Retrospective analysis of the relationship between the frequency of medical emergency calls by patients with bronchial asthma and the concentration of ground-level ozone on the South Coast of Crimea

Full Text

Обоснование

Болезни органов дыхания (БОД) занимают лидирующую позицию в структуре общей заболеваемости населения Российской Федерации, нанося значительный ущерб здоровью в связи с временной и стойкой утратой трудоспособности и смертностью. При этом ущерб значителен не только по причине широкой и возрастающей распространённости БОД, но и обусловлен не всегда адекватным лечением и достаточно высокой вероятностью развития осложнений. Первостепенное внимание в решении этой проблемы уделяется вопросам доступности первичной и специализированной медицинской помощи, ранней диагностике и активному диспансерному наблюдению пациентов с хроническими БОД, вакцинации против респираторных инфекций, своевременной госпитализации при тяжёлых обострениях и последующей реабилитации [1–3]. Однако по-прежнему мало внимания уделяется внешним факторам риска, как инициирующим развитие заболеваний, так и играющим роль триггера в их обострении.

Рост БОД в последние десятилетия связывают c прогрессирующим загрязнением атмосферы. Для широко распространённых заболеваний дыхательной системы серьёзным фактором риска в инициации патологического процесса и обострений течения заболевания являются аэрополлютанты. Известна их роль триггера в обострениях бронхиальной астмы (БА) [4], хронического бронхита [5], хронической обструктивной болезни лёгких [6], в целом бронхиальной гиперреактивности, которая у пациентов, страдающих БОД, может возникать под действием поллютантов, индифферентных для здорового человека [4]. Среди последних особый интерес вызывает приземный (тропосферный) озон, который рассматривается Всемирной организацией здравоохранения как наиболее опасный после взвешенных частиц атмосферный загрязнитель [7]. В отличие от остальных основных загрязнителей атмосферы (продуктов антропогенной деятельности) озон относится к вторичным загрязнителям, так как в повышенных концентрациях образуется в результате фотохимических реакций с участием первичных предшественников озона. Его концентрация в приземном слое атмосферы в последние десятилетия прогрессивно растёт как вследствие антропогенного загрязнения оксидами азота, углерода и летучими органическими соединениями, так и по причине изменений климата [8], оказывая негативное воздействие на здоровье населения. На основании результатов исследований, проведённых в десятках городов США, определён коэффициент «озоновой смертности» при каждом увеличении его концентрации на 20 мкг/м ³ [9].

По данным многочисленных зарубежных исследований этой проблемы, число которых возросло с нескольких публикаций до 60–90 в год за последние 30 лет ¹ , он является мощным токсикантом дыхательной системы [10] и фактором риска острого респираторного дистресс-синдрома [11].

Экспериментальные исследования эффектов приземного озона дают достаточно оснований для понимания механизмов его влияния на дыхательную систему. Однако эпидемиологические исследования в России и странах СНГ представлены единичными публикациями [12–14].

Среди хронических неинфекционных заболеваний дыхательной системы по распространённости, тяжести течения, сложности диагностики и терапии, затратам на лечение ведущее место занимает БА [4]. Отмечается, что наиболее часто встречается аллергическая форма БА, которая вследствие влияния приземного озона приобретает масштабы эпидемии [15]. Высокие концентрации приземного озона способствуют увеличению частоты обострений [16], однако в литературе также приводятся данные, подтверждающие зависимость течения БА от ежедневных колебаний концентрации приземного озона (КПО) даже в пределах нормативных стандартов [17]. С учётом того что заболеваемость и смертность от БА остаются высокими из-за широкой вариабельности реакции на лечение и сложных клинических фенотипов, в терапии астмы возрастает значение предупреждающей тактики избегания факторов риска. В связи с этим изучение роли озона в инициировании и течении астмы, определение его безопасных концентраций на такой территории, как Южный берег Крыма, где в санаторно-курортных учреждениях традиционно оказывают помощь пульмонологическим больным, является исключительно важным как для терапии, так и для профилактики этого заболевания.

