CC BY
52
УДК614.7:616-084:330.3 Н.В. Ефимова, В.А. Никифорова, А.Ю. Горнов, Т.С. Зароднюк
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРИ ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬ НАСЕЛЕНИЯ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
Проведена оценка вклада факторов окружающей среды в формирование заболеваемости городского и сельского населения северных территорий Иркутской области для обоснования мероприятий, направленных на сохранения здоровья; предложена математическая формализация зависимости заболеваемости населения от основных наиболее влиятельных внешних факторов природной и социальной среды.
Ключевые слова: фактор, окружающая среда, заболеваемость, сельское население, северная территория.
N.V. Yefimova, V.A. Nikiforova, A.Yu. Gornov, T.S. Zarodnyuk THE USE OF THE MATHIMATIC MODEL WHILE EVALUATING THE ENVIRONMENT FACTORS INFLUENCE ON THE DISEASE INCIDENCE OF THE NORTH TERRITORIES POPULATION IN THE IRKUTSK REGION
The estimation of the environment factors contribution in the formation of the desease incidence of the urban and village population of the North territories in the Irkutsk region for the actions substantiation directed to the health preservation is conducted. The mathimatical formalization of the population disease dependance on the most influential factors of nature and social sphere is offered.
Key words: factor, environment, desease incidence, village population, North territory.
Сохранение здоровья населения в условиях выраженной депопуляции приоритетная национальная задача. Однако возрастающее антропогенное воздействие на природную и окружающую среду, неблагоприятные социальные условия подвергают все большей опасности жизнь и здоровье человеческой популяции [2,6]. Огромные информационные массивы статистических (эпидемиологических) данных и результатов обследования отдельного индивидуума, сложность связей элементов в медико-биологических и медико-экологических системах не позволяют решать задачи по сохранению здоровья популяции, улучшению качества жизни без использования математических и информационных технологий [3,5].
Цель настоящего исследования - на основе математической модели оценить вклад факторов окружающей среды в формирование заболеваемости городского и сельского населения.
Исследования проведены в северных районах Иркутской области, характеризующихся суровыми природно-климатическими условиями, значительной протяженностью территории, низкой плотностью населения. Моделью промышленного города послужил г. Братск, в котором проживает 250,0 тысяч человек, ведущая роль в структуре промышленности принадлежит цветной металлургии, электроэнергетике, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозной промышленности. Общее количество выбросов в атмосферный воздух города составляет 100 тыс. тонн, к числу приоритетных примесей относятся сероуглерод, формальдегид, метилмеркаптан, соединения фтора, бенз(а)пирен. По интегральным показателям уровень загрязнения атмосферного воздуха на протяжении десятков лет оценивается как высокий и чрезвычайно высокий.
Модель сельских районов представлена типичными районами, характеризующимися низким уровнем социальной инфраструктуры, отсутствием промышленности, наличием значительного потенциала дальнейшего развития в связи с программой освоения нефтегазовых ресурсов Восточной Сибири. В качестве «точек роста» в этих программах рассматриваются Жигаловский (численность населения 10 тыс. чел.) и Катангский районы (4,5 тыс. чел.), в зону влияния транспортных потоков также попадает Киренский район (22,0 тыс. чел.). В атмосферный воздух рассматриваемых сельских районов поступает незначительное количество выбросов от стационарных источников: в Жигаловском районе - 11 тысяч тонн, в Киренском - 1,4 тысяч тонн, в Катангском выбросы не регистрируются совсем, мощность двух котельных чрезвычайно низка. В зимний период регистрируется умеренное загрязнение атмосферного воздуха в связи с поступлением из низких источников оксидов азота, углерода, серы, взвешенных частиц.
