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肥胖之源——中国空气污染如何影响体重?

 

推文人 | 华岳 
原文信息:Olivier Deschenes, Huixia Wang, Si Wang and Peng Zhang. 2019. “The Effect of Air Pollution on Body Weight and Obesity: Evidence from China” Institute of Labor Economics, Discussion Paper No.12296.
 
简介
 
  过去的几十年里,全世界有体重问题的人群出现了前所未有的增长,2016年,世界范围内近40%的成年人都超重(体重指数BMI>=25),11%的男性和15%的女性肥胖(BMI>=30)。超重和肥胖是多种慢性疾病(糖尿病、心血管、肾脏疾病和一部分癌症)的重要危险因素(WHO,2018a)。随着超重和肥胖越来越常见,许多研究都试图了解造成肥胖复杂而多样的原因,本文确定了一个新的和重要的肥胖决定因素:空气污染,特别是非常细颗粒物(PM2.5)。目前,全球90%以上的人口生活在空气质量较差的地区,因此,了解空气污染与肥胖之间的关系对决策者来说至关重要,本文首次估计了中国空气污染与BMI和肥胖的因果关系。
 
数据和实证策略
 
  本文数据主要分为以下四部分:
 
  第一是身体质量指数(Body Mass Index, BMI)和肥胖相关数据。数据来自中国居民健康和营养调查(China Health and Nutrition Survey, CHNS),CHNS是由University of North Carolina at Chapel Hill和Chinese Center for Disease Control and Prevention联合举办的,这项调查涵盖了1989年至2011年9个省4400至7200个家庭的1.5万至1.9万人,提供了中国农村和城市家庭关于健康和营养以及社会经济和人口特征的详细信息,体重和身高是由医务人员测量的,而不是受访者自己报告。本文根据世界卫生组织的标准定义一个人BMI>=25为超重,BMI>=30为肥胖。本文最终样本是来自8个省71个县(区)的13226名成年人,时间跨度为1989-2011年。
 
  第二是空气污染数据。PM2.5的数据来自卫星气溶胶光学深度(AOD)检索,本文从美国国家航空航天局的Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications version 2 (MERRA-2)中获得了AOD数据。
 
  第三是逆温数据。数据也来自MERRA-2,数据报告了42个大气层50*60公里网格的气温,范围从110米到36000米不等。
 
  第四是天气数据。数据来自国家气象信息中心,该中心发布了中国800多个气象站的每日天气变量,包括温度、降水、相对湿度、日照时数、风速和气压,采用反距离加权(IDW)方法将气象站气象数据转换为县级气象数据,选取半径为200公里。
 
  由于各种经济因素对体重的影响以及空气污染与各种经济因素之间的相关性,使用普通最小二乘估计空气污染对体重的影响存在未知的遗漏变量偏误,因此本文使用逆温这一气象现象作为空气污染的工具变量,采用 2SLS方法估计空气污染与体重之间的因果关系。在正常情况下,上层大气温度低于表层大气温度,空气污染物可以从地面传播到上层,并进一步扩散,但是,在一定条件下(见Arceo et al.2016),上层温度高于底层温度,形成逆温,空气污染物被困在地面附近,导致空气污染浓度很高。逆温作为一个气象现象,它的形成与经济活动无关,并且本文回归结果表明逆温和PM2.5之间存在强相关性,通过了弱工具变量检验。本文的2SLS模型如下:
 
 
 
主要结果和异质性分析
 
  1.主要结果
 
  本文主要结果如表3:第一,PM2.5对BMI具有显著的较大的正向影响,控制了个体和年-月固定效应后,在过去的12个月里PM2.5的平均浓度每增加1 µg/m3,BMI增加0.0691单位;第二,空气污染增加了超重的可能性,控制了个体和年-月固定效应后,在过去的12个月里PM2.5的平均浓度每增加1 µg/m3,超重的可能性增加0.0089个百分点;第三,PM2.5对肥胖率的影响较小,统计上也较弱,这可能是因为只有少数人肥胖(在本文的样本中,肥胖率只有2.52%)。本文也进行了一系列的稳健性检验:使用日期固定效应和省份-年-月固定效应、去掉天气变量、变换空气污染接触窗口长度、改变定义逆温的大气高度、去除BMI的极端值、改变超重和肥胖的定义标准等,结果依然稳健。
  另外,儿童肥胖的患病率也很高,2016年,5-19岁儿童和青少年肥胖患病率为18%,而1975年这一数字仅为4%(WHO,2018a),本文关注空气污染对2-17岁的儿童和青少年体重的影响。成年人的超重和肥胖是由被广泛接受的BMI指数下限来定义的,而儿童肥胖通常是通过与同性别的同龄人进行比较来确定的,本文遵循美国疾病控制和预防中心(CDC)的标准,并定义如果BMI在相同年龄和性别的85(95)百分位或以上的儿童或青少年超重(肥胖)。本文发现空气污染对儿童的影响在较短的接触窗口(例如,4-6个月)是显著的,表明儿童和青少年的行为和生理对空气污染的反应更快,过去五个月PM2.5浓度平均增加1µg/m3,超重和肥胖的患病率分别为2.09和1.62个百分点,高于对成人的影响。
 
   2.异质性分析
 
  本文进行了以下4组异质性分析,结果见表5:
 
