CC BY
68
УДК [616.248:616.2-022.6]-053.2:614.72
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ДЕТЕЙ С ЗАБОЛЕВАНИЯМИ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
© 2006 г. Т. И. Оконенко, М. С. Токмачев, В. Р. Вебер
Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого, г. Великий Новгород
Выявлена достоверная корреляционная связь между содержанием в воздухе г. Великий Новгород формальдегида, диоксида азота и количеством обращений на следующий день к аллергологу детей с бронхиальной астмой и числом вызовов педиатра на дом к больным острой респираторной вирусной инфекцией (ОРВИ). Реагируют на уровень содержания аэротоксикантов страдающие бронхиальной астмой пациенты в возрасте 11—14 лет, среди заболевших ОРВИ — это дети 1—3 лет. Построенные математические модели, описывающие зависимость числа обращений от концентрации аэропол-лютантов, подтверждают установленные связи и позволяют решать ряд проблем гигиенического характера. Ключевые слова: аэрополлютанты, корреляция, математическая модель, дети, бронхиальная астма, острая респираторная вирусная инфекция, обращаемость.
Северо-Западный регион России является одним из неблагоприятных по климатическим условиям (долгая зима, высокая влажность, перепады атмосферного давления, недостаток Са++, Mg++, К+, йода, фосфора, фтора, кобальта) и по экологической обстановке. Результаты эколого-гигиенических исследований показали, что в атмосфере городов региона содержатся значительные примеси таких загрязнителей, как пыль, оксиды азота, формальдегид, двуокись серы, оксид углерода, фенол [1]. Великий Новгород не входит в число территорий, в которых средние показатели загрязнения атмосферного воздуха превышают предельно допустимые концентрации в несколько раз, хотя максимально-разовые показатели постоянно регистрируются на высоких цифрах. В последнее время появились исследования, свидетельствующие о наличии зависимости между состоянием здоровья людей и кратковременными и незначительными (в пределах ПДК) колебаниями концентраций аэрополлютантов. Имеются данные об увеличении смертности, частоты госпитализации по поводу респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний в зависимости от содержания отдельных загрязнителей в воздухе (пыль, аммиак, угарный и сернистый газ), увеличение уровня обращаемости за скорой медицинской помощью детей в возрасте до 14 лет [2]. Вместе с тем исследований по определению влияния кратковременных колебаний концентраций загрязнений в атмосфере на состояние здоровья детей проведено недостаточно.
Ближайшими эффектами негативного воздействия факторов окружающей среды являются аллергические заболевания — мультифакторная патология с ярко выраженной средовой компонентой [3].
Поэтому целью нашей работы стало выявление связи между числом обращений детей различного возраста с обострениями бронхиальной астмы к специалисту в поликлинику, а также количеством вызовов педиатра на дом по поводу острой респираторной вирусной инфекции (ОРВИ) и уровнем содержания аэрополлютантов. В качестве критерия взаимосвязи использовали коэффициент линейной корреляции. Статистическая обработка выполнена с помощью программы MS Excel [5].
Обращаемость детского населения в поликлинику изучалась ежедневно на основании данных статистических талонов в течение 2002—2003 годов. Содержание пыли, фенола, формальдегида, диоксида азота, аммиака, оксида углерода в атмосферном воздухе определяли в этот период подразделения Новгородского областного центра по гидрометеорологии. При химическом анализе проб воздуха использованы методики, изложенные в «Руководстве по контролю загрязнения атмосферы» РД 52.04.186-89 (таблица).
Наибольший вклад в загрязнение воздушного бассейна г. Великий Новгород традиционно вносят АО «Акрон», Новгородская ТЭЦ, МУП
«Теплоэнерго», автотранспорт. Вклад автотранспорта в суммарный выброс в течение последних пяти лет составил около 69 %. С каждым годом выбросы от стационарных источников и автотранспорта увеличиваются. Комплексный индекс загрязнения атмосферы в 2003 году равнялся 4,8.
Установлено, что в течение недели максимум посещений и вызовов приходится на понедельник, минимум — на среду.
Концентрации вредных примесей в воздухе г. Великий Новгород в 2002—2003 годах
Показатель 2002 год 2003 год
Пыль NO2 Формальдегид Пыль NO2 Формальдегид
Q ср 0,1 0,03 0,003 0,092 0,035 0,004
Q max 3,2 0,41 0,052 3,7 0,38 0,066
G 3,9 4,1 0,7 8,4 13,1 1,4
Примечание. Q ср — средняя концентрация примеси в воздухе, мг/м3, Q max — максимально-разовая концентрация, мг/м3, G — повторяемость концентраций выше ПДК данной примеси, %.
