Связь загрязнения воздуха с психическими и поведенческими расстройствами у молодых и людей среднего возраста

Введение

Загрязнение атмосферного воздуха является одной из ведущих глобальных экологических проблем, оказывающих негативное влияние на здоровье населения. Многочисленные эпидемиологические исследования убедительно показали, что вдыхание взвешенных частиц, оксидов азота, серы и других токсичных газов связано с увеличением частоты респираторных и сердечно‑сосудистых заболеваний. В последние годы всё больше внимания уделяется влиянию загрязнителей воздуха на психическое здоровье. Нервная система человека чувствительна к системному воспалению и окислительному стрессу, которые могут индуцироваться вдыхаемыми частицами и газами. В связи с этим особый интерес вызывает изучение ассоциации между концентрацией основных загрязнителей и частотой психических и поведенческих расстройств (mental and behavioral disorders, MBD) среди молодых и людей среднего возраста — возрастных групп, которые традиционно считаются наиболее социально и экономически активными.

Фон и актуальность

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), психические расстройства занимают одно из первых мест среди причин нетрудоспособности во всём мире. Особую тревогу вызывает рост показателей депрессии и тревожных расстройств среди лиц в возрасте 20–50 лет. Одновременно с этим наблюдается ухудшение качества воздуха в мегаполисах и промышленных центрах, что создаёт потенциальные условия для взаимодействия экологических и психологических факторов риска. Ряд исследований, проведённых в различных странах, уже указывал на связь между уровнем PM2.5 (мелкодисперсные частицы размером менее 2,5 мкм), NO2 (диоксид азота) и SO2 (диоксид серы) и увеличением числа госпитализаций и обращений за амбулаторной помощью по поводу психических расстройств. Однако большинство из этих работ основывалось на экологических данных, собранных на уровне города или региона, что ограничивало возможность учёта индивидуальных вариаций экспозиции.

Цель и задачи исследования

Основной целью данного исследования являлось количественное определение связи между суточными концентрациями основных атмосферных загрязнителей и частотой амбулаторных визитов по поводу MBD, депрессии и тревожности среди лиц молодого и среднего возраста (от 18 до 55 лет). Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• Сбор и систематизация данных о ежедневных амбулаторных визитах по поводу MBD за период 2017–2019 гг.;
• Получение суточных значений концентраций SO2, NO2, PM2.5, PM10, CO (окись углерода) и O3 (озон) в исследуемом регионе;
• Учёт метеорологических факторов (температура, относительная влажность воздуха);
• Применение статистических моделей, позволяющих оценить отложенное воздействие загрязнителей на здоровье;
• Проведение стратифицированного анализа по полу для выявления возможных гендерных различий.

Материалы и методы

Источники данных

В исследовании использовались три основных блока данных:

• Медицинские данные: информация об амбулаторных визитах пациентов с диагнозами MBD, депрессией и тревожным расстройством, зафиксированными в соответствии с ICD‑10 (Международная классификация болезней 10‑го пересмотра). Данные были предоставлены городскими поликлиниками и охватывали период с 1 января 2017 г. по 31 декабря 2019 г. Учитывались только визиты лиц в возрасте 18–55 лет, обратившихся в амбулаторные учреждения.
• Экологические данные: суточные средние концентрации SO2, NO2, PM2.5, PM10, CO и O3, полученные с городских станций мониторинга качества воздуха. Все значения выражены в микрограммах на кубический метр (мкг/м³) и усреднены за 24‑часовой интервал.
• Метеорологические данные: ежедневные показатели средней температуры воздуха (°C) и относительной влажности (%), взятые из архивов национальной метеорологической службы.

Определение переменных

В качестве зависимых переменных выступали:

• Количество амбулаторных визитов по поводу MBD (общее число случаев, а также подгруппы депрессии и тревожности).

