Μεθοδολογικές προσεγγίσεις για τη διερεύνηση των επιπτώσεων της ταυτόχρονης έκθεσης σε διάφορους ατμοσφαιρικούς ρύπους στην ανθρώπινη υγεία
Authors: Ροδοπούλου Σοφία 
Published: August 2021

Η διερεύνηση της συνολικής επίδρασης συσχετισμένων εκθέσεων σε δείκτες υγείας είναι ένα ανοικτό μεθοδολογικό ζήτημα ειδικά στην περιβαλλοντική επιδημιολογία. Οι περισσότερες μελέτες μέχρι τώρα έχουν εφαρμόσει μοντέλα παλινδρόμησης με όρους αλληλεπίδρασης ή μεθόδους μείωσης της διάστασης των μοντέλων. Η συνολική επίδραση των ρύπων έχει επίσης εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας κλίμακες έκθεσης οι οποίες περιλαμβάνουν στάθμες που προσδιορίζονται είτε από τη συνεισφορά κάθε ρύπου στην ατμόσφαιρα είτε από την επίδραση αυτού στην υγεία. Παρόλα αυτά υπάρχει έλλειψη μελετών οι οποίες συγκρίνουν τις διάφορες μεθόδους κάτω από ποικίλες συνθήκες. Στην παρούσα διατριβή, συγκρίθηκαν τρεις μεθοδολογικές προσεγγίσεις για τη διερεύνηση των επιδράσεων πολλαπλών συσχετισμένων βραχυχρόνιων εκθέσεων στα πλαίσια της ανάλυσης δεδομένων χρονοσειρών και της παλινδρόμησης Poisson με υπερ-διασπορά με στόχο τη συμβολή στην εν εξελίξει μεθοδολογική συζήτηση. Οι προσεγγίσεις που συγκρίθηκαν ήταν: ένα μοντέλο βασικών επιδράσεων, δηλαδή ένα μοντέλο παλινδρόμησης που περιλάμβανε όλους τους υπό μελέτη ρύπους θεωρώντας ότι κάθε ρύπος είχε μία αθροιστική επίδραση στο γραμμικό προσδιοριστή, η χρήση της προσαρμοσμένης συνάρτηση ελάχιστης απόλυτης συρρίκνωσης και επιλογής (adaptive LASSO), δηλαδή μία μέθοδος μείωσης της διάστασης των μοντέλων η οποία πραγματοποιεί επιλογή μεταβλητών με ποινή, πριν την εφαρμογή ενός μοντέλου βασικών επιδράσεων, και μία σταθμισμένη κλίμακα έκθεσης που συνυπολόγισε όλους τους υπό μελέτη ρύπους. Για τη στάθμιση της κλίμακας έκθεσης χρησιμοποιήθηκαν δύο ομάδες τιμών ως στάθμες: 1) οι συναρτήσεις συγκέντρωσης-απόκρισης του κάθε ρύπου με την υπό μελέτη έκβαση από δημοσιευμένες ανασκοπήσεις και 2) μία τυποποιημένη εκδοχή του 1) που προήλθε από τη διαίρεση των εκτιμητριών με το τυπικό τους σφάλμα.Οι τρεις μέθοδοι αξιολογήθηκαν ως προς την ικανότητα τους να εκτιμήσουν τη «πραγματική» συνολική επίδραση της βραχυχρόνιας έκθεσης σε έξι ατμοσφαιρικούς ρύπους σε δύο εκβάσεις θνησιμότητας, και συγκεκριμένα στον ημερήσιο αριθμό θανάτων από όλες τις αιτίες, εξαιρουμένων των εξωτερικών αιτιών, και στον ημερήσιο αριθμό θανάτων από αναπνευστικές, μη κακοήθεις αιτίες, χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις υπό διάφορες υποθέσεις για τη συσχέτιση μεταξύ των ρύπων (χαμηλή, μέτρια, υψηλή). Η συνάρτηση συγκέντρωσης-απόκρισης για τη «πραγματική» συνολική επίδραση θεωρήθηκε ίση με 0,01 και 0,02 για τη θνησιμότητα από όλες τις αιτίες και τις αναπνευστικές αιτίες, αντίστοιχα. Οι προσομοιώσεις βασίστηκαν σε δεδομένα χρονοσειρών από την Αθήνα για τη περίοδο 2007-2012 χρησιμοποιώντας τη πολυμεταβλητή κανονική κατανομή για τη δημιουργία των ημερησίων συγκεντρώσεων των ρύπων και την αρνητική διωνυμική κατανομή για τη δημιουργία του ημερήσιου αριθμού θανάτων υπό μία Poisson