CC BY
82
УДК [613.12:574.2]:616.1
роль и экологических факторов в возникновении неотложных состояний сердечно-сосудистой системы: анализ временного ряда
© 2010 г. А. В. Мироновская, Т. Н. Унгуряну, *А. Б. Гудков
Управление Роспотребнадзора по Архангельской области,
*Северный государственный медицинский университет, г. Архангельск
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) — ведущая причина смерти во всех регионах Российской Федерации [17], в том числе и в Архангельской области [7]. В условиях сложившейся экологической ситуации все большее число исследователей осознают возможность негативных и даже необратимых влияний химических соединений, попадающих в атмосферный воздух в результате выбросов промышленных предприятий, на здоровье человека, тем более, если это сочетается с неблагоприятными климато-экологическими условиями Севера [2, 6]. Климатические особенности города Новодвинска определяются его географическим положением, близостью к Северному Ледовитому океану. Во все сезоны года характерна частая смена направлений движения воздушных масс, сопровождаемая сильными ветрами. Изменчивость погоды усиливается при прохождении циклонов и антициклонов. Особое значение приобретают низкие температуры в сочетании с высокой влажностью при высокой скорости ветра. Суммарный показатель биоклиматических условий — «биологическая эффективность климата» — для Новодвинска примерно на одну треть хуже, чем для Коряжмы [12]. В то же время для Новодвинска, где основу производства составляет целлюлознобумажная промышленность, характерен высокий уровень техногенного загрязнения атмосферного воздуха [14]. Накопленный опыт показал, что данные о неотложных состояниях среди населения промышленного города можно использовать в качестве высокоадекватного мониторинга здоровья, в котором прослеживается оперативная реакция на изменение содержания вредных примесей в атмосферном воздухе и метеорологических показателей [1]. При этом организация работы скорой медицинской помощи (СМП) в нашей стране имеет много недостатков и нерешенных задач [11]. На сегодняшний день отсутствует научная база мониторинга обращаемости за СМП, что существенно затрудняет принятие управленческих решений [4, 8].
Целью настоящей работы являлось проведение анализа временного ряда обращаемости за скорой медицинской помощью в связи с сердечнососудистыми заболеваниями в Новодвинске за 2003 — 2005 годы и подбор модели для прогнозирования обращаемости в зависимости от изменения погодных условий и загрязнения атмосферного воздуха.
Методы
Основу исследования составили карты вызовов СМП в городе Новодвинске за 2003—2005 годы и данные ГУ «Архангельский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями» по среднесуточным величинам метеорологических параметров: температуры атмосферного воздуха (0С), относительной влажности (%), скорости ветра (м/с), атмосферного давления (гПа)
Проведен анализ временного ряда обращаемости за скорой медицинской помощью (СМП) в связи с сердечно-сосудистыми заболеваниями (ССЗ) в условиях северного промышленного города. Для анализа использован метод авторегрессии - проинтегрированной скользящей средней - ARIMA (7,0,0). В ходе анализа временного ряда составлена модель, позволяющая прогнозировать изменение обращаемости за СМП в связи с ССЗ при комбинированном воздействии погодных факторов (температура воздуха, скорость ветра, относительная влажность) и загрязнения атмосферы среднесуточными концентрациями диоксида серы с учетом предыдущих уровней обращаемости.
Ключевые слова: метеофакторы, загрязнение атмосферного воздуха, обращаемость за скорой медицинской помощью, сердечнососудистые заболевания.
^
и среднесуточным и максимально-разовым концентрациям основных загрязняющих веществ (мг/м3): взвешенных веществ, диоксида серы, сероводорода, сероуглерода, оксида углерода, диоксида азота, формальдегида, метилмеркаптана.
