DYNAMICS OF THE PULMONARY TUBERCULOSIS INCIDENCE OF TOMSK REGION POPULATION AND ITS CORRELATION WITH GEOPHYSICAL AND WEATHER-CLIMATIC FACTORS

Full Text

На территории Сибири туберкулез известен с железного века. Микобактерии туберкулеза были обнаружены в костях людей из захоронения Аймырлыг на юге Сибири (Республика Тыва), датированного 2000 лет до н. э. [24]. В настоящее время в Сибирском и Дальневосточном федеральных округах отмечаются наиболее высокие в Российской Федерации показатели заболеваемости туберкулезом. Томская область, по данным Роспотребнадзора, относится к 27 субъектам РФ, где уровень заболеваемости туберкулезом превышает общероссийский показатель. В конце 80-х годов XX века в РФ начался подъем заболеваемости туберкулезом, который продолжался почти все первое десятилетие XXI века. Причем рост заболеваемости туберкулёзом в этот период отмечался не только на территории бывшего СССР и Восточной Европы, но и в Европейском регионе в целом [9]. Синхронный подъем заболеваемости на большой территории мог быть обусловлен глобально действующими социально-экономическими, биомедицинскими или (и) экологическими факторами, связанными с погодно-климатическими изменениями. Роль климата в лечении туберкулеза органов дыхания хорошо изучена, и климатотерапия давно и успешно 44 Экология человека 2016.07 Медицинская экология применяется. Менее ясен вклад погодно-климатических факторов в эпидемическую обстановку по туберкулезу. В одних исследованиях демонстрируется связь некоторых из этих факторов и заболеваемости населения туберкулезом [7, 18], в других [5] подчеркивается сложность и неоднозначность интерпретации связей погодно-климататических изменений и здоровья человека. Вместе с тем вопрос существует и для его решения необходимо, прежде всего, накопление достоверного фактического материала. В данном сообщении приводятся результаты изучения многолетней и сезонной динамики заболеваемости туберкулезом органов дыхания и поиска ее связей с метеорологическими и геофизическими факторами. Изучение динамики позволяет выявлять основные закономерности развития процесса, факторы риска, определяющие динамику и действующие в течение длительного времени, прогнозировать развитие ситуации в будущем. Методы В работе приведены итоги сравнения многолетней динамики и уровня заболеваемости туберкулезом населения Томской области и РФ в целом, городских и сельских жителей Томской области, а также результаты оценки связей сезонной и многолетней динамики заболеваемости туберкулезом в г. Томске с некоторыми экологическими факторами. Рассматривали заболеваемость туберкулезом органов дыхания и отдельно с бактериовыделением (ТБ+). Кроме того, анализировали динамику смертности от туберкулеза органов дыхания с бактериовыделением. Уровень заболеваемости и смертности населения на административных территориях изучали по учетно-отчетным документам официальной медицинской статистики - форме № 2 «Сведения об инфекционных и паразитарных заболеваниях», в которой регистрируются все впервые выявленные случаи заболевания или смерти на территории, включая лиц БОМЖ. Оценку заболеваемости (смертности) для каждого административного подразделения Томской области осуществляли по интенсивному показателю: число заболеваний (смертных случаев) *100 000) / средняя численность населения. Данные по заболеваемости туберкулезом органов дыхания населения РФ взяты из Государственных докладов Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации». Сезонная динамика заболеваемости ТБ+ была оценена двумя способами. В первом случае - на основании зафиксированных в 805 амбулаторных картах за 2000-2005 годы (форма № 025/у-04) сообщений больных о появлении у них первых признаков туберкулеза (повышенная температура тела, ночная потливость, снижение веса, слабость и вялость, кашель и т. д.), во втором - на основании 1 325 извещений о больном с впервые в жизни установленным диагнозом туберкулеза (форма № 089/у-00) за 2000-2006 годы. Сезонные вариации уровня солнечного ультрафиолетового излучения в Томске в диапазоне УФ-В - 0,28-0,32 мкм были оценены по данным, представленным в работе Б. Д. Белан с соавт. [3]. Данные по температуре и количеству осадков предоставлены профессором кафедры метеорологии и климатологии Томского государственного университета В.