CC BY
13имитационная модель распространения сибирской язвы в Условиях чрезвычайных ситуациях на примере южных регионов Кыргызстана (г. ош)
жолдошев с.т. - к.м.н., Институт медицинских проблем южного отделение НАН Кыргызской
Республики.
жимитациялык модель аркылуу куйдургуу жарасынын таркалышы озгочо абал учурундагы мисалы катары туштук аймагындагы (ош шаары)
Жолдошев С.Т.
Кортунду: Азыркы заманбап урчурундагы мумкунчулуктон пайдаланып ГИС-системанын жардамы менен куйдургу жарасынын алдын ала болжмолдоолору Бул макалада куйдургу жарасынын эпидемиологиялык козомолдосунун негизинде тузулгон жанылануу ГИС- системанын жардамы менен болгон эпидемиологиялык алдын ала болжомолдоолор
Туйунду создор: куйдургу жарасы, ГИС-системасы, информациялык-аналитикалык программа, эпидемиологиялык болжомолдоолор.
Simulation model of the spread of anthrax in emergency situations as demonstrated on southern
regions of Kyrgyzstan (city Osh)
Joldoshev S.T.
Institute of Medical Problems, Southern Branch of the National Academy of Sciences of Kyrgyz Republic
Resume: for the purpose to improve the epidemiologic supervision of anthrax it is substantiated to develop a basic information-analytic program based on GIS-technology for creation of wide spectrum of epizootic and epidemiologic prognoses that allows the usage of modern strategy of monitoring in the focal areas.
Key words: informational-analytical programmers, ecological-epizootological monitoring, natural foci of anthrax, epidemiological and epzootological predictions, GIS-technologies
Кыргызстан особенно южных областей является стационарно неблагополучной по сибирской язве. В республике зарегистрировано 1387 почвенных очагов сибирской язвы. Определяется это животноводческой ориентацией хозяйства, чему благоприятствуют природно-климатические условия. Специфика её требует постоянного перегона на большие расстояния, от зимних стоянок к отгонных пастбищам и обратно. Южных регион в Чаткалскую и Алайскую долину. Более 90% его территории занимают горы по данным А.М.Мамытовым 1996 [9]. По пути перегона располагается скотомогильники. Всего в республике для обеззараживания трупов животных имеется 414 скотомогильников и 196 биотермических ям по данным Б.И. Ходжамбери-диева (1984)[8].Следует отметить, что в Кыргызстане учет почвенных очагов, источников инфекции ведется неудовлетворительно и проведенный анализ литературы показывает на отсутствие данных по микробному ценозу скотомогильников в исследуемом регионе. В традиционной кухне животноводов исторически сложилось ориентировка на следующие продукты: мясо (баранина, конина, говядина, особенно молодняка), молоко кабыл (кумыс, айран, сузмо, курут, чобого, сары май, чалап) и жарма,шоро, бозо [8]. Попытка установить медико-географические связи болезней и характера человека с особенностями климата можно обнаружить у Гиппократа: «Где страна го-
лая, безводная, неровная, и если она тощих, с хорошо расчлененным телом, сильных и волосатых, и таких, которые от природы энергичны и бодры для деятельности» (Гиппократ,1936,т.1.с.299) [9]. В целом 53,9% территории республики заняты сельскохозяйственными угодьями их них 41%-пастбищами. Они дислоцированы неравномерно с преимущественной локализацией в предгорных долинах со светло и буро-каштановыми почвами, обогащенными гумусом в места пеших скотопрогонных трасс, в прошлом используемых также соседним республиками Казахстаном, Таджикистаном и Узбекистаном. Скотопрогонные трассы внесли существенный вклад в то обстоятельство, что территория Кыргызстана издавна считается неблагополучной по ряду зоонозным инфекций, среди которых наиболее значима сибирская язва.