При подсчете коэффициентов корреляции в 2002 году выявлены достаточно устойчивые связи между уровнем содержания в воздухе формальдегида, диоксида азота и обращаемостью детей с бронхиальной астмой в возрасте 10—14 лет, а также количеством вызовов педиатра на дом к заболевшим ОРВИ пациентам в возрасте 1—3 лет. Причем зависимость отмечались между концентрацией ксенобиотика и уровнем обращаемости детей на следующий день после выброса.
Коэффициенты корреляции между концентрацией формальдегида и количеством обратившихся к аллергологу в возрасте 11 —14 лет практически в течение всего года были более 0,5 (при уровне значимости p = 0,01); лишь в зимние месяцы (январь, декабрь) отмечается менее тесная связь.
Прослеживается корреляционная связь и между содержанием в воздухе диоксида азота и числом обратившихся в поликлинику с бронхиальной астмой. Причем в этом случае зависимость регистрируется в более теплый период времени (апрель — октябрь). Известно, что в теплый период времени вследствие того, что воздух менее подвижен, концентрации токсических веществ в атмосфере увеличиваются, а токсичность формальдегида в присутствии диоксида азота возрастает, к тому же растет количество автотранспорта в этот период времени.
Анализ коэффициентов корреляции в 2003 году подтвердил полученные взаимосвязи. В течение всего года (за исключением декабря) коэффициент корреляции между содержанием в воздухе формальдегида и обращаемостью больных в возрасте 10—14 лет с обострением БА превышал 0,5 (при уровне значимости p = 0,01). Менее устойчивая зависимость отмечена между концентрацией в атмосфере двуокиси азота и числом посещений этими детьми поликлиники. В мае соответствующий коэффициент корреляции был
0,52 ^ = 0,01); с сентября по декабрь он колебался в пределах от 0,39 до 0,8 (р = 0,01).
Выявлена устойчивая связь между количеством вызовов педиатра на дом к детям в возрасте 1 —3 лет и содержанием в атмосфере формальдегида и диоксида азота в весенне-осенний период. В первом случае коэффициент корреляции колебался в пределах от 0,41 до 0,8 (р = 0,01), во втором — от 0,42 до 0,69 (р = 0,01). Надо отметить, что в зимний сезон зависимость не обнаружена, возможно, это связано с эпидемией гриппа.
Здоровье человека определяется триадой, включающей факторы наследственности, качества жизни (социально-экономическое и психологическое благополучие, доступность и качество медицинского обслуживания, образ жизни и наличие вредных привычек и др.), состояния окружающей среды. Доля влияния отдельных факторов на состояние здоровья населения в среднем такова: образ жизни (курение, употребление алкоголя и наркотиков, характер питания, материально-бытовые условия и др.) — до 50 %, окружающая среда — 17—20 %, состояние здравоохранения — 8—10 %, генетическая составляющая — около 20 % [4].
Таким образом, влияние экологической составляющей (окружающая среда), оцениваемой 17—20 %, весьма существенно и вдвое превышает соответствующую долю влияния фактора состояния здравоохранения.
Исследования корреляционной зависимости между содержанием в воздухе аэрополлютантов и числом обращений детей в поликлинику в течение 2002—2003 годов выявили достаточно устойчивые корреляционные связи, поэтому были построены адекватные регрессионные модели зависимости количества обращений за медицинской помощью от уровней концентрации загрязнения атмосферы. Переменная-отклик у во всех моделях берется со сдвигом на 1 день по отношению к соответствующим факторным переменным xi.
Обращаемость по поводу ОРВИ (вызова на дому)
Зависимость обращаемости детей всех возрастов (0—14 лет) от уровня загрязнения атмосферного воздуха не прослеживается, поскольку эта группа совершенно неоднородна, и имеются другие более мощные факторы, влияющие на уровень количества вызовов педиатра на дом.
Выделяя возрастные группы, получаем наличие зависимости лишь в группе 1 —3 лет (376 наблюдений 2002—2003 гг.) и то достаточно слабой. Адекватной является линейная регрессионная модель с двумя факторами (у — уровень обращений, чел. в день; xj — уровень концентрации NO2, мг/м3; x2 — уровень концентрации формальдегида, мг/м3):
у = 3,0980 +11,2323*! + 42,8778х2; Я2 = 0,1126;
(с.о.) (0,2252) (2,3071) (10,4342) ^ = 23,6606.
Как видим, данная модель объясняет изменение числа обращений вследствие указанных факторов лишь на 11,26 %.
Введение в модель фактора времени t существенно повышает значение коэффициента детерминации R2, а следовательно, и качество модели:
у = 0,9184 + 0,3410; + 6,2585*! + 75,0481х2; Я2 = 0,4083;
(с.о.) (0,2438) (0,0250) (1,9213) (8,8516) ^ = 85,5722.
