Волны жары и загрязнение воздуха от лесных пожаров представляют значительный риск для здоровья населения. Климатические модели показывают, что в будущем ожидается увеличение интенсивности и длительности волн жары, в том числе в умеренных широтах [1]. В частности, при пожарах происходит выброс мелкодисперсных взвешенных веществ (РМ10), но до сих пор не было получено доказательств совместного воздействия продолжительной жары и обусловленного лесными пожарами загрязнения воздуха на здоровье. Продолжительная жара летом 2010 г. в Москве привела к возгоранию лесов и торфяников вблизи города. Изучение показателя смертности в Москве в этот период позволило получить прямое доказательство совместного действия волн жары и повышенного загрязнения атмосферного воздуха на смертность от различных причин. Среднее многолетнее значение суточной смертности составляет около 300 случаев. Летом 2010 г. волна жары продолжалась 44 дня (с 6 июля по 18 августа), когда в большинстве дней среднесуточные температуры превышали 30 °C, а среднесуточные уровни PM10 в течение нескольких дней превышали 300 мкг/м³. Предыдущие исследования в Москве уже выявили влияние высоких температур и уровней загрязнения на смертность, однако погодные условия в предыдущие годы не были столь экстремальными, как в 2010 г. [1, 2]

Цель исследования — оценить воздействие аномальной жары и загрязнения атмосферного воздуха на смертность населения Москвы, в том числе величину смещения смертности после волны жары 2010 г. на различных временных интервалах, с горизонтом прогнозирования до конца 2012 г.

Первоначальные оценки дополнительной смертности, полученные сразу после летнего периода 2010 г., выявили около 11 тыс. случаев преждевременной смерти в Москве в период волны жары 2010 г. [3], но эти оценки были получены на основании месячных, а не ежедневных рядов смертности. В данной работе впервые были использованы данные о ежедневной смертности за период 2006—2012 гг., что позволило не только уточнить величину дополнительной смертности в период волны жары 2010 г. (и после нее), но и объяснить установленную дополнительную смертность влиянием факторов окружающей среды.

Первый этап работы состоял в вычислении ожидаемой в отсутствие волны жары суточной смертности. Разность между фактической и ожидаемой смертностью называется дополнительной смертностью, которая может быть вычислена за каждый день периода волны жары, а в дальнейшем и за весь период. При вычислении ожидаемой смертности в период волны жары использовалась обобщенная линейная модель ежедневной смертности [4] и предполагалось, что те же временные тренды, которые были характерны для смертности в «невозмущенный» период 2006—2009 гг., продолжились бы и в 2010 г. при прочих равных условиях. Модель для вычисления ожидаемой смертности включала только слагаемые, явно зависящие от времени.

На втором этапе был выполнен анализ дополнительной смертности во время волны жары 2010 г. с одновременно высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами PM10 и озоном в рамках Пуассоновской модели смертности [5].

Влияние температуры воздуха на смертность моделировалось двумя слагаемыми, которые можно условно назвать «основным эффектом температуры» и «волновой добавкой» [6]. Первое слагаемое описывает температурную зависимость смертности, поскольку является функцией среднесуточных температур воздуха за предшествующую неделю, а второе возникает только во время волн жары и является функцией номера дня в каждой волне жары, т. е. предполагалось, что длительная непрерывная волна жары может оказывать на смертность более значительное влияние, чем столько же дней жары с интервалами более низких температур.

Новизна использованной авторами модели смертности заключалась в том, что она позволила доказать комбинированное (совместное) воздействие температуры и загрязнения атмосферного воздуха PM10 на смертность населения в период волны жары. Взаимодействие высоких температур и уровней озона не учитывалось, поскольку это вещество не является продуктом горения лесных и торфяных пожаров.

Третьим этапом стало исследование так называемого эффекта жатвы или смещения смертности после волны жары с сентября 2010 г. по декабрь 2012 г. Для вычисления ожидаемой смертности была использована та же модель, что и на первом этапе, определена величина смещения смертности — отношение дефицита смертности после волны жары, накопленного к какой-то определенной дате (например, к концу года), к суммарной дополнительной смертности в период волны жары [7].

