CC BY
125
УДК 616.1:614.71
ЭКОЛОГО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ НА РАЗВИТИЕ БОЛЕЗНЕЙ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ
© 2011 г. С. Б. Петров
Кировская государственная медицинская академия, г. Киров
Среди загрязнителей окружающей среды большой удельный вес принадлежит аэрозолям с твердой фазой, источниками поступления которых в воздушный бассейн населенных мест являются промышленные предприятия, энергетические объекты, транспорт. Экспертами Всемирной организации здравоохранения взвешенные вещества, наряду с диоксидом серы, диоксидом азота, оксидом углерода и озоном, отнесены к наиболее опасным для здоровья городского населения веществам, способствующим возникновению различных по своим качественным особенностям эффектов: понижению защитно-приспособительных сил организма, повышению уровня заболеваемости, прежде всего легочными, сердечно-сосудистыми и аллергическими болезнями, злокачественными новообразованиями. По литературным данным в основном зарубежных авторов [11 — 14], взвешенные частицы размером менее 10 мкм являются одним из этиопатогенетических факторов развития болезней системы кровообращения среди городского населения.
Целью настоящего эколого-эпидемиологического исследования являлось изучение влияния витающих в приземном слое атмосферного воздуха взвешенных частиц техногенной природы на развитие и распространенность болезней системы кровообращения среди взрослого населения г. Кирова, одного из крупных промышленных городов северо-востока Российской Федерации. В задачи исследования входило проведение гигиенического районирования городской территории по уровням загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами и статистического анализа заболеваемости взрослого населения болезнями системы кровообращения (БСК) с установлением причинноследственных связей в системе «атмосферный воздух — взвешенные вещества — болезни системы кровообращения».
Методы
Оценка уровней загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами проведена путем анализа данных территориального мониторинга суммарной запыленности с расчетом среднегодовых концентраций. Для районирования городской территории по уровню загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами был проведен расчет коэффициентов концентрации (Кс) по формуле: Кс = С / НЮ, где С — фактическая концентрация взвешенных веществ, мг/м3; НЮ — референтная концентрация взвешенных веществ, мг/м3 [10].
Заболеваемость БСК взрослого населения, которое в сфере своей профессиональной деятельности не имеет контакта с производственными вредностями, изучалась путем анализа данных учета всех случаев обращений за медицинской помощью в городские учреждения здраво-
В работе приведены материалы исследования влияния взвешенных веществ техногенной природы на развитие и распространенность болезней системы кровообращения среди взрослого населения г. Кирова. Установлено, что в городских районах с интенсивным загрязнением атмосферного воздуха взвешенными веществами отмечается статистически значимый (р < 0,05) по сравнению с контрольным районом высокий уровень первичной заболеваемости и распространенности болезней системы кровообращения фактически по всем нозологическим формам, исключение составляют хронические ревматические болезни сердца.
В данных районах величины относительного риска развития сердечно-сосудистых заболеваний составляли для болезней, характеризующихся повышенным кровяным давлением, 1,26-3,07, цереброваскулярных болезней -1,13-1,67, ишемической болезни сердца - 1,25-1,85.
Ключевые слова: атмосферный воздух городской среды, взвешенные вещества, взрослое население, болезни системы кровообращения.
охранения (ф. № 12). Сбор информации проведен в поликлиниках, обслуживающих население районов, ранжированных по уровням загрязненности приземного слоя атмосферы взвешенными веществами. При анализе первичной заболеваемости и распространенности БСК были рассчитаны коэффициенты относительного риска ОР = Р1/Р2, где Р1, Р2 — частота встречаемости статистически значимо различающихся показателей заболеваемости в сравниваемых районах, которые отличаются по уровням воздействия взвешенных веществ. Оценка риска развития БСК в связи с воздействием взвешенных веществ проведена также путем расчета по предложенной нами методике, основанной на применении информационного варианта решения Байеса, интегрального индекса риска ИИР = 5 ^ 0Р1 + 5 ^ ОР 2 + ... + 5 ^ ОРп, где ОРп — коэффициенты относительного риска по отдельным нозологическим формам. Величины ИИР < 1,0 свидетельствуют об отсутствии риска [9].