Последние десятилетия характеризуются поиском эффективных решений в области контроля за инфекционными болезнями, что обусловлено объективными причинами. Несмотря на достигнутые успехи мировой науки в разработке и внедрении средств профилактики, диагностики и лечения актуальных инфекций, угроза неожиданного возникновения событий, ассоциированных с чрезвычайными ситуациями эпидемического характера, не только сохраняется, но и остаётся в ряду приоритетных медицинских и социально-экономических проблем для любого государства.
МЕДИЦИНА
Кыргызстана
К современным факторам риска, ответственным за внезапное обострение эпидемиологической обстановки, отнесены такие, как: вариабельность биологических характеристик известных и появление новых возбудителей болезней; экстремальные события природного генеза; техногенные катастрофы, а также негативные явления в социальной сфере (межэтнические и военные конфликты);глобализация мировых экономических процессов; низкий уровень санитарно-гигиенических условий жизни населения.
Опыт борьбы с инфекционными заболеваниями свидетельствует, что, противоэпидемические мероприятия эффективны в том случае, когда изучены и познаны закономерности пребывания возбудителя во внешней среде.
В настоящее время регистрируются случаи заболеваний сибирской язвой, и они часто связаны с тем, что сведения о местах захоронения животных, павших от сибирской язвы в прошлом, недостаточны, поэтому иногда происходит непосредственное инфицирование людей от почвы, особенно в условиях интенсивного антропогенного преобразования природы.
Среди многообразия факторов внешней среды для возбудителя сибирской язвы имеет большое значение почва, в которой в зависимости от условий он погибает или длительно сохраняется.
Сегодня сибирская язва стала не только проблемой природно-очаговых инфекций, но и как инструмент биотерроризма [3,4,5,6,7,15,17,18].
До конца ХХ века политические, научные и общественные круги многих стран мира рассматривали феномен биологического терроризма как практически не возможное явление, так как:
• крайне редко использовались инструменты биологического оружия в истории человечества (например, эпидемии оспы, которые начинались среди индейцев на территории Северной Америки от зараженных одеял), что обусловило выработку устойчивого мнения о том, что биологическое оружие никогда не будет использовано;
• применение возбудителей особо опасных инфекций было настолько несовместимо с общечеловеческой моралью, что никакая страна не рискнула применить его первой без абсолютной уверенности в своей безнаказанности;
• способы получения, хранения и применения биологического оружия сегодня настолько сложны, что их освоение возможно только на базе хорошо оснащенных лабораторий, что явно не под силу отдельным террористическим группам;
• комплексное применение биологического оружия в масштабных актах во время конфликтов и войн в XX веке могли вызвать непредсказуемые последствия - "фатальные эпидемии" особо опасных инфекций, которые, в принципе, могут стать причиной гибели значительной части человечества. Но, как показала действительность, человечество сегодня вплотную подошло к той грани, за которой
возможен биологический террор.
Американскими специалистами сегодня выделяются три категории возбудителей особо опасных инфекций, которые могут представлять интерес для террористов в качестве биологического оружия. К высшей категории опасности среди инструментов биологического оружия (категории "А") они относят: оспу, сибирскую язву, чуму, ботулизм, туляремию, геморрагические лихорадки. Из этого списка лишь 2-3 патогена могут реально быть использованы группами террористов против населения городов.
В первую очередь - оспа и сибирская язва, которые особо опасны при реализации аэрогенного механизма заражения людей. В случае реального применения одного или нескольких патогенов одновременно на пораженных территориях может сложится чрезвычайно тяжелая эпидемиологическая ситуация, так как:
- специалистам в течение некоторого времени не будет известна критическая информация о самом факте проведения акта БТ и этиология примененного патогена (за это время террористы могут беспрепятственно покинуть место проведения террористического акта и полностью уничтожить все технические средства нападения), а на пораженной территории после окончания времени инкубационного периода начинают эпидемия, способная охватить значительные группы незащищенного населения крупных городов прежде, чем специалисты определят, что была атака террористов с применением конкретного биологического оружия.
