Ведущие факторы риска формирования патологии системы кровообращения и костно-мышечной системы у работников металлургического предприятия

Введение. Прогрессирующее снижение численности населения трудоспособного возраста требует разработки научно обоснованного комплекса приоритетных мер, направленных на сохранение здоровья и трудового потенциала работающих и обоснования их эффективности в системе управления профессиональными рисками для здоровья [1][2]. Оценка риска развития общесоматических заболеваний у работников при постоянном воздействии сверхнормативных уровней комплекса вредных производственных факторов – вибрации, тяжести и напряженности труда, показала высокую распространенность заболеваний костно-мышечной системы (КМС) и системы кровообращения, которая значимо повышается с увеличением стажа работы во вредных условиях труда, что позволило считать их производственно обусловленными [3]. Эти заболевания являются социально и экономически значимыми, ухудшающими продолжительность и качество жизни работников. Клинико-гигиенические исследования показали, что в условиях современного металлургического производства формированию болезней КМС способствует сочетанное воздействие нагревающего микроклимата и физических перегрузок, нагревающего микроклимата и шума на фоне тяжелого физического труда [4][5]; а формированию болезней кровообращения – шум и химический фактор при графике работы с ночными сменами [6–9], фиброгенная пыль [10].

Оценка профессионального риска и разработка вектора профилактической стратегии в современной превентивно-предуктивно-партисипативно-персонифицированной концепции медицины труда предполагает учет всего комплекса разнородных факторов риска, влияющих на состояние здоровья работника, с выделением наиболее значимых [1][11–15]. Для выполнения этой сложной и масштабной задачи необходим адекватный надежный математический инструмент анализа, позволяющий элиминировать влияние конфаундеров и выявлять статистически значимые связи [16]. Для этой цели перспективным является применение различных методов регрессионного анализа [6][17–23]. Канонический множественный регрессионный анализ традиционно используется при выделении вклада отдельных вредных производственных факторов в развитие нарушений здоровья работников [24]. Метод множественной логистической регрессии нашел широкое применение в научных исследованиях в области гигиены населенных мест и промышленной экологии [25].

Цель работы: выделить ведущие факторы риска формирования патологии системы кровообращения и костно-мышечной системы у кузнецов на молотах и прессах, работающих на металлургическом предприятии.

Материалы и методы. Для определения уровней вредных производственных факторов в 2022–2023 гг. проведена оценка кузнечных отделений кузнечно-пруткового и кузнечно-прессового цехов металлургического предприятия по производству титановых сплавов.

Использовались обезличенные данные специальной оценки условий труда и производственного контроля за 2016–2020 годы. Для определения наличия индивидуальных биологических и поведенческих факторов риска развития болезней системы кровообращения и КМС использовались обезличенные данные материалов периодического медицинского осмотра 2020 года для 146 мужчин, занятых в профессии «кузнец на молотах и прессах».

Для анализа и построения математических моделей был применен подход к оценке профессионального риска, учитывающий расчет экспозиции вредных производственных факторов^1,2,3– количественной характеристики интенсивности и продолжительности их действия. Рассчитывалось ядро экспозиции (условная экспозиция, далее «экспозиция») как произведение стажа работы в контакте с фактором риска и его уровня (концентрации). В случае тяжести трудового процесса за уровень воздействия принимался кодируемый баллами класс условий труда. Классу условий труда 2 соответствовал 1 балл, классу 3.1 – 2 балла, классу 3.2 – 4 балла; фактор не идентифицирован – 0 баллов. Статистическая обработка проводилась с помощью прикладного пакета Statistica for Windows v. 10. Рассчитаны значения отношения шансов (ОШ) для каждого фактора и 95 % доверительные интервалы (ДИ). ОШ определялось как отношение шанса иметь заболевание при значении фактора риска (Х + 1) к шансу при значении фактора риска Х.

С помощью логистической регрессии определены факторы, приводящие к росту распространенности патологии системы кровообращения и КМС, построены прогностические модели. Отобраны модели с наилучшим качеством прогнозирования. Оценка качества моделей проводилась по критерию максимального правдоподобия. Окончательный выбор моделей выполнен исходя из рассчитанного минимума величины функции потерь [19].

Логистическая регрессия – традиционный метод исследования статистических связей между объясняемой дихотомической переменной Y и объясняющей количественной переменной Х [19–23]. В нашем случае объясняемой переменной выступала вероятность заболевания, объясняющими переменными – экспозиции производственных и индивидуальных факторов риска.

