CLINICAL COURSE OF BRONCHIAL ASTHMA DEPENDING ON CONCENTRATION OF GAS AND DUST AIR POLLUTANTS

Transkrypt

1 Nowiny Lekarskie 2006, 75, 1, JANUSZ KASPERCZYK, ZYGMUNT STĘPLEWSKI PRZEBIEG KLINICZNY ASTMY OSKRZELOWEJ W ZALEŻNOŚCI OD STĘŻEŃ GAZOWYCH I PYŁOWYCH ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA CLINICAL COURSE OF BRONCHIAL ASTHMA DEPENDING ON CONCENTRATION OF GAS AND DUST AIR POLLUTANTS Katedra i Zakład Medycyny i Epidemiologii Środowiskowej Śląska Akademia Medyczna, Zabrze Kierownik: dr hab. n. med. Jadwiga Jośko Streszczenie Wstęp. Astma oskrzelowa staje się obecnie coraz powszechniejszym problemem zdrowotnym wśród dzieci. Od lat 60. naszego stulecia notuje się stały, coraz szybszy wzrost częstości występowania tej choroby. Cel. Celem pracy była ocena wpływu gazowych i pyłowych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego (SO 2, pył, NO x, CO) na zewnątrz mieszkań ( outdoor ) na przebieg kliniczny astmy oskrzelowej u dzieci. Materiały i metody. Badano dzieci letnie (339 dzieci z rozpoznaną astmą oraz kontrola dzieci zdrowe). Oceniano częstość występowania świszczącego, ucisku w klatce piersiowej, duszności wysiłkowej i spoczynkowej. Analizę korelacji i regresji logistycznej przeprowadzono przy użyciu pakietu Statistica oraz metod statystyki bayesowskiej (pakiet BUGS). Wyniki. Wykazano silną, dodatnią korelację częstości badanych objawów ze stężeniami SO 2. Wysokie stężenia tlenków azotu oraz tlenku węgla powodowało mniejsze nasilenie niektórych objawów astmy (!), pył zawieszony nie wpływał istotnie na przebieg choroby. Wnioski. Uzyskane w badaniach wyniki wskazują na konieczność redukcji emisji zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego, głównie SO 2, aby złagodzić przebieg astmy. Uzyskane niejednoznaczne wyniki w odniesieniu do NO x oraz CO wskazują na konieczność zmiany metod oceny narażenia, np. pomiar wewnątrz mieszkań, gdzie dzieci spędzają większość czasu i gdzie znajdują się emitery NO x i CO. SŁOWA KLUCZOWE: Astma oskrzelowa, zanieczyszczenia powietrza, dwutlenek siarki, pył zawieszony, tlenki azotu, tlenek węgla. Summary Introduction. Bronchial asthma is presently becoming a more and more common health problem among children. From the 1960s a constant increase in the number of cases of this illness has been noted. Aim. The aim of the research was to check the influence of gas and dust pollutants in the outdoor environment on the intensity of symptoms of asthmatic children. Materials and methods. The research was conducted among children of years of age (339 children with diagnosed asthma and healthy children as control group). This report describes the influence of gas and dust pollution of outdoor atmospheric air (SO 2, dust, NO x, CO) on the clinical course of asthma. The evaluated symptoms included frequency of wheezing breathing, pressure in chest, effort and rest dyspnoea. The analysis of correlation and logistic regression was conducted with the use of statistical packets Statistica and Bayes s Statistics Method (BUGS packet). Results. The calculation showed a strong positive correlation between the frequency of examined symptoms and the concentration of SO 2. High concentration of nitric oxides and carbon monoxide caused a decrease of some asthma symptoms (!), suspended dust did not substantially influence the course of illness. Conclusion. The results obtained show the need for reduction of emission of the air pollutants, mainly SO 2, to alleviate clinical course of asthma. The fact that the results of the research are unequivocal points to