- первые признаки инфекции могут протекать под видом обычной простуды, пока заболевание не примет ясную, клиническую форму и не проявит себя однозначно; в этих условиях можно ожидать высокого уровня заболеваемости и смертности людей, даже если инфекционный агент хорошо известен и относительно него имеется вся информация и отработаны методы и средства борьбы;
- весьма трудно объективно оценить все затраты на противодействие и ликвидацию всех последствий применения биологического оружия, даже если имеется необходимая информацию, а также финансовые и прочие ресурсы по защите населения от возможных актов биологического оружия;
- даже для тех форм биологического оружия, которые хорошо изучены и для них имеются отработанные средства профилактики и терапии, сохраняются колоссальные организационные проблемы, связанные с процедурами выявления, изоляции, госпитализации и лечения многих сотен больных, профилактики многих тысяч восприимчивых;
- на пораженной территории формируется мощный всплеск фобий, причина лавинообразного "интереса" населения по самолечению, а оставшиеся в живых после атаки биологического терроризма будут длительное время находиться в состоянии
аффекта из-за многочисленных смертей своих родных и близких [3, 4, 5, 6,7].
Развитие чрезвычайных ситуаций, связанных с биотерроризмом - реальность XXI века [3,4,5,6,7,17,18]. Возможность применения биологического оружия в террористических целях связана с простотой технологии и экономичностью его производства. Всего разрабатывают проблемы биологического оружия 17 стран, в том числе 12 государств имеют программы наступательного характера [CDC, 2006]. Как отмечалось на одной из международных конференций, «...речь не идет о том, будет ли применено биологическое оружие, а только о том, когда и как оно будет применено».
Для раскрытия движущих сил эпидемий, для выявления особенностей процессов становления и распространения инфекций, особенно особо опасных, применяются различные методы и инструментальные средства. Одним из важнейших достижений современной эпидемиологии является широкое использование математического моделирования и проведение вычислительного эксперимента в эпидемиологии. Смысл вычислительного эксперимента в эпидемиологии состоит в том, что эксперименты проводятся не с реальной эпидемией, а с ее адекватным математическим аналогом.
Компьютерные технологии находят все большее применение для изучения актов биологического терроризма [10, 11,16]. Но современные геоинформационные системы (ГИС) и геоинформационные технологии, способные особенно полно удовлетворять требованиям эпидемиологов при реализации процедур анализа конкретных эпидемиологических ситуаций, процедур изучения закономерностей распространения особо опасных инфекций с помощью их отображения на географической карте, только начинают внедряться в жизнь. Первые исследования процессов распространения ООИ с применением ГИС показали их высокий потенциал при решении наиболее важных проблем противодействия патогенам на нескольких уровнях - международном, национальном и региональном. Эпидемиологические закономерности, выявляемые с помощью ГИС, соответствующие отношения между важнейшими составляющими эпидемиологического процесса любой инфекции, основанные на принципах эпидемиологии формируют эпидемиологическое ядро ГИС. Визуализация эпидемиологических данных на географических картах - важнейший инструмент выявления и отображения закономерностей развития эпидемий, в том числе обусловленных актами биологического терроризма. Математическое моделирование процесса развития биологического терроризма и применение ГИС позволяет проверить ряд рабочих гипотез относительно возможных масштабов и условий применения террористами биологического оружия, включая оценку эффективности процедур противодействия патогенам. Компьютерные
модели эпидемий позволяют провести анализ и предсказать уровень заболеваемости и смертности людей от особо опасных инфекций по территориям и по времени, что обеспечивает выработку и формирование рациональных стратегий борьбы с ними.
целью исследования: разработать математическую и компьютерную модель на случай эпидемиологической вспышки сибирской язвы в результате в условиях чрезвычайных ситуациях (биотерроризма).
Материалы и методы
Разработанная структура математической модели сибирской язвы, которая формируется в результате проведения акта биологического терроризма.
Эта модель была реализована нами на компьютере, что позволило оценить последствия вспышки сибирской язвы, что позволило оценить последствия вспышки сибирской язвы.
При проведении вычислительного эксперимента предполагалось, что в городе Ош с населением в 250 тыс. чел. органы здравоохранения имели все необходимые средства противодействия террористической атаке.
В больницах и клиниках города имеется все необходимое - требуемое количество персонала и неограниченное число мест для инфекционных больных, в полном ассортименте все средства лечения и дезинфекции. Таким образом, существенных ограничений в реализации мер по борьбе со вспышкой сибирской язвы на пораженной территории не имеется. С помощью компьютерной программы были проведены расчетные исследования по анализу последствий (оценка уровня заболеваемости и смертности) при различных сценариях в осуществлении противоэпидемических мер.
При оценке своевременности выявление места и времени акта биологического терроризма учитывали инкубационный период (2-3 дня) и быстрый старт болезни - на 4-5 день после атаки, возможности выявления зараженных лиц (вероятность выявления 80-90%) с их изоляцией и госпитализацией, уровень смертности (при генерализованной форме без лечения - 100%). Оценивали эффективность вакцинопрофилактики.
При моделирования начало массовой вакцинации населения планировали на 7-й день после атаки, при этом эффективность применения вакцины (формирование иммунитета возможно на 7-8-й день после вакцинации) оценивалась в 75-80% от общего число привитых.
результаты и их обсуждение
Особую актуальность эта инфекция приобрела после применения спор Bacillus anthracis с целью биотерроризма в США осенью 2001 года [7].
Сохраняющиеся десятилетиями стойкие почвенные очаги сибирской язвы объясняются способностью B. anthracis к спорообразованию, что позволяет
МЕДИЦИНА
Кыргызстана
возбудителю длительная время сохранятся в жизнеспособном состоянии в окружающей среде, вызывая время от времени более или менее распространенные вспышки среди людей и животных [5,8,12,13,14,15,]. Доказана способность В. anthracis длительно сохранятся в почве (до 100 лет). В связи с этим в Кыргызстане стойкие почвенные очаги сохраняются почти на всей территории страны от нескольких десятков до сотен очагов в одной области, что создает постоянную угрозу возникновения эпизоотий и эпидемии сибирской язвы [3,4,5,16].
География играет решающую роль в понимании динамики и распространения заболеваний [8,10,11,15,16,]. Методы, используемые для определения причин вспышки того или иного заболевания, а также для оценки его последствий, такие как слежение за заболеванием или анализ вспышки, основываются на всестороннем понимании географии возникновения и распространения инфекции.
Учитывая неблагоприятную эпидемиологическую обстановку по сибирской язве с преимущественным распространением в южном регионе Кыргызстане, мы совместно с противоэпидемической службой разработали концепция модернизации специализированных противоэпидемических бригад (СПБ) в рамках санитарно - эпидемиологических учреждений Кыргызстана, в которой сформулированы общие положения. Принципы и задачи, направленные на разработку эффективной, высокотехнологичной системы постоянной готовности по предупреждению и реагированию на чрезвычайные эпидемиологические ситуации международного значения.
Провоцирующим фактором во время вспышки заболевания сибирской язвой людей районе, явились обильные осадки. Которые значительно превышали средние многолетние показатели. Все это привело к вымыванию спор возбудителя сибирской язвы из почвы возвышенных мест. На которых имелись неучтенные скотомогильники и нижерасположенные мелкие водоемы, и это способствовало инфицированию мест выпаса скота.
В этой связи необходима разработка и внедрение новых инновационных подход, направленных на совершенствование эпидемиологического надзора за сибирской язвы, который предоставляет собой сложную предметную область, содержащую большое количество объектов (очаг, источник возбудителя и т. п.), лабораторной диагностики, клинической диагностики (предположительный, вероятный, и подтвержденный случай заболевания) и др., большое число связей между ними, а также сложные обработки информации [1,2,10,11,16,].