κατανομή με υπερδιασπορα. Ο πίνακας διακύμανσης συν-διακύμανσης της πολυμεταβλητής κανονικής κατανομής προσδιορίστηκε ανάλογα με τις τρεις υποθέσεις για τη συσχέτιση μεταξύ των ρύπων: 1) η συσχέτιση θεωρήθηκε ίση με τη παρατηρούμενη στα δεδομένα της Αθήνας (μέτρια συσχέτιση), 2) η συσχέτιση θεωρήθηκε η μισή της παρατηρούμενης (χαμηλή συσχέτιση) και 3) η συσχέτιση θεωρήθηκε η διπλάσια της παρατηρούμενης (υψηλή συσχέτιση). Για κάθε υπόθεση συσχέτισης και δείκτη υγείας πραγματοποιήθηκαν 1000 επαναλήψεις και εκτιμήθηκε η μεροληψία (bias), η πιθανότητα κάλυψης (coverage probability) και το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (mean square error, MSE). Τέλος, οι τρεις προσεγγίσεις εφαρμόστηκαν στα πραγματικά δεδομένα από την Αθήνα και συγκρίθηκαν τα επιμέρους αποτελέσματα. Η σταθμισμένη κλίμακα έκθεσης παρείχε τις λιγότερο μεροληπτικές εκτιμήσεις της συνολικής επίδρασης των ρύπων για όλες τις υποθέσεις της συσχέτισης μεταξύ αυτών και για τις δύο εκβάσεις θνησιμότητας. H μέγιστη τιμή της μεροληψίας ήταν 0,020 με √(MSE ) = 0,020 υπό την υπόθεση της υψηλής συσχέτισης για την θνησιμότητα από όλες τις αιτίες για τη τυποποιημένη εκδοχή της κλίμακας, ενώ τα αντίστοιχα νούμερα για την αναπνευστική θνησιμότητα ήταν μεροληψία ίση με 0,014 και √(MSE ) = 0,014. Η προσαρμοσμένη συνάρτηση ελάχιστης απόλυτης συρρίκνωσης και επιλογής έδωσε καλές εκτιμήσεις της συνολικής επίδρασης στην περίπτωση της χαμηλής και μέτριας συσχέτισης μεταξύ των ρύπων. Η μέγιστη τιμή της μεροληψίας ήταν 0,027 με √(MSE ) = 0,027 υπό την υπόθεση της μέτριας συσχέτισης για την αναπνευστική θνησιμότητα. Τέλος, το μοντέλο των κύριων επιδράσεων αξιολογήθηκε ως η χειρότερη προσέγγιση με μεγάλη μεροληψία αφού η μέγιστη τιμή μεροληψίας κατά απόλυτη τιμή ήταν 9,937 με √(MSE ) = 11,748 υπό την υπόθεση της υψηλής συσχέτισης για την αναπνευστική θνησιμότητα. Από την εφαρμογή στα πραγματικά δεδομένα, προέκυψε ότι η εκτίμηση της συνολικής επίδρασης ήταν παρόμοια μεταξύ των τριών προσεγγίσεων για τον ημερήσιο αριθμό θανάτων από όλες τις αιτίες και κυμαινόταν από 0,7% αύξηση ανά ενδοτεταρτημοριακό εύρος για τη σταθμισμένη κλίμακα μέχρι 1,1% για το μοντέλο κύριων επιδράσεων. Τα συμπεράσματα για τον ημερήσιο αριθμό θανάτων από αναπνευστικές αιτίες ήταν αντιφατικά και κυμαίνονταν από 0,6% μείωση για τη προσαρμοσμένη συνάρτηση ελάχιστης απόλυτης συρρίκνωσης και επιλογής μέχρι 2,8% αύξηση για τη σταθμισμένη κλίμακα έκθεσης. Οι εκτιμήσεις της συνολικής επίδρασης στην αναπνευστική θνησιμότητα παρουσίασαν μεγάλη αβεβαιότητα ανεξαρτήτως από τη προσέγγιση που χρησιμοποιήθηκε, πιθανότατα λόγω της σπανιότητας της έκβασης. Συμπερασματικά, η χρήση μίας σταθμισμένης κλίμακας έκθεσης μπορεί να εκτιμήσει αμερόληπτα τη συνολική επίδραση συσχετισμένων δεικτών έκθεσης υπό διαφορετικές τιμές συσχέτισης και μεταβλητότητας σε εκβάσεις υγείας. Ωστόσο, θα πρέπει να μελετηθούν και να αξιολογηθούν τα αποτελέσματα των μεθόδων υπό διαφορετικές δομές χρονικής υστέρησης ανά δείκτη έκθεσης ή τις τυχόν μη γραμμικές σχέσεις με τις υπό μελέτη εκβάσεις.