the necessity to change the exposure evaluation method. It would be advisable to conduct measurements indoors in the flats where the children spend most of the time and where there are nitric oxide and carbon monoxide emitters. KEY WORDS: Bronchial asthma, air pollution, sulphur dioxide, particulate matter, nitrogen oxides, carbon monoxide. Wstęp Astma oskrzelowa staje się obecnie coraz powszechniejszym problemem zdrowotnym wśród dzieci. Od lat 60. naszego stulecia notuje się stały, coraz szybszy wzrost częstości występowania tej choroby [1, 2]. Dawno już zauważono, że przebieg astmy, nasilenie objawów, zależy od narażenia na różnorodne czynniki zewnętrzne pochodzenia bakteryjnego, roślinnego, zwierzęcego oraz substancji sztucznych [3, 4]. Istnieje dość duża rozbieżność poglądów na temat wpływu czynników środowiskowych na astmę zarówno na indukcję, jak i na jej przebieg kliniczny. Większość badań epidemiologicznych wskazuje na dość silny związek pomiędzy stężeniami zanieczyszczeń powietrza a częstością napadów astmy, czy zaostrzeniem jej przebiegu [5, 6, 7, 8]. Za zanieczyszczenia powietrza, mogące mieć modyfikujący wpływ na przebieg kliniczny astmy uważa się: dwutlenek siarki, tlenki azotu, pył zawieszony, ozon, tlenek węgla [8, 9, 10, 11, 12, 13]. W zasadzie do końca nie jest poznane działanie wymienionych zanieczyszczeń pojedynczo. Zazwyczaj działają one razem, często w powiązaniu

2 Przebieg kliniczny astmy oskrzelowej w zależności od stężeń gazowych i pyłowych zanieczyszczeń powietrza 23 z innymi czynnikami (np. temperatura, wilgotność), które modyfikują ich działanie [14]. Ponieważ choroba ta dotyczy coraz większej populacji ludzi, postanowiono przebadać, które czynniki i jak silnie modyfikują przebieg astmy. Niniejsze doniesienie przedstawia fragment programu badawczego Katowice Astma Project w zakresie wpływu zanieczyszczeń powietrza, takich jak, SO 2, pył, NO x, CO. Materiał i metodyka Badania zostały przeprowadzone w latach Zostały nimi objęte dzieci z klas IV (wiek lat) rekrutowane ze szkół województwa katowickiego. Wytypowano 86 szkół podstawowych zlokalizowanych nie dalej niż 2 km od 11 stacji ciągłego monitoringu zanieczyszczeń powietrza w województwie katowickim [15, 16, 17]. Kryterium to było niezbędne ze względu na konieczność uzyskania danych o środowisku zewnętrznym [18, 19]. Program badawczy składał się z 2 etapów. I etap badań miał na celu określenie częstości występowania astmy u dzieci i określenie czynników wpływających na jej indukcję i przebieg. Podczas II etapu badań (zima oraz ) ankieterzy odwiedzili 290 wyselekcjonowanych z I etapu badań rodzin (zakwalifikowano wszystkie dzieci z rozpoznaną astmą oraz dzieci z objawami astmy oraz dobrano taką samą liczbę dzieci zdrowych). Na przeprowadzenie badań wybrano okres zimy, aby uniknąć wpływu alergenów roślinnych. Przeprowadzono dokładny wywiad na temat warunków życia, zdrowia dzieci oraz przeprowadzono inne badania (opisane w innych publikacjach) [15, 16, 17]. obudzenie się dziecka ; obudzenie się dziecka z powodu napadu kaszlu. Częstość występowania powyższych objawów porównywano z narażeniem na zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego. Opracowanie danych Wszystkie uzyskane w trakcie realizacji programu dane zostały wprowadzone i wstępnie analizowane pakietem Statistica. Analizowano częstość występowania i procentowy rozkład szacowanej cechy, zależności pomiędzy nasileniem objawów astmy u dzieci a czynnikami mogącymi mieć na to wpływ. Dalsze analizy przeprowadzono z wykorzystaniem metod statystyki bayesowskiej oraz