EPIDEMIOLOGIC MODELING OF CAUSAL DETERMINATION OF ONCOLOGICAL, CARDIOVASCULAR AND RESPIRATORY DISEASES IN CHILDREN AND ADULTS BY ENVIRONMENTAL FACTORS
Мешков Н.А.
Доктор медицинских наук, профессор, Заслуженный врач Российской Федерации, заведующий лабораторией, ФГБУ «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава России, Москва
ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИЧИННОЙ ОБУСЛОВЛЕННОСТИ ФАКТОРАМИ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ, СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ И БОЛЕЗНЕЙ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ У ДЕТЕЙ И ВЗРОСЛЫХ
Аннотация
Получены адекватные модели влияния загрязнения окружающей среды на уровень онкопатологии у взрослых и детей в гг. Оренбург и Томск, заболеваемости болезнями системы кровообращения для взрослых в гг. Самара и Томск, болезнями органов дыхания – для взрослых и детей в г. Оренбурге и для взрослых в гг. Самара и Томск.
Ключевые слова: загрязненность объектов окружающей среды, заболеваемость, эпидемиологическое моделирование
Meshkov N.A.
Doctor of Medicine, Professor, Honored Doctor of the Russian Federation, Laboratory Head, Federal State Budgetary Institute “A.N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health” of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow
EPIDEMIOLOGIC MODELING OF CAUSAL DETERMINATION OF ONCOLOGICAL, CARDIOVASCULAR AND RESPIRATORY DISEASES IN CHILDREN AND ADULTS BY ENVIRONMENTAL FACTORS
Abstract
There have been developed adequate models for the environmental pollution impact on children and adults' morbidity level of oncological diseases in Orenburg and Tomsk, on adults' morbidity level of cardiovascular diseases in Samara and Tomsk, on children and adults' morbidity level of respiratory diseases in Orenburg and on adults' morbidity level of respiratory diseases in Samara and Tomsk.
Keywords: environmental pollution, morbidity, epidemiological modeling
Введение
В XXI веке вследствие глобального загрязнения биосферы, гидросферы и литосферы проблемы охраны здоровья приобрели планетарные масштабы. К экологическим проблемам, определяющим глобальное воздействие, в первую очередь относится снижение качества воды, загрязнение атмосферного воздуха и почвы. Многие исследователи подчеркивают, что охрана, оздоровление и проявление заботы о качестве окружающей среды должны стать важнейшей функцией любого государства и каждого человека.
Эпидемиологические исследования по выявлению причинно-следственных связей неинфекционной патологии с факторами риска окружающей среды проводятся для определения роли последних в формировании заболеваемости населения. Основой для выявления зависимости заболеваемости населения от воздействия факторов среды обитания является методология эпидемиологического моделирования.
Загрязнение атмосферного воздуха воды и почвы оказывает влияние главным образом на заболеваемость детей и взрослых новообразованиями, болезнями системы кровообращения и органов дыхания.
О причинной обусловленности злокачественных новообразований загрязненностью объектов окружающей среды существуют разные мнения. Так, эксперты ВОЗ считают, что экологически обусловлены около 80% раковых заболеваний и 10-20% смертности населения земного шара. По данным отечественных исследователей связь с действием канцерогенов окружающей среды установлена в 80-90% случаев злокачественных новообразований человека [1]. Согласно [2], причинная обусловленность онкологических заболеваний воздействием факторов окружающей среды составляет не более 15%.
В течение последних двадцати лет в России в ряде регионов отмечается стабильно повышенная смертность от сердечно-сосудистых заболеваний. К таким регионам относятся Сибирь, Дальний Восток, Красноярский край и Северо-Кавказский регион [3].
Эпидемиологические исследования показали, что длительное воздействие воздуха, загрязненного химическими веществами, увеличивает риск ишемической болезни сердца, особенно фатальных событий [4]. Выявлены значимые ассоциации частоты госпитализации больных по поводу всех респираторных, сердечно-сосудистых заболеваний, хронической обструктивной болезни легких и сердечной недостаточности с загрязнителями воздуха [5].
В связи с этим целью исследования является выявление причинной обусловленности факторами среды обитания онкологических, сердечно-сосудистых заболеваний и болезней органов дыхания у детей и взрослых в городах Оренбург, Самара и Томск, выбор которых определен государственным заданием Минздрава России.