Проведено ретроспективное экологическое описательное эпидемиологическое исследование. Анализ временного ряда обращаемости за СМП осуществлен с использованием метода авторегрессии — проинтегрированной скользящей средней — АЩМА (7,0,0). Эта модель авторегрессии с лагом 7 дней, сезонные компоненты не включены, так как их изменение учитывается при помощи изменения регрессоров погодных условий.
Анализ временного ряда был проведен по следующим этапам [16]:
1. Графическое представление и описание поведения временного ряда, построение и анализ автокорреляционной функции. Для анализа зависимости текущего уровня обращаемости от предыдущих уровней произведен расчет автокорреляционной функции. Автокорреляционная функция коэффициентов парной автокорреляции характеризует связь значений показателя, в данном случае вызовов СМП по поводу ССЗ, во временном ряду в зависимости от временного интервала (лага) между ними. Наряду с коэффициентами парной автокорреляции выполнен расчет коэффициентов частной автокорреляции для более точной оценки связи между парами значений показателя, разделенными соответствующими лагами, при исключении влияния на них промежуточных значений показателя в пределах лага.
2. Выделение и удаление закономерных составляющих временного ряда: тренда, сезонных, циклических составляющих.
3. Подбор, построение математической модели для прогнозирования обращаемости, представленной временным рядом.
4. Проверка адекватности модели, анализ остатков.
В связи с тем, что в воскресенье и праздничные дни в Новодвинске не проводились измерения концентраций загрязняющих веществ, пропуски были заполнены средней величиной за два предыдущих и последующих дня.
Статистическая обработка результатов проводилась с помощью пакета программ для статистической обработки данных SPSS 13.0.
Результаты
Временной ряд количества случаев ежедневной обращаемости за СМП по поводу ССЗ является нестационарным, с выраженной сезонной компонентой (рис. 1). Как представлено на графике обращаемости за СМП, за период 2003—2005 годов наблюдается незначительная тенденция к снижению обращаемости, что можно объяснить естественной убылью населения. Среднесуточное количество вызовов уменьшилось с 14,4 в 2003 году до 13,5 в 2005-м, при
этом численность населения сократилась в 2005 году по сравнению с 2003-м на 3 005 человек.
1 151 301 451 601 751 901 1051
--ССЗ ---Линейный (ССЗ)
Рис. 1. Суточное распределение абсолютного числа вызовов скорой медицинской помощи в связи с сердечно-сосудистыми заболеваниями в Новодвинске за 2003—2005 гг. и линия тренда
Как видно на графике, для вызовов СМП характерна выраженная сезонная компонента, которая связана со сменой времен года, то есть влиянием метеоусловий, при этом имеются пики обращаемости за скорой помощью по поводу ССЗ. Наблюдаемые пики вызовов совпадают с максимумом обращаемости в СМП по поводу болезней органов дыхания. Коэффициент корреляции (г ) между обращаемостью за СМП по поводу ССЗ и в связи с болезнями органов дыхания составляет 0,22 (р < 0,001). Данная зависимость объясняется тем, что во время эпидемий гриппа, острой респираторной вирусной инфекции возникают осложнения со стороны сердечно-сосудистой системы, что и приводит к увеличению обращаемости в службу скорой помощи.
Автокорреляционный анализ показал, что временной ряд обращаемости нестационарен, так как отсутствует быстрое затухание автокорреляционной функции с увеличением лага, что свойственно для стационарного временного ряда. Для наглядности построена коррелограмма с указанием 95 % доверительного интервала для значимых коэффициентов автокорреляции (рис. 2). На коррелограмме видно, что для обращаемости характерна значимая связь текущего уровня с предыдущим.
Анализ временного ряда начат с выделения тренда. Тренд описан методом однофакторного регрессионного анализа. В качестве независимой переменной выступают индексы времени Т = 1, 2...Т, а зависимой переменной является уровень обращаемости. По результатам проведенного регрессионного анализа можно построить модель тренда количества случаев вызовов СМП по поводу ССЗ:
ССЗт = 14,7 - 0,001 х Т + е, где ССЗт — ожидаемый уровень обращаемости за СМП по поводу ССЗ; Т — независимая переменная времени в днях; е — остатки.
