Geospatial analysis of the incidence of lung cancer in the population of the Republic of Tatarstan and its relationship with natural and anthropogenic factors

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Число онкологических заболеваний неуклонно растет во всем мире, и это стимулирует разработку новых стратегий по борьбе с ними. Первичная профилактика всегда направлена на снижение заболеваемости посредством программ, направленных на уменьшение воздействия на население известных причинных факторов. Однако, прежде чем внедрять какие-либо стратегии, необходимо оценить вероятное влияние этих причин на заболеваемость раком и возможность снижения или устранения их воздействия.

Анализ заболеваемости населения с использованием географической информационной системы (ГИС) помогает выявить некоторые закономерности, исследовать причинно-следственные связи, найти основные факторы и спрогнозировать ситуацию на несколько лет вперед [1, 2]. При исследовании заболеваемости раком применение ГИС помогает выявить тенденции заболеваемости и смертности. Оно полезно при проведении скрининга и лечения, а также при внедрении эффективных профилактических программ [3].

Одним из объектов исследования может послужить рак легких, являющийся ведущей онкопатологией: почти 2,5 млн новых случаев и более чем 1,8 млн смертей во всем мире в 2022 году. В структуре заболеваемости и смертности это почти каждый восьмой (12,4%) диагноз рака в мире и каждый пятый (18,7%) случай смерти от рака [4].

Основной причиной рака легких является курение, однако не меньшее значение в его этиологии имеет загрязнение атмосферного воздуха. Оно является причиной 7 млн смертей в год, при этом 99% населения мира проживает в районах, где уровень загрязнения превышает рекомендации ВОЗ¹. Использование в качестве топлива угля, мазута, высокая концентрация промышленных предприятий оказывают вредное воздействие на здоровье человека [5, 6]. Особенно актуальна возрастающая роль негативного воздействия углеродсодержащих частиц от автотранспортных средств и дорог [7]. В ряде работ были представлены доказательства способности загрязнителей воздуха не только напрямую раздражать эпителий дыхательных путей, но и вызывать окислительный стресс и воспаление, которые лежат в основе развития опухолей легких [8, 9].

Солнечная радиация и обусловленная ею геомагнитная активность являются важнейшим фактором синхронизации внутренних биоритмов человека с окружающей средой. Как показал ряд исследований, солнечная активность и вызванные солнцем геомагнитные возмущения влияют на реализацию артериальной гипертензии у пожилых мужчин [10]. Также выявлена взаимосвязь между солнечной и геомагнитной активностью и когнитивными функциями человека [11]. Представляется важным изучение возможной этиологической роли циклов солнечной активности в возникновении сарком мягких тканей. В настоящее время установлена связь индексов солнечной активности (чисел Вольфа) с частотой возникновения лейкоза, лимфом, эмбриональных опухолей и других новообразований [12]. Значительный интерес представляет выявленное в России в 1990–2019 гг. увеличение в динамике корреляции частоты сарком мягких тканей с индексами солнечной активности в полновозрастной популяции, при снижении в этот период (22–24 циклы) активности Солнца [13]. Изучение заболеваемости неходжкинскими лимфомами у детей и взрослых в США выявило цикличность, подобную солнечной активности, с наличием лага (задержки) [14, 15]. Исследования, проведенные в России, подтвердили связь цикличности солнечной активности с частотой неходжкинских лимфом у детей и взрослых [16, 17]. Также сделано предположение о влиянии циклов солнечной активности на возникновение меланомы у человека. Эта гипотеза предсказывает временную задержку в циклах заболеваемости меланомой относительно солнечной активности с увеличением расстояния от полярных шапок [18]. Возможно, изменения солнечной и геомагнитной активности влияют на секрецию мелатонина и вегетативную нервную систему и тем самым реализуют патологический процесс [11]. Это касается в числе прочего баланса гормонов стресса и антистресса, окислительных и антиокислительных реакций, соотношения супрессорной и хелперной активности, а также энергетических процессов в иммунных клетках [19, 20].

ЦЕЛЬ

Выявить пространственные особенности заболеваемости раком легких населения Республики Татарстан и ее зависимость от загрязнения атмосферного воздуха канцерогенами и солнечной активности.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В качестве исходных данных использованы материалы: о заболеваемости раком легких, приведенные в канцер-регистре Республиканского клинического онкологического диспансера Минздрава Республики Татарстан за период с 2012 по 2021 гг.; о выбросах в атмосферу и концентрациях канцерогенов в атмосферном воздухе, приведенные в Государственных докладах «О состоянии окружающей природной среды Республики Татарстан» Министерства экологии и природной среды РТ².