Среднегодовая температура в Катангском районе составляет 6,20С ниже нуля, что в 1,8 раза ниже, чем в г. Киренске и в 4,1 раза - чем в г. Братске. Абсолютный минимум за весь период метеорологических наблюдений зарегистрирован в Катангском районе на отметке минус 61,20С. Территория Жигаловского района также характеризуется суровыми климатическими условиями, среднегодовая температура воздуха составляет от минус 5 до минус 3,80С, наиболее холодный месяц - январь ^ = минус 34,30С), теплый - июль ^ = 25,60С). Так как метеорологические элементы являются условиями для рассеивания выбросов в атмосферу, важно рассмотреть наиболее значимые из них. Известно, что низкие уровни относительной влажности способствуют накоплению и сохранению примесей в воздушном бассейне. В административном центре Катанского района самый низкий уровень относительной влажности по сравнению с прочими населенными пунктами. Среднемесячная относительная влажность на уровне 60% наблюдается в течение трех месяцев в Катангском и двух месяцев в Киренском и Жигаловском районах. Именно при такой относительной влажности наиболее высока вероятность накопления примесей, а в солнечную погоду возможно формирование фотохимического смога при интенсивном поступлении в атмосферу оксидов азота, углеводородов. Такие ситуации могут возникать в данных районах, например, при пожарах (особенно лесных), при работе на углеводородном топливе автотранспорта и другого оборудования. Максимальное количество осадков (45-60 мм) выпадает в летние месяцы, наиболее сухими являются январь, февраль, март. Глубина снежного покрова колеблется от 45 до 70 см. Для рассматриваемых территории характерна высокая повторяемость приземных инверсий (около 25% всех дней в Катангском, Киренском и Жигаловском районах, 50% - в г. Братске), особенно в зимнее время и при штилевых состояниях.
Территория сельских районов не только характеризуется значительной удаленностью от транспортных магистралей, но и отсутствием наземной связи между отдельными населенными пунктами в течение нескольких месяцев в году. Указанное обстоятельство во многом определяет социально-экономическую ситуацию в регионе, особенно в Катангском районе. Сельские северные территории отличаются низкой степенью благоустройства. Если в г. Братске доля благоустроенного жилья составила 91%, то в Киренском и Жигаловском районах этот показатель составил 2%. В Катангском районе отопление имеется лишь в 3% зданий, прочих признаков благоустройства нет.
Не менее чем жилье для человека важна доступность медицинской помощи. Сельские районы имеют центральные районные больницы и сеть фельдшерско-акушерских пунктов и амбулаторий. По показателям обеспеченности ресурсами Катангский район характеризуется как благополучный, обеспеченность врачами (2,4 на 1000 населения), средним медицинским персоналом (11,7%о), а больничными койками относительно высокая. В Киренском и Жигаловском районах отмечается недостаточная обеспеченность врачами различных специальностей (1,11 на 1000 населения) и среднего медицинского персонала (5,52%). В г. Братске обеспеченность врачебными кадрами (3,1%) и средним медперсоналом (10,0%) несколько выше, чем в районах. Следует отметить, что укомплектованность медицинскими кадрами недостаточна на всей изучаемой территории: 75-87% в сельских районах, 98% - в г. Братске.
Для выявления влияния экзогенных факторов на заболеваемость существует много количественных мер рисков. Наиболее часто используют показатели относительного риска (РР), т.е. отношение частот болезни в экспонированной и контрольной группах. Методики расчета этих показателей и их доверительных интервалов (ДИ) представлены в различных справочниках, в частности [2,8]. Относительный риск - наилучшая мера силы связи между фактором риска и болезнью: чем он больше, тем более вероятно, что эта связь является причинной. Критерием детерминирующего фактора является значение РР свыше 5. При оценке относительного риска заболеваемости у различных групп населения северных районов авторы пытались выявить долю вклада природно-климатических факторов, рассматривая в качестве контрольной группы заболеваемость в южных районах Иркутской области, характеризующихся аналогичным уровнем социальной инфраструктуры. Данные заболеваемости населения г. Саянска, расположенного в южной части Иркутской области и характеризующегося умеренным уровнем загрязнения атмосферного воздуха, обусловленного выбросами автотранспорта, позволили рассчитать фоновый показатель для г. Братска.
Анализ динамики заболеваемости по обращаемости населения за 1995-2007 годы свидетельствует о более высоких уровнях показателей в 2002-2004 годах на всех территориях. Следует подчеркнуть, что тренд показателей заболеваемости северных районов повторяет тренд фоновых территорий, но на более высоких уровнях. Несмотря на то, что по общей заболеваемости населения изучаемых территорий РР>1, но статистической значимости показатель не имел (х2<3,38).