В связи с тем, что за анализируемый трехлетний период обращаемость уменьшилась всего на 0,9 вызова за день, коэффициент регрессии — 0,001, то при построении модели для прогноза обращаемости за СМП в зависимости от погодных факторов и метеоусловий данная компонента не учтена.
□ коэффициент
----доверительный
----интервал
І І І І І І I
I 11 I 13 I 15 I
10 12 14 16
Номер лага
Рис. 2. Коррелограмма автокорреляционной функции суточного числа вызовов скорой медицинской помощи по поводу сердечнососудистых заболеваний
Для временного ряда числа вызовов СМП по поводу ССЗ характерна выраженная сезонная периодичность обращаемости, которая связана с периодическим изменением погодных условий. Таким образом, построена авторегрессионная модель, где в качестве независимых переменных использованы следующие погодные условия: температура атмосферного воздуха, относительная влажность, скорость ветра. Включенные в модель метеопоказатели имеют статистически значимые коэффициенты регрессии, полученные по результатам ранее проведенного множественного регрессионного анализа. Зависимая переменная — число вызовов СМП по поводу ССЗ. Полученная функция авторегрессии по погодным факторам объясняет периодические колебания обращаемости, как видно из рис. 3, таким образом, предположение о том, что периодическая компонента обусловлена погодными факторами, подтвердилось.
— ССЗ------Авторегрессионная функция ССЗ по погоде
Рис. 3. Обращаемость за скорой медицинской помощью по поводу сердечно-сосудистых заболеваний и функция авторегрессии обращаемости по поводу ССЗ по погоде
Следующим этапом исследования была оценка влияния загрязнения атмосферы на обращаемость за СМП и исключение данной компоненты из временного ряда. Вероятнее всего, непериодические подъемы обращаемости частично обусловлены загрязнением атмосферного воздуха основными загрязняющими веществами. На основе данного предположения построена авторегрессионная модель, где в качестве независимой переменной по результатам ранее про-
веденного множественного регрессионного анализа включены концентрации примеси с положительными, статистически значимыми коэффициентами регрессии, таким образом, независимая переменная — среднесуточные концентрации диоксида серы. Зависимая переменная — остатки обращаемости за СМП по поводу ССЗ после проведенной авторегрессионной функции по погоде. Полученная функция авторегрессии с учетом выбросов загрязняющих веществ в атмосферу частично объясняет некоторые непериодические колебания обращаемости.
Автокорреляционный анализ остатков модели с включением погодных условий и загрязнения атмосферы показал, что осталась зависимость, хотя и слабая, от второго, шестого и седьмого дней. Таким образом, для того, чтобы избежать автокорреляционной зависимости, привести ряд остатков к стационарному, необходимо извлечь периодическую компоненту, связанную с внутринедельной зависимостью обращаемости. В ходе проведенного анализа выбрана наиболее простая и оптимальная модель для прогнозирования обращаемости за СМП по поводу ССЗ — АЩМА (7,0,0). Результаты проведенного анализа представлены в таблице.