Статистическая обработка результатов исследования проводилась с использованием программы SPSS !вг Wiпdows, версия 13. Для оценки нормальности распределений применялся тест Шапиро — Уилка, который не выявил статистически значимых отличий распределений изучаемых показателей от нормального, что позволило применить в статистическом анализе параметрические методы. В качестве показателя для коэффициентов концентрации взвешенных веществ применено среднее арифметическое (М) и стандартная ошибка среднего (т) для каждого изучаемого района. Показатель заболеваемости по каждому району представлен относительной величиной (Р) и ошибкой относительной величины (т ) на 1 000 человек населения.
4 р'
Для сравнения уровня загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами в разных районах города использован критерий Стьюдента для независимых выборок. С учетом того, что одним из условий применения данного критерия является равенство дисперсий показателя в сравниваемых совокупностях, для оценки равенства дисперсий был применен тест Левена, показавший допустимость применения критерия. Для сравнения изучаемых районов по уровню заболеваемости БСК был применен z-критерий, использование которого обусловлено большим объемом сравниваемых выборок, а также удобством его применения для сравнения выборочных относительных величин. В качестве критического уровня значимости принят уровень р < 0,05. Для установления зависимости уровня распространенности заболеваний от воздействия взвешенных веществ был применен однофакторный регрессионный анализ с построением уравнений регрессии для каждого уровня заболеваемости БСК. Моделирование проведено по фракционной концентрации РМ2 5, которая определялась расчетным путем с использованием рекомендованного в литературе пересчетного коэффициента 0,26 [2]. Выбор данной
фракции обусловлен результатами наших кониоме-трических исследований, показавших, что дисперсный состав взвешенных частиц на расстоянии свыше 1 км от источников пылевыбросов характеризуется преобладанием частиц размером < 2,5 мкм (РМ25 от «particulate matter») [8]. Достоверность и адекватность полученных данных оценивалась по коэффициенту корреляции Пирсона (r) и коэффициенту детерминации (r2), критерию Фишера (F), а также по оценке нормальности распределения остатков регрессии (тест Шапиро — Уилка).
Результаты
По средним значениям коэффициентов концентраций (Кс, М ± m) на городской территории были выделены районы, которые отличались по степени загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами. Наиболее интенсивные уровни загрязнения атмосферного воздуха установлены в северо-западном (Кс = 3,55 ± 0,26) и юго-восточном (Кс = 3,20 ± 0,23) секторах городской территории, где размещаются основные промышленные и энергетические объекты (районы 1, 2). Относительно высокий уровень загрязненности атмосферного воздуха установлен в центральном (Кс = 2,94 ± 0,21) и юго-западном (Кс = 2,88 ± 0,20) секторах, входящих в зоны влияния промышленно-транспортных выбросов (районы 3, 4). Наименьший показатель загрязнения атмосферного воздуха (Кс = 2,08 ± 0,20) установлен в южном секторе, который был выбран в качестве контрольной территории (район 5; различие с показателями районов 1—4 статистически значимое — p < 0,05).
Как показали результаты медико-статистического анализа, наиболее высокий общий уровень первичной заболеваемости и распространенности БСК наблюдался среди взрослого населения, проживающего на территориях районов 1, 2: соответственно (31,16 ± 1,10) и (336,12 ± 2,21) %0, (28,13 ± 1,04) и (332,05 ± 2,44) %. В районах исследования 3, 4 частота первичной заболеваемости и распространенности БСК составляла соответственно (29,36 ± 1,42) и (297,60 ± 2,10) %, (25,17 ± 1,15) и (272,81 ± 2,25) %. Показатели общего уровня первичной заболеваемости и распространенности БСК в районах 1—4 были статистически значимо выше (р < 0,05) в сравнении с показателями контрольного района (21,07 ± 0,78) и (243,14 ± 1,86) % (табл. 1).