В приведенной модели t — переменная, характеризующая помесячную сезонность в соответствии с изменением средней температуры воздуха:
у = 1,7866 + 25,0798 х1;
(с.о.) (0,2636) (4,0206)
у = 2,1226 + 67,5155 х2;
(с.о.) (0,2599) (13,6474)
Я2 = 0,2906; ^ = 38,9114;
Я2 = 0,2031; ^ = 24,4741.
Порядковый 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12
номер месяца
Значение t 12 10 9 7 5 3 1 2 4 6 8 11
Соответствующая линейная модель зависимости уровня обращений детей в возрасте 1—3 лет лишь от переменной сезонности t имеет вид:
у = 2,6938 + 0,3000 Г, Я2 = 0,2536;
(с.о.) (0,1809) (0,0265) ^ = 128,4059.
Та же модель, но для всех детей 0—14 лет: у = 4,9160 +1,6983^; Я2 = 0,3644; (с.о.) (0,7878) (0,1152) ^ = 217,2990.
Как видим, влияние сезонности на формирование уровня обращений детей с острыми респираторными заболеваниями весьма существенно.
Далее попытаемся нейтрализовать переменную сезонности, используя только данные за время года со стабильно положительными температурами (97 наблюдений, май — август).
Вновь прослеживается влияние загрязнения атмосферного воздуха на число вызовов педиатра на дом лишь в группе детей в возрасте 1—3 лет. Значимыми оказываются факторы-переменные xj — уровень концентрации N0^ мг/м3; x2 — уровень концентрации формальдегида, мг/м3. Соответствующие регрессионные модели имеют вид:
линейная модель
у = 0,8462 + 23,6053х1 + 61,6379х2; Я2 = 0,4588; (с.о.) (0,2895) (3,5408) (11,4028) ^ = 39,8446;
нелинейная модель
у = -1 + 2,1312 е6'1896*1 е15,9876x2 ; Я2 = 0,4325; Р = 35,8127.
Сравнивая полученную линейную модель с соответствующей вышеприведенной моделью (376 наблюдений в течение всего года), отметим не только существенное повышение коэффициента детерминации R2 с 0,1126 до 0,4588, но и заметный рост влияния факторов на уровень обращений к педиатру. Увеличение значения x| на 0,1 мг/м3 при фиксированном x2 увеличивает уровень вызовов по поводу ОРВИ на 2,361 человека; аналогично увеличение значения x2 на 0,1 мг/м3 при фиксированном x| увеличивает его на 6,164 человека.
Персональные модели для факторов, x| —уровень концентрации N0^ x2 — уровень концентрации формальдегида, следующие:
Последнюю модель можно улучшить введением квадратичного слагаемого:
у = 1,3451 + 159,7937х2 - 2085,0438х|; Я2 = 0,2456;
(с.о.) (0,4216) (42,0930) (902,0064) ^ = 15,4623.
Приведем модель зависимости уровня обращений в группе детей 1—3 лет от тех же факторов за летний период времени (38 наблюдений с 26 мая по 30 июля):
у = 1,0543 +18,8643*! + 2767,7493*2; Я2 = 0,5072;
(с.о.) (0,4154) (5,1087) (677,5421) ^ = 18,0105.
В этой модели использованы данные за более однородный по температуре промежуток времени. Таким образом, уменьшен вклад сезонности в уровень заболеваемости, что и привело к некоторому росту коэффициента детерминации R2.
Также представим адекватную модель зависимости уровня обращений детей с ОРВИ в возрасте 0— 1 года от уровня концентрации NH3 (28 наблюдений со сдвигом на 1 день с 26 мая по 31 июля в дни, когда был прием):
у = -1 + 6,8934X °-3517; Я2 = 0,1648; ^ = 5,1310.
Обращаемость детей с обострением бронхиальной астмы
Зависимость уровня обращений от уровня загрязнения атмосферного воздуха проявляется лишь в возрастном интервале 11 —14 лет (переменная-отклик у). Приведем ряд адекватных регрессионных моделей, характеризующих указанную зависимость. Полагаем x| — уровень концентрации N0^ мг/м3; x2 — уровень концентрации формальдегида, мг/м3, x3 — уровень концентрации пыли, мг/м3. Тогда
у = 1,0578 + 4,1350*! + 85,3244х2 + 0,5365х3; Я2 = 0,3618;
(с.о.) (0,2295) (1,9432) (10,7665) (0,2765) ^ = 28,9183
(157 наблюдений с января по декабрь);
у = 2,2958 + 7,6546 л^; Я2 = 0,0684; (с.о.) (0,2088) (2,2689) ^ = 11,3819
(157 наблюдений с января по декабрь);
у = 1,4047 + 94,8425 х2; Я2 = 0,3284; (с.о.) (0,1750) (9,9185) ^ = 91,4353
(189 наблюдений с января по декабрь);
у = 2,4891 + 0,9025 х3; Я2 = 0,0461; (с.о.) (0,1551) (0,3001) ^ = 9,0408
(189 наблюдений с января по декабрь).