В этой связи для получения полного представления об эпидемическом процессе сибиреязвенной инфекции возникает необходимость выявления, учета, регистрация и анализа, при тесном контакте клиницистов, эпидемиолога, бактериолога т. е. специалистов лабораторной службы по специфической верификации случаев инфекции.
Обработка подобного массива информации
вручную затруднительна. В этой связи нами апробированы определения случая сибирской язвы и разрабатывается усовершенствованная система эпидемиологического надзора за сибирской язвы, которую планируется реализовать в виде комплекса взаимосвязанных компьютерных программ - автоматизированной системы управления, что уменьшит эпидемиологов и их помощников от трудоемкой работы по проведению расчетов вручную и создаст предпосылки для расширения оперативной работы и углубления аналитической деятельности.
На рис. 1 представлена разработанная нами структура математической модели эпидемической вспышки сибирской язвы, которая формируется в результате проведения акта биологического терроризма с одновременным заражением от нескольких десятков до сотен человек.
Соотношения математической модели вспышки сибирской язвы имеют вид системы нелинейных интегро-дифференциальных уравнений в частных производных с характерными начальными и граничными условиями.
В настоящее время в мире против сибирской язвы используют вакцины четырех типов: живую (живая споровая вакцина обеспечивает 100%-ю защиту), химическую (молекулярную), комбинированную и рекомбинантную (только США, Великобритания и Россия имеют вакцины против сибирской язвы). В 2000 году была оценка эффективности и безопасности вакцины против сибирской язвы у взрослых и детей. В мета-анализ было включено два исследования с общим количеством участников 16052 человека. Оказалось, что по сравнению с плацебо, применение вакцины ведет к снижению риска развития сибирской язвы. Введение убитой вакцины сочеталось с более частым развитием и более выраженными нежелательным реакциям по сравнению с плацебо. Прививочные реакции регистрировались у 5% лиц в группе, получавшей вакцину. Эффективность вакцинации не зависела от способа введения вакцины. По мнению исследователей, применение убитой вакцины против сибирской язвы является эффективной мерой для снижения риска заболевания. Использование современных технологий математического и компьютерного моделирования эпидемий с использованием геоинформационных систем является дальнейшим путем оптимизации слежения за эпидемиями, в том числе развившихся вследствие биотерроризма.
Сибирская язва относится к ведущему инструменту биотерроризма (простота получения биоматериала, аэрозольный путь распространения и 100% летальность), актуальность которого стала реальностью XXI века.
Как известно, надежность защиты населения при прочих равных условиях находится в прямой зависимости от эффективности каждого из звеньев проти-вобиологической защиты: биологического контроля, экстренной профилактики (о6щей и специальной), изоляционно-ограничительных и других мероприятий
Аэрогенный механизм злражения
рис. 1. структура математической модели развития вспышки сибирской язвы:
1 - население территории; 2 - лица в инкубации; 3 - больные сибирской язвой (выявленные, изолированные); 4 - больные сибирской язвой (невыявленные); 5 - лица, переболевшие сибирской язвой;
6 - лица, умершие от сибирской язвы.
по ликвидации последствий применения биоагентов, преемственности, слаженности действий подразделений и частей бактериологической разведки подразделений медицинской службы учреждений Минздрава и других, осуществляющих защиту от биообъектов.
Заключение: Проблема биомониторинга при угрозе террористических актов определяет необходимость разработки высокочувствительных и специфичных (селективных) методов индикации патогенов и создания на основе этих методов совершенных технических средств, пригодных для организации необходимых защитных мероприятий. литература:
1. Бароян О.В., РвачевЛ.А. Математика и эпидемиология.-М, «Знате»,1977.- С. 63.
2. Боев. Б. В. Современные этапы математического моделирования процессов развития и распространения инфекционных заболеваний // Эпидемиологическая кибернетика: модели, информация, эксперименты. М., 1991, С. 6-13.
3. Воробьев А.А., Боев Б.В., Бондаренко В.М., Гинцбург А.Л. Проблема биотерроризма в современных условиях // ЖМЭИ.-2002, №3. - С. 3-12.
4. Онищенко Г.Г., Сандахчиев Л.С., Нетесов С.В., Щелкунов С.В. Биотерроризм как национальная и глобальная угроза // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии . 2000. -№ 6. - С.83 - 85.
5. Супотницкий М.В. Микроорганизмы, токсины и эпидемии. -М.: Вузовская книга, 2000. - 376 с.
6. Белобродов В.Б. Биотерроризм. Диагностика и лечение сибирской язвы.// Инфекции и антимикробная терапия. - 2001. - С. 163-168.
7. Липницкий А.В. Ингаляционный антракс (анализ вспышки, связанной с биотерроризмом, в США осенью 2001г.).//Пуль-монология.-2002. -№3.-С.6-11
8. Ходжамбердиев Б. И., ИсабаеваВ.А., ХоджамбердиеваИ.Б. //Медицинская география Киргизии.- Фрунзе.-1984.-94
9. Мамытов АМ.Почвенные ресурсы и вопросы земельного кадастра Кыргызской Республики.-Изд.3-е,испр.и доп. -Б.: Кыргызстан.-1996-236
10. Адамович В. Л. Сущность картографических методов для изучения причинности явлений в медико-географических исследованиях (методических аспект) /Материалы научного симпозиума по вопросам картографирования для целей охраны природной и здоровья человека. Проблемы медико
- географических исследований. -М.:1984. - С.50—103.
11. КутузовА. В. Формирование ГИС на основе данных биомониторинга (Рыбинское водохранилища) //Матер. Междунар. совешания «Териофауна России и сопредельных территорий». -Москва,6- 7февраля 2003.- С.90
12. Бектурдиев К. Б., Тойгонбаева В. С., Самсонова Т. Г. Эпидемиология сибирской язвы в Кыргызской Республике.// Здравоохранение Кыргызстана. - 2008. - №1. - 23- 24.
13. Гайбуллин Д. Ш, Усманов Р. К., Казакбаева Р.А. и др. Сибирская язва в КР // Материалы IV съезда гигиенистов, эпидемиологов, паразитологов и инфекционистов КР. Б.: 2002. - С.151 -155.
14. Рисалиев Д.Д. Особенности эпидемического процесса и возрастание социально-экономической значимости инфекционных заболеваний с природной очаговостью при преобразовании страны. - Ош. -1997. -126 с.
15. Черкасский Б. Л. Ладный В. И., Каменецкая Е. К и др. Оценка потенциальной эпидемиологической значимости почвенных очагов сибирской язвы в зоне водохранилищ /Эпидемиология и инфекционные болезни. -1998. - №.1.- С.13-17.
16. ПоповН. В., КуклевЕ. В., КутыревВ.В. Актуальные вопросы геоинформационного обеспечения мониторинга и прогнозирования эпизоотической активности природных очагов чумы и других зоонозных инфекций на территории Российский федерации //Проблемы особо опасных инфекций.- 2006.
- №92. - С.28- 30
17. Воробьев, А. А. Современные проблемы микробиологической безопасности //ВестникРАМН.-2002.-№10.-С.9-12.
18. Евстигнеев В.И. Проблемы борьбы с биотерроризмом //Ядерное распространение. Вып. № 47, 2003, апрель-июнь. http://www/carnegie.ru /ru/pubs/npj/69653.htm 2.
19. Centersfor Disease Control and Prevention (CDC): inhalation апЛгах associated with dried animal hides- Pennsylvania and New York City, 2006. MMWR Morb. Notral. Wkly. Rep.- 2006. -17; 55(10).- P. 280- 282.
