The assessment of the correlation between the anthropogenic load index and the incidence of respiratory diseases in the Nizhny Novgorod Region

Full Text

Введение

Проблема ухудшения экологической обстановки сказывается не только на состоянии окружающей среды, но и на здоровье населения. Наиболее острыми экологическими проблемами Нижегородской области являются загрязнение атмосферы и утилизация твердых бытовых отходов, которые усугубляются низким уровнем озеленения. Стоит отметить, что в целом экологическая обстановка в области является довольно напряженной. Все это оказывает существенное влияние на условия жизни населения и приводит к росту заболеваемости и смертности. Загрязнение окружающей среды вносит ощутимый вклад в состояние здоровья человека, а также патогенез ряда болезней, в частности болезней органов дыхания (БОД) [1]. Дыхательная система является одной из наиболее уязвимых к действию загрязнителей, которые могут как провоцировать возникновение заболеваний, так и отягчать их течение.

Заболеваемость БОД по Нижегородской области на протяжении многих лет превосходит показатели по России на 12–20% как по первичной заболеваемости, так и по распространенности заболеваний [2, с. 22]. Кроме этого, заболеваемость взрослого населения БОД в Нижегородской области за последние 5 лет выросла в 1,2 раза [3, с. 84].

Среди БОД на территории Нижегородской области стоит выделить бронхиальную астму, хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), бронхит, пневмонию. Заболеваемость взрослого населения Нижегородской области астмой и астматическим статусом за последнее время выросла практически в 2 раза, а с 2015 года превышала среднероссийский уровень в 1,4–1,7 раза [3, с. 84–85]. Частота встречаемости хронических болезней органов дыхания, приводящих к развитию ХОБЛ, на территории области в последние годы также увеличивалась [4, с. 105]. Заболеваемость взрослого населения Нижегородской области бронхитом и пневмонией в последние годы остается на высоком уровне [3, с. 85, 122].

Безусловно, одним из основных факторов риска для развития БОД является загрязнение окружающей среды, в том числе воздуха. Загрязнение воздуха приводит к поражению всех отделов дыхательной системы, повышает риск ухудшения дыхательной функции с возрастом в результате долгосрочного действия этого фактора на организм взрослого человека [5, с. 61; 6, p. 422].

Загрязнение воздуха может привести к развитию астмы, а также негативно сказаться на ее течении у больных лиц: оно является значительным фактором риска как для патогенеза заболевания, так и для появления симптомов астмы [7, p. 12]. Загрязнение воздуха взвешенными частицами, оксидами азота и серы и другими веществами способствует формированию воспалительных процессов дыхательных путей у восприимчивых лиц, вызывая повышенную проницаемость слизистой оболочки, тем самым облегчая проникновение и доступ вдыхаемых аллергенов [8, p. 3]. Повреждение дыхательных путей и развитие воспалений связано в том числе с тем, что загрязняющие вещества стимулируют производство активных форм кислорода и окислительный стресс [9, p. 2]. Пациенты с астмой подвержены большому риску развития осложнений вследствие воздействия газообразных и твердых частиц загрязненного воздуха. Исследования подтверждают взаимосвязь между высокими концентрациями загрязняющих веществ и более высокой заболеваемостью и распространенностью астмы, более частыми госпитализациями по поводу данного заболевания, а также ухудшением симптомов [10, p. 2].

Длительное воздействие загрязненного воздуха повышает распространенность и заболеваемость ХОБЛ. Исследования говорят о долгосрочном эффекте, оказываемом загрязнением воздуха на дыхательную функцию, что в свою очередь может привести к развитию ХОБЛ, а также связывают загрязнение атмосферного воздуха с повышенным риском обострений [11, p. 373].