Далее остановимся на показателях относительного риска, имеющих статистическую значимость и подтверждающих роль рассматриваемых факторов внешней среды в формировании данных классов болезней. Относительный риск заболеваний органов дыхания характерен для жителей самого северного района -
Катангского: для взрослого населения RR=1,5 (ДИ 1,05-2,02), для детского и подросткового RR=2,8 (ДИ 2,33,5); промышленного центра - г. Братска: для взрослого населения RR=1,3 (ДИ 1,05-1,82), для подросткового и детского RR=1,5 (ДИ 1,21-2,34). Среди детского населения всех территорий относительный риск по обращаемости за медицинской помощью по поводу патологии кожи и подкожной клетчатки превышал допустимый уровень в 1,5-3,5 раза, болезней органов пищеварения - в 1,3-5,4 раза (в г. Братске, Катангском и Киренском районах) и инфекционных заболеваний - в 2,7 раза (в Катангском районе и г. Братске). Средние и высокие уровни относительного риска выявлены для подростков всех территорий по некоторым классам болезней: нервной системы и органов чувств (RR=1,8-2,9); заболеваний мочеполовой системы (RR=1,6-3,2). В г. Братске отмечен также высокий риск психических расстройств среди подростков (RR=4,2, Ди 3,4-6,2) и взрослых (RR=2,3, ДИ 1,4-3,3). Для взрослого населения всей территории характерны риски патологии системы кровообращения (RR=1,7-2,3), опорно-двигательного аппарата (RR = 1,6-2,2) и мочеполовой системы (RR=1,9-3,2).
Для выявления вклада отдельных факторов в вариабельность уровня общей заболеваемости населения северных территорий использовали полученный ранее опыт по моделированию заболеваемости населения Иркутской области [1]. Была разработана методика установления функциональной зависимости заболеваемости от факторов окружающей природной и социальной среды, которая включала: постановку задачи параметрической идентификации по функционалу - минимуму отклонений от имеющихся экспериментальных данных; ее решение с помощью программы PARABOL, в которой реализован метод поиска глобального экстремума минимизируемого функционала.
На основе моделей проведены численные эксперименты с целью прогнозирования заболеваемости отдельных групп населения при изменении условий окружающей природной и социальной среды. Рассмотрены процессы на территории зоны наибольшего воздействия, связанного с промыслом нефти и со строительством трубопровода.
Предложена математическая формализация зависимости заболеваемости населения от основных наиболее влиятельных внешних факторов:
ЬпР
Z = I, - Т + i~ ■ W + и - V. + I.------ + г, -LnC I
I II Ai j i *4 т х т Э I
LtiVi
где T - среднегодовая температура воздуха, °С;
W - обеспеченность врачами, число специалистов на 1000 населения;
V - среднегодовая скорость ветра (м/с);
P - интегральный показатель загрязнения атмосферного воздуха, условные единицы;
C - социальные условия, характерные для города, экспертная оценка, баллы.
Данные представлены наблюдениями за период с 1995 по 2006 год, т.е. г = ,10 . Расчет неизвестных коэффициентов ак,к— ,5 проводился методом наименьших квадратов: находился минимум
суммы квадратов разностей расчетных и экспериментальных данных:
10
F(a) = £(Zt(а)-И,)2,
i=1
где Z (а) - расчетные данные;
И - фактические данные о заболеваемости населения.
Таким образом, задача сводится к поиску минимума функции нескольких переменных F(а) по всем а из множества D, где D - многомерный параллелепипед:
min F(a), D= а <= ln .aj< г-< ii,i- ,n}, а e Э
n = > - размерность искомого вектора.
Задача безусловной минимизации является традиционной задачей глобальной оптимизации, для которой разработано множество подходов и методов. Для решения рассматриваемой конечномерной задачи применяется комбинация методов парабол для вспомогательной задачи одномерного поиска и метода покоординатного спуска для многомерного поиска.
