Wpływ zmieniającego się środowiska, w tym zmian klimatu na zdrowie człowieka

prof. dr hab. Krzysztof Błażejczyk | 2010-07-21

Mimo ogromnych postępów medycyny zdrowie zarówno pojedynczych osób, jak i całych społeczeństw jest w znacznym stopniu uzależnione od różnorodnych czynników środowiskowych, w tym atmosferycznych. Oddziaływania te mają charakter bezpośredni i pośredni. Do bezpośrednich zaliczamy oddziaływania na organizm człowieka pojedynczych elementów klimatu i zjawisk pogodowych (Błażejczyk, Kozłowska-Szczęsna 2008). Pośrednie oddziaływania klimatu na zdrowie człowieka uwidaczniają się przez postępującą urbanizację, problemy z zaopatrzeniem w wodę pitną, choroby i infekcje przenoszone przez zwierzęta, a także niedożywienie związane z klęskami nieurodzaju wynikającego z niekorzystnych warunków pogodowych (Confalonieri i inni 2007).



Relacje między zmianami klimatu a stanem zdrowia człowieka (wg IPCC 4)

Bezpośrednie oddziaływania klimatu na zdrowie

Badania medyczne dowodzą, że niektóre czynniki meteorologiczne oddziałują na organizm człowieka jako bodziec (stres pogodowy), a ich wahania w krótkim czasie, mogą wyzwalać subiektywne dolegliwości u ludzi zdrowych oraz powodować nasilenie obiektywnych objawów chorobowych u większości chorych, a w skrajnych przypadkach u osób o zwiększonym ryzyku (osoby starsze, rekonwalescenci, małe dzieci), mogą prowadzić do śmierci (Kozłowski 1986).

Wśród chorób silnie podlegających wpływom pogody najczęściej wymieniane są choroby układu krążenia. W Europie środkowej są one główną przyczyną zgonów. W czasie nagłych zmian pogody obserwuje się nasilenie objawów choroby niedokrwiennej serca, podwyższenie częstości zawałów mięśnia sercowego oraz zwiększenie wahań ciśnienia tętniczego krwi. Przyczyną tych dolegliwości jest zwiększenie obciążenia serca, spowodowane koniecznością dostosowania krążenia krwi do potrzeb układu termoregulacji, który dąży do utrzymania stałej temperatury wewnętrznej w czasie zmian warunków atmosferycznych. Hospitalizacje chorych z powodu tzw. ostrych zdarzeń kardiologicznych, a nawet spowodowane nimi zgony są zdecydowanie częstsze w półroczu chłodnym niż ciepłym.

Nadciśnienie tętnicze jest najwcześniej pojawiającym się przejawem schorzenia układu krążenia. W Polsce choroba nadciśnieniowa dotyczy 20-30% dorosłej ludności, a w miastach, w grupie wiekowej 55-65 lat – nawet 80%. W czasie przechodzenia frontów atmosferycznych zauważa się wyraźne zmiany ciśnienia krwi i tętna u chorych. Także niektóre sytuacje pogodowe (wyż zaburzony, niż wypełniający się) powodują zakłócenia rytmu dobowego ciśnienia skurczowego krwi. Stwierdzono także, że największa częstość dużych zmian ciśnienia tętniczego krwi (>20 hPa) występuje w przypadkach przemieszczania się w ciągu doby kilku frontów atmosferycznych. Te sytuacje wywołują chwiejność ciśnienia tętniczego krwi u chorych. Wzrost ciśnienia tętniczego rozkurczowego najczęściej występuje wtedy, gdy przemieszcza się front chłodny.

Dla osób z nadciśnieniem i niedociśnieniem tętniczym najbardziej uciążliwe są dni upalne oraz parne, kiedy zmniejsza się wydolność oddechowa płuc, a oddawanie ciepła z powierzchni ciała człowieka i z dróg oddechowych jest utrudnione. W takich warunkach obserwuje się nagłe i silne wahania ciśnienia tętniczego krwi.

Jako przyczynę powstania około 20% zawałów mięśnia sercowego - szczególnie wśród ludzi w wieku 50-70 lat - wymienia się niesprzyjające warunki atmosferyczne. Do niesprzyjających warunków atmosferycznych najczęściej zalicza się ekstremalne wartości temperatury (tzw. stres ciepła i zimna) oraz jej dużą międzydobową zmienność, wysoką wilgotność powietrza, a także duże zmiany ciśnienia atmosferycznego. Na podstawie badań związków pomiędzy liczbą zawałów serca i czynnikami meteorologicznymi stwierdzono, że liczba zawałów rosła wraz ze wzrostem obciążenia układu termoregulacji skrajnie ciepłymi lub chłodnymi warunkami termicznymi, parnością oraz obniżoną zawartością tlenu w powietrzu.