Показатели прогностической авторегрессионной модели обращаемости за скорой медицинской помощью по поводу сердечно-сосудистых заболеваний
Переменная Коэф- фициент регрес- сии Стандартная ошибка коэффициента регрессии Кри- терий Стью- дента Значи- мость критерия Стьюдента
Обращаемость с лагом один день 0,059 0,030 1,955 0,051
Обращаемость с лагом два дня 0,078 0,030 2,609 0,009
Обращаемость с лагом три дня 0,029 0,030 0,954 0,340
Обращаемость с лагом четыре дня 0,026 0,030 0,850 0,396
Обращаемость с лагом пять дней 0,027 0,030 0,875 0,382
Обращаемость с лагом шесть дней 0,096 0,030 3,174 0,002
Обращаемость с лагом семь дней 0,094 0,030 3,114 0,002
Температура -0,110 0,017 -6,544 0,000
Скорость ветра 0,329 0,110 3,000 0,003
Относительная влажность 0,039 0,013 2,897 0,004
Диоксид серы 81,827 39,903 2,051 0,041
Построена модель, удовлетворяющая всем теоретическим условиям применимости авторегрессионного метода:
С С ЗТ = 1 0,3 + 2С СЗТ. х г. — t х 0,1
Т ’ = Т-1 1 ’
+ W х 0,3 + Н = 0,04 + SO2cc х 81,8,
где ССЗТ — ожидаемое число вызовов СМП по поводу ССЗ; ССЗТ. — число вызовов СМП по поводу ССЗ 1 — дней назад, где 1 = 1, 2...7; г. — коэффициент регрессии с лагом от 1 до 7 дней; t — температура воздуха; W — скорость ветра; Н — относительная влажность; SO2cc — среднесуточная концентрация диоксида серы.
При автокорреляционном анализе модели установлено, что зависимость текущего уровня остатков обращаемости за СМП от предыдущего отсутствует, временной ряд остатков фактически является белым гауссовским шумом, коэффициенты автокорреляции значимо не отличаются от нуля. Поэтому дальнейшее извлечение информации невозможно. Для оценки применимости модели проведен тест Колмогорова
— Смирнова. Остатки обращаемости подчиняются закону нормального распределения (р = 0,149; Z = 1,139).
Обсуждение результатов
В ходе анализа временного ряда обращаемости за СМП в связи с ССЗ установлено, что для данного временного ряда характерно систематическое изменение обращаемости (тренд), в данном случае — это снижение обращаемости с течением времени; периодические компоненты, связанные с сезонными изменениями, и недельной зависимости текущего уровня обращаемости от предыдущих уровней; а также компонента, обусловленная влиянием, изменения концентраций загрязняющих веществ. Повышение коэффициента корреляции с лагом 6 и 7 дней объясняется организационными причинами. В связи с уменьшением объема работы амбулаторно-поликлинических учреждений в выходные дни часть их функций осуществляется станциями скорой помощи [ 1 ].
Для создания модели, пригодной для прогнозирования обращаемости за СМП, были извлечены все вышеперечисленные компоненты для приведения временного ряда обращаемости к стационарному.
Как видно из результатов исследования, основное влияние на обращаемость за СМП в связи с ССЗ оказывают погодные условия. Сердечно-сосудистая система является одним из важнейших факторов, лимитирующих адаптацию, в том числе и к неблагоприятным климатоэкологическим условиям Севера. В условиях Севера организм вынужден в первую очередь адаптироваться к холоду, что приводит к росту экзотермических реакций обмена веществ, в результате чего происходит повышенная мобилизация жиров и углеводов. Этим объясняется существенное повышение энерготрат работающих в условиях Севера, что приводит к дополнительной нагрузке на аппарат кровообращения [5]. Низкие температуры воздуха повышают первичную заболеваемость населения, обусловливают развитие заболеваний сердца [13].
В исследовании Л. Kysely е^ а1. [18] была выявлена связь между увеличением смертности от сердечнососудистых заболеваний и зимними холодами в Чешской Республике. С. А. Даряниной с соавт. [3] установлен рост ССЗ, числа вызовов СМП в связи с изменением среднесуточной температуры и относительной влажности.
Отмечая негативную роль изменения метеофакторов в условиях Севера при формировании дискомфортных условий существования, необходимо отметить, что в последние годы также усилилось внимание к экологическим факторам. Увеличение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере способствует повышению заболеваемости и смертности от сердечно-сосудистых болезней. G. Rudez е^ а1. [19] установлено, что комплексное воздействие аэрополлютантов приводит к увеличению агрегации тромбоцитов, свертываемости крови, что способствует развитию ишемической болезни сердца.