Материалы и методы исследования
Для анализа использовались данные медицинской статистики о заболеваемости взрослого и детского населения злокачественными новообразованиями (ЗНО), болезнями системы кровообращения (БСК) и органов дыхания (БОД), а также данные о состоянии окружающей среды (воздух, вода, почва) в городах Оренбург, Самара и Томск за период с 2001 по 2010 гг.
Уровень воздействия химических веществ, содержащихся в атмосферном воздухе, воде и почве, оценивали по величине отношения С/ПДК. Полученные величины суммировали для каждой среды, взяв за основу индекс опасности THI [6].
В качестве метода моделирования использовался множественный регрессионный анализ. Оценка доли влияния отдельных факторов на исследуемую переменную проводилась по величине D-коэффициентов. Адекватность и значимость моделей оценивалась по показателям, представленным в таблице 1.
Таблица 1. Основные показатели оценки статистической значимости и адекватности модели
|
Название параметра |
Применяется для |
Значение параметра |
|
Коэффициент множественной корреляции R |
выбора модели |
Больше 0,7 |
|
Коэффициент множественной детерминации R² |
определения доли влияния на функцию включенных в модель факторов. |
Больше 0,5 |
|
Критерий Фишера F |
выбора модели |
Больше табличного значения |
|
Критерий Стьюдента t |
определения существенности факторов, входящих в модель. |
Больше двух (при вероятности = 0,95) |
Таблица 2 Критерии оценки переменных модели
|
Проверяемое свойство |
Показатели |
Граница |
|
|
нижняя |
верхняя |
||
|
Независимость |
dw-критерий |
0,53 |
2,02 |
|
Случайность |
Критерий «пиков» |
>2 |
|
|
Нормальность |
RS-критерий |
2,67 |
3,69 |
В качестве программного средства для регрессионного анализа использовался статистический пакет STATISTICA 10.
Результаты исследования
Зависимость ЗНО у взрослого и детского населения гг. Оренбург, Самара и Томск от уровня загрязнения атмосферного воздуха, воды и почвы изучали с помощью множественного регрессионного анализа. Модели, полученные в результате регрессионного анализа, представлены в таблице 3.
Таблица 3.
|
Город |
Модель |
|
Дети |
|
|
Оренбург |
y = 0,298 - 0,025 × THIвоздух + 0,024 × THIвода - 0,025 × THIпочва |
|
Самара |
Нет данных об онкологической заболеваемости детей |
|
Томск |
y = -0,231 + 0,062 × THIвоздух - 0,003 × THIвода +0,00002 × THIпочва |
|
Взрослые |
|
|
Оренбург |
y = 4,564 - 0,15 × THIвоздух + 0,144 × THIвода +0,295 × THIпочва |
|
Самара |
y = -11,777 + 0,163 × THIвоздух + 33,913 × THIвода - 0,833 × THIпочва |
|
Томск |
y =2,802 + 0,258 × THIвоздух - 0,01 × THIвода +0,011 × THIпочва |
Результаты анализа адекватности и статистической значимости полученных моделей зависимости приведены в таблице 4.
Таблица 4. Показатели адекватности и статистической значимости модели зависимости онкологической заболеваемости взрослого и детского населения в Оренбурге, Самаре и Томске от загрязнения воздуха, воды и почвы
|
Основные показатели |
Оренбург |
Самара |
Томск |
|
Коэффициент множественной корреляции R |
0,83 / 0,79 |
-*/ 0,42 |
0,75 / 0,84 |
|
Коэффициент множественной детерминации R² |
0,68 / 0,83 |
- / 0,17 |
0,56 / 0,71 |
|
Критерий Фишера F |
4,23 / 3,40 |
- / 0,42 |
1,72 / 3,2 |
|
dw-критерий (dw') |
1,45 / 1,37 |
- / 1,33 |
0,97 / 1,33 |
|
Критерий «пиков» |
5 / 5 |
- / 6 |
5 / 4 |
|
RS-критерий |
3,37 / 2,95 |
- / 2,94 |
3,55 / 3,60 |
|
* - см. таблицу 3. |
|||
Как видно из табл. 4, модели зависимости ЗНО от уровней загрязнения объектов окружающей среды адекватны по коэффициентам R и R², критерию «пиков» и RS-критерию как у детей, так и у взрослых в Оренбурге и в Томске. К значимому уровню по критерию F приближается только эпидемиологическая модель зависимости онкопатологии у детей в Оренбурге (р=0,06). По dw-критерию все модели попадают в область неопределенности.
