Vladivostok, Vladivostok, Russian Federation
Vladivostok, Vladivostok, Russian Federation
Na osnove diskriminantnogo analiza, kotoryy provodilsya s cel'yu izmereniya i klassificirovaniya optimal'nym sposobom ob'ektov izucheniya (faktory sredy, funkciya vneshnego dyhaniya), opredeleny kriterii vozdeystviya faktorov sredy i diapazony otvetnoy reakcii vneshnego dyhaniya. Dlya ocenki intensivnosti otvetnoy reakcii na vozdeystvie sredy u bol'nyh ispol'zovali velichinu pokazatelya lyambda Uilksa.
vliyanie klimato-tehnogennoy sredy na organy dyhaniya, funkciya vneshnego dyhaniya, bronhial'naya astma
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАПАЗОНОВ ОТВЕТНОЙ РЕАКЦИИ ФУНКЦИИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ КЛИМАТО-ТЕХНОГЕННОЙ СРЕДЫ ГОРОДА ВЛАДИВОСТОКА У БОЛЬНЫХ С БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМОЙ
© 2018. Л.В. Веремчук, д-р биол. наук; Е.Е. Минеева, канд. мед. наук
Владивостокский филиал Дальневосточного научного центра физиологии и патологии дыхания – НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, Владивосток
На основе дискриминантного анализа, который проводился с целью измерения и классифицирования оптимальным способом объектов изучения (факторы среды, функция внешнего дыхания), определены критерии воздействия факторов среды и диапазоны ответной реакции внешнего дыхания. Для оценки интенсивности ответной реакции на воздействие среды у больных использовали величину показателя лямбда Уилкса.
Ключевые слова влияние климато-техногенной среды на органы дыхания, функция внешнего дыхания, бронхиальная астма
STUDY OF RANGES OF RESPONSE REACTION OF FUNCTION OF EXTERNAL RESPIRATION ON IMPACT OF FACTORS OF CLIMATE-TECHNOGENIC ENVIRONMENT OF THE CITY OF VLADIVOSTOK IN PATIENTS WITH ASTHMA
L.V. Veremchuk, DSci; E.E. Mineeva, PhD,
Vladivostok branch of Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration – Institute of Medical Climatology and Rehabilitative Treatment
On the basis of discriminant analysis, which was conducted to measure and classify the objects of study in the optimal way (environmental factors, external respiration function), criteria for the influence of environmental factors and ranges of respiratory response were determined. To estimate the intensity of the response to the effect of the environment, the value of the Wilks lambda index was used in patients.
Key words: influence of climatic and technogenic factors on respiratory organs, external respiration function, asthma.
Широкая распространенность бронхиальной астмы (БА) в крупных городах мира служит причиной повышенного внимания к ней исследователей [9, 11, 13, 14]. По современным представлениям характер и течение бронхиальной астмы (БА) во многом определяется состоянием окружающей среды [13, 15]. Наиболее чувствительной к окружающей среде у человека является система функции внешнего дыхания (ФВД), изменение которой приводит к сдвигу гомеостаза в органах дыхания [2, 3, 6, 8]. При разной степени контроля БА ответная реакция органов дыхания на внешнее воздействие может отличаться. Воздействие климатической среды на органы дыхания пациентов с БА вызывают неспецифические механизмы проявления болезни. Техногенное загрязнение утяжеляет течение болезни и может выступать в качестве специфических аллергенов [2, 5, 15]. Факт влияния климатических и техногенных параметров на течение бронхиальной астмы установлен, однако сила, направленность и региональные особенности воздействия факторов среды до сих пор полностью не ясны [11, 12, 13]. Поэтому актуальным становится изучение критериев воздействия факторов климато-техногенной среды, вызывающих изменение активности ответной реакции функции внешнего дыхания при обострении бронхиальной астмы.
Материалы и методы
В работе использованы результаты обследования больных бронхиальной астмой контролируемого и неконтролируемого течения, проживающих в условиях муссонного климата и техногенного загрязнения атмосферы г. Владивостока. Обследование больных проводилось в холодный сезон, когда для изучения загрязнения атмосферы отбирались пробы из снежного покрова (2012-2017гг). В исследование включено 232 пациента с бронхиальной астмой, проживающих в различных по уровню загрязнения атмосферного воздуха районах города. Бронхиальную астму контролируемого течения имели у 136 больных, неконтролируемая бронхиальная астма диагностирована у 96 пациентов.
