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印度季风季节与UVB辐射对新冠肺炎的影响

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发表时间:2021-02-03 14:39作者:武汉新启迪Xinqidibio

摘要

截至2020年12月12日,印度在36个行政区的死亡人数为142,186人,居世界第三位,仅次于美国和巴西。研究表明,西南季风季节在传染病发生过程中起着重要作用,传染病在季风后季节出现高峰。最近的研究表明,维生素D及其主要来源紫外线-B(UVB)辐射可能对新冠肺炎的死亡起到保护作用。然而,印度新冠肺炎的季风季节和UVB辐射的综合作用仍不清楚。在本次观测研究中,我们对季风季节和UVB辐射各自的作用进行了实证研究,同时进一步探讨了季风季节是否对印度新冠肺炎死亡的保护作用产生了负面影响。我们对印度36个行政区从2020年3月14日至2020年11月19日的面板数据集使用了对数线性Mundlak模型(n=6751)。我们使用新冠肺炎的累计死亡作为因变量。我们从其他混杂的时间常数和时变区域特定因素中分离出紫外指数(UVI)测量的季风季节与UVB辐射的联系。在控制了各种混杂因素后,我们观察到,UVI和季风季节的单位增长率长期而言分别与新冠肺炎死亡增长率下降1.2个百分点和7.5个百分点有关。这些关联转化为实质性的相对变化。例如,UVI的永久单位增加与新冠肺炎死亡率下降33%(=−1.2个百分点)有关,然而,季风季节使UVI的保护作用减少了77%(0.92个百分点)。我们的结果表明,在印度,UVB辐射在减轻新冠肺炎死亡方面起着保护作用。此外,我们发现季风季节与uvb辐射的保护作用显著减少有关。我们的研究概述了印度新冠肺炎季风季节和UVB辐射的作用,并支持印度与健康相关的决策。

导言

新冠肺炎在印度造成了无与伦比的经济和健康混乱,印度是世界上人口第二多的国家,人口超过13亿。截至2020年12月12日,印度报告了36个行政区的新冠肺炎死亡人数为142 186人,居世界第三位,仅次于美国和巴西。1.

先前的研究表明,西南季风季节(季候风季节)在传染病的发病过程中起着重要作用,传染病在季风后季节往往达到高峰。2。季风季节和季风过后传染病的突然增加可能会给印度的医疗体系带来压力。3,4。最近的观察和临床研究表明维生素D缺乏可能与发病率有关5,6,7,8严重程度7,9和死亡率10,11,12新冠肺炎13。新出现的研究还表明,维生素D及其主要来源紫外线-B辐射(UVB)可能在减轻新冠肺炎死亡方面发挥保护作用。14。有限时间的阳光和浓密的云层15限制UVB辐射强度,减轻其防护作用14在季风季节。此外,季风季节的到来也可能改变限制受UVB辐射照射的人的行为。尽管季风季节和UVB辐射的重要性,他们各自在印度新冠肺炎中的作用还不清楚。据我们所知,到目前为止,还没有一项实证研究探讨了印度新冠肺炎死亡的季风季节和UVB辐射的这些作用。

在本次观测研究中,我们实证地描述了季风季节、UVB辐射的作用,并进一步探讨了季风季节是否与UVB辐射在印度新冠肺炎死亡中的保护作用减弱有关。在综合考虑各种混杂因素后,我们发现,从长远来看,UVI和季风季节的单位增长率分别与新冠肺炎死亡率下降1.2个百分点(p<0.01)和7.5个百分点(p<0.05)有关。然而,我们发现,从长期来看,季风季节与UVB辐射保护作用减少0.92个百分点有关(p<0.01)。

季风对印度医疗系统、UVB辐射和新冠肺炎死亡的影响

呼吸道感染,如流感病毒引起的呼吸道感染16和人类季节性冠状病毒17,在季节性方面表现出地理上的差异。例如,流感和人类季节性冠状病毒在高纬度地区冬季的流行率较高,季节性明显;然而,这种季节性往往局限于靠近赤道的地区。16,17。与高纬度地区不同的是,研究表明,在印度,季风季节和季风后季节可能与流行性感冒等传染病的高峰有关,即7月至9月。2,18,19.

印度季风季节的开始与降水、云温、湿度和紫外线指数(紫外线指数)等气象因素的平均水平变化有关。研究表明,天气因素如湿度20,温度21降水21,22在病毒传播(如流感)中起作用。最近的研究也表明温度和湿度可能在新冠肺炎的传播中起作用。22,23.

