Wśród lekarzy zajmujących się pacjentami z chorobami naczyniowymi powszechne jest przekonanie, że w ciągu kilku dni po załamaniu pogody czy przejściu frontu atmosferycznego, będą mieli więcej pracy. Zwykle bowiem obserwują więcej przypadków udarów mózgu czy zawałów serca. Czy da się jednak wykorzystać wiedzę o pogodzie, by przewidzieć ryzyko takiej sytuacji? Sprawdzają to naukowcy z PWr we współpracy z neurochirurgami.

- Dla kardiologów, neurologów czy neurochirurgów zajmujących się chorobami naczyniowymi dość oczywiste jest, że przez kilka tygodni mogą w swoim szpitalu nie mieć do czynienia z udarem mózgu, zawałem serca czy krwotokiem z tętniaka, a potem w ciągu dwóch-trzech dni na oddział trafi do nich kilku, a nawet kilkunastu takich pacjentów – opowiada dr n. med. Artur Kwiatkowski, neurochirurg z Wojewódzkiego Szpitala Specjalistycznego w Legnicy.

Jak tłumaczy, dzieje się to na tyle często, że nie uważa się tego za przypadek, a zwyczajowo łączy ze zmianą pogody, czy ściślej nagłym spadkiem ciśnienia.

– W literaturze znajdziemy artykuły podsumowujące pierwsze badania tej zależności – dodaje. – Póki co taka korelacja jest jednak słabo udowodniona, bo analizy były zwykle prowadzone przez jeden amerykański ośrodek naukowy i na małej grupie pacjentów. My jednak zaczęliśmy już analizy na bardzo dużą skalę. Dzięki współpracy z Narodowym Funduszem Zdrowia zyskaliśmy dostęp do bazy danych tzw. incydentów naczyniowych z okresu dwóch lat.

Co powiedzą nam statystyki?

Wspólnie z legnickimi neurochirurgami tym danym przyglądają się teraz naukowcy z Politechniki Wrocławskiej – matematycy oraz specjaliści od uczenia maszynowego i modelowania numerycznego.

Szukają powiązań między warunkami atmosferycznymi a liczbą pacjentów zgłaszających się do szpitali z np. udarem czy zawałem.

Do dyspozycji mają informacje na temat dziennej liczby przypadków jednostek chorobowych związanych z układem naczyniowym na przestrzeni lat 2018-2019 dla każdego szpitala w Polsce.

Są to oczywiście dane zanonimizowane. Naukowcy wiedzą więc, że np. w 7 września 2018 r. szpital w Gryficach miał mniej niż pięciu pacjentów „naczyniowych”, a w tygodniu 3-9 września 2018 r. wszystkich takich pacjentów było czterech. Nie mają dostępu do nazwisk, wieku czy płci pacjentów.

Dane te zestawiają z informacjami udostępnionymi przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, które mówią o warunkach atmosferycznych dla wszystkich stacji meteorologicznych w Polsce.

- Na razie szukaliśmy prostych korelacji między tymi danymi dla jednego województwa, Dolnego Śląska – opowiada dr hab. inż. Agnieszka Wyłomańska, prof. uczelni z Wydziału Matematyki PWr. – I póki co możemy potwierdzić, że występuje zależność między czynnikami takimi jak spadek ciśnienia czy opady i kilkoma innymi a występowaniem tych konkretnych jednostek chorobowych, ale jest jeszcze za wcześnie, by mówić o ścisłych powiązaniach.

Jak podkreśla badaczka, zespół musi teraz rozszerzyć zakres swoich analiz, przedyskutować też z lekarzami, które czynniki pogodowe mogą mieć znaczny wpływ na ludzki organizm, a które nie mają większego znaczenia. Bo może istotne poza ciśnieniem są np. także duże różnice temperatur w ciągu doby albo wysoka wilgotność powietrza w połączeniu z wysokimi temperaturami lub inne warunki?

