勢,也沒有充分考慮到母親特征對出生缺陷的影響。在目前的研究中,從2003年到2012年,有和沒有UNGD的地區的出生缺陷患病率都有下降趨勢。在有和沒有UNGD的地區,下降趨勢線都是平行的。但是有UNGD的地區的出生缺陷率比沒有UNGD的地區高22%。在控製產婦特征的情況下,UNGD與出生缺陷趨勢或出生缺陷水平變化均無顯著相關性。此外,非常規井密度與出生缺陷患病率無相關性。 These are indications that the higher birth defects rates in areas with UNGD were likely to be caused by factors other than drilling. For example, areas with drilling activities are usually rural, with farm land that could be heavily exposed to herbicides, pesticides, farm waste and others environmental factors that could cause the observed higher incident birth defects rate [24-26]. Other maternal behavior difference like drinking behaviors between women who live close to the drilling sites and those who live distances from the drilling sites may also play a vital role in the observed difference [27]. Pre-natal care and health insurance coverage may also play a role in early findings of birth defects and prompt mother take early medical termination of the pregnancy. Our study indicates the higher incident of birth defects is most likely not caused by drilling exposure but by some other characteristics not included in this analysis. The post drilling birth defects prevalence rate was 21% lower than the birth defects prevalence rate prior to the drilling in areas with UNGD, and therefore, the analysis does not support the finding that drilling increased the birth defects prevalence rate.

表1:2003-2012年賓夕法尼亞州出生證明,有和沒有UNGD的郵政編碼之間的母親特征描述性摘要。
非常規天然氣開發;BMI:身體質量指數;WIC:婦女、嬰兒和兒童

圖2:2003-2012年賓夕法尼亞州出生證明在任何時間有和沒有UNGD的郵政編碼之間的出生缺陷患病率趨勢

表2:2003- 2012年賓夕法尼亞州出生證明,未鑽孔的郵政編碼,鑽孔前和鑽孔後的出生缺陷患病率比較。
非常規天然氣開發;CI:置信區間

表3:2003-2012年賓夕法尼亞州出生證明,有和沒有UNGD的郵政編碼之間的出生缺陷患病率每1000個活產的趨勢
非常規天然氣開發

表4:出生缺陷與UNGD相關性的多變量模型,非常規井密度對母體特征的控製
非常規天然氣開發;AOR:調整優勢比;CI:置信區間。結果來自logistic回歸模型,該模型調整了產婦吸煙狀況、產婦分娩年齡、母親的最高教育水平、母親自選種族、母親孕前體重指數類別、分娩的主要支付人、母親懷孕期間接受WIC、母親孕前和孕中糖尿病狀況、母親孕前和孕中高血壓狀況以及出生登記處報告的母親孕期感染狀況。

目前的研究有幾個優點。首先,我們利用出生缺陷評估環境暴露的敏感健康結果。由於妊娠前三個月胎兒生長發育,是毒理學損傷誘導缺陷敏感的關鍵時期[28,29]。因此,我們使用估計的受孕日期而不是出生日期來解釋前三個月在子宮內曝光。通過使用估計的受孕日期而不是出生日期,我們在評估潛在暴露時納入了懷孕期間最脆弱的時間[9,10]。據我們所知,這是頁岩鑽井分析中首次將受孕時間作為潛在暴露開始時間,對潛在暴露的描述更為準確。其次,我們將暴露前的長期趨勢納入我們的分析,使我們能夠評估暴露後的趨勢和水平變化,在控製了母親的特征後,由於潛在的鑽井暴露。這種準實驗研究設計比簡單的前後評價提供了更好的因果推斷。沒有鑽孔前的長期趨勢評估,結果可以簡單地將出生缺陷率的降低歸因於鑽孔。控製暴露前長期趨勢和不控製暴露前趨勢可能得出完全不同的結果。此外,我們使用的出生缺陷信息來自出生登記處,這是有記錄的信息,而不是來自調查,這可能會受到知識和距離鑽井地點和回憶偏差的影響[30]。

我們的研究有幾個局限性。首先,由於出生證明數據的性質,由於死產、早孕終止和晚年診斷,出生缺陷可能被低估。出生證明報告[31]的敏感性也很低,即使報告顯示97.3%的先天性異常[32]的完整性。我們采用鑽井前和鑽井後趨勢對比的方法解決了這一問題。我們假設母親尋求醫療幹預的模式沒有隨著時間的推移而改變。其次,一些控製性母親的特征是自我報告的,因此容易產生回憶偏倚和錯誤分類,如母親的吸煙狀況,母親在懷孕期間接受WIC輔助。第三,出生記錄沒有母親在懷孕期間是否居住在相關地區的信息,這可能導致一些暴露錯誤分類[33,34]。例如,一位母親可能在出生前1個月就搬到了該地區,但在懷孕時,估計暴露狀況會更大。此外,不同的出生缺陷可能對環境暴露有不同的發展趨勢,將所有出生缺陷組合在一起可能掩蓋一些潛在的亞類出生缺陷效應。盡管我們在不同的模型中分別分析了結構畸形和功能或發育性出生缺陷,但估計受孕日期的使用可能並不準確,因為大多數染色體異常發生在受孕日期之前。 In conclusion, Studies using the distance as proxies neglect the secular birth defects trend prior to drilling and also did not fully take into account maternal characteristics effects on birth defects. Areas with UNGD had 22% higher birth defects rate than areas without UNGD; however, the difference is likely caused by other location related factors than drilling as the increased rate was seen prior to UNGD. Further study is needed to address the disparities in these areas.

致謝

我們感謝來自有毒物質和疾病登記處的Elizabeth irving - barnwell博士和laura Werner公共衛生碩士的審查、富有洞察力的評論和建議。

相互競爭的利益

沒有一個

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條信息

文章類型:研究文章

引用:馬誌強,Sneeringer KC, Liu L, Kuller LH(2016)非常規天然氣開發與非非常規天然氣開發地區出生缺陷的時間序列評價。J流行病學公共衛生Rev 1(4): doi http://dx.doi.org/10.16966/2471-8211.107

版權:©2016馬誌強等。這是一篇開放獲取的文章,根據創作共用署名許可的條款發布,允許在任何媒介上不受限製地使用、分發和複製,前提是要注明原作者和來源。

出版的曆史:

  • 收到日期:12月15日

  • 接受日期:2016年1月31日

  • 發表日期:2016年2月5日