Диагностирование функции внешнего дыхания проводилось методами спирографии и бодиплетизмографии, оценивающих жизненную ёмкость лёгких с анализом статических легочных объемов. По данным спирографии оценивали жизненную ёмкость лёгких (ЖЕЛ), форсированную жизненную ёмкость лёгких (ФЖЕЛ), объём форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1) и соотношение этих параметров ОФВ1/ФЖЕЛ, пиковая объемная скорость (ПОС), с помощью бодиплетизмографии анализировались статические легочные объемы: функциональная остаточная емкость (ФОЕ), общая емкость легких (ОЕЛ), остаточный объем легких (ООЛ), доля остаточного объема в структуре общей емкости легких (ОЕЛ/ООЛ), определялось общее бронхиальное сопротивление (R tot) и бронхиальное сопротивление на вдохе (R in) и выдохе (R ex). Для определения уровня контроля над заболеванием бронхиальной астмы применяли тест ACQ-5 (Asthma Control Questionnaire).
Оценка загрязнения атмосферы города Владивостока проводилась по данным мониторинга (взвешенные вещества мг/м3) «Приморского УГМС» шести стационарных постов наблюдения за период 2012-2017гг. [7] Помимо многолетних данных мониторинга, использовали косвенные показатели (плотность автомобильных дорог, застройки, площадь озеленения и др.), опосредованно влияющих на загрязнение городского воздуха [5, 7, 10]. По результатам взятых проб из снежного покрова (верхний слой 5-10 см свежего снега с площади 1м2) в зимний период (2012-2017 гг.) определяли уровень загрязнения атмосферы города пылевыми аэрозолями [4]. Использовали диапазоны размерности частиц, которые характеризовали патофизиологические механизмы воздействия на органы дыхания человека (0-1, 1-10, 10-50, 50-100, 100-400, 400-700,> 700 мкм) (%), при учете концентрации на них токсичных металлов (Pb, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) (мкм/л). Оценка взвешенных частиц проводилась микроскопом Hitachi S-3400N и энергодисперсионным спектрометром Ultra Dry (Thermo Scientific, США), позволяющим определять распределение пылевых частиц по размерам [4, 14, 16].
Статистический анализ
Определение диапазонов ответной реакции и критериев воздействия факторов окружающей среды на показатели функции внешнего дыхания пациентов с контролируемой и неконтролируемой бронхиальной астмой проводилось при использовании дискриминантного анализа (STATISTICA 8) [1]. Главная цель дискриминантного анализа состоит в том, чтобы на основе измерения характеристик объектов изучения (факторы среды, показатели ФВД) классифицировать их оптимальным способом, отнеся к одной из групп, наиболее прореагировавших на воздействие. Под «оптимальным способом» понимается использование минимума вероятности ложной классификации. В результате на основании экспертных оценок задавались априорные вероятности принадлежности объекта к определенному классу.
Оценка интенсивности ответной реакции ФВД на действие факторов внешней среды проводилась на основе анализа величины показателя лямбда Уилкса (α при р<0,05), который позволял не только выделять триггерные факторы, но и оценивать активность ответной реакции ФВД на их влияние. Показатель α приближающийся к 0 при р<0,05 указывал на увеличение дискриминантного действия воздействующего фактора и, как следствие, на усиление патогенного влияния.
При определении критериев воздействия использовался главный принцип дискриминантного анализа – его многомерность, то есть объект анализа можно рассматривать несколькими параметрами измерения (в диапазонах). В результате характеристики факторов воздействия и реакции ФВД ранжировались и кодировались. При отсутствии утверждённых нормативных правил и санитарно-гигиенических стандартов, кодирование факторов среды проводилось в диапазоне средних значений, где показания < оценивали кодом 1;
m – кодом 2; >
– кодом 3. Диагностические показатели ФВД кодировались согласно нормам, где код 1 присваивался значениям в пределах нормы, выше или ниже нормы (в диапазоне) – код 2.
В зависимости от рассмотрения факторов среды и показателей ФВД в качестве зависимых и независимых переменных выстраивались дискриминационные модели. Использовали модуль «функции классификации», где каждому коду соответствовали расчетные формулы, после вставки, в которые закодированных значений, выделялись диапазоны и критерии, обладающие высокой дискриминантной функцией.
Результаты
Проведенный дискриминантный анализ в группах больных с контролируемой бронхиальной астмой, позволил выделить 10 триггерных факторов внешнего воздействия с высокими значениями лямбда Уилкса (α=0,67-0,79) и статистической значимостью результата (р=0,0001-0,003), что говорит о слабой ответной реакции ФВД на климато-техногенную среду (табл. 1).
