CC BY
6
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2007 УДК 61«.2-02:614.72]-053.2-07
Л. И. Привалова, А. А. Кошелева, С. В. Брезгина
АНАЛИЗ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ РЕСПИРАТОРНОЙ СИМПТОМАТИКИ У ДЕТЕЙ ОТ КОЛЕБАНИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА'
Уральский региональный центр экологической эпидемиологии, Екатеринбург
Метод анализа временных рядов (time series analysis) используют во все возрастающем числе эколого-эпидемиологических исследований (ЭЭИ). По мнению авторов [4, 5], именно этот метод обеспечил "главный прорыв в эпидемиологии атмосферного загрязнения". Наиболее эффективно данный метод может быть использован для анализа связи между кратковременными колебаниями экспозиции (которые реально возможны только в отношении атмосферного загрязнения) и быстро наступающими кратковременными ответами (такими как повышение смертности, обращаемость за экстренной медицинской помощью, обострение заболеваний и т. п.). Одним из важных преимуществ метода является то, что поскольку на протяжении выбранного периода времени прослеживается одна и та же популяция или группа, постольку помехой (confounder) для выявления связи между загрязнением атмосферы и любым острым эффектом могут оказаться только те переменные, которые изменяются параллельно с изменением уровня загрязнения (например, климатические характеристики), но не индивидуальные факторы риска.
Метод используется как в ретроспективных (проводимых на базе информации, накопленной в тех или иных целях ранее, как правило, за многие годы), так и в проспективных ЭЭИ. Одно из ограничений ретроспективного ЭЭИ такого типа заключается в том, что во временные ряды данных о здоровье населения не включают такие события, которые могут представлять несомненный эпидемиологический интерес, но не регистрируются стандартными носителями медицинской информации или регистрируются нерегулярно. Например, появление или усиление острой респираторной или аллергической симптоматики, спровоцированное повышением загрязнения атмосферы, только в тяжелых случаях вызывает экстренное обращение за медицинской помощью и, следовательно, отмечается в медицинской документации, но множество случаев подобных острых эффектов остаются незарегистрированными.
В связи с этим для получения ежедневной информации о таких событиях необходимо организовать ее сбор специально, например с помощью дневников, заполняемых находящимися под наблюдением взрослыми, а при наблюдении за детьми — их родителями. Такая сложная организация получения информации является причиной как ог-
' Исследование проведено в рамках Проекта управления окружающей средой в России, финансировавшегося Правительством РФ с использованием целевого кредита Всемирного банка реконструкции и развития на основании соглашения между ними № 3806 от 6 февраля, 1995 г. Работа была выполнена при консультативной помощи Гарвардской школы общественного здоровья, специалистам которой (Н. Ozkaynak, J. Spengler, Th. Dum-jan) авторы выражают свою признательность.
раничения срока наблюдения, так и того, что ЭЭИ подобного рода проводят только на численно ограниченных группах. Ограниченная группа специально подобранных лиц, принимающих активное участие в решении какой-либо задачи, по-англий-ски называется "panel", а проспективные ЭЭИ рассматриваемого типа получили в западной литературе название "panel studies" [3, 4, 6—8, 10, 11]. Адекватного перевода данного термина на русский язык пока не предложено. В России подобное исследование мы провели впервые, а его результаты были доложены в 1999 г. на очередной конференции Международного общества экологической эпидемиологии [9] и использованы в монографии [2], но не публиковались в российских журналах.
Для исследования был выбран Дзержинский район Нижнего Тагила как наиболее загрязненный в одном из наиболее загрязненных промышленными выбросами городов Урала и всей России. В период его проведения осуществляли специально организованный интенсивный мониторинг загрязнения атмосферного воздуха. Пост мониторинга находился в той школе, в которой формировалась группа детей для исследования. Условия размещения и техническое оснащение поста описаны в монографии [2]. Измеряли непрерывно среднесуточные концентрации взвешенных частиц по фракциям с аэродинамическими диаметрами до 10 и до 2,5 мкм (РМ10 и РМ2 5) с помощью гарвардских импак-торов, а также концентрации диоксида азота и сернистого ангидрида с помощью пассивных пробоотборников японского производства. Мониторинг проводили на протяжении 60 дней — с 15 марта по 16 мая 1998 г.