  (1)按性别分组
 
  在中国,女性的体重指数、超重和肥胖率比男性高,本文的估计结果显示,PM2.5对三种体重指标的影响女性比男性大。
 
  (2)按年龄分组
 
  本文将样本分为60岁以上和60岁以下两组,结果表明,60岁以上的老年人体重指数、超重和肥胖率也更大,但是,PM2.5对他们体重指标的影响更小。
 
  (3)按教育水平分组
 
  由于调查期间中国平均教育水平偏低,本文将样本分为两个组:低教育组(没有接受教育或只接受小学教育)和高教育组(接受初中及以上教育),结果表明,PM2.5对高教育组的影响更大,特别是对超重率的影响。本文认为这种差异可能由于对空气污染的行为反应不一样,例如,受教育程度较高的人群可能会在正常情况下花更多时间锻炼,但是,正向的污染冲击可能会减少锻炼时间,增加体重,因为受教育程度越高的人可能对空气污染的有害影响了解越多。
 
  (4)按居住地点分组
 
  本文将样本分为城市居民和农村居民,农村居民的体重指数、超重和肥胖率都低于城市居民,但是,PM2.5对城市居民和农村居民体重的影响相差不大。
机制阐述
 
  本文认为空气污染可以通过以下几种渠道影响体重:
 
  第一,空气污染可能导致代谢紊乱,这与体重密切相关(An et al.,2018a)。例如,Xu et al.(2011)发现PM2.5暴露会引发氧化应激和脂肪组织炎症,进而容易导致代谢功能障碍;Toledo-Corral et al.(2018)发现PM2.5暴露对葡萄糖代谢有负影响。
 
  第二,空气污染可能通过增加一些慢性病的风险间接影响体重(An et al., 2018a)。例如,空气污染可能导致心血管和呼吸系统疾病、心脏病和一些癌症(WHO,2018c)。
 
  第三,空气污染可能通过睡眠障碍影响体重。研究人员发现,PM2.5浓度的增加显著增加了美国成年人(Zanobetti et al.,2009)和中国儿童的睡眠障碍(Lawrence et al., 2018),睡眠障碍反过来会增加体重指数,因为瘦素、促甲状腺激素分泌和葡萄糖耐量下降以及胃饥饿素水平的增加(Keith et al.,2006)。
 
  第四,空气污染可能通过行为反应影响体重。许多研究发现,由于空气污染水平升高,人们可能会待在室内(Neidell,2009),减少体育活动,增加久坐行为 (Jerrett et al.,2010;McConnell et al., 2014;Li et al.,2015;An et al.,2018b),这些行为可能减少净热量消耗,增加体重和肥胖风险(WHO,2018a)。
 
  由于数据有限,本文从行为反应的渠道进行了验证,包括身体和久坐活动、睡眠时间以及食物摄入量,结果见表6。首先是活动的类型,调查询问了受访者一周中花在体育和久坐活动上的时间,以及一天中睡或躺在床上的时间,因为本文的污染数据是月度的,本文使用采访月的PM2.5数据,没有发现任何显著的影响;然后是食物的摄入量,CHNS记录了过去三天内摄入的总热量和不同类别(碳水化合物、脂肪和蛋白质)的详细信息,结果都不显著,本文谨慎地把这些发现解释为有启发性的证据,表明空气污染增加了脂肪和蛋白质的摄入量,但减少了碳水化合物的摄入量。
总结及扩展
 
  本文创造性地研究了空气污染与体重的因果关系,表明空气污染对体重指数、超重和肥胖率具有显著的正向影响,还将估计结果与来自两种文献的估计结果进行比较:一种是估计肥胖的原因(速食店、教育、同群和邻里效应),另一种是估计空气污染的经济成本。许多发展中国家的空气质量非常差,经常被认为是经济发展的首要障碍之一,一方面,中国已经颁布了一系列的空气污染防治的政策法规;另一方面,中国政府已经开始意识到超重和肥胖的日益普遍以及由此带来的经济负担,实施了一些预防和控制肥胖的政策。本文的研究表明,在中国,减少空气污染可能是减少超重和肥胖的一个重要而有效的策略,并且对避免超重和肥胖的医疗支出方面产生有利影响。
 
  另外,本文研究有两点需要注意的地方:第一是利用逆温作为PM2.5的IV值,因为空气污染物之间存在高度的相关性,逆温还会影响其他空气污染物,如PM10、CO、O3 (Arceo et al.,2016),最好将本文的估计解释为空气污染对体重的影响,而不是PM2.5本身对体重的影响;第二,由于运动、节食和睡眠等几种行为反应的数据只在短时间内收集,因此机制检验并没有得到准确的验证,只能被解释为具有启发性。
 
Abstract
 
We provide the first study estimating the causal effect of air pollution on body weight. Using the China Health and Nutrition Survey, which provides detailed longitudinal health and socioeconomic information for 13,226 adult individuals over 1989-2011, we find significant positive effects of air pollution, instrumented by thermal inversions, on body mass index (BMI). Specifically, a 1 μg/m3 (1.59%) increase in average PM2.5 concentrations in the past 12 months increases BMI by 0.31%, and further increases the overweight and obesity rates by 0.89 and 0.19 percentage points, respectively. Our paper identifies a new cause of obesity, and sheds new light on the morbidity cost of air pollution.



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