CC BY
39
УДК 616.2(154.4):574
П.Ф.Кику, Л.В.Веремчук, Л.Н.Деркачева, Б.И.Челнокова, Н.С.Журавская, Л.А.Белик
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ЭНТРОПИЙНОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ОЦЕНКИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ БОЛЕЗНЕЙ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ ПРИМОРСКОГО КРАЯ
Владивостокский филиал ДНЦ ФПД СО РАМН - НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, лаборатория медицинских проблем респираторной системы
РЕЗЮМЕ
С использованием методики информационноэнтропийного анализа проведена оценка распространения болезней органов дыхания среди населения Приморского края. Выявлены комплексы факторов окружающей среды, влияющие на уровень заболеваемости в городах и районах края, в зависимости от экологической и природноклиматической ситуации.
SUMMARY
P.F.Kiku, L.V.Veremchuk, L.N.Derkacheva, B.I.Chelnokova, N.S.Zhuravskaya, L.A.Belik
RESPIRATORY DISEASE INCIDENCE EVALUATED WITH INFORMATION-
ENTROPY ANALYSIS IN POPULATION IN PRIMORYE
Information-entropy analysis was used to evaluate respiratory disease incidence in population in Primorye. Ecology and climate-related factors were determined.
Ухудшение в последнее время состояния здоровья населения проявляется в увеличении заболеваемости населения, где ведущее место занимают болезни органов дыхания [1, 3, 4, 6, 7, 9].
Взаимосвязь экологических процессов и болезней органов дыхания представляет собой многогранную проблему. Последствия неблагоприятного экологического влияния могут проявляться как в момент воздействия, так и через более или менее длительный промежуток времени [7, 8]. Природные и антропогенные факторы оказывают комплексное влияние на заболеваемость населения, в том числе и на распространение бронхолегочной патологии, так как дыхательная система является наиболее открытой и находящейся в непосредственном контакте с окружающей средой.
Неспецифические заболевания легких на территории Дальнего Востока являются ведущей патологией, отмечающееся интенсивными темпами прироста показателей заболеваемости, инвалидности и смертности [7]. Уровень заболеваемости дыхательной систе-
мы на Дальнем Востоке превышал среднереспубликанский на 20-25%.
В этой связи проведена оценка распространения болезней органов дыхания на территории Приморского края. Нашими исследованиями выявлено, что за последние годы в структуре всей заболеваемости болезни органов дыхания занимают первое место и удельный вес данной патологии составляет у взрослых 27,6%, подростков 39,9%, детей 61,1%. Необходимо отметить, что удельный вес патологии легких среди населения городов в 2,4 раза выше, чем у жителей сельской местности. Это говорит о том, что в промышленных центрах, где расположены предприятия угольной, горнодобывающей, химической промышленности, стройиндустрии, судоремонта, агрессивность среды на несколько порядков выше и патология дыхательной системы является по сути индикатором экологического состояния территории [5].
Выявлено, что уровень распространения болезней органов дыхания в Приморском крае меньше, чем в среднем по Дальневосточному региону на 10%, но больше, чем в Амурской области в 1,5 раза [5, 7]. У взрослых и подростков уровень заболеваемости на 12% ниже, чем в среднем по России, а у детей Приморья на 5% выше [2], это говорит об особенностях формирования бронхолегочной патологии на территории края с его муссонным характером климата и большим влиянием Тихого Океана.
Для оценки влияния среды обитания на распространение болезней органов дыхания был использован информационно-энтропийного анализ. Определение воздействия факторов окружающей среды на распространенность бронхолегочной заболеваемости в городах и районах Приморского края проводился на основе обработки информации по качественным и количественным показателям природных и техногенных факторов окружающей среды. Города отбирались по принципу наличия наибольшего техногенного загрязнения окружающей среды. В результате, выделились следующие города Приморского края: Арсеньев, Артем, Владивосток, Дальнереченск, Ле-созаводск, Находка, Спасск, Партизанск, Уссурийск, Дальнегорск и Большой Камень (11 городов).
Анучинский, Ковалеровский, Кировский, Красноармейский, Лазовский, Михайловский, Надеждин-ский, Ольгинский, Партизанский, Пожарский, Спасский, Тернейский, Уссурийский, Ханкайский, Хо-
рольский, Черниговский, Чугуевский, Яковлевский, Октябрьский, Пограничный районы (21 район) были взяты как фон в качестве сравнения.