Загрязнение окружающей среды является одним из факторов риска хронического бронхита. Исследования показывают, что действие высоких концентраций загрязняющих веществ в воздухе связано с патогенезом как самого бронхита, так и с развитием ряда симптомов хронических заболеваний нижних дыхательных путей (в том числе бронхита, а также астмы, ХОБЛ, пневмонии) – хронические кашель и мокрота [12, p. 6]. Результаты исследований подтверждают, что повышенные концентрации ряда загрязняющих веществ в окружающем воздухе вызывают увеличение числа госпитализаций и ежедневных посещений амбулаторий пациентами по поводу обострений бронхита [13, p. 7; 14, p. 5; 15, p. 318; 16, с. 7].

Загрязнение воздуха увеличивает риск развития пневмонии. Исследования сообщают о наличии связи между загрязнением атмосферного воздуха и заболеваемостью и общей смертностью респираторными инфекциями, в том числе пневмонией, а также увеличением числа случаев госпитализации пациентов по поводу инфекций дыхательных путей [17, p. 3; 18, p. 5]. Приводятся данные о положительной корреляции между сроками госпитализации при пневмонии и концентрациями в воздухе таких загрязняющих веществ как взвешенных частиц, оксидов азота и углерода [19, p. 3]. Один из механизмов, приводящих к развитию или осложнению течения пневмонии, который возникает из-за загрязнения воздуха, – иммуносупрессия. Появляется все больше доказательств того, что загрязнение воздуха отрицательно влияет на защитные механизмы легких. Считается, что загрязнители воздуха могут вовлекаться в протекание иммунных реакций и приводить к нарушению регуляции иммунитета [20, p. 2]. Еще один возможный механизм связан с развитием окислительного стресса, который могут индуцировать загрязняющие воздух частицы. Гиперпродукция свободных радикалов, в том числе активных форм кислорода, приводит к нарушению механизмов клеточной защиты и иммунной регуляции [17, p. 12].

Данные, подтверждающие наличие различных механизмов, посредством которых загрязнители влияют на состояние дыхательной системы, подтолкнули нас к оценке взаимосвязи между состоянием окружающей среды и заболеваемостью БОД. Для количественного выражения экологической обстановки был выбран индекс антропогенный нагрузки J_ан.

Данный показатель был разработан Д.Б. Гелашвили и соавторами для свертывания информации о социо-эколого-экономических условиях районов Нижегородской области, в том числе степени загрязнения окружающий среды [21]. Данный индекс является комплексным, учитывает основные эколого-экономические показатели и позволяет таким образом оценивать динамику экологической ситуации на территории. На основании величины индекса антропогенной нагрузки в ряде работ [21, с. 103; 22, с. 160] было осуществлено экологическое зонирование Нижегородской области – разделение районов на 4 кластера, характеризующихся удовлетворительной (кластер A), слабой (кластер B), умеренной (кластер C) и сильной (кластер D) антропогенной нагрузкой соответственно.

В ходе работы была поставлена цель по выявлению связи между загрязнением окружающей среды и количеством заболевших БОД в кластерах районов Нижегородской области, ранжированных по величине индекса антропогенной нагрузки.

Материалы и методика исследований

Для анализа использовалось представленное в работе А.А. Брагазина и соавторов [22, с. 160] разделение районов Нижегородской области на кластеры в соответствии со значением комплексного параметра индекса антропогенной нагрузки, рассчитанного для районов области, поэтому при дальнейших расчетах учитывались данные о количестве людей с зарегистрированными БОД и численности населения соответствующих административных единиц. Информация по общей заболеваемости БОД за период 2017–2019 гг. предоставлена согласно годовым отчетам Федотова Василия Дмитриевича, главного внештатного пульмонолога Минздрава Нижегородской области [23]. Данные численности населения районов области в 2017–2019 гг. взяты из официальной статистики, которую публикует Нижегородстат [24].

На основании описанной информации составлены таблицы сопряженности признаков. С их помощью было представлено распределение жителей Нижегородской области с БОД (отдельно по каждому виду заболевания) по кластерам, характеризующимся разной антропогенной нагрузкой в разные годы наблюдения – 2017 г., 2018 г., 2019 г. (табл. 1). В столбце «есть БОД» отражено количество заболевших определенной БОД в соответствующий год в каждом из кластеров. В столбце «нет БОД» представлена разница между общей численностью населения в кластере и количеством заболевших.