Ryzyko wystąpienia zawału serca (wg: B. Wojtach i innych, 2003)

Poziom ryzyka

Okres ciepły (V - IX)

Okres chłodny (X – IV)

Warunki synoptyczne

Warunki synoptyczne

A - znikomy

Chłodny wyż, zawartość tlenu w powietrzu w normie i powyżej normy, wilgotność powietrza w normie, wzrost ciśnienia atmosferycznego.

Chłodny lub ciepły obszar wyżu, centrum wyżu, wypełniający się niż, spadek ciśnienia.

B - przeciętny

Ciepły obszar wyżu, ciepły wycinek niżu, powietrze ciepłe i suche, w układach niżowych i słabogradientowych – parność.

Zmiana układu pogody z wyżu do ciepłego niżu.

C – podwyższony

Zimny wyż, ciepły wycinek niżu, zawartość tlenu w powietrzu obniżona.

Zatoka niżowa, chłodny obszar wyżu, front chłodny, wzrost wilgotności powietrza.

D - wysoki

Skrajnie ciepłe lub zimne niże, zmiany układów ciśnienia, zawartość tlenu w powietrzu obniżona, parność.

Zmiana układu pogody z niżu do wyżu, adwekcja zimnych mas powietrza, wzrost ciśnienia atmosferycznego.


Wpływ niektórych elementów klimatu na zdrowie człowieka

Promieniowanie słoneczne

Promieniowanie słoneczne ma duże znaczenie dla regulacji procesów życiowych organizmów żywych, w tym człowieka. Najaktywniejszą częścią widma słonecznego jest promieniowanie nadfioletowe (UV), przy czym największe znaczenie dla zdrowia człowieka ma UV-B. Reakcja na promieniowanie słoneczne zależy od typu skóry, a najbardziej narażona jest skóra bardzo jasna. Skutkiem przekroczenia bezpiecznego progu ekspozycji na promieniowanie UV są choroby skóry i oczu. Do mniej groźnych należy wysuszenie, zrogowacenie i przebarwienia skóry, przedwczesne jej starzenie, oparzenia, osłabienie odporności organizmu (opryszczki, skłonności do przeziębień). Do najgroźniejszych należy uszkodzenie DNA jądra komórek skóry prowadzące do rozwoju względnie łagodnych nowotworów skóry, ale również groźnego dla życia człowieka czerniaka. Intensywne promieniowanie może być także przyczyną nowotworów oczu, zaćmy oraz udaru słonecznego.

Działanie biologiczne promieniowania słonecznego o różnych zakresach widma

Rodzaj promieniowania

Zakres widmowy

Działanie biologiczne

Promieniowanie nadfioletowe

UV–C(0,200-0,280 µm)

działanie bakteriobójcze, niszczenie żywych komórek

UV–B (0,281- 0,315 µm)

reakcja erytemalna (rumień fotochemiczny), pigmentacja opóźniona, działanie przeciwkrzywiczne, działanie antybakteryjne, starzenie skóry, zaćma, rak skóry, obniżenie odporności

UV–A (0,316-0,400 µm)

pigmentacja natychmiastowa, leczenie łuszczycy, starzenie skóry

Promieniowanie

widzialne

0,401-0,780 µm

działanie na układ nerwowy przez narząd wzroku, pobudzenie układu hormonalnego

Promieniowanie

podczerwone

> 0,780 µm

efekt cieplny, wzmożenie przemiany materii


Temperatura i wilgotność powietrza


 

Reakcje fizjologiczne na zimne warunki otoczenia obejmują: obniżenie temperatury skóry oraz związane z tym zwężenie peryferycznych naczyń krwionośnych. Zabezpiecza to organizm przed nadmierną utratą ciepła, prowadzi jednak także do znacznego wzrostu ciśnienia tętniczego krwi oraz zmniejszenia przepływu krwi w obrębie skóry i tkanki podskórnej, czego konsekwencją mogą być odmrożenia kończyn.