В. Севастьяновым, частично данные по среднегодовым температурам (1993-2012) взяты с сайта лаборатории «Laboratory of atmospheric composition climatology» Института оптики атмосферы [http://lop. iao.ru/activity/?id=tor]. Значения чисел Вольфа (W) и планетарного геомагнитного индекса Кр взяты с сайта Национального центра геофизических данных США (NOAA National Geophysical Data Center (NGDC)) [http://ngdc.noaa.gov/]. Многолетнюю периодичность показателей заболеваемости и смертности выявляли резонансно-поисковым методом [17] с использованием плавающих окон различной длины с шагом в 1 год. В наших исследованиях амплитуда, период и фаза определялись с точностью 2,5 %. Статистическая обработка данных проведена с использованием общепринятых методов вариационной статистики (пакет «STATISTICA 6.0»). Оценку достоверности связи изучаемых показателей осуществляли с помощью метода ранговой корреляции Спирмена (R) и регрессионного анализа (R2 - коэффициент детерминации связи, скорректированный на число наблюдений и число параметров модели). Различия средних тенденций оценивали методом Вилкоксона - Манна - Уитни (Z). Результаты Заболеваемость в Томской области и в Российской Федерации. Уровень заболеваемости туберкулезом органов дыхания в Томской области в 1992-2014 годах был выше (78,4 ± 3,4), чем в РФ, где среднемноголетний показатель заболеваемости за этот период составил 69,2 ± 3,6 на 100 тыс. населения, однако различия статистически не значимы. Динамика заболеваемости туберкулезом в Томской области и в РФ имеет сходный характер (R = 0,79, p < 0,001). В обоих случаях она представляет собой сложный колебательный процесс, в котором на фоне колебаний длительностью около 20 лет происходят колебания меньшей длительности (рис. 1). В Томской области периоды (Т, годы) таких колебаний равны: Т1 = 3,1 ± 0,06, Т2 = 6,0 ± 0,24, Т3 = 7,8 ± 0,05; в РФ - Т1 = 2,9 ± 0,1, Т2 = 4,8 ± 0,04, Т3 = 7,0 ± 0,23. Заболеваемость городских и сельских жителей. В Томской области уровень заболеваемости туберкулезом органов дыхания городских (71,35 ± 3,05) и сельских (92,29 ± 4,7) жителей значимо отличался (Z = 2,98, p < 0,002), так же как и уровень заболеваемости ТБ+ (44,4 ± 2,5 и 62,3 ± 3,8 соответственно, Z = 3,35, p < 0,001). Динамика заболеваемости туберкулезом органов дыхания в городской местности коррелировала с 45 Медицинская экология Экология человека 2016.07 Рис. 1. Динамика заболеваемости туберкулезом органов дыхания населения Томской области (1) и Российской Федерации (2) динамикой заболеваемости в сельской (R = 0,77, p < 0,001), в то же время ее короткопериодная спектральная структура принципиально отличалась (рис. 2А): заболеваемость сельских жителей начала снижаться с 2006 года, а заболеваемость городского населения - на год позднее. Для городских жителей характерна четко выраженная цикличность заболеваемости с короткими периодами (Т1 = 5,8 ± 0,1 и Т2 = 7,2±0,1), у сельских жителей заболеваемость изменялась в более медленном темпе, кроме 20-летнего выявлен единственный цикл с периодом около 11 лет (Т = 10,6 ± 0,05). Динамика заболеваемости ТБ+ городского населения (рис. 2В) также сопряжена с динамикой заболеваемости сельского (R = 0,77, p < 0,001). До 1996 года уровни заболеваемости обеими формами туберкулеза в городской и сельской местности были практически одинаковыми. Затем началось постепенное расхождение, особенно заметное после 2001-2002 годов. Устойчивый спад заболеваемости ТБ+ у городских жителей начинается после 2000 года, а у сельских гораздо позднее - с 2005-го. Спектры колебаний уровней заболеваемости у городских и сельских жителей отличаются: Т1 = 5,5 ± 1,1, Т2 = 6,6 ± 0,02, Т3 = 9,4 ± 0,09, Т4 = 12,4 ± 0,001 - у городских жителей; Т1 = 3,2 ± 0,001, Т2 = 7,8 ± 0,06, Т3 = 9,9 ± 0,09 - у сельских. Связь динамики заболеваемости туберкулезом и смертности от него с экологическими факторами. Оценка заболеваемости ТБ+ за 38 лет (1977-2014) и смертности от него (1976-2012) по г. Томску выявила корреляцию между этими процессами (R = 0,56, p < 0,0004). При этом многолетняя динамика заболеваемости сопряжена с динамикой температуры воздуха (R = 0,37, p < 0,02) и осадками (R = 0,44, p < 0,007), что позволяет предполагать влияние погодно-климатических изменений на заболеваемость ТБ+. Смертность отрицательно связана с планетарным геомагнитным индексом Кр (R = -0,39, p < 0,02), который, в свою очередь, также отрицательно связан с количеством осадков (R = -0,57, p < 0,0004) и положительно с числами Вольфа, характеризующими солнечную активность (R = 0,57, p < 0,0003), а количество осадков отрицательно коррелирует с числами Вольфа (R = -0,51, p < 0,001). Множественный регрессионный анализ показал, что совокупный вклад изученных экологических факторов в динамику заболеваемости составляет 39 %: (скорректированное значение коэффициента детерминации равно R2 = 0,39, уровень значимости модели p < 0,000894), в динамику смертности - 14 % (R2 = 0,14, p < 0,076). Удвоение рядов путем зеркального поворота относительно точки 2014 года для заболеваемости и 2011 года для смертности позволило выявить циклы длительностью 23,6 года для смертности и 26,4 -для заболеваемости туберкулезом. Цикл 26,7 года, практически совпадающий с циклом заболеваемости, выявлен в ряду среднегодовых значений количества осадков в Томске (1955-2014). В это же время среднегодовые значения температуры воздуха изменялись с периодами 2,3, 8,7 и 18,6 года. Периодограммный анализ с использованием скользящего окна показал (рис. 3), что на фоне почти 30-летнего циклического тренда наблюдаются колебания заболеваемости с периодом около 9 лет (T = 8,8 ± 0,05), а в динамике смертности - длительностью 2-3 (2,5 ± 0,09), 3-4 (3,3 ± 0,02) и 6-7 (6,5 ± 0,07) лет. Рис. 2. Динамика заболеваемости городского (1) и сельского (2) населения Томской области туберкулезом органов дыхания (А) и с бактериовыделением (Б) 46 Экология человека 2016.07 Медицинская экология Рис. 3. Динамика заболеваемости (1) (смертности (2)) туберкулезом органов дыхания с бактериовыделением жителей г. Томска Сезонная динамика заболеваемости за 20002005 годы, оцененная на основании зафиксированных в анамнезе сообщений больных о сроках появления у них первых признаков туберкулеза, представлена на (рис. 4). Высокий уровень заболеваемости туберкулезом (выше среднегодового > 4,4) отмечается с ноября по апрель, низкий - в июне - сентябре. Динамика сезонной заболеваемости в Томске коррелирует (R = 0,77, p < 0,003) с сезонной динамикой туберкулеза органов дыхания в Воронеже, также посчитанной по срокам появления начальных симптомов заболевания [6]. Кроме того, заболеваемость коррелирует с вариациями в течение года среднемесячных значений температуры воздуха (R = -0.89, p < 0,0001) и с сезонными вариациями уровня УФ-В (R = -0,80, p < 0,001). Совокупный вклад этих физических факторов в годовую динамику заболеваемости составляет 94 % (R2 = 0,94, p < 0,000002). Рис. 4. Сезонная динамика заболеваемости жителей г. Томска туберкулезом органов дыхания с бактериовыделением (1), ультрафиолетового излучения-В X 104 Дж/м2 (2), температуры воздуха, T °C (3) В годовой динамике, оцененной по диагностическим данным «о впервые в жизни установленном диагнозе туберкулеза», наблюдаются небольшие всплески заболеваемости в апреле и в июне, в остальные месяцы года она держится на уровне и ниже среднегодовых значений. Не выявлено каких-либо связей рассчитанной таким образом сезонной динамики с физическими факторами среды. Обсуждение результатов Сравнительный анализ динамики заболеваемости туберкулезом органов дыхания за 22 года населения РФ в целом и Томской области показал сопряженность этих изменений. Сказывается, вероятно, высокий вклад в общую заболеваемость по стране Сибирского региона и Томской области в частности. Во всех рассмотренных нами случаях динамика представляет сложномодулированный нестационарный колебательный процесс, в котором на фоне циклического тренда с периодом 20 и более лет происходят колебания меньшей длительности. Подобное течение типично для инфекционных заболеваний, что подтверждают современные исследования динамики 15 инфекционных заболеваний в России за 1950-1996 годы, проведенные О. И. Аптикаевой [1] с использованием Фурье-анализа и метода структурных функций. Циклический тренд и происходящие на его фоне более короткие колебания имеют, вероятно, разную природу. Сопряженность заболеваемости с метеорологическими и геофизическими факторами позволяет предполагать значимый вклад этих факторов в динамику тренда. На связь именно тренда эпидемического процесса с погодно-климатическими факторами, кроме корреляции, указывает близость периодов, выявленных нами в рядах заболеваемости ТБ+, и среднегодовых значений количества осадков в Томске. При воздушно-капельном пути передачи инфекции, как это происходит при туберкулезе, имеет значение зависимость выживаемости микобактерий от температуры и влажности воздуха. Важную роль играет также реакция иммунитета на погодно-климатические изменения [14], регулируемая, вероятно, сезонными вариациями экспрессии генов [19]. Обнаруженные нами многолетние циклические тренды заболеваемости туберкулезом и смертности от него в Томске оказались близки по периодам, полученным в соседней Новосибирской области [10]. Анализ заболеваемости туберкулезом населения Новосибирской области (1965-2001), проведенный В. М. Ефимовым методом гладких компонент, выявил цикл 25-27 лет, а также повторяющиеся циклы длительностью 11-12 лет. Цикл активности эпидемического процесса при туберкулезе длительностью около 38 лет обнаружен в многолетней динамике (1958-2005) заболеваемости детей [16]. Все перечисленные циклы укладываются в пределы (20-50 лет) климатического цикла Э. Брюкнера [13]. В пределах этого цикла происходит чередование прохладновлажных и тепло-сухих эпох в изменчивости климата материков Северного полушария. Длительность внутривековых «брюкнеровских» климатических циклов колеблется от 20-30 до 45-47 лет, на фоне которых развиваются циклы продолжительностью в 7-11 лет. Цикличность 7-11 лет характерна для многих метеорологических и гидрологических явлений. Она в значительной степени обусловлена вариациями солнечной активности, оказывающей влияние на состояние нижних слоев атмосферы, формирование 47 Медицинская экология Экология человека 2016.07 атмосферных вихрей, антициклоническую деятельность [2]. Вполне возможно, что климатические циклы модулируют течение эпидемического процесса. Отмеченные нами колебания заболеваемости с периодом < 10-11 лет отражают, вероятно, преимущественную работу механизма саморегуляции паразитарной системы. В то же время возможен захват и модуляция этих колебаний внешними погодно-климатическими и геофизическими факторами, учитывая совпадение циклов многих биологических процессов с цикличностью природных явлений [6]. Спады и подъемы заболеваемости являются следствием взаимодействия двух гетерогенных популяций возбудителей-паразитов и популяций хозяев-людей или животных [4]. При наличии источника инфекции окружающие вовлекаются в циркуляцию возбудителя. Постепенно это ведет к формированию иммунной прослойки среди населения и росту популяционного иммунитета, в результате чего эпидемический процесс либо прекращается вовсе (небольшие популяции), либо поддерживается за счет редких заражений. Возможно также влияние на уменьшение и прекращение заболеваемости, как считает В. Д. Беляков [4], параллельно развивающегося снижения вирулентности и резервационных процессов в популяции паразитов. Как показали наши исследования, длительность и повторяемость этих колебаний нестабильна и зависит во многом от особенностей рассматриваемой популяции (городские, сельские жители) и от формы заболевания. Вызывает вопросы высокая заболеваемость туберкулезом сельских жителей. Некоторые авторы указывают на то, что в сельской местности основной вклад в заболеваемость вносят неблагоприятные социальные факторы, которые более выражены в районах с низкой плотностью населения [11]. Различия заболеваемости городского и сельского населения Томской области могут быть обусловлены совокупным вкладом нескольких факторов. В составе области находится 6 городов, 1 поселок городского типа и около 600 сельских населенных пунктов. В Томске сконцентрирована половина населения области, остальные города по численности жителей относятся к средним и малым. Относительно благополучной демографическая ситуация может считаться только в Томске, где естественный прирост подкрепляется притоком студенческой молодежи и мигрантов, приезжающих в поисках работы из стран бывшего СССР. Сельские районы стоят на первом месте в области по оттоку жителей в областной центр, особенно молодежи, и по количеству жителей пенсионного возраста. Люди пожилого возраста являются группой риска для возникновения многих заболеваний, в том числе и туберкулеза. Другими факторами риска заболеваемости туберкулезом в сельской местности могут быть низкие уровни благоустройства жилья, диагностики и профилактической медицины, нерациональное питание. Совокупность перечисленных факторов может способствовать более высокой заболеваемости сельского населения по сравнению с городским. Сезонные вариации заболеваемости туберкулезом также обусловлены комплексом причин, среди них: концентрация людей в помещениях зимой, что увеличивает длительность контактов с больными туберкулезом и способствует передаче инфекции; ослабление иммунитета вследствие преобладания некоторых вирусных инфекций в холодное время года; сезонные флуктуации содержания в организме витамина D. В обзорной работе Л. Г. Сантос с соавторами (Santos et al.) [23] обсуждаются результаты 20 исследований, проведенных в разных странах, по выявлению сезонной динамики заболеваемости туберкулезом. Существование сезонной