Search

Visoke koncentracije dušikova dioksida (NO2) u zraku, posebno u jako urbaniziranim područjima, negativno utječu na mnoge aspekte ljudskog zdravlja. U ovom radu primjenjuju se metode strojnog učenja za predviđanje koncentracija NO2 u zraku. Meteorološki podaci i koncentracije NO2 odabrane su i analizirane s četiri mjesta u gradu Grazu. Koncentracije NO2 postavljene su kao ciljne varijable Prophet i Random Forest modela za predviđanje vrijednosti u periodu od 15. ožujka 2019. do 15. ožujka 2020. godine. Razvijeni modeli strojnog učenja pokazali su dobru razinu generalizacije za predviđanje koncentracija NO2 u zraku. Kombinacija Prophet značajki i Random Forest modela pokazala se najboljom za razvoj modela predviđanja koncentracija NO2. Najbolji rezultati ostvareni su na mjernoj postaji Zapad gdje je vrijednost koeficijenta determinacije modela R^2 = 0,65, dok je najlošiji rezultat ostvaren na postaji Don Bosco gdje je R^2 = 0,50. Značajke koje najviše utječu na razvoj modela su značajke sezonalnosti, a najveći utjecaj ima godišnja sezonalnost. High concentrations of nitrogen dioxide (NO2) in the air, especially in heavily urbanised areas, have a negative impact on many aspects of human health. In this work, machine learning methods were applied for the prediction of NO2 concentrations in the air. Meteorological data and concentrations of NO2 were selected and analyzed from four places in the city of Graz. Concentrations of NO2 are set as target variables of Prophet and Random Forest models for predicting values from March 15th 2019 to March 15th 2020. The machine learning models showed a good level of generalization for predicting the NO2 concentrations. The combination of Prophet features and Random Forest model proved to be the best for developing the NO2 concentration prediction model. The best results were achieved at the West measuring station where the value determination coefficient R^2 is 0,65, and the worst result was achieved at Don Bosco station where R^2 is 0,50. The features that most affect the development of the model are the features of seasonality and the greatest impact has the yearly seasonality.

Kvaliteta zraka prati se u Zagrebu kontinuirano od šezdesetih godina prošlog stoljeća. U okviru lokalne mjerne mreţe grada Zagreba mjerenja se trenutno provode na šest lokacija (Ksaverska cesta, ĐorĊićeva ulica, Prilaz baruna Filipovića, Susedgrad, Siget, Pešĉenica). Dosadašnja mjerenja pokazala su da je zrak, ovisno o karakteru lokacije, oneĉišćen lebdećim ĉesticama PM10, PM2, 5, benzo(a)pirenom (BaP), dušikovim dioksidom (NO2) te povremeno ozonom (O3). Pandemija COVID- 19, koja je zapoĉela poĉetkom 2020. godine, uzrokovala je do sada neviĊene promjene u aktivnostima i navikama ljudi. Mjere djelomiĉnog ili potpunog zatvaranja (engl. lockdown) koje su kroz odreĊena razdoblja primijenile brojne zemlje u svrhu suzbijanja širenja bolesti, odrazile su se i na kvalitetu zraka. U Zagrebu stroge mjere obustave rada škola, fakulteta i vrtića kao i javnog prijevoza te svih djelatnosti, osim najnuţnijih, trajale su od sredine oţujka do sredine svibnja 2020. godine. U ovom istraţivanju prouĉavani su podaci o kvaliteti zraka s mjernih postaja lokalne mjerne mreţe grada Zagreba u razdoblju 2017. – 2020. UsporeĊene su koncentracije izmjerene tijekom zatvaranja zbog COVID-19 s prosjekom za isto razdoblje tijekom 2017., 2018. i 2019. godine. Masene koncentracije NO2 bile su statistiĉki znaĉajno niţe na svim mjernim postajama tijekom razdoblja zatvaranja, a najveće razlike utvrĊene su na lokacijama izloţenim prometu. Suprotno tome, koncentracije ozona su bile statistiĉki znaĉajno više na svim mjernim postajama. Razine lebdećih ĉestica PM10 bile su niţe na svim postajama, ali je razlika bila statistiĉki znaĉajna jedino na mjernim postajama Pešĉenica, Siget i Ĉrnomerec (promet, industrija) dok se koncentracije frakcije lebdećih ĉestica PM2.5 nisu statistiĉki znaĉajno razlikovale. Koncentracije BaP u PM10 bile su povišene tijekom razdoblja zatvaranja, ali se ta razlika nije pokazala statistiĉki znaĉajnom. Masene koncentracije metala bile su niske te su varirale ovisno o karakteru mjerne postaje i aktivnostima na lokaciji. Statistiĉki znaĉajno niţe masene koncentracija Cu, Zn i Fe (metala povezanih s trošenjem koĉnica i automobilskih guma) na prometnim mjernim postajama ĐorĊićeva ulica i Siget tijekom perioda strogog zatvaranja u usporedbi s trogodišnjim prosjekom za isto razdoblje mogu se povezati s manjim prometom tijekom strogog zatvaranja. Na urbano- industrijskoj mjernoj postaji Susedgrad masene koncentracije metala bile su u rasponima koncentracija iz ranijih godina, što upućuje da su se osnovne aktivnosti na toj lokaciji uglavnom provodile jednakim intenzitetom. Zatvaranje zbog pandemije COVID-19 pokazalo je da su mjere drastiĉnog smanjenja mobilnosti stanovništva imale kratkotrajni utjecaj na kvalitetu zraka i to samo na razine nekih oneĉišćujućih tvari te ne uvijek u smjeru smanjivanja koncentracija. Uĉinak je u pravilu bio izraţeniji na mjernim postajama opterećenim prometom u odnosu na lokacije gdje su znaĉajnije zastupljeni i drugi izvori (kućna loţišta, resuspenzija s tla, industrija).

Considering that some researchers point to a possible influence of air pollution on COVID-19 transmission, severity, and death rate, the aim of our in silico study was to determine the relationship between the key air pollutants [sulphur dioxide (SO2), carbon monoxide (CO), particulate matter (PMx), nitrogen dioxide (NO2), and ozone (O3)] and COVID-19 complications using the publicly available toxicogenomic analytical and prediction tools: (i) Comparative Toxicogenomic Database (CTD) to identify genes common to air pollutants and COVID-19 complications; (ii) GeneMANIA to construct a network of these common and related genes; (iii) ToppGene Suite to extract the most important biological processes and molecular pathways; and (iv) DisGeNET to search for the top gene-disease pairs. SO2, CO, PMx, NO2, and O3 interacted with 6, 6, 18, 9, and 12 COVID-19-related genes, respectively. Four of these are common for all pollutants (IL10, IL6, IL1B, and TNF) and participate in most (77.64 %) physical interactions. Further analysis pointed to cytokine binding and cytokine-mediated signalling pathway as the most important molecular function and biological process, respectively. Other molecular functions and biologica processes are mostly related to cytokine activity and inflammation, which might be connected to the cytokine storm and resulting COVID-19 complications. The final step singled out the link between the CEBPA gene and acute myelocytic leukaemia and between TNFRSF1A and TNF receptor-associated periodic fever syndrome. This indicates possible complications in COVID-19 patients suffering from these diseases, especially those living in urban areas with poor air quality., COVID-19 (engl. coronavirus disease 2019) respiratorna je bolest prouzročena infekcijom SARS-CoV-2 virusom (engl. severe acute respiratory syndrome coronavirus 2). Pretpostavlja se da postoji utjecaj atmosferskih čimbenika, uključujući i onečišćenje zraka, na prenošenje koronavirusa, njegovu težinu i stopu smrtnosti. Stoga je cilj ovoga in silico istraživanja bio utvrditi odnos između ključnih onečišćivača zraka [sumporova dioksida (SO2), ugljikova monoksida (CO), lebdećih čestica (PMx), dušikova dioksida (NO2), ozona (O3)] i komplikacija COVID-a 19 korištenjem: (i) komparativne toksikogenomičke baze podataka (engl. Comparative Toxicogenomic Database, CTD) za dobivanje gena, međusobno povezanih s onečišćivačima zraka i komplikacijama COVID-a 19, (ii) GeneMANIA servera za konstruiranje mreže između dobivenih I srodnih gena, (iii) ToppGene Suite za izdvajanje najvažnijih bioloških procesa/molekularnih puteva i (iv) DisGeNET baze podataka za traženje najvažnijih parova gen-bolest. Za SO2, CO, PMx, NO2 odnosno O3 utvrđena je interakcija sa 6, 6, 18, 9, odnosno 12 gena povezanih s komplikacijama COVID-a 19. Četiri su zajednička (IL10, IL6, IL1B i TNF) i u najvećem postotku (77,64 %) sudjeluju u fizičkim interakcijama. Vezivanje citokina i signalni put posredovan citokinima izdvojeni su kao najvažnija molekularna funkcija i biološki proces. Druge molekularne funkcije i biološki procesi uglavnom su bili povezani s aktivnošću citokina i upalom, što bi se moglo dovesti u vezu s citokinskom olujom i posljedičnim komplikacijama COVID-a 19. Utvrđena je veza između različitih bolesti i ispitivanih gena, posebice između CEBPA i akutne mijelogene leukemije (AML) te između TNFRSF1A i sindroma periodične vrućice povezanoga s TNF receptorom. To upozorava na moguće komplikacije u osoba zaraženih koronavirusom koje boluju od tih bolesti, poglavito kada su dodatno potaknute poremećajem funkcije spomenutih gena.

Pandemija COVID-19, koja je započela početkom 2020. godine, uzrokovala je brojne promjene u gospodarskim aktivnostima, prometu i navikama ljudi. Mjere suzbijanja širenja bolesti koje su primijenile brojne zemlje uključivale su i djelomično ili potpuno zatvaranje (engl. lockdown) kroz određena razdoblja intenzivnog širenja bolesti. Provođenje ovih mjera odrazilo se i na kvalitetu zraka diljem svijeta. U prvom valu bolesti, u zimu i proljeće 2020. godine, satelitske snimke pokazale su izraziti pad razina i emisija onečišćujućih tvari u zrak u brojnim industrijskim područjima i prometnim središtima. U Hrvatskoj, prvi slučaj zaraze novim koronavirusom evidentiran je 25. 2. 2020., a stroge mjere obustave rada škola, fakulteta i vrtića te zatim javnog prijevoza i svih djelatnosti osim najnužnijih, u gradu Zagrebu trajale su od sredine ožujka do sredine svibnja 2020. godine. U ovom istraživanju proučavani su podaci o kvaliteti zraka s mjernih postaja lokalne mjerne mreže grada Zagreba (Ksaverska cesta, Đorđićeva ulica, Prilaz baruna Filipovića, Peščenica, Siget, Susedgrad) u razdoblju od 30. 3. 2020. do 11. 5. 2020. te su uspoređeni s podacima za isto razdoblje tijekom 2017., 2018. i 2019. godine. Promatrane su sljedeće onečišćujuće tvari: dušikov dioksid (NO2), ozon (O3), frakcije lebdećih čestica PM10 i PM2, 5 te benzo(a)piren (BaP) u PM10. Srednje vrijednosti koncentracija NO2 bile su, ovisno o karakteru mjerne postaje, 24 % - 49 % niže tijekom perioda strogog zatvaranja u odnosu na trogodišnji prosjek (2017. - 2019.) za isto razdoblje, a najveći pad opažen je na mjernim postajama najviše opterećenim prometom. Suprotno tome, koncentracije ozona statistički su značajno porasle na svim lokacijama (između 14 % i 29 %), a u pravilu najveći porast koncentracija ozona opažen je na postajama na kojima je bio izraženiji pad koncentracija dušikovog dioksida. Masene koncentracije lebdećih čestica PM10 bile su statistički značajno niže tijekom razdoblja zatvaranja na mjernim postajama Peščenica, Siget i Črnomerec, dok su na ostalim postajama bile u rasponima koncentracija iz ranijih godina. Razine PM2, 5 prate se na tri lokacije u Zagrebu te se nisu statistički značajno razlikovale u odnosu na ranije godine. Koncentracije BaP u PM10, koje se prate na mjernim postajama Ksaverska cesta i Siget bile su nešto više u 2020. godini u odnosu na ranija razdoblja, ali se ta razlika nije pokazala statistički značajna. Rezultati ovog istraživanja upućuju da je smanjenje aktivnosti, a naročito prometa, tijekom razdoblja strogog zatvaranja dovelo do smanjenja koncentracija NO2 i djelomično PM10 na mjernim postajama opterećenim prometom, no istovremeno je dovelo do porasta razina ozona. Koncentracije BaP u PM10 i PM2, 5, koji značajnom dijelom potječu i iz drugih izvora poput npr. ložišta, nisu se u Zagrebu značajnije smanjile za vrijeme perioda zatvaranja.

Onečišćujuće tvari u zraku mogu imati ozbiljne posljedice na ljudsko zdravlje. Povećanje koncentracije lebdećih čestica i dušikovih oksida velikim je dijelom uzrokovano energetskim sektorom, industrijom i sektorom transporta, zbog čega je potrebno ograničiti koncentracije onečišćujućih tvari u zraku. Objektivnom procjenom kvalitete zraka dolazi se do podataka na temelju kojih se određuju mjere zaštite i poboljšanja kvalitete zraka s ciljem smanjenja štetnih posljedica na ljudsko zdravlje i povećanja kvalitete života. U ovom radu prikazani su onečišćivači zraka te postupak procjene kvalitete zraka i određivanja indeksa kvalitete zraka. Nadalje, prikazane su određene metode mjerenja kvalitete zraka koje se koriste u državnim mjernim sustavima te je konstruiran jednostavni mjerni sustav za mjerenje koncentracije lebdećih čestica i dušikova dioksida. Jednostavnim mjernim uređajem provedena su mjerenja kvalitete zraka na dvije različite lokacije u gradu Zagrebu. Rezultati mjerenja usrednjavani su u vremenskom intervalu od jednoga sata i uspoređeni su s rezultatima mjerenja državnih mjernih stanica. Air pollutants can have serious effects on human health. The increase in the concentration of particulate matter and nitrogen oxides is mainly caused by the energy sector, industry and the transport sector. Due to stated, it is necessary to limit the concentrations of pollutants in the air. Protection measures and air quality improvement are based on air quality monitoring results, with the aim of reducing the adverse effects on human health and increasing the quality of life. This paper presents air pollutants, as well as the process of air quality assessment and air quality index determination. Furthermore, the paper presents certain air quality measurement methods used in state measurement systems. Moreover, a simple measuring system was designed to measure the concentration of particulate matter and nitrogen dioxide. A simple measuring device carried out air quality measurements at two different locations in Zagreb. Measurement data were averaged over a one-hour time interval and were compared with measurements of state stations.

The aim of this study was to investigate whether nitrogen dioxide (NO2), ozone (O3), and certain meteorological conditions had an impact on cardiovascular disease (CVD)-related emergency department (ED) visits in the metropolitan area of Zagreb. This retrospective, ecological study included 20,228 patients with a cardiovascular disease as their primary diagnosis who were examined in the EDs of two Croatian University Hospitals, Sisters of Charity and Holy Spirit, in the study period July 2008-June 2010. The median of daily CVD-related ED visits during the study period was 28 and was the highest during winter. A significant negative correlation was found between CVD-related emergency visits and air temperature measured no more than three days prior to the visit, and the highest negative correlation coefficient was measured two days earlier (R=–0.266, p≤0.001). The number of CVD-related emergency visits significantly correlated with the average NO2 concentration on the same day (R=0.191, p, Cilj istraživanja bio je ispitati imaju li dušikov dioksid (NO2), ozon (O3) i određene meteorološke prilike utjecaja na broj pregleda u Hitnoj službi (HS) zbog kardiovaskularnih bolesti (KVB) u gradu Zagrebu. U ovu retrospektivnu, ekološku studiju bilo je uključeno 20.228 bolesnika s primarnom dijagnozom jedne od kardiovaskularnih bolesti, pregledanih u HS-u dviju kliničkih bolnica: Sestre milosrdnice i „Sveti Duh“, u promatranom razdoblju od srpnja 2008. do lipnja 2010. Medijan dnevnih pregleda u HS-u zbog KVB-a tijekom promatranog razdoblja bio je 28, a najviše tijekom zime. Značajna negativna korelacija utvrđena je između broja pregleda u HS-u zbog KVB-a i temperature zraka do tri dana ranije, s najvećim negativnim koeficijentom korelacije dva dana ranije (R=-0,266, p=0,000). Broj pregleda u HS-u zbog KVB-a značajno korelira s prosječnim koncentracijama NO2 na isti dan (R=0,191, p=0,000). Rezultati stupnjevite regresijske analize pokazali su da broj pregleda u HS-u zbog KVB-a ovisi o temperaturi zraka i koncentraciji NO2 i O3. Što je viša temperatura zraka, to je manji broj pregleda u HS-u zbog KVB-a (p=0,000), a slično vrijedi i za koncentraciju ozona (p=0,006). Povećanje koncentracije NO2 povezano je s povećanjem broja pregleda u HS-u zbog KVB-a (p=0,005). Zaključno se može ustvrditi da povećanje koncentracije NO2 može biti povezano s povećanjem broja pregleda u HS-u zbog KVB-a, čak ako su navedene koncentracije unutar pravnoobvezujućih razina, sa sličnim utjecajem niže temperature zraka do tri dana ranije.

Troposferski ozon (O3) je sekundarno onečišćenje koje nastaje djelovanjem sunčevog zračenja na dušikov dioksid (NO2), a osim oksida dušika značajni su mu prekursori i spojevi poput ugljikovog monoksida ili hlapivih ugljikovodika. Zbog štetnog djelovanja na ljudsko zdravlje i vegetaciju te utjecaja na atmosfersku kemiju razine ozona prate se na mnogim lokacijama u svijetu. Također, brojna su znanstvena istraživanja usmjerena na razvijanje modela za predviđanje njegovih koncentracija te procjenu utjecaja različitih prekursora i vremenskih uvjeta na njegovo nastajanje. Za procjenu koncentracija ozona mogu se koristiti i statistički modeli poput višestruke linearne regresije. U ovom istraživanju ispitivan je utjecaj četiri nezavisne varijable (24-satni prosjeci temperature, relativne vlaga, tlak i koncentracija NO2) na koncentracije ozona. Korišteni su podaci s mjerne postaje smještene u stambenom dijelu Zagreba s umjerenom gustoćom prometa, na kojoj postoji kontinuirano praćenje koncentracija O3 i NO2 od 1999. godine. Promatran je utjecaj navedenih varijabli na najvišu satnu vrijednost tijekom dana, najvišu dnevnu 8-satnu vrijednost te na 24-satni prosjek koncentracija ozona. Za razradu modela korišteni su podaci iz 2013. godine. Primjenom višestruke linearne regresijske analize ustanovljeno je da sve četiri varijable značajno utječu na koncentracije ozona, a koeficijent determinacije bio je između 66 i 71 %. Jednadžba višestruke linearne regresije dobivena za 2013. godinu korištena je za izračunavanje koncentracija ozona tijekom tri prethodne godine, koje su se međusobno značajno razlikovale po vremenskim uvjetima i izmjerenim koncentracijama ozona. Prilikom izračunavanja koncentracija ozona korišteni su podaci o 24- satnim koncentracijama NO2 za 2010., 2011. i 2012. godinu s iste lokacije. Vrijednosti ozona određene ovim modelom uspoređene su s izmjerenim koncentracijama, a dobiveni korelacijski koeficijenti između statistički određenih i izmjerenih vrijednosti kretali su se između 0, 730 i 0, 816. Rezultati istraživanja pokazali su da se višestruka linearna regresija može koristiti za predviđanje koncentracija ozona, uključujući procjenu 24- satnih prosjeka, najviših satnih prosjeka te najviših dnevnih 8-satnih prosjeka korištenjem jednostavnih ulaznih parametara u obliku 24- satnih prosjeka. Dobiveni model može se uspješno primijeniti i na godine koje se međusobno značajno razlikuju u vremenskim uvjetima.

Posljednjih godina u mnogim znanstvenim istraživanjima pokušava se otkriti i dokazati utjecaj onečišćenog zraka na kardiovaskularne bolesti te objasniti patofiziološki mehanizam nastanka tog utjecaja. Cilj ovog istraživanja bilo je istražiti postoji li utjecaj dušikovog dioksida, ozona i određenih meteoroloških prilika na broj hitnih javljanja kardioloških bolesnika u gradu Zagrebu za period između 2008.-2010. godine. Koncentracije dušikovog dioksida i ozona u zraku praćene su na tri državne postaje za mjerenje kvalitete zraka (Zagreb 1, Zagreb 2 i Zagreb 3), a meteorološki parametri preuzeti su sa mjerne postaje Grič (DHMZ-a). Podaci o hitno primljenim bolesnicima preuzeti su iz objedinjenog hitnog prijema KBC Sestre milosrdnice i KB Sveti Duh prema sustavu prijema pacijenata (SPP) bolničkog informatičkog sustava (BIS). U studiju je bilo uključeno ukupno 77.532 bolesnika koji su se javili na hitan prijem KBC Sestre milosrdnice i KB Sveti Duh. Od ukupnog broja bolesnika, kardioloških bolesnika (klasificiranih prema MKB-u 10) koji su hitno pregledani ukupno je bilo 20.228. Prosječni dnevni broj hitnih pregleda kardioloških bolesnika zabilježen je u zimskom periodu kada su temperature zraka najniže. Najviše koncentracije dušikovog dioksida zabilježene su zimi, a najniže ljeti. Zakonski određene granične vrijednosti dušikovog dioksida , u promatranom periodu nisu bile prekoračene. Koncentracije ozona bile su visoke ljeti, a niske zimi te su u promatranom periodu premašile zakonskih dopuštene vrijednosti od 120 μg/m3 za vrijeme usrednjavanja 8 h tijekom 38 dana. U odnosu na preporuku Svjetske zdravstvene organizacije o dopuštenim vrijednostima ozona do 100 μg/m3, vrijednosti ozona premašile su preporučene vrijednosti u 166 dana i to najviše u ljetnom periodu (tek jedan dan zabilježen je zimi). Pozitivna korelacija temperature zraka i koncentracije ozona je statistički značajna na godišnjoj razini kao i u pojedinim godišnjim dobima, izuzev zimi. Dnevne koncen-tracije dušikovog dioksida bile su u negativnoj korelaciji s koncentracijama ozona. U promatranom vremenskom razdoblju broj kardioloških bolesnika najviše je bio povezan s temperaturom zraka gdje je pronađena negativna korelacija (niže temperature – veći broj hitnih kardioloških bolesnika). Također, što su veće bile prosječne dnevne koncentracije dušikovog dioksida, veći je bio i broj hitnih javljanja kardioloških bolesnika. Broj hitnih javljanja kardioloških bolesnika bio je povezan s povišenim srednjim dnevnim koncentracijama ozona i to dva dana kasnije (treći dan od zabilježenih povećanih srednjih dnevnih koncentracija ozona zabilježen je i veći broj hitnih javljanja kardioloških bolesnika). Prosječna relativna vlaga zraka pokazala je pozitivnu korelaciju, a brojem hitnih bolničkih pregleda kardioloških bolesnika. Višestruka postupna regresija pokazala je da su sva tri prediktora (temperatura, ozon i dušikov dioksid) statistički značajno utjecali na broj hitno primljenih kardioloških bolesnika, a kroz cijeli period praćenja temperatura je imala najsnažniji utjecaj.