Первым этапом наших исследований в этом направлении явился ретроспективный анализ зависимости частоты неотложных состояний у больных БА от КПО на Южном берегу Крыма.

Цель исследования. Выявить наличие и характер зависимости числа вызовов скорой медицинской помощи больными БА от КПО на Южном берегу Крыма.

Материал и методы

Настоящая работа является аналитическим обсервационным экологическим исследованием. В качестве материалов на первом ретроспективном этапе исследования использовали данные станции скорой и неотложной медицинской помощи Ялты, с 01 января 2013 г. по декабрь 2014 г. — Единого Крымского республиканского территориального центра экстренной помощи Министерства здравоохранения Автономной Республики Крым, а также данные регистрации КПО — с апреля 2010 г., то есть с момента начала регистрации КПО на станции фонового экологического мониторинга (СФЭМ), по декабрь 2014 г. Из всей совокупности вызовов скорой медицинской помощи за каждые сутки отбирали вызовы, причиной которых являлись тяжёлые приступы БА (по МКБ-10 J45). Их количество за исследуемый период составило 2818. Преимущественно вызовы были для людей среднего и пожилого возраста, в единичных случаях — для детей. Вызовы объединяли в таблице Excel в виде сведений о дате и времени вызова, адреса места жительства, возраста и пола пациента.

Базы данных КПО формировались в результате регистрации, которая производилась в Государственном природном заповеднике «Карадагский» Карадагская научная станция им. Т.И. Вяземского – природный заповедник РАН – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН (44°9400 с. ш., 35°2368 в. д., 180 м над уровнем моря). Измерения КПО проводили оптическим методом с помощью газоанализатора APOA 370 (HORIBA), который осуществляет отбор проб в автоматическом режиме с использованием фторопластовых трубок на высоте 2 м от поверхности земли. Калибровку газоанализатора выполняли один раз в две недели с помощью генератора АРМС-370; прибор проходил ежегодную поверку во Всероссийском НИИ метрологии им. Д.И. Менделеева (Санкт-Петербург).

На основании данных перманентной регистрации озона рассчитывали средние концентрации за часовой интервал наблюдений с сохранением информации в регистраторе I/O EXPANDER (HORIBA). Таким образом, база данных включала 24 значения КПО за каждые сутки месяца. Среднечасовые значения КПО использовали для расчётов средних КПО за месяц, сезон и год. Кроме того, отмечали озоновые эпизоды — максимальные (max) и минимальные (min) за сутки величины КПО. С учётом того, что стимулом для реагирования дыхательной системы может быть резкое изменение КПО, вычисляли также амплитуду колебаний КПО как разницу между max и min величиной КПО за сутки. Для описания суточных, максимальных концентраций и амплитуды колебаний КПО использовали среднее арифметическое (М) и стандартное отклонение (SD).

Уровни КПО сравнивали с нормативами, принятыми в России: для среднегодовых КПО — 30 мкг/м ³ ; для максимальной разовой концентрации за 1 ч — 160 мкг/м ³ , для суточной в течение 8 ч — 100 мкг/м ³ [18].

Для выявления взаимосвязи между количеством вызовов скорой медицинской помощи по причине тяжёлых приступов БА у жителей Ялты и вышеперечисленными характеристиками КПО использовали коэффициент корреляции Спирмена, так как распределение вызовов не подчинялось закону нормального распределения. Из-за малочисленности вызовов анализ проводили для генеральной совокупности в целом. Как статистически значимые рассматривали коэффициенты корреляции ( r _s ) при уровне значимости р ≤0,05. Также принимали во внимание корреляционные связи при уровне значимости 0,05 < р ≤0,10. Для создания объединённой базы, содержащей характеристики КПО и число вызовов скорой медицинской помощи в сутки, и статистического анализа данных использовали программный пакет Statisticа-12.