先前的研究显示,与季风季节有关的强降雨可能会为传染病的爆发创造有利条件,例如腹泻病、霍乱、登革热、伤寒及呼吸系统疾病。24。可能与这些传染病和sars-cov-2(严重急性呼吸综合征冠状病毒2)混合感染的后果目前尚不清楚。3,4。这些传染性疾病与新冠肺炎之间的时间重叠可能会带来重大的卫生保健挑战。3在季风季节。此外,我们预计季风季节传染病的突然增加可能会给医疗系统带来压力,进一步限制新冠肺炎患者的住院能力。3,4。此外,与季风季节相关的强降水也可能造成交通中断,限制新冠肺炎患者的交通运输可能性,从而增加因交通问题而死亡的可能性。4.

此外,除了上述对医疗系统的影响外,季风季节的另一个重要后果是更高的降水量和较低的UVB暴露可能性,从而降低维生素D水平。25。研究表明,紫外线辐射使病毒在fomite的传播中失去活性。26。UVB还通过其在维生素D皮肤合成中的作用发挥另一种保护作用27,28,29,30,31,因为饮食摄入(天然食物、强化食品或补充剂)通常是不够的。32。即使在像印度这样阳光充足的国家,维生素D缺乏也是很常见的,原因是皮肤暴露量减少,以及素食主义等特定的饮食习惯。33。UVB辐射和皮肤暴露和皮肤合成的可能性在很大程度上取决于几个因素,如季节。32,时间32纬度32、高度32,积极的生活方式34,35,饮食习惯32,36食品强化32,年龄32和肤色32。先前的研究表明,大多数印度人(地理位置:北纬8.4°和北纬37.6°)37)属于皮肤型V型37推荐的V型皮肤维生素D合成所需时间在太阳正午,全年11.5°N时为10-15分钟。37。然而,这一周期增加到10-45分钟,冬季季节的持续时间更长,在29°N。

早期研究显示UVB和维生素D在新冠肺炎中具有保护作用5,6,11,14。1,25-二羟基维生素D(1,25(OH))2(D)维生素D的一种活跃形式,在调节先天免疫系统和适应性免疫系统中起着关键作用。38,39肾素-血管紧张素系统(RAS)39,40,41以及在调节炎症反应,减少细胞因子风暴的风险。38,39。它还能刺激抗菌肽,如防御素和人阴极诱导素。38,39,42,43具有抗病毒作用。最近有关新冠肺炎的研究也表明维生素D缺乏不仅是发病的危险因素5,6,7,8但同时也是严重的7,9和死亡率10,11,12新冠肺炎13.

此外,季风季节的到来也可能改变人们的行为,似乎影响到病毒的传播和人口的免疫。例如,季风可能影响人们的流动性,从而影响病毒传播的可能性。尽管季风季节有一些零散的日照,甚至几个小时的阳光,但行为上的变化,例如行动能力有限和季风季节的着装方式的变化,可能会影响受UVB辐射照射的可能性。同样,与季风季节有关的饮食模式的变化(例如,限制捕鱼活动造成的鱼类供应有限)也可能影响到人口的免疫力。

总之,季风季节和UVB辐射在印度新冠肺炎死亡中的作用很大程度上是未知的。首先,我们预计,在季风季节,随着新冠肺炎等传染病的突然增加,可能会给医疗保健系统带来压力,并可能会增加患者死亡的可能性。第二,我们预计季风季节可能会影响sars-cov-2病毒的传播可能性,原因是人的行为改变(例如人口流动受限)。44。第三,我们预计,在季风季节,UVB辐射暴露的可能性会大幅下降,主要原因是日照时数较低,云层厚度较厚,以及人们的行为发生了变化。由于UVB辐射的可能性降低,维生素D水平降低可能导致免疫力降低和死亡率增加14,32在季风季节。因此,鉴于有关维生素D和新冠肺炎的新证据,我们试图探讨季风季节、UVB辐射的作用,以及季风季节如何潜在地减轻UVB辐射的保护作用。

方法

数据描述

为了确定UVI与季风季节的联系及其与新冠肺炎死亡的相互作用,我们构建了表中概述的数据集。1。我们收集了印度36个行政区(28个邦和8个联盟领地)的新冠肺炎数据,涵盖了从2020年3月14日至2020年11月19日的251天。其中35个行政区在2020年11月19日报告了20多个新冠肺炎感染病例.我们把重点放在这35个行政区,以确保我们的结果不会受到那些处于新冠肺炎爆发初期阶段的地区的偏见。此外,在第一次新冠肺炎感染报告后,我们减少了每个行政区的前20次每日观察。因此,我们确保我们的结果不会因在疫情爆发的早期阶段的观察而有偏见。