W warunkach gorących następuje natomiast znaczne podwyższenie temperatury skóry, co prowadzi do uaktywnienia gruczołów potowych. Następuje także rozszerzenie naczyń krwionośnych i wzrost skórnego przepływu krwi w celu intensyfikacji eliminacji ciepła z wnętrza organizmu. Efektami ubocznymi tych fizjologicznych procesów adaptacyjnych jest odwodnienie organizmu, obniżenie ciśnienia tętniczego oraz znaczne zwiększenie tętna.

Wymienione wyżej procesy adaptacji organizmu do różnych warunków termicznych otoczenia powodują znaczne obciążenie układu termoregulacyjnego i układu krążenia, co zmniejsza efektywność układu odpornościowego prowadząc do różnorodnych dysfunkcji organizmu, ułatwionej inwazji infekcji chorobowych, a nawet do śmierci. W ostatnich latach szczególną uwagę zwraca się na negatywne skutki fali upałów. Przykładem może być chociażby fala upałów w 2003 r. w południowo-zachodniej Europie. Szacuje się, że przyczyniła się ona do śmierci ponad 30 tys. osób, w tym ok. 14 tys. we Francji.




Wartości średniej dobowej temperatury powietrza w okresie 1999-2002 i w 2003 r. oraz dzienne liczby zgonów w Paryżu: 1 – średnia wieloletnia dzienna liczba zgonów, 2 –wieloletnia średnia dobowa temperatura powietrza, 3 – dzienna liczba zgonów w 2003 r., 4 – temperatura średnia dobowa w 2003 r.

Badania prowadzone w różnych miastach Europy dowiodły, że znaczny wzrost liczby zgonów następował w skrajnych, w danym mieście, warunkach zimna i gorąca. Stwierdzono także, że w miesiącach letnich wzrost umieralności jest wyraźnie skorelowany z nasileniem się warunków gorąca. Na przykład w Paryżu i Rzymie aż 30-35% przypadków zgonów latem można wiązać z nasilaniem się stresu gorąca. W odniesieniu do zimy stwierdzono, że ryzyko zgonu spowodowanego warunkami biotermicznymi wiąże się z niską temperaturą powietrza i nasila się wraz z obniżaniem się jej wartości.



Wpływ temperatury odczuwalnej (PST) na dzienną liczbę zgonów (TM) w niektórych aglomeracjach europejskich w wybranych miesiącach, 1991-2000

W badaniach zwraca się uwagę na znaczenie niektórych sytuacji pogodowych w funkcjonowaniu układów: krążenia, oddechowego i nerwowego. Na przestrzeni ostatnich 30-40 lat wzrósł w populacjach wielkomiejskich Europy odsetek osób cierpiących na dolegliwości meteorotropowe. O ile w latach 60. XX w. odsetek meteoropatów wynosił 30-40%, o tyle na początku obecnego wieku wzrósł on do 60-70%Najczęściej wiążą się one z przechodzeniem frontów atmosferycznych: ciepłych i chłodnych. Poza dolegliwościami meteorotropowymi, które mają niekiedy charakter subiektywny, obserwuje się także obiektywne, fizjologiczne reakcje organizmu.


Dolegliwości meteorotropowe towarzyszące przechodzeniu frontów atmosferycznych

- Dolegliwości układu oddechowego (w tym objawy astmy) zdarzają się częściej wtedy, gdy temperatura miesięcy zimowych jest wyższa niż przeciętna (co jest znamienne dla współczesnych zmian klimatu), a miesięcy letnich – niższa.

- 60-80% zaostrzeń chorób narządu ruchu, a także nerwobóle można przypisać przejściu frontu chłodnego.

- Nasilenie dolegliwości bólowych u chorych na reumatoidalne zapalenie stawów spotyka się częściej w półroczu ciepłym niż chłodnym, a wzrost nasilenia bólu można wiązać z przemieszczaniem się frontu chłodnego, spadkiem ciśnienia atmosferycznego i wzrostem wilgotności powietrza. Dolegliwości bólowe w obrębie narządów ruchu nasilają się przede wszystkim przy nagłym spadku temperatury i wzroście wilgotności względnej.


Ekstremalne zjawiska pogodowe

Bezpośrednią przyczyną wielu problemów zdrowotnych, a także zgonów są ekstremalne zjawiska pogodowe. W Stanach Zjednoczonych najwięcej przypadków śmiertelnych następuje w wyniku powikłań zdrowotnych powodowanych przez fale upałów. Na kolejnych miejscach zjawisk pogodowych zbierających największe śmiertelne żniwo są powodzie i silne wiatry (tornada i huragany).


