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

Cover Page

Abstract


Recently, in the Nizhny Novgorod Region, the number of people with respiratory diseases has increased. This is due to the escalating anthropogenic load and the degradation of the environmental situation. There are a lot of different mechanisms by which air pollutants affect the state of the respiratory system, provoke the development of diseases or their exacerbation, induce disturbances of respiratory function, contribute to the pathogenesis of the disease, aggravate its course and worsen the symptoms. The aim of the work was to identify the correlation between the anthropogenic load index and the incidence of respiratory diseases in the districts of the Nizhny Novgorod Region. Using data about environmental zonation and information about the number of cases of diseases, a statistical analysis was carried out using the Pearson’s criterion. We have determined that there is a correlation between the number of people with respiratory diseases and the place of residence (cluster according to the anthropogenic load index). The obtained parameters of the Pearson’s criterion allowed us to conclude that there is a direct correlation between the features and a high degree of its statistical significance. The results confirm the role of anthropogenic impact as an unfavorable risk factor for the formation of respiratory diseases. This makes it necessary to review approaches to the prevention of respiratory diseases.


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 Jан.

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 χ²факт 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 χ²крит = 16,27.

Результаты исследований и их обсуждение

Расчетные значения χ²факт 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

Russian Federation, Nizhny Novgorod

candidate of biological sciences, associate professor of Biology Department

Snezhana Dmitrievna Sinyushkina

Privolzhsky Research Medical University

Email: ss.snowflake@yandex.ru

Russian Federation, Nizhny Novgorod

student of General Medicine Faculty

Evgeniya Dmitrievna Pyatova

Privolzhsky Research Medical University

Email: edpyatova@mail.ru

Russian Federation, Nizhny Novgorod

professor of Medical Physics and Computer Science Department

Vasiliy Dmitrievich Fedotov

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

Email: basil11@yandex.ru

Russian Federation, Nizhny Novgorod; Nizhny Novgorod

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

Natalya Ivanovna Zaznobina

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: nzaznobina@mail.ru

Russian Federation, Nizhny Novgorod

candidate of biological sciences, associate professor of Ecology Department

References

  1. Rayroux C., Gasche-Soccal P., Janssens J.P. Air pollution and its impact on the respiratory system // Revue Medicale Suisse. 2020. Vol. 16, № 715. P. 2211–2216.
  2. Камаев И.А., Леванов В.М., Перевезенцев Е.А. Заболеваемость населения Нижегородской области болезнями органов дыхания // Медицинский альманах. 2017. № 2 (47). С. 18–22.
  3. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Нижегородской области в 2019 году: государственный доклад [Электронный ресурс] // http://52.rospotrebnadzor.ru/sites/default/files/52_gosdoklad_2019.doc.
  4. Семисынов С.О., Позднякова М.А., Шейыхова С.Ш. Проблема распространенности хронических неинфекционных заболеваний органов дыхания среди взрослого населения Нижегородской области // Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения: мат-лы всерос. науч.-практ. интернет-конф. молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора с междунар. уч. 7–11 октября 2019 г., г. Пермь, Российская Федерация / под ред. проф. А.Ю. Поповой, акад. РАН Н.В. Зайцевой. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политех. ун-та, 2019. С. 103–107.
  5. Зазнобина Н.И., Большакова А.Д., Калашников И.Н. Риск здоровью населения крупных городов, обусловленный выбросами от автомобильного транспорта // Экология урбанизированных территорий. 2020. № 3. С. 61–65.
  6. Schraufnagel D.E., Balmes J.R., Cowl C.T. et al. Air pollution and noncommunicable diseases: a review by the forum of international respiratory societies' environmental committee. Part 2: Air pollution and organ systems // Chest. 2019. Vol. 155, № 2. P. 417–426.
  7. Toskala E., Kennedy D.W. Asthma risk factors // International Forum of Allergy & Rhinology. 2015. Vol. 5, № S1. P. 11–16.