Пороговое значение температуры воздуха для идентификации волн жары установлено на уровне 98-го процентиля многолетнего распределения среднесуточных температур воздуха (исключая период жары 2010 г.) и составило +23,6 °C. Если волной жары считать три и более последовательных дня со среднесуточными температурами выше этого порога, то всего за период 2006—2010 гг. в Москве было зафиксировано шесть волн жары, причем две волны были летом 2010 г. — короткая (22—28 июня) и длинная (основная волна протяженностью 44 дня с 6 июля по 18 августа); их разделяла недельная «передышка». Во время второй волны горели леса и торфяники вблизи Москвы, что привело к очень высокому уровню загрязнения атмосферного воздуха PM10, при этом в течение нескольких дней среднесуточная температура превышала 30 °C, а средние по городу концентрации РМ10 — 300 мг/м³. Всего в период продолжительной жары было три эпизода, когда среднесуточные уровни РМ10 постоянно превышали 98-й процентиль многолетнего распределения (90 мг/м³). Смертность резко увеличивалась в жаркие дни и в дни со смогом, достигнув отчетливого пика в начале августа, когда регистрировался наиболее высокий уровень загрязнения воздуха. В течение 5 дней (6—10 августа) показатель смертности превышал фоновый уровень в 3 раза.

Наблюдаемое и ожидаемое число случаев смерти в Москве за период с 6 июля по 18 августа 2010 г. для двух возрастных групп и основных классов причин смерти представлены в таблице. Число дополнительных случаев смерти от всех естественных причин за этот период достигло 10 860. Если к этому прибавить еще 181 дополнительный случай смерти от внешних причин, то суммарно дополнительная смертность во время волны жары среди населения Москвы составила 11 041 случай. Отметим, что похожий результат (11 541 дополнительных случаев смерти за тот же период) был получен в работе С.А. Бойцова и соавт. [8], в которой также использовали регрессионный анализ временных рядов суточной смертности. Использованная этими авторами регрессионная модель для вычисления ожидаемой смертности была более сложной по сравнению с нашей: она включала не только явную зависимость смертности от времени на различных временны́х масштабах, но также учитывала повышение смертности в дни с высоким содержанием PM10 и после нескольких жарких дней подряд (5 дней с температурой выше 20 °C и более). Алгебраически спецификация модели С.А. Бойцова и соавт. [8] также отличалась от разработанной нами, а период без жары для вычисления коэффициентов принят длиннее (2002—2009 и 2011 гг.).

Как видно из данных таблицы, относительный риск смерти выше в старшей возрастной группе (от 65 лет и старше), хотя и среди лиц трудоспособного возраста в этот период возросло число случаев смерти. Прирост смертности зафиксирован среди всех изученных классов причин. Наибольшие относительные риски установлены для смертности от заболеваний нервной системы (RR=3,07), мочеполовой системы (RR=2,54), цереброваскулярных заболеваний (RR=2,37), ишемической болезни сердца (RR=2,29) и респираторных заболеваний (RR=2,05). Среди заболеваний мочеполовой системы больше всего возросла смертность от заболеваний почек. Существенных различий между относительными рисками смертности среди мужчин и женщин не выявлено.

Прирост смертности в период волны жары 2010 г. нельзя объяснить только температурной зависимостью смертности, поэтому «волновая добавка» оказывается весьма существенной. Температурная зависимость интерпретируется как прирост смертности, соответствующий ΔT=1С в течение всей предшествующей недели. Волновой эффект интерпретируется как относительный прирост смертности в каждый день с начала волны жары (6 июля) сверх основного эффекта. Волновая добавка монотонно возрастает в течение первых 2 недель продолжительной жары 2010 г. до максимального значения RRadded=1,38 (95% ДИ 1,27—1,50) и затем постепенно снижается до нуля к концу периода продолжительной жары.