Как видно из данных табл. 1, в районах 1—4 по сравнению с контрольным районом отмечается статистически значимое (p < 0,05) повышение уровней первичной заболеваемости и распространенности болезней, характеризующихся повышенным кровяным давлением, ишемической болезни сердца, цереброваскулярных болезней. Значения ОР развития БСК среди взрослого населения, проживающего в данных районах, составляли по общему уровню от 1,20 до 1,48 (первичная заболеваемость) и от 1,12 до 1,38 (распространенность). По первичной заболеваемо-
Таблица 1
Уровни заболеваемости болезнями системы кровообращения по отдельным нозологическим формам, %0 (М ± т)
Нозологическая Район исследования городской территории
форма 1 2 3 4 5
ХРБС 0, 0,110±0,007 3,75±0,30* 0,120+0,010 2,97±0,27 8 05 ,0 ,2 0, 0, + 1 +1 08 10 ,0 0,1 3, 0,120+0,010 3,11±0,30 5 03 ,0 ,2 0, 0, + 1 +1 05 1 ,6 0,1 2,
БПКД 8,42 + 0,17* 122,11±1,61* 6,82+0,23* 108,92±1,49* 4,56+0,20* 103,12±1,49* 3,98+0,12* 98,41±1,73* 2,74+0,14 78,08±1,58
ИБС 6,87+0,35* 63,30±1,20* 5,75+0,40* 49,43±1,07* 5,86+0,28* 46,57±1,18* 5,78+0,30* 46,82±1,23* 4,62+0,31 34,11±0,84
ЦВБ 7,12+0,46* 82,23±1,82* 6,36+0,50* 72,24±1,15* 5,45+0,22* 70,50±1,25* 5,25+0,27* 61,15±1,18* 4,27+0,25 54,23±1,04
Примечания: начертание цифр обычное — первичная заболеваемость, курсивом — распространенность; ХРБС — хронические ревматические болезни сердца; БПКД — болезни, характеризующиеся повышенным кровяным давлением; ИБС — ишемическая болезнь сердца; ЦВБ — цереброваскулярные болезни; * — различия с контрольным районом статистически значимы (р < 0,05).
сти значения ОР составляли для болезней, характеризующихся повышенным кровяным давлением, 1,45—3,07, цереброваскулярных болезней — 1,23— 1,67, ишемической болезни сердца — 1,25—1,48, по распространенности — для ишемической болезни сердца — 1,37—1,85, болезней, характеризующихся повышенным кровяным давлением, — 1,26— 1,53, цереброваскулярных болезней — 1,13—1,52.
Наиболее высокие значения ИИР развития БСК наблюдались в северо-западном (3,93) и юговосточном (2,16) секторах городской территории, где сосредоточены основные источники поступления в атмосферный воздух твердых аэрозолей. В центральном и юго-западном секторах, входящих в зоны влияния промышленно-транспортных выбросов, значения ИИР составляли соответственно 1,87 и
1,44 (рисунок).
400
а 6 374 3 81 Ч ТЭ 4.6
Кс РМ2 5
Регрессионная зависимость общего уровня распространенности болезней системы кровообращения от степени загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами
Как видно из представленной на рисунке диаграммы, регрессионный анализ позволил выявить четкую зависимость общего уровня распространенности БСК от степени загрязненности атмосферного воздуха РМ25. Выявленная зависимость является прямой, сильной и статистически значимой (г = 0,988, г2 =
0,976, F = 84,693, р = 0,012).
В табл. 2 приведены математические модели связей уровней загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами (Кс РМ2 5) с показателями частоты первичной заболеваемости и распространенности БСК по отдельным нозологическим формам. По величине коэффициента детерминации стати-
стически значимая высокая степень зависимости от уровня загрязненности установлена для первичной заболеваемости цереброваскулярными болезнями (91,7 %), ишемической болезнью сердца (91,3 %), болезнями, характеризующимися повышенным кровяным давлением (82,4 %). По распространенности БСК связь выглядит несколько иначе. Так, наиболее высокая степень статистически значимой зависимости от уровня загрязненности установлена для распространенности болезней, характеризующихся повышенным кровяным давлением (98,4 %), и ишемической болезни сердца (94,8 %). Степень зависимости для частоты распространенности цереброваскулярных болезней составляет 87,2 %. Связь частоты первичной заболеваемости и распространенности хронических ревматических болезней сердца с уровнями загрязненности атмосферного воздуха РМ2 5 является статистически не значимой (р > 0,05).