Алгоритм решения поставленной задачи реализован в программе PARABOL, реализованной на языке Си с помощью компилятора C-Builder, работающего под управлением операционной системы MS Windows. Чтобы кроме комплексной «экологической» компоненты учесть роль «биологической» составляющей (в пер-
вую очередь генетически обусловленные особенности организма), введен дополнительный суммарный фактор ^, рассчитываемый по формуле
1 10 7
а = (“)- и),
7 ,=1 1
где каждому из рассматриваемых населенных пунктов поставлен в соответствие определенный верхний индекс 7 = ,3 .
Введение дополнительного фактора, учитывающегося несмотря на увеличение размерности задачи, позволило улучшить аппроксимацию исходной ломанной, построенной по экспериментальным данным.
На основе моделей проведены численные эксперименты, позволившие оценить вклад факторов различной природы в «экологическую компоненту» заболеваемости населения (табл.). Структура вклада достоверно различалась в г. Братске и сельских районах (р<0,05). Установлено, что наибольший вклад в формирование заболеваемости населения г. Братска вносят: социальные условия (48,6%), загрязнение воздушного бассейна селитебной зоны (38,0%) и качество медицинского обслуживания (8,4%). Подтверждением значительной роли фактора техногенной нагрузки в формировании заболеваемости служат данные натурного эксперимента. В городе в период 1995-2000 годов реализована федеральная целевая программа (ФЦП) по минимизации экологического риска, результатом которой стало снижение загрязнения атмосферного воздуха. Анализ вклада предикторов в заболеваемость отдельных групп населения в изучаемые периоды (до внедрения ФЦП и в период ее реализации) свидетельствует о перераспределении структуры вклада (х2=4,2; р<0,05). Во всех возрастных группах увеличилась значимость социального фактора (на 28,9% у детей, 11,5% у подростков и 14,2% у взрослых). Менее значим рост вклада другого социального фактора, рассматриваемого отдельно: обеспеченности медицинскими ресурсами (28; 9,6 и 15,3% соответственно). Отмечено снижение вклада загрязнения атмосферного воздуха у подростков (на 14% по сравнению с периодом «до внедрения фЦп») и взрослых (на 11,5%). У детей доля контаминации воздушного бассейна осталась неизменной и достаточно высокой относительно величин, указываемых в материалах ВОЗ и работах различных исследователей [3, 4, 7].
Структура вклада факторов внешней среды в «экологическую компоненту» заболеваемости населения северных территорий Иркутской области, %
Территория Фактор
природно- климатический социальный техногенное загрязнение обеспеченность ресурсами здравоохранения
г. Братск 5,0 48,6 38,0 8,4
Катангский район 24,2 48,6 7,5 19,7
Жигаловский район 43,5 34,0 11,1 11,4
Киренский район 37,7 39,8 12,0 10,5
Выделяется также Катангский район, для которого большую значимость, чем для других районов, имеет обеспеченность ресурсами здравоохранения (19,7%). Количество больничных коек, а также врачей и среднего персонала на душу населения в Катангском районе больше, чем в среднем по Иркутской области и другим сельским районам. Поэтому считаем, что основное негативное влияние связано с низкой доступностью медицинской помощи из-за значительной удаленности населенных пунктов от центральных районных больниц и от лечебнопрофилактических учреждений областного центра. Наибольшую значимость в формировании заболеваемости во всех изучаемых территориях имеют социальные факторы, объединяющие не только условия, но и образ жизни, среднедушевой доход населения и т.п. Однако хотелось бы подчеркнуть, что хотя средний уровень зарплат работающего населения в последние годы в нефтеносных северных районах и г. Братске сблизился, доля лиц с минимальными доходами, безработных в сельских районах выше, чем в городе. Вместе с тем при психологических опросах отмечено, что уровень тревожности, доля лиц с субдепрессивными и депрессивными состояниями среди населения изучаемых районов ниже, чем у жителей г. Братска.
Таким образом, опыт нашей работы показывает, что использование математических моделей системы «заболеваемость населения - факторы внешней среды» для обоснования мероприятий, направленных на сохранение здоровья, позволяют обосновать возможность снижения заболеваемости с помощью управления приоритетными предикторами, оценить ожидаемые «выгоды» от реализации проектов в области здравоохранения и учесть возможные риски.