 

Таблица 1 – Общая заболеваемость БОД в период 2017–2019 гг. в кластерах районов Нижегородской области

Кластеры по уровню Jан	Численность населения
	бронх. астма		бронхит		ХОБЛ		пневмония
	2017 г.
	есть БОД	нет БОД	есть БОД	нет БОД	есть БОД	нет БОД	есть БОД	нет БОД
А	2906	268176	5182	265900	1851	269231	981	270101
В	4790	590282	7832	587240	4529	590543	1573	593499
С	2984	275975	4436	274523	2396	276563	1280	277679
D	3975	373603	5225	372353	3705	373873	1593	375985
	2018 г.
А	2965	265506	5118	263353	2218	266253	1138	267333
В	4896	585638	9764	580770	4733	585801	1638	588896
С	3169	272835	3953	272051	2524	273480	1261	274743
D	4007	373006	5046	373967	3854	375159	1704	377309
	2019 г.
А	3231	261907	4772	260366	2322	262816	1137	264001
В	5566	578480	9880	574166	4584	579462	1664	582382
С	3294	269331	3406	269219	3088	269537	1978	270647
D	3974	375365	4804	374535	3045	376294	934	378405

 

Для статистической обработки данных использовались приложение Microsoft Excel и статистический пакет Stadia.

С помощью критерия Пирсона (χ²) проверялась нулевая гипотеза Н₀: нет связи между уровнем заболеваемости БОД и местом проживания (кластером). Вычислялось значение контрольной статистики критерия χ²_факт и соответствующая вероятность нулевой гипотезы. Все частотные таблицы имеют размерность (4 × 2), это значит, что число степеней свободы у таблиц равняется k = 3. Это, в свою очередь, позволяет установить, что при уровне значимости α=0,001 граница между областями нулевой (Н₀) и альтернативной (Н₁) гипотез проходит через точку χ²_крит = 16,27.

Результаты исследований и их обсуждение

Расчетные значения χ²_факт для всех рассматриваемых случаев значительно превосходят значение 16,27 (табл. 2). Это говорит о том, что мы находимся глубоко в области альтернативной гипотезы Н₁: есть связь между признаками, т.е. с высокой степенью надежности можно утверждать, что есть связь между заболеваемостью БОД и уровнем антропогенной нагрузки. Критерий χ² рассчитывает также коэффициент сопряженности Пирсона – аналог обычного коэффициента корреляции (табл. 2). Значения коэффициента сопряженности Пирсона говорят о прямой связи между признаками и высокой степени его статистической значимости.

 

Таблица 2 – Оценка наличия и тесноты связи между индексом антропогенной нагрузки и заболеваемостью БОД

Год наблюдения	Заболевание	Значение критерия χ²	Связь	Коэффициент сопряженности Пирсона	Характеристика корреляции	Статистическая значимость коэффициента корреляции
2017 г.	Бронх. астма	255,0	есть	0,013	прямая	p << 0,001
	Бронхит	499,2	есть	0,018	прямая	p << 0,001
	ХОБЛ	214,1	есть	0,012	прямая	p << 0,001
	Пневмония	270,3	есть	0,013	прямая	p << 0,001
2018 г.	Бронх. астма	281,1	есть	0,014	прямая	p << 0,001
	Бронхит	394,4	есть	0,016	прямая	p << 0,001
	ХОБЛ	135,7	есть	0,009	прямая	p << 0,001
	Пневмония	270,1	есть	0,013	прямая	p << 0,001
2019 г.	Бронх. астма	181,8	есть	0,011	прямая	p << 0,001
	Бронхит	548,9	есть	0,019	прямая	p << 0,001
	ХОБЛ	287,7	есть	0,014	прямая	p << 0,001
	Пневмония	1194,0	есть	0,028	прямая	p << 0,001

 

В таблицах 1 и 2 диагнозы указаны согласно международной классификации болезней X пересмотра (ВОЗ, 1989 г.): бронхиальная астма коды – J45, J46, бронхит – J40-J43, ХОБЛ – J44, пневмония – J12-J16, J18.