Таблица 1. Диапазоны реакции функции внешнего дыхания и критерии воздействия факторов климато-техногенной среды в группе больных контролируемой бронхиальной астмой в г. Владивостоке.
|
Факторы воздействия |
Дискриминантная функция (Лямбда Уилкса /р) |
Критерии факторов среды |
Диапазоны функции внешнего дыхания |
Показатели |
|
ЗАГРЯЗНЕНИЕ |
||||
|
Плотность автомобильных дорог, % |
0,78/0,003 |
>50 |
>0,35 |
R tot (kPa*s/L) |
|
Пылевые фракции 1-10мкм, % |
0,78/0,002 |
>20 |
>0,35 |
R tot (kPa*s/L) |
|
Со в воздухе, мкг/л |
0,79/0,003 |
>0,5 |
70-81 |
ОФВ1(% от должного) |
|
Взвешенные вещества в воздухе, мг/м3 |
0,73/0,0008 |
>1,0 |
60-70 |
ОФВ1/ФЖЕЛ (%) |
|
КЛИМАТ |
||||
|
Изменение давления воздуха за 1дн, мм/р.ст. |
0,68/0,0001 |
>10 |
120-135 |
ФОЕ (% от должного) |
|
Изменение давления воздуха за 2дн, мм/р.ст. |
0,67/0,0001 |
>8 |
125-130 |
ФОЕ (% от должного) |
|
Изменение давления воздуха за 1дн, мм/р.ст. |
0,78/0,003 |
>9 |
135-140 |
ООЛ (% от должного) |
|
Изменение количества осадков за 1 дн, мм |
0,75/0,0008 |
>3,7 |
>125 <75 |
ОЕЛ (% от должного) |
|
Изменение влажности воздуха за 2дн, % |
0,77/0,002 |
>20 |
60-65 |
ПОС (% от должного) |
|
Изменение давления воздуха за 1дн, мм/р.ст. |
0,72/0,0003 |
>9 |
<65 |
ПОС (% от должного) |
Согласно результатам, представленным в таблице 1, у больных с контролируемой БА отклик наблюдался со стороны 7 показателей ФВД, диагностируемых методами бодиплетизмографии (R tot, ФОЕ, ООЛ, ОЕЛ) и спирографии (ОФВ1, ОФВ1/ФЖЕЛ, ПОС).
В группе больных с неконтролируемой БА зафиксирована ответная реакция трех показателей ФВД (ЖЕЛ, ОФВ1/ФЖЕЛ, ПОС), диагностируемых спирографией на действие 7 триггерных факторов среды из них 5 техногенных факторов (α=0,17-0,44) и 2 климатических показателей (скорость ветра, влажность), имеющих высокую дискриминантную функцию (α=0,05, р=0,04; α=0,31, р=0,009), что говорит о высокой патогенности воздействия среды на больных с тяжелой формой заболевания астмы (табл. 2).
Таблица 2. Диапазоны реакции функции внешнего дыхания и критерии воздействия факторов климато-техногенной среды в группе больных неконтролируемой бронхиальной астмой в г. Владивостоке
|
Факторы воздействия внешней среды |
Дискриминантная функция (Лямбда Уилкса /р) |
Критерии факторов среды |
Диапазоны функции внешнего дыхания |
Показатели функции внешнего дыхания |
|
ЗАГРЯЗНЕНИЕ |
||||
|
Взвешенные вещества в воздухе, мг/м3 |
0,27/0,003 |
>0,15 |
50-70 |
ЖЕЛ (% от должного) |
|
СО в воздухе, мкг/л |
0,42/0,02 |
>0,001 |
70-80 |
ЖЕЛ (% от должного) |
|
Пылевые фракции 1-10мкм (%) |
0,44/0,03 |
>15 |
35-70 |
ОФВ1/ФЖЕЛ (%) |
|
Пылевые фракции 0-1мкм (%) |
0,17/0,0008 |
>12 |
30-55 |
ПОС (% от должного) |
|
Zn в воздухе, мкг/л |
0,37/0,01 |
>0,01 |
30-60 |
ПОС (% от должного) |
|
КЛИМАТ |
||||
|
Изменение влажности воздуха за 1д, % |
0,31/0,009 |
>10 |
70-80 |
ЖЕЛ (% от должного) |
|
Изменение скорости ветра за 1 д, м/с |
0,05/0,04 |
>4 |
30-50 |
ОФВ1/ФЖЕЛ (%) |
Заключение. Использование дискриминантного анализа позволило выделить и установить интенсивность и критерии воздействия триггерных факторов на функцию внешнего дыхания больных бронхиальной астмой, проживающих в климато-техногенных условиях г. Владивостока. Пациенты с разной степенью контроля БА реагируют на климато-техногенную среду с различной интенсивностью. Ответная реакция ФВД на воздействие факторов окружающей среды у больных с контролируемой астмой характеризуется низкой активностью при широком спектре триггерных параметров. При отсутствии контроля над заболеванием (неконтролируемая астма) влияние климато-техногенной среды носит патогенный характер, вызывая резкое возрастание метеозависимости, на фоне которой формируется усиление патогенного действия загрязненности атмосферы города.