Средние Щ ± ст) фракционные концентрации взвешенных частиц за период наблюдения равнялись для РМ10 19,1 ±8,1 мкг/м3, а для РМ25 13,2 ± 5,7 мкг/м3. Ежедневные концентрации варьировали в широких пределах, причем максимальные показатели по тем же фракциям достигали 53,1 и 35,9 мкг/м3 соответственно. В России фракционные концентрации атмосферной пыли пока не регламентируются. В странах Европейского союза с 1 января 2005 г. не допускается превышение среднесуточного уровня РМ|0 50 мкг/м3 более чем 35 раз в течение года при среднегодовой концентрации не выше 40 мг/м3, а с 1 января 2010 г. — не более чем 7 раз в течение года при среднегодовой концентрации 20 мкг/м3. Федеральные нормативы США по среднесуточным концентрациям: для РМ10150 мкг/м3 (90-й процентиль из среднесуточных концентраций, измеряемых в течение 3 лет) при среднегодовой концентрации 50 мкг/м3, для РМ25 — 65 и 15 мкг/м3 соответственно [1].
Если применить часто используемый средний пересчетный коэффициент концентрации РМ10 в концентрацию TSP (total suspended particulates),
мкг/м3
—«— РМ25 -О— РМ10
Рис. 1. Концентрации пылевых частиц РМ10 и РМ,5 в атмосферном воздухе Дзержинского района Нижнего Тагила в период с 15.03— 16.05.98.
равный 0,55 [12], то среднюю суммарную концентрацию пыли за период исследования можно оценить как 19,1:0,55 = 34,7 мкг/м3, а максимальную как 53,1:0,55 = 96,5 мкг/м3. Эти величины не превышают соответствующие российские ПДК для пыли неорганической, которые даже при максимальном содержании диоксида кремния равны соответственно 50 (ПДКСС) и 150 мкг/м3 (ПДКмр). Наши собственные данные по параллельному измерению суммарной и фракционных концентраций пыли, проведенному в том же Нижнем Тагиле, позволили рассчитать коэффициенты, равные 0,61 на одном посту мониторинга и 0,63 на другом. Рассчитанные на основе этих коэффициентов суммарные концентрации пыли в период проведения ЭЭИ на группе детей еще ниже, чем при расчете на основе коэффициента 0,55.
Таким образом, измеренные суточные концентрации РМ,0 и РМ2 5 как по средним величинам, так даже и по максимальным могут быть расценены как относительно невысокие. Уровни газового загрязнения воздуха также были невысоки: для диоксида азота средняя концентрация была равна 8,5 ± 4,9 мкг/м3 (ПДКСС = 40 мкг/м3), для сернистого ангидрида — 25,2 + 24,0 мкг/м3 (ПДКСС 50 мкг/м3). За период наблюдений зарегистрированы только 4 дня с уровнем содержания диоксида серы, превышающим среднесуточную ПДК, что составляет 7% проанализированных проб воздуха. Характер колебаний загрязнения атмосферы представлен на рис. 1 и 2.
В исследовании приняли участие 85 учеников младших классов в возрасте от 7 до 12 лет. С помощью специального вопросника предварительно была собрана развернутая информация о респираторном здоровье каждого ребенка, на основе которой вся группа была поделена на 2 подгруппы: дети с проявлениями бронхообструктивного статуса (БОС+) и дети без таких проявлений (БОС-). Первоначально в подгруппу БОС+ были включены 36 детей, а в группу БОС--49 детей, но при последующем медицинском осмотре 6 детей из подгруппы БОС- были классифицированы как относящиеся к подгруппе БОС+.
Ежедневные респираторные симптомы каждого ребенка проинструктированные родители записывали в дневниках самонаблюдения, имеющих единую форму.
Был проведен математический анализ полученных данных, в задачи которого входили:
— проверка гипотезы, согласно которой кратковременные изменения в состоянии респираторного здоровья детей исследованной группы связаны с колебаниями загрязнения атмосферы;
— выявление тех загрязнителей атмосферы, влияние которых было наиболее существенным;
— оценка степени ухудшения респираторного здоровья детей на заданный прирост концентрации влияющего загрязнителя (так называемого единичного риска).
Все перечисленные задачи решали не только на объединенном массиве данных, но и раздельно по группам БОС+ и БОС-. Групповой мерой эффекта являлась частота регистрации симптомов, которые были объединены в следующие классы (по наличию хотя бы одного из ниже перечисленных симптомов).