Результаты. При санитарном обследовании кузнечно-прессовых участков, анализе технической документации и материалов специальной оценки условий труда за 5 лет установлено, что основным источником вредных производственных факторов на рабочих местах кузнецов являлись гидравлические прессы, нагревательные печи и погрузчики. Работники подвергались сочетанному воздействию факторов риска различной природы. Уровни некоторых факторов превышали гигиенические нормативы. На кузнецов на молотах и прессах воздействовал пылегазовый микст из полиметаллического аэрозоля титановых сплавов, продуктов термодеструкции технологических смазок на основе графита, продуктов сгорания топлива в газовых печах и от работы внутрицехового транспорта. Уровни вредных производственных факторов на рабочих местах кузнецов различны, в зависимости от мощности прессов и степени их виброизоляции, степени механизации и автоматизации работ, звуко-, тепло-, шумо- и виброизоляции пультов управления, имеющихся санитарно-технических устройств – вентиляции, отопления, освещения; средств коллективной защиты; выполняемых функций в бригаде, определяющих степень удаления от места генерации вредных производственных факторов.

Значения вредных производственных факторов находились в следующих диапазонах: среднесменные концентрации титана в воздухе рабочей зоны 0–7,8 мг/м³ (класс условий труда 2); углерода пылей (коксов каменноугольных, пековых, нефтяных, сланцевых, далее по тексту – «коксы») 0–6,3 мг/м³ (классы 2–3.1); хром (VI) триоксида+ 0–0,015 мг/м³ (классы 2–3.1); максимально разовые концентрации масел минеральных нефтяных 0–5 мг/м³ (класс 2); углерод оксида 0–25 мг/м³ (классы 2–3.1); азота диоксида 0–1 мг/м³ (класс 2); никеля, никель оксидов (по никелю) 0–0,022 мг/м³ (класс 2); эквивалентные уровни звука 0–101 дБА (классы 2–3.3); эквивалентные корректированные уровни виброускорения локальной вибрации 0–128 дБ (классы 2–3.1); общей вибрации 0–116 дБ (классы 2–3.2); интенсивности теплового излучения 1000–2343 Вт/м² (классы 3.1–3.3); тяжести трудового процесса 0–4 баллов (классы 2–3.2). Значение фактора, равное нулю, принималось при отсутствии идентификации фактора на рабочем месте при специальной оценке условий труда или его присутствии в значениях ниже предела чувствительности применяемых методик. Максимальные значения ВПФ регистрировались на рабочих местах бригадиров кузнецов и их подручных в рабочей зоне непосредственно у прессов, и у кузнецов – водителей автопогрузчиков, а минимальные у кузнецов – операторов в закрытых пультах управления.

Итоговая оценка условий труда варьировала от класса 3.1 до 3.4 и соответствовала на рабочих местах бригадиров и первого подручного (непосредственно у прессов) классам 3.1–3.4, на погрузчиках – 3.2–3.3, в пультовых – 3.1. 11,1 % рабочих мест кузнецов кузнечно-пруткового цеха отнесены к классу 3.1; 33,3 % – к классу 3.2; 55,6 % – к классу 3.3. 20,0 % рабочих мест кузнецов кузнечно-прессового цеха отнесены к классу 3.2; 40,0 % – к классу 3.3; 40,0 % – к классу 3.4.

К индивидуальным факторам риска ухудшения здоровья можно отнести возраст, повышенный индекс массы тела (ИМТ), курение, гиподинамию, употребление алкоголя. Распространенность курения в профессиональной группе составляла 56,85 %, гиподинамии – 45,21 %, употребления алкоголя 1 раз в неделю и более – 38,36 %. Значения ИМТ находились в диапазоне от 19,0 до 44,0 кг/м², среднее значение – 27,8 ± 4,9 кг/м². Средний возраст работников составил 35,9 ± 8,8 года (от 21 до 57 лет), средний стаж в профессии кузнеца – 18,9 ± 9,7 года (от 2 до 41 года). Распространенность патологии системы кровообращения составила 15,75 %, КМС – 30,14 %.

В таблице 1 приведены значения ОШ с 95 % ДИ и р-значения для факторов риска, которые статистически значимо влияют на вероятность возникновения заболеваний системы кровообращения и КМС методом логистической регрессии.

При анализе однофакторных эффектов наиболее значимых факторов риска выявлено, что вероятность возникновения заболеваний системы кровообращения и КМС повышали: возраст, стаж, ИМТ, тепловое излучение, локальная вибрация, общая вибрация, производственный шум, повышенная температура и тяжесть трудового процесса.

Все факторы, включенные в табл. 1 (кроме тяжести трудового процесса) для болезней КМС показывают статистическую значимость отличия ОШ от единицы. Принимая во внимание значения ОШ и р-значения, можно сделать вывод о том, что влияние факторов на заболевания системы кровообращения оказывается статистически более значимым, чем на заболевания КМС. Влияния на заболевания системы кровообращения и КМС таких факторов, как курение, гиподинамия и употребление алкоголя выявлено не было.