Оценка значимости параметров моделей по критерию Стьюдента выявила, что в модели зависимости ЗНО у детей в Оренбурге статистически значимы неучтенные факторы и THIвода – соответственно р=0,002 и р=0,03. У взрослых в Оренбурге в модели статистически значимы неучтенные факторы (р=0,001), в Томске – THIвоздух и неучтенные факторы (р=0,05 и р=0,01).
Долю влияния факторов по величине D-коэффициентов удалось оценить в модели зависимости ЗНО у взрослых в Оренбурге (после устранения мультиколлинеарности), адекватной и близкой к статистически значимой по критерию Фишера (0,6). Доля влияния THIвода на уровень ЗНО у взрослых составила 36,5%, THIпочва – 63,5%. В Томске вклад в формирование онкопатологии у взрослых THIвоздух достигает 95,4%.
Модели зависимости заболеваемости БСК взрослых и детей в гг. Оренбург, Самара и Томск от загрязненности атмосферного воздуха, воды и почвы представлены в таблице 5.
Таблица 5.
|
Город |
Модель |
|
Дети |
|
|
Оренбург |
y = 20,414 - 0,984 × THIвоздух + 1,756 × THIвода + 1,797 × THIпочва |
|
Самара |
y = -4,504 + 0,276 × THIвоздух + 11,996 × THIвода - 0,08 × THIпочва |
|
Томск |
y = -0,836 + 2,219 × THIвоздух) - 0,157 × THIвода + 0,289 × THIпочва |
|
Взрослые |
|
|
Оренбург |
y = 22,652 - 0,209 × THIвоздух - 0,112 × THIвода + 0,332 × THIпочва |
|
Самара |
y = -22,396 + 1,285 × THIвоздух + 61,303 × THIвода - 1,136 × THIпочва |
|
Томск |
y = 7,259 +1,345 × THIвоздух - 0,059 × THIвода +0,105 × THIпочва |
Результаты оценки адекватности и статистической значимости моделей представлены в таблице 6.
Таблица 6. Показатели адекватности и статистической значимости модели зависимости заболеваемости болезнями системы кровообращения взрослого и детского населения в Оренбурге, Самаре и Томске от загрязнения воздуха, воды и почвы
|
Основные показатели |
Оренбург |
Самара |
Томск |
|
Коэффициент множественной корреляции R |
0,60 / 0,20 |
0,62 / 0,96 |
0,40 / 0,72 |
|
Коэффициент множественной детерминации R² |
0,38 / 0,04 |
0,38 / 0,93 |
0,16 / 0,52 |
|
Критерий Фишера F |
1,11 / 0,08 |
1,22 / 25,85 |
0,40 / 2,19 |
|
dw-критерий (dw') |
0,99 / 1,17 |
1,47 / 1,55 |
1,47 / 1,01 |
|
Критерий «пиков» |
4 / 4 |
5 / 6 |
5 / 4 |
|
RS-критерий |
3,38 / 3,10 |
3,37 / 3,29 |
3,37 / 3,39 |
Из табл. 6 видно, что модели зависимости заболеваемости БСК от уровней загрязнения объектов окружающей среды адекватны по коэффициентам R и R², критерию «пиков» и RS-критерию только у взрослых в гг. Самара и Томск. При этом по критерию F статистически значима (р=0,0008) лишь модель зависимости заболеваемости БСК взрослых в Самаре. По dw-критерию все модели попадают в область неопределенности.
В модели зависимости заболеваемости БСК взрослых от загрязнения окружающей среды в Самаре статистически значимыми являются неучтенные факторы (р=0,05), а также THIвоздух и THIвода – соответственно р=0,0003 и р=0,001, в Томске – переменная THIвоздух (р=0,05).
Доли влияния загрязненности атмосферного воздуха и воды на заболеваемость БСК взрослого населения в Самаре составили соответственно 68,3% и 31,7%. Фактор THIпочва был удален из уравнения регрессии при проведении пошагового регрессионного анализа методом исключения независимых переменных. В Томске вклад загрязненности атмосферного воздуха еще выше – 84,1%, хотя эта оценка весьма условна, так как модель зависимости заболеваемости БСК взрослых статистически не значима по критерию F (р=0,19).