1. Симптомы со стороны нижних дыхательных путей: кашель (редкий), кашель частый (днем и ночью), свистящее дыхание (днем или ночью), приступы астмы (днем или ночью), мокрота.
2. Симптомы со стороны верхних дыхательных путей: насморк или заложенный нос, охриплость голоса, боль в горле, чихание.
В соответствии с задачами анализа основной независимой переменной является концентрация данного загрязнителя атмосферного воздуха. Предполагалось, что реакция организма на повышение этой концентрации может развиться не только в тотже самый, но и в последующие дни. В связи с этим нами строились уравнения регрессии с тем или иным лагом (запаздыванием), в которых исследовалась зависимость эффекта его концентрации, зарегистрированной в тот же день (лаг 0), накануне (лаг 1), дзумя днями раньше (лаг 2), а также от средней концентрации за 2, 3 и 5 дней, включая день регистрации симптомов. При анализе зависимости вероятности появления симптомов от любого из показателей загрязнения атмосферы вносилась поправка на возможную зависимость также от некоторых других переменных: среднесуточной
мкг/м3
—*— N02 —О— Б02
Рис. 2. Среднесуточные концентрации диоксида азота и диоксида серы в атмосферном воздухе Дзержинского района Нижнего Тагила в период с 15.03—16.05.98.
Таблица 1
Увеличение частоты (в %) симптомов со стороны верхних дыхательных путей на интерквартильное приращение концентрации
Приращение концентрации Группа детей
вся бос+ бос-
РМ|0 (лаг 1) на 9 мкг/м3 7 10 —
РМ25 (лаг 1) на 6 мкг/м3 8 9 —
N02 (лаг 1) на 6,6 мкг/м3 — — 12
температуры и относительной влажности воздуха, тренда по времени, пола и возраста ребенка, повышенной температуры тела, а при анализе по объединенной группе детей — также наличия или отсутствия БОС. Кроме того, исключались те дни, когда ребенок уезжал из города.
Использовали реализованную в пакете STATA-6 модель GEE (generalized estimating equations) со следующими спецификациями: авторегрессия первого порядка (AR 1), связывающая функция — логистическая. Для получения более устойчивых значений стандартных ошибок полученных коэффициентов регрессии использовали опцию robust. Строили уравнения с одной, двумя или тремя независимыми переменными, соответствующими концентрациям разных загрязнителей в разных сочетаниях. Затем статистически значимые положительные коэффициенты регрессии были пересчитаны как процентное изменение рассматриваемого показателя реакции организма на определенный прирост концентрации загрязнителя. В качестве величины такого прироста была принята разность между 3-й и 1-й квартилью распределения концентраций данного загрязнителя (так называемый ин-терквартильный диапазон — interquartile range).
Симптомы со стороны верхних дыхательных путей. Модели с одним загрязнителем выявили значимую связь между симптомами со стороны верхних дыхательных путей для всей группы детей и концентрациями РМ25, РМ10 и N02 предыдущего дня (лаг 1). Эта же связь прослеживается в подгруппе БОС+, но только для обеих фракционных концентраций РМ, в то время как в подгруппе БОС-связь была найдена только с N02, причем она была сильнее по сравнению со всей группой. Результаты не изменились, когда признак "прием противоаст-матических препаратов (любого вида)" включался в ту же модель в качестве модифицирующей переменной, или вся группа и группа БОС+ рассматривались с исключением тех дней, когда ребенок принимал противоастматические препараты. Практически те же результаты были получены для моделей с двумя загрязнителями или с тремя загрязнителями в различных сочетаниях.
Симптомы со стороны нижних дыхательных путей. В модели с одним загрязнителем была найдена значимая зависимость этих симптомов для всей группы или для подгруппы БОС+ только от предыдущей 5-дневной средней концентрации S02. Противоастматические препараты также не влияли на эту зависимость. Связь симптомов со стороны нижних дыхательных путей с N02 в модели с одним загрязнителем была близка к значимой (р - 0,086), но только в подгруппе БОС+. Однако были найдены статистически значимые коэффициенты регрессии в некоторых моделях с несколькими загряз-
нителями, например в сочетании РМ|0 (лаг 1 день) плюс N02 (тот же лаг) плюс S02 (5-дневная средняя) для всей группы, а также для подгруппы БОС+. Для подгруппы БОС- найдена статистически значимая связь с РМШ (лаг 1 день) в моделях с двумя и тремя загрязнителями.
