Abstract

Background: after the outbreak of the SARS-CoV-2 pandemic in 2020, several waves of pandemic cases have occurred in Italy. The role of air pollution has been hypothesized and investigated in several studies. However, to date, the role of chronic exposure to air pollutants in increasing incidence of SARS-CoV-2 infections is still debated.

Objectives: to investigate the association between long-term exposure to air pollutants and the incidence of SARS-CoV-2 infections in Italy.

Design: a satellite-based air pollution exposure model with 1-km2 spatial resolution for entire Italy was applied and 2016-2019 mean population-weighted concentrations of particulate matter < 10 micron (PM10), PM <2.5 micron (PM2.5), and nitrogen dioxide (NO2) was calculated to each municipality as estimates of chronic exposures. A principal component analysis (PCA) approach was applied to 50+ area-level covariates (geography and topography, population density, mobility, population health, socioeconomic status) to account for the major determinants of the spatial distribution of incidence rates of SARS-CoV-2 infection. Detailed information was further used on intra- and inter-municipal mobility during the pandemic period. Finally, a mixed longitudinal ecological design with the study units consisting of individual municipalities in Italy was applied. Generalized negative binomial models controlling for age, gender, province, month, PCA variables, and population density were estimated.

Setting and participants: individual records of diagnosed SARS-2-CoV-2 infections in Italy from February 2020 to June 2021 reported to the Italian Integrated Surveillance of COVID-19 were used. 

Main outcomes measures: percentage increases in incidence rate (%IR) and corresponding 95% confidence intervals (95% CI) per unit increase in exposure.

Results: 3,995,202 COVID-19 cases in 7,800 municipalities were analysed (total population: 59,589,357 inhabitants). It was found that long-term exposure to PM2.5, PM10, and NO2 was significantly associated with the incidence rates of SARS-CoV-2 infection. In particular, incidence of COVID-19 increased by 0.3% (95%CI 0.1%-0.4%), 0.3% (0.2%-0.4%), and 0.9% (0.8%-1.0%) per 1 μg/m3 increment in PM2.5, PM10 and NO2, respectively. Associations were higher among elderly subjects and during the second pandemic wave (September 2020-December 2020). Several sensitivity analyses confirmed the main results. The results for NO2 were especially robust to multiple sensitivity analyses.

Conclusions: evidence of an association between long-term exposure to ambient air pollutants and the incidence of SARS-CoV-2 infections in Italy was found.

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Riassunto

Introduzione: dall’inizio della pandemia di SARS-CoV-2 nel 2020, in Italia si sono verificate diverse ondate di casi. Il ruolo dell’inquinamento atmosferico è stato ipotizzato e indagato in diversi studi. Tuttavia, ad oggi, il ruolo dell’esposizione cronica agli inquinanti atmosferici sull’incidenza di infezioni da SARS-CoV-2 è ancora dibattuto.

Obiettivi: valutare l’associazione fra esposizione a lungo termine agli inquinanti atmosferici e incidenza di infezioni di SARS-CoV-2 in Italia.

Disegno: è stato applicato un modello di esposizione all’inquinamento atmosferico basato su dati satellitari con risoluzione di 1 km2 per l’intero territorio nazionale e sono state calcolate le concentrazioni medie pesate sulla popolazione per il particolato atmosferico sia con diametro inferiore a 10 micron (PM10) sia con diametro inferiore a 2.5 micron (PM2.5) e per il biossido d’azoto (NO2) per ogni comune, come stima dell’esposizione cronica. È stata applicata l’analisi delle componenti principali (PCA) a più di 50 covariate (geografia e topografia, densità di popolazione, mobilità, stato di salute della popolazione, stato socioeconomico) per tenere conto dei principali determinanti della distribuzione spaziale dei tassi di incidenza di infezioni di SARS-CoV-2. Inoltre, sono state utilizzate informazioni dettagliate sulla mobilità intracomunale e intercomunale durante il periodo della pandemia. È stato applicato un disegno ecologico longitudinale misto con le unità di studio costituite da singoli comuni in Italia. Sono stati stimati modelli generalizzati a binomiale che controllano per età, sesso, provincia, mese, variabili PCA e densità di popolazione.

Setting e partecipanti: dati individuali delle infezioni di SARS-CoV-2 diagnosticate in Italia da febbraio 2020 a giugno 2021 segnalate alla Sorveglianza integrata italiana di COVID-19.

Principali misure di outcome: incrementi percentuali del tasso di incidenza e corrispondenti intervalli di confidenza al 95% (IC95%) per incremento unitario nell’esposizione.

Risultati: sono stati analizzati 3.995.202 casi di COVID-19 nei 7.800 comuni (popolazione totale: 59.589.357 abitanti). L’esposizione cronica a PM2,5, PM10 e NO2 è risultata significativamente associata al tasso di incidenza delle infezioni di SARS-CoV-2. In particolare, l’incidenza di COVID-19 aumenta di 0,3% (IC95% 0,1%-0,4%), 0,3% (0,2%-0,4%) e 0,9% (0,8%-1,0%) per incrementi di 1 μg/m3 nei valori di PM2,5, PM10 e NO2, rispettivamente. Le associazioni risultano più elevate negli anziani e durante la seconda ondata pandemica (settembre 2020-dicembre 2020). Analisi di sensibilità confermano i risultati principali, in particolare per l’NO2.

Conclusioni: questo studio mostra evidenza di associazione fra esposizione cronica agli inquinanti atmosferici e l’incidenza di infezioni da SARS-CoV-2 in Italia.

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