ЛИТЕРАТУРА
- Боровиков В.П. Искусство анализа данных на компьютере: для профессионалов. 2-е изд. СПб.: Питер, 2003.
- Веремчук Л.В., Минеева Е.Е. Влияние окружающей среды на функцию внешнего дыхания больным с бронхиальной астмой // XXVII Национальный конгресс по болезням органов дыхания: сб. трудов / под ред. акад. А.Г. Чучалина. М.:ДизайнПресс, 2017. С.28.
- Веремчук Л.В., Минеева Е.Е., Виткина Т.И. Экологическая зависимость функции внешнего дыхания у больных бронхиальной астмой, проживающих в г. Владивостоке // Здоровье. Медицинская экология. Наука. Т. 71, №4. С. 31-35.
- Голохваст К.С. Атмосферные суспензии в городах Дальнего Востока. Владивосток: Издание ДВФУ, 2013.
- Загрязнение атмосферы урбанизированной территории, как системный процесс взаимодействия факторов окружающей среды / Л.В. Веремчук, В.И. Янькова, Виткина Т.И. и др. // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2015. №3 (61). С. 35-42.
- Минеева Е.Е., Веремчук Л.В. Интегральная оценка влияния факторов окружающей среды на функциональное состояние органов дыхания // Тихоокеанский медицинский журнал. 2016. №3 Приложение. С. 80.
- Погода и климат. Чем дышал Владивосток [Электронный ресурс]. – Режим доступа свободный: http//www.Primpogoda.ru; http//www.pogodaiklimat.ru
- Солодовникова Ю.В., Метина К.И., Морева В.Г. Влияние эколого-гигиенических факторов на распространенность болезней системы кровообращения // Системный анализ в медицине (САМ 2017), Благовещенск, 19-20 октября 2017 г. Благовещенск: ДНЦ ФПД, 2017. С. 192-195.
- Способ прогнозирования достижения контроля бронхиальной астмы / Д.Л. Нахамчен, В.П. Колосов, Ю.М. Перельман, Л. Г. Нахамчен // Системный анализ в медицине (САМ 2014), Благовещенск, 29-30 мая 2014 г. Благовещенск: ДНЦ ФПД, 2014. С. 179-184.
- Формирование загрязнения атмосферного воздуха города Владивостока и его влияние на распространение болезней органов дыхания / Л.В. Веремчук, В.И. Янькова, Виткина Т.И. [и др.] // Сибирский научный медицинский журнал. 2015. Т. 35. №4. С. 55-61.
- Global asthma prevalence in adults: findings from the cross-sectional world health survey. / To T, Stanojevic S, Moores G, et al. // BMC Public Health. 2012. V. 12. P.204.
- Guo, Y.L. et al. Climate, traffic related air pollutants, and asthma prevalence in middleschool children in Taiwan // Environmental health perspectives. 1999. V.107. P. 1001-1006.
- Heinrich J., Wichmann H.E. Traffic related pollutants in Europe and their effect on allergic disease. // Curr. Opin. Allergy Clin. Immunol. 2004. Vol. 4, №5. P. 341-348.
- Impact evaluation of environmental factors on respiratory function of asthma patients living in urban territory / L.V. Veremchuk, K. Tsarouhas, T.I. Vitkina et al. // Environmental Pollution. April 2018. Vol. 235. P. 489-496.
- Impact of atmospheric microparticles and heavy metals on external respiration function of urbanized territory population / L.V. Veremchuk, E.E. Mineeva, T.I. Vitkina et al. // Russian Open Medical Journal. 2017. V.6. e0402. DOI: 10.15275/rusomj. 2017.0402 (ISSN 2304-3415).