В качестве антропогенных факторов рассмотрены концентрации канцерогенов в атмосферном воздухе, а природных – солнечная активность (числа Вольфа (W)). Комплексный индекс загрязнения атмосферы канцерогенами (ИЗАк) рассчитывался по веществам с наибольшими нормированными значениями предельно допустимой концентрации (ПДК) с учетом их класса опасности (бенз(а)пирен и формальдегид).

Для качественной оценки уровня заболеваемости раком легких разработаны критерии уровней «низкий», «средний» и «высокий» (таблица 1).

 

Таблица 1. Критерии уровней заболеваемости РЛ на 100 тыс. населения

Table 1. Criteria for the incidence rate of lung cancer per 100,000 population

Уровень заболеваемости раком легких	Критерии уровней заболеваемости РЛ на 100 тыс. населения
Низкий	заболеваемость раком легких ≤ 39
Средний	39 < заболеваемость раком легких < 47
Высокий	заболеваемость раком легких ≥ 47

 

Для оценки интенсивности роста (снижения) заболеваемости раком легких с использованием рекомендаций, приведенных в работе А.А. Исаева (1988) [21], для каждого муниципального района и городского округа построены линейные уравнения регрессии вида у=ах+b, с использованием которых определялся тренд заболеваемости. В случае, когда в уравнении регрессии а >0, в муниципальном районе и городском округе отмечается тенденция роста заболеваемости раком легких, а при а < 0 – тенденция снижения. Кроме того, интенсивность роста (снижения) заболеваемости раком легких зависит от абсолютной величины коэффициента а.

Для качественной оценки роста (снижения) заболеваемости раком легких разработаны критерии оценки тенденции: «существенная», «заметная» и «слабая» (таблица 2).

 

Таблица 2. Критерии оценки тенденции заболеваемости РЛ

Table 2. Criteria for assessing the incidence trend of lung cancer

Тенденция роста (снижения) заболеваемости раком легких	Критерии оценки тенденции заболеваемости раком легких
Существенная	|а| ≥ 1,20
Заметная	0,65 < |а| < 1,20
Слабая	|а| ≤ 0,65

 

Сведения о солнечной активности W получены на сайте Мирового центра данных по солнечно-земной физике³. В качестве основного аналитического подхода для оценки взаимосвязи между уровнем заболеваемости раком легких и параметрами солнечной и геомагнитной активности был выбран корреляционный анализ.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследована заболеваемость раком легких населения Республики Татарстан в разрезе муниципальных районов и городских округов за 2012–2021 гг. Районирование территории РТ по уровню заболеваемости раком легких приведено на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Районирование территории Республики Татарстан по уровню заболеваемости раком легких на 100 тыс. населения в разрезе муниципальных районов и городских округов.

Figure 1. Zoning of the territory of the Republic of Tatarstan by the incidence rate of lung cancer per 100,000 population in the context of municipal districts and urban districts.

 

Анализ данных показывает, что наблюдается неравномерное распределение заболеваемости раком легких. Высокий уровень заболеваемости выявлен в 12 муниципальных районах. Наиболее высокий уровень заболеваемости в этой группе отмечался в Камско-Устьинском, Тетюшском и Верхнеуслонском районах: соответственно 64, 61 и 60 человек на 100 тыс. населения. Средний уровень заболеваемости зафиксирован в 21 районе, низкий уровень – в 10 районах и в двух городах – в Набережных Челнах и Казани.

Распределение районов и городов Республики Татарстан, в которых зафиксирована тенденция роста заболеваемости раком легких по степени ее выраженности, представлено в таблице 3.

 

Таблица 3. Распределение муниципальных районов и городов Республики Татарстан по тенденции роста заболеваемости раком легких в 2012–2021 гг.

Table 3. Distribution of municipal districts and cities of the Republic of Tatarstan by the trend of increasing incidence of lung cancer in 2012–2021

Тенденция роста заболеваемости раком легких
Существенная	Заметная	Слабая
Апастовский	Высокогорский	Мамадышский
Балтасинский	Тетюшский	Менделеевский
Тюлячинский	Тукаевский	Аксубаевский
Пестречинский	Азнакаевский	Буинский
Муслюмовский	Арский	Зеленодольский
Дрожжановский	Агрызский	г. Набережные Челны
Новошешминский	Верхнеуслонский	г. Казань
Ютазинский	Чистопольский
Заинский	Бавлинский
Елабужский	Сабинский
	Спасский
	Рыбно-Слободский
	Нижнекамский
	Нурлатский
	Альметьевский

 

В большинстве районов и городов отмечается тенденция роста заболеваемости раком легких. Следует отметить, что существенный рост заболеваемости раком легких отмечался преимущественно в районах, которые в основном занимаются сельскохозяйственной деятельностью. Тенденция снижения заболеваемости раком легких зафиксирована в 14 районах Республики Татарстан (существенная – в 3, заметная – в 6, слабая – в 5 районах).

