背景：关于直接花粉暴露与认知表现之间关联的研究很少。本研究的目的是调查花粉暴露对芬兰大学入学考试成绩的影响。
方法：研究对象为2006年至2020年间参加芬兰南部赫尔辛基和图尔库大都市区全国高中大学入学考试的学生。作为芬兰花粉监测网络的一部分，在整个研究期间监测了桤木和榛子的每日区域花粉计数。大学入学考试结果的广泛数据来自芬兰统计局，空气污染和天气数据来自芬兰气象研究所。采用固定效应回归分析来识别花粉暴露（作为自变量）对大学入学考试成绩（作为因变量）的影响，并控制了学生-学期固定效应、污染物和降水量。
结果：回归系数表明，平均而言，桤木和榛子花粉每增加10粒，大学入学考试成绩分别降低0.0034个标准差和0.0144个标准差。每增加一个单位的花粉暴露，尤其会降低男性数学科目的考试成绩。桤木花粉暴露与考试成绩之间呈倒U形关联。
结论：接触花粉会妨碍学生在大学入学考试中的表现，而这一考试在很大程度上决定了学生未来的机会，这强调了尽早开始用药的重要性。
引言
花粉过敏是一种季节性过敏性鼻炎，影响着全球数亿人的生活。接触花粉粒会损害花粉过敏者的健康和福祉。已观察到过敏性鼻炎与心血管疾病、睡眠困难/嗜睡、注意力不集中、缺勤、情绪障碍、心理社会问题、生活质量和死亡率有关。Tamm等人的研究发现，与无花粉季节和/或健康受试者相比，过敏受试者在花粉季节报告了更严重的疲劳和嗜睡，以及主观睡眠质量下降。空气污染和极端天气条件等环境压力因素会影响植物生长条件、花粉产量及其特性，从而可能加剧花粉暴露对健康的影响。
越来越多的证据表明过敏性鼻炎与功能能力和/或认知能力下降之间存在关联。在花粉季节，与未过敏的参与者相比，过敏参与者在空间工作记忆中发现认知功能受损。然而，关于直接花粉暴露与认知表现之间关联的研究很少。据我们所知，只有三项观察性研究考察了花粉浓度与学业表现之间的关系。
本研究旨在调查花粉暴露对芬兰大学入学考试成绩的影响。我们假设，与花粉水平较低的日子相比，学生在花粉水平高的日子成绩更低。
方法
研究区域和人群
该研究于2006年至2020年间在芬兰南部赫尔辛基和图尔库市及其周边城市进行。研究包括在此期间在赫尔辛基大都市区和图尔库地区参加全国高中大学入学考试的所有学生。本研究考察了高中学生在母语、历史和社会研究、数学、物理和化学等大学入学考试中的成绩及其与花粉暴露的关系。
花粉采样与分析
作为芬兰花粉监测网络的一部分，在整个研究期间监测了每日区域榛子和桤木花粉计数。榛子和桤木是芬兰在研究期间（春季大学入学考试前后）唯一开花（即释放花粉粒）的植物。空气花粉数据来自芬兰南部的两个采样点：赫尔辛基和图尔库。采样器位于距地面14-25米高的开放式屋顶上。
花粉计数转换为每立方米空气的日平均值。采样方法、载玻片制备和数据解释均按照芬兰花粉信息网络采用的标准方法进行，该方法遵循欧洲空气过敏原网络的原则。花粉浓度以每立方米空气中的花粉粒数表示，分为低、中、高三个等级。
大学入学考试数据
大学入学考试成绩数据来自芬兰统计局，涵盖了2006年至2020年间芬兰进行的所有高中大学入学考试信息。该数据集提供了匿名化的学生识别号、性别、学校所在城市、匿名化学校ID、年份、学期以及数学、物理、化学、历史、社会研究、阅读和写作的大学入学考试成绩。将大学入学考试成绩与花粉、空气污染和天气数据合并，并排除缺失观测值的行后，样本包括92,280名学生，来自20个城市，跨越15年。学生参加考试时的平均年龄为19.46岁。
统计方法
