Zmiana klimatu i wzrost zapadalności na czerniaka – czy jest związek?

Wiosna to czas, kiedy chętnie wychodzimy na dwór, cieszyć się pierwszymi ciepłymi dniami. Nie ma jeszcze upałów, więc czasem nie widzimy powodu, by przesadnie chronić się wtedy przed promieniami Słońca. Okazuje się jednak, że także o tej porze roku możemy nabawić się poparzeń słonecznych. Jakie zmiany w warunkach meteorologicznych mogą mieć znaczenie dla wzrostu zapadalności na raka skóry (znanego też jako czerniak) w Europie? Czy chodzi o zmiany w natężeniu promieniowania UV, czy raczej o globalne ocieplenie? O wyjaśnienia poprosiliśmy dr inż. Agnieszkę Czerwińską z Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, współautorkę pracy na ten temat. Przy okazji możecie prześledzić, jak dochodzi się do naukowych wniosków! 

W ostatnich latach zaobserwowano gwałtowny wzrost zapadalności na czerniaka (raka skóry) w Europie. Na podstawie krajowych rejestrów rakowych na przykładzie Polski, Belgii, Norwegii i Wielkiej Brytanii (UK) stwierdzono, że w odniesieniu do roku 2000 (2004 dla Belgii) trend jest rosnący i istotny statystycznie (il. 2). Czy może to mieć związek z postępującą zmianą klimatu i zmianą sposobu zachowania Europejczyków w sezonie wiosennym? 

Przyjrzeliśmy się temu w naszej pracy Climatological aspects of the increase of the skin cancer (melanoma) incidence rate in Europe (Klimatologiczne aspekty wzrostu zapadalności na raka skóry (czerniaka) w Europie, Czerwińska i Krzyścin, 2020). Skupiliśmy się w niej na określeniu czy i w jaki sposób ocieplenie klimatu może wpływać na narażenie ludzi na działanie promieniowania ultrafioletowego (UV) wiosną.

Promieniowanie ultrafioletowe (UV) a zdrowie

Promieniowanie ultrafioletowe (UV) to część promieniowania słonecznego, którego nie możemy zobaczyć ani poczuć na skórze. Możemy jednak poczuć efekty jego oddziaływania. Dzielimy je na trzy zakresy długości fal: 

• UV-A (315 – 400nm), które w większości przechodzi przez atmosferę i dociera do powierzchni Ziemi,
• UV-B (280 – 315nm), które w większości jest blokowane głównie przez warstwę ozonową
• oraz UV-C (100 – 280nm), które nie dociera do powierzchni Ziemi.

Jak działa na nas promieniowanie UV?

Promieniowanie UV może wpływać na nasze zdrowie zarówno negatywnie jak i pozytywnie. Negatywne oddziaływanie to powstawanie poparzeń słonecznych, raka skóry (w tym czerniaka), chorób oczu (katarakta), osłabienie odporności (immunosupresja). Pozytywne to np. synteza witaminy D w skórze (główne źródło tej witaminy w naszych organizmach) oraz obniżenie ciśnienia krwi. Najbardziej zauważalnym efektem oddziaływania tego typu promieniowania na zdrowie, jest rumień, czyli tzw. poparzenia słoneczne. Ma to istotne znaczenia także dla powstawania czerniaka (raka skóry), ponieważ każde poparzenie słoneczne zwiększa ryzyko wystąpienia tej groźnej choroby w przyszłości. Już pięć poparzeń słonecznych (jedno w okresie dzieciństwa/nastoletnim) zwiększa nawet dwukrotnie ryzyko czerniaka w późniejszym życiu.  Promieniowanie UV zostało oficjalnie uznane przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) za czynnik rakotwórczy.

Jak mierzymy promieniowanie UV – indeks UV

Przeglądając prognozy pogody (np. na stronach IMGW-PIB), mogliście spotkać się z pojęciem „indeksu UV” – wskaźnika mówiącego o poziomie promieniowania ultrafioletowego, opracowanego przez WHO. Wskaźnik oblicza się na podstawie natężenia promieniowania o różnych długościach fali oraz informacji o tym, jakie natężenie jakich fal jest potrzebne np. do wywołania rumienia. Indeks UV przyjmuje wartości od 0 do 16, a poziomy powyżej 2 oznaczają, że występuje zagrożenie dla zdrowia i zalecana jest ochrona przed słońcem (pozostawanie w cieniu, zastosowanie kremów ochronnych, odzieży, okularów słonecznych) – patrz tabela poniżej. 