Результаты

Общее число вызовов скорой медицинской помощи больными БА в Ялте с января 2010 г. по декабрь 2014 г. составило 2818. При этом наблюдали их увеличение с 471 в 2010 г. до 661 в 2014 г., с некоторым подъёмом в 2012 г. (рис. 1), однако каких-либо закономерных сезонных колебаний количества вызовов не обнаружено (рис. 2).

 

Рис. 1. Количество вызовов скорой медицинской помощи в год за 2010–2014 гг.

Fig. 1. Number of emergency medical calls per year for the period 2010–2014.

 

Рис. 2. Динамика изменений среднемесячных концентраций приземного озона (мкг/м ³ ) и вызовов скорой помощи больными бронхиальной астмой ( n ) за 2010–2014 гг.

Fig. 2. Dynamics of changes in ground-level ozone concentrations (µg/м ³ ) and emergency medical calls per month by patients with bronchial asthma ( n ) for the period 2010–2014.

 

Уровень КПО на черноморском побережье Крыма за исследуемый период претерпевал типичные суточные и сезонные колебания, достигая максимальных значений в летние месяцы и дневные часы. При этом в летние месяцы 2011–2012 гг. были превышения максимальной разовой концентрации (экстремумы), которые могли длиться от 1 ч до 4–6 ч (18.07.2011 г., 30.07.2011 г., 02.08.2012 г., 02.09.2012 г.). В 2010, 2013 и 2014 гг. превышения допустимой максимально разовой концентрации отсутствовали.

В то же время суточные уровни КПО в тёплое время 2011–2012 гг. оказывались, как правило, выше среднесуточной нормы в течение месяца с превышением 8 ч и более (табл. 1). При этом в соответствии со среднегодовым нормативом отмечалось его двухкратное превышение, так как среднегодовое значение КПО в районе СФЭМ составляет около 64 мкг/м ³.

 

Таблица 1. Средние за сезон суточные, максимальные величины и амплитуды колебаний (M±SD) концентрации приземного озона, мкг/м ³

Table 1. Seasonal average daily, maximum values and fluctuation amplitudes (M±SD) of ground-level ozone concentrations (µg/m ³ )

Год Year	Сезон Season	Суточные величины Daily values	Максимальные величины Maximum values	Амплитуды Amplitudes
2010	Весна | S pring	47,8±12,9	66,6±17,0	35,2±12,3
	Лето | Summer	77,2±19,6	97,7±24,4	43,7±16,5
	Осень | A utumn	59,6±15,2	76,1±18,7	35,5±15,2
2011	Зима | Winter	50,1±10,4	61,8±11,4	25,0±11,1
	Весна | Spring	79,1±14,6	97,6±16,6	38,8±16,7
	Лето | Summer	108,3±14,8	136,6±20,5	61,0±22,2
	Осень | Autumn	80,1±23,7	102,9±28,0	45,7±19,1
2012	Зима | Winter	58,0±21,3	72,4±25,3	30,1±17,1
	Весна | Spring	90,6±15,5	110,8±20,3	44,3±22,6
	Лето | Summer	92,9±12,3	120,3±19,6	54,8±20,9
	Осень | Autumn	55,5±19,3	74,8±27,0	37,3±18,5
2013	Зима | Winter	41,0±11,3	52,8±14,3	23,8±10,6
	Весна | Spring	70,3±16,2	83,4±18,4	30,3±12,1
	Лето | Summer	79,4±8,3	95,5±12,3	34,4±13,6
	Осень | Autumn	52,1±12,8	65,4±14,5	28,8±11,6
2014	Зима | Winter	46,5±11,7	56,1±11,6	21,3±10,3
	Весна | Spring	65,9±11,3	80,0±11,3	31,7±12,2
	Лето | Summer	69,9±8,5	86,0±10,7	34,4±11,9
	Осень | Autumn	49,4±15,3	63,3±19,3	28,3±13,3

 

