A geographically weighted regression approach to investigate air pollution effect on lung cancer : a case study

Dissertation presented as the partial requirement for obtaining a Master's degree in Geographic Information Systems and ScienceThe risk of developing lung cancer might be to a certain extent attributed to tobacco. Nevertheless, the role of air pollution, both form urban and industrial sources, needs to be addressed. Numerous studies have concluded that long-term exposure to air pollution is an important environmental risk factor for lung cancer mortality. Still, there are only a few studies on air pollution and lung cancer in Portugal and none addressing its spatial dimension. The goal was to determine the influence of air pollution and urbanization rate on lung cancer mortality. A geographically weighted regression (GWR) model was performed to evaluate the relation between PM10 emissions and lung cancer mortality relative risk (RR) for males and females in Portugal between 2007 and 2011. RR was computed with the Besag, York and Mollié (BYM) model. For a more in-depth analysis, the urbanization rate and the percentage of industrial area in each municipality was added. GWR efforts lead to identify three variables that were statistically significant in explaining lung cancer relative risk mortality PM10 emissions, urbanization rate and the percentage of industrial area with an adjusted R2 of 0,63 for Men and 0,59 for Women. A small set of 8 municipalities with high correlation values was also identified (local R2 above 0,70). Stronger relationships were found in northwestern part of mainland Portugal. The local R2 tends to be higher when the emissions of PM10 are joined by the urbanization rate and the percentage of industrial area. However, when assessing the industrial areas alone, it is noted that its impact is lower in the overall results. Being one of the first works on this subject in Portugal, we were able to identify the municipalities where possible impacts of air pollution on lung cancer mortality RR are higher. Thus, it highlights the role of geography and spatial analysis in explaining the associations between a disease and its determinants.O risco de desenvolver cancro do pulmão pode ser, em certa medida, atribuído ao tabaco. No entanto, o papel da poluição do ar, tanto na forma de fontes urbanas como industriais, precisa ser abordado. Diversos estudos concluíram que a exposição à poluição atmosférica é um importante factor de risco ambiental para a mortalidade do cancro do pulmão. Ainda assim, existem poucos estudos sobre poluição do ar e cancro do pulmão em Portugal e nenhum deles aborda sua dimensão espacial. Com este estudo, o objectivo foi determinar a influência da poluição do ar, em conjunto de uma vertente urbanística, na mortalidade de cancro do pulmão. Foi desenvolvido um modelo de Regressão Geograficamente Ponderada (GWR) para avaliar a relação entre as emissões de PM10 e o risco relativo da mortalidade por cancro do pulmão para homens e mulheres em Portugal entre 2007 e 2011. O risco relativo foi calculado através do modelo de Besag, York e Mollié (BYM). Para uma análise mais aprofundada, foi adicionada a taxa de urbanização e a percentagem de área industrial em cada município. Os modelos de GWR identificaram três variáveis que foram consideradas estatisticamente significativas na explicação do risco relativo da mortalidade por cancro do pulmão nas emissões de PM10, na taxa de urbanização e na percentagem de área industrial com um R2 ajustado de 0,63 para homens e 0,59 para mulheres. Foi ainda identificado um pequeno conjunto de 8 municípios com altos valores de correlação (R2 local acima de 0,70). Relações mais fortes foram encontradas na região noroeste do país. O R2 local tende a ser maior quando as emissões de PM10 são acompanhadas pela taxa de urbanização e pela percentagem de área industrial. Contudo, ao avaliar apenas as áreas industriais, o seu impacto é menor nos resultados globais. Sendo um dos primeiros trabalhos sobre este tema em Portugal, conseguimos identificar os municípios onde possíveis impactos da poluição do ar sobre o risco relativo da mortalidade por cancro do pulmão são maiores. Com isto, destaca-se o papel da geografia e da análise espacial na explicação das associações entre uma doença e seus determinantes