- Urban air pollution, climate and its impact on asthma morbidity / L.V. Veremchuk, V.I. Yankova, T.I. Vitkina // Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. 2016. V. 6(1). P. 7679.
1. Borovikov V.P. Iskusstvo analiza dannyh na komp'yutere: dlya professionalov. 2-e izd. SPb.: Piter, 2003.
2. Veremchuk L.V., Mineeva E.E. Vliyanie okruzhayuschey sredy na funkciyu vneshnego dyhaniya bol'nym s bronhial'noy astmoy // XXVII Nacional'nyy kongress po boleznyam organov dyhaniya: sb. trudov / pod red. akad. A.G. Chuchalina. M.:DizaynPress, 2017. S.28.
3. Veremchuk L.V., Mineeva E.E., Vitkina T.I. Ekologicheskaya zavisimost' funkcii vneshnego dyhaniya u bol'nyh bronhial'noy astmoy, prozhivayuschih v g. Vladivostoke // Zdorov'e. Medicinskaya ekologiya. Nauka. T. 71, №4. S. 31-35.
4. Golohvast K.S. Atmosfernye suspenzii v gorodah Dal'nego Vostoka. Vladivostok: Izdanie DVFU, 2013.
5. Zagryaznenie atmosfery urbanizirovannoy territorii, kak sistemnyy process vzaimodeystviya faktorov okruzhayuschey sredy / L.V. Veremchuk, V.I. Yan'kova, Vitkina T.I. i dr. // Zdorov'e. Medicinskaya ekologiya. Nauka. 2015. №3 (61). S. 35-42.
6. Mineeva E.E., Veremchuk L.V. Integral'naya ocenka vliyaniya faktorov okruzhayuschey sredy na funkcional'noe sostoyanie organov dyhaniya // Tihookeanskiy medicinskiy zhurnal. 2016. №3 Prilozhenie. S. 80.
7. Pogoda i klimat. Chem dyshal Vladivostok [Elektronnyy resurs]. – Rezhim dostupa svobodnyy: http//www.Primpogoda.ru; http//www.pogodaiklimat.ru
8. Solodovnikova Yu.V., Metina K.I., Moreva V.G. Vliyanie ekologo-gigienicheskih faktorov na rasprostranennost' bolezney sistemy krovoobrascheniya // Sistemnyy analiz v medicine (SAM 2017), Blagoveschensk, 19-20 oktyabrya 2017 g. Blagoveschensk: DNC FPD, 2017. S. 192-195.
9. Sposob prognozirovaniya dostizheniya kontrolya bronhial'noy astmy / D.L. Nahamchen, V.P. Kolosov, Yu.M. Perel'man, L. G. Nahamchen // Sistemnyy analiz v medicine (SAM 2014), Blagoveschensk, 29-30 maya 2014 g. Blagoveschensk: DNC FPD, 2014. S. 179-184.
10. Formirovanie zagryazneniya atmosfernogo vozduha goroda Vladivostoka i ego vliyanie na rasprostranenie bolezney organov dyhaniya / L.V. Veremchuk, V.I. Yan'kova, Vitkina T.I. [i dr.] // Sibirskiy nauchnyy medicinskiy zhurnal. 2015. T. 35. №4. S. 55-61.
11. Global asthma prevalence in adults: findings from the cross-sectional world health survey. / To T, Stanojevic S, Moores G, et al. // BMC Public Health. 2012. V. 12. P.204.
12. Guo, Y.L. et al. Climate, traffic related air pollutants, and asthma prevalence in middleschool children in Taiwan // Environmental health perspectives. 1999. V.107. P. 1001-1006.
13. Heinrich J., Wichmann H.E. Traffic related pollutants in Europe and their effect on allergic disease. // Curr. Opin. Allergy Clin. Immunol. 2004. Vol. 4, №5. P. 341-348.
14. Impact evaluation of environmental factors on respiratory function of asthma patients living in urban territory / L.V. Veremchuk, K. Tsarouhas, T.I. Vitkina et al. // Environmental Pollution. April 2018. Vol. 235. P. 489-496.
15. Impact of atmospheric microparticles and heavy metals on external respiration function of urbanized territory population / L.V. Veremchuk, E.E. Mineeva, T.I. Vitkina et al. // Russian Open Medical Journal. 2017. V.6. e0402. DOI: 10.15275/rusomj. 2017.0402 (ISSN 2304-3415).
16. Urban air pollution, climate and its impact on asthma morbidity / L.V. Veremchuk, V.I. Yankova, T.I. Vitkina // Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. 2016. V. 6(1). P. 7679.