Таблица 2
Уравнения регрессии, описывающие связи концентрации взвешенных веществ (PM2 5) и заболеваемости взрослого населения болезнями системы кровообращения по отдельным нозологическим формам
Нозологическая форма г г2 F Р
ХРБС у = 0,001 хКс(РМ25) + 0,11 у = 0,46хКс(РМ25) + 0,37 0,114 0,858 0,013 0,737 0,04 8,41 0,80 0,06
БПКД у = 2,80хКс(РМ25) - 5,29 у =21,60 хКс(РМ25) + 20,53 0,908 0,992 0,824 0,984 14,11 191,21 0,03 0,0008
ИБС у = 1,03хКс(РМ25) + 1,88 у =15,0хКс(РМ25) - 9,41 0,955 0,973 0,913 0,948 31,66 55,37 0,01 0,005
ЦВБ у = 1,1хКс(РМ25) + 0,36 у = 13,59хКс(РМ25) + 16,77 0,957 0,934 0,917 0,872 33,41 20,55 0,01 0,02
Примечание. Начертание цифр обычное - первичная заболеваемость, курсивом — распространенность.
Обсуждение результатов
Из представленных результатов исследования видно, что в городских районах, характеризующихся повышенным содержанием в приземном слое атмосферного воздуха взвешенных веществ, среди взрослого населения отмечается статистически зна-
чимый высокий по сравнению с контрольным районом общий уровень первичной заболеваемости и распространенности БСК. Данное повышение обусловлено статистически значимым (р < 0,05) ростом уровней первичной заболеваемости и распространенности БСК фактически по всем нозологическим формам, исключение составляют хронические ревматические болезни сердца. Влияние взвешенных веществ на развитие и распространенность среди взрослого населения БСК подтверждается данными однофакторного регрессионного анализа.
Рассматривая влияние взвешенных веществ на формирование БСК, следует отметить, что основными источниками загрязнения атмосферного воздуха твердыми веществами на исследуемой городской территории являются крупные предприятия теплоэнергетики, где в качестве основного топливного материала используется каменный уголь. Значительный объем пылевых выбросов этих предприятий составляют аэрозоли летучей золы, образующейся при сжигании твердого органического топлива при температуре выше 1 200 °С. По данным наших экспериментальных исследований [7], биологическое действие пыли летучей золы предприятий теплоэнергетики при хроническом воздействии в малых дозах, наряду с резорбтивно-токсическим эффектом, характеризуется выраженным свободно-радикальным механизмом действия, которое проявляется интенсивной генерацией и накоплением активных форм кислорода, увеличением содержания липоперекисей в сыворотке крови экспериментальных животных. В известной нам литературе подчеркивается роль избыточного количества свободных радикалов в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний, которая заключается в развитии воспалительных процессов в миокарде, митохондриальной гипоксии и нарастании энергетического дефицита в кардиомиоцитах, что может привести к дистрофическим изменениям миокарда. Продукты перекисного окисления липидов способны изменять барьерные свойства клеточных мембран, вызывать вазоконстрикцию артериол и повышение общего периферического сопротивления [1, 3—6]. В нашем эксперименте морфологические изменения в сердце животных проявлялись в первую очередь развитием воспалительных процессов и дистрофических изменений в миокарде.
Безусловно, говоря о влиянии взвешенных веществ на развитие сердечно-сосудистой патологии, нельзя не учитывать кардиотоксического действия таких контролируемых на исследуемой территории загрязнителей атмосферного воздуха, как соединения серы, азота и углерода, фенол, формальдегид. Известно также, что в атмосферном воздухе твердые аэрозоли и газообразные соединения наиболее часто образуют пылегазовые композиции, причем локальная концентрация адсорбированных газов может превышать их концентрацию непосредственно в газовой фазе. Выраженная способность витающих в при-
земном слое атмосферы пылевых частиц, особенно мелкодисперсной фракции, сорбировать токсичные газообразные соединения оказывает влияние на характер биологического действия. Так, по данным нашего экспериментального исследования, сорбированный газовый компонент (соединения серы) усиливает токсичность пыли летучей золы и активизирует формирование иммунопатологических процессов [7]. Перечисленные выше морфологические изменения были значительно более выражены у животных, подвергнутых воздействию пылегазовой смеси.
Список литературы
1. Владимиров Ю. А. Роль нарушений свойств липидного слоя мембран в развитии патологических процессов / Ю. А. Владимиров // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. — 1989. — № 4. — С. 119—123.
2. Воронин С. А. Организация фракционного мониторинга загрязнения атмосферного воздуха взвешенными веществами в России / С. А. Воронин, Б. А. Кацнельсон, Е. А. Селезнева // Гигиена и санитария. — 2007. — № 3. — С. 60-63.