technik statystycznych określanych w literaturze statystycznej jako Marcov Chain Monte Carlo (MCMC). Do obliczeń użyto programu firmy Medical Research Council z Cambridge o nazwie BUGS (Bayesian Interface Using Gibbs Sampling) [20]. Użyto modelu dwumianowego z regresją logistyczną, dla uzyskanych z modelu danych, celem zobrazowania zależności, wyliczono współczynnik korelacji oraz współczynnik istotności p. Wyniki Ogółem w I etapie rodzicom rozdano 5945 ankiet, z czego zebrano 5246 wypełnionych, co stanowi 88,2%. Po wstępnej analizie stwierdzono 153 (2,9%) przypadki rozpoznanej przez lekarza astmy oraz 186 dzieci z podwyższonym stopniem ryzyka wystąpienia astmy (3,5% populacji ogólnej). Częstość występowania poszczególnych objawów w populacji dzieci z I etapu badań przedstawia tabela 1. Tab. 1. Ilościowy i procentowy rozkład objawów chorobowych występujących u dzieci (dane z I etapu badań, rozkład procentowy dla całości populacji) Wystąpienie świszczącego w kl.p. z powodu duszności z powodu kaszlu Tak ,4% 290 5,5% 341 6,5% 239 4,5% 243 4,6% ,1% Nie ,6% ,5% ,5% ,5% ,4% ,9% Przez cały czas trwania badań zbierano informacje dotyczące zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego (outdoor), pochodzące z 11 automatycznych stacji monitoringu zanieczyszczeń powietrza. Dane były podawane w odstępach dwutygodniowych i obejmowały pomiary szczytowe i średnie zanieczyszczeń: SO 2, NO x, pył zawieszony, CO [18, 19]. Aby dokładnie określić, jakie czynniki wpływają na przebieg kliniczny astmy posłużono się wynikami obu etapów programu. Przebieg kliniczny astmy był oceniany na podstawie występowania objawów: świszczący oddech; duszność w ciągu dnia niezwiązana z żadnym wysiłkiem fizycznym; atak duszności ; obudzenie się dziecka w klatce piersiowej; Porównano częstość występowania badanych objawów ze stężeniem zanieczyszczeń powietrza, wyliczając dla uzyskanych z modelu danych korelacje oraz współczynnik istotności (korelacja dodatnia oznacza wzrost częstości występowania objawów przy wzroście stężenia zanieczyszczeń). Dane liczbowe przedstawia tabela 2. (wyniki nieistotne statystycznie pominięto). Podobne analizy wykonano podczas II etapu badań, częstość występowania badanych objawów przedstawia tabela 3., natomiast ich zależność od stężeń zanieczyszczeń powietrza tabela 4.

3 24 Janusz Kasperczyk, Zygmunt Stęplewski Tab. 2. Przebieg kliniczny astmy a zanieczyszczenia powietrza (I Etap) Prawdop. wyst. świszczącego z powodu kaszlu Rodzaj zanieczyszczenia SO 2 Pył NO NO 2 CO R = -0,991 R = 0,909 R = -0,945 R = 0,819 p = 0,002 R = 0,967 R = -0,939 p = 0,001 R = 0,852 p = 0,007 R współczynnik korelacji p współczynnik istotności zależność nieistotna Tab. 3. Ilościowy i procentowy rozkład objawów chorobowych występujących u dzieci (dane z II etapu badań, rozkład procentowy dla całości populacji w II etapie) Tak Nie Wystąpienie świszczącego ,8% ,2% w kl. piersiowej 73 12,7% ,3% 86 14,9% ,1% 78 13,5% ,5% ,2% ,8% Tab. 4. Przebieg kliniczny astmy a zanieczyszczenia powietrza (II Etap) Prawdop. wyst. świszczącego się się Rodzaj zanieczyszczenia SO 2 Pył NO NO 2 CO R = 0,995 R = 0,985 R = 0,9328 R = 0,989 R = 0,9662 R =-0,851 p = 0,002 R = R = -0,905 R = -0,559 p = 0,074 R = 0,709 p = 0,052 R = -0,630 p = 0,094 R = 0,9875 R współczynnik korelacji p współczynnik istotności zależność nieistotna Omówienie wyników Dwutlenek siarki był odpowiedzialny za zaostrzenie praktycznie wszystkich objawów u badanych dzieci. Najwyraźniej zależność tę widać w II etapie badania, nieco słabiej podczas I etapu. Największe efekty działania SO 2 obserwuje się podczas hiperwentylacji, gdyż podczas spokojnego oddychania większość tego gazu rozpuszcza się w śluzie górnych dróg oddechowych [10]. Potwierdzają to niniejsze badania, zarówno w I, jak i II etapie u dzieci narażonych na duże stężenia SO 2 wystąpiła duszność, za którą był odpowiedzialny skurcz oskrzeli. Większość