Модели зависимости заболеваемости БОД взрослых и детей в гг. Оренбург, Самара и Томск от загрязненности атмосферного воздуха, воды и почвы представлены в таблице 7.
Таблица 7.
|
Город |
Модель |
|
Дети |
|
|
Оренбург |
y = 1038,195 - 11,539 × THIвоздух + 29,773 × THIвода + 72,267 × THIпочва |
|
Самара |
y = 727,977 + 40,775 × THIвоздух + 569,752 × THIвода - 22,81 × THIпочва |
|
Томск |
y = 1763,794 - 94,684 × THIвоздух + 6,993 × THIвода - 1,885 × THIпочва |
|
Взрослые |
|
|
Оренбург |
y = 212,008 - 3,886 × THIвоздух - 7,283 × THIвода - 6,623 × THIпочва |
|
Самара |
y = -86,355 + 4,745 × THIвоздух + 426,992 × THIвода - 19,833 × THIпочва |
|
Томск |
y = 97,715 + 14,923 × THIвоздух - 0,828× THIвода - 4,031 × THIпочва |
Результаты оценки адекватности и статистической значимости моделей представлены в таблице 8.
Таблица 8. Показатели адекватности и статистической значимости модели зависимости заболеваемости болезнями органов дыхания взрослого и детского населения в Оренбурге, Самаре и Томске от загрязнения воздуха, воды и почвы
|
Основные показатели |
Оренбург |
Самара |
Томск |
|
Коэффициент множественной корреляции R |
0,84 / 0,85 |
0,59 / 0,72 |
0,64 / 0,79 |
|
Коэффициент множественной детерминации R² |
0,71 / 0,73 |
0,35 / 0,51 |
0,40 / 0,63 |
|
Критерий Фишера F |
4,92 / 5,38 |
1,08 / 0,27 |
1,35 / 3,42 |
|
dw-критерий (dw') |
1,34 / 1,48 |
0,85 / 1,79 |
1,22 / 1,62 |
|
Критерий «пиков» |
5 / 4 |
3 / 6 |
7 / 4 |
|
RS-критерий |
2,83 / 2,80 |
3,23 / 2,94 |
3,64 / 3,38 |
Из табл. 8 видно, что модели зависимости заболеваемости БОД от уровней загрязнения объектов окружающей среды адекватны по коэффициентам R и R², критерию «пиков» и RS-критерию только у взрослых и детей в Оренбурге, а также у взрослых в гг. Самара и Томск. По критерию F статистически значимы только модели зависимости заболеваемости БОД в Оренбурге – соответственно р=0,04 и р=0,05. По dw-критерию все модели попадают в область неопределенности.
В обеих моделях зависимости заболеваемости БОД от загрязненности окружающей среды в Оренбурге статистически значимыми являются только неучтенные факторы у детей (р=0,001) и у взрослых (р=0,002). Близки к значимым переменные в модели зависимости заболеваемости БОД взрослых в Самаре THIвода – р=0,07, в Томске в аналогичной модели статистически значима переменная THIвоздух – р=0,05.
Методом пошагового исключения независимых переменных установлено, что в модели зависимости БОД у детей от загрязненности окружающей среды в Оренбурге статистически значимыми являются переменная THIпочва (р=0,006) и неучтенные факторы (р=1,2×10-9), то есть доля влияния этой переменной на изучаемую зависимую переменную составляет 100%.
В аналогичной модели у взрослых статистически значимы переменная THIпочва (р=0,004) и неучтенные факторы (р=5,9×10-9), но при этом независимая переменная THIпочва обратно, сильно и высоко коррелированна с изучаемой переменной (r=-0,822). При построении модели зависимости БОД у взрослых от загрязненности окружающей среды в Самаре методом пошагового исключения независимых переменных все переменные из уравнения регрессии были удалены, а в Томске выявлены статистически значимые THIпочва – р=0,01 и неучтенные факторы (р=1,5×10-6), при этом THIпочва имеет обратную, сильную и высокую связь (r=-0,753) с заболеваемостью БОД взрослого населения.
Выводы
1. Среди моделей зависимости онкологической заболеваемости взрослых и детей от уровней загрязнения окружающей среды адекватными являются модели, построенные для гг. Оренбург и Томск, из них близка к значимой модель зависимости онкопатологии у детей в Оренбурге (р=0,06). В модели зависимости онкозаболеваемости у детей в Оренбурге статистически значимы неучтенные факторы (р=0,002) и THIвода (р=0,03). У взрослых в Оренбурге статистически значимы неучтенные факторы (р=0,001), в Томске – THIвоздух (р=0,05) и неучтенные факторы (р=0,01).
