THE ROLE OF ECOLOGICAL FACTORS IN THE FORMATION OF INDIVIDUAL AND POPULATION HEALTH OF CHILDREN IN THE ASTRAKHAN REGION

Full Text

Заболеваемость взрослых и детей в мире в 2530 % случаев является экологически обусловленной [1, 2, 3, 4]. Практический интерес представляет разработка методов решения обратной задачи - оценки экологического состояния территории по состоянию здоровья населяющих ее населения, особенно детей. Количественные оценки такой связи, несомненно, будут способствовать углублению медицинского понимания причин возникновения экопатогенных состояний [2, 5, 6, 7, 8]. Первым шагом к решению такой задачи является установление количественных оценок взаимосвязи означенных факторов. Ранее авторами было выполнено экологическое (корреляционное) исследование взаимосвязи между заболеваемостью детей (0-14 лет) и неблагоприятными экологическими факторами, позволившее выделить классы, типы и отдельные заболевания, наиболее чувствительные к загрязнению атмосферного воздуха в Астраханской области в 2011-2019 гг. Настоящая работа является продолжением предыдущей и посвящена применению методов регрессионного анализа для построения математических моделей, связывающих выделенные ранее классы детских болезней с неблагоприятными экологическими факторами в целях количественной оценки экологически детерминированной составляющей в заболеваемости детской популяции. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ранжирование экологических факторов по уровню воздействия на здоровье детского населения Астраханской области в 2011-2019 гг. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Исходным материалом для ранжирования экологических факторов по уровню воздействия на здоровье детского населения Астраханской области в 2011-2019 гг. явились статистические данные по заболеваемости детей в Астраханской области в возрасте от 0 до 14 лет за период 2011-2019 гг., сведения о суммарном индексе загрязнения (ИЗА), о валовых выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух из стационарных и передвижных источников, в составе которых выделены такие элементы структуры, как содержание оксида углерода (CO); содержание диоксида серы (SO2); содержание оксидов азота (NO); содержание летучих органических соединений (FIOC), опубликованные в ежегодных докладах ТУ Роспотребнадзора по Астраханской области, обзорах состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации, Государственных докладах о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации и Государственных докладах об экологической ситуации в Астраханской области за соответствующие годы (2011-2019 гг.). Методика экологического (корреляционного) исследования включала в себя следующие этапы: 1. Парное сопоставление экологической информации и медицинской статистики по принципу «воздействующий фактор» - «исход» для всех возможных комбинаций выбранных показателей. Оценка размеров выборок. 2. Исследование типа распределения выборок исходных экологических и медицинских данных с использованием критерия Шапиро - Уилка, реализованного в сети Интернет в виде онлайн-калькулятора по адресу: ttps://www.statskingdom.com/320ShapiroWilk.html. 3. Выявление наличия статистически значимой взаимосвязи между экологическим воздействием и исходом медицинской статистики детской заболеваемости путем расчета коэффициента корреляции Спирмена на уровне значимости а = 0,05 для всех пар «фактор» - «исход» с использованием сервиса, реализованного в сети Интернет в виде онлайн-калькулятора по адресу: https://math.semestr.ru/corel/spirmen.php. 4. Построение регрессионных моделей для пар «фактор» - «исход», обладающих сильной статистически значимой взаимосвязью между экологическим воздействием и исходом в медицинской статистике детской заболеваемости с использованием сервиса «Уравнение регрессии», реализованного в сети Интернет в виде онлайн-калькулятора по адресу: https://math.semestr.ru/corel/corel.php. Поскольку в данном исследовании мы расс м атриваем модели, в которых предполагается, что на конечный результат Y влияет только один фактор X, то для каждой пары «воздействие» - «исход» построено уравнение парной регрессии первого порядка. Параметры моделей найдены методом наименьших квадратов. 5. Анализ параметров регрессии, определение пригодности полученных моделей для количественной оценки воздействия отдельных показателей, связанных с загрязнением атмосферного воздуха, на заболеваемость детей конкретными заболеваниями в Астраханской области. Верификация моделей включала в себя: сопоставление реальных и модельных данных, проверку адекватности модели, оценку точности модельных данных. Статистическая значимость JOURNAL OF VOLGOGRAD STATE I MEDICAL UNIVERSITY уравнений регрессии проверена с помощью коэффициента детерминации и критерия Фишера. Исходные экологические и медицинские факторы, принятые к расчету в настоящем исследовании, представлены в табл. 1, а результаты расчета и оценки параметров парной регрессии зависимости заболеваемости детей (0-14 лет) по отдельным классам болезней от экологических факторов в Астраханской области в период 2011-2019 гг. - в табл. 2. Таблица 1 Исходные данные для ранжирования экологических факторов по уровню воздействия на здоровье детского населения Астраханской области в 2011-2019 гг. Год Экологические факторы, (Х) Исход, Y = f(X) валовый выброс в том числе: ИЗА заболеваемость детей Астраханской области (0-14 лет) по классам: выброс от стационарных источников из них: СО о X X X о к и U s ° V CL >< го -О 3 i со Л X со CI ф GL ф с 1-о в том числе: СО S02 NOx, ЛОС, всего заболеваний болезни органов дыхания болезни эндокринной системы новообразования ГО --~ О ГО * о s Ф и CL £ S О 1-t Q-О ф £ ■= О- S S 1ь- - болезни, характеризующиеся повыш. давлением Болезни крови и др. органов + иммунный механизм тыс. т 1:1000 детского населения 2011 245,82 131,52 58,5 47,2 5,3 5 114,3 9,0 2074,00 1209,0 27,4 9,4 0,02 0,10 22,1 2012 242,58 134,38 58,9 48,2 5,9 5,4 108,2 9,8 2010,00 1136,0 29,8 10,0 0,02 0,10 19,7 2013 221,98 130,48 55,7 44,9 6,3 6,1 91,5 8,6 1845,60 1016,7 29,5 10,1 0,02 0,03 19 2014 194,55 118,15 54,4 41,4 5,2 4,8 76,4 3,7 1767,90 951,1 31,5 10,0 0,06 0,07 17 2015 211,93 118,63 54,4 41,6 5,1 5 93,3 3,6 1713,90 924,2 46,7 9,0 0,07 0,08 18 2016 224,46 126,76 57,6 42,1 5,5 6 97,7 4,2 1783,50 942,7 64,8 9,7 0,10 0,10 20 2017 200,26 102,76 44,9 35 5,6 6 97,5 6,4 1677,30 845,0 71,3 10,0 0,10 нет данных 20 2018 127,1 32,9 11,3 6,4 4 2 94,2 7 1741,40 878,1 75,9 10,7 0,10 0,10 19 2019 140,6 104,3 47,1 36 5,4 4,4 36,3 9,3 1676,40 851,1 67,9 10,9 0,10 0,10 19 Примечание. ИЗА - суммарный индекс загрязнения атмосферы по данным измерений лаборатории