4 Przebieg kliniczny astmy oskrzelowej w zależności od stężeń gazowych i pyłowych zanieczyszczeń powietrza 25 autorów jest zgodna co do tego, że astmatycy są bardziej wrażliwi niż zdrowi na działanie tego gazu [5, 9, 21], istnieje jednak doniesienie o braku wpływu SO 2 na przebieg kliniczny astmy przy krótkotrwałym narażeniu, a także wskazujące, że niewielkie zmiany wystąpiły dopiero po 5 dniach od narażenia [22]. Częstość żadnego z analizowanych objawów astmy u badanych dzieci nie korelowała ze stężeniami pyłu zawieszonego. Z piśmiennictwa wiadomo, że nasilenie objawów zależy od wielkości cząsteczek pyłu i ich składu chemicznego [10]. Udowodniono, że przewlekła ekspozycja na pył frakcji PM 10 wiąże się z częstszym występowaniem zmian zapalnych, pogorszeniem wyników spirometrycznych, zwiększoną częstością pomocy udzielanej ludziom chorym na astmę [5, 9, 10, 23]. Niestety nie dysponowano pomiarami frakcji pyłu PM 10 i PM 2,5 [18, 19]. Brak związku w przebiegu klinicznym astmy z ilością pyłu wynikać mógł nie tylko z braku danych o stężeniu frakcji PM 10, lecz również z tego, że chore na astmę dzieci w okresie zimowym spędzają większość czasu w mieszkaniu. Ze wszystkich zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego pył najtrudniej penetruje do mieszkań [24] i być może dlatego nie zaobserwowano jego działania na objawy astmy u dzieci. Niejednoznaczne są wyniki analiz wpływu tlenków azotu na zdrowie dzieci. Zależnie od jego rodzaju (NO lub NO 2 ) oraz od rodzaju badanego objawu obserwowano różny wpływ. Stężenia tlenku azotu (NO) korelowały ujemnie z obserwowanymi objawami (tzn. im większe było stężenie w powietrzu, tym prawdopodobieństwo zaostrzenia astmy było mniejsze). Podobne wyniki analiz uzyskano tak w oparciu o dane z I, jak i z II etapu badań. Natomiast dwutlenek azotu (NO 2 ) powodował zwiększenie częstości występowania duszności i kaszlu oraz zmniejszenie częstości występowania świszczącego. Uzyskane wyniki są o tyle zastanawiające, że w większości dostępnego piśmiennictwa tlenki azotu uważane są za główny czynnik powodujący nasilenie objawów astmy [5, 9, 24]. Tlenki azotu przedostają się do mieszkań praktycznie w takim samym stężeniu, w jakim występują w powietrzu zewnętrznym [24]. Zazwyczaj jednak głównym źródłem narażenia na tlenki azotu są kuchenki gazowe [10], umieszczane często w źle wentylowanych pomieszczeniach. Narażenie to mogło w znaczący sposób zaburzyć ocenę wpływu tlenków azotu obecnych w powietrzu atmosferycznym. Wskazuje to na konieczność dalszych badań, być może z oceną stężenia tlenków azotu w mieszkaniach [5]. Również ocena wpływu tlenku węgla na przebieg astmy u dzieci dała niejednoznaczne wyniki. Narażenie na CO powodowało częstsze występowanie kaszlu, świszczącego oraz duszności, ale również zmniejszało częstość występowania ucisku w klatce piersiowej oraz duszności. Istnieje bardzo mało doniesień w piśmiennictwie na temat wpływu CO na zdrowie i podobnie jak w niniejszych badaniach, oceny są niejednoznaczne [10, 11]. Zazwyczaj postuluje się, że tlenek węgla odgrywa rolę jako kofaktor, wraz z innymi czynnikami, z którymi zazwyczaj współwystępuje [11] i trudno jest ocenić rzeczywistą jego rolę przy działaniu w pojedynkę [9]. Wnioski