Литература
1. Математическое моделирование и прогнозирование заболеваемости детского населения в зависимости от загрязнения атмосферного воздуха (на примере ряда промышленных центров Иркутской области) / В.А. Батурин [и др.] // Сибирская конференция социального развития - ориентиры и критерии моделей будущего развития: сб. тр. - Новосибирск, 1994. - С. 78-81.
2. Измеров, Н.Ф. Медицина труда / Н.Ф. Измеров, А.А. Каспаров. - М., Медицина, 2002. - С.127-151.
3. Социальная гигиена (медицина) и организация здравоохранения / Ю.П. Лисицын [и др.]; под. ред.
Ю.П. Лисицына. - М.,1998. - 698 с.
4. Методика определения величины возмещения за вред, причиненный здоровью граждан экологическими и санитарными правонарушениями (методические рекомендации). - Екатеринбург, 2000. - 46 с.
5. Онищенко, Г.Г. Окружающая среда и состояние здоровья населения Российской Федерации / Г.Г. Онищенко // Здравоохранение РФ. - 2003. - №1. - С. 8-11.
6. Покровский, В.И. Вестн. РАМН. - 2006. - №3. - С. 3-6.
7. Суржиков, Д.В. Оценка риска загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения в системе
социально-гигиенического мониторинга / Д.В. Суржиков, В.Д. Суржиков, А.М. Олещенко // Гигиена и санитария. - 2004. - №5. - С. 50-54.
8. Флетчер, Р. Клиническая эпидемиология. Основы доказательной медицины / Р.Флетчер, С. Флетчер, Э. Вагнер. - М., 1998. - 352 с.
УДК 574.3:598.2 (571.51) В.Б. Тимошкин, О.А. Тимошкина
ЭКОЛОГО-ФАУНИСТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СООБЩЕСТВ ПТИЦ ОКРЕСТНОСТЕЙ г. КРАСНОЯРСКА (КРАСНОЯРСКАЯ ЛЕСОСТЕПЬ И ЗАПАДНАЯ ЧАСТЬ ВОСТОЧНОГО САЯНА)
На основании многолетних наблюдений были получены характеристики сообществ птиц разных биотопов окрестностей г. Красноярска (Красноярская лесостепь и западная часть Восточного Саяна). Выявлены пространственная структура и организация населения птиц. Определен современный видовой состав, численность и биоэнергетика птиц. Установлено, что в настоящее время, несмотря на усиленное антропогенное воздействие, изученные сообщества птиц достаточно стабильны, показателем этого является постоянство потока энергии, проходящего через них.
Ключевые слова: птицы, вид, биотопы, видовой состав, антропогенное воздействие, биоэнергетика.
V.B. Tmoshkin, O.A. Timoshkina
ECOLOGI-FAUNISTIC CHARACTERISTICS OF THE BIRD COMMUNITY IN KRASNOYARSK (KRASNOYARSK FOREST STEPPE AND THE WESTERN PART OF THE EAST SAYAN)
The article constains the results of many years observations of the birds of different biotops community in Krasnoyarsk (the Krasnoyarsk forest-steppe and the western part of the East Sayan). The regional structure and the organization of the of bird populations are revealed. The contemporary specific composition, numbers and bioenergetics of birds are determined. In spite of powerful human being influence at present the studied populations of birds are constant. The index is the constancy of the energy flow which passes through it.
Key words: birds, species, biotops, species content, human being influence, bioenergy.
Красноярская лесостепь по районированию, предложенному А.Я. Тугариновым (1925, 1927), находится в пределах Енисейской зоогеографической границы, которая является очень сложным в природнозональном и в зоогеографическом плане регионом. Он представляет собой область стыка нескольких типов фаун (Штегман, 1938) или фаунистических групп (Сушкин, 1925) западного и восточного происхождения, а горный рельеф в южной части еще больше осложняет картину (Рогачева, 1987). Ранее Алтае-Саянская горная система имела очень важное значение - являлась барьером, препятствующим проникновению различных фаунистических элементов на запад или на восток, однако в результате интенсивного антропогенного влияния зоогеографическая эффективность этого барьера снизилась. Широкое промышленное, транспорт-