мониторинга загрязнения атмосферного воздуха Астраханского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды - филиала ФГБУ «СевероКавказское УГМС» на семи стационарных постах Государственной службы наблюдений за состоянием окружающей среды: 5 постов в городе Астрахани, 1 пост в городе Нариманов, один пост в поселке Досанг. ВЕСТНИК j ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕДИЦИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Таблица 2 Результаты расчета и оценки параметров парной регрессии зависимости заболеваемости детей (0-14 лет) по отдельным классам болезней от экологических факторов в Астраханской области в период 2011-2019 гг. Факторы (ед. изм.) Эмпирическое уравнение регрессии Параметры регрессии Показатели качества уравнения регрессии X Y выборочные средние коэффи циент множеств. корреля ции доверительный интервал для Y коэф фициент детерми нации средний коэф фициент эластич ности ср. ошибка аппроксимации, % статистическая значимость модели тыс. т. / год 1:1000 детского населе ния Хср. Yср. R ± £ R2 Е А Валовый выброс ЗВ Общая заболе ваемость у = 2,3381 x + 1339,9632 201,031 1810,031 0,686 ± 117,863 0,47 0,26 4,55 средняя Валовый выброс ЗВ Болезни органов дыхания у = 2,263 x + 517,8273 201,031 972,756 0,747 ± 95,732 0,5573 0,468 6,68 средняя Валовый выброс ЗВ Болезни эндо кринной системы у = -0,3474 x + 119,2591 201,031 49,422 -0,71 ± 16,364 0,5038 -1,413 24,61 средняя Валовый выброс ЗВ Тирео токсикоз + y = -0,000618 x + 0,1898 201,031 0,0656 -0,696 ± 0,0864 0,485 -1,895 53,42 средняя Выброс СО от стац ист. Тирео токсикоз + y = -0,00133 x + 0,131 38,089 0,0656 0,539 ± 0,1 0,2902 -0,999 72,69 низкая Выброс SO2 от стац. ист. Тирео токсикоз + y = -0,0018 x + 0,1341 49,2 0,0656 0,618 ± 0,0941 0,379 -1,046 65,43 низкая Выброс ЗВ от передвижных источников Болезни крови + y = 0,03079 x + 16,5446 89,933 19,3113 0,492 ± 1,363 0,1634 0,143 4,99 низкая РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Исследование типа распределения выборок исходных экологических и медицинских данных с использованием критерия Шапиро - Уилка на уровне значимости p > 0,05 показало, что распределение случайных величин всех экологических факторов (за исключением содержания NOx в составе выбросов от стационарных источников) отличается от нормального, тогда как распределение случайных величин, соответствующих видам детских заболеваний (за исключением болезней, характеризующиеся повышенным давлением), - нормальное или близкое к нормальному. Этот факт дополнительно подтверждает корректность применения рангового коэффициента Спирмена в нашем исследовании [9, 10, 11]. Для выделенных выше пар «фактор» - «исход» с высокой корреляцией построены математические модели взаимодействия, проанализирована их адекватность и возможность применять для прогнозирования заболеваемости детей на территории Астраханской области с вероятностью до 95 % (табл. 2). В Астраханской области взаимосвязи между показателями, характеризующими заболеваемость детей младшего возраста (Y), и валовым выбросом ЗВ в атмосферный воздух (Х), с удовлетворительной точностью описываются уравнениями парной линейной регрессии для общей заболеваемости, болезней органов дыхания, болезней эндокринной системы и тиреотоксикоза (гипертиреоза). Так, например, зависимость общей заболеваемости детей (Y) от валового выброса ЗВ в атмосферу (Х) с точностью 4,55 % описывается уравнением линейной регрессии: Y = 2,3381 X + 1339,9632. Проверка статистической значимости этого уравнения с помощью коэффициента детерминации (обозначен в таблице как R2) и критерия Фишера показала, что в исследуемой ситуации 47 % общей вариабельности Y объясняется изменением X, другими словами, 47 % от общего количества всех болезней детей в Астраханской области могут быть объяснены загрязнением атмосферного воздуха, а остальные 53 % изменений общей заболеваемости объясняются факторами, не учтенными в данной модели, либо нелинейностью связи между исследуемыми факторами. Делаем вывод, что точность подбора уравнения регрессии - средняя. Для более точных прогнозов общей заболеваемости эту модель следует дополнить другими факторами. Однако линейная модель полностью удовлетворяет целям нашего исследования, поскольку подтверждает рабочую гипотезу о том, что высокие показатели загрязнения воздушного бассейна Астраханской области сопровождаются ростом общей заболеваемости детей (0-14 лет), и позволяет оценить количественно силу воздействия экологического фактора [8, 12, 13, 14]. Аналогичным образом с помощью коэффициента детерминации R2 установлено, что в исследуемой ситуации валовый выброс ЗВ в атмосферу объясняет: 55,73 % вариабельности болезней органов дыхания; 50,38 % вариабельности болезней эндокринной системы; 48,5 % вариабельности заболеваний детей тиреотоксикозом. Дополнительно были построены и исследованы парные линейные регрессии для зависимости заболеваний тиреотоксикозом от отдельных ингредиентов в структуре выбросов ЗВ от стационарных источников (оксида углерода и диоксида серы), демонстрировавших умеренную и сильную ранговую корреляционную связь с этим заболеванием. Из-за очень больших ошибок аппроксимации и низкой статистической значимости эти модели не могут быть использованы. Модель, описывающая воздействие выбросов ЗВ от передвижных источников на заболеваемость детей болезнями крови, кроветворных органов и отдельные нарушения, вовлекающие иммунный механизм, показала, что только 16,34 % вариабельности медицинского исхода детерминированы экологическими причинами. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Эксперты ВОЗ прогнозируют, что состояние здоровья населения в ближайшем будущем на 40-50 % будет зависеть от качества среды обитания, если существующие тенденции развития индустрии сохранятся на ближайшие 30-40 лет. Настоящая работа является определенным вкладом в понимание роли экологических факторов в формировании индивидуального и популяционного здоровья людей. Полученные в этой работе результаты свидетельствуют, что Астраханская область в части здоровья детского населения вполне соответствует прогнозу ВОЗ, согласно которому будущие затраты материальных р есурсов, энергии и труда на стабилизацию условий окружающей среды станут самой крупной статьей экономики и превысят 40-50 % валового национального продукта. Очевидно, что снижение внимания к экологическим факторам в регионе приведет к невосполнимым потерям в ближайшем и отдаленном будущем, как в сфере сохранения благоприятной окружающей среды, так и в области благополучия населения, особенно детской популяции, являющейся наиболее чувствительной к антропогенному загрязнению и экологическому неблагополучию.