表1数据集摘要。

相应的数据集包括行政区一级每日新冠肺炎死亡的累计数字。它们还包括每个行政区季风季节到来的时间、每日紫外线指数(UVI)、每日UVB辐射指标以及作为控制变量的一组额外的每日天气参数。这些额外的天气参数包括云指数、平流层臭氧水平、能见度水平、湿度水平、最低和最高温度。我们从COVID19India.org中获取新冠肺炎数据,并根据Python中的地理编码库Geo编码器提供的管理区域的纬度和经度信息,从DarSky.net获取天气数据。

我们在表中显示了数据集的描述性统计信息。2。截至2020年11月19日,这35个行政区域的新冠肺炎日死亡累计人数平均为3800人。截至11月19日,各行政区域新冠肺炎日死亡累计增长率平均为0.53%。各行政区域新冠肺炎死亡人数的日平均增长率为3.6%。平均而言,每个行政区首次报告的新冠肺炎感染发生在2020年11月19日之前240天。所有地区和学习期间的平均UVI为7.9。

表2.数据集的描述性统计。

图形1说明了主要变量,即新冠肺炎死亡的日增长率、UVI的14天移动平均增长率和印度行政区Maharashtra的季风季节。图形1研究期间,马哈拉施特拉邦新冠肺炎死亡人数的日增长率有所下降。马哈拉施特拉邦的UVI在夏季增加,在季风季节下降,在季风撤出后再次增加。

图1

印度马哈拉施特拉邦的新冠肺炎死亡日增长率、紫外线指数(UVI)和季风季节图。

方法说明

我们使用Mundlak误差修正模型来估计UVI与季风季节的联系,以及它们与新冠肺炎死亡日增长率的相互作用。我们使用季风季节的56天移动平均值,这是一个虚拟变量,用来表示某一行政区域的某一天是否属于季风季节。此外,我们使用UVI的56天移动平均值以及UVI变量与季风季节的相互作用。相应的回归系数表示UVI和季风季节与新冠肺炎死亡日增长率的关系。UVI与季风季节的交互作用系数代表了季风季节对UVI与新冠肺炎死亡日增长率的调节作用。

我们的方法控制所有时间常数混杂因素以及各种时变混杂因素,如特定区域的时间趋势和时变天气参数。首先,我们的模型通过Mundlak误差修正模型将所有气象参数从特定区域的时间常数因子中分离出来.该Mundlak模型结合了固定效应模型的鲁棒性和随机效应模型的有效性.Mundlak模型没有贬低结构模型来解析地将天气参数从区域特定的时间常数因素中分离出来,而是通过现有的天气参数将这些特定区域的时间常数因素分离开来。其次,我们在分析中加入了额外的天气参数,以将UVI与季风的联系从潜在的混杂的时变天气参数中分离出来,例如云层水平、平流层臭氧水平、能见度水平、湿度水平以及最低和最高温度。第三,我们还通过对线性和二次区域特定时间趋势的灵活控制来控制进一步的时变混杂因素。我们在章节中更详细地描述了我们的方法和对估计关联的解释。1和2在补充材料中。

结果

我们在表中概述了我们的主要结果。3。模式1到4逐步包括变量UVI、季风季节、UVI和季风季节以及UVI和季风季节的相互作用。反映UVI与季风季节相互作用的系数代表了季风对UVI与新冠肺炎死亡日增长率的调节作用。模型4,我们的主要模型,包括所有这些变量,提供了大量和重要的联合UVI,季风季节,他们与新冠肺炎死亡互动的证据。

表3季风季节、紫外线指数(UVI)及其相互作用对新冠肺炎累计死亡的影响。

我们发现,UVI的永久单位增加与新冠肺炎死亡日增长率下降1.2个百分点(p<0.01)有关。季风季节与新冠肺炎死亡日增长率下降7.5个百分点(p<0.05)有关。但季风季节也减轻了UVB辐射对新冠肺炎死亡日增长率的保护作用(p<0.01)。这些关联转化为新冠肺炎死亡人数日增长率的重大相对变化。例如,UVI的永久单位增长率与新冠肺炎死亡人数的日增长率相比下降了33%(=−1.2/3.6)。然而,季风季节使UVI的保护作用降低了77%(=0.92/−1.2)。表的模型1至33显示出UVI与新冠肺炎日增长率的稳定关联。季风季节使新冠肺炎死亡人数的日增长率下降,这是因为它对UVI的缓解作用。