我们使用固定效应回归分析来识别花粉暴露对大学入学考试成绩的影响，并控制了学生-学期固定效应、温度、污染物和降雨量。在以往的研究中，这些因素已被发现与个人福祉和/或花粉的存在有关。
赫尔辛基和图尔库地区学生的大学入学考试成绩在分析中与从赫尔辛基和图尔库区域花粉采样中获得的花粉浓度相关联。鉴于我们观察到学生参加多次考试，我们在回归中加入了学生固定效应，以控制个体特征。为了考虑学生的技能水平，我们关注同一学期和年份进行的考试。具体来说，我们创建了一个由匿名化人员ID、考试年份和学期组成的串联变量，并将其作为回归中的固定效应。
在我们的统计模型中，识别花粉对考试成功影响的关键假设是，学生-学期固定效应捕捉了影响花粉暴露和大学入学考试成功的个体层面时间不变因素。如果没有个体固定效应，例如，学生选择居住区域可能与花粉暴露以及大学入学考试成绩相关，并使我们的结果产生偏差。学期固定效应旨在确保学生在每次考试中的技能水平相同。分析使用R软件中的fixest包进行。
方法的更详细描述可在在线补充材料中找到。
结果
共有98,103个学生考试轮次对，包含156,059个考试成绩，参加了大学入学考试。桤木和榛子的回归系数表明，平均而言，桤木或榛子花粉每增加10粒，大学入学考试成绩分别降低0.0034或0.0144个标准差。当在考试期间控制温度、空气污染和降雨量时，大学入学考试成绩的下降幅度甚至略大。接触桤木花粉使成绩降低0.0037个标准差，相应地，接触榛子花粉使成绩降低0.020个标准差。
在花粉暴露对大学入学考试成绩的影响方面，男女之间观察到类似的趋势；然而，桤木花粉每增加10粒，仅在女性中导致大学入学考试成绩统计学显著下降。
当按性别将数据分为数学和非数学科目来考察花粉暴露的影响时，结果表明影响主要存在于数学科目。桤木花粉每增加10粒，男性数学成绩降低0.0118个标准差，女性降低0.0121个标准差。考试日桤木每日平均花粉浓度最高为每立方米空气521粒。榛子花粉每增加10粒，男性数学成绩降低0.0328个标准差。榛子每日平均花粉浓度最高为每立方米空气57粒。
当将桤木和榛子花粉浓度分组为无、低、中、高时，特别是对于桤木，结果显示与数学和所有科目大学入学考试成绩均呈倒U形关联。两种树种在低浓度时都表现出一些影响。对于桤木，在数学和所有研究科目中的回归系数分别对应降低2.066和0.738个考试分数。对于榛子，在数学和所有研究科目中的回归系数分别对应降低0.962和0.615个考试分数。对于两种树种，影响在中浓度时消失，但对于桤木，当超过100粒/立方米时，在高浓度时影响最强。桤木在高浓度时的回归系数在数学和所有研究科目中分别为-0.4118和-0.113，对应降低5.065和1.390个考试分数。
根据审稿人的建议，我们使用考试日期一周后的花粉计数进行了验证性测试，结果显示这些滞后的暴露对学生成绩没有影响。
讨论
主要发现
结果表明，接触桤木和榛子花粉降低了大学入学考试成绩。无论是每增加一个单位的花粉暴露，还是按暴露类别划分，花粉暴露增加都降低了大学入学考试成绩。成绩下降尤其与数学科目有关。
结果的有效性
大学入学考试的结果来自芬兰国家统计局的综合登记册。研究时间更长，进行的测试数量和参与测试的人数显著高于以往的研究。相应地，研究中使用的花粉数据基于国家建立和验证的区域花粉监测。需要注意的是，研究中使用的区域花粉数据并不直接反映学校特定和个体水平的花粉暴露。然而，由于使用的采样高度和分析方案，花粉数据反映了监测点周围更广泛地区（即区域暴露）的每日平均花粉浓度，并覆盖了周边城市。空气质量和天气数据来自芬兰气象研究所和城市的监测网络。从多个监测点收集的标准化数据相当全面地反映了研究区域的空气质量和天气状况。