Таким образом, отобранные города и районы являлись расчетной территориальной единицей (п=32), которые оценивались по 60 показателям факторов окружающей среды (Вь В2_В1) которые в той или иной мере могли бы повлиять на распространенность заболеваний дыхательной системы детей, подростков, взрослых (Аь А2... А1). Факторы среды подразделялись на четыре группы - географические (12), климатические (11), загрязнение воздуха (6), загрязнение питьевой воды (31 показатель).
В группу географических факторов (12) вошли орографические показатели, характеризующие абсолютные высоты местности, степень расчлененности рельефа. Зависимость орографических показателей с заболеваниями бронхолегочной системы заключается в том, что по мере поднятия на высоту меняется атмосферное давление, циркуляция атмосферы, отсюда и степень влияния носит различный характер.
Гидросферные характеристики - площадь водной поверхности, характер гидросферы (морской, континентальной), уровень заболоченности формирует климатические особенности территории (влажность, температуру воздуха и т.д.).
Так как территория Приморского края имеет значительное меридиональное простирание с севера на юг, большое значение на формирование природных условий оказывает широта местности. Следовательно, северные и южные районы по характеру воздействия природной среды на человека резко отличаются, а фактор «широта местности» становится как бы косвенным показателем.
Большое значение на развитие заболеваний органов дыхания имеет качественное состояние воздушной среды, которое во многом зависит от характера растительности, лесистости, технических характеристик, фитонцидности, ионизации, поллинозности.
Значительное влияние на формирование бронхолегочной патологии в крае оказывают климатические особенности (летом влажный, зимой - сухой муссонный климат). Для характеристики климата были использованы показатели, которые прямо или косвенно влияют на систему органов дыхания человека. Показатели, характеризующие общую комфортность (3кл+4кл; 5кл; 8кл+9кл) и дискомфортность (6кл; 10кл; 11кл+12кл) климата, ветер >15м/с; число дней с биологически активной радиацией (БАСР); число дней с туманами и влажностью >80%; наличие душной погоды.
Большое влияние на развитие заболеваний органов дыхания в крае оказывает загрязнение воздушной среды. Особенно это актуально в городах Приморья, где техногенное выбросы значительно превышают предельно допустимые концентрации по ряду инградиентов. Поэтому были взяты показатели, характеризующие характер и токсичность, уровень и интенсивность выбросов в атмосферу. В качестве негативного воздействия на воздушную среду был взят косвенный показатель плотности населения. Чем выше плотность населения, тем больше котельных,
тем мощнее автомобильный парк, больше дорог и т.д. На уровень загрязнения воздуха влияет показатель нарушенности лесов (горимость, рубки) и комплексный показатель экологических проблем леса, характеризующий расстройство лесных экосистем, нарушение лесообразовательного процесса.
Косвенно на развитие бронхо-легочной заболеваемости оказывает качество питьевой воды, так как вода оказывает влияние на общую резистентность организма. Для гигиенической характеристики питьевой воды был выбран 31 показатель - щелочность, жесткость воды, pH, БПК, взвешенные вещества, мутность и другие компоненты.
Так как факторы окружающей среды не имели единой размерности, а некоторые даже количественных характеристик (географические показатели), для унифицированности оценки был применен квантифицированный (7-балльный) метод, где нарастание количества баллов соответствовало увеличению нагрузок на систему органов дыхания человека со стороны окружающей среды. В том же порядке ранжировалось и число заболевших бронхолегочной патологией. В результате была составлена рабочая матрица размерности 64x32.
Основанием для информационного подхода к структуре воздействия факторов окружающей среды на распространенность заболеваемости служат представление Эшби (9), построившего теорию информации и кибернетики на основе понятий различия и разнообразия. Согласно Эшби, понятие информации неотделимо от понятия разнообразия, а количество информации выражает количество разнообразия. В связи с тем, что любое разнообразие элементов сложной системы может быть представлено как множество, создается возможность определить количество информации, заложенной в структуре системы.
Приведем основные этапы, проведенного нами информационного анализа структуры внешнего воздействия на органы дыхания человека в Приморском крае. Допустим, что заболеваемость детей, подростков, взрослых является реакцией системы организма на внешнее воздействие (явление А1, А2. А1), а факторы среды (В1, В2. В1). Сопоставление явления А и В1, В2. В1 реализуется путем составления матриц условных распределений - “каналов связи”, в которых каждому состоянию фактора соответствует определенное состояние изучаемого явления - в данном случае уровень заболеваемости бронхо-легочной патологии.