В качестве примера приведем динамику заболеваемости раком легких в Апастовском районе, в котором отмечена существенная тенденция роста заболеваемости, и Кайбицком районе, в котором отмечена существенная тенденция снижения заболеваемости (рисунки 2, 3).

 

Рисунок 2. Динамика заболеваемости раком легких в Апастовском муниципальном районе.

Figure 2. Dynamics of lung cancer incidence in the Apastovsky municipal district.

 

Рисунок 3. Динамика заболеваемости раком легких в Кайбицком муниципальном районе.

Figure 3. Dynamics of lung cancer incidence in the Kaibitsky municipal district.

 

Следует отметить, что Апастовский и Кайбицкий районы расположены на западе республики и имеют общую границу. Возможная причина такой динамики заболеваемости раком легких, вероятно, обусловлена особенностями применения средств защиты растений и пестицидов.

В г. Казани выявлена зависимость заболеваемости раком легких от загрязнения атмосферного воздуха канцерогенами. Для характеристики загрязнения атмосферного воздуха использован комплексный индекс загрязнения атмосферы канцерогенами (ИЗАк). Связь между загрязнением атмосферного воздуха и числом больных раком легких в г. Казани приведена на рисунке 4.

 

Рисунок 4. Связь загрязнения атмосферного воздуха с числом больных раком легких в г. Казани.

Figure 4. The relationship between air pollution and the number of patients with lung cancer in Kazan.

 

Получено уравнение регрессии, описывающее связь между заболеваемостью раком легких населения г. Казани и загрязнением атмосферного воздуха:

РЛ = 7,06• ИЗАк + 376,36 (1)

Коэффициент корреляции между ИЗАк и заболеваемостью раком легких является значимым на уровне α=0,05 и составляет r= 0,79. Коэффициент детерминации 0,7 < R² < 0,9, что свидетельствует о высокой силе связи между исследуемыми показателями. Фактор ИЗАк объясняет 63% изменчивости заболеваемости раком легких в г. Казани.

Динамика значений числа больных раком легких в г. Казани фактических (Ф) и рассчитанных (Р) с использованием уравнения регрессии (1) приведена на рисунке 5.

 

Рисунок 5. Динамика фактических (Ф) и рассчитанных (Р) с использованием уравнения регрессии (1) значений числа больных раком легких в г. Казани за период 2012–2021 гг.

Figure 5. Dynamics of actual (F) and calculated (P) values of the number of patients with lung cancer in Kazan for the period of 2012–2021 using the regression equation (1).

 

Отмечается удовлетворительная симбатность (совпадение по фазе) фактических и рассчитанных с использованием уравнения регрессии (1) значений заболеваемости раком легких в г. Казани. Максимальная ошибка – 5% отмечается в 2012 и 2017 гг., а минимальная – 0% в 2015 и 2020 гг.

Для выявления связи между солнечной активностью и заболеваемостью раком легких был проведен статистический анализ числа больных в г. Казани за период 2012–2021 гг. Для оценки солнечной активности использовано относительное число солнечных пятен (число Вольфа – W). Данные представлены на рисунке 6.

 

Рисунок 6. Связь W с заболеваемостью раком легких в г. Казани.

Figure 6. The relationship between W and the incidence of lung cancer in Kazan.

 

С ростом солнечной активности отмечается снижение числа больных раком легких. Уравнение регрессии, которое описывает связь между W и заболеваемостью раком легких в г. Казани, имеет вид:

ЗЛ = -0,38•W + 438,73 (2)

Коэффициент корреляции между W и числом больных РЛ составляет r= 0,72 и является значимым на уровне α=0,05. Фактор W объясняет 52% заболеваемости раком легких в г. Казани. Коэффициент детерминации составляет 0,5 < R² < 0,7, что свидетельствует о заметной силе связи между исследуемыми показателями.

Использование связи заболеваемости раком легких с цикличностью солнечной активности наиболее предпочтительно использовать для прогноза заболеваемости, потому что W имеет цикличность с периодом примерно 11 лет. Динамика фактических (Ф) и рассчитанных (Р) с использованием уравнения регрессии (2) значений заболеваемости раком легких в г. Казани приведена на рисунке 7.

 

Рисунок 7. Динамика фактических (Ф) и рассчитанных (Р) с использованием уравнения регрессии (2) значений заболеваемости раком легких в г. Казани.

Figure 7. Dynamics of actual (F) and calculated (P) values of lung cancer incidence in Kazan using the regression equation (2).

 

Отмечается удовлетворительная симбатность (совпадение по фазе) фактических и рассчитанных с использованием уравнения регрессии (2) значений заболеваемости раком легких в г. Казани. Максимальная ошибка – 5% отмечается в 2012 г., а минимальная – 1% в 2021 г. Динамика числа больных раком в г. Казани за период 2012–2021 гг. и ее инерционный и инновационный прогноз до 2030 г. с использованием уравнения регрессии (2) приведены на рисунке 8.