所使用的学期固定效应统计模型捕捉了个体层面不随时间变化的因素。通过这样做，我们能够控制每个学生个人、随时间的恒定特征。这种方法使我们能够专门关注花粉暴露的变化可能如何影响他们在考试中的表现。在这个模型中，参加大学入学考试的学生相对于花粉暴露是他们自己的对照。通过在不同时间将每个学生与他们自己进行比较，我们降低了诸如学生先天能力或学习风格等个体差异影响结果的风险。因此，我们假设个体内变异不会扭曲结果。通过将回归分为数学和语言科目，我们确保我们的固定效应变量确实控制了学生在测试所测量的同一维度上的技能。因此，该模型能够更好地考虑学生在每个领域的技能，从而更清晰地了解花粉可能如何影响每种类型的考试。
本研究的一个局限性是我们必须分别研究桤木和榛子。这是因为虽然榛子和桤木有各自不同的开花高峰期，但它们的花粉季节可能部分重叠，在重叠期间，观察到的它们的水平高度相关。将高度相关的两种植物物种的花粉粒纳入同一模型可能导致多重共线性问题，并难以得出任何结论。
另一个局限性是该研究是在一个针对花粉过敏的非选择性人群中进行的。我们没有关于学生花粉过敏诊断的信息。众所周知，芬兰约有20%的高中生患有过敏性鼻炎，并且大多数也对花粉有反应。因此，数据中观察到的大学入学考试成绩下降很可能在很大程度上是由过敏学生中花粉诱导的症状对其表现产生不利影响所致。那些患有花粉过敏的人很可能会有高于平均水平的大学入学考试成绩下降。
与以往研究的比较
根据我们的结果，空气中桤木和榛子花粉每增加10粒，大学入学考试成绩就会下降。在考虑了空气污染物、温度和降水量的模型中，桤木和榛子花粉暴露导致的考试成绩下降仍然具有统计学意义。此前，Bensnes发现，在挪威进行的一项为期4年的研究中，区域每日平均花粉暴露降低了高中组织的考试成绩。同样，Marcotte发现，美国小学生的阅读和数学考试成绩与花粉暴露呈负相关。Marcotte发现，在美国小学一二年级学生中，花粉水平高的日子里数学和阅读成绩较低。
很可能需要认知能力的大学入学考试成绩表现较差是由花粉暴露引起的损害健康的症状所介导的。Papapostolou等人观察到，在花粉季节，过敏儿童症状增加与简单运动的反应时间延长有关。相反，他们发现过敏和非过敏儿童之间的压力水平和炎症生物标志物没有差异。过敏学生经历的症状可能会干扰并削弱非过敏学生的考试表现。
作为认知表现较差的一个可能解释，Ragguett等人提出，像花粉这样的空气过敏原可能通过全身炎症和免疫激活等机制影响大脑功能，从而影响情绪并增加心理困扰。这些免疫反应，包括细胞因子释放，可能影响神经递质调节，潜在地增加易感个体的焦虑和抑郁症状。
花粉暴露对大学入学考试成绩的降低作用尤其与数学科目的表现有关。这可以通过完成精确的数学科目可能需要比其他科目更高的准确性和注意力来解释。如果花粉暴露影响了参加大学入学考试的学生的表现，那么这种影响很可能在需要更多注意力的数学科目中表现最为强烈。相反，Marcotte发现，在最小的学生中，花粉暴露与数学和阅读考试的成绩较低都有关。
考试日桤木每日平均花粉浓度最高为每立方米空气521粒，考虑到回归系数，这表明花粉暴露对考试成绩具有潜在的经济意义影响。这对学生的未来至关重要，因为大学入学考试的成绩在申请继续教育以及取决于这些成绩的就业和收入中具有相当重要的权重。