Uzyskane w badaniach wyniki wskazują na konieczność redukcji emisji zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego, głównie dwutlenku siarki, co z pewnością doprowadzi do łagodniejszego przebiegu klinicznego astmy. Uzyskane niejednoznaczne wyniki w odniesieniu do tlenków azotu oraz tlenku węgla wskazują na konieczność zmiany metod oceny narażenia, celowe byłoby prowadzenie pomiarów wewnątrz mieszkań, gdzie dzieci spędzają większość czasu i gdzie znajdują się emitery tlenków azotu i tlenku węgla. Piśmiennictwo 1. Burney P.G.J., Chinn S., Rona RJ.: Has the prevalence of asthma increased in children? Evidence from the national study of health and growth Br. Med. J., 1990, 300, Platts-Mills T.A.E.: How environment affects patients with allergic disease: Indoor allergens and asthma. Ann. Allergy, 1994, 72, Gern J.E., Lemanske R.F., Busse W.W.: Early life origins of asthma. J. Clin. Invest., 1999, 104, Provocative factors in asthma. Canadian Asthma Consensus Report, 1999, 161, Bates DV.: Observations on asthma. Environ. Health Perspect., 1995, 103, Lis G., Pietrzyk J.: Wpływ zanieczyszczeń powietrza na występowanie astmy oskrzelowej u dzieci szkolnych z Krakowa. Pneum. Alerg. Pol., 1997, 65, Małolepszy J.: Patogeneza astmy oskrzelowej w: Choroby alergiczne i astma red. Małolepszy J., Wrocław, Wolumed 1996, Samet J.M.: Asthma and the environment: do environmental factors affect the incidence and prognosis of asthma? Toxicol. Letters, 1995, 82/83, Bates D.V.: The effects of air pollution on children. Environ. Health Perspect., 1995, 103, Koren H.S.: Associations between criteria air pollutants and asthma. Environ. Health Perspect., 1995, 103, Leikauf G.D. i wsp.: Evaluation of possible association of urban air toxics and asthma. Environ. Health Perspect., 1995, 103, Schwartz J. i wsp.: Particulate air pollution and hospital emergency room visits for asthma in Seattle. Am. Rev. Respir. Dis., 1993, 147, Seńczuk W.: Niemetale i ich połączenia nieorganiczne. W: Toksykologia red. Seńczuk W. Warszawa: PZWL 1994, Gamble J.F., Lewis R.J.: Health and respirable particulate (PM 10 ) air pollution: a casual or statistical association? Environ. Health Perspect., 1996, 104, Stęplewski Z. i wsp.: Frequency and Intensity of Asthma Risk Basing on Questionnaire Investigation in Silesian Children. Pol. J. Environ. Studies, 1999, 8, Stęplewski Z. i wsp.: Abiotic Environmental Factors in Children Bronchial Asthma in Respect to Own Results Obtained in Silesia Region. Pol. J. Environ. Studies, 1999, 8,

5 26 Janusz Kasperczyk, Zygmunt Stęplewski 17. Stęplewski Z. i wsp.: Ryzyko astmy oskrzelowej u śląskich dzieci (Badanie wstępne). Probl. Med. Społ., 1997, 32, Jarzębski L.: Raport o stanie środowiska w województwie katowickim w latach , Wojewoda katowicki: Biuletyn służby monitoringu powietrza Spiegelhalter D., Thomas A., Best N., Gilks W.: (2000) BUGS: Bayesian Inference Using Gibbs Sampling, Version 1.3, Medical Research Council Biostatistics Unit, Cambridge: Boushey H.A., Fahy J.: Basic Mechanisms of Asthma. Environ. Health Perspect., 1995, 103, Peters A. i wsp.: Acute health effects of exposure to high levels of air pollution in Eastern Europe. Am. J. Epidemiol., 1996, 144, Fried P.A., Perkins S.L., Watkinson B., McCartney J.S.: Association between creatinine adjusted and unadjusted urine cotynine values in children and the mother s report of exposure to environmental tobacco smoke. Clin. Biochem., 1995, 28, Raizenne M., Dales R., Burnett R.: Air pollution exposures and children s health. Can. J. Publ. Health, 1998, 89,