 

Рисунок 8. Динамика числа больных раком легких в г. Казани за период 2012–2021 гг. и ее инерционный и инновационный прогнозы до 2030 г.

Figure 8. Dynamics of the number of patients with lung cancer in Kazan for the period of 2012–2021 and its inertial and innovative forecast until 2030.

 

В соответствии с инерционным прогнозом в 2030 г. ожидается рост числа больных раком легких в г. Казани на 103 человек на 100 тыс. населения, или на 27% относительно 2012 г. (381 случай). Согласно инновационному прогнозу, к 2030 г. относительно 2012 г. ожидается рост числа больных раком легких на 59 чел. на 100 тыс. населения, или на 16%.

Полученные нами данные подтверждают положение о связи загрязнения атмосферного воздуха канцерогенами с ростом заболеваемости раком легких⁴ [22, 23].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Активное наращивание производственного потенциала в нефтехимической, химической, нефтедобывающей промышленности и машиностроении, развитие транспортной инфраструктуры сопровождаются антропогенным загрязнением окружающей среды в Республике Татарстан. Для снижения онкологической заболеваемости населения, в частности раком легких, необходимы совершенствование системы мониторинга, контроль состояния окружающей среды, планирование мероприятий по предотвращению загрязнения атмосферного воздуха канцерогенами.

Результаты проведенного исследования могут быть использованы при подготовке управленческих решений, направленных на профилактику рака легких в Республике Татарстан.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ	ADDITIONAL INFORMATION
Источник финансирования. Работа выполнена по инициативе авторов без привлечения финансирования.	Study funding. The study was the authors’ initiative without external funding.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.	Conflict of interest. The authors declare that there are no obvious or potential conflicts of interest associated with the content of this article.
Участие авторов. Гатауллин Б.И., Шлычков А.П., Гатауллин И.Г.: сбор и обработка материалов, концепция и дизайн исследования, написание и редактирование текста. Биктемирова Р.Г., Шлычков А.П.: сбор, статистическая обработка материалов, написание текста. Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.	Contribution of individual authors. Gataullin B.I., Shlychkov A.P., Gataullin I.G.: collection and processing of materials, concept and design of the study, writing and editing of the text. Biktemirova R.G., Shlychkov A.P.: collection, statistical processing of materials, writing of the text. The authors gave their final approval of the manuscript for submission, and agreed to be accountable for all aspects of the work, implying proper study and resolution of issues related to the accuracy or integrity of any part of the work.
Оригинальность. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, иллюстрации, данные).	Statement of originality. No previously published material (text, images, or data) was used in this work.
Доступ к данным. Редакционная политика в отношении совместного использования данных к настоящей работе не применима.	Data availability statement. The editorial policy regarding data sharing does not apply to this work.
Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.	Generative AI. No generative artificial intelligence technologies were used to prepare this article.
Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали 2 внешний рецензента.	Provenance and peer review. This paper was submitted unsolicited and reviewed following the standard procedure. The peer review process involved 2 external reviewers.

 

 

¹ WHO Global Air Quality Guidelines. Particulate Matter (PM2.5 and PM10), Ozone, Nitrogen Dioxide, Sulfur Dioxide and Carbon Monoxide. World Health Organization, 2021. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9789240034228 

² «О состоянии окружающей природной среды Республики Татарстан» за 2007-2021гг. URL: https://eco.tatarstan.ru/gosdoklad 

³ Мировой центр данных по солнечно-земной физике. URL: http://www.wdcb.ru/stp/index.ru.html 

⁴ О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2023 году: Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2024. 364 с.

 

About the authors

Bulat I. Gataullin

Institute of Fundamental Medicine and Biology, Kazan Federal University; Kazan State Medical Academy

Author for correspondence.
Email: bulatg@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-1695-168X

MD, Cand. Sci. (Medicine), assistant of the Department of Oncology, Radiology and Palliative.

Russian Federation, Kazan; Kazan

Anatolii P. Shlychkov

Institute of Ecology and Subsoil Use of the Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan

Email: shlychkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9671-3969

Cand. Sci. (Geography), Senior Researcher at the Institute of Ecology and Natural Resources of the Republic of Tatarstan.

Russian Federation, Kazan

Raisa G. Biktemirova

Institute of Fundamental Medicine and Biology, Kazan Federal University

Email: RGBiktemirova@kpfu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0416-5342

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor of the Department of Human Health Protection.

Russian Federation, Kazan

Ilgiz G. Gataullin

Kazan State Medical Academy

Email: ilgizg@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-5115-6388

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor of the Department of Oncology, Radiology and Palliative.

Russian Federation, Kazan

References

Supplementary files