Średnie roczne liczby śmiertelnych przypadków związanych z różnymi zjawiskami pogodowymi w
Stanach Zjednoczonych


W skali globalnej najwięcej skutków śmiertelnych przynoszą powodzie i silne wiatry, a jednocześnie w ostatnich trzech dekadach obserwuje się wzrost liczby zjawisk katastrofalnych i liczby ich ofiar. Poza chorobami, zranieniami i zgonami spowodowanymi tymi zjawiskami należy także pamiętać o osobach zmuszonych do okresowej lub stałej migracji z powodów klimatycznych. Szacuje się, że liczba migrantów klimatycznych wzrosła z ok. 25 mln w 1995 r. do ok. 50 mln w 2006 r.






Liczba ekstremalnych zjawisk pogodowych (1) i ofiar śmiertelnych (2) nimi spowodowanych na świecie w latach 1975-2007 na
tle globalnych zmian temperatury powietrza i liczby huraganów


W ostatnich 30 latach regionami, w których zanotowano najwięcej ofiar katastrof naturalnych (głównie pogodowych) były: południowo-wschodnia Azja, zachodnia i południowa Afryka oraz zachodnia i południowa część Ameryki Południowej.



Liczba ofiar katastrof naturalnych w okresie 1974-2003 (wg Centrum Badań Epidemiologicznych i
Katastrof, Uniwersytet Katolicki w Louvain, Belgia


Pośrednie oddziaływania klimatu na zdrowie

Zmiany w stanie zdrowia człowieka powodowane są także przez niektóre elementy środowiska, na które mają wpływ miejscowe warunki klimatyczne. Klimat i warunki meteorologiczne nie oddziałują w tym przypadku na organizm człowieka, ale stan tych elementów, a one dopiero wpływają na nasze zdrowie. Do tej grupy przyczyn chorób można zaliczyć: urbanizację i związany z nią wzrost zanieczyszczeń powietrza, zaopatrzenie w wodę, zmiany w populacji i rozmieszczeniu owadów przenoszących choroby oraz niedożywienie, będące wynikiem nieurodzajów spowodowanych długotrwałymi suszami lub nadmiarem opadów.


Urbanizacja

Urbanizacja wpływa na warunki klimatyczne i bioklimatyczne, zmieniając je w stosunku do warunków panujących w otoczeniu miast, w wieloraki sposób. Miasta cechują się 10-15% osłabieniem promieniowania słonecznego oraz znacznym jego zróżnicowaniem przestrzennym, zależnym od typu i gęstości zabudowy. Jedną z najważniejszych cech klimatu miast jest tzw. miejska wyspa ciepła (MWC). Jednocześnie temperatura wewnątrz miasta jest silnie zróżnicowana przestrzennie, a MWC ma strukturę komórkową.

Specyfika klimatyczna miast sprawia, że warunki klimatu odczuwalnego wyraźnie różnią się od panujących w otoczeniu miast. W częściach miasta o wysokiej zabudowie i przewadze powierzchni sztucznych, temperatura podłoża i powietrza jest średnio o ok. 5ºC wyższa niż na łąkach otaczających miasto. Ważną rolę w kształtowaniu warunków bioklimatycznych w mieście odgrywają także obszary zieleni wewnątrz zabudowy. Obniżają one temperaturę odczuwalną o 5-7ºC w stosunku do obszarów pozamiejskich i o ok. 10ºC w porównaniu z centralnymi częściami miasta. Wymienione wyżej cechy warunków klimatycznych i bioklimatycznych miast sprawiają, że ich mieszkańcy są narażeni na silniejsze bodźce termiczne, przejawiające się także większym natężeniem i dłuższym czasem trwania fal upałów, niż mieszkańcy obszarów wiejskich. Ich konsekwencją jest zwiększone zagrożenie komplikacjami zdrowotnymi wywoływanymi gorącymi warunkami otoczenia.



Odchylenia temperatury odczuwalnej (dTo) dniem i nocą w różnych strukturach miejskich w stosunku do terenu pozamiejskiego: A – teren pozamiejski, B – zabudowa podmiejska, C – niezabudowane powierzchnie wewnątrz miasta, D – zabudowa wielkoblokowa, E – park, F – niewielkie zieleńce wśród zabudowy, G – zacienione fragmenty kanionów ulicznych, H – nasłonecznione części kanionów ulicznych

Zanieczyszczenie powietrza

Zanieczyszczenia dostają się do organizmu głównie przez układ oddechowy (dorosły człowiek wdycha ok. 12-16 m3 powietrza w ciągu doby), a stężenia niektórych zanieczyszczeń są wyraźnie podwyższone podczas specyficznych sytuacji pogodowych. Reakcja organizmu na działanie substancji toksycznej może mieć charakter: a) ostry, spowodowany jednorazowym wprowadzeniem do organizmu dużej dawki substancji, b) chroniczny, spowodowany długotrwałym wprowadzaniem do organizmu małych dawek tych substancji, c) utajony, kiedy skutki wprowadzenia do organizmu pewnych dawek substancji toksycznej mogą się ujawnić dopiero po dłuższym czasie.