About the authors

Olga A. Bashkina

Astrakhan State Medical University

Doctor of Medical Sciences, Head of the Department of Faculty Pediatrics Astrakhan, Russia

Maya V. Bogdanyants

Astrakhan State Medical University

Associate Professor of the Department of Propaedeutics of Children's Diseases, Polyclinic and Emergency Pediatrics Astrakhan, Russia

Anvar A. Dzhumagaziev

Astrakhan State Medical University

Doctor of Medical Sciences, Professor of the Department of Propaedeutics of Children's Diseases, Polyclinic and Emergency Pediatrics Astrakhan, Russia

Angelika Yu. Shmeleva

Astrakhan State Medical University

Associate Professor of the Department of Propaedeutics of Children's Diseases Astrakhan, Russia

Timur D. Bezrukov

Astrakhan State Medical University

6th year student of the Faculty of Medicine Astrakhan, Russia

Valeria N. Ivanov

Astrakhan State Medical University

6th year student of the Faculty of Medicine Astrakhan, Russia

Elena G. Sangina

Scientific Research Center «Fortes»

Astrakhan, Russia

Svetlana A. Erachina

Medical Information and Analysis Center

Head of the Department of Statistics, Analysis and Forecasting Astrakhan, Russia

Galina M. Minakova

Children’s city polyclinic No 3

Chief Physician Astrakhan, Russia

References

Supplementary files