wartość indeksu	poziom zagrożenia	zalecana ochrona
0-2	niski (brak zagrożenia dla zdrowego człowieka)	ochrona nie jest konieczna
3-5	umiarkowany (średnie zagrożenie przy długim przebywaniu na słońcu)	unikanie przebywania na słońcu w godzinach południowych, krem ochronny, ubranie, nakrycie głowy, okulary przeciwsłoneczne
6-7	wysoki (wysokie i bardzo wysokie zagrożenie przy długim przebywaniu na słońcu)	unikanie przebywania na słońcu w godzinach południowych, krem ochronny, ubranie, nakrycie głowy, okulary przeciwsłoneczne
8-10	bardzo wysoki (bardzo wysokie zagrożenie przy przebywaniu na słońcu)	unikanie przebywania na zewnątrz (także rano i po południu), krem ochronny, ubranie, nakrycie głowy, okulary przeciwsłoneczne
11+	ekstremalnie wysoki (ekstremalne zagrożenie przy przebywaniu na słońcu)	unikanie przebywania na zewnątrz (także rano i po południu), krem ochronny, ubranie, nakrycie głowy, okulary przeciwsłoneczne

Prognozowanie indeksu UV

Wiadomo, że intensywność promieniowania zależy od wysokości słońca nad horyzontem (a więc od pory dnia, pory roku oraz szerokości geograficznej), zawartości ozonu (gazu pochłaniającego promienowanie UV – patrz też Dziura ozonowa – historia sukcesu) w atmosferze, zachmurzenia, zanieczyszczenia atmosfery, odbiciowości powierzchni ziemi oraz wysokości nad poziomem morza. Znając te parametry atmosferyczne, możemy więc natężenie promieniowania obliczyć i np. uwzględnić w prognozie pogody. Największy problem przy przewidywaniu natężenia promieniowania nadfioletowego, nad którym obecnie głowią się naukowcy, to prawidłowa prognoza zachmurzenia w miejscu przebywania człowieka. Takie zachmurzenie ma charakter lokalny, często krótkotrwały, ale znacząco wpływa na natężenie promieniowania UV na powierzchni Ziemi.

Zmiany natężenia promieniowania UV w ostatnich dekadach

Badając związek zapadalności na czerniaka ze zmianą klimatu, zaczęliśmy od sprawdzenia, czy globalne ocieplenie wpłynęło na natężenie promieniowania ultrafioletowego w Europie. Wykorzystaliśmy dane pomiarowe ze stacji meteorologicznych w Polsce, Belgii, Norwegii i Wielkiej Brytanii (il. 3). W artykule  Czerwińska i Krzyścin, 2020 rozważyliśmy okres do roku 2018, ale później  rozszerzyliśmy naszą analizę do roku 2021.

W Centralnym Obserwatorium Geofizycznym w Belsku (COG Belsk), pod władzą Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, obserwacje promieniowania ultrafioletowego mogącego powodować powstawanie rumienia prowadzi się od 1976 roku. Pomiary te wykazały, że około roku 2004 nastąpiła zmiana trendu: w latach 1976-2004 był on wyraźnie rosnący, natomiast od roku 2004 krzywa trendu wypłaszcza się. Potwierdzają to również badania innych naukowców (Čížková i inni, 2018; Hunter i inni, 2019). Wzrost natężenia promieniowania UV pod koniec XX w. był efektem kryzysu ekonomicznego w latach 80 oraz rozwoju technologii filtrów ograniczających emisję zanieczyszczeń z zakładów przemysłowych w późniejszych latach. Te dwa czynniki spowodowały znaczne oczyszczenie się atmosfery nad Polską, a tym samym zmniejszenie koncentracji pochłaniającego promieniowanie aerozolu atmosferycznego (Posyniak i inni, 2016).

Stacje pomiarowe w Norwegii (Oslo) oraz w UK (Reading) również nie pokazują wyraźnego trendu po roku 2004. Inaczej wyglądają dane ze stacji w Belgii (Uccle), jednak nasza analiza danych z bazy WOUDC (World Ozone and Ultraviolet Data Centre – https://woudc.org/) sugeruje, że może to być efekt skokowej zmiany w ustawieniach urządzenia pomiarowego a nie rzeczywistego przebiegu zmian w promieniowaniu UV. 

Natężenie promieniowania UV wiosną

Za porę roku szczególnie interesującą, jeśli chodzi o narażenie na poparzenia słoneczne, uznaliśmy wiosnę, a zwłaszcza kwiecień. Jest to pierwszy miesiąc w roku, w którym indeks UV osiąga poziom potencjalnie niebezpieczny (jest większy niż 2 dla wszystkich czterech stacji pomiarowych), a skóra jest nieprzygotowana po zimie na duże dawki promieniowania. Jednocześnie temperatury zaczynają sprzyjać przebywaniu na dworze, także w lżejszych strojach (z odkrytymi większymi fragmentami skóry, np. łydkami, przedramionami). 

Niestety, nie mieliśmy do dyspozycji pełnych danych dla długiego okresu dla wszystkich stacji. Jednak na podstawie pomiarów z Belska (obejmujących okres 1980-2021) mogliśmy powiązać natężenie UV z parametrami takimi jak całkowita zawartość ozonu w atmosferze oraz zmienność zachmurzenia i zawartości zanieczyszczeń w atmosferze – stworzyć odpowiedni model (szczegóły w artykule Czerwińska i Krzyścin, 2020). To pozwoliło nam na obliczenie prawdopodobnych trendów natężenia promieniowania UV w kwietniu na wszystkich stacjach, także w okresie przed rozpoczęciem na nich regularnych pomiarów tej wielkości. 

Z naszej analizy wynikło, że dodatni trend (wzrost) natężenia promieniowania UV w kwietniu występował tylko w Belsku, przed 2004 (był to więc efekt lokalny lub regionalny). Po roku 2004 nie stwierdzono istotnego trendu na żadnej ze stacji.  

Ponieważ czerniak rozwija się od kilku do kilkunastu lat mogliśmy stwierdzić, że gwałtowny wzrost przypadków czerniaka w Europie nie ma związku z zaobserwowanym trendem promieniowania. Nie stwierdziliśmy również istotnych trendów w kwietniu dla opadów atmosferycznych oraz dla zachmurzenia i zawartości aerozoli.

Wychodzimy na dwór! Temperatury i stężenie ozonu wiosną

Wzrost temperatury, zwłaszcza po zimie, zachęca do spędzania większej ilości czasu na dworze, a także większej ekspozycji wrażliwszej po zimie skóry na promieniowanie słoneczne. Postanowiliśmy więc przeanalizować zmiany w temperaturze maksymalnej (najwyższej temperaturze odnotowywanej w ciągu doby) na interesujących nas stacjach. Na podstawie danych pozyskanych z użyciem narzędzia Climate Explorer, we wszystkich przypadkach stwierdziliśmy istotny statystycznie trend rosnący w temperaturze maksymalnej, zarówno dla całego roku jak dla kwietnia. Istotne zmiany temperatury w kwietniu potwierdzają także naukowcy, którzy zaobserwowali jej wpływ na wydłużenie sezonu wegetacyjnego (Wypych i inni, 2017). 

Dla rozwoju czerniaka największe znaczenie ma ekstremalna ekspozycja, czyli liczba przypadków występowania poparzeń słonecznych na skórze. Nie licząc wysokości słońca nad horyzontem, największy wpływ na promieniowanie UV powodujące rumień ma zawartość ozonu w atmosferze.  Postanowiliśmy więc sprawdzić, jakie zawartości ozonu występowały podczas najcieplejszych dni, najbardziej sprzyjających korzystaniu ze świeżego powietrza.

Zaczęliśmy od sprawdzenia korelacji pomiędzy temperaturą maksymalną a zawartością ozonu. Okazała się ona ujemna (ok. -0,5), co oznacza, że całkowita zawartość ozonu ze wzrostem temperatury spada. 

Jednakże najbardziej istotne jest to, że dla temperatury powyżej 15⁰C, zdecydowana większość pomiarów całkowitej zawartości ozonu jest poniżej średniej wieloletniej, a dla temperatury powyżej 20⁰C, prawie wszystkie pomiary są poniżej średniej. Prawdopodobnie jest to związane z napływem ciepłych i ubogich w ozon mas powietrza znad Równika. Temperatura 15-20⁰C jest temperaturą komfortową, która zachęca do dłuższego przebywania na dworze, odsłaniania większej powierzchni ciała. Jeśli jednocześnie zwiększony jest poziom promieniowania UV (przez niską zawartość ozonu), powstawanie poparzeń słonecznych jest bardziej prawdopodobne. 

Natężenie UV nie rośnie, ale chętniej się na nie wystawiamy?

Z naszej analizy wynikło, że natężenie promieniowania UV obserwowane w Europie nie zmienia się w ostatnich dekadach (ani całorocznie, ani wiosną), nie może to więc być czynnik odpowiadający za wzrost zapadalności na czerniaka. Takim czynnikiem może być natomiast wynikający z ogólnego ocieplenia klimatu wzrost temperatur maksymalnych w kwietniu. Ciepłe dni, podczas których zmęczeni zimą ludzie chętnie wylegają na dwór, a także biorą się za prace porządkowe w ogrodach, to jednocześnie dni z niskimi zawartościami ozonu w atmosferze, czyli te, podczas których oparzenia słoneczne są szczególnie prawdopodobne. Dlatego kampanie społeczne, mające na celu informowanie o szkodliwości promieniowania UV, powinny być przeprowadzone wczesną wiosną, a nie dopiero podczas sezonu wakacyjnego.

dr inż. Agnieszka Czerwińska