Одной из основных категорий теории информации является понятие случайности. Будем считать, что В], В2.В1 «случайные события». При неравнозначных и несовместимых событиях определяется безусловная вероятность:
р = В
в ЕВв2..в/
где В1 - фактор среды; Рв - безусловная вероятность.
Для событий совместных, когда исход (А) может реализоваться одновременно при воздействии множества факторов, применяется условная вероятность.
Следует заметить, что это понятие весьма существенно для теории информации. Под ней понимается вероятность наступления события (А) при условии, что имело место другое событие (В). В этом случае рассматривается условная вероятность появления заболеваемости (событие А) в зависимости от действия фактора окружающей среды (событие В), то есть Р(А/В). Условная вероятность в данном случае представляет как совмещенность двух событий и равна произведению безусловной вероятностей события А и Б1:
Р(А/В)=РахРв .
Тогда полную вероятность в общем виде можно записать:
Р(А). £ Р( В,) • Р( А / В,).
,=1
В свою очередь, если известно, что событие (А) может наступить при условии воздействия события Вь В2...ВП , но поскольку заранее неизвестно какое из этих событий будет воздействовать больше, априорно можно лишь предположительно найти его вероятность. Однако после свершения события (А) появится возможность переоценки гипотез, в результате будет известно, какая из них и как реализовалась. Для этого использовалась формула Бейса или ее еще называют формулой вероятности гипотез:
Р(А/В,) = Р(В>•Р(А7В> ,
£ Р( В, )• Р( А / В,)
1=1
где Р (А / В) - условная вероятность гипотезы (А)
- заболеваемость от В, (фактора среды); Р (Б1) -
безусловная вероятность Б1.
Поскольку информация обладает свойством измеримости, связанным с возможностью измерения разнообразия, в современной теории информации используют логарифмическую меру разнообразия множества Н (энтропия или негэнтропия). Для расчетов используют известную формулу Шеннона:
Н = -£ 1082 Р,.
,=1
Из свойств энтропии видно, что она в сущности является мерой неопределенности, упорядоченности системы. Она тем больше, чем больше неопределенность или неупорядоченность. Всякое упорядочение, увеличение организованности и определенности уменьшает энтропию. В нашем случае, чем меньше энтропия, тем более интенсивно негативное воздействие фактора (В1) на формирование заболеваемости (А).
При сравнении объектов и систем, различающихся числом элементов или компонентов, удобно пользоваться относительной энтропией (И), которая представляет собой отношение полученной энтропии и максимальной для данной системы:
к = ^ Н
Для этой цели с не меньшим успехом может быть использована еще одна информационная характеристика, называемая коэффициентом избыточности или проще избыточностью (Я). Избыточность дает представление о надежности или информации в системе. Чем больше избыточность , являющаяся величиной, производной от значений энтропии, тем меньше вероятность искажения передаваемой информации.
Я% = (1 - к) 100.
Из приведенной формулы видно, что избыточность показывает, какая доля (или процент) передаваемой информации является избыточной по сравнению с соответствующей оптимальной передачей ее, где каждый из символов используется с максимальной нагрузкой.
Избыточность имеет положительные и отрицательные стороны. К положительным относится то, что она гарантирует надежность правильной (точной) информации. Поэтому уменьшение избыточности в системе информации подвергает ее воздействию помех, искажающих сообщения.
В биологических системах это приводит к дезориентации, к неадекватному реагированию, к деградации саморегулирующего механизма воздействия факторов среды на распространенность заболеваемости органов дыхания. Следовательно, низкая избыточность создает для системы заболеваемости опасность легкой информационной поломки и срыва, часто возникающее при росте заболеваемости, то есть чем меньше процент избыточности, тем влияние среды на уровень здоровья популяции интенсивнее.
К отрицательной стороне вопроса можно отнести уменьшение скорости передачи информации. Чрезмерное возрастание избыточности приводит к тому, что каналы связи загружаются излишней информацией. Поэтому при слишком большой избыточности, система информации теряет эффективность, становится информационно менее лабильной и более инертной. Иначе говоря, мы не должны упрощенно расценивать системы с большой избыточностью как «лучшие», а с меньшей - как «худшие». Мы можем лишь утверждать, что первые будут иметь большую надежность передачи информации, чем вторые, но зато последние будут быстрее получать информацию и, следовательно, быстрее отреагировать.