Таким образом, приведённое выше описание наблюдаемых изменений ежемесячных и сезонных вызовов скорой медицинской помощи и КПО, на первый взгляд, не позволяет говорить о каких-либо однозначных результатах. Однако корреляционный анализ ежесуточных данных по месяцам каждого года за весь период наблюдения выявил 5 статистически значимых ( р ≤0,05) и 9 на уровне тенденции ( p ≤0,10) корреляционных связей за период 2011–2013 гг. включительно, причём преимущественно в холодное время года. С амплитудой изменений, средними, максимальными и минимальными КПО за сутки выявлено 3, 3, 4 и 3 корреляции соответственно (табл. 2). При этом все статистически значимые зависимости зарегистрированы в 2012 г. В этом же году отмечалось наибольшее число корреляционных связей, а величины коэффициентов корреляции были выше, чем в другие годы. Визуальный анализ динамики параметров КПО с апреля 2010 по декабрь 2014 г. показал, что больше корреляционных связей отмечалось в 2012 г., а также в 2011 г., когда была высокая вариабельность КПО на фоне максимальных экстремумов и сравнительно высоких среднесуточных значений, хотя и имелись неожиданные эпизоды в виде резкого увеличения числа вызовов в конце декабря 2012 г. на фоне спокойной озоновой ситуации (см. рис. 2).

 

Таблица 2. Коэффициенты корреляции числа вызовов скорой помощи больными бронхиальной астмой и среднемесячных значений характеристик концентрации приземного озона, мкг/м³

Table 2. Correlation coefficients for the number of emergency medical calls by patients with bronchial asthma and average monthly values of ground-level ozone concentration characteristics (µg/m³ )

Год Year	Месяцы Month	Со среднесуточной КПО With an average concentration of ground-level ozone per day	С суточной амплитудой колебаний КПО With a daily amplitude of fluctuations in the concentration of ground-level ozone	С максимальной суточной КПО With the maximum daily concentration of ground-level ozone	C минимальной суточной КПО With a minimum daily concentration of ground-level ozone
2011	M ай May	0,31*	0,06	0,18	0,14
	Ноябрь November	0,21	–0,20	0,20	0,32*
2012	Февраль February	0,37**	0,26	0,48***	0,31*
	Март March	0,14	0,36**	0,39**	–0,04
	Декабрь December	0,36*	0,09	0,33*	0,39**
2013	Январь January	0,08	0,34*	0,27	–0,01
	Апрель April	0,33*	0,24	0,30*	–0,02
	Сентябрь September	–0,01	0,34*	0,16	–0,07

Примечание. Приведены данные для месяцев, когда выявлены статистически значимые корреляции; КПО — концентрация приземного озона; *, **, *** статистически значимые коэффициенты корреляции при уровнях значимости р ≤0,1; 0,05 и 0,01 соответственно.

Note. Data are given for months when statistically significant correlations were found; *, **, *** statistically significant correlation coefficients at significance levels p ≤0.1; 0.05 and 0.01, respectively.

 

Однако следует отметить и наличие значимых корреляционных связей обратного характера, которые требуют отдельного рассмотрения.

Таким образом, результаты корреляционного анализа свидетельствуют об определённой зависимости тяжёлых приступов БА от уровня КПО. Она была преимущественно слабой (0,36 ≤Rs ≤0,48) и обнаруживалась главным образом в те годы, когда были более высокие КПО и более существенные их колебания. Причём эта связь проявляла себя большей частью не в тёплое, когда КПО ожидаемо выше, а в холодное время года.

Обсуждение

Корреляционный анализ ретроспективных данных КПО и количества вызовов скорой медицинской помощи больными БА на Южном берегу Крыма в 2010–2014 гг., на первый взгляд, не выявил выраженного влияния на число обострений состояния больных БА. Однако обнаруженная положительная статистически значимая связь, а также эпизодические превышения КПО дают основание для дальнейшего, более обстоятельного, изучения проблемы. Это особенно важно в связи с практически полным отсутствием подобных исследований на территории Российской Федерации, которая отличается высоким разнообразием природных и антропогенных характеристик. Более того, сама проблема, несмотря на обилие публикаций в разных странах мира, не представляется на сегодняшний день простой и однозначной.