2. Адекватные модели зависимости заболеваемости болезнями системы кровообращения от уровней загрязнения окружающей среды получены только для взрослых в гг. Самара и Томск, из них статистически значимой (р=0,0008) является модель зависимости заболеваемости болезнями системы кровообращения взрослых в Самаре. В модели зависимости болезней системы кровообращения у взрослых в Самаре статистически значимы THIвоздух (р=0,0003), THIвода (р=0,001) и неучтенные факторы (р=0,05), в Томске – переменная THIвоздух (р=0,05).
3. Построенные модели зависимости заболеваемости болезнями органов дыхания от загрязнения объектов среды обитания адекватны для взрослых и детей в Оренбурге, и для взрослых в гг. Самара и Томск, статистически значимы только модели для взрослых (р=0,04) и детей (р=0,05) в Оренбурге. В моделях зависимости болезней органов дыхания в Оренбурге статистически значимы неучтенные факторы у детей (р=0,001) и у взрослых (р=0,002). В Самаре близка к значимой переменная в модели для взрослых THIвода (р=0,07), в Томске статистически значима переменная THIвоздух (р=0,05).
4. Методом пошаговой регрессии установлено, что в модели зависимости болезней органов дыхания у детей и взрослых от загрязнения окружающей среды в Оренбурге статистически значимы THIпочва (р=0,006 и р=0,004) и неучтенные факторы (р=1,2×10-9 и р=5,9×10-9, но у взрослых THIпочва обратно связана с изучаемой переменной (r=-0,822). При построении модели зависимости болезней органов дыхания у взрослых в Самаре, построенной аналогичным методом все переменные из уравнения регрессии были удалены. В Томске выявлены статистически значимые THIпочва (р=0,01) и неучтенные факторы (р=1,5×10-6), при этом THIпочва обратно коррелирована (r=0,753) с изучаемой переменной.
5. Доли влияния загрязненности воды и почвы на уровень онкопатологии у взрослых в Оренбурге составили 36,5% и 63,5%. В Томске влияние загрязнения воздуха на онкологическую заболеваемость взрослых достигает 95,4%. Доли влияния загрязненности атмосферного воздуха и воды на уровень сердечно-сосудистой заболеваемости взрослого населения Самары составили 68,3% и 31,7%. В Томске вклад загрязненности воздуха в формирование аналогичной заболеваемости у взрослых составил 84,1%, но полученная модель статистически не значима (р=0,19). Доля влияния переменной THIпочва на заболеваемость детей в Оренбурге болезнями органов дыхания при исключении двух других переменных (THIвоздух и THIвода) составила 100%.
Литература
1. Ильницкий А.П. Роль социального вектора в формировании онкологической заболеваемости населения России // Современные проблемы медицины окружающей среды: Материалы Пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздрава и соцразвития Российской Федерации, Москва, 16-17 дек., 2004: Пленум посвящается 60- летию АМН СССР - Российской Академии медицинских наук и 125-летию со дня рождения академика АМН СССР Алексея Николаевича Сысина. – М., 2004. – С. 58-59.
2. Sancho-Garnier Helene. Part des comportement humains, et de l'environnement dans la prevention des cancers // C. r. Acad. sci. Ser. 3. – 2000. – V.323, № 7. – Р. 597-601.
3. Школьникова М.А. Сердечно-сосудистые заболевания детского возраста на рубеже XXI века // Consilium Medicum. – 1999.– Т.1, №6. – С. 240-245.
4. Rosenlund M, Picciotto S, Forastiere F, Stafoggia M, Perucci CA. Traffic-Related Air Pollution in Relation to Incidence and Prognosis of Coronary Heart Disease // Epidemiology. – 2008. – V.19, №1. – P. 121-128.
5. Wong Tze Wai, Lau Tai Shing, Yu Tak Sun, Neller Anne, Wong Siu Lan, Tam Wilson, Pang Sik Wing. Air pollution and hospital admissions for respiratory and cardiovascular diseases in Hong Kong // Occup. and Environ. Med. – 1999. – V.56, №10. – P. 679-683.
6. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду (P 2.1.10.1920-04). – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. – 143 с.