На втором этапе работы были вычислены относительные вклады температуры, загрязнения и их совместного действия в прирост смертности за каждый день волны жары 2010 г. Прирост вычислен относительно фоновых (средние для данной календарной даты) уровней температуры и загрязнения (36 мкг/м³ PM10 и 35 мкг/м³ озона). Относительный риск совместного действия жары и загрязнения лучше всего иллюстрирует сравнение прироста смертности на 10 мкг/м³ при различных температурах: 0,43% (0,09—0,77) при T≤18 °C; 0,77% (0,40—1,13) при T=22 °C и 1,44% (0,94—1,94) при T=30 °C. Полученные оценки риска РМ10 почти не зависели от способов моделирования сезонной зависимости смертности.

Проведен анализ чувствительности к выбору температурных переменных, характеризующих экспозицию в течение недели, предшествующей случаю смерти. Что касается выбора температурного порога, то важным результатом можно считать существенное снижение регрессионного коэффициента, характеризующего совместное действие температуры и загрязнения атмосферного воздуха при повышении температурного порога до 99-го процентиля многолетнего распределения среднесуточных температур (до 25,1 °C).

Линеаризация мультипликативной Пуассоновской модели смертности позволила приблизительно оценить парциальные вклады всех факторов риска в дополнительную смертность, что позволяет более наглядно интерпретировать полученные результаты (см. рисунок). В «наихудшие» дни с самыми высокими уровнями температуры или загрязнения воздуха линеаризация модели дает большую ошибку, однако в среднем для всего 44-дневного периода волны жары парциальные вклады можно вычислить достаточно точно. Относительная ошибка вычисления парциальных вкладов равна 34% в самый худший день с наивысшей смертностью (8 августа), однако в среднем для периода волны жары ошибка составляет всего 10%. Основной эффект высокой температуры дает наибольший вклад в суммарную дополнительную смертность: 4300 (40%) случаев. Линейные члены с загрязнением воздуха и совместное действие температуры и загрязнения воздуха отвечают соответственно за 9% (n=1000) и 20% (n=2200) случаев смерти. Указанные 9% распределяются примерно поровну между взвешенными частицами (5%) и озоном (4%). Это означает, что если бы население в этот период находилось только под воздействием эквивалентных концентраций смога (при температурах ниже 18 °С), то дополнительная смертность снизилась бы на 91%. И, наоборот, если бы загрязнение атмосферного воздуха оставалось на обычном фоновом уровне, то смертность в период жары снизилась бы на 29%.

На третьем этапе работы была определена разность между наблюдаемым и ожидаемым (в отсутствие волны жары 2010 г.) ежедневным числом случаев смерти от всех естественных причин в Москве после волны жары 2010 г. и до конца 2012 г. После периода аномальной жары произошло снижение смертности ниже ожидаемого за период с октября 2010 г. по декабрь 2010 г. Вероятнее всего, смертность оставалась ниже ожидаемой уровня и в течение всего 2011 г., после чего этот показатель вновь превысил ожидаемый уровень в 2012 г. Общее число случаев преждевременной смертности в Москве достигло максимума 11 300 (95% ДИ 10 800—11 800) лишь спустя 2 мес после окончания волны жары. Затем кумулятивная (т.е. накопленная после начала волны жары) дополнительная смертность монотонно снижалась в течение 15 мес — в этот период наблюдался «дефицит» (или смещение) смертности. Абсолютного минимума кумулятивная дополнительная смертность достигла к концу 2011 г.: 5800 смертей (95% ДИ 1500—10 100). Эти оценки позволяют вычислить смещение смертности за указанный период — 49% (95% ДИ 11—87). Полученный результат означает, что около половины преждевременно умерших из-за воздействия волны жары и загрязнения атмосферного воздуха могли бы в отсутствие этих факторов прожить еще несколько месяцев (2—14 мес), а другая половина преждевременно умерших прожила бы еще дольше.