  8. Patella V., Florio G., Magliacane D. Urban air pollution and climate change: «The Decalogue: Allergy Safe Tree» for allergic and respiratory diseases care // Clinical and Molecular Allergy. 2018. Vol. 16, № 20. P. 1–11.
  9. Sachdeva K., Do D.C., Zhang Y. et al. Environmental exposures and asthma development: autophagy, mitophagy, and cellular senescence // Frontiers in Immunology. 2019. Vol. 10. P. 1–16.
  10. Orellano P., Quaranta N., Reynoso J., Balbi B., Vasquez J. Effect of outdoor air pollution on asthma exacerbations in children and adults: systematic review and multilevel meta-analysis // PloS One. 2017. Vol. 12, № 3. P. 1–15.
  11. Hansel N.N., McCormack M.C., Kim V. The effects of air pollution and temperature on COPD // COPD. 2016. Vol. 13, № 3. P. 372–379.
  12. Hooper L.G., Young M.T., Keller J.P. et al. Ambient air pollution and chronic bronchitis in a cohort of U.S. women // Environmental Health Perspectives. 2018. Vol. 126, № 2. P. 1–9.
  13. Kowalska M., Skrzypek M., Kowalski M., Cyrys J. Effect of NOₓ and NO₂ concentration increase in ambient air to daily bronchitis and asthma exacerbation, Silesian Voivodeship in Poland // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. Vol. 17, № 3. P. 1–9.
  14. Kowalska M., Skrzypek M., Kowalski M. et al. The relationship between daily concentration of fine particulate matter in ambient air and exacerbation of respiratory diseases in Silesian Agglomeration, Poland // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2019. Vol. 16, № 7. P. 1–10.
  15. Nascimento L.F., Vieira L.C., Mantovani K.C., Moreira D.S. Air pollution and respiratory diseases: ecological time series // Sao Paulo Medical Journal. 2016. Vol. 134, № 4. P. 315–321.
  16. Xiao Q., Liu Y., Mulholland J.A. et al. Pediatric emergency department visits and ambient air pollution in the U.S. State of Georgia: a case-crossover study // Environmental Health. 2016. Vol. 15, № 1. P. 1–8.
  17. Tian Y., Liu H., Wu Y. et al. Ambient particulate matter pollution and adult hospital admissions for pneumonia in urban China: a national time series analysis for 2014 through 2017 // PLoS Med. 2019. Vol. 16, № 12. P. 1–18.
  18. Li D., Wang J.B., Zhang Z.Y. et al. Effects of air pollution on hospital visits for pneumonia in children: a two-year analysis from China // Environmental Science and Pollution Research International. 2018. Vol. 25, № 10. P. 10049–10057.
  19. Tasci S.S., Kavalci C., Kayipmaz A.E. Relationship of Meteorological and Air Pollution Parameters with Pneumonia in Elderly Patients // Emergency Medicine International. 2018. Vol. 2018. P. 1–9.
  20. Bai K.J., Chuang K.J., Chen J.K. et al. Alterations by Air Pollution in Inflammation and Metals in Pleural Effusion of Pneumonia Patients // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2019. Vol. 16, № 5. P. 1–10.
  21. Гелашвили Д.Б., Басуров В.А., Розенберг Г.С. и др. Экологическое зонирование территорий с учетом роли сохранившихся естественных экосистем (на примере Нижегородской области) // Поволжский экологический журнал. 2003. № 2. С. 99–108.
  22. Брагазин А.А., Маркелов И.Н., Нижегородцев А.А., Басуров В.А. Экологическое зонирование Нижегородской области // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2014. № 1 (1). С. 157–161.
  23. Основные показатели здоровья населения и деятельности государственных медицинских организаций Нижегородской области за 2019 год: сб. / ред. И.С. Гончаров, Л.Е. Варенова. Нижний Новгород; Саратов: Амирит, 2020. 214 с.
  24. Население [Электронный ресурс] // Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Нижегородской области. – https://nizhstat.gks.ru/folder/33271.
  25. Global initiative for chronic obstructive lung disease [Internet] // https://goldcopd.org/wp-content/uploads/2020/11/GOLD-REPORT-2021-v1.1-25Nov20_WMV.pdf.
  26. Chuchalin A.G., Khaltaev N., Antonov N.S. et al. Chronic respiratory diseases and risk factors in 12 regions of the Russian Federation // International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. 2014. Vol. 9. P. 963–974.
  27. Shea K.M., Edelsberg J., Weycker D. et al. Rates of pneumococcal disease in adults with chronic medical conditions // Open Forum Infectious Diseases. 2014. Vol. 1. P. 1–9.

Statistics

Views

Abstract - 54

PDF (Russian) - 22

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2021 Kalashnikov I.N., Sinyushkina S.D., Pyatova E.D., Fedotov V.D., Zaznobina N.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies