Эпидемические показатели туберкулеза у детей до и после пандемии COVID-19 в Северо-Западном федеральном округе Российской Федерации: прогноз и моделирование

Согласно Докладу Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) о глобальной борьбе с туберкулезом 2021 г., пандемия COVID-19 серьезно подорвала успехи, достигнутые в борьбе с этим заболеванием во всем мире: впервые за более чем десять лет показатели смертности от туберкулеза возросли [1].

В 2020 г. по сравнению с 2019 г. возросло количество умерших туберкулезных больных, значительно снизилась численность людей, проходящих диагностику, лечение или профилактическую терапию туберкулеза, резко сократились общие параметры финансирования основных видов противотуберкулезной помощи [2].

Начиная с 2018 года ВОЗ обращает особое внимание на проблемы выявления и лечения туберкулеза у детей. В 2020 году от туберкулеза умерло 226 000 детей в возрасте до 15 лет. Моделирование показало, что 80% смертей от туберкулеза приходится на детей в возрасте до 5 лет, а также 96% детей, умерших от туберкулеза, не получали лечения [3].

Меры борьбы с туберкулезом, предпринятые за последние годы в Российской Федерации, были максимально эффективны. Достигнутые успехи также отразились и на снижении заболеваемости туберкулезом у детей и подростков, которая в 2020 году, по данным Федерального центра мониторинга, составила 6,2 и 12,7 на 100 тыс. населения соответственно [4].

Внедренные ранее новые методы диагностики туберкулезной инфекции (проба с аллергеном туберкулезным рекомбинантным, ELISPOT, квантифероновый тест), активное применение компьютерной томографии молекулярно-генетических методов позволили повысить эффективность выявления и верификации туберкулеза у детей, что отразилось на эпидемических показателях заболевания до пандемииCOVID-19 [5][6].

По данным проведенных исследований в различных странах мира, было доказано снижение активности по выявлению и лечению больных туберкулезом в периоды роста заболеваемости COVID-19. Исследователи отмечают снижение выявления больных туберкулезом до 84% и лиц с латентной туберкулезной инфекции до 95% [7], что может прогностически отрицательно сказаться на росте заболеваемости и смертности от туберкулеза.

Известно, что эпидемические показатели туберкулеза у детей от 0 до 14 лет и подростков наиболее чутко реагируют на изменение общей эпидемиологии туберкулеза в регионе и пропорционально снижаются или повышаются в зависимости от ее изменения [8][9]. Очевидно, что получение данных о наиболее эпидемически неблагоприятных регионах позволит принять меры по выявлению причин и факторов, влияющих на сложившуюся ситуацию.

Исторически в РФ благодаря поддержке государства проводится скрининг туберкулезной инфекции у детей с применением иммунологических тестов: проба Манту с 2 ТЕ и проба с аллергеном туберкулезным рекомбинантным (проба с Диаскинтестом®) [5][6]. У взрослого населения в зависимости от эпидемической ситуации проводится один или два года с применением рентгенографии органов грудной клетки [10][11].

Согласно данным официальной статистики, до пандемии COVID-19 охват профилактическим обследованием населения на туберкулез увеличился с 62,5 до 73,7% населения.

С 2019 по 2021 год в РФ отмечалось объективное снижение данного показателя до 66,7 в 2020 году и далее с некоторым повышением в 2021 году (70,8%), что связано объективными ограничениями в условиях пандемии [11][12].

В сравнении с другими регионами РФ показатель заболеваемости детей и подростков в Северо-Западном федеральном округе (СЗФО) (дети от 0 до 14 лет – 4,2 и подростков в возрасте от 15 до 17 лет – 6,7 на 100 тыс. населения) и наиболее сопоставим с данными по Центральному федеральному округу [12].

Целью настоящего исследования явилась оценка изменений эпидемических показателей туберкулезной инфекции у детей в СЗФО РФ до и после пандемии COVID-19 c проведением математического моделирования и прогноза данных показателей в ближайшие годы.

Материалы и методы

Проведен анализ основных эпидемических показателей туберкулеза у детей по данным федеральной статистики (формы № 8 и 33) за период с 2009 по 2021 год. Ежегодные показатели оценены на 100 тысяч среднегодового населения, в том числе детского (от 0 до 17 лет). Информация была получена из открытых демографических данных государственной статистики (https://www.fedstat.ru). Заболеваемость в каждом отдельном регионе РФ рассчитывали сепаратно в соответствии с данными официально изданных статистических материалов РФ.

Проведенный ранее корреляционный анализ наиболее значимых эпидемических показателей выявил положительную корреляционную зависимость между заболеваемостью населения, заболеваемостью детей в возрасте от 0 до 17 лет и показателем охвата населения профилактическими осмотрами на туберкулез [12].

Сопоставление данных профилактического обследования населения в СЗФО с показателями заболеваемости взрослого и детского населения представлены на рис. 1.

Охват населения профилактическим обследованием населения на туберкулез (ПОТ) значимо отличается в различных регионах СЗФО, что может быть неблагоприятным фактором для последующего роста заболеваемости туберкулезом детского населения.

Прогнозирование временных рядов проводилось с помощью статистических расчетов R версии 4.1.2 (https://www.R-project.org) и пакета bsts версии (0.9.8 https://www.unofficialgoogledatascience.com/2017/07/fitting-bayesian-structural-time-series.html (Accessed Jul 27, 2022)). Данный пакет основывается на методологии байесовских структурных моделей временных рядов (bayesian structural time series), где временной ряд рассматривался как сумма различных компонентов: тренда, сезонности, эффектов предикторов.

В качестве моделей-кандидатов для прогнозирования временных рядов заболеваемости туберкулезом детей (от 0 до 17 лет) рассматривались модели с использованием следующих компонентов:

• только с трендом (локальным линейным или полулокальным линейным);
• с трендом и авторегрессией;
• с трендом, авторегрессией и предиктором – коэффициентом охвата населения профилактическими осмотрами на туберкулез с проведением рентгенологического обследования.

Локальный линейный тренд описывается средним уровнем временного ряда и коэффициента его прироста/убыли. Компонент полулокального линейного тренда отличается от обычного линейного тренда тем, что коэффициент прироста/убыли среднего уровня ряда регулируется авторегрессией первого порядка (с лагом, равным 1) [13].

В ходе подгонки каждой модели на тренировочных данных, представлявших собой полные временные ряды указанных эпидемических показателей, вычислялись ошибки следующего шага (one-step-ahead errors).

Выборка для определения ошибок прогнозов на тестовых данных не выделялась из-за слишком малых длин анализируемых временных рядов (2009–2021 гг., 13 лет). Динамика эпидемических показателей за период 2020–2021 гг. отличалась от динамики в предыдущие периоды в связи с отсутствием проведения адекватного обследования на туберкулез в условиях ограничений во время пандемии COVID-19. Показатели данного временного периода не были использованы в качестве тестовых данных.

Для описательного анализа используемых временных рядов эпидемических показателей использовались значения темпа прироста/убыли. Они вычислялись по формуле:

Темп прироста/убыли = (X_т./ X_пр.×100%) – 100%,

где X_т. – значение показателя в текущий момент времени, X_пр. – значение показателя в предыдущий момент времени, которая разработана и апробирована авторами [12].

Во всех случаях использовался темп прироста/убыли относительно предыдущего года. Для описания уровней заболеваемости детей в 2021 г. использовался темп убыли относительно 2019 года. В качестве метрики для сравнительной оценки качества моделей использовалась статистика Харви (Harvey’s goodness of fit statistic) [13], зависящая от ошибок следующего шага и числа наблюдений в анализируемом временном ряду. При отрицательных значениях статистики Харви модель отвергалась; наиболее качественной считалась модель с самым высоким положительным значением статистики.

Прогнозирование временных рядов заболеваемости туберкулезом детей (от 0 до 17 лет) выполнялось на горизонте 5 лет. В случае если добавление предиктора в модель улучшало ее и вероятность включение его в модель была не нулевой, влияние предиктора на целевой показатель считалось доказанным. В таком случае прогнозирование величин целевого показателя на ближайшие 5 лет проводилось потрем сценариям:

• базовый – сохранение текущей динамики коэффициента охвата профилактическими осмотрами на туберкулез;
• консервативный – резкое снижение коэффициента охвата профилактическими осмотрами на туберкулез;
• оптимистический – резкое повышение коэффициента охвата профилактическими осмотрами на туберкулез.

Для базового сценария использовался прогноз коэффициента охвата профилактическими осмотрами на туберкулез (ПО) на горизонте 5 лет, полученный на модели временного ряда с использованием линейного тренда и авторегрессии с максимальным лагом, равным 3. Число итераций алгоритма составило 10 тысяч, значение статистики Харви – 0,1121245 (≈ 0,11).

Прогнозируемые сценарии с использованием экспертных врачебных оценок фактического охвата профилактического обследования на туберкулез на данном горизонте представлены в таблице.