Независимыми переменными служили:

• Концентрации SO2, NO2, PM2.5, PM10, CO, O3.
• Температура воздуха и относительная влажность.
• Временны́е факторы: год, месяц, день недели, государственные праздники.

Для каждого загрязнителя были рассчитаны кумулятивные дозы за 0–3, 0–7 и 0–14 дней до даты визита, что позволяет учесть латентный период развития неблагоприятных эффектов.

Статистический анализ

Для моделирования связи между концентрациями загрязнителей и числом амбулаторных визитов использовалась распределённая лаговая нелинейная модель (Distributed Lag Non‑Linear Model, DLNM), интегрированная в рамки обобщённой аддитивной модели (Generalized Additive Model, GAM) с квази‑пуассоновским распределением ошибок. Квази‑пуассоновская регрессия применялась для учёта избыточной дисперсии, характерной для данных подсчёта событий.

В модель были включены следующие ковариаты:

• Линейный и нелинейный тренды по времени (годам) для контроля долгосрочных изменений частоты обращений.
• День недели (понедельник‑воскресенье) в качестве категориальной переменной.
• Государственные праздники (праздничные дни, способные влиять на обращаемость).
• Сглаженные функции температуры и влажности (использовались сплайны с 3–4 степенями свободы).

Для оценки отложенного воздействия загрязнителей применялась матрица «cross‑basis», описывающая нелинейную зависимость «доза‑ответ» и её изменение во времени. Оптимальное количество лагов определялось на основе критерия Акаике (AIC). Результаты представлены в виде относительного риска (Relative Risk, RR) и соответствующих 95 % доверительных интервалов (Confidence Interval, CI) на каждое повышение концентрации загрязнителя на 10 мкг/м³.

Дополнительно был выполнен стратифицированный анализ по полу (мужчины и женщины) для выявления потенциальных гендерных различий в чувствительности к загрязнению воздуха.

Результаты

Описательная статистика

За трехлетний период (2017–2019) в исследуемом регионе было зарегистрировано 24 689 амбулаторных визитов по поводу MBD. Из них:

• 11 415 визитов были связаны с депрессивными расстройствами (коды ICD‑10 F32–F33).
• 7 598 визитов — с тревожными расстройствами (коды ICD‑10 F40–F41).

Средние суточные концентрации основных загрязнителей составили:

• SO2: 12,3 мкг/м³ (диапазон 2–45 мкг/м³).
• NO2: 38,7 мкг/м³ (диапазон 5–120 мкг/м³).
• PM2.5: 28,5 мкг/м³ (диапазон 5–150 мкг/м³).
• PM10: 55,2 мкг/м³ (диапазон 10–200 мкг/м³).
• CO: 0,6 мг/м³ (диапазон 0,1–2,5 мг/м³).
• O3: 45,0 мкг/м³ (диапазон 10–130 мкг/м³).

Метеорологические условия в течение периода наблюдения были типичными для умеренного климата: средняя температура — 14,5 °C, средняя относительная влажность — 65 %.

Влияние SO2 и NO2 на общую частоту MBD

Результаты моделирования показали, что повышение концентрации SO2 на каждые 10 мкг/м³ сопровождалось увеличением риска амбулаторного визита по поводу MBD на 7,2 % (RR = 1,072; 95 % CI = 1,045–1,100). Аналогичное повышение концентрации NO2 на 10 мкг/м³ вело к росту риска на 5,8 % (RR = 1,058; 95 % CI = 1,030–1,087). Эффект проявлялся с задержкой 2–5 дней и достигал максимума на третий день после экспозиции.

Высокие концентрации SO2 и NO2 значительно увеличивают число обращений за медицинской помощью по поводу психических и поведенческих расстройств среди лиц молодого и среднего возраста.

Влияние загрязнителей на депрессию

При анализе подгруппы депрессивных расстройств установлены следующие значимые ассоциации:

• SO2 (10 мкг/м³): RR = 1,084 (95 % CI = 1,052–1,117).
• NO2 (10 мкг/м³): RR = 1,066 (95 % CI = 1,038–1,095).
• PM2.5 (10 мкг/м³): RR = 1,045 (95 % CI = 1,020–1,070).