В частности, выявление в некоторых случаях обратной зависимости, казалось бы, не согласуется с многочисленными надёжными данными о негативном влиянии озона на течение БА, так как в соответствии с этими результатами, чем выше амплитуда изменений КПО, тем меньше число вызовов по поводу приступов БА. Однако такая однозначная интерпретация не может быть корректной, поскольку не при всех уровнях КПО возможно ожидать моментального реагирования организма, а отрицательный характер корреляции с КПО скорее может свидетельствовать о запаздывании эффекта или о влиянии других экологических факторов, модифицирующих эффект озона.

Этому есть подтверждение в научной литературе. Так, исследование влияния озона, оцениваемое по разным видам медицинских услуг в тот же день, с задержкой в 1 и 3 дня, показало разные результаты [19]. Анализ других обширных данных о 109 927 пациентах с заболеваниями дыхательной системы из 98 больниц как корреляционным анализом Спирмена, так и более сложными методами математического моделирования показал краткосрочную корреляцию между загрязнителями воздуха и госпитализациями с максимальным относительным риском (RR-Relative Risk) негативного действия большинства загрязняющих веществ, включая озон, на 5-й день. При таком пятидневном лаге увеличение среднегодового значения КПО на 10% увеличивало риск госпитализации пульмонологических больных на 0,22% [20]. Другие модели только с одним озоном, без учёта совокупного действия иных атмосферных загрязнителей, позволили установить увеличение смертности от респираторных заболеваний на 1,04% на каждые 10 мкг/м ³ увеличения концентрации озона на территории Китая [21]. Практически на такую же величину (1,02–1,04%) в разных округах штата Вашингтон (США) увеличивалась респираторная заболеваемость, хотя содержание озона в атмосферном воздухе было ниже федеральных стандартов [22].

Очевидно, что сила ответной реакции дыхательной системы на озон и время её развития зависят от его дозы. Однако, помимо данных о линейном характере увеличения рисков при возрастании концентрации озона, имеются результаты эпидемиологических наблюдений о параболическом характере зависимости реакции организма на КПО [14] и экспериментальные исследования, свидетельствующие о нелинейном U- и J-образном характере зависимости [23]. Такая зависимость с традиционной точки зрения является нелогичной, так как означает, что увеличение концентрации озона в определённом диапазоне должно приводить к снижению рисков для здоровья. В то же время, если учитывается влияние предшественников озона (например, NOх), зависимость становится почти линейной [21]. Это свидетельствует о том, что, помимо дозы и длительности воздействия, конечный эффект влияния озона может существенно зависеть от присутствия других загрязнителей в атмосфере, а также от метеопогодных условий (влажности, температуры воздуха, уровня ультрафиолетового излучения) и других фундаментальных процессов.

Таким образом, теоретические основания, экспериментальные подтверждения, а также выявленные в нашем исследовании корреляции не оставляют сомнений в обоснованности негативной роли приземного озона в отношении респираторного здоровья вообще и течения БА в частности.

Всё это убеждает в необходимости глубокого изучения проблемы с использованием различных подходов, в том числе более информативных методов математического анализа и рекомендованных Всемирной организацией здравоохранения параметров (SOMO35, AOT40) [24].

Заключение

Первый этап начатых исследований по значимости КПО для респираторного здоровья обнаружил её влияние, выраженное в разной степени, на состояние больных БА на Южном берегу Крыма в 2010–2014 гг. Оно было более существенным в 2012 г., который, наряду с 2011 г., характеризовался высокими значениями амплитуды колебаний КПО на фоне эпизодов превышений максимальной разовой концентрации озона и более высоких среднесуточных величин. В совокупности с данными других научных исследований это даёт основание для заключения о том, что при определённых условиях можно ожидать существенного негативного влияния озона на состояние больных БА. В связи с этим актуализируются сведения за последние годы и ведутся исследования по определению уровней КПО, при которых он, с учётом других значимых факторов, не является триггером осложнений у больных БА. На их основе возможна разработка системы раннего реагирования, что позволит повысить уровень контроля течения БА.