Диоксид серы — это главный компонент индустриального смога, который может вызвать ирритативный эффект, бронхоконстрикцию, а также выделение из С-волокон нейропептидов и развитие нейрогенного воспаления [10]. Л. В. Талыковой [15] выявлено, что в условиях Крайнего Севера увеличение содержания диоксида серы в атмосферном воздухе при среднемесячных концентрациях уже в пределах 0,11—0,20 мг/м3 приводит к достоверному увеличению показателей смертности в 1,3 раза. Анализ среднесуточной смертности населения от тех же причин продемонстрировал ее рост в зависимости от увеличения концентрации диоксида серы, причем этот рост отмечен, когда содержание диоксида серы ниже значений, рекомендованных в качестве его предельно допустимых концентраций в атмосферном воздухе [15]. В результате проведенных исследований Е. И. Почекаевой [9] установлено, что при концентрациях диоксида серы ниже 40 мкг/м3 наблюдаются изменения уровня смертности в результате сердечнососудистых и респираторных заболеваний.
Таким образом, сложившаяся климатоэкологическая ситуация в промышленных городах предопределяет необходимость системного изучения эпидемиологических явлений, в том числе развития неотложных состояний, и обусловливающих их факторов окружающей среды. В ходе проведенного исследования построена модель, удовлетворяющая всем теоретическим условиям применимости авторегрессионного метода, которую можно использовать для прогноза обращаемости за СМП по поводу ССЗ в зависимости от влияния комбинированного воздействия погодных факторов (температура воздуха, скорость ветра, относительная влажность) и загрязнения атмосферы среднесуточными концентрациями диоксида серы с учетом предыдущих уровней обращаемости.
Список литературы
1. Агаев Ф. Б. Использование показателей обращаемости за скорой медицинской помощью в качестве ранних
признаков экологического неблагополучия / Ф. Б. Агаев, М. Т. Мейбалиев // Гигиена и санитария. — 2004. — № 2. — С. 75.
2. Гудков А. Б. Внешнее дыхание человека на Европейском Севере / А. Б. Гудков, О. Н. Попова. — Архангельск : Изд-во СГМУ, 2009. — 238 с.
3. Дарянина С. А. Влияние метео-геофизических факторов на обращаемость по скорой помощи / С. А. Дарянина, Т. В. Волкова, Т. А. Вышинская // Адаптация к экстремальным геофизическим факторам и профилактика метеотроп-ных реакций. — Новосибирск, 1989. — С. 44—47.
4. Калининская А. А. Механизмы повышения эффективности деятельности служб скорой и неотложной медицинской помощи / А. А. Калининская, А. К. Дзугаев // Здравоохранение в Российской Федерации. — 2009. — № 45. — С. 10—14.
5. Коробицын А. А. Ишемическая болезнь сердца и ее факторы риска у работающего населения Европейского Севера / А. А. Коробицын, Т. Н. Иванова — Архангельск : Изд-во АГМИ, 1996. — 134 с.
6. Лазарева Н. К. Медико-экологические особенности распределения заболеваемости болезнями органов дыхания в крупных промышленных городах Архангельской области : автореф. дис. ... канд. мед. наук / Лазарева Надежда Клавдиевна. — Архангельск, 2002. — С. 3—16.
7. Основные показатели состояния здравоохранения г. Архангельска за 2008 год. — Архангельск, 2009. — 137 с.
8. Паюсов Ю. А. Несчастные случаи у населения крупного промышленного центра Заполярья : дис. ... канд. мед. наук / Паюсов Юрий Андреевич. — Архангельск : СГМУ, 2004. — 19 с.
9. Почекаева Е. И. Оценка риска для здоровья населения от загрязнения атмосферного воздуха диоксидом серы / Е. И. Почекаева // Здравоохранение в Российской Федерации. — 2006. — № 1. — С. 53.