Таким образом, рассматривая распространенность заболеваний дыхательной системы как конечное множество, состоящее из определенных элементов открытой целостной системы, можно вычислить распределение элементов в ней. Информация, существующая в пределах этой системы, закрепленная в структуре и определяющаяся организацией системы называется структурной. Вычисление показателей энтропии и избыточности позволяет получить интегральные показатели, характеризующие уровень организации целостной системы (воздействующие на распространенность заболеваемости факторов внешней среды).
Используя методику информационно-
энтропийного анализа, была проведена оценка распространения болезней органов дыхания населения
Качество питьевой воды
[5
О
К
К
-е
еъ
о
N°
и
к
н
о
о
к
ст
о
н
л
20
15-
10-
5-
дети
подростки
взрослите
0
Экологические факторы
н
д
о
к
д
и
ф
ф
§
Д
и
т
с
о
д
ч
о
т
ы
ю
м
и
Рис. 1. Влияние факторов среды обитания на распространение болезней органов дыхания населения Приморского края.
Примечание. Здесь и далее: чем меньше коэффициент избыточности, тем интенсивнее влияние факторов среды на заболеваемость. Щ - весь край; □ - города; □ - районы.
Комплекс факторов внешней среды
М
и
т
с
о
Д
ч
о
т
ы
[5
е и
и ф ф
л
о
и ю
м
и
Экологические факторы
нт
е
и
ц
и
ф
ф
э
о
населенные пункты
■дети
подростки
взрослые
н 03
^ 5
* 8
■ха * гг о
Л н
о Л
Комплекс факторов
•дети
населенные пункты
■ - - - подростки
■взрослые
1 - Арсеньев;
2 - Артем;
3 - Владивосток;
4 - Дальнереченск;
5 - Лесозаводск;
6 - Находка;
7 - Спасск;
8 - Партизанск;
9 - Уссурийск;
10 - Дальнегорск;
11 - Б.Камень;
12 - Анучинский;
13 - Ковалеровский;
14 - Кировский;
15 - Красноармейский;
16 - Лазовский;
17 - Михайловский;
18 - Надеждинский;
19 - Ольгинский;
20 - Партизанский;
21 - Пожарский;
22 - Спасский;
23 - Тернейский;
24 - Уссурийский;
25 - Ханкайский;
26 - Хасанский;
27 - Хорольский;
28 - Черниговский;
29 - Чугуевский;
30 - Яковлевский;
31 - Октябрьский;
32 - Пограничный.
Естественная природная среда
населенные пункты дети......подростки взрослые
Климатические факторы
15
е и Д и ф ф
Д
и
т
с
о
Д
Л
о
И ю
м
и
населенные пункты
•дети
подростки 1
взрослые
1 - Арсеньев;
2 - Артем;
3 - Владивосток;
4 - Дальнереченск;
5 - Лесозаводск;
6 - Находка;
7 - Спасск;
8 - Партизанск;
9 - Уссурийск;
10 - Дальнегорск;
11 - Б. Камень;
12 - Анучинский;
13 - Ковалеровский;
14 - Кировский;
15 - Красноармейский;
16 - Лазовский;
17 - Михайловский;
18 - Надеждинский;
19 - Ольгинский;
20 - Партизанский;
21 - Пожарский;
22 - Спасский;
23 - Тернейский;
24 - Уссурийский;
25 - Ханкайский;
26 - Хасанский;
27 - Хорольский;
28 - Черниговский;
29 - Чугуевский;
30 - Яковлевский;
31 - Октябрьский;
32 - Пограничный.
Факторы среды (вместе с качеством питьевой воды)
и
н X
<и
и я и
-е
о
к
со
8
дети
населенные пункты ...... подростки
взрослые
Качество воды
0х
* § а О
Л И
(Г
о
со н
о л
и ю
со
8
населенные пункты ■дети.......подростки ^
взрослые
1 - Арсеньев;
2 - Артем;
3 - Владивосток;
4 - Дальнереченск;
5 - Находка;
6 - Спасск;
7 - Партизанск;
8-Уссурийск;
9 - Б. Камень;
10 - Анучинский;
11 - Ковалеровский;
12 - Кировский;
13 - Михайловский;
13 - Надеждинский;
14 - Ольгинский.