S4.1和表S4.2在补充材料中,即使使用不同的时间窗(4-11周)来构造天气参数的移动平均值,结果也是一致的。表中的鲁棒性检查S5在补充材料大纲中,我们的估计是一致的,即使使用了灵活的时间趋势和不同的政府措施。

图形2阐述了季风季节对新冠肺炎UVB辐射防护作用的缓解效果。我们比较了两种情况(一)设想1季风没有减轻UVB辐射的保护作用;(Ii)设想2季风减轻了UVB辐射的保护作用。在场景1中,我们模拟了UVI的永久单位增加对新冠肺炎累积死亡的影响,当UVB辐射的保护作用没有被季风季节减弱时。在场景2中,我们模拟了同样的效果,当UVB辐射的保护作用被季风季节所减轻时。

图2

情景1(UVB辐射的保护作用不因季风季节而减轻)与情景2(UVB辐射的保护作用因季风季节而减轻)的比较。

对于这一模拟,我们使用新冠肺炎在观察期结束时的平均死亡人数,即3800人,作为第0天的累计Jay死亡人数(见图一)。2)。此外,我们使用新冠肺炎的平均日增长率(3.6%)。在假设1中,UVB辐射的保护作用没有减弱,我们估计UVI的永久单位增加与平均每日新冠肺炎增长率2.4%(3.6-1.2p.p)有关。同样,在情景2中,UVB辐射的作用减轻了,我们估计UVI永久单位的增加与新冠肺炎的平均日增长率3.32%有关(3.6-1.2p.p+0.92 p.p)。图形2概述了情景2有707或13%(707/5296)新冠肺炎死亡后14天比情景1。

讨论

我们的经验结果概述了季风季节和UVB辐射与新冠肺炎死亡日增长率的下降独立相关,从而表明了它们各自在印度的作用。然而,季风季节也与大幅度缓解UVB辐射的这种保护作用有关。具体来说,我们发现UVI和季风季节的单位增长分别与1.2%和7.5%的印度新冠肺炎死亡日增长率下降有关。印度的季风季节减轻了UVI的保护作用0.92个百分点,这是由于UVB暴露的可能性有限。我们发现这些结果在不同的模型规范中是一致的。UVB辐射的保护作用可能是由于它在皮肤合成维生素D中的作用。这些结果与最近有关新冠肺炎的研究相一致,这些研究表明维生素D缺乏可能不仅是发病率的一个危险因素。5,6,7,8但同时也是严重的7,9和死亡率10,11,12新冠肺炎13。然而,我们可能不能排除uvb辐射的其他保护作用,例如通过其他介质一氧化氮。9,10顺尿氨酸27,45,46或通过灭活病毒在fomite传播26。尽管我们预计在季风季节与新冠肺炎一起的传染病突然增加,可能会增加Song死亡的可能性,但研究结果表明,季风季节与死亡人数日增长率的下降有关。未来的研究可以探索季风季节与新冠肺炎日增长率下降之间的缺失联系。

在我们的分析中,我们控制所有时间恒定的区域特定因素和各种时变混杂因素,如特定区域的时间趋势和时变的天气参数。14。然而,我们承认,我们可能不能排除其他时间变化的因素(例如,感染者不同的旅行方式),这些因素可能会使我们的结果有偏差。14。此外,我们还承认,我们的研究结果不能作为印度的健康指导。然而,我们希望我们的结果能够在印度推动进一步的临床研究,特别是在季风季节,确定明媚的阳光照射或维生素D在减轻新冠肺炎死亡中的作用。

通过临床研究确定有效的太阳能UVB辐射照射或维生素D补充,可以大大提高印度对新冠肺炎大流行的控制。这些临床研究的结果可以进一步指导印度的政策决策,特别是在季风季节。这类政策干预对印度来说是可取的,这不仅是因为它的风险和成本较低,而且也是因为它在印度13亿人口中的可伸缩性,这些人的经济收入差异很大。

此外,我们注意到明媚的阳光照射14对人类健康很重要,而过多的太阳紫外线照射可能会导致健康危害,例如老化。47、皱纹47晒伤32DNA损伤47。具体来说,不成比例的uvb暴露与基底细胞和鳞状细胞癌有关。48.


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