Наибольший эффект наблюдался при кумулятивной экспозиции в течение 7 дней. Гендерный анализ выявил, что женщины были несколько более уязвимы к SO2 (RR = 1,099) по сравнению с мужчинами (RR = 1,065), хотя различия не достигли уровня статистической значимости (p > 0,05).

Влияние загрязнителей на тревожность

Для тревожных расстройств значимые связи зафиксированы с SO2, NO2 и PM10:

• SO2 (10 мкг/м³): RR = 1,071 (95 % CI = 1,043–1,100).
• NO2 (10 мкг/м³): RR = 1,057 (95 % CI = 1,030–1,085).
• PM10 (10 мкг/м³): RR = 1,038 (95 % CI = 1,015–1,062).

Максимальный относительный риск отмечался при задержке 3–6 дней после повышения концентрации PM10. При стратификации по полу женщины again продемонстрировали несколько более высокий риск (RR = 1,082 для SO2), тогда как у мужчин эффект был умереннее (RR = 1,055).

Гендерные различия

Общий тренд указывает на то, что женщины в исследуемой возрастной группе чаще реагируют на загрязнение воздуха в плане психического здоровья. Это может быть обусловлено как биологическими факторами (гормональный фон, различия в метаболизме), так и социально‑психологическими аспектами (различия в восприятии стресса, обращении за медицинской помощью). Тем не менее, для окончательных выводов необходимы дальнейшие исследования с учётом индивидуальных данных о образе жизни и сопутствующих заболеваниях.

Обсуждение

Возможные механизмы воздействия

Точные патофизиологические пути, посредством которых вдыхаемые загрязнители влияют на центральную нервную систему, остаются предметом активных исследований. На сегодняшний день выделяют несколько ключевых механизмов:

• Системное воспаление: частицы и газообразные загрязнители способны вызывать воспалительные реакции в лёгких, что приводит к высвобождению цитокинов (интерлейкин‑6, фактор некроза опухолей‑α) и их проникновению через гемато‑энцефалический барьер, провоцируя нейровоспаление.
• Окислительный стресс: металлы и органические компоненты частиц могут генерировать активные формы кислорода, повреждая нейроны и нарушая нейротрансмиссию.
• Дисфункция гипоталамо‑гипофизарно‑надпочечниковой (HPA) оси: хроническое воздействие загрязнителей может приводить к нарушению регуляции кортизола, что увеличивает восприимчивость к депрессии и тревожности.
• Микробиом и кишечно‑мозговая ось: изменения состава кишечной микробиоты под воздействием загрязнителей могут опосредованно влиять на настроение и поведение.

Сравнение с предшествующими исследованиями

Полученные результаты согласуются с данными крупных когортных исследований, проведённых в США, Европе и Азии, в которых также отмечалось повышение риска депрессии и тревожных расстройств при увеличении концентраций PM2.5, NO2 и SO2. В частности, мета‑анализ 2021 г. показал, что каждое увеличение PM2.5 на 10 мкг/м³ связано с ростом риска большого депрессивного расстройства на 4–6 %. Наши оценки для PM2.5 (RR = 1,045) находятся в пределах указанного диапазона, что подтверждает внешнюю валидность результатов.

Особенностью настоящего исследования является использование DLNM, позволяющей одновременно учитывать нелинейность зависимости «доза‑ответ» и временну́ю задержку эффекта. Многие предыдущие работы применяли простые линейные модели или логистическую регрессию, что могло приводить к недооценке краткосрочных пиковых воздействий.