края в зависимости от комплекса факторов среды обитания, включающих четыре блока: климатический, естественной природной среды (ландшафт), водного бассейна, экологический. В результате анализа информации установлено, что на распространение болезней органов более всего влияет блок экологических факторов, особенно данная тенденция проявляется в городах, где отмечается значительная антропогенная нагрузка на среду обитания (рис. 1, 2). В то же время качество питьевой воды оказывает большее влияние на уровень болезней органов дыхания среди детей и подростков, проживающих в районах, в отличие от тех, кто живет в городах.
Воздействие всего комплекса факторов среды обитания на распространение заболеваний органов дыхания среди взрослых, подростков, детей более всего проявляется в городах: Владивостоке, Спасске, Уссурийске, районах - Анучинском, Кировском, Ха-санском, вместе с тем экологические факторы наибольшее влияние имеют в гг.Владивосток, Находка, Дальнегорск, районах - Ковалеровский, Лазовский, Надеждинский, Пожарский, Хасанский, Октябрьский (рис. 3).
Влияние блоков естественной природной среды и климатического особенно отмечается во г.Владивостоке, г. Спасске, Анучинском, Кировском районах, а блок качества воды в гг. Дальнереченске, Партизанске, Б-Камень, Ковалеровском, Михайловском, Ольгинском районах, к тому же необходимо отметить, что среди подростков и детей на уровни болезней органов дыхания наибольшее влияние оказывает среда обитания в Кировском, Уссурийском, Октябрьском районах (рис. 4, 5).
Таким образом проведенное статистическое исследование распространение болезней органов дыхания среди населения Приморского края выявило особенности уровня и структуры заболеваний в услови-
ях муссонного климата и экологической ситуации. Полученные результаты исследования могут быть основой для разработки медико-профилактических мероприятий с учетом влияния природноклиматических и экологических факторов окружающей среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гичев Ю.П. Экологическая медицина и ее основные направления // Врач.-1996.-№11.- С.28-29.
2. Государственный доклад о состоянии здоровья населения России // Здравоохр.Рос.Федерации.-1997.- №1.- С.3-10.
3. Здоровье населения Приморского края/ Под ред. Иванова Е.М.- Владивосток, 1997.- 220 с.
4. Комплексная оценка условий формирования
здоровья населения в антропоэкологической системе/ П.Ф.Кику, Т.В.Горборукова, Н.С.Журавская, Е.М. Нечухаева: Методические рекомендации.-
Владивосток, 1998.- 20 с.
5. Кику П.Ф., Вершинин Э.Н., Вербицкая Г.Н. и др. Распространение болезней органов дыхания у населения Приморского края // Бюл. физиол. и патол. дыхания. - 2000.- Вып.6.-С.46-50.
6. Косолапов А.Б. Здоровье населения Дальнего Востока (Медико-географические и социальногигиенические аспекты). Владивосток: Дальнаука.-1996.- 248 с.
7. Луценко М.Т., Гладуш Л.П. Состояние здоровья населения Дальневосточного региона.- Благовещенск: ДНЦ ФПД СО РАМН.-2000.- 148 с.
8. Мотавкина Н.С., Косолапов А.Б., Деркачева Л.Н. Медико-географические аспекты распространения бронхолегочной патологии на Дальнем Востоке.-Владивосток: ДВО АН СССР.-1991.- 128 с.
9. Чучалин А.Г. Пульмонология в России и пути ее развития // Пульмонология.-1999.- №1.- С.6-22.
□ □□
УДК 612.822 : 611.24 - 018 : 616.24-001
В.Б.Шуматов, Т.А.Шуматова, Д.Г.Осипенко
ЗНАЧЕНИЕ НИТРООКСИДЕРГИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ В РАЗВИТИИ РЕСПИРАТОРНОГО ДИСТРЕСС-СИНДРОМА ВЗРОСЛЫХ
Владивостокский государственный медицинский университет, кафедра анестезиологии и реаниматологии
РЕЗЮМЕ
Проведено исследование уровня метаболитов оксида азота (NO) в легочных экспиратах у больных с РДСВ в реакции Griess. Изучена роль периферических нитрооксидергических механизмов в развитии РДСВ и при липополисахарид-
индуцированном повреждении легких у экспериментальных животных. NO-синтаза в тканях определялась гистохимическим методом по прописи Hope, Vincent (1989). Полученные данные свидетельствуют об участии NO в развитии РДСВ, а определение его уровня имеет диагностическую и прогностическую значимость.