与空气中没有花粉的日子相比，考试成绩在花粉浓度低和高的日子里下降尤其明显。Marcotte发现，小学生的考试成绩在环境花粉浓度最低的年份最高，但他没有发现花粉暴露与考试成绩之间存在明确的剂量反应关系。在中度花粉暴露条件下考试成绩的下降幅度大于高或极高花粉暴露条件下；然而，通常在所有暴露类别中，考试成绩的下降在统计学上都是显著的。
桤木花粉暴露对大学入学考试成绩的影响呈倒U形关联，这可能表明身体的免疫系统可能对开启研究区域花粉季节的桤木和榛子暴露反应更强烈。一项芬兰研究发现，在第一次接触桤木和桦树花粉后，轻度和中度过敏症状迅速出现。在一项澳大利亚研究中，眼部、鼻部和肺部症状的综合相对风险在即时、同日花粉暴露时最高。或者，非过敏个体可能对花粉粒引起的呼吸道和眼结膜刺激以及同时悬浮在空气中的其他无机和有机颗粒产生反应。然而，结果表明，无论空气污染暴露如何，花粉暴露对大学入学考试都有独立的影响。这导致了干扰日常活动和大学入学考试潜在表现的过敏症状的出现。
以往的研究并未提供花粉浓度与症状之间关系的一致图景。从理论上讲，在第一次接触花粉粒后，身体可能会适应，要么通过免疫学方式，要么随着花粉浓度增加而增加药物使用。当花粉粒浓度超过阈值时，身体的免疫系统可能会被唤醒并再次反应，和/或增加用药不再足以完全防止暴露的有害影响。Luyten等人没有观察到低于该浓度症状就不会出现的花粉浓度阈值。当空气中检测到第一批花粉粒时，过敏症状出现并且其严重程度增加。根据Jones等人的研究，浓度反应曲线在较低花粉浓度时通常比较高的花粉浓度时更陡峭，尽管不同植物分类群之间存在差异。与我们的结果一致，眼睛、鼻子和肺部综合症状的最高相对风险与草类和桦树类的最高暴露类别呈剂量依赖性相关。相反，Luyten等人观察到，最高的花粉浓度不再显著表现为症状评分的增加。在一项芬兰研究中，随着桤木和桦树花粉季节的推进，越来越多的过敏者出现了更严重的症状。用药者比例的增加与桤木和桦树花粉的累积总和有关。
在桤木和榛子花粉暴露对大学入学考试成功的影响方面，男女之间存在一些差异。接触桤木花粉降低了女学生的大学入学考试成绩。考试成绩仅在数学测试中统计学显著下降。桤木花粉暴露降低了男女的数学测试成绩。相反，榛子花粉暴露仅降低了男性的数学测试成绩。以往的研究并未对过敏性鼻炎的发生和症状严重程度的性别差异提供清晰的图景。根据Bensnes的研究，花粉暴露对认知表现的影响在男孩中大于女孩，尽管这种差异在统计学上并不显著。然而，似乎过敏性鼻炎在儿童时期男孩中更常见，相应地，从青春期到成年期，女孩中略更常见。最近，Luyten等人发现，在接触花粉时，过敏症状的严重程度在男女之间没有差异。
结论
在一个非选择性人群中，接触榛子和桤木花粉的增加降低了大学入学考试参与者的考试成绩。基于这些发现，应该调查成绩下降是否在患有花粉过敏的人中最为明显。总的来说，可以推测，那些对花粉暴露有反应的人基本上处于比没有反应的同学更不利的地位，因为大学入学考试成绩对于研究生院录取的重要性是相当大的。此外，研究花粉暴露影响认知表现的途径对于理解可能将季节性过敏与影响思维清晰度、记忆和情绪的神经炎症反应联系起来的生物学机制至关重要。重要的是要认识到，花粉季节的第一次花粉暴露可能会妨碍学生在大学入学考试中的表现，而这在很大程度上决定了他们未来的机会。
数据可用性声明
数据可能从第三方获得，不公开提供。
伦理声明
患者同意发表：不适用。
伦理批准：不适用。
致谢
我们要感谢芬兰统计局提供学生的大学入学考试数据，以及HUS皮肤与过敏医院允许使用赫尔辛基监测点的花粉数据。我们还感谢芬兰气象研究所提供空气质量和天气数据。
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