3. Коган А. Х. Фагоцитарные кислородные свободнорадикальные механизмы аутоагрессии в патогенезе внутренних болезней / А. Х. Коган // Вестник РАМН. — 1999. — № 2. — С. 3—10.
4. Кудрявцева Е. В. Оценка патоморфологических изменений сердца под влиянием промышленных аэрозолей у животных / Е. В. Кудрявцева, Б. А. Петров // Вятский медицинский вестник. — 2002. — № 2. — С. 40—43.
5. Кушаковский М. С. Метаболические болезни сердца / М. С. Кушаковский. — СПб. : Фолиант. — 2000. — 127 с.
6. Ланкин В. З. Свободнорадикальные процессы при заболеваниях сердечно-сосудистой системы / В. З. Ланкин, А. К. Тихазе, Ю. Н. Беленков // Кардиология. — 2000. — № 7. — С. 48—61.
7. Петров С. Б. Исследование биологического действия летучей золы в составе пылегазовой смеси / С. Б. Петров, Б. А. Петров, П. И. Цапок, Т. И. Шешунова // Экология человека. — 2009. — № 12. — С. 13—16.
8. Петров С. Б. Медико-экологическая оценка района размещения предприятий теплоэнергетики / C. Б. Петров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Спец. выпуск «XIII конгресс «Экология и здоровье человека». — 2008. — Т. 1. — С. 209—211.
9. Петров С. Б. Функциональная подсистема социальногигиенического мониторинга «атмосферный воздух — здоровье населения» / С. Б. Петров, Т. И. Шешунова, Б. А. Петров // Сборник статей 10-й Всероссийской НПК «Региональные и муниципальные проблемы природопользования». — Киров, 2008. — С. 97—99.
10. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. — М. : Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. — 143 с.
11. Bartoli C. R. Mechanisms of Inhaled Fine Particulate Air Pollution-Induced Arterial Blood Pressure Changes / C. R. Bartoli, G. A. Wellenius, E. F. Diaz, et al. // Environ Health Perspect. — 2009. — Vol. 117, N 3. — P. 361—366.
12. Pope C. A. Ischemic Heart Disease Events Triggered by Short-Term Exposure to Fine Particulate Air Pollution / C. A. Pope // Circulation. — 2006. — Vol. 114, N 12. — P. 2443—2448.
13. Puett R. C. Chronic Fine and Coarse Particulate Exposure, Mortality, and Coronary Heart Disease in the Nurses’ Health Study / R. C. Puett, J. E. Hart, J. D. Yanosky, et al. // Environ Health Perspect. — 2009. — Vol. 117, N 11. - P. 1702-1706.
14. Zhang Zhu-ming. Ambient Fine Particulate Matter Exposure and Myocardial Ischemia in the Environmental Epidemiology of Arrhythmogenesis in the Women’s Health Initiative (EEAWHI) Study / Zhu-ming Zhang, E. A. Whitsel, P. Miguel Quibrera, et al. // Environ Health Perspect. — 2009. — Vol. 117, N 5. — P. 751—756.
ECOLOGICAL AND EPIDEMIOLOGICAL ESTIMATION OF INFLUENCE OF SUSPENDED MATTERS IN ATMOSPHERIC AIR ON DEVELOPMENT OF CIRCULATORY SYSTEM DISEASES
S. B. Petrov
Kirov State Medical Academy, Kirov
In the article, materials of the study of influence of suspended matters of technogenic nature on development
and prevalence of illnesses of the system of blood circulation among adult population of Kirov have been given. It has been established that in the city areas with more intensive pollution of atmospheric air, suspended matters marked the statistically significant (p < 0.05) high level of primary disease and prevalence of illnesses of the system of blood circulation of all nosological forms, chronic rheumatic heart troubles were an exception. In the areas, relative risk of development of cardiovascular diseases for illnesses characterized by high blood pressure was 1.26-3.07, for cerebro-vascular diseases 1.13-1.67, an ischemic heart disease 1.25-1.85.
Key words: atmospheric air of city environment, suspended matter, adult population, illnesses of system of blood circulation.
Контактная информация:
Петров Сергей Борисович — кандидат медицинских наук, доцент кафедры общественного здоровья и здравоохранения Кировской государственной медицинской академии Адрес: 610027, г. Киров, ул. Карла Маркса, д. 112 Тел. (8332) 35-70-95 E-mail: [email protected]