Сравнение загрязнения атмосферного воздуха в Москве и других мировых мегаполисах показывает, что для большинства крупных городов отмечаются схожие тенденции в динамике снижения загрязнения атмосферного воздуха оксидом углерода, диоксидом серы и мелкими взвешенными частицами (PM10). Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ во всех рассматриваемых городах характеризуются высокой пространственной изменчивостью. Резкий рост концентраций поллютантов произошел летом 2010 г. во время аномальной продолжительной жары. Высокое качество данных мониторинга атмосферного воздуха позволило прояснить некоторые методологические вопросы, касающиеся совместного действия на здоровье волн жары и загрязнения воздуха PM10. Совместное действие озона и жары уже стало причиной высокой смертности в Европе летом 2003 г. [9], а оценка дополнительной смертности в Москве летом 2010 г. (более 10 000 случаев) значительно превосходит аналогичные оценки в период «Чикагской жары» в 1995 г. и в Париже летом 2003 г. [10, 11].

Во время волн жары умирают преимущественно пожилые люди, но в данном исследовании получены достоверные доказательства дополнительной смертности в период волны жары лиц трудоспособного возраста, хотя относительный прирост смертности для них все же не столь высок, как для возрастной группы старше 65 лет. Экономические потери из-за высокой смертности населения трудоспособного возраста летом 2010 г. в Москве находятся в пределах 97—123 млрд руб. или 1,23—1,57% ВВП [12]. Среди основных групп причин смерти наиболее высокие риски установлены для сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний, заболеваний нервной системы и мочеполовой системы. Предыдущие исследования в основном касались влияния жары на смертность от сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний, хотя некоторые исследователи установили влияние жары и на смертность от заболеваний нервной системы и почек [13, 14]. Возможные патофизиологические механизмы включают увеличение нагрузки на сердечно-сосудистую систему, почечную недостаточность, нарушение электролитического равновесия из-за обезвоживания.

Некоторые исследования показали, что в летние месяцы влияние взвешенных частиц от автотранспорта и других источников, не связанных с лесными пожарами, на смертность сильнее, чем в зимние месяцы [15, 16]. Например, в Корее было установлено, что в среднем за год смертность увеличивалась на 0,28% на 10 мкг/м³ PM10, а в летние месяцы увеличение смертности достигало 0,57% [17]. Относительный прирост смертности в Москве на 10 мкг/м³ PM10 составляет 0,43% при температурах ниже 18 °C, увеличиваясь до 1,44% при 30 °C. В более ранних работах такие доказательства были весьма ограниченными и даже подвергались сомнению [18—22]. В последнее время получены и новые данные о влиянии природных пожаров на смертность населения. Дополнительная смертность от них достигает в глобальном масштабе более 300 тыс. дополнительных случаев смерти ежегодно [23]. Полученные результаты были использованы для разработки балльной шкалы опасности жары и повышенного уровня загрязнения атмосферного воздуха. Всего определены четыре степени опасности — низкая, настораживающая, средняя и высокая [24], и эти показатели использованы в Плане действий органов исполнительной власти города Москвы по снижению воздействия аномальной жары и загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения.

Авторы благодарят за подготовку данных о смертности населения и качестве атмосферного воздуха в Москве Т.Л. Харькову и Е.А. Кваша, кандидатов экон. наук, старших научных сотрудников Института демографии Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», сотрудников «Мосэкомониторинга» Е.Г. Семутникову и Л. Лезину, сотрудников Института Экологической медицины Каролинского института (Стокгольм, Швеция) за помощь в анализе и статистической обработке данных.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы Президиума РАН «Фундаментальные науки — медицине» и Каролинского института экологической медицины, Стокгольм, Швеция.

Конфликт интересов отсутствует.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования, редактирование — Б.Р., Г. П.

Сбор и обработка материалов — Б.Р., Д.Ш.

Статистическая обработка данных, написание текста — Д.Ш.