Приросты эффекта на градиент концентрации, рассчитанные на основании наибольшего (среди всех рассмотренных моделей) из статистически значимых коэффициентов регрессии, представлены в табл. 1 и 2. Как видим, для всей группы ответ со стороны нижних дыхательных путей на интерквартильное приращение концентрации загрязнителя больше, чем со стороны верхних дыхательных путей, причем в группе БОС+ прослеживается несколько больше связей с концентрациями загрязнителей, чем в группе БОС-.
Анализ опубликованных работ западных исследователей, относящихся к ЭЭИ того же типа, свидетельствует, что вопрос о сравнительной чувствительности к действию кратковременных пиков атмосферного загрязнения на детей, имеющих и не имеющих симптомы хронической респираторной патологии, все еще окончательно не решен. Логично предположить, что дети с такими симптомами чувствительнее здоровых детей. Действительно, по данным [8], "симптомные дети" страдают от указанного действия сильнее, чем здоровые. Однако эти американские дети не принимали никаких про-тивоастматических лекарств. Существенным отличием этого исследования от нашего является и то, что концентрации РМ10 были выше (в среднем 76 мкг/м3), а диапазон их колебаний шире (от 7 до 251 мкг/м3), причем американский стандарт 150 мкг/м3 был превышен в течение 14 дней из 90.
Исследование, проведенное в одном из городов Чехии [6] показало, что дети-астматики, принимающие противоастматические медикаменты (31 из 82 астматиков), спонтанно усиливают прием лекарств в дни повышения концентрации сульфатов в атмосфере. Это не предупреждало острой респираторной реакции, но связь с пиками экспозиции оказалась менее выраженной, чем у детей, не принимавших лекарств. Авторы заключают, что "применение медикаментов ослабляет связь между загрязнением воздуха частицами и эффектами со стороны здоровья". В этом городе также концентрация РМ|0 была в дни наблюдения выше, чем в Нижнем Тагиле, а именно в среднем 55 (до 171) мкг/м3. Другие авторы [3] провели весной 1996 г. исследование того же типа на 22 астматиках в возрасте от 9 до 19 лет. Используя ту же математическую модель, что и в нашей работе, они установили
Таблица 2
Увеличение частоты (в %) симптомов со стороны нижних дыхательных путей на интерквартильное приращение концентрации
Приращение концентрации Группа детей
вся бос+ бос-
РМ,0 (лаг 1) на 9 мкг/м3 16,5 12 (р = 0,07) 33
РМ25 (лаг 1) на 6 мкг/м3 10,5 — —
N02 (лаг 0) на 6,6 мкг/м3 9 9 —
S02 (5-дневная средняя)
на 10,5 мкг/м3 34 29 —
значимую связь обострения симптомов астмы с колебаниями концентраций озона и РМ10 в атмосфере, причем эта связь была более выраженной в подгруппе с более тяжелыми проявлениями астмы. Однако прием противовоспалительных лекарств снижал эффект загрязнения атмосферы, так что наибольшим он оказался у "легких" астматиков в течение той недели, когда они не принимали никаких медикаментов. Диапазон колебаний среднесуточных концентраций РМ10 в этом городе за период исследования был от 16 до 54 мкг/м3, а часовые максимумы колебались в пределах от 30 до 108 мкг/м3. При этом авторы нашли, что симптомы, регистрируемые в данный день, зависят от этих максимумов сильнее, чем от средних концентраций (то же относится и к концентрациям озона).
Таким образом, литературные данные косвенно свидетельствуют, что в нашем исследовании меньшая, чем в зарубежных, высота пиков запыленности атмосферы, возможно, была причиной того, что зависимость респираторной симптоматики от колебаний загрязнения оказалась менее выраженной. Нельзя исключить также роль того факта, что примерно треть больных астмой прибегали к про-тивоастматическим лекарствам именно тогда, когда их состояние ухудшалось (причем, возможно, что регистрация таких приемов родителями не была полной).