Дополнительная информация

Вклад авторов. Е.В. Евстафьева, Л.Ш. Дудченко, В.А. Лапченко, Ю.Л. Губин, С.Н. Беляева — концепция и план исследования, написание и редактирование текста; И.А. Евстафьева — обзор литературы; С.Н. Беляева, В.А. Лапченко — сбор данных; Е.В. Евстафьева, В.А. Лапченко — обработка и анализ данных; Е.В. Евстафьева, Л.Ш. Дудченко, В.А. Лапченко — интерпретация данных и заключение; Е.В. Евстафьева, Л.Ш. Дудченко, И.А. Евстафьева — подготовка рукописи. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи. В.А. Лапченко принял участие в написании статьи в рамках тем Государственного задания № 124030100098-0; Е.В. Евстафьева, Л.Ш. Дудченко, С.Н. Беляева, Ю.Л. Губин приняли участие в написании статьи в рамках темы Государственного задания № 720000.Р.91.1.00980001001.

Информированное согласие на участие в исследовании. Все участники до включения в исследование добровольно подписали форму информированного согласия, утверждённую в составе протокола исследования этическим комитетом.

Additional information

Authors' contribution. E.V. Evstafeva, L.Sh. Dudchenko, V.A. Lapchenko, Yu.L. Gubin, S.N. Belyaeva — the concept and plan of the study; I.A. Evstafeva — literature review; S.N Belyaeva, V.A. Lapchenko — data collection; E.V. Evstafeva, V.A. Lapchenko — processing and analysis of data; E.V. Evstafeva, V.A. Lapchenko, L.Sh. Dudchenko — interpretation of data and conclusion; E.V. Evstafeva, L.Sh. Dudchenko, I.A. Evstafeva — the preparation of the manuscript. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

Funding source. This study not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests. V.A. Lapchenko took part in writing an article within the framework of the topics of State Assignment No. 124030100098-0; E.V. Evstafyeva, L.Sh. Dudchenko, S.N. Belyaeva, Yu.L. Gubin took part in writing an article within the framework of the topic of State Assignment No. 720000.R.91.1.00980001001.

Patients’ consent. Written consent obtained from all the study participants before the study screening in according to the study protocol approved by the local ethic committee.

About the authors

Elena V. Evstafeva

Academic scientific-research Institute of physical treatment methods, medical climatology and rehabilitation named after I.M. Sechenov

Author for correspondence.
Email: e.evstafeva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8331-4149
SPIN-code: 2768-1760

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, 10/3 Muchina Str., 29860

Vladimir A. Lapchenko

A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RAS

Email: ozon.karadag@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6441-710X
SPIN-code: 7551-1174
Russian Federation, Sevastopol

Leila Sh. Dudchenko

Academic scientific-research Institute of physical treatment methods, medical climatology and rehabilitation named after I.M. Sechenov

Email: vistur@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1506-4758
SPIN-code: 3737-8576

MD, Dr. Sci (Medicine)

Russian Federation, 10/3 Muchina Str., 29860

Svetlana N. Belyaeva

Academic scientific-research Institute of physical treatment methods, medical climatology and rehabilitation named after I.M. Sechenov

Email: belyaeva-sveta@mail.ru

MD, Cand. Sci (Medicine)

Russian Federation, 10/3 Muchina Str., 29860 Yalta

Yuri L. Gubin

Academic scientific-research Institute of physical treatment methods, medical climatology and rehabilitation named after I.M. Sechenov

Email: niisechenova@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-3555-1736
SPIN-code: 2931-5207
Russian Federation, 10/3 Muchina Str., 29860 Yalta

Irina A. Evstafeva

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: irinaevst76@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8658-8241
SPIN-code: 4726-9015

Cand. Sci. (Biology), Assistant Professor

Russian Federation, Simferopol

References

Supplementary files