Do najważniejszych negatywnych skutków zdrowotnych zanieczyszczeń powietrza należą:

- W przypadku dwutlenku siarki (SO2): kurczenie oskrzeli, podrażnienie błon śluzowych dróg oddechowych i spojówek, przewlekłe zapalenia oskrzeli, zaostrzenia chorób układu krążenia, zmniejszonej odporności płuc na infekcje.

- W przypadku dwutlenku azotu (NO2): osłabienie funkcji obronnych płuc i zaburzenia ich wentylacji, zmniejszenie nasycenie krwi tlenem, obniżenie zdolności samooczyszczania dróg oddechowych, niepokój, bezsenność, depresja.

- W przypadku ozonu (O3): zaburzenia układu oddechowego, w tym kaszel, ograniczenie zdolności do głębokiego oddychania i wchłaniania tlenu, nasilenie objawów astmy, zapalenie płuc, a także podrażnienie oczu i bóle głowy. Zwiększona ilość ozonu w warstwie przygruntowej występuje przy wysokiej temperaturze powietrza (>25°C) w miastach o dużym natężeniu ruchu samochodowego.

- W przypadku zanieczyszczeń pyłowych najbardziej szkodliwe działanie wykazuje pył o średnicy ziaren <10 µm, powodując nasilony kaszel, trudności z oddychaniem, chroniczny bronchit, pylicę, osłabienie czynności płuc. Skutki zdrowotne wdychania pyłów dotyczą najczęściej osób w podeszłym wieku, chorujących na astmę, oraz dzieci, które wdychają o 50% więcej powietrza (w przeliczeniu na kilogram masy ciała) niż dorośli.

Prognozy na przyszłość

Konsekwencje zdrowotne współczesnych zmian klimatu są jak dotychczas słabo rozpoznane i w większości mają charakter jakościowy. 4 Raport IPCC podaje np., że z całą pewnością na zdrowie milionów ludzi będą wpływały:

- zwiększone problemy wynikające z niedożywienia, a będące wynikiem zmniejszenia się zbiorów w obszarach tropikalnych i podzwrotnikowych;

- częste fale upałów, powodzie, silne wiatry, susze, pożary i zwiększone zanieczyszczenie powietrza w obszarach zurbanizowanych, które będą powodowały wzrost umieralności, chorób i zranień.

Należy się spodziewać wzrostu takich chorób, jak: ostre biegunki, zaburzenia pracy układu oddechowego i układu krążenia oraz chorób przenoszonych wektorowo. Jednocześnie w obszarach o klimacie umiarkowanym zmniejszy się liczba chorób i zgonów spowodowanych przechłodzeniem organizmu. Niemniej, w ogólnym bilansie korzyści te będą zdecydowanie mniejsze niż zagrożenia związane ze wzrostem temperatury, szczególnie w krajach rozwijających się.


Zmiany w stanie zdrowia ludności świata spowodowane przewidywanymi w XXI w. zmianami klimatu

Liczne programy międzynarodowe monitorowane przez WHO i FAO mają na celu zredukowanie środowiskowych zagrożeń zdrowia. Koncentrują się one na zapewnieniu zdrowej wody pitnej, akcji szczepień ochronnych przed zakażeniami wektorowymi i poprawie efektywności lokalnego rolnictwa. W wyniku tych działań można w niektórych regionach liczyć na ponad 30% spadek liczby nagłych, ostrych zachorowań. Spadek ten może być największy w krajach, które cechują się obecnie największą liczbą zachorowań na cholerę, choroby tropikalne i problemami zdrowotnymi związanymi z niedożywieniem. W regionach rozwiniętych gospodarczo, w których zachorowań jest relatywnie niewiele, należy się raczej liczyć z małą możliwością poprawy warunków środowiskowych.



Odsetek, o który może się zmniejszyć liczba infekcji chorobowych i osób niedożywionych w wyniku
zredukowania środowiskowych zagrożeń zdrowia