10. Ревелль П. Среда нашего обитания / П. Ревелль,
Ч. Ревелль. — М. : Мир, 1995. — Кн. 2. — С. 191—217.
11. Салеев В. Б. Особенности организации экстренной и неотложной медицинской помощи больным пожилого возраста / В. Б. Салеев, А. Л. Азин // Здравоохранение в Российской Федерации. — 2002. — № 1. — С. 23—25.
12. Санников А. Л. Характеристика основных климатоэкологических и социальных параметров жизнедеятельности в условиях Европейского Севера России (по материалам Архангельской области) / А. Л. Санников, Р. В. Банникова ; под ред. А. М. Вязьмина. — Архангельск : Изд-во АГМА, 2000. — 34 с.
13. Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области в 2008 году : сборник. — Архангельск : Комитет по экологии Архангельской области, 2009. — 302 с
14. Социально-гигиенический мониторинг в Архангельской области: достижения и перспективы / Р. В. Бузинов, Т. Н. Зайцева, Н. К. Лазарева, А. Б. Гудков ; под ред. А. Б. Гудкова. — Архангельск : Изд-во СГМУ, 2005. — 258 с.
15. Талыкова Л. В. Гигиеническая характеристика вредных факторов окружающей и производственной среды и профилактика преждевременной смертности населения, проживающего в индустриализованных районах Крайнего Севера : автореф. дис. ... канд. мед. наук / Талыкова Людмила Васильевна. — СПб., 1997. — 19 с.
16. Тюрин Ю. Н. Анализ данных на компьютере / Ю. Н. Тюрин, А. А. Макаров ; под ред. В. Э. Фигурнова.
- М. : ИНФРА-М, 2003. - 544 с.
17. Чеченин Г. И. Потери жизненного и трудового потенциала по причине болезней системы кровообращения взрослого населения / Г. И. Чеченин, Н. М. Жилина, Д. И. Сахарова и др. // Здравоохранение в Российской Федерации. - 2009. - № 1. - С. 35-40.
18. Excess cardiovascular mortality associated with cold spells in the Czech Republic / J. Kysely, L. Pokorna, J. Kyncl, B. Kriz // BMC Public Health 2009. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.biomedcentral.com/ content/pdf/1471-2458-9-19.pdf.
19. Rudez G. Effects of ambient air pollution on hemostasis and inflammation / G. Rudez, N. A. Janssen, Е. Kilinc et. а1 // Environmental health perspectives. - 2009. -Vol. 117(6). - Р. 995-1001.
ROLE OF NATURAL-CLIMATIC AND ECOLOGICAL FACTORS IN APPEARANCE OF EMERGENCY STATES OF CARDIOVASCULAR SYSTEM:
TIME SERIES ANALYSIS
А. V. Mironovskaya, T. N. Unguryanu, *А. B. Gudkov
Rospotrebnadzor Board in Arkhangelsk region,
*Northern State Medical University, Arkhangelsk
An analysis of the time series of appealability for emergency medical assistance (EMA) in connection with cardiovascular diseases (CVD) in conditions of the northern industrial town has been done. For the analysis, the regression method ARIMA (7,0,0; 0,0,0) was used. A model has been created that allowed to prognosticate changes in appealability for EMA in connection with CVD under combined influence of weather factors (air temperature, wind velocity, relative humidity) and air pollution with mean daily concentrations of sulphur dioxide taking into account previous levels of appealability.
Key words: meteorologic factors, air pollution, appealability for emergency medical assistance, cardiovascular diseases.
Контактная информация:
Мироновская Анастасия Владимировна - ведущий специалист-эксперт отдела санитарного надзора Управления Роспотребнадзора по Архангельской области
Адрес: 163000, г. Архангельск, ул. Гайдара, д. 24
Тел. (8182) 65-27-93
E-mail: [email protected]
Статья поступила 02.07.2010 г.