зависимости заболеваемости показано во всех этих работах, однако данные о ее пиковых значениях в течение года весьма противоречивы. Как отмечено в работе [7], различные результаты при исследовании сезонной динамики получаются у авторов, несмотря на использование ими при отборе больных одного и того же метода - даты регистрации впервые выявленных больных. Одной из причин противоречивости может быть большой разброс у разных больных временных интервалов между моментом появления симптомов заболевания до спроса на медицинские услуги. В наших исследованиях, так же как и в работе [7], учитывались анамнестические данные о времени появления симптомов заболевания. Правомерность такого методического подхода подтверждает корреляция наших данных и данных указанного автора, а также логически непротиворечивая сопряженность заболеваемости туберкулезом с температурой воздуха и интенсивностью УФ-В. Известно, что под действием ультрафиолетового излучения в коже человека из стероидных веществ образуется витамин D. Под термином «витамин D» обычно подразумевают две молекулы стероидных прогормонов D2 и D3. В организм человека витамин D2 поступает с пищей и в относительно небольших количествах - не более 20-30 % от потребности. Витамин D3 образуется из находящегося в мальпигиевом слое кожи предшественника - провитамина D3 (7-дегидрохолестерин) в ходе неферментативной, зависимой от ультрафиолетового света, реакции фотолиза при температуре тела. Показаны сезонные вариации содержания витамина D в сыворотке крови [20]. В настоящее время этому витамину уделяется много внимания, написаны обзоры о его роли в развитии целого спектра заболеваний человека [12], в том числе болезней органов дыхания [15]. Наиболее хорошо изучена роль витамина D в противотуберкулезном иммунитете и взаимосвязь между дефицитом витамина D и угнетением противотуберкулезного иммунитета [8]. Предполагается, что связь между содержанием в организме человека витамина D и риском заболеть туберкулезом может быть обеспечена двумя механизмами. Первый связан с полиморфизмов генов, кодирующих рецепторы витамина D [21], второй касается роли витамина D в иммунной реакции и потенциального антимикобактериального влияния этой молекулы и ее метаболитов, в частности каль-цитриола ( 1,25-дигидроксихолекальциферол) [22]. 48 Экология человека 2016.07 Медицинская экология При этом экспрессия генов рецепторов витамина D (VDR-3) выше в летние месяцы по сравнению с другими временами года [19]. К факторам, влияющим на синтез витамина D, относятся: длина волны солнечного света (УФ-В), широта местности - удаление от экватора приводит к преобладанию излучения с большей длиной волны, количество солнечных дней, которое меняется в разное время года, исходная пигментации кожи, так как меланин способен эффективно конкурировать с провитамином D3 за УФ-В фотоны; уровень загрязнения атмосферы. Промышленные выбросы и пыль не пропускают спектр УФ-лучей, запускающих фотосинтез витамина D [12]. Перечисленные факторы также могут быть причиной разноречивости данных о сезонной динамике туберкулеза в различных географических областях. Заключение Многолетняя динамика заболеваемости обсуждается современными исследователями преимущественно с точки зрения эффективности медицинского вмешательства и социально-экономического благополучия населения. Между тем существенный интерес представляют и экологические аспекты, в частности вклад в течение эпидемического процесса геофизических и погодно-климатических факторов, модулирующих, вероятно, этот процесс. Такие исследования особенно интересны в связи с обнаруженной недавно у жителей Северного и Южного полушарий сезонной противофазной изменчивости экспрессии почти четверти всех известных генов [19], в том числе регулирующих иммунитет. Если в дальнейших исследованиях будет выяснено, что уровень экспрессии генов колеблется в зависимости от метеорологических условий, спектра и продолжительности солнечной радиации, станет более понятен и механизм многолетней циклической динамики различных заболеваний. Знание динамики заболеваемости в конкретной географической области наряду со знанием обусловивших ее механизмов позволит разработать более эффективную терапевтическую и профилактическую стратегию борьбы с туберкулезом.

About the authors

O B Perova

Engineering and Technical Center LLC «Gazprom Transgaz Tomsk»

Email: ob_perova@mail.ru
Tomsk, Russia

L P Agulova

National Research Tomsk State University

Biological Institute Tomsk, Russia

References

Supplementary files