Результаты исследования

Проведенный анализ позволил выделить две модели сценариев, которые показали минимальную точность:

с полулокальным линейным трендом (модель № 1);

с полулокальным линейным трендом и предиктором (модель № 2).

Значения статистики Харви для указанных моделей составили:

для модели № 1 – 0,07766001 (≈ 0,078);

для модели № 2 – 0,07901242 (≈ 0,079).

Согласно полученным данным, модель № 2 является оптимальной. Добавление предиктора к модели № 2 позволило незначительно увеличить точность модели. Вероятность включения данного предиктора в отдельные реализации модели составила 35,1%. На основе модели № 2 далее строились прогнозы заболеваемости туберкулезом детей.

Полученные результаты прогноза заболеваемости туберкулезом детей при базовом, консервативном и оптимистичном сценариях представлены на рис. 2–4.

При всех сценариях заболеваемости туберкулезом у детей, независимо от охвата ПОТ, модель прогнозирует снижение показателя. При базовом сценарии динамики охвата ПОТ прогноз заболеваемости детей в период с 2022 по 2026 г. характеризуется уверенным нисходящим трендом с темпом убыли в пределах 11,4–20,4% и средним темпом убыли 15,6% за год (рис. 2). При консервативном сценарии динамики охвата ПОТ данный показатель продолжит снижение с темпом убыли в пределах 11,1–20,6% и средним темпом убыли 15,6% за год (рис. 3). Сопоставимые данные получены в условиях применения оптимистичного сценария по охвату населения ПОТ, где заболеваемость туберкулезом детей также продолжит снижение с темпом убыли в пределах 11,4–20,0% и средним темпом убыли 15,4% за год (рис. 4).

Следует отметить, что в рамках проведенного исследования установлено, что значение среднего для регрессионного коэффициента единственного предиктора в модели заболеваемости туберкулезом составляет 0,0098. Доказано, что значимость скрининга с рентгенологического обследования как предиктора заболеваемости туберкулезом у детей должен быть не менее 60% населения (рентгенологическое обследование у взрослых и иммунологические пробы у детей). Данный объем обследования является достаточным и позволяет контролировать эпидемическую ситуацию в стране с населением более 140 млн человек. Однако согласно данным, представленным на рис. 1, практически во всех регионах СЗФО, за исключением Калининградской, Мурманской и Псковской областей, охват профилактическим обследованием на туберкулез был менее 60%.

Обсуждение полученных данных

Пандемия COVID-19 оказала влияние на борьбу с туберкулезом во всех странах, c серьезными последствиями по распространению инфекции и прогностическим повышением числа новых случаев заболевания в ближайшие годы [9][14].

До недавнего времени рентгенография считалась наиболее эффективным методом для скрининга туберкулезной инфекции [15]. Однако применение комплексного обследования с включением цифровой рентгенограммы и иммунологических проб у лиц с клиническими проявлениями заболевания в условиях мегаполиса, оказалось более эффективным по сравнению с тотальным скринингом населения с применением только рентгенологического обследования у лиц без наличия показаний к обследованию [8][9].

В настоящем исследовании было показано, что при сохранении любого из предлагаемых подходов и сценариев заболеваемость туберкулезом у детей в возрасте от 0 до 17 лет будет планомерно снижаться к2026 году, но при сохранении охвата профилактического обследования на туберкулез не менее 60% населения.

Заключение

Улучшение эпидемической ситуации будет сохраняться при охвате ПОТ на уровне не менее 60% в течение пятилетнего периода. Однако в последующем, при накоплении резервуара инфекции и увеличении числа новых случаев заболевания, в долгосрочном периоде эпидемическая ситуация может ухудшиться. При рассмотрении полученных результатов моделирования относительно показателей профилактического обследования на туберкулез в регионах СЗФО можно прогнозировать повышение заболеваемости у детей во всех регионах за исключением Калининградской, Мурманской и Псковской областей.

Следует отметить, что анализ эпидемических показателей за 12 лет проведен только с учетом одного фактора – охват профилактическими осмотрами населения на туберкулез. С целью повышения точности моделирования и прогнозирования эпидемической ситуации туберкулеза необходим поиск дополнительных показателей, которые позволят с большей достоверностью оценить ее изменение.

Конфликт интересов: авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования: авторы заявляют о финансировании проведенного исследования из собственных средств.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования, cбор и обработка материала – САА

Написание текста – САА, ДИФ

Редактирование – КДА