Ограничения исследования

Несмотря на значимость полученных данных, необходимо учитывать ряд ограничений:

• Экологический дизайн: использование агрегированных данных на уровне города не позволяет точно оценить индивидуальную экспозицию каждого пациента. Концентрации на станциях мониторинга могут отличаться от реальных уровней, вдыхаемых конкретным человеком.
• Отсутствие данных о внутридомовой экспозиции: не учитывались факторы, такие как вентиляция помещений, использование бытовых очистителей воздуха, профессиональная деятельность.
• Невозможность установления причинно‑следственной связи: как и любое наблюдательное исследование, наша работа демонстрирует ассоциацию, но не может доказать прямую причинность.
• Ограниченный набор ковариат: не включены данные о курении, употреблении алкоголя, физической активности, социально‑экономическом статусе, что также может влиять на психическое здоровье.

Сильные стороны

К сильным сторонам исследования относятся:

• Большой объём выборки (более 24 тыс. случаев) и длительный период наблюдения (3 года), что обеспечивает достаточную статистическую мощность.
• Применение современных методов моделирования (DLNM + GAM), позволяющих гибко описывать сложные временны́е зависимости.
• Учёт широкого спектра ковариат (метеорологические факторы, временны́е тренды, праздники), что снижает вероятность конфаундинга.
• Проведение стратифицированного анализа по полу для выявления возможных гендерных различий.

Выводы

Результаты проведённого исследования свидетельствуют о статистически значимой связи между повышенными концентрациями основных атмосферных загрязнителей и увеличением частоты амбулаторных визитов по поводу психических и поведенческих расстройств, депрессии и тревожности среди лиц молодого и среднего возраста. Наиболее выраженное влияние оказывают SO2 и NO2, при этом дополнительный вклад вносят PM2.5 (в отношении депрессии) и PM10 (в отношении тревожности). Полученные данные подчёркивают необходимость учёта качества воздуха при планировании профилактических мер в области психического здоровья.

Рекомендации для общественного здравоохранения

• Разработка и внедрение комплексных программ мониторинга качества воздуха с акцентом на SO2 и NO2, особенно в районах с высокой плотностью населения и развитой промышленностью.
• Информирование населения о рисках, связанных с загрязнением воздуха, и о простых мерах защиты (использование масок в периоды смога, проветривание помещений в безопасное время суток).
• Интеграция оценки экологических факторов в программы скрининга психического здоровья, особенно в группах риска (молодёжь, лица с уже существующими тревожными или депрессивными расстройствами).
• Поддержка политических мер, направленных на снижение выбросов промышленных предприятий и транспортного сектора, с целью улучшения качества воздуха и, как следствие, психического благополучия населения.

Будущие исследования

Для углубления понимания механизмов воздействия загрязнителей на психическое здоровье рекомендуется:

• Проведение проспективных когортных исследований с индивидуальным измерением экспозиции (персональные мониторы качества воздуха).
• Включение биомаркеров воспаления и окислительного стресса для оценки патофизиологических путей.
• Изучение модифицирующего влияния социально‑экономических факторов, образа жизни и генетической предрасположенности.
• Оценка эффективности интервенций по снижению экспозиции (например, программы чистого транспорта) на динамику психических расстройств.

Список сокращений

• MBD — психические и поведенческие расстройства (mental and behavioral disorders).
• PM2.5 — мелкодисперсные частицы размером менее 2,5 мкм (fine particulate matter).
• PM10 — вдыхаемые частицы размером менее 10 мкм (inhalable particulate matter).
• CO — угарный газ, окись углерода (carbon monoxide).
• NO2 — диоксид азота (nitrogen dioxide).
• SO2 — диоксид серы (sulfur dioxide).
• O3 — озон (ozone).
• ICD‑10 — Международная классификация болезней 10‑го пересмотра (International Classification of Diseases, 10th revision).
• GAM — обобщённая аддитивная модель (generalized additive model).
• DLNM — распределённая лаговая нелинейная модель (distributed lag nonlinear model).
• RR — относительный риск (relative risk).
• CI — доверительный интервал (confidence interval).