Как легко заметить, на рассматриваемом временном промежутке влияние факторов N02 и «пыли», хотя и имеет место, весьма незначительно. Например, как следует из полученной модели зависимости у от x3, повышение уровня обращений детей с БА пылевой фактор объясняет лишь на
4,61 %. Указанный результат закономерно согласуется с данными [6] о крайне незначительном влиянии этого фактора на заболеваемость верхних дыхательных путей и легких у взрослых. В то же время для группы 11 —14 лет следует отметить существенную зависимость у от фактора x2 = 0,3284): при росте концентрации формальдегида на 0,1 мг/м3 при прочих равных условиях уровень заболеваемости бронхиальной астмой возрастает на 9,48 человека.
Рассматривая заболеваемость бронхиальной астмой в летний период, находим в смысле интерпретации более качественные модели. В частности, при 43 наблюдениях с 5 мая по 29 августа для заболеваемости в возрастном интервале 11 —14 лет (зависимая переменная у) получаем
у = 0,7644 +17,8978*! + 2480,1906*2; Я2 = 0,4519;
(с.о.) (0,3789) (5,3440) (553,0942) ^ = 16,4872;
у = 1,3631 + 19,1429 XI; Я2 = 0,1763;
(с.о.) (0,4293) (6,4618) ^ = 8,7762;
у = 1,1181 + 94,2187 х2; Я2 = 0,2767;
(с.о.) (0,3920) (23,7926) ^ = 15,6817.
В представленных моделях, как и ранее, xj — уровень концентрации N02, мг/м3; x2 — уровень концентрации формальдегида мг/м3.
Выводы
1. Выявлена достоверная корреляционная связь между содержанием в воздухе г. Великий Новгород формальдегида, диоксида азота и количеством обращений на следующий день к аллергологу детей с бронхиальной астмой и числом вызовов педиатра на дом к больным ОРВИ.
2. Среди детей, страдающих бронхиальной астмой, наиболее метеочувствительными оказались больные в возрасте 11 —14 лет. Среди заболевших ОРВИ — дети 1—3 лет.
3. Построенные математические модели, описывающие зависимость числа обращений от концентрации аэрополлютантов, подтверждают установленные связи и позволяют решать ряд проблем гигиенического характера, а также прогнозировать нагрузку на врачей детских поликлиник.
Список литературы
1. Борисов Б. М. Экологические подходы в оценке состояния подростков / Б. М. Борисов, В. И. Примаков, Т. А. Мартирова // Военно-медицинский журнал. — 1996.
— № 2. — С. 51—55.
2. Зайцева Н. В. Определение критических параметров загрязнения атмосферного воздуха по критерию обращаемости за медицинской помощью / Н. В. Зайцева, М. А. Землянова, Д. А. Кирьянов // Гигиена и санитария.
— 2002. — № 2. — С. 18—20.
3. Кобринский Б. А. Медико-экологический мониторинг как основа профилактики хронической патологии у детей / Б. А. Кобринский // Российский вестник перинатологии и педиатрии. — 1994. — № 5. — С. 2—5.
4. Лисицин Ю. П. Образ жизни и здоровье населения / Ю. П. Лисицин. — М., 1982. — 40 с.
5. Медик В. А. Статистика в медицине и биологии / В. А. Медик, М. С. Токмачев, Б. Б. Фишман. — М., 2001.
— Т. 2. — 352 с.
6. Токмачев М. С. Оценка математической зависимости «пылевой фактор — заболеваемость верхних дыхательных путей и легких рабочих» на производстве огнеупоров / М. С. Токмачев, Б. Б. Фишман // Медицина труда и промышленная экология. — 2003. — № 7. — С. 38—43.
ECOLOGICAL APPROACHES TO EVALUATION OF IMPACT OF ATMOSPHERIC AIR POLLUTION LEVEL ON CHILDREN WITH DISEASES OF RESPIRATORY SYSTEM
Т. I. Okonenko, М. S. Tokmachev, V. R. Veber
Novgorod State University named after Yaroslav Mudry, Veliky Novgorod
The reliable correlation connection has been determined between the content of formaldehyde, nitrogen dioxide in the air of the city Veliky Novgorod and the number of allergologists' consultations for children's bronchial asthma, the number of home calls of pediatricians to patients with acute respiratory viral infection (ARVI) the next day after pollution. Patients at the age 11 — 14 y.o. suffering from bronchial asthma responded to the level of air toxicants' content, among those who had ARVI, there were children at the age 1 —3 y.o. The built up mathematical models describing dependence of a number of consultations on concentration of air pollutants confirmed the determined connections and allowed to solve a number of hygienic problems.
Key words: air pollutants, correlation, mathematical model, children, bronchial asthma, acute respiratory viral infection, number of consultations.