Полученные данные соответствуют научной литературе по соответствующей тематике. В частности, для ХОБЛ одним из факторов риска, помимо курения, является вдыхание аэрополлютантов [25]. Популяционные исследования по ХОБЛ, такие, например, как GARD [26, p. 966], показали, что реальная распространенность ХОБЛ в России составляет до 15% от численности взрослого населения. В Нижегородской области численность больных ХОБЛ составляет 0,7% от взрослого населения региона. Это связано с проблемой диагностики, в частности недостаточной нацеленностью врачей первичного звена на выявление этой патологии.

Также необходимо отметить сложности в плане учета пациентов с БОД, поскольку в статистику попадает только заболевание, по поводу которого обратился больной: например, при сочетании астмы и ХОБЛ будет взят только код ведущего заболевания. При этом учитываются пациенты, которым диагноз установлен как впервые, так и при повторном (многократном) обращении по поводу данной болезни, таким образом, общая заболеваемость (число зарегистрированных заболеваний) не тождественна численности пациентов, страдающих этим заболеванием на данной территории, поскольку один пациент мог многократно обращаться в течение года по поводу различных заболеваний. Создание регистров болезней, содержащих пофамильный список больных с указанием всех имеющихся заболеваний, был бы в какой-то мере решением проблемы учета, но в настоящее время цифровизация медицинских карт в Нижегородской области находится на начальном этапе.

Что касается бронхиальной астмы (БА), то по этой нозологии также была получена положительная коррелятивная связь между индексом антропогенной нагрузки и заболеваемостью. Рост заболеваемости БА можно объяснить как раз факторами антропогенного воздействия, аэрополлютантами, высоким уровнем заболеваемости ОРВИ, что приводит к нарушениям в работе иммунной системы и развитию хронического воспаления в дыхательных путях.

Относительно пневмонии можно сказать, что факторами риска данного заболевания является ХОБЛ, другая соматическая патология, в т.ч. сахарный диабет 2 типа, кардиоваскулярные заболевания [27, p. 3], а также низкий охват вакцинацией против пневмококка. В этой связи важно отметить роль антропогенного воздействия как неблагоприятного фактора риска формирования хронических заболеваний органов дыхания и, как следствие, развития пневмонии.

Выводы

Итак, в нашем исследовании получены ожидаемые результаты, а именно определены корреляционные связи между индексом антропогенной нагрузки и заболеваемостью болезнями органов дыхания. Полученные в этой работе данные обусловливают необходимость пересмотра подходов к профилактике хронических болезней органов дыхания на территории региона и разработки комплексного плана с участием мультидисциплинарной группы экспертов и привлечением к этой проблеме внимания общественности и органов власти.

About the authors

Ilya Nikolaevich Kalashnikov

Privolzhsky Research Medical University

Author for correspondence.
Email: ilia17ne@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology Department

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Snezhana Dmitrievna Sinyushkina

Privolzhsky Research Medical University

Email: ss.snowflake@yandex.ru

student of General Medicine Faculty

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Evgeniya Dmitrievna Pyatova

Privolzhsky Research Medical University

Email: edpyatova@mail.ru

professor of Medical Physics and Computer Science Department

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Vasiliy Dmitrievich Fedotov

Privolzhsky Research Medical University; Ministry of Health of the Nizhny Novgorod Region

Email: basil11@yandex.ru

candidate of medical sciences, associate professor of V.G. Vogralik Hospital Therapy and General Medical Practice Department

Russian Federation, Nizhny Novgorod; Nizhny Novgorod

Natalya Ivanovna Zaznobina

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: nzaznobina@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Ecology Department

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

Supplementary files