CC BY
3
Таблица 4
Интенсивность аэрозолеобразования источниками мгновенного действия в микробиологической лаборатории
Операция (ситуация)
Значение параметра источника
Падение капель микробной взвеси 5,7
Падение и разбивание пробирки с культурой 1,9 Открывание пробки флакона с микробной взвесью
после ее встряхивания 3,5 Падение и разбивание колбы с материалом [5) 3,0 Механический удар по стеклянному ферментеру с его разбиванием [3] 3,7 Повреждение ферментера детонацией подрывного заряда [3] 6,1
ю-7 10~7
,0-10 10-5
Ю-7
Ю-7
ных для конкретных лабораторий, методик и условий работы персонала.
Выводы. 1. Для количественной характеристики потенциальной опасности работ в микробиологической лаборатории целесообразно использование относительных показателей, характеризующих аэрозолсобразующую активность лабораторных операций и возможных аварий.
2. В основе методики оценки потенциальной опасности аэрозолеобразования лежит определение возможной доли микроорганизмов, поступающих в воздух, в расчете на единицу объема или времени действия источника.
3. Для характеристики источников продолжительного действия рекомендован показатель — фактор распыления, для источников мгновенного действия — параметр источника.
Литература
1. Лшмарин И. П., Воробьев А. А. Статистические методы в микробиологических исследованиях.— Л., 1962.
2. Основы техники безопасности в микробиологических и вирусологических лабораториях / Дроздов С. Г., Гарин Н. С., Джиндоян Л. С. и др.— М., 1987.
3. Aschcroft J., Pomeroy N. P. 11 J. Hyg. (Gamb.).— 1983.— Vol. 91, N 1.— P. 81—91.
4. Biohazards Safety Guide. National Institute of Health (U. S. Department of Health, Education and Welfare Public Health Service, National Institutes of Health).— 1974.
5. Dimrnik R. L., Vogl W. !'., Chatigny M. A. 11 Biohazards in Biological Research / Eds. A. Hellman, M. N. Oxman, R. Pollack.— New York, 1973.— P. 246—266.
6. Kruse B. S. // Amer. J. clin. Path.— 1962,— Vol. 37, N 2,— P. 150—158.
7. Miller C. D., Songer J. R., Sullivan J. E. // Amer. industr. Hyg. Ass. J.— 1987,— Vol. 48, N 3.— P. 271—275.
8. Phillips В. II J. chem. Educ.— 1965,— Vol. 42, N 1,— P. 43—48.
9. Pike R. M. Ц Hilth Lab. Sci.— 1976.— Vol. 13, N 2.— P. 105—114.
10. Pike R. M., Richardson J. H. // Diagnostic Procedures for Virus and Rickettsial Disease and Chlamydial Infections / Eds. E. H. Lennette, N. J. Schmidt.— New York, 1979,— P. 49—60.
Поступила 24.06.93
© М. Ю. АНТОМОНОВ, Л. Т. РУСАКОВА. 1993 УДК 616.1 /.8-02:614.7|-07:519.24
М. Ю. Антомонов, Л. Т. Русакова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА МАГ ДЛЯ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ
Научный гигиенический центр Минздрава Украины, Киев
В современной гигиене отчетливо прослеживается тенденция все более широкой математизации и компьютеризации, обусловленная двумя взаимодополняющими процессами — с одной стороны, растет потребность гигиенистов в более мощных и точных математических методах, необходимых для решения все более сложных гигиенических задач, с другой — увеличивается потенциал современной прикладной математики и вычислительной техники, приемлемой для использования в гигиене; к гигиеническим проблемам привлекаются все более квалифицированные кадры; расширяется парк используемой вычислительной техники. Особенно наглядно этот процесс прослеживается в пограничных с гигиеной научных областях: эколого-популяционных, социально-гигиенических, эпидемиологических исследованиях, при создании разнообразных систем мониторинга за состоянием окружающей среды и здоровья населения. В научных гигиенических исследованиях получили достаточное распространение различные компьютерные статистические пакеты, рассчитанные на пользователей с разной (в том числе и не очень высокой) математической подготовкой: импортные SAS, MicroSTAT, STATGRAPHICS и многочисленные отечественные разработки. В последнее время в разных НИИ гигиенической и экологической ориентации начинают появляться разнообразные пакеты, непосредственно предназначенные для гигиенистов-исследователей. Все они значительно различаются по сложности эксплуатации, математической наполненности, удобству использования, ориентированы на разные сферы научной деятельности.
На наш взгляд, наиболее важным является внедрение современных методов прикладной математики и их программно-алгоритмическая реализация для исследования и анализа изменения состояния здоровья при действии вредных факторов окружающей среды Эта наиболее сложная в методическом плане задача, решение которой без применения современных математических методов многомерной статистики и компьютерной техники практически невозможно. При этом негативный опыт использования АГИС «Здоровье» только подтверждает необходимость разработки и использования специфических проблемно-ориентированных математических мето-
дов, поскольку классические методы корреляционного и регрессионного анализа, использующиеся в АГИС, как это уже окончательно ясно, недостаточно адекватны для решения этой задачи.
В связи с этим в РНГЦ Минздрава Украины в лаборатории математических методов в гигиене разработан программно-алгоритмический комплекс математического анализа в гигиене (МАГ), который может быть использован для обработки результатов в эколого-гигиеническнх исследованиях и для поддержки управленческих решений по оптимизации окружающей среды и защите здоровья населения. Комплекс ориентирован для использования на ПЭВМ типа IBM PC XT/AT или программно-совместимых с ними н может функционировать в различных интеллектуальных режимах (для подготовленного или неквалифицированного пользователя).
При обработке натурных данных о состоянии окружающей среды и здоровья населения комплекс позволяет:
— устанавливать взаимосвязи между всеми показателями среды и здоровья;
— рассчитывать вклад каждого из факторов и всей их совокупности в изменение показателей здоровья;
— рассчитывать «норму» здоровья для всех показателей;
— формировать интегральные характеристики качества окружающей среды и состояния здоровья населения (эколого-популяционные оценки);
— строить математические модели среда — здоровье различного вида и уровня сложности и исследовать их изменение во времени в предположении раздельного (независимого) или совместного действия факторов;
— рассчитывать прогноз изменения здоровья при изменении величины или времени действия факторов окружающей среды;
— определять границы изменения воздействующих факторов, при которь.х происходит либо не происходит достоверное ухудшение состояния здоровья по сравнению с «нормой» (рассчитывать подпорогн, пороги и максимально допустимую нагрузку).
МАГ снабжен базой данных, позволяющей упорядочивать заносимую информацию о среде и здоровье, корректировать.
удалять и выбирать ее по простым запросам, и справочником наименований и нормативов факторов воздушной и водной среды, регистрируемых в СЭС.
Результаты анализа данных представляются в виде итоговых таблиц по каждому из разделов математической обработки или в виде графиков и диаграмм. Таблицы результатов и исходные данные записываются в файлы на диск, могут быть прочитаны, скорректированы и выведены на печать и дисплей как средствами самого пакета, так и с помощью любого другого текстового редактора.
Интерфейс пакета выполнен в виде Norton-оболочки. Выбор операций осуществляется с помощью функциональных клавиш FI—F10, назначения которых для стандартных операций типа «помощь», «удаление», «запись», «чтение», «выход» совпадают с общепринятыми. Для других действий оператора используется только 5 функциональных клавиш: Enter, Spacebar, ESC и стрелки, что создает определенные удобства для пользователя, сокращает время освоения пакета и уменьшает возможность совершения ошибок. В пакет включены математический справочник и система помощи, комментариев, справок и подсказок, облегчающая работу пользователя. Цветовая палитра выбрана в соответствии с требованиями инженерной психологии и гигиены труда операторов ЭВМ. В пакете имеется блок преобразования массивов, позволяющий проводить нормировку данных, их логарифмирование, возведение в степень и другие операции (всего 13). С его помощью возможно построение любых нелинейных моделей произвольного вида и сложности. Предусмотрена защита от неправильных действий оператора. В целом МАГ включает в себя более 150 программных модулей, часть из которых может использоваться независимо, например, такие крупные программы, как Reg-регрессионного или Gr-графнческого анализа. При вызове справок, помощи и информации использована видеопамять.
Пакет написан на языке Турбо Си версии 2.0. Общий объем ехе-файлов равен 450 К. Пакет может работать с дискеты либо с твердого диска и не критичен к расположению на диске, объему задействованной части ОЗУ и конфигурации ПЭВМ. При написании программ не использованы дополнительные сервисные пакеты для Си (типа Vitamin), что позволило существенно уменьшить размер ехе-модулей и объем используемой части ОЗУ.
При составлении комплекса МАГ использованы современные методы статистики и многомерного анализа данных. Все применяемые алгоритмы модифицированы применительно к специфике исходных данных и классам решаемых задач.
Кроме того, С помощью МАГ можно проводить статистическую обработку данных, включающую следующие операции:
— расчет первичных статистических характеристик выборок;
- нормировку данных по разным алгоритмам;
— построение вариационных рядов и их гистограмм;
— оценку вида распределения;
— расчет табличных (критических) значений квантилей и вероятностей разных распределений (Гаусса, Стьюдента, Фишера и др.);
— статистическое сравнение выборок по параметрическим и непараметрическим критериям;
— построение двух- и трехмерных графиков с возможным их выводом на печать;
— корреляционный анализ (парный и множественный);
— дисперсионный анализ (одно- и двухфакторный) ;
— линейный регрессионный анализ (одно- и многофакторный);
— нелинейный регрессионный анализ (экспоненциальных, логарифмических, сигмондных и горбообразных функций);
— анализ временных рядов;
— использование элементов дискриминантного, факторного и кластерного анализа для задач классификации, объединения и обработки многомерных массивов.
С помощью МАГ была обработана информация о состоянии окружающей среды и ее влиянии на состояние здоровья населения Киева.
Сами исходные данные о среде и здоровье были получены от Киевской городской СЭС для 4 зон за 4 квартала 1990 г. Информация о воздушной среде собрана от стационарных постов наблюдения по следующим 12 ингредиентам: фенолу, формальдегиду, сероуглероду, аммиаку, взвешенным веществам, окиси азота, окиси углерода, сернистому ангидриду, двуокиси азота, соляной кислоте, сероводороду и хлору. Состояние здоровья оценивали по обращаемости детей по всем (приемлемым для них) нозологическим единицам, отчетность по которым предусмотрена в АГИС «Здоровье».
С помощью пакета МАГ был проведен динамический анализ изменения состояния воздушной среды к установлена достоверная тенденция к ухудшению ее качества для 3 зон; проведено ранжирование этих зон по достоверности этой тенденции.
Поскольку в данных о здоровье было достаточно много «пропущенных значений», они были реконструированы математически 3 взаимодополняющими способами под контролем графического анализа: случайной подстановкой из всего диапазона изменения показателей, подстановкой средних значений и расчетом по математическим моделям интегральная среда частные показатели здоровья.
Для всех исходных данных, включая «восстановленные», был применен регрессионный анализ, в результате чего подобраны наиболее адекватные модели типа изолированный фактор среды — частный показатель здоровья. На этом этапе были выделены наиболее информативные показатели здоровья и наиболее значимые факторы среды. По регрессионным моделям были рассчитаны значения «нормы» показателей здоровья, т. е. такие значения, которые были бы при предельно нормативном загрязнении среды, и выполнен переход к «безразