© Copyright by Wydawnictwo Naukowe PWN S.A., Warszawa 2024

Wszystkie prawa zastrzeżone.

Przedruk i reprodukcja w jakiejkolwiek postaci całości bądź części książki bez pisemnej zgody wydawcy są zabronione.

Autorzy i Wydawnictwo dołożyli wszelkich starań, aby wybór i dawkowanie leków w tym opracowaniu były zgodne z aktualnymi wskazaniami i praktyką kliniczną. Mimo to, ze względu na stan wiedzy, zmiany regulacji prawnych i nieprzerwany napływ nowych wyników badań dotyczących podstawowych i niepożądanych działań leków, Czytelnik musi brać pod uwagę informacje zawarte w ulotce dołączonej do każdego opakowania, aby nie przeoczyć ewentualnych zmian we wskazaniach i dawkowaniu. Dotyczy to także specjalnych ostrzeżeń i środków ostrożności. Należy o tym pamiętać, zwłaszcza w przypadku nowych lub rzadko stosowanych substancji.

Recenzent: prof. Jacek Klawe

Wydawca: Marta Diana Rozwadowska

Redaktor prowadzący: Barbara Nowak-Pacholczak

Redaktor merytoryczny: Elżbieta Kossarzecka

Producent: Grzegorz Mosieniak

Projekt okładki i stron tytułowych: Kamil Cybulski

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2024 r. (Wydanie I)

Warszawa 2024

PZWL Wydawnictwo Lekarskie

ISBN: 978-83-01-23683-0

DOI: https://doi.org/10.53271/2023.192

Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.

ul. G. Daimlera 2

02-460 Warszawa

pwn.pl

Księgarnia wysyłkowa:

tel. 42 680 44 88; infolinia: 801 33 33 88

e-mail: wysylkowa@pzwl.pl

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.:
Michał Latusek

Informacje w sprawie współpracy reklamowej: BR.PZWL@pwn.pl

AUTORZY

Dr n. o zdr. Alicja Basiak-Rasała

Zakład Badań Populacyjnych i Profilaktyki Chorób Cywilizacyjnych, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. med. i n. o zdr. Jarosław Chmielewski

Instytut Ochrony Środowiska-Państwowy Instytut Badawczy w Warszawie

Dr n. med. Justyna Chojdak-Łukasiewicz

Klinika Neurologii, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. med. Karolina Czerwińska

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr hab. n. o zdr. Magdalena Florek-Łuszczki, prof. IMW

Instytut Medycyny Wsi im. Witolda Chodźki w Lublinie

Prof. dr hab. n. med. Paweł Gać

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Prof. dr hab. inż. Barbara Gworek

Instytut Ochrony Środowiska-Państwowy Instytut Badawczy w Warszawie

Lek. Wojciech Hajdusianek

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. o zdr. Agnieszka Jankowska

Zakład Środowiskowych i Zawodowych Zagrożeń Zdrowia, Instytut Medycyny Pracy im. prof. dra Jerzego Nofera w Łodzi

Dr n. o zdr. Aleksandra Jaremków

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastow Śląskich we Wrocławiu

Prof. dr hab. n. med. Joanna Jerzyńska

Klinika Interny Dziecięcej i Alergologii, III Katedra Pediatrii, Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Mgr inż. Lidia Jurczenko

SKN Profilaktyki Chorób Sercowo-Naczyniowych, Klinika Chorób Wewnętrznych, Zawodowych, Nadciśnienia Tętniczego i Onkologii Klinicznej, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Prof. dr hab. n. med. Joanna Jurewicz

Zakład Bezpieczeństwa Chemicznego, Instytut Medycyny Pracy w Łodzi

Dr n. med. i n. o zdr. Monika Kaczoruk

Instytut Medycyny Wsi im. Witolda Chodźki w  Lublinie

Dr n. med. Paulina Konieczna

Klinika Neurologii, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Krzysztof Kraik

SKN Profilaktyki Chorób Sercowo-Naczyniowych, Klinika Chorób Wewnętrznych, Zawodowych, Nadciśnienia Tętniczego i Onkologii Klinicznej, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. chem. Joanna Izabela Lachowicz

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Mgr inż. Katarzyna Łuczak

Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. biol. Iwona Markiewicz-Górka

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr hab. n. med. Helena Martynowicz, prof. UMW

Katedra i Klinika Chorób Wewnętrznych, Zawodowych, Nadciśnienia Tętniczego i Onkologii Klinicznej, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. med. i n. o zdr. Monika Michałek-Zrąbkowska

Katedra i Klinika Chorób Wewnętrznych, Zawodowych, Nadciśnienia Tętniczego i Onkologii Klinicznej, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Prof. dr hab. n. med. Krystyna Pawlas

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Prof. dr hab. n. med. Natalia Pawlas

Katedra i Zakład Farmakologii, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach

Dr hab. n. med. i n. o zdr. Barbara Piekarska

Zakład Profilaktyki Zagrożeń Środowiskowych, Alergologii i Immunologii, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Prof. dr. hab. n. med. Kinga Polańska

Zakład Środowiskowych i Zawodowych Zagrożeń Zdrowia, Instytut Medycyny Pracy im. prof. dra Jerzego Nofera w Łodzi

Dr hab. n. med. Małgorzata Poręba, prof. AWF

Zakład Sportu Paraolimpijskiego, Akademia Wychowania Fizycznego im. Polskich Olimpijczyków we Wrocławiu

Prof. dr hab. n. med. Rafał Poręba

Katedra i Klinika Chorób Wewnętrznych, Zawodowych, Nadciśnienia Tętniczego i Onkologii Klinicznej, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. med. Daniel Rabczenko

Zakład Monitorowania i Analiz Stanu Zdrowia Ludności, Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego – Państwowy Zakład Higieny – PIB w Warszawie

Prof. dr. hab. n. med. Bolesław Samoliński

Zakład Profilaktyki Zagrożeń Środowiskowych, Alergologii i Immunologii, Warszawski Uniwersytet Medyczny

Prof. dr hab. n. med. Małgorzata Izabela Sobieszczańska

Katedra i Klinika Geriatrii, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Małgorzata Stopa

SKN Profilaktyki Chorób Sercowo-Naczyniowych, Klinika Chorób Wewnętrznych, Zawodowych, Nadciśnienia Tętniczego i Onkologii Klinicznej, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. chem. Dorota Szczęsna

Zakład Bezpieczeństwa Chemicznego, Instytut Medycyny Pracy im. prof. dra Jerzego Nofera w Łodzi

Dr n. med. i n. o zdr. Marek Tradecki

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu; Komisje Lekarskie, Oddział Wrocław, Zakład Ubezpieczeń Społecznych

Dr hab. n. med. Marta Waliszewska-Prosół

Klinika Neurologii, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr hab. n. med. Katarzyna Zatońska, prof. UMW

Katedra Zdrowia Populacyjnego, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Dr n. med. Natalia Zdebik

Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Prof. dr hab. Marek Zmyślony

Prezes Polskiego Towarzystwa Badań Radiacyjnych im. Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie

Lek. Aleksandra Żórawik

Zakład Zdrowia Środowiskowego i Medycyny Pracy, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

Fragment

Słowo wstępne

1. Podstawowe pojęcia epidemiologii
DANIEL RABCZENKO

1.1. Wstęp

1.2. Miary stosowane w epidemiologicznych badaniach opisowych

1.3. Standaryzacja współczynników

1.4. Miary stosowane w epidemiologicznych badaniach analitycznych

1.5. Statystyczna analiza danych epidemiologicznych

1.6. Użyteczne narzędzia

2. Badania epidemiologiczne w zdrowiu środowiskowym
MAREK TRADECKI

2.1. Epidemiologia środowiskowa

2.2. Badania opisowe

2.3. Badania przekrojowe

2.4. Badania ekologiczne

2.5. Badania kohortowe

2.6. Badania kliniczno-kontrolne

2.7. Badania eksperymentalne

3. Zanieczyszczenie powietrza jako globalny problem zdrowia środowiskowego
BARBARA PIEKARSKA

3.1. Rodzaje zanieczyszczeń powietrza

3.1.1. Pyły zawieszone (PM)

3.1.2. Dwutlenek azotu (NO_2)

3.1.3. Ozon

3.1.4. Tlenek węgla (CO)

3.1.5. Dwutlenek siarki

3.1.6. Formaldehyd

3.2. Długoterminowe i krótkoterminowe skutki narażenia na zanieczyszczenia powietrza

3.3. Skutki dla środowiska naturalnego spowodowane zanieczyszczeniem powietrza

3.3.1. Smog

3.3.2. Kwaśne deszcze

3.3.3. Dziura ozonowa

3.3.4. Efekt cieplarniany

4. Zmiany klimatu i zdrowie środowiskowe
BARBARA PIEKARSKA, KRYSTYNA PAWLAS

4.1. Podstawowe pojęcia

4.1.1. Globalne ocieplenie

4.1.2. Zmiana klimatu

4.1.3. Neutralność klimatyczna

4.1.4. Adaptacja do zmian klimatu

4.1.5. Skutki zmian klimatu

4.1.6. Fale upałów

4.1.7. Powodzie

4.1.8. Susze

4.2. Zmiany klimatu a zdrowie człowieka

4.3. Zmiany klimatu a choroby zakaźne

4.3.1. Choroby przenoszone przez wektory i gryzonie

4.3.2. Choroby przenoszone przez wodę i drogą pokarmową

4.4. Populacje wrażliwe

4.4.1. Migracje i przemieszczanie populacji

5. Hałas środowiskowy
KRYSTYNA PAWLAS, NATALIA PAWLAS

5.1. Bezpośrednie skutki hałasu

5.1.1. Maskowanie sygnałów akustycznych

5.1.2. Dokuczliwość hałasu

5.1.3. Sprawność w hałasie

5.1.4. Wpływ hałasu na sen

5.2. Odległe skutki ekspozycji na hałas

5.2.1. Wpływ hałasu na układ krążenia i inne reakcje fizjologiczne

5.2.2. Wpływ hałasu na zdrowie psychiczne, sprawność i zachowanie

5.3. Rekomendacje dotyczące hałasu środowiskowego

6. Czynniki chemiczne w środowisku
NATALIA PAWLAS, KRYSTYNA PAWLAS

7. Pola i promieniowanie elektromagnetyczne 0–300 GHz
MAREK ZMYŚLONY

7.1. Opis fizyczny – definicje i jednostki

7.1.1. Pole i promieniowanie elektromagnetyczne

7.1.2. Właściwości elektryczne i magnetyczne materiałów biologicznych

7.1.3. Mechanizmy działania

7.2. Wielkość ekspozycji

7.2.1. Naturalne pola-EM

7.2.2. Sztuczne pola-EM

7.3. Skutki zdrowotne

7.4. Przepisy dotyczące ochrony przed negatywnymi skutkami ekspozycji

8. Środowiskowe narażenie na nanocząsteczki a zdrowie
JOANNA IZABELA LACHOWICZ

8.1. Wstęp

8.2. Źródła oraz klasyfikacja nanocząsteczek

8.3. Metody ilościowe i jakościowe badania nanocząsteczek

8.4. Regulacje prawne determinujące dopuszczalne stężenie nanocząsteczek

8.5. Czynniki wpływające na toksyczność nanocząsteczek

8.6. Drogi przenikania i przemieszczania się nanocząsteczek

8.7. Patologie związane z ekspozycją na nanocząsteczki

9. Chemiczne zanieczyszczenie żywności
IWONA MARKIEWICZ-GÓRKA

9.1. Metale i metaloidy

9.2. Bisfenol A

9.3. Perfluorowane związki alifatyczne

9.4. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

9.5. Akryloamid

9.6. Mikotoksyny

9.7. Aflatoksyny

9.8. Ochratoksyna A

9.9. Zearalenon

9.10. Trichoteceny

9.11. Patulina

9.12. Fumonizyny

10. Pestycydy jako główne zanieczyszczenia żywności
IWONA MARKIEWICZ-GÓRKA

10.1. Pestycydy chloroorganiczne

10.2. Pestycydy fosforoorganiczne

10.3. Karbaminiany

10.4. Pyretroidy

10.5. Neonikotynoidy

10.6. Nanopestycydy

11. Zanieczyszczenia wody
KRYSTYNA PAWLAS, NATALIA PAWLAS

12. Zanieczyszczenia gleby
KRYSTYNA PAWLAS, NATALIA PAWLAS

13. Ścieki
KRYSTYNA PAWLAS, NATALIA PAWLAS, ALEKSANDRA JAREMKÓW

14. Stałe odpady komunalne jako odśrodowiskowe zagrożenie dla zdrowia ludzi
JAROSŁAW CHMIELEWSKI, BARBARA GWOREK

14.1. Wstęp

14.2. Odpady komunalne

14.3. Identyfikacja niebezpiecznych związków na składowiskach MSW

14.4. Wpływ MSW na zdrowie

14.5. Podsumowanie

15. Odory – uciążliwość zapachowa a zdrowie
ALEKSANDRA JAREMKÓW

15.1. Wprowadzenie

15.2. Odory – kwestie prawne

15.3. Substancje odorotwórcze

15.4. Odory – wpływ na zdrowie

15.5. Podsumowanie

16. Społeczny kontekst zdrowia środowiskowego
MAGDALENA FLOREK-ŁUSZCZKI, MONIKA KACZORUK

16.1. Analiza relacji: człowiek–środowisko–zdrowie

16.2. Środowiskowe nierówności zdrowotne w antropocenie

16.3. Współczesna strategia zdrowia środowiskowego

16.4. Ekologiczne zdrowie publiczne jako odpowiedź na społeczne wyzwania zdrowia środowiskowego

17. Toksykologia środowiskowa
NATALIA PAWLAS

17.1. Wprowadzenie i podstawowe definicje

17.2. Czynniki warunkujące toksyczność ksenobiotyków

17.3. Toksykokinetyka

17.4. Toksykodynamika

17.5. Klasy toksyczności

17.6. Ocena ryzyka i zależność dawka–odpowiedź

18. Biomonitoring i biomarkery
NATALIA PAWLAS, KRYSTYNA PAWLAS

19. Dzieci jako populacja o szczególnym znaczeniu w problematyce zdrowia środowiskowego
KAROLINA CZERWIŃSKA, PAWEŁ GAĆ

19.1. Specyfika organizmu dziecka a zdrowie środowiskowe

19.2. Miary oceny zdrowia środowiskowego dzieci

20. Dzieci – Populacja szczególnie wrażliwa na działanie czynników środowiskowych – WYBRANE BADANIA
KINGA POLAŃSKA, AGNIESZKA JANKOWSKA, JOANNA JERZYŃSKA

20.1. Wpływ ekspozycji na wybrane czynniki środowiskowe na przebieg i wynik ciąży, stan zdrowia i rozwój dzieci

20.1.1. Zanieczyszczenie powietrza

20.1.2. Ftalany

20.1.3. Bisfenole

20.1.4. Pyretroidy

20.2. Podsumowanie

21. Wpływ czynników środowiskowych na płodność mężczyzn i kobiet
DOROTA SZCZĘSNA, JOANNA JUREWICZ

21.1. Parametry określające płodność kobiet i mężczyzn

21.2. Zanieczyszczenia powietrza

21.3. Inne zanieczyszczenia środowiska

21.3.1. Trwałe zanieczyszczenia organiczne środowiska

21.3.2. Nietrwałe zanieczyszczenia środowiskowe

21.4. Podsumowanie

22. Środowisko jako czynnik etiologiczny wybranych zespołów chorobowych
MAREK TRADECKI, PAWEŁ GAĆ

22.1. Wprowadzenie

22.2. Zespół przewlekłego zmęczenia

22.3. Zespół Zatoki Perskiej

22.4. Toksyczny zespół oleju jadalnego

22.5. Zespół długu czasowego

22.6. Zespół chorego budynku

23. Choroby układu krążenia

23.1. Czynniki środowiskowe i styl życia jako czynniki patogenetyczne nadciśnienia tętniczego
KRZYSZTOF KRAIK, MAŁGORZATA STOPA, RAFAŁ PORĘBA, MAŁGORZATA PORĘBA, KATARZYNA ŁUCZAK

23.1.1. Choroby układu krążenia jako problem zdrowia publicznego

23.1.2. Nadciśnienie tętnicze i jego rola w patogenezie chorób układu krążenia

23.1.3. Podsumowanie

23.2. Rola czynników środowiskowych w etiopatogenezie miażdżycy i choroby niedokrwiennej serca
WOJCIECH HAJDUSIANEK, ALEKSANDRA ŻÓRAWIK, PAWEŁ GAĆ

23.2.1. Istota choroby niedokrwiennej serca, jej etiologia i postacie kliniczne

23.2.2. Podsumowanie

23.3. Środowisko jako czynnik etiopatogenetyczny udarów mózgu
PAWEŁ GAĆ, MAŁGORZATA PORĘBA, RAFAŁ PORĘBA

23.3.1. Wprowadzenie

23.3.2. Znaczenie epidemiologiczne udarów mózgu

23.3.3. Środowisko człowieka

23.3.4. Czynniki środowiskowe o najsilniej udokumentowanym znaczeniu w patogenezie udarów

23.3.5. Podsumowanie

23.4. Znaczenie środowiska w etiopatogenezie niewydolności serca
NATALIA ZDEBIK, RAFAŁ PORĘBA, PAWEŁ GAĆ

23.4.1. Niewydolność serca – znaczenie epidemiologiczne i istotna patogenetyczna

23.4.2. Czynniki behawioralne w etiopatogenezie niewydolności serca

23.4.3. Czynniki środowiskowe w etiopatogenezie niewydolności serca

23.4.4. Podsumowanie

23.5. Wpływ czynników środowiskowych na zaburzenia rytmu serca
LIDIA JURCZENKO, KATARZYNA ŁUCZAK, PAWEŁ GAĆ, MAŁGORZATA PORĘBA

23.5.1. Wstęp

23.5.2. Zanieczyszczenia powietrza a zaburzenia rytmu

23.5.3. Zanieczyszczenia powietrza a zaburzenia przewodnictwa

23.5.4. Rolnictwo i nawozy sztuczne

23.5.5. Dodatki do żywności

23.5.6. Ekspozycja na hałas

23.5.7. Wpływ urządzeń elektronicznych oraz pola elektromagnetycznego

23.5.8. Warunki meteorologiczne

23.5.9. Podsumowanie

24. Choroby układu oddechowego

24.1. Związek chorób alergicznych, astmy, atopowego zapalenia skóry i POChP ze środowiskiem
BOLESŁAW SAMOLIŃSKI

24.1.1. Podziały

24.1.2. Zanieczyszczenie powietrza a alergia, astma i POChP

24.2. Środowisko a epidemiologicznie istotne niezakaźne choroby układu oddechowego
MONIKA MICHAŁEK-ZRĄBKOWSKA, HELENA MARTYNOWICZ

24.2.1. Wstęp

24.2.2. Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP)

24.2.3. Astma

24.2.4. Rola zanieczyszczeń powietrza w rozwoju astmy i POChP

24.2.5. Podsumowanie wpływu ekspozycji na metale ciężkie na układ oddechowy człowieka

24.2.6. Podsumowanie

25. Choroby układu nerwowego
PAULINA KONIECZNA, JUSTYNA CHOJDAK-ŁUKASIEWICZ, MARTA WALISZEWSKA-PROSÓŁ

25.1. Środowiskowe uwarunkowania choroby Alzheimera i choroby Parkinsona

25.1.1. Wstęp

25.1.2. Czynniki psychospołeczne/behawioralne

25.1.3. Styl życia

25.1.4. Zaburzenia snu

25.1.5. Leki

25.1.6. Czynniki chemiczne w środowisku

25.2. Znaczenie środowiska w patogenezie pozostałych schorzeń neurologicznych

25.2.1. Wstęp

25.2.2. Stwardnienie rozsiane

25.2.3. Zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi

26. Inne zaburzenia

26.1. Czynniki środowiskowe i behawioralne w patogenezie cukrzycy i zaburzeń gospodarki węglowodanowej
ALICJA BASIAK-RASAŁA, KATARZYNA ZATOŃSKA

26.1.1. Wstęp

26.1.2. Czynniki behawioralne

26.1.3. Czynniki środowiskowe

26.2. Środowisko, styl życia a zaburzenia snu
HELENA MARTYNOWICZ, PAWEŁ GAĆ, RAFAŁ PORĘBA

26.2.1. Wstęp

26.2.2. Architektura snu

26.2.3. Czas trwania snu

26.2.4. Warunki otoczenia wpływające na sen

26.2.5. Podsumowanie

26.3. Środowisko a proces starzenia się
MAŁGORZATA IZABELA SOBIESZCZAŃSKA

26.3.1. Starość w Polsce

26.3.2. Czym jest starość?

26.3.3. Długość a jakość życia

26.3.4. Pandemia COVID-19 u osób starszych

26.3.5. Wpływ środowiska na starzenie się

Pozostałe rozdziały dostępne w pełnej wersji e-booka.

SŁOWO WSTĘPNE

O znaczeniu środowiska dla zdrowia pisał już Hipokrates około 2500 lat temu w swoim dziele O powietrzu, wodzie i okolicach, ale wpływ stanu środowiska zmienionego w wyniku działalności człowieka na zdrowie ludzi stał się wyraźny w XX wieku, kiedy to zanieczyszczenia środowiska w wyniku industrializacji i urbanizacji uniemożliwiły działanie naturalnych mechanizmów samooczyszczania i regeneracji środowiska w różnych regionach świata. Wiele obszarów zostało dotkniętych katastrofą ekologiczną. Znaczna grupa mieszkańców tych terenów do tej pory doświadcza poważnych problemów zdrowotnych, związanych z postępującą degradacją środowiska.

Od lat siedemdziesiątych zaczęto prowadzić badania nad wpływem zanieczyszczeń środowiska (powietrza, wody, gleby) na zdrowie człowieka. Na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku w Stanach Zjednoczonych rozpoczęto program The National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES), w ramach którego oprócz wyselekcjonowanych najczęstszych chorób i parametrów zdrowotnych badane są także czynniki wpływające na zdrowie, takie jak: sposób odżywiania, styl życia i parametry środowiska, w tym biomarkery ekspozycji. W XXI wieku w Unii Europejskiej w ramach działania „Środowisko i Zdrowie” uruchomiono programy COPHES i DEMOCOPHES, w których monitorowana jest ekspozycja (biomarkery ekspozycji) na różne zanieczyszczenia środowiska. Ponadto w wielu krajach regularnie prowadzone są badania w tym zakresie, np. w Niemczech, Francji czy Szwecji.

Aktualny stan wiedzy jednoznacznie potwierdza istnienie zależności przyczynowo-skutkowych pomiędzy stanem środowiska a stanem zdrowia i jakością życia ludzi. Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) aż 12,6 milionów zgonów rocznie (ok. 23%) ma związek ze stanem środowiska w miejscu pracy i życia. Szkodliwe czynniki środowiska są przyczyną przedwczesnych zgonów, zaburzeń rozwojowych, chorób układu nerwowego, chorób układu krążenia, chorób układu oddechowego, zaburzeń układu odpornościowego, zaburzeń rozrodczych, nowotworów.

Zdrowie środowiskowe łączy problemy zdrowotne z czynnikami środowiska. Jest dziedziną stosunkowo nową, która dzięki nowym technologiom (analitycznym i cyfrowym) w ostatnich 30–40 latach zaczęła dynamicznie się rozwijać.

Badania zdrowia środowiskowego są interdyscyplinarne, gdyż łączą nauki o środowisku, epidemiologię środowiskową, nauki o zdrowiu, toksykologię, nauki społeczne, inżynierię środowiskową i prawo środowiskowe.

Na badania w tej dziedzinie istnieje duże zapotrzebowanie społeczne wynikające z poczucia dużego zagrożenia zdrowia, szczególnie w przypadku np. składowisk i spalarni śmieci, nowych technologii (jak np. 5G, farmy wiatrowe), dużych szlaków komunikacyjnych czy inwestycji przemysłowych.

Medycyna środowiskowa również jest dziedziną interdyscyplinarną, gdyż rozpoznawanie i leczenie chorób spowodowanych czynnikami środowiskowymi i zapobieganie im wymaga wiedzy z zakresu toksykologii, epidemiologii, ekologii oraz nauk psychospołecznych. Medycyna środowiskowa ma dwa podstawowe obszary działania w zakresie klinicznym (opieka na indywidualnym pacjentem wraz z identyfikacją czynników środowiska) i zdrowia publicznego (identyfikacja grup ryzyka, działania w zakresie ochrony zdrowia populacji).

Według definicji:

• Zdrowie środowiskowe należy do obszaru zdrowia publicznego. To interdyscyplinarna dziedzina wiedzy zajmująca się badaniem i rozpoznawaniem oddziaływania na zdrowie ludzi czynników środowiskowych, takich jak: chemiczne, fizyczne, biologiczne oraz psychospołeczne pochodzące z tzw. środowiska bytowania.

• Medycyna środowiskowa to dyscyplina medyczna zajmująca się rozpoznawaniem i leczeniem problemów zdrowotnych spowodowanych przez środowisko. Jest to również specjalność interdyscyplinarna, która wykorzystuje wiedzę z zakresu nauk, takich jak: toksykologia, epidemiologia, ekologia, socjologia i psychologia, w celu rozwiązywania problemów zdrowia publicznego, związanych ze skażeniem środowiska.

Prezentowana książka jest poświęcona najpowszechniejszym w obecnym czasie problemom zdrowia środowiskowego i medycyny środowiskowej w skali globalnej, a są nimi zdaniem autorów:

• zmiany klimatu,

• zanieczyszczenia powietrza,

• chemizacja środowiska,

• hałas środowiskowy,

• promieniowanie elektromagnetyczne,

• śmieci i odpady,

• zanieczyszczenia żywności,

• społeczne komponenty zdrowia środowiskowego.

W drugiej części książki przedstawiono wybrane skutki zdrowotne życia w zmienionym (zanieczyszczonym) środowisku:

• choroby alergiczne,

• choroby układu krążenia,

• choroby układu nerwowego,

• choroby układu oddechowego,

• zaburzenia rozrodczości,

• zaburzenia zdrowotne w populacji dzieci

Niniejsza publikacja jest autorskim wyborem najważniejszych problemów związanych z pozazawodowymi zagrożeniami środowiskowymi (outdoor) i ich skutkami zdrowotnymi. Środowisko zawodowe ma bogatą literaturę w języku polskim, dlatego świadomie pominięto te zagadnienia. Nie podjęto też zagadnień związanych z zanieczyszczeniami wnętrz (indoor), także z uwagi na obszerność tego tematu. Zarówno środowisko pracy, jak i środowisko wnętrz mają swoje odrębne regulacje prawne.

W imieniu autorów

Krystyna Pawlas, Paweł Gać, Natalia Pawlas, Barbara Piekarska

1

PODSTAWOWE POJĘCIA EPIDEMIOLOGII

Daniel Rabczenko

1.1.
Wstęp

Epidemiologia jest nauką o występowaniu i uwarunkowaniu występowania chorób i innych zdarzeń zdrowotnych w populacjach ludzkich oraz o badaniu czynników, które wpływają na te zjawiska. Jest to interdyscyplinarna dziedzina, która łączy w sobie elementy medycyny, statystyki, biologii, socjologii i innych nauk. W celu zrozumienia tych zależności, epidemiologia wykorzystuje różnorodne typy badań, takie jak badania przekrojowe, kohortowe oraz badania przypadków i kontroli. Każdy z tych typów posiada własną metodologię, która jest dostosowana do specyfiki badanej populacji i celów badawczych. W szczególności związane z tymi typami badań metody obliczeniowe pozwalają na analizę danych, identyfikację trendów zdrowotnych oraz ocenę siły związku między ekspozycjami a wynikami zdrowotnymi. Typy badań epidemiologicznych zaprezentowano na rycinie 1.1.

Rycina 1.1. Typy badań epidemiologicznych

Epidemiologiczne badania opisowe odgrywają kluczową rolę w zrozumieniu rozprzestrzeniania się i charakterystyki różnych zjawisk zdrowotnych w populacji. Ich głównym celem jest podanie jak najdokładniejszego opisu badanego zjawiska na poziomie społeczności lub populacji.

Poprzez analizę danych epidemiologicznych badania opisowe umożliwiają analizę trendów czasowych i przestrzennych różnicujących występowanie zjawiska w poszczególnych obszarach geograficznych.

Celem badań opisowych jest dostarczenie danych pozwalających na opis zjawiska, nie służą jednak wyciąganiu wniosków dotyczących zależności przyczynowo-skutkowych czy poszukiwaniu czynników sprawczych. Mimo to ich znaczenie jest nieocenione, gdyż stanowią solidną podstawę dla podejmowania praktycznych decyzji przez decydentów w obszarze zdrowia publicznego, tym samym podejmowanie odpowiednich działań prozdrowotnych oraz kształtowanie polityki zdrowotnej. Na podstawie uzyskanych wyników decydenci zdrowotni mogą dokonywać świadomych wyborów w zakresie alokacji zasobów skierowanych na zapobieganie, kontrolę lub leczenie konkretnych zagrożeń zdrowotnych. Warto również podkreślić, że badania opisowe mogą być prowadzone na różnych skalach: od lokalnych społeczności po kraje czy całe regiony. Dzięki temu dane epidemiologiczne są wszechstronne i mogą być dostosowane do specyficznych potrzeb decydentów na różnych szczeblach zarządzania zdrowiem publicznym.

Podsumowując, epidemiologiczne badania opisowe są niezbędne dla właściwego zrozumienia i monitorowania różnych zjawisk zdrowotnych w populacji. Stanowią solidną bazę danych dla decydentów oraz naukowców, pozwalając na opracowanie hipotez, które następnie mogą być weryfikowane w badaniach analitycznych.

Celem epidemiologicznych badań analitycznych jest zrozumienie relacji przyczynowo-skutkowych między określonymi czynnikami a występowaniem chorób lub stanów zdrowia w populacji ludzkiej. W odróżnieniu od badań opisowych badania analityczne koncentrują się na identyfikowaniu czynników ryzyka oraz ocenie, czy istnieje statystycznie istotna zależność przyczynowo-skutkowa między tymi czynnikami a zdrowiem.

Rozróżnienie i nazwanie typu badania epidemiologicznego jest istotne ze względu na sposób analizy i interpretacji wyników. Problem ten będzie poruszony w dalszej części rozdziału. Wyróżnia się kilka typów badań epidemiologicznych. Pierwszy podział to rozróżnienie pomiędzy badaniami obserwacyjnymi a eksperymentalnymi. W przypadku badań obserwacyjnych badacz nie wpływa na poziom narażenia uczestników badania na czynnik będący przedmiotem zainteresowania. W badaniach eksperymentalnych natomiast badany zostaje narażony na wybrany czynnik, po czym wyniki te porównywane są z grupą kontrolną o innym poziomie narażenia.

W badaniach obserwacyjnych występuje podstawowy podział ze względu na rodzaj analizowanych danych. Badania ekologiczne prowadzone są przy użyciu ogólnodostępnych, zbieranych rutynowo i najczęściej zagregowanych danych. W pozostałych typach badań (prospektywne, retrospektywne, przekrojowe) jednostką obserwacji jest jedna osoba.

Badania prospektywne, retrospektywne i przekrojowe różnią się od siebie momentem pomiaru narażenia i jego skutku.

Do badań retrospektywnych rekrutowane są osoby o różnym poziomie narażenia na wybrany czynnik. Następnie obserwowane są pojawienia się efektów zdrowotnych w czasie i porównuje się częstości zdarzeń w grupach o różnym narażeniu. Badania te są długotrwałe, trudne i kosztowne w przeprowadzeniu. Jednocześnie badacz ma możliwość dokładnego zaplanowania przebiegu eksperymentu, zakresu zbieranych danych, momentów pomiaru efektu zdrowotnego. Wnioski z takich badań są najmocniejsze, jednak istnieje kilka sytuacji, w których nie mogą być przeprowadzone. Przykładowo badanie chorób rzadkich, kiedy należy liczyć się z pojawieniem się bardzo niewielu przypadków w badanej grupie, oraz w badaniach, które mają na celu analizę zdarzeń minionych (w sytuacji śledztwa epidemiologicznego związanego z pojawieniem się ogniska choroby).

Badania retrospektywne polegają na analizie już istniejących danych i informacji dotyczących wydarzeń przeszłych, aby identyfikować związki między czynnikami ryzyka a zdarzeniami zdrowotnymi. W szczególnym przypadku do grupy osób z chorobą będącą przedmiotem zainteresowania dobiera się grupę kontrolną osób zdrowych, następnie poszukuje się występujących w przeszłości potencjalnych czynników ryzyka choroby różnicujących te grupy. W badaniach tych badacz nie ma wpływu na rodzaj zbieranych w przeszłości danych – zwłaszcza niektóre mniej standardowe pomiary mogły w ogóle nie być wykonywane. Musi również polegać na (czasami zawodnej) pamięci osoby biorącej udział w badaniu. Badanie takie często wykorzystują istniejące źródła danych, takie jak: medyczne dokumentacje, archiwa szpitalne, rejestr chorób czy ankietowe kwestionariusze w celu pozyskania informacji o zdrowiu i narażeniu na ryzyko w przeszłości. Są więc szybsze i łatwiejsze organizacyjnie do przeprowadzenia niż badania prospektywne, jednak naukowe wnioski z nich płynące uznawane są za słabsze.

W badaniach przekrojowych narażenie i pomiar zdrowia następują jednoczasowo. Badacz nie ma wpływu na to, jaki w finalnym zbiorze danych będzie rozkład stanu zdrowia i narażenia na badany czynnik.

1.2.
Miary stosowane w epidemiologicznych badaniach opisowych

Najprostszą miarą stosowaną w badaniach epidemiologicznych jest wskaźnik struktury opisujący, jaka proporcja badanej populacji posiada konkretną cechę. Najczęściej wskaźnik struktury wyrażany jest w postaci wartości procentowych. Mimo że pojęcie to jest proste, warto zwrócić uwagę na dwa aspekty. Pierwszym z nich jest populacja odniesienia, wobec której obliczany jest wskaźnik struktury. Więcej informacji o tym zagadnieniu znajduje się w rozdziale dotyczącym różnego rodzaju współczynników opisujących miary epidemiologiczne. Drugim zagadnieniem jest precyzja – wyrażana (najczęściej 95%) przedziałem ufności. W ujęciu definicyjnym przedział ufności to zakres, w którym z określonym prawdopodobieństwem zawiera się prawdziwa wartość nieznanego parametru. Zależy on w dużym stopniu od liczebności próby, na podstawie której został obliczony. Nawet intuicyjnie, oszacowania uzyskane na podstawie próby o mniejszej liczebności są mniej precyzyjne (czyli odpowiadający im przedział ufności będzie szerszy). Dla przykładu 95% przedział ufności dla wskaźnika struktury równego 45%, obliczony na podstawie próby o liczebności 100, to 35,6–54,8, a obliczony na podstawie próby o liczebności 1000 to 49,1–48,1. Wartość przedziału ufności dla wskaźnika struktury można obliczać online, np. przy użyciu kalkulatora OpenEpi.

Zdrowie populacji opisywane jest przez współczynniki – rzeczywiste i standaryzowane. Warto więc zacząć od przedstawienia różnego rodzaju współczynników, a następnie przejść do ich standaryzacji.

Wśród podstawowych miar epidemiologicznych charakteryzujących stan zdrowia populacji do najważniejszych należą: umieralność, śmiertelność, chorobowość i zapadalność.

Umieralność opisuje prawdopodobieństwo zgonu dowolnego członka analizowanej populacji. Najważniejszymi współczynnikami charakteryzującymi umieralność są współczynnik umieralności ogółem, współczynnik umieralności z powodu określonej przyczyny oraz cząstkowy współczynnik umieralności.

Współczynnik umieralności ogółem oblicza się jako stosunek liczby zgonów do liczebności narażonej populacji w danym czasie. Współczynnik umieralności ogółem wyrażany jest najczęściej w przeliczeniu na wielokrotność 1000 osób.

Wyrażony jest wzorem:

gdzie skala to współczynnik używany do przeliczania liczby zgonów na 1000 lub 100 000 osób.

W tej stosunkowo prostej definicji należy zwrócić uwagę na to, że liczebności zgonów w liczniku i populacji w mianowniku powinny odpowiadać temu samemu czasowi obserwacji, a zdarzenia dotyczyć konkretnej populacji. Jest to niezwykle ważne dla interpretacji współczynnika – unika się w ten sposób błędów polegających na podaniu odniesienia liczby zgonów mężczyzn do populacji ogółem lub liczby zgonów w jednym okresie do populacji w innym.

Drugim ważnym współczynnikiem charakteryzującym umieralność jest współczynnik umieralności z powodu określonej przyczyny.

Wyrażony jest wzorem:

Współczynnik umieralności z powodu określonej przyczyny jest używany do analizy wpływu konkretnej choroby lub zdarzenia na zdrowie populacji. Daje możliwość porównywania częstości różnych przyczyn zgonów w danej populacji.

Jak wiadomo, umieralność może być zróżnicowana w obrębie jednej populacji, chociażby w grupach zdefiniowanych przez płeć i wiek. W celu opisania umieralności w różnych podpopulacjach oblicza się cząstkowe współczynniki umieralności.

Cząstkowy współczynnik umieralności wyrażony jest ogólnym wzorem:

Tak jak umieralność jest miarą charakteryzującą prawdopodobieństwo zgonu, tak zapadalność opisuje prawdopodobieństwo zachorowania na konkretną chorobę, a chorobowość jej rozpowszechnienie w populacji.

Zapadalność wyrażona jest wzorem:

Współczynnik zapadalności opisuje zmiany w czasie pojawiania się nowych przypadków oraz prawdopodobieństwo zachorowania w danym czasie.

Współczynnik chorobowości wyrażony jest wzorem:

Opisuje prawdopodobieństwo, że losowy członek badanej populacji jest chory, czyli charakteryzuje rozpowszechnienie choroby.

Należy zauważyć, że choć zapadalność i chorobowość są ze sobą związane, to możliwe są sytuacje, w których choroba o niskiej zapadalności charakteryzuje się wysoką chorobowością (długa choroba przewlekła) lub choroba o wysokiej zapadalności charakteryzuje się niską chorobowością (jeżeli sama choroba nie jest ciężka i trwa krótko).

Śmiertelność to wskaźnik zdrowia populacji często mylony z umieralnością. Jeżeli umieralność to prawdopodobieństwo (czasami skalowane) zgonu osoby z populacji, to śmiertelność oznacza prawdopodobieństwo zgonu osoby z powodu określonej choroby.

Współczynnik śmiertelności wyrażony jest wzorem:

Choroba może charakteryzować się wysoką śmiertelnością, ale niską umieralnością (np. ciężka, rzadka choroba) lub wysoką umieralnością, lecz niską śmiertelnością (częsta choroba o średniej ciężkości).

1.3.
Standaryzacja współczynników

Jak już wspomniano wartość współczynników epidemiologicznych charakteryzujących umieralność lub chorobowość może być odmienna w różnych podpopulacjach. Populacje mogą różnić się strukturą wieku i płci w zależności od regionu geograficznego, struktura ta może również zmieniać się w czasie. W związku z tym proste porównanie wskaźników zdrowia populacji obliczonych może być obarczone błędem związanym z różnicami pomiędzy charakterystykami populacji. W celu uniknięcia tych błędów stosuje się standaryzację współczynników, czyli technikę wykorzystywaną w analizie epidemiologicznej w celu porównania dwóch lub więcej populacji lub grup w taki sposób, aby różnice w strukturze demograficznej (lub związanej z innymi cechami) tych grup nie wpływały na wyniki analizy.

Wyróżnia się dwa rodzaje standaryzacji – bezpośrednią i pośrednią. Standaryzacja bezpośrednia polega na przedstawieniu umieralności (lub innej miary epidemiologicznej) w danej populacji przy założeniu, że rozkład wieku i płci (lub innej cechy) w tej populacji odpowiada rozkładowi w pewnej populacji standardowej. Standaryzacja pośrednia natomiast polega na przedstawieniu umieralności (lub innej miary epidemiologicznej) w danej populacji przy założeniu, że współczynniki umieralności (lub innej miary) w tej populacji są identyczne jak w wybranej populacji standardowej.

W dalszej części rozdziału zostaną dokładniej przedstawione techniki standaryzacji współczynników. Dla uproszczenia standaryzacja będzie dotyczyć tylko grupy wieku, co ułatwi zrozumienie jej idei. W celu objaśnienia technik standaryzacyjnych należy wprowadzić kilka oznaczeń ujętych w tabeli 1.1. Literami N oraz n oznaczono liczebność populacji odpowiednio standardowej i badanej w kolejnych grupach wieku. Analogicznie oznaczono literami R oraz r liczby zgonów i litrami P oraz p cząstkowe współczynniki umieralności w każdej grupie wieku.

Tabela 1.1. Oznaczenia przyjęte we wzorach na współczynniki standaryzowane

Grupa wieku

Populacja standardowa

Populacja badana

Ludność

Liczba zgonów

Współczynnik umieralności

Ludność

Liczba zgonów

Współczynnik umieralności

1

N1

R1

P1

n1

r1

p1

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

i

Ni

Ri

Pi

ni

ri

pi

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

k

Nk

Rk

Pk

nk

rk

pk

Standaryzowany metodą bezpośrednią współczynnik umieralności oblicza się według wzoru jako średnią współczynników umieralności w populacji badanej ważoną odpowiednimi liczbami ludności w populacji standardowej.

W celu obliczenia współczynnika umieralności metodą pośrednią w pierwszej kolejności oblicza się standaryzowany wskaźnik umieralności (SMR).

Należy zwrócić uwagę, że wskaźnik ten polega na podzieleniu przez siebie obserwowanej liczby zgonów przez oczekiwaną liczbę zgonów, jeżeli umieralność w populacji badanej byłaby na tym samym poziomie co w standardowej – iloczyn to oczekiwana liczba zgonów w grupie wieku i, jeżeli cząstkowy współczynnik umieralności był taki jak w populacji standardowej. Interpretacja standaryzowanego wskaźnika umieralności jest bardzo prosta – ile razy wyższa lub niższa jest umieralność w populacji badanej w stosunku do umieralności oczekiwanej.

Standaryzowany współczynnik umieralności obliczany jest jako iloczyn SMR i ogólnego współczynnika umieralności w populacji badanej.

Jak duże znaczenie dla oceny sytuacji epidemiologicznej może mieć standaryzacja współczynników można zobaczyć na przykładzie rozpowszechnienia chorób nowotworowych w Polsce. Rycina 1.2 pokazuje zróżnicowanie przestrzenne umieralności z powodu chorób nowotworowych ogółem, wyrażone w postaci rzeczywistych współczynników umieralności oraz standaryzowanych wskaźników umieralności w powiatach w 2020 roku. Na obu mapach tym samym kolorem zaznaczono wskaźniki stanu zdrowia i powiaty należące do tej samej grupy kwintylowej. Można zauważyć, że obraz powstający na podstawie współczynników rzeczywistych i wskaźników standaryzowanych jest nieco inny. Obie mapy są jednak prawidłowe, niosą za sobą po prostu nieco inną informację. Współczynnik rzeczywisty pokazuje skalę problemu w konkretnej jednostce terytorialnej. Z punktu widzenia planowania infrastruktury i zasobów nie są istotne wiek czy płeć osoby chorej. Z drugiej strony wskaźniki standaryzowane można interpretować jako porównanie efektywności w sytuacji, w której natężenie problemu we wszystkich jednostkach terytorialnych byłoby takie samo.

Rycina 1.2a. Współczynnik rzeczywisty umieralności z powodu nowotworów złośliwych ogółem w Polsce w 2020 roku

Cd. Rycina 1.2b. Wskaźnik standaryzowany umieralności z powodu nowotworów złośliwych ogółem w Polsce w 2020 roku

Kolejnym ważnym narzędziem epidemiologii opisowej są tablice trwania życia. Tak jak współczynniki umieralności obrazują prawdopodobieństwo zgonu ogółem, z powodu rozmaitych przyczyn, w różnych podpopulacjach, to tablice trwania życia służą do opisu czasu trwania życia populacji. Na ich podstawie można uzyskać informacje takie jak średnia długość trwania życia i przeciętne dalsze trwanie życia osób w określonym wieku. Obliczeniowe podawanie szczegółów i związane z tym wzory wykraczają poza zakres niniejszego rozdziału, warto jednak zaznaczyć, że tablice trwania życia konstruowane są na podstawie cząstkowych współczynników umieralności. Są dobrym narzędziem do prowadzenia porównań pomiędzy województwami i krajami, a także stanowią dobrą miarę oceny zmian stanu zdrowia populacji w czasie. Komplementarną miarą do przeciętnej długości trwania życia jest wskaźnik DALY (Disability-Adjusted Lost Year), który wyraża stracone lata życia, sumując lata stracone z powodu przedwczesnego zgonu oraz z powodu uszczerbków na zdrowiu, spowodowanych chorobą lub urazem.

1.4.
Miary stosowane w epidemiologicznych badaniach analitycznych

W analitycznych badaniach epidemiologicznych poszukuje się związków przyczynowych pomiędzy narażeniem na czynniki ryzyka a wystąpieniem zdarzeń zdrowotnych. W najprostszym przypadku badany jest jeden czynnik ryzyka z dwoma poziomami – występuje (+) i nie występuje (–). Zdarzenie zdrowotne ma również dwa poziomy. Wyniki z tak zaprojektowanego badania epidemiologicznego można przedstawić w tzw. tabeli 2 × 2. Jej postać przedstawiona jest w tabeli 1.2.

Tabela 1.2. Przykład tabeli 2 × 2

Czynnik ryzyka

Zdarzenie zdrowotne

Razem

(+)

(–)

(+)

a

b

(a + b)

(–)

c

d

(c + d)

Razem

(a + c)

(b + d)

(a + b + c + d) = N

Tabela 2 × 2 może zostać użyta do opisu wyników badań zarówno prospektywnych, retrospektywnych, jak i przekrojowych. Interpretacja zawartych w niej – pozornie prosta – wymaga dokładnej wiedzy o rodzaju badania, z którego wyniki prezentuje. Warto zwrócić uwagę na to, że w badaniu prospektywnym na początku obserwacji ustalone są dwie wartości – (a + b) i (c + d), które mówią o tym, ile osób znalazło się w konkretnej grupie ryzyka. W badaniu retrospektywnym, na początku ustalone są wartości (a + c) oraz (b + d), które mówią o liczebnościach grupy z konkretnym zdarzeniem zdrowotnym oraz grupy zdrowej. W badaniach przekrojowych jedyną znaną na początku wartością jest suma wszystkich osób uczestniczących, które następnie rozkładają się w grupach wyznaczonych przez narażenie i efekt zdrowotny. Ma to znaczenie dla obliczania odpowiednich dla konkretnej sytuacji miar ryzyka. Najważniejszymi z nich są ryzyko względne i iloraz szans.

Jak już wcześniej zaznaczono, w badaniu prospektywnym obserwuje się dwie grupy osób – narażoną i nienarażoną na występowanie czynnika ryzyka, który jest przedmiotem zainteresowania. Liczebności tych grup to odpowiednio: (a + b) oraz (c + d). W oczywisty sposób prawdopodobieństwo (ryzyko) wystąpienia zdarzenia zdrowotnego w grupie narażonej na działanie czynnika to a/(a+b) i w grupie nienarażonej to c/(c+d). W celu obliczenia siły oddziaływania badanego czynnika na ryzyko wystąpienia zdarzenia można obliczyć miarę ryzyka – ryzyko względne (relative risk, RR). Oblicza się je, dzieląc ryzyko w grupie narażonej przez ryzyko w grupie nienarażonej.

Ryzyko względne jest naturalną miarą w badaniach prospektywnych, nie może być jednak stosowane w badaniach retrospektywnych, w których grupowanie oparte na narażeniu na czynnik ryzyka nie jest prawidłowe. Zamiast tego używa się więc uniwersalnej miary ryzyka opartej na szansach.

Szansa to stosunek liczebności badanych z wyróżnioną cechą do liczebności badanych bez tej cechy. W przypadku danych z tabeli 2.2 szansa wystąpienia zdarzenia w grupie narażonej to a:b, w grupie nienarażonej to c:d. Jednocześnie szansa wystąpienia narażenia w grupie badanych, u których wystąpiło zdarzenie zdrowotne, to a:c, a w grupie badanych, u których zdarzenie nie wystąpiło, to b:d.

Iloraz szans (odds ratio, OR) obliczany jest przez podzielenie szans w odpowiadających grupach badanych. Należy zauważyć, że w badaniach prospektywnych będzie on miał postać:

W badaniach retrospektywnych:

W obu przypadkach wynik jest ten sam, a więc iloraz szans to uniwersalna miara, którą można opisywać wyniki wszystkich typów analitycznych badań epidemiologicznych (również przekrojowych).

Interpretacja RR i OR jest podobna. Jeżeli ich wartość jest równa 1, oznacza to brak związku pomiędzy narażeniem a odpowiedzą (odpowiadające ryzyka lub szanse są takie same). Jeżeli wartość RR lub OR jest większa od 1, oznacza to, że narażenie na badany czynnik powoduje wzrost ryzyka lub szansy wystąpienia zdarzenia zdrowotnego.

W ocenie, czy uzyskana wartość RR lub OR jest znacząca, pomoże obliczenie odpowiadającego im przedziału 95% ufności. Jeżeli przedział ufności nie zawiera wartości 1 (obie granice są powyżej lub poniżej 1), to z prawdopodobieństwem 95% możemy stwierdzić, że prawdziwa wartość szacowanej miary jest również różna od 1 – a więc czynnik ma istotny wpływ na występowanie analizowanego zdarzenia zdrowotnego.

Jeżeli posiadamy dane zagregowane, można to zrobić przy użyciu cytowanego już wcześniej kalkulatora online OpenEpi. Na końcu rozdziału podanych zostanie nieco więcej informacji o narzędziach przydatnych w analizach epidemiologicznych.

Zagadnienia związane z interpretacją wartości RR i OR oraz oceną ich istotności zostaną opisane na hipotetycznym przykładzie wyników trzech prospektywnych badań epidemiologicznych, w których relacja pomiędzy narażeniem a ryzykiem jest taka sama, jednak zostały przeprowadzone na próbach o różnej liczebności. Wyniki i odpowiadające im wartości RR i OR wraz z 95% przedziałami ufności są przedstawione w tabeli 1.3. Wato zwrócić uwagę na to, że z przykładowych danych już na pierwszy rzut oka wynika, że narażenie na analizowany czynnik ma wpływ na zwiększoną częstość występowania zdarzenia zdrowotnego – we wszystkich przypadkach w grupie narażonych zdarzenie zaobserwowano u 90% badanych, podczas gdy w grupie nienarażonej – tylko u 50%.

Pierwszym narzucającym się wnioskiem jest to, że wartości ryzyka względnego i ilorazu szans obliczone na tych samych danych różnią się w znaczny sposób od siebie (RR = 1,8, OR = 9,0), zatem komunikując, wyniki należy zachować ścisłość i jasność przekazu dotyczące zastosowanej miary. Należy podkreślić, że wartości tych miar nie zależą od liczebności próby. Widać jednak, że szerokość 95% przedziału ufności zależy od liczebności w znacznym stopniu – przedziały ufności są węższe dla prób o wyższej liczebności. Wnioskując o tym samym zjawisku (relacja narażenie–zdarzenie jest we wszystkich trzech przykładach taka sama) – na podstawie prób o różnej liczebności – można uzyskać inne wnioski co do siły oddziaływania narażenia na występowanie zdarzeń zdrowotnych. W pierwszym i drugim przypadku przedziały ufności nie zawierają wartości 1, z czego wypływa wniosek, że badany czynnik w istotny statystycznie sposób zwiększa ryzyko (szanse) wystąpienia zdarzenia zdrowotnego. W trzecim przypadku dolna granica przedziału ufności jest już poniżej wartości 1 – a więc wyniki nie uprawniają do wnioskowania o istotnym wpływie narażenia na występowanie zdarzeń zdrowotnych.

Analizując zmianę szerokości przedziału ufności wraz z liczebnością próby, warto podkreślić grupę zagadnień związaną z planowaniem badania. Do uzyskania wyników istotnych statystycznie konieczna jest rekrutacja do badania odpowiedniej liczby uczestników. Warte podkreślenia jest to, że w podanym przykładzie wyniki istotne uzyskano już dla 40 uczestników (przypadek 2). Natomiast szerokość przedziału ufności otrzymana w przypadku 1 jest ponad dwukrotnie mniejsza – a więc oszacowana dużo bardziej precyzyjne.

Tabela 1.3. Przykład – zastosowanie ryzyka względnego i ilorazu szans do opisu wyników prospektywnego badania epidemiologicznego

Przypadek

Narażenie

Zdarzenie zdrowotne

Razem

RR

(95% P.U.*)

OR

(95% P.U.*)

+

–

1

+

90 (90%)

10 (10%)

100

1,8 (1,46–2,21)

9,0 (4,20–19,28)

–

50 (50%)

50 (50%)

100

Razem

140

60

200

2

+

18 (90%)

2 (10%)

20

1,8 (1,13–2,86)

9,0 (1,68–49,40)

–

10 (50%)

10 (50%)

20

Razem

28

12

40

3

+

9 (90%)

1 (10%)

10

1,8 (0,94–3,46)

9,0 (0,81–100,10)

–

5 (50%)

5 (50%)

10

Razem

14

6

20

*P.U. – przedział ufności

1.5.
Statystyczna analiza danych epidemiologicznych

W poprzednim podrozdziale zaprezentowano podstawowe metody analiz danych epidemiologicznych. Opisano je na przykładzie bardzo prostego układu badawczego: jeden czynnik ryzyka z dwoma wartościami oraz zmienna wynikowa mająca również dwie wartości. W realnych sytuacjach analizowana zmienna może być nie tylko zerojedynkowa (zdarzenie zdrowotne zaszło lub nie), ale może być konieczne wyrażenie efektu zdrowotnego w postaci pewnej charakterystyki liczbowej. Ponadto często rozważany jest jednoczesny wpływ wielu czynników. W dalszej część rozdziału zostaną wymienione tzw. metody regresyjne służące do opisu takich układów badawczych. Należy zaznaczyć, że prowadzenie analiz typu ekologicznego, a więc takich, w których dane pochodzą z ogólnodostępnych źródeł, niemal zawsze stwarza koniczność zastosowania bardziej zaawansowanych metod statystycznych. Dlatego w dalszej części rozdziału zostanie przedstawiony sposób doboru odpowiedniej metody, a także wspomnianych kilku ogólnodostępnych narzędzi obliczeniowych, które można zastosować w codziennej pracy związanej z planowaniem obliczeń, zbieraniem i analizą danych. Rozdział kończy się przeglądem literatury, do której zainteresowany czytelnik może sięgnąć, by dokładniej zapoznać się z wymienionymi metodami.

W praktyce analizowana wielość często wyrażona jest w postaci liczbowej. Może się tak dziać w sytuacji, kiedy przedmiotem zainteresowania są parametry antropometryczne uczestnika (np. BMI) lub wyniki pomiarów parametrów życiowych (ciśnienie krwi, temperatura) lub badań laboratoryjnych (parametry krwi). Jeżeli taką zmienną wynikową (Y) będzie trzeba opisać za pomocą zestawu cech zarówno o charakterze liczbowym, jak i kategoryjnym, to domyślną metodą analizy będzie model regresji liniowej. Równanie tego modelu ma postać wzoru:

Y = b_0 + b_1 ∙ X_1 + ... + bi ∙ Xi + ... + bn ∙ Xn

gdzie:

Y – zmienna zależna,

X_1,...,Xi,..,Xn – zestaw zmiennych opisujących,

b_0,b_1,...,bi,..,bn – współczynniki regresji.

Zależność pomiędzy czynnikami (zmiennymi opisującymi) a efektem zdrowotnym (zmienną zależną) opisują współczynniki regresji. Wartość współczynnika interpretuje się jako wartość zmiany zmiennej zależnej przy wzroście czynnika o jedną jednostkę (jeżeli czynnik wyrażony jest za pomocą zmiennej ciągłej, takiej jak np. temperatura powietrza) lub przejściu do wyższej kategorii czynnika (jeżeli czynnik wyrażony jest zmienną kategoryjną, jak płeć lub grupa wieku).

Prawdopodobna jest sytuacja, w której analizowana zmienna zależna nie ma rozkładu normalnego. Może mieć dwie wartości (zdarzenie zdrowotne wystąpiło lub nie, zmienna ma wtedy rozkład dwumianowy) lub stanowić zliczenie zdarzeń (częste w badaniach o charakterze ekologicznym – np. dzienna liczba zgonów lub hospitalizacji z powodu konkretnej choroby, zmienna ma wtedy rozkład Poissona). Jeżeli czynników opisujących jest wiele, tak jak w opisywanym wcześniej układzie badawczym, to domyślną metodą służącą do analizy jest uogólniony model liniowy.

Jego równanie jest następujące:

g(μ) = b_0 + b_1 ∙ X_1 + ... + bi ∙ Xi + ... + bn ∙ Xn

gdzie:

μ – wartość oczekiwana zmiennej zależnej – dychotomicznej lub będąca zliczeniem zdarzeń,

g – tzw. funkcja łącząca (link function).

W przypadku analizy zliczeń g = ln(µ), a uzyskane wartości współczynników bi przelicza się na ryzyko względne związane ze wzrostem czynnika o jedną jednostkę lub przejściu do wyższej kategorii czynnika. Ze względu na rozkład zmiennej zależnej mówi się wtedy o regresji Poissona.

Dla dychotomicznej zmiennej zależnej g = ln(μ/(1-μ)). Jest to ciekawe rozwiązanie, ponieważ w tym przypadku µ to wartość oczekiwana zmiennej zależnej (dychotomicznej), czyli prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia. Zamiast uwzględnienia w modelu faktu wystąpienia lub niewystąpienia zdarzenia modeluje się szansę (stosunek µ/(1 – µ)) jego wystąpienia. Wyniki wyraża się, przeliczając wartości współczynników bi na ilorazy szans.

Szerszy opis metod regresyjnych w sposób przystępny opisany jest w książce autorstwa Petrie i Sabin pt. Statystyka medyczna w zarysie.

Kolejną rodziną metod są analizy czasu do wystąpienia zdarzenia. Mają one na celu badanie czasu, jaki upływa od początku obserwacji do momentu wystąpienia określonego zdarzenia zdrowotnego, takiego jak zachorowanie lub śmierć, przy czym zdarzenie to może nie nastąpić (mamy wtedy do czynienia z tzw. obserwacją uciętą lub cenzurowaną). Takie układy badawcze różnią się od poprzednio przedstawionych tym, że na wynik obserwacji składają się dwie informacje – jak długo osoba była obserwowana oraz czy zakończyła się wystąpieniem analizowanego zdarzenia. Mamy więc do czynienia ze skomplikowaną sytuacją, w której nie można w prosty sposób obliczyć np. średniego czasu do wystąpienia zdarzenia, ponieważ niektórzy pacjenci wciąż pozostają pod obserwacją. Z drugiej strony dla tych badanych posiadamy informację o ich aktualnym stanie i czasie, w jakim byli obserwowani. Analiza takich danych polega na utworzeniu tzw. skumulowanej funkcji przeżycia, która opisuje szanse przeżycia w danej chwili czasu, uwzględniając obserwowane zdarzenia i ich czasy wystąpienia. Wyniki wyraża się w postaci estymowanego prawdopodobieństwa przeżycia określonego czasu. Można również budować regresyjne modele wieloczynnikowe – najczęściej stosowaną metodą jest model Coxa. Zainteresowanych czytelników odsyłamy do przywoływanej już książki Statystyka medyczna w zarysie lub – w pogłębionym zakresie – Modelling Survival Data in Medical Research.

W rozdziale tym ograniczono się do najbardziej podstawowych metod analizy statystycznej stosowanych w badaniach epidemiologicznych. Oczywiście nie wyczerpuje to ogromnej mnogości metod, a osoby organizujące badanie powinny zadbać o obecność statystyka w zespole badawczym. Jednak w typowych sytuacjach można w dosyć prosty sposób ocenić, jaka metoda statystyczna jest możliwa do zastosowania. Rycina 1.3 prezentuje typowe dla większości układów badawczych metody statystyczne. Należy zauważyć, że układ badawczy można zdefiniować, charakteryzując zmienną wynikową oraz narażenie. Nie jest to wystarczające do doboru metody statystycznej, która zależy chociażby od rozkładu analizowanych cech lub liczności próby, jednak rycina 1.3 pomoże ustalić zakres dostępnych, klasycznych metod. W doborze metod statystycznych i ogólnym zrozumieniu czytelnikowi może pomóc zapoznanie się z niezwykle przystępną książką Statystyka medyczna w zarysie.

Rycina 1.3. Najważniejsze metody statystyczne w zależności od układu badawczego

1.6.
Użyteczne narzędzia

W podrozdziale wymienionych jest kilka narzędzi, które z powodzeniem mogą być stosowane przez osoby z niewielkim doświadczeniem statystycznym i stanowić wsparcie dla badacza w planowaniu badania oraz wykonaniu obliczeń. Należy jednak uprzedzić, że w Internecie jest wiele narzędzi dostępnych online oraz programów do pobrania, które mogą zawierać błędy lub być nieoczywiste w użyciu. W przypadku obliczeń trudnych do weryfikacji lub nietypowych lepiej skonsultować wyniki ze statystykiem lub powtórzyć wyniki inną metodą.

W planowaniu badania pomocne mogą być narzędzia związane z przygotowaniem randomizacji i planowaniem liczebności próby dostępne na stronie Sealed Envelope. Bardziej skomplikowane obliczenia związane z planowaniem liczebności próby można wykonać przy użyciu programu PS-Power and Sample Size Caluculations.

W obliczeniach wykonywanych na danych zagregowanych może pomóc zestaw narzędzi (niektóre już były cytowane w niniejszym rozdziale) OpenEpi. Proponuje on duży zakres dobrze opisanych obliczeń, wyniki są dobrze udokumentowane i sformatowane.

Piśmiennictwo

1. About This Version of OpenEpi. https://openepi.com/BriefDoc/About.htm (dostęp 28.08.2023 r.).

2. Collett D.: Modelling Survival Data in Medical Research. 3rd edition. Chapman and Hall/CRC; 2015.

3. Dupont W.D., Plummer W.D.: Power and sample size calculations. A review and computer program. Control Clin Trials. 1990; 11(2): 116–128.

4. Moczko J., Bręborowicz G., Tadeusiewicz R.: Statystyka w badaniach medycznych. Springer PWN, Warszawa 1998.

5. Murray C.J., Ezzati M., Flaxman A.D. i wsp.: GBD 2010: design, definitions, and metrics. The Lancet. 2012; 380(9859): 2063–2066.

6. OpenEpi – Confidence intervals for a proportion. https://openepi.com/Proportion/Proportion.htm (dostęp 24.08.2023 r.).

7. OpenEpi – 2 × 2 Table Statistics. https://openepi.com/TwobyTwo/TwobyTwo.htm (dostęp 27.08.2023 r.).

8. Petrie A., Sabin C.: Statystyka medyczna w zarysie. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2006.

9. PowerSampleSize < Main < Vanderbilt Biostatistics Wiki. https://biostat.app.vumc.org/wiki/Main/PowerSampleSize (dostęp 28.08.2023 r.).

10. Sealed Envelope. https://www.sealedenvelope.com/ (dostęp 28.08.2023 r.).

2

BADANIA EPIDEMIOLOGICZNE W ZDROWIU ŚRODOWISKOWYM

Marek Tradecki

2.1.
Epidemiologia środowiskowa

Nie istnieje jedna i niepodważalna definicja epidemiologii. Współczesny pogląd na tę dyscyplinę nauki wskazuje jednak, że epidemiologia to nauka o stanach lub zdarzeniach związanych ze zdrowiem oraz o chorobach w kontekście ich rozmieszczenia i czynników ryzyka. Służy to zapobieganiu tym chorobom i innym problemom zdrowotnym, jak również ich zwalczaniu i kontroli. Jednocześnie należy pamiętać, że Frerot i wsp. wykazali w swojej pracy, że w latach 1978–2017 powstały 102 definicje epidemiologii, z czego 93 dotyczyły medycyny ludzkiej, a 9 medycyny weterynaryjnej. W analizie tej udowodniono ponadto, że z roku na rok w poszczególnych definicjach coraz częściej pojawiały się dwa słowa: „zdrowie” i „kontrola”.

Ogólnie epidemiologię można podzielić na totalną i precyzyjną. W epidemiologii totalnej uwaga skupiona jest na zaznajamianiu się z generalnymi normami determinującymi pojawienie się chorób i stanów związanych ze zdrowiem, ponadto stosuje się i rozwija metodykę naukową umożliwiającą to poznanie. Z kolei epidemiologia precyzyjna odnosi się do z góry określonego schorzenia lub dokładnie zdefiniowanego stanu związanego ze zdrowiem. Należy pamiętać zatem, że epidemiologia dostarcza wiedzy nie tylko o chorobach zakaźnych. Istnieje bowiem wiele dziedzin epidemiologii, które interesują się chorobami niezakaźnymi, np. dotyczące epidemiologii chorób nowotworowych (np. raka płuca czy raka piersi), chorób psychicznych (np. schizofrenii czy choroby afektywnej dwubiegunowej), neurologicznych (np. stwardnienia rozsianego czy choroby Parkinsona) itd. Ponadto istnieją dziedziny epidemiologii zajmujące się stanami związanymi ze zdrowiem, np. otyłością, niezdolnością do pracy czy działaniami wojennymi i katastrofami.

Epidemiologia to nazwa dyscypliny wywodząca się z języka greckiego: epi + demos + logos, a zatem „na” + „lud” + „nauka”. Dzięki temu łatwo zrozumieć, że epidemiologia to nauka, której sercem są ludzie. W epidemiologii można skupić się na badaniu konkretnych osób albo grup ludzi, zwanych populacjami. Jak wskazuje Cipora, w szacowaniu zakresu zdrowia populacji na wyjątkowe wyróżnienie zasługuje globalnie rozumiana jakość środowiska, w którym egzystują ludzie. Permanentne niszczenie środowiska i powiązane z tym modyfikacje w sytuacji zdrowotnej populacji sprawiły, że powstały zarówno nowe cele badawcze, jak i nowe określenia: zdrowie środowiskowe, medycyna środowiskowa czy epidemiologia środowiskowa.

Międzynarodowe Towarzystwo Epidemiologii Środowiskowej (ISEE) powstało w 1987 roku w Pittsburghu (USA). Epidemiolodzy środowiskowi badają oddziaływanie narażeń środowiskowych na ludzkie populacje. W 2008 roku Merrill podkreślał, że badania – dlaczego i w jaki sposób czynniki środowiskowe wpływają na zdrowie ludzi – są istotą epidemiologii środowiskowej. Dzięki identyfikacji tych czynników oraz sposobów ich przenoszenia zdrowie publiczne może być lepiej chronione. ISEE w swoim planie strategicznym na lata 2021–2024 opublikowało, że misją organizacji jest wspieranie badań epidemiologicznych nad skutkami narażenia środowiskowego na ludzi, stymulowanie komunikacji między pracownikami ochrony zdrowia, promowanie postępów metodologicznych i wzmacnianie polityki zdrowia środowiskowego. Epidemiologia, w tym epidemiologia środowiskowa, to zatem dziedzina nauki, w której potrzebna jest współpraca pomiędzy ludźmi wykonującymi różne zawody. W skład zespołu epidemiologicznego powinni więc, w zależności od potrzeb, wchodzić różni specjaliści: lekarze, weterynarze, pielęgniarki, psycholodzy, statystycy, toksykolodzy, diagności laboratoryjni, mikrobiolodzy, inżynierowie, chemicy, biolodzy, fizycy. W praktyce niezmiernie ważne jest stałe dzielenie się posiadaną wiedzą teoretyczną oraz doświadczeniem zawodowym pomiędzy poszczególnymi członkami zespołu. Na koniec warto dodać, że w polskim systemie edukacyjnym lekarzy epidemiologia jest od wielu lat jedną ze specjalizacji, w której można się kształcić po ukończeniu studiów medycznych.

2.2.
Badania opisowe

Intensywny rozwój nauki w ciągu ostatnich dekad sprawił, że naukowcy zaczęli niechętnie podchodzić do badań opisowych. Wynika to przede wszystkim z faktu, że badania te są tylko bilansem z przeprowadzonej obserwacji, nie analizują relacji pomiędzy narażeniem a skutkiem. Z tej przyczyny badania opisowe są zawsze badaniami obserwacyjnymi. Nie oznacza to jednak, że powinny być marginalizowane. Umiejętne wykorzystanie opisów daje bowiem szerokie możliwości badawcze. W epidemiologii środowiskowej niezwykle ważne jest scharakteryzowanie (opisanie) danej okoliczności i to niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z przypadkami pojedynczymi czy mnogimi. Badania opisowe często opierają się na ogólnie dostępnych statystykach, co z kolei stanowi podstawy do formułowania hipotez badawczych. Następnie mogą być one weryfikowane, m.in. w badaniach analitycznych. Można zatem śmiało powiedzieć, że badania opisowe wciąż są fundamentem epidemiologii.

Badania opisowe stosuje się w kontekście wiedzy o tym, kto jest charakteryzowany (stawiane jest zatem pytanie „kto?”), jak również osadza się je w miejscu i czasie (stawiane są zatem pytania „gdzie?” i „kiedy?”), chcąc zobrazować, w którym miejscu dany problem się ukształtował oraz w jakiej chwili się ujawnił. Charakterystyka osoby/osób w badaniu opisowym może zawierać wiele czynników, ale kilka z nich jest kluczowych. Są to przede wszystkim: wiek, płeć, przynależność do grupy etnicznej, stan cywilny, wykonywany zawód (posiadane wykształcenie), status społeczno-bytowy (np. poziom wynagrodzenia zasadniczego). W odniesieniu do miejsca, w którym ujawniają się charakteryzowane sytuacje, należy wskazać, czy zdarzenia dotyczą kontynentu, kraju, województwa, miasta, powiatu, gminy itp. Dodatkowo trzeba podkreślić, że oprócz opisania zdarzenia według miejsca zamieszkania wskazane jest rozszerzenie charakterystyki, zwłaszcza w epidemiologii środowiskowej, o miejsce pracy (np. zatrudnienie w fabryce, kopalni). W uzasadnionych przypadkach można również wskazać i poruszyć kwestie dotyczące miejsca urodzenia czy przebywania w ostatnim czasie (np. w krajach tropikalnych). W kontekście czasu należy uwzględnić to, że zmiany mogą być krótko- bądź długofalowe, incydentalne bądź sezonowe. Dzięki takiemu podejściu można określić zapadalność (zachorowalność) i chorobowość (prewalencję). Asocjacja czasowa odgrywa ważną rolę w każdej z wymienionych miar rozpowszechnienia chorób. Zapadalność to nowe zachorowania w określonym przedziale czasowym w danej populacji w stosunku do liczebności tej populacji. Chorobowość to z kolei stosunek ogólnej liczby osób chorych w określonym punkcie czasowym z danej populacji do liczebności tej populacji. W odniesieniu do chorób przewlekłych, a takie są najczęściej przedmiotem zaiteresowania w epidemiologii środowiskowej, prewalencja zazwyczaj różni się w sposób istotny od zachorowalności. Chorobowość bowiem zależy nie tylko od zapadalności, ale też od czasu trwania choroby. Jeśli zachorowalność i okres trwania schorzenia nie ulegają fluktuacjom w dłuższym czasie, mówi się, że choroba w danej społeczności uległa ustabilizowaniu.

Wśród badań opisowych można wyróżnić: opis przypadku, serię przypadków, badanie przekrojowe, badanie typu SENTINEL, proste badanie zapadalności (m.in. w przypadku pojedynczej kohorty czy rutynowego zgłaszania zachorowań). Najciekawszym z wymienionych badań jest badanie przekrojowe, ponieważ jak dowodzi Zieliński, może ono być zarówno opisowe, jak i analityczne. Badanie przekrojowe zalicza się do opisowego, jeśli odnosi się do wyniku przyjmowanego jako rozpowszechnienie cech (np. do chorobowości). Może być jednak badaniem analitycznym, kiedy uwaga skupiona jest na asocjacjach statystycznych między zmiennymi (co będzie rozwinięte w dalszej części rozdziału).

Podsumowując, badania opisowe są przydatne w sytuacjach, gdy niewiele wiadomo o danym zdarzeniu. Przykładem może być wybuch pandemii COVID-19, kiedy początkowo informacje o zakażeniach wirusem SARS-CoV-2 można było uzyskać z opisu pojedynczych przypadków oraz z serii przypadków. Badania opisowe są również pomocne przy formułowaniu hipotez w odniesieniu do czynników ryzyka danego zdarzenia albo przyczyny określonej choroby. Nie można jednak za pomocą tych badań dokonać weryfikacji stawianych hipotez. Dodatkowo badania opisowe mogą wskazać personelowi ochrony zdrowia, jakie są najbardziej aktualne potrzeby społeczeństwa. Badanie opisowe ujawnia zatem, że w jakimś konkretnym powiecie (lub gminie) Polski jest szczególnie duża liczba osób z rozpoznaniem przewlekłej obturacyjnej choroby płuc. Powinno to wzbudzić niepokój epidemiologiczny osób zajmujących się zawodowo zdrowiem publicznym i ukierunkować ten personel na intensywne działania na danym terytorium w celu znalezienia adekwatnych sposobów na ochronę zdrowia mieszkańców (wszelkimi dostępnymi metodami).

2.3.
Badania przekrojowe

Badania przekrojowe (cross-sectional studies) mogą służyć do mierzenia rozpowszechnienia zdarzeń zdrowotnych (z tej przyczyny często nazywane są również prevalence studies), a pomiar ten następuje w jednym, konkretnym i tym samym punkcie czasowym. W badaniu przekrojowym uwaga skoncentrowana jest na danym człowieku, a indywidualne informacje po zakończeniu pracy badawczej są zbilansowane jako grupowe. Niezwykle istotnym etapem zaplanowania badania przekrojowego jest zdefiniowanie ostatecznej zbiorowości poddawanej analizie. Powinna być ona reprezentatywna dla populacji, wobec której będą wyciągane końcowe wnioski. Dzięki zebranym informacjom tworzą się cztery zbiory ludzi: chorych i narażonych, chorych i nienarażonych, zdrowych i narażonych, zdrowych i nienarażonych. Badanie przekrojowe jest istotne przy ocenie występowania danego zdarzenia środowiskowego lub konkretnej cechy albo postawy. W przypadku wykorzystywania badania przekrojowego do celów analitycznych naukowcy powinni wykazać się dużą rozwagą, zwracać uwagę przede wszystkim na to, czy ekspozycja może bezpiecznie być opisana jako stabilna w czasie. Ponadto należy pamiętać, że wykonując badanie przekrojowe, trudno rozróżnić czynniki ryzyka pojawienia się danej choroby od czynników ryzyka wpływających na trwanie w chorobie.

Wśród badań przekrojowych można wyeksponować trzy główne procedury badania populacji: przesiewową, reprezentacyjną oraz selekcji przypadkowej. Z kolei spośród wymienionych szczególną pozycję w epidemiologii środowiskowej zajmują badania przesiewowe. To dzięki nim można wykrywać niebezpieczeństwa zdrowotne, ponadto stanowią one fundament medycyny zapobiegawczej. Badanie przesiewowe określonej grupy ludzi wykonuje się tylko raz lub co pewien czas można je powtórzyć. Cykliczne badania przesiewowe umożliwiają ewaluację uwarunkowań sytuacyjnych zdrowia.

W podsumowaniu należy zaznaczyć, że badania przekrojowe są znacznie częściej stosowane w epidemiologii opisowej niż w epidemiologii analitycznej. Ich zaletą są stosunkowo niska czasochłonność oraz koszt wykonania. Dzięki tym badaniom można kontrolować programy profilaktyczne zdrowia publicznego. Odgrywają one ważną rolę w ocenie społeczeństwa pod kątem obciążenia schorzeniami przewlekłymi. Do ich wad należy brak możliwości oceny zdarzeń w czasie, nie są również przydatne podczas badania sporadycznej choroby lub rzadkiej przyczyny zdarzenia medycznego.

2.4.
Badania ekologiczne

W badaniach ekologicznych (ecological studies), podobnie jak w badaniach przekrojowych, analiza danych przeprowadzona jest w konkretnym punkcie czasowym. Jednak w badaniach ekologicznych jednostką podlegającą analizie jest populacja czy grupa osób, podczas gdy w badaniach przekrojowych dane gromadzi się na poziomie indywidualnym. Jeśli zatem zostanie wykazany związek zmiennych na poziomie zbiorowości, nie wolno ekstrapolować tych wyników w stosunku do jednostek. Takie działania są nieuprawnione i nazywane błędem ekologicznym (ecological fallacy). Ponadto eksplorując artykuły naukowe, można się natknąć na inną nazwę badań ekologicznych, a mianowicie badania korelacyjne (correlational studies).

W badaniach ekologicznych bardzo często analizie podlegają zbiorowości zdefiniowane geograficznie, np. na poziomie kraju, województwa czy powiatu. Badania te są przydatne w ocenie zjawisk, których dane bardzo trudno uzyskać na poziomie osobniczym. Za przykład w epidemiologii środowiskowej może posłużyć narażenie na pył zawieszony, które jest trudne do dokładnego ustalenia na poziomie indywidualnym, a łatwe do oznaczenia za pomocą monitoringu standardowo prowadzonego w danej jednostce administracyjnej państwa.

Badania ekologiczne są tańsze od badań przekrojowych i wymagają mniejszego zaangażowania czasowego. Dane potrzebne do badań korelacyjnych są łatwo dostępne, ponieważ zazwyczaj są gromadzone na poziomie administracyjnym (sprawozdawczość statystyczna). Wyniki badań ekologicznych, dając ogólny obraz sytuacji zdrowotnej, są często dopiero wstępem do zaplanowania kolejnych analiz. Wadą badań ekologicznych są niska dokładność oraz duże prawdopodobieństwo zakłóceń. Informacje dotyczące innych ekspozycji w danej populacji czy status ekonomiczny tych zbiorowości często nie są dostępne.

2.5.
Badania kohortowe

Badania kohortowe (cohort studies, follow-up studies) są podstawowymi obserwacyjnymi, analitycznymi badaniami prowadzonymi w epidemiologii środowiskowej. W tym rodzaju badań rozpoczyna się od uformowania grup ludzi (kohort) w zależności od narażenia. Generalnie narażenie to bardzo szerokie pojęcie i może być ekspozycją na różne czynniki. Ponadto wbrew temu, co można przeczytać jeszcze w wielu starszych podręcznikach dotyczących doktryny przedmiotu, badania kohortowe mogą być zarówno prospektywne, jak i retrospektywne. W badaniach prospektywnych w momencie rozpoczęcia badań znane jest jedynie narażenie, natomiast wynik ekspozycji jest jeszcze nieznany. W badaniach retrospektywnych zarówno narażenie, jak i wynik ekspozycji są już znane.

W klasycznym badaniu kohortowym zazwyczaj uzyskuje się informację o zapadalności zbiorczej, zarówno w grupie osób narażonych, jak i nienarażonych. Czasami chodzi o tzw. kohorty dynamiczne, czyli sytuację, w której do badania włączane są osoby niebędące w żadnej z kohort przy rozpoczęciu badania lub ocenia się ludzi, którzy z różnych przyczyn wypadają z badania w trakcie jego trwania. Wówczas miarą badań jest gęstość zapadalności. Niezależnie od rodzaju kohort na podstawie uzyskanych miar można policzyć ryzyko względne (relative risk), zwane inaczej stosunkiem ryzyka (risk ratio), oraz ryzyko przypisane (attributable risk), czyli różnicę ryzyka (risk difference). Jeśli ryzyko względne równe jest jeden, oznacza to, że badana ekspozycja nie wpływa na wystąpienie skutku zdrowotnego. Jeśli zaś uzyskuje się wynik powyżej jeden, to jest to sytuacja, w której badane narażenie zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia skutku zdrowotnego. Ryzyko przypisane to z kolei różnica pomiędzy zapadalnością policzoną w grupie ludzi narażonych i nienarażonych, mówi o tym, o ile spadłaby zapadalność przy wdrożeniu działań zapobiegawczych nastawionych na eliminację ekspozycji.

Badania kohortowe są szczególnie przydatne przy analizie rzadkiego czynnika narażenia, a także przy rozpoznawaniu wielu wyników ekspozycji przy jedynym, konkretnym narażeniu. Dzięki nim bezpośrednio można ocenić zapadalność. Wadą tych badań są czasochłonność i zazwyczaj duży koszt prowadzenia (badania retrospektywne są tańsze od prospektywnych). Obarczone są również ryzykiem błędu selekcji. W trakcie trwania badania można również niespodziewanie utracić z poszczególnych kohort obserwowane osoby, co obniża jakość prowadzonego dochodzenia epidemiologicznego. Jeśli choroba jest niezwykle rzadka, to znalezienie odpowiednio dużej populacji osób narażonych może być trudne, a czasami wręcz niewykonalne. Dlatego badania kohortowe nie nadają się do ustalania przyczyn rzadkich wyników ekspozycji.

Rycina 2.1. Schemat poglądowy badania kohortowego

2.6.
Badania kliniczno-kontrolne

Badania kliniczno-kontrolne (case-control studies) są wykorzystywane w epidemiologii środowiskowej równie często co badania kohortowe. W literaturze można się spotkać z inną nazwą tych badań, mianowicie z badaniami referencyjnymi (case-referent studies). W tych badaniach na początku tworzy się grupę zwaną przypadkami. Włącza się tu wszystkie osoby z daną chorobą, której przyczyny powstawania należy zbadać, lub ludzi z określonym skutkiem zdrowotnym, dla którego należy znaleźć ekspozycję. Następnie tworzy się drugą grupę zwaną kontrolami. Perfekcyjnie byłoby, aby kontrole różniły się od przypadków jedynie brakiem badanej choroby czy skutku zdrowotnego. Kontrole powinny być zatem reprezentatywne dla populacji, z której pochodzą przypadki. Badania kliniczno-kontrolne, tak jak kohortowe, mogą być prospektywne lub retrospektywne.

W klasycznym badaniu kliniczno-kontrolnym nie ma możliwości uzyskania informacji o zapadalności. Istnieją natomiast okoliczności dające podstawy do poznania szansy narażenia, zarówno w grupie przypadków, jak i kontroli. Stosunek szans narażenia chorych do szans narażenia zdrowych niesie za sobą informacje o ilorazie szans (odds ratio), który jest podstawowym wskaźnikiem w badaniu kliniczno-kontrolnym. Trzeba zaznaczyć, że jest kilka rodzajów (modyfikacji) badania kliniczno-kontrolnego, ale omówienie ich przekracza ramy niniejszego opracowania. Są zatem jeszcze badania kliniczno-kontrolne: oparte na bazie przypadków, zagnieżdżone w kohorcie, przemienne, samych przypadków.

Badania kliniczno-kontrolne służą epidemiologom najbardziej przy badaniu rzadkiej choroby, z powodzeniem mogą być stosowane przy badaniu wielu narażeń jednocześnie. Są bardzo pomocne przy badaniu kohort wybitnie dynamicznych. To badania relatywnie tanie, biorąc pod uwagę nakłady, jakie są wymagane przy badaniach kohortowych, zazwyczaj są także mniej czasochłonne. Z drugiej jednak strony przy badaniach kliniczno-kontrolnych istnieje duże ryzyko stronniczości doboru elementów do grupy kontroli (stronniczość selekcji), jak i błędu pamięci (pomiaru) związanego z ustalaniem danych o narażeniu w grupie przypadków i grupie kontroli.

Rycina 2.2. Schemat poglądowy badania kliniczno-kontrolnego

2.7.
Badania eksperymentalne

W badaniach eksperymentalnych (experimental studies) badacz aktywnie wpływa na prowadzone dochodzenie epidemiologiczne. Cechą charakterystyczną tych badań jest zatem interwencja badacza w eksperyment. Z tej przyczyny badania te często nazywane są badaniami interwencyjnymi (interventional studies). Badacz nie poprzestaje jedynie na obserwacji, modyfikuje również przebieg próby, a następnie weryfikuje wpływ interwencji na badane grupy. Badania eksperymentalne to rodzaj badania analitycznego i zawsze są prospektywne. Uważane są za złoty standard w epidemiologii badawczej. Dzięki nim uzyskuje się wyniki najbardziej wiarygodne, pozbawione w możliwie najwyższym stopniu błędów wnioskowania.

Najpopularniejszym rodzajem badania eksperymentalnego jest randomizowana próba kontrolna (randomized controlled trial, RCT). Spośród interesującej nas populacji do badania wybiera się osoby, uwzględniając założone na początku kryteria wyłączenia. Pozostałych badanych przydziela się losowo (wykonuje się randomizację) do dwóch grup. Jedną z nich określa się eksperymentalną, a drugą kontrolną. W tym rodzaju badań bardzo często interwencją badacza jest podanie leku, którego działanie ma być opisane (randomizowane badania kliniczne). W grupie kontrolnej można wówczas podać placebo. Badani w obu grupach nie powinni wiedzieć, czy przyjmują lek, co określa się próbą ślepą. Jeśli badacz również nie wie, które osoby dostają lek, wówczas mówi się o podwójnie ślepej próbie. Z kolei jeśli statystycy otrzymujący na koniec do analiz matematycznych materiał z eksperymentu nie zostaną poinformowani o tym, które osoby przyjmowały lek, wówczas jest to potrójnie ślepa próba.

Wśród badań eksperymentalnych można też wyróżnić próby terenowe (field trials) oraz środowiskowe badania interwencyjne (community intervention trials). W próbach terenowych nie bada się osób chorych. Przedmiotem zainteresowania są osoby zdrowe, ale narażone na ekspozycję. Interwencją badacza jest zatem poddanie grupy eksperymentalnej działaniom profilaktycznym, przy czym w grupie kontrolnej tych środków się nie stosuje. Klasyczną próbą terenową jest zatem badanie skuteczności szczepionek. Środowiskowe badania interwencyjne skupiają się z kolei na populacjach, a nie na jednostkach. Interwencją badacza jest zatem oddziaływanie na zachowania społeczeństw. Ten rodzaj badań może być więc pomocny przy ocenie skuteczności programów zdrowia publicznego. Mają one jednak liczne ograniczenia, w tym brak okoliczności sprzyjających odizolowaniu środowisk od wpływów ekonomiczno-społecznych czy możliwość włączenia do badania jedynie niewielkiej społeczności. Losowy przydział środowisk jest praktycznie trudny do wykonania.

Generalnie badania eksperymentalne są bardzo drogie i wymagają dużo czasu, aby osiągnąć pożądane rezultaty. W czasie ich prowadzenia powstają dylematy moralne. Niezależnie od wewnętrznych odczuć badacza należy przestrzegać obowiązującego w tym zakresie prawa, dlatego prowadząc badania eksperymentalne, niezbędne jest m.in. pozyskanie pozytywnej opinii komisji bioetycznej.

Piśmiennictwo

1. Bzdęga J., Magdzik W., Naruszewicz-Lesiuk D., Zieliński A.: Leksykon epidemiologiczny. Alfa Medica Press, Bielsko-Biała 2008.

2. Cipora E.: Wiedza epidemiologiczna jako wartość naukowa w ocenie stanu zdrowia jednostki i populacji. Journal of Education, Health and Sport. 2017; 7(8): 1792–1807.

3. Frerot M., Lefebvre A., Aho S. i wsp.: What is epidemiology? Changing definitions of epidemiology 1978–2017. PLoS ONE. 2018; 13(12): e0208442.

4. Kesmodel U.S.: Cross-sectional studies – what are they good for? Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica. 2018; 97: 388–393.

5. Merrill R.M.: Environmental epidemiology: principles and methods. Jones and Bartlett Learning, Sudbury 2008.

6. Neumark Y.: What can ecological studies tell us about death? Israel Journal of Health Policy Research. 2017; 6: 52.

7. Song J.W., Chung K.C.: Observational studies: cohort and case-control studies. Plastic and Reconstructive Surgery. 2010; 126(6): 2234–2242.

3

ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA JAKO GLOBALNY PROBLEM ZDROWIA ŚRODOWISKOWEGO

Barbara Piekarska

Zanieczyszczenie powietrza to zanieczyszczenie środowiska wewnętrznego lub zewnętrznego czynnikami chemicznym, fizycznym czy biologicznym modyfikującymi naturalne właściwości atmosfery.

Zanieczyszczenie powietrza jest globalnym zagrożeniem, które ma duży wpływ na ludzkie zdrowie i ekosystemy. Obecnie stanowi najważniejsze środowiskowe zagrożenie dla zdrowia ludzkiego i przez Europejczyków jest postrzegane jako drugi największy problem środowiskowy po zmianie klimatu.

Opublikowane przez Światową Organizacje Zdrowia (WHO) dane pokazują, że 99% światowej populacji oddycha powietrzem, które przekracza limity określone w wytycznych WHO, oraz zawiera wysokie poziomy stężeń zanieczyszczeń. Najwyższe narażenie na zanieczyszczenia powietrza występuje w krajach o niskich i średnich dochodach.

Jakość powietrza jest ściśle powiązana z klimatem Ziemi i ekosystemami na całym świecie (ryc. 3.1). Wiele czynników powodujących zanieczyszczenie powietrza (np. spalanie paliw kopalnych) jest również źródłem emisji gazów cieplarnianych.

Rycina 3.1. Konsekwencje zanieczyszczonego powietrza

Źródło: https://www.wwf.pl/aktualnosci/klimatowi-i-nam-zagraza-samo-zanieczyszczone-powietrze (dostęp 7.12.2023 r.)

Zanieczyszczenie powietrza każdego roku odpowiada za 7 milionów zgonów na całym świecie. Powoduje i zaostrza wiele chorób: od astmy po raka, choroby płuc i serca.

Nie wszystkie substancje znajdujące się w powietrzu są uznawane za zanieczyszczenia.

Skład suchego powietrza

• 78,08% – azot

• 20,90% – tlen

• ~1% – argon

• 0,03% – dwutlenek węgla

Główne zanieczyszczenia powietrza

• Pyły zawieszone

• Tlenki węgla (CO, CO_2)

• Tlenki siarki (SO_2, SO_3)

• Tlenki azotu (NOx)

• Fluor (F)

• Ozon (O_3)

• Radon (Rn)

• Amoniak (NH_3)

• Węglowodory i ich pochodne chlorowe

• Fenol

Zanieczyszczenie powietrza z reguły definiuje się jako występowanie w atmosferze określonych zanieczyszczeń w ilościach, które negatywnie wpływają na zdrowie człowieka, środowisko oraz dziedzictwo kulturowe (budynki, zabytki i materiały).

W kontekście prawodawstwa uwzględnia się jedynie zanieczyszczenie ze źródeł wynikających z działalności człowieka, chociaż definicja zanieczyszczenia może być szersza w innych kontekstach.

Zanieczyszczenie powietrza to każda substancja wprowadzona przez człowieka w sposób bezpośredni lub pośredni do otaczającego powietrza, która wywołuje prawdopodobieństwo szkodliwego oddziaływania na zdrowie ludzkie i/lub środowisko jako całość.

Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy (11.6.2008 Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L 152/1)

Światowa Organizacja Zdrowia powietrze zanieczyszczone definiuje jako powietrze, którego skład chemiczny może ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, roślin i zwierząt, a także na inne elementy środowiska (wodę, glebę).

Problem zanieczyszczenia powietrza nie ma charakteru lokalnego. Substancje chemiczne odprowadzane do powietrza bez trudu przenoszą się na dalekie odległości i mogą skazić na dużych obszarach praktycznie wszystkie komponenty środowiska.

Główne antropogeniczne źródła zanieczyszczeń powietrza

• Uprzemysłowienie i wzrost liczby ludności

• Przemysł energetyczny

• Przemysł transportowy

• Niska emisja

• Chemiczna konwersja paliw

• Wydobycie i transport surowców

• Przemysł chemiczny

• Przemysł rafineryjny

• Przemysł metalurgiczny

• Cementownie

• Składowiska odpadów

• Motoryzacja

Naturalne źródła zanieczyszczeń powietrza

• Wybuchy wulkanów

• Wietrzenie chemiczne skał

• Pożary lasów i stepów

• Wyładowania atmosferyczne

• Pył kosmiczny

• Procesy biologiczne

3.1.
Rodzaje zanieczyszczeń powietrza

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego i domowego mogą pochodzić z podobnych procesów, takich jak niecałkowite spalanie paliw (zanieczyszczenia pierwotne) lub być wynikiem reakcji chemicznych zachodzących między gazami (zanieczyszczenia wtórne).

Zanieczyszczenia pierwotne

• Emitowane bezpośrednio do atmosfery na skutek m.in. prowadzonych procesów przemysłowych, gospodarki komunalnej, rolnej oraz procesów spalania w przydomowych kotłowniach

• Przykłady: SO_2 (dwutlenek siarki), CO (tlenek węgla), CH_4 (metan), NH_3 (amoniak), H_2S (siarkowodór), LZO (lotne związki organiczne)

Zanieczyszczenia wtórne

• Powstają w atmosferze na skutek przemian chemicznych zachodzących w powietrzu atmosferycznym

• Przykłady: O_3 (ozon troposferyczny), PAN (azotan nadtlenku acetylu), H_2O_2 (nadtlenek wodoru), pył zawieszony powstający w reakcjach tlenków siarki (SOX) i tlenków azotu (NOX)

• Siarki (SO_2, SO_3)

• Azotu (NOx)

• fluor (F)

• ozon (O_3)

• radon (Rn)

• amoniak (NH_3)

• węglowodory i ich pochodne chlorowe, fenol

Jednak konkretne źródło procesu spalania może być różne. Na przykład czynności domowe, takie jak: gotowanie i ogrzewanie za pomocą „brudnych technologii” (wykorzystujących spalanie węgla) oraz używanie lamp naftowych do oświetlania pomieszczeń emituje szereg szkodliwych dla zdrowia zanieczyszczeń w pomieszczeniach, podczas gdy czynności takie jak spalanie w wysokiej temperaturze w pojazdach, przemyśle i zakładach wytwarzania energii przyczynia się do zanieczyszczenia otaczającego powietrza.

Zanieczyszczenia o najsilniejszych dowodach stanowiących zagrożenie dla zdrowia publicznego to pył zawieszony (PM), tlenek węgla (CO), ozon (O_3), dwutlenek azotu (NO_2) i dwutlenek siarki (SO_2). Problemy zdrowotne mogą wystąpić zarówno w wyniku krótko-, jak i długotrwałego narażenia na te zanieczyszczenia.

3.1.1.
Pyły zawieszone (PM)

Zanieczyszczenia pyłowe, obok gazowych, zalicza się do głównych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego. Pyłowe zanieczyszczenia powietrza to mieszanina organicznych i nieorganicznych, stałych i ciekłych cząstek różnego pochodzenia, rozmiaru i kompozycji o odmiennych właściwościach fizykochemicznych. Ze względu na duży stopień dyspersji mogą przebywać w atmosferze w stanie zawieszonym przez bardzo długi okres.

Przyjmując za kryterium klasyfikacji średnicę cząstek, wyróżnia się:

• całkowity pył zawieszony (total suspended particles, TSP) – całkowity pył zawieszony w powietrzu,

• pył PM_10 – frakcja pyłu zawieszonego o średnicach zastępczych cząstek poniżej 10 μm,

• pył PM2,5–10 – w literaturze spotykane jest także oznaczenie PMc (coarse) – frakcja pyłu zawieszonego o średnicach zastępczych cząstek pomiędzy 2,5 μm i 10 μm,

• pył drobny PM2,5 – frakcja pyłu zawieszonego o średnicach zastępczych cząstek poniżej 2,5 μm,

• pył submikronowy PM_1 – frakcja pyłu zawieszonego o średnicach zastępczych cząstek poniżej 1,0 μm.

Pył zawieszony jest mieszaniną bardzo drobnych cząstek stałych i ciekłych. W pyle zawieszonym całkowitym (TSP), ze względu na zdolność wnikania do układu oddechowego, wyróżnia się frakcje o ziarnach: powyżej 10 μm i poniżej 10 μm (pył zawieszony PM_10).

Dwie główne grupy tych zanieczyszczeń poddane monitorowaniu to zanieczyszczenia pyłowe o średnicy aerodynamicznej poniżej 10 μm (PM_10) i 2,5 μm (PM2,5).

Pył PM_10 składa się z mieszaniny cząstek zawieszonych w powietrzu, będących mieszaniną substancji organicznych i nieorganicznych. Pył zawieszony może zawierać substancje toksyczne, takie jak: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (np. benzo/a/piren), metale ciężkie oraz dioksyny i furany. Pył PM_10 zawiera cząstki o średnicy mniejszej niż 10 μm, które mogą docierać do górnych dróg oddechowych i płuc.

Pył PM2,5 zawiera cząstki o średnicy mniejszej niż 2,5 μm, które mogą docierać do górnych dróg oddechowych, płuc oraz przenikać do krwi.

Źródłem największych cząstek zwanych gruboziarnistymi (o średnicy od 2,5 µm do 10 µm) będą głównie pyłki, aerozole morskie i pył nanoszony przez wiatr z erozji, terenów rolniczych, dróg i operacji górniczych. Drobniejsze cząstki (tj. PM2,5) można wyprowadzić ze źródeł pierwotnych (np. spalanie paliw w elektrowniach, przemyśle lub pojazdach) i źródeł wtórnych (np. reakcje chemiczne między gazami).

Największym źródłem cząstek stałych w pomieszczeniach jest na ogół spalanie zanieczyszczonych paliw w otwartych paleniskach lub słabo wentylowanych, nieefektywnych piecach lub grzejnikach. Oprócz czynności domowych, takich jak gotowanie, ogrzewanie pomieszczeń i oświetlenie, również inne mogą być ważnymi źródłami zanieczyszczenia pyłem w środowisku domowym, np. przygotowywanie paszy dla zwierząt czy podgrzewanie wody do kąpieli.

3.1.2.
Dwutlenek azotu (NO_2)

Dwutlenek azotu to brunatny, silnie toksyczny gaz o ostrym zapachu. Powstaje w wyniku spalania paliw w wysokich temperaturach, głównie w silnikach samochodowych i paleniskach elektrowni. Jest związkiem dość aktywnym chemicznie. Przy udziale promieniowania słonecznego w reakcji fotooksydacji staje się głównym źródłem ozonu w przyziemnej warstwie atmosfery. Jest substancją oddziałującą w sposób szkodliwy na roślinność i zdrowie ludzkie.

Główne źródła emisji NO_2 to:

• transport drogowy,

• energetyka zawodowa oraz

• lokalne systemy grzewcze.

Na terenach dużych miast dominuje wpływ spalin samochodowych, dlatego największe zanieczyszczenia najczęściej obserwuje się w sąsiedztwie ruchliwych ulic. Większą emisję tlenków azotu powodują pojazdy z silnikami diesla.

Domowe źródła tlenków azotu (NOx) to urządzenia spalające paliwa, takie jak piece, kominki oraz kuchenki i piekarniki gazowe. Narażenie na dwutlenek azotu może podrażniać drogi oddechowe i zaostrzać choroby układu oddechowego.

3.1.3.
Ozon

W warstwie przyziemnej ozon (O_3) jest głównym składnikiem smogu. Powstaje w wyniku reakcji fotochemicznych z zanieczyszczeniami, takimi jak lotne związki organiczne, tlenek węgla i tlenki azotu (NOx) emitowane przez pojazdy i przemysł. Ze względu na charakter fotochemiczny najwyższe poziomy ozonu obserwuje się w okresach słonecznej pogody. Warto wspomnieć, że ozon mogą wytwarzać również sprzęty gospodarstwa domowego, takie jak przenośne oczyszczacze powietrza.

Narażenie na nadmiar ozonu może powodować problemy z oddychaniem, wywoływać astmę, zmniejszać czynność płuc i prowadzić do chorób płuc.

3.1.4.
Tlenek węgla (CO)

Tlenek węgla (CO) jest jednym z najczęstszych i najbardziej rozpowszechnionych zanieczyszczeń powietrza. To bezbarwny, bezwonny gaz powstający w wyniku niecałkowitego spalania paliw zawierających węgiel, jak drewno, benzyna, węgiel, gaz ziemny i nafta w prostych piecach, kominkach, lampach knotowych czy piecach. Jest palny, może być źródłem paliwa i tworzyć wybuchowe mieszaniny z powietrzem.

Antropogeniczne emisje tlenku węgla pochodzą głównie z niepełnego spalania produktów węglowych. Inne powszechne źródła obejmują procesy przemysłowe, w których paliwem są przede wszystkim węgiel i ropa naftowa (przemysł energetyczny, hutniczy, chemiczny) oraz spaliny samochodowe (głównie silniki benzynowe). Do źródeł naturalnych CO zalicza się m.in. pożary lasów, wybuchy wulkanów, gazy naturalne w kopalniach węgla czy gazy bagienne produkowane przez rośliny rozkładające się pod wodą.

Tlenek węgla w atmosferze występuje w śladowych ilościach i nie ma bezpośredniego wpływu na globalną temperaturę. Natomiast w chemii atmosfery odgrywa istotną rolę, wpływając na jej zdolność oczyszczania się z wielu innych zanieczyszczeń gazowych. CO w połączeniu z innymi zanieczyszczeniami i pod wpływem promieniowania słonecznego bierze również udział w tworzeniu się „złego” ozonu troposferycznego.

3.1.5.
Dwutlenek siarki

Dwutlenek siarki (SO_2) to silnie toksyczny gaz o gryzącym i duszącym zapachu, przechodzi w atmosferze szereg przemian chemicznych: utlenia się do trójtlenku siarki, który wskutek reakcji z wodą obecną w powietrzu tworzy kwas siarkowy.

Kwas siarkowy ulega dysocjacji elektrolitycznej podczas kontaktu z kropelkami wody i rozpada się na jony SO_42- i H+. Związki te mają silne działanie zakwaszające i na szereg sposobów wpływają szkodliwie na środowisko, m.in. pod postacią kwaśnych deszczów. Powodują zakwaszenie gleb, co w konsekwencji może prowadzić do spadku ich żyzności. Hamują także wzrost roślin i przyczyniają się do ich obumierania. SO_2 stanowi obciążenie nie tylko dla środowiska, lecz także dla infrastruktury budowlanej. Inicjuje bowiem korozję materiałów konstrukcyjnych, takich jak stal, aluminium, miedź czy cynk.

3.1.6.
Formaldehyd

Formaldehyd jest bezbarwnym gazem o ostrym zapachu. Jest to jeden z najczęstszych lotnych związków organicznych (LZO) występujących w pomieszczeniach. Formaldehyd emitowany jest z materiałów budowlanych (np. płyta wiórowa, sklejka, klej, farby) oraz artykułów gospodarstwa domowego i higieny osobistej (np. zasłony, dywany, środki czystości, lakiery do włosów). Dodatkowymi źródłami wewnętrznymi mogą być procesy spalania, takie jak palenie, ogrzewanie, gotowanie lub palenie świec lub kadzideł.

Krótkotrwałe narażenie na formaldehyd może prowadzić do podrażnienia oczu, nosa i gardła, a także zwiększonej wrażliwości alergicznej. Jednak długotrwałe narażenie na formaldehyd jest związane z rakiem nosogardzieli.

3.2.
Długoterminowe i krótkoterminowe skutki narażenia na zanieczyszczenia powietrza

Ludzie mogą doświadczać narażenia na zanieczyszczenia powietrza o różnym stężeniu. Zła jakość powietrza może mieć wpływ na jednostki przez krótki czas w ciągu dnia lub częściej w ciągu dnia. Narażenie na zanieczyszczenia może również występować przez wiele dni, tygodni lub miesięcy z powodu sezonowego zanieczyszczenia powietrza, np. zwiększony ozon latem lub pył z pieców opalanych drewnem zimą.

W związku z tym, że wpływ zanieczyszczeń powietrza na zdrowie człowieka jest bezpośrednio związany z ekspozycją na tego typu zanieczyszczenia, możliwe jest określenie krótko- i długoterminowych skutków narażenia na zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu.

Krótkotrwałe narażenie, czyli ekspozycja na wysokie dawki stężenia zanieczyszczenia w okresie kilku godzin, maksymalnie do kilku dni, skutkuje ostrą reakcją organizmu. Mogą to być, w przypadku najbardziej wrażliwych jednostek: przedwczesny zgon (związany z chorobami układu oddechowego i sercowo-naczyniowego), ale także wzrost konsumpcji leków wskutek nasilenia objawów chorób układów krążeniowego i oddechowego, niekorzystny wpływ na pracę układu oddechowego, zwiększona liczba hospitalizacji z powodu wspomnianych wcześniej chorób.

Długotrwałe narażenie na zanieczyszczenia powietrza – wystawienie na niewielki poziom zanieczyszczeń trwający przez wiele lat, może skutkować m.in. wzrostem śmiertelności na choroby układów oddechowego i sercowo-naczyniowego, nowotwory płuc, chroniczne choroby układów krwionośnego i oddechowego (np. astma).

Zanieczyszczone powietrze stanowi zagrożenie dla wszystkich. Jest jednak grupa osób najbardziej narażona na jego negatywne skutki. Należą do nich:

• dzieci i niemowlęta, ze względu na niedostatecznie rozwinięte układy oddechowy, nerwowy i krwionośny,

• kobiety w ciąży,

• osoby cierpiące na przewlekłe choroby serca i układu oddechowego,

• osoby z cukrzycą i otyłością,

• osoby pracujące w otoczeniu o wysokim stężeniu zanieczyszczeń,

• seniorzy, których układ odpornościowy jest słabszy niż u osób młodszych.

3.3.
Skutki dla środowiska naturalnego spowodowane zanieczyszczeniem powietrza

Zanieczyszczenia powietrza są niebezpieczne nie tylko dla człowieka, lecz także dla całego ekosystemu. Obecność toksycznych substancji w powietrzu może negatywnie wpływać na cały ekosystem. Uważa się, że to właśnie zanieczyszczenia powietrza są w dużej mierze odpowiedzialne za powstawanie wielu niepokojących zjawisk.

Należą do nich: smog, kwaśne deszcze, dziura ozonowa i efekt cieplarniany.

3.3.1.
Smog

Smog jest nienaturalnym zjawiskiem atmosferycznym, charakteryzującym się współwystępowaniem zanieczyszczeń powietrza spowodowanych działalnością człowieka oraz niekorzystnych naturalnych zjawisk atmosferycznych: znacznej wilgotności powietrza (mgła, bliskość akwenów i cieków wodnych), a także braku wiatru. Powstaje na obszarach o dużej emisji zanieczyszczeń (głównie w miastach) przy słabym ich rozprzestrzenianiu się oraz przy określonych warunkach meteorologicznych.

Okoliczności sprzyjające powstawaniu smogu w Polsce występują przede wszystkim w czasie sezonu grzewczego. Efekt smogu, najbardziej widoczny na obszarach mocno zurbanizowanych, stanowi zagrożenie dla zdrowia, wywołując reakcje alergiczne, astmę czy niewydolność oddechową. Ponadto niszczy elewacje budynków, a nawet może prowadzić do lokalnych opadów kwaśnego deszczu. Opady te zawierają trujące kwasy (siarkowy i azotowy) powstałe z reakcji gazów wyemitowanych do atmosfery wraz z wodą (parą wodną).

Ze względu na miejsce, warunki powstawania oraz skład chemiczny wyróżnia się dwa rodzaje smogu: klasyczny (londyński) o właściwościach redukujących i kwasowych oraz fotochemiczny (typu Los Angeles) o właściwościach utleniających.

3.3.2.
Kwaśne deszcze

Kwaśne deszcze lub kwaśne opady to szerokie pojęcie obejmujące wszelkie formy opadów ze składnikami kwaśnymi, takimi jak kwas siarkowy (H_2SO_4) lub azotowy (HNO_3), opadającymi na ziemię z atmosfery w postaci depozycji mokrej lub suchej. Są to: deszcz, śnieg, mgła, grad, a nawet kwaśny pył.

Opady atmosferyczne o kwaśnym pH mogą powodować szereg negatywnych konsekwencji, zarówno dla człowieka, ekosystemów, jak i zabytków kultury. Kwaśny deszcz przyczynia się m.in. do zakwaszania jezior i rzek, erozji gleby, a także przedostawania się do niej szkodliwych metali ciężkich. W widoczny sposób zakłóca proces fotosyntezy. Może również doprowadzić do uszkodzeń drzew i runa leśnego oraz zwiększonej umieralności wielu gatunków zwierząt – zwłaszcza bytujących w zanieczyszczonych zbiornikach wodnych. W związku z kwaśnym deszczem rośliny są mniej odporne na choroby, co przyczynia się do zmniejszenia plonów.

Kwaśne deszcze stanowią bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia człowieka. Sprzyjają rozwojowi chorób przewlekłych, np. związanych z funkcjonowaniem układu oddechowego. Ponadto mają wpływ na zniszczenia zabytków architektonicznych oraz budynków z uwagi na ich skłonność do rozpuszczania wapieni i cementu.

Zjawisko kwaśnego deszczu nie jest już tak poważnym problemem jak jeszcze przed kilkoma laty dzięki ekologicznym rozwiązaniom zastosowanym w przemyśle. Jednak w Polsce dopuszczalne normy dwutlenku siarki (SO_2) ciągle są jeszcze przekraczane, dlatego konieczne jest podejmowanie dalszych rozwiązań naprawczych. Kluczową kwestię stanowi ograniczenie emisji zanieczyszczeń powstałych na skutek ogrzewania mieszkań oraz ruchu samochodowego.

3.3.3.
Dziura ozonowa

Dziura ozonowa to zjawisko, które polega na redukcji ilości ozonu w stratosferze (a dokładniej w ozonosferze). Jest to bardzo niebezpieczny proces, ponieważ warstwa ozonu chroni planetę przed promieniowaniem ultrafioletowym, pochłaniając znaczną część promieni, które docierają do Ziemi ze Słońca.

Ozon tworzy się i rozpada pod wpływem światła słonecznego, dlatego odnotowuje się jego wahania w skali roku; poza tym naturalny stan ozonosfery zmienia się w zależności od szerokości geograficznej. Mimo to w latach 80. XX wieku odnotowano wyraźny spadek zawartości ozonu w stratosferze i dowiedziono, że jest to ubytek o charakterze antropogenicznym. Największe „dziury” w ozonosferze obserwuje się w obszarach podbiegunowych, a zwłaszcza nad Antarktydą.

Dziura ozonowa może mieć bardzo poważne konsekwencje dla życia. Głównym zadaniem ozonu stratosferycznego jest pochłanianie promieni UV, które potrafią być bardzo szkodliwe dla organizmów żywych. Mogą prowadzić do oparzeń skóry i uszkodzeń komórek, trwale zmieniać materiał genetyczny oraz powodować choroby nowotworowe, w tym czerniaka. Ponadto promieniowanie UV wywołuje spadek odporności i sprawia, że organizm jest bardziej podatny na zakażenia wirusami czy pasożytami. Niepowstrzymane przez ozon słońce może pogorszyć stan skóry. Jest też bardzo niebezpieczne dla oczu i może powodować np. zaćmę.

Dziura ozonowa jest groźna nie tylko dla ludzi i zwierząt, ale w ogóle dla całej Ziemi – w tym roślin i środowiska. Promieniowanie UV szkodzi wielu gatunkom roślin, a redukcja ilości ozonu w atmosferze powoduje znaczące zmiany klimatyczne.

3.3.4.
Efekt cieplarniany

Efekt cieplarniany jest całkowicie naturalnym zjawiskiem, występującym na naszej planecie od milionów lat. Zarówno ludzie, jak i wszyscy pozostali mieszkańcy Ziemi nauczyli się z niego korzystać i czerpać z jego dóbr dla własnych celów.

Efekt cieplarniany to zjawisko podwyższenia temperatury planety przez obecne w jej atmosferze gazy cieplarniane (w porównaniu z sytuacją, w której gazów cieplarnianych nie ma). Podnosi temperaturę powierzchni Ziemi o 33°C. Bez efektu cieplarnianego planeta Ziemia byłaby cała skuta lodem, a średnia temperatura wynosiłaby –18°C, zamiast +15°C.

Wśród licznych przyczyn efektu cieplarnianego najczęściej wymieniane są:

• ogólnoświatowy transport,

• produkcja energii elektrycznej,

• światowy przemysł wymagający użycia paliw kopalnych, które są jedną z głównych przyczyn stałego ocieplania planety,

• gospodarstwa domowe – podstawowe codzienne czynności, ogrzewanie pomieszczeń czy korzystania z energii elektrycznej,

• hodowla zwierząt i rolnictwo,

• wykorzystanie urządzeń chłodzących i klimatyzacyjnych, środków chemicznych w aerozolu oraz gaśnic zawierających freony i halony,

• wycinanie lasów.

Skutki efektu cieplarnianego są następujące:

• topnienie pokrywy lodowej na biegunach,

• częstsze powodzie w rejonach zlokalizowanych blisko mórz i oceanów oraz lawiny w górach,

• wzrost temperatury na całej planecie – średnio o 0,2°C na dekadę,

• ginięcie wielu gatunków zwierząt oraz roślin,

• zwiększone parowanie wody oraz bardziej dotkliwe susze, które powodują wyjaławianie żyznych obszarów Ziemi,

• przesuwanie się stref klimatycznych w kierunku biegunów.

Efekt cieplarniany nie jest tym samym co globalne ocieplenie.

Globalne ocieplenie dotyczy wzmocnienia efektu cieplarnianego w wyniku zwiększenia przez ludzkość ilości gazów cieplarnianych w atmosferze.

Piśmiennictwo

1. Burnett R., Chen H., Szyszkowicz i wsp.: Global estimates of mortality associated with long-term exposure to outdoor fine particulate matter. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018; 115(38): 9592–9597.

2. European Commission, 2017, Special Eurobarometer 468: Attitudes of European citizens towards the environment (http://data.europa.eu/euodp/en/data/dataset/S2156_88_1_468_ENG) (dostęp 20.06.2023).

3. Guarnieri M., Balmes J.R.: Outdoor air pollution and asthma. Lancet. 2014; 383: 1581–1592.

4. http://dombezalergii.com.pl/smog-co-o-tym-mowi-nauka/ (dostęp 19.08.2018).

5. http://sojp.wios.warszawa.pl/?page=no2 (dostęp 19.07.2021).

6. http://www.polskatimes.pl/dom/a/smog-zawsze-byl-krotka-historia-smogu,12719928/ (dostęp 19.08.2018).

7. https://airly.eu/pl/smog-definicja-skutki-i-przyczyny dostęp (dostęp 19.08.2018).

8. https://airly.org/pl/dziura-ozonowa-o-co-w-tym-wszystkim-chodzi-przyczyny-i-skutki-przerzedzania-sie-ozonosfery/ (dostęp 23.06. 2023).

9. https://airly.org/pl/kwasne-deszcze-efektem-zanieczyszczenia-powietrza/ (dostęp 23.06 2023).

10. https://ecovibes.pl/klimat/co-to-jest-efekt-cieplarniany/ (dostęp 23.06. 2023).

11. https://smoglab.pl/dwutlenek-siarki-w-polsce-zle-na-balkanach-gorzej-czym-truje-nas-smog-4/ (dostęp 20.06.2023).

12. https://unece.org/air-pollution-and-health (dostęp 22.06.2023).

13. https://vbw.pl/wplyw-zanieczyszczen-powietrza-na-zdrowie.html (dostęp 22.06.2023).

14. https://www.who.int/teams/environment-climate-change-and-health/air-quality-and-health/health-impacts (dostęp 22.06.2023).

15. Juda-Rezler K., Toczek B.: Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2016.

16. Kucęba R., Kulej-Dudek E.: Zarządzanie niską emisją – społecznościowa platforma transferu wiedzy. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej. Seria: Organizacja i Zarządzanie. 2016; 93(1957).

17. Piotrowski J.K. (red.): Podstawy toksykologii. Wydanie drugie. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2008.

18. Samoliński B., Piekarska B.: Jak wpływa na nas smog? Profilaktyka i leczenie. Medical Education, Warszawa 2020.

19. Śliż D., Mamcarz A.: Medycyna stylu życia. PZWL Wydawnictwo Lekarskie, Warszawa 2018.

20. Światowa Organizacja Zdrowia: Globalne wytyczne jakości powietrza WHO: Pył zawieszony (PM2,5 i PM_10), ozon, dwutlenek azotu, dwutlenek siarki i tlenek węgla. Streszczenie. Światowa Organizacja Zdrowia. Regionalne Biuro dla Europy. 2021. https://apps.who.int/iris/handle/10665/346559. License: CC BY-NC-SA 3.0 IGO (dostęp 19.01.2024).

21. Walawender J.P.: Miejska wyspa ciepła – negatywne skutki urbanizacji oraz możliwości przeciwdziałania (na przykładzie Krakowa), serwis internetowy Zielona Infrastruktura (http://zielonainfrastruktura.pl). 2015.

22. World Health Organization: Burden of desease from ambient air pollution for 2012. Summary of results. 2014.

23. Zakrzewski S.F.: Podstawy toksykologii środowiska. PWN, Warszawa 1998.