По тем же причинам конкретные количественные показатели того или иного ответа на определенную меру экспозиции также воспроизводятся крайне редко, и для использования их в качестве основы прогностических оценок риска наибольшее значение придается тем показателям, которые получены в результате так называемого метаанали-за обобщенных данных достаточно большого числа аналогичных ЭЭИ. Учитывая важность и актуальность проблемы ограничения неопределенностей оценки риска для здоровья населения, необходимо, чтобы такие ЭЭИ относились к сопоставимым социально-экономическим и географическим условиям, т. е. были расширены в России. Однако это требует дальнейшего развития используемой в нашей стране технологии мониторинга загрязнения воздуха как вне, так и внутри жилых помещений (в частности, оснащение соответствующих служб приборами для фракционного измерения концентраций взвешенных частиц и пассивными газовыми пробоотборниками).
Мы повторили подобную работу в 1999 г. на других группах школьников, других районов того же города и получили результаты, принципиально не отличающиеся от представленных выше.
Впервые в России проведенное ЭЭИ на основе ежедневной записи симптомов родителями и непрерывного мониторинга загрязнения атмосферы взвешенными частицами и раздражающими газами позволило установить неблагоприятное влияние даже относительно небольших суточных пиков загрязнения (как правило, не превышающих для газов установленные ПДКСС, а для фракций РМ10 и РМ2 5 — международные нормативы) на острые реакции верхних и глубоких дыхательных путей у детей младшего и среднего школьного возраста.
Принципиальные результаты исследования согласуются с результатами подобных работ, опубликованных на Западе, хотя в последних речь шла о концентрациях пылевых частиц, более высоких и варьировавших в более широких диапазонах, чем в нашем исследовании.
Может быть рекомендовано широкое внедрение данной методологии в практику для установления связей между загрязнением атмосферы и нарушениями здоровья детского населения. При подтверждении другими исследователями полученных нами данных они могут использоваться для обсуждения вопроса о пересмотре гигиенического нормирования содержания вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест, в частности об установлении нормативов для фракционных концентраций пыли.
Литература
1. Региональные публикации ВОЗ. Европейская серия № 85. Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воздействия на здоровье человека. — Копенгаген, 2001.
2. Экологическая эпидемиология: принципы, методы, применение / Привалова Л. И., Кацнельсон Б. А., Кузьмин С. В. и др. — Екатеринбург, 2003.
3. Delfmo R. J., Zeiger R. S., Seltzer J. M., Street D. H. // Environ. Hlth Perspect. - 1998. — Vol. 106. - P. 751-761.
4. Hoeck G., Brunnekreef B. // Environ. Res. — 1994. — Vol. 48. - P. 328-335.
5. Pekkanen J., Pearce N. // Environ. Hlth Perspect. — 2001. - Vol. 109, N 1. - P. 1-5.
6. Peters A., Dockery D., Heinrich J., Wichmann H. E. // Environ. Hlth Perspect. - 1997. - Vol. 105. - P. 430-435.
7. Pope C. A., Dockery D. W., Spengler J. D., Razienne M. E. Ц Am. Rev. Respir. Dis. - 1991. - Vol. 144. -P. 668-674.
8. Pope C. A., Dockery D. W. // Am. Rev. Respir. Dis. -1992. - Vol. 145. - P. 1123-1128.
9. Privalova L., Brezgina S., Katsnelson B. et al. // Epidemiology. - 1999. - Vol. 110, N 4. — Suppl. - Abstr. 94.
10. Schwartz J-, Wypij D., Dockery D. et al. // Environ. Hlth Perspect. - 1991. - Vol. 90. - P. 181-187.
11. Schwartz J-, Dockery D. W., Neas L. M. et al. // Am. Rev. Respir. Crit. Care Med. - 1994. - Vol. 150. — P. 1240-1242.
12. Wilson R., Spengler J. Particles in Our Air. Concentrations and Health Effects. — Harvard, 1996.
Поступила 07.12.06
Summary. Eighty-five junior schoolchildren from Nizhni Tagil were examined on the basis of daily recording of respiratory and allergic symptoms by parents and continuous monitoring of ambient air pollution with suspended matter and irritating gases. Regression analysis of the findings has ascertained the adverse impact of even relatively small daily pollution peaks (generally not greater that the established mean maximum daily permissible concentrations) on acute upper and deep airway responses in junior and middle schoolchildren. The principal results of the study agree with those of the studies in the West, although the latter concerned the concentrations of dust particles that are higher and vary in wider ranges than in this study. It is recommended that this methodology be widely introduced into practice in order to establish correlations between ambient air pollution and children's impaired health.