На следующем этапе анализа были построены двухфакторные логистические модели для описания вероятности появления патологий системы кровообращения и КМС. Показателем качества моделей, по которому проводилось их сравнение, является функция потерь в методе максимального правдоподобия. Результаты представлены в таблице 2.

Функция потерь, представленная в таблице 2, характеризует «качество» двухфакторной модели логистической регрессии: чем ниже значение функции потерь, тем «лучше» модель описывает клиническо-гигиенические данные. На основании значений функции потерь имеется возможность сравнения различных моделей между собой (двухфакторные модели можно сравнить между собой или с однофакторными моделями). Например, функция потерь для модели «Возраст + ИМТ» для заболеваний системы кровообращения равна 47,26. Для сравнения функция потерь для однофакторных моделей «Возраст» и ИМТ равны соответственно 51,58 и 61,71. Таким образом, объединение в одной модели двух факторов существенно снижает функцию потерь и улучшает качество модели. Отметим, что модель «Возраст + ИМТ» является лучшей двухфакторной моделью с участием возраста и производственных факторов, приведенных в таблице 1. Поэтому модели «Возраст» плюс производственный фактор в таблице 2 не приведены.

Для заболеваний системы кровообращения, согласно функции потерь, наилучшей двухфакторной моделью является модель «ИМТ + экспозиция тяжести трудового процесса», функция потерь равна 45,71; этой модели незначительно уступают модели «ИМТ + Возраст» и «ИМТ + экспозиция локальной вибрации». Отметим, что во всех двухфакторных моделях для системы кровообращения (табл. 2), оба фактора являются статистически значимыми (p < 0,05).

Лучшая двухфакторная модель для заболеваний системы кровообращения имеет вид:

W = exp(-8,049 + 0,162 · ИМТ + 0,262 · ТТП) /
(1 + exp(-8,049 + 0,162 · ИМТ + 0,262 · ТТП)) (1)

где ТТП – экспозиция тяжести трудового процесса.

Шанс получить заболевание системы кровообращения при увеличении ИМТ на единицу в модели множественной регрессии повышается в 1,176 раза (ДИ: 1,062–1,303). Шанс получить заболевание системы кровообращения при увеличении экспозиции тяжести трудового процесса на одну условную единицу повышается в 1,300 раза (ДИ: 1,132–1,493).

Для заболеваний КМС значимыми оказались лишь два производственных фактора: экспозиция теплового излучения и экспозиция локальной вибрации. Модель с включением экспозиции локальной вибрации имеет наименьшее значение функции потерь (80,43 ед.), т. е. является лучшей. Эта модель имеет вид:

W = exp(-4,765 + 0,098 · ИМТ + 0,047 · ЛВ)/
(1 + exp(-4,765 + 0,098 · ИМТ + 0,047 · ЛВ)), (2)

где ЛВ – экспозиция локальной вибрации.

Шанс развития заболевания КМС при увеличении ИМТ на единицу в модели множественной регрессии увеличивается в 1,104 раза (ДИ: 1,020–1,194); при увеличении экспозиции локальной вибрации на 100 условных единиц – в 1,048 раза (ДИ: 1,013–1,084).

Была рассмотрена возможность построения моделей логистической регрессии с большим, чем два, числом предикторов. Для заболеваний системы кровообращения была построена трехфакторная модель с тремя статистически значимыми предикторами (p < 0,05).

W = exp(-18,19 + 0,167 · ИМТ + 0,475 · Возраст-
0,264 · ОВ)/(1 + exp(-18,19 + 0,167 · ИМТ+
+ 0,475 · Возраст - 0,264·ОВ)) (3)

где ОВ – экспозиция общей вибрации.

При добавлении предиктора «Возраст» наиболее значимым производственным фактором стала экспозиция общей вибрации (ранее была экспозиция тяжести трудового процесса). Функция потерь для модели (3) равна 44,50 (это меньше, чем у любой двухфакторной модели из таблицы 2). В то же время предиктор «Возраст» относится к неуправляемым факторам риска, ввиду чего практические профилактические меры на основании выводов данной модели будут нереализуемыми.

Для заболеваний КМС не обнаружено ни одной трехфакторной модели со всеми значимыми предикторами, качество которой (функция потерь) было бы выше качества двухфакторных моделей (табл. 2).

Обсуждение. Одной из актуальных проблем медицины труда является изучение особенностей формирования популяционно-значимой общесоматической патологии при комплексном, сочетанном и комбинированном действии факторов риска на организм с целью разработки профилактических мер по минимизации профессиональных рисков, сбережению здоровья работающих и сохранению трудового потенциала страны в условиях дефицита рабочих кадров [2][15][16]. Применение методов доказательной медицины при оценке наличия причинно-следственных связей между воздействующими факторами риска и заболеваемостью работников в конкретных профессиональных группах позволяет определять ведущие факторы с наибольшим вкладом в развитие патологии и предлагать научно обоснованный риск-ориентированный подход при разработке профилактической стратегии [1][3][11][12][24][25].

В нашем исследовании по определению ведущих факторов риска формирования патологии у работников современного металлургического предприятия с использованием множественной логистической регрессии было обнаружено, что такие предикторы, как: возраст, стаж, ИМТ, экспозиции общей и локальной вибрации, шума, повышенной температуры, теплового излучения, тяжести трудового процесса – повышали вероятность развития болезней системы кровообращения и КМС. Причем если при анализе статистических связей методами однофакторного анализа наиболее сильное воздействие на вероятность развития обеих патологий имела повышенная температура воздуха рабочей зоны, то использование множественной логистической регрессии выявило, что наиболее сильное влияние на формирование болезней системы кровообращения оказало сочетание повышенного ИМТ и экспозиции тяжести трудового процесса, а болезней КМС – сочетание ИМТ и экспозиции локальной вибрации. Установленные в нашем исследовании связи между факторами риска и заболеваемостью позволяют предположить, что уменьшение экспозиций всех значимых факторов риска, как их комплекса, так и каждого фактора в отдельности, может стать значимым резервом снижения распространенности экономически и социально важной патологии в одной из ведущих профессий титанового производства – кузнеца на молотах и прессах.

В то же время для получения наибольшего оздоровительного эффекта рекомендуется профилактическое воздействие на индивидуальные факторы риска. В нашем исследовании подобным фактором риска является повышенная масса тела, которая может быть связана как с генетической предрасположенностью, так и образом жизни работающих. Применение метода множественной логистической регрессии подтвердило результативность и адекватность его использования для решения цели, поставленной в исследовании.

Результаты исследования в целом соответствуют литературным данным о значимом вкладе отдельных производственных и поведенческих факторов риска в развитие заболеваний КМС и системы кровообращения у металлургов и усилении влияния разнородных стрессоров при совместном воздействии на организм работающих [4–10][13][14]. В то же время нами получены новые данные, характеризующие степень этого влияния в одной из самых распространенных профессий в промышленности с высоким профессиональным риском. Предложен конкретный алгоритм выделения ключевых факторов риска здоровью.

Достоинствами предлагаемого подхода анализа структуры риска нарушений здоровья работников с применением множественной логистической регрессии являются: количественная оценка степени связи факторов риска и нарушений здоровья, характеризующаяся коэффициентами регрессионного уравнения, наглядность, воспроизводимость ввиду применения пакетных продуктов широко известной в научном сообществе компьютерной программы.

Предложенный подход выделения из множества факторов риска ведущих, с наиболее тесной связью с заболеваемостью, может использоваться при проведении этиогенезного анализа при оценке профессионального риска. Его применение может иметь практическое значение в работе промышленных предприятий для определения приоритетов корпоративных программ укрепления здоровья, в деятельности органов санитарно-эпидемиологического надзора – при доказательстве наличия причинно-следственных связей между факторами риска и нарушениями здоровья работников с целью обоснования санкций в случае нарушений санитарного законодательства. Математические модели множественной логистической регрессии могут использоваться с прогностической целью при рассмотрении различных сценариев профилактического воздействия при задаваемых экспозициях факторов.

Допущением исследования является предположение, что выявленная у работников хроническая патология формировалась под воздействием уровней вредных производственных факторов, изученных за 5 лет, предшествующих медицинскому осмотру, тогда как значения производственных факторов риска в динамике при производственном и государственном контроле варьируют в более широких пределах, в зависимости от технологических условий и работы санитарно-технических устройств. Выводы исследования о ведущих факторах риска формирования патологии КМС и системы кровообращения справедливы для конкретной профессиональной группы с ее характерным сочетанием производственных и индивидуальных факторов риска.

Заключение

При анализе вклада факторов риска в развитие экономически и социально значимой хронической патологии у кузнецов автоматизированных кузнечно-прессовых комплексов современного металлургического предприятия с применением метода множественной логистической регрессии установлено, что наиболее сильное влияние на формирование патологии системы кровообращения оказало сочетание факторов повышенной массы тела и экспозиции тяжести трудового процесса, костно-мышечной системы – сочетание повышенной массы тела и экспозиции локальной вибрации с более тесной степенью связи факторов риска с болезнями системы кровообращения. Исходя из результатов, полученных в исследовании, рекомендуемой профилактической стратегией корпоративных оздоровительных программ по снижению заболеваемости болезнями КМС и системы кровообращения в профессиональной группе кузнецов является сочетание мер по улучшению условий труда (дальнейшая автоматизация и роботизация технологических процессов, уменьшение уровней и длительности воздействия локальной и общей вибрации, тяжести трудового процесса, других вредных производственных факторов на рабочих местах) и формированию здорового образа жизни (велнесс-программы по снижению массы тела: правильное питание, физическая активность).