Efekt odsunięty w czasie

Badacze muszą także m.in. przeanalizować tzw. cross korelacje, czyli zbadać zależność czynnika ciśnienia i jednostki chorobowej, ale z opóźnieniem czasowym, bo między wystąpieniem spadku ciśnienia a zgłoszeniami pacjentów do szpitali zwykle upływa kilkanaście lub kilkadziesiąt godzin.

Dr Kwiatkowski wyjaśnia, że dzieje się tak zapewne dlatego, że gdy dochodzi do spadku ciśnienia atmosferycznego, różnica ciśnień między układem naczyniowym a ciśnieniem zewnętrznym jest na tyle duża, że powoduje pęknięcie lub oderwanie się blaszki miażdżycowej w naczyniu krwionośnym.

Taka blaszka to nieprawidłowa, twarda struktura składająca się z cholesterolu i jonów wapnia. Pierwsze, pojedyncze blaszki pojawiają się już u 20-latków, ale im jesteśmy starsi, tym mamy ich zwykle więcej. U niektórych pacjentów całe ściany naczyń krwionośnych są wyłożone od wewnątrz takimi zwapniałymi strukturami, sprawiając, że ściany te przestają być elastyczne, a przypominają „sztywne rury”. Oderwanie się kawałka takiej blaszki może doprowadzić m.in. do zatorowania naczynia krwionośnego i poważnych konsekwencji dla zdrowia człowieka.

– Objawy takie jak np. bóle i zawroty głowy czy omdlenia mogą się pojawić albo od razu, albo w ciągu kilku dni. Prawdopodobnie dlatego efekty załamania pogody w przypadku pacjentów z grup ryzyka widzimy na izbie przyjęć czasem po kilku dniach – tłumaczy dr Kwiatkowski.

AI i cyfrowe symulacje

W swoich analizach zespół naukowców korzysta także ze sztucznej inteligencji. Jak tłumaczy dr inż. Marek Sawicki, badacz z Wydziału Mechanicznego zajmujący się sztuczną inteligencją w zastosowaniach praktycznych, przy tak dużym zbiorze danych użycie AI jest wręcz koniecznością.

- Pomoże nam w „wyciągnięciu” tych zależności, których na pierwszy rzut oka nie zobaczymy, ale także wykaże, które zależności mogą być tylko pozorne ze względu na anomalie występujące w danych – wyjaśnia. – Korzystamy z sieci neuronowych oraz różnego rodzaju modeli regresji czy klastrowania danych – dodaje.

Naukowcy myślą też o wykorzystaniu symulacji komputerowych, które pomogłyby w ustaleniu warunków brzegowych naprężeń w naczyniach krwionośnych. – Dałoby nam to dodatkowe dane o wpływie warunków atmosferycznych na pacjentów w grupie ryzyka udaru czy zawału – tłumaczy dr hab. inż. Mariusz Ptak, prof. uczelni z Wydziału Mechanicznego, który kieruje pracami zespołu badawczego.

Co nam da ta wiedza?

Jeśli naukowcom uda się potwierdzić występowanie zależności między konkretnymi warunkami atmosferycznymi a incydentami naczyniowymi, może to pomóc nie tylko placówkom medycznym, ale i samym pacjentom. Te pierwsze dzięki takim ustaleniom mogłyby przygotować się na okresy przewidywanej zwiększonej liczby chorych wymagających pilnej pomocy. Natomiast sami pacjenci z grup ryzyka (lub ich rodziny), wiedząc o większym prawdopodobieństwie wystąpienia u nich np. udaru czy zawału, mogliby podjąć środki ostrożności – np. nie planować forsownych prac czy przebywać stale w otoczeniu rodziny.

- Myślimy np. o stworzeniu aplikacji mobilnej, która stanowiłaby wczesny system ostrzegania dla pacjentów – opowiada prof. Ptak.

Zespół pracujący nad tym projektem tworzą: prof. Mariusz Ptak, prof. Agnieszka Wyłomańska, dr n. med. Artur Kwiatkowski, dr inż. Marek Sawicki, dr n. med. Adam Druszcz, inż. Oliwer Sobolewski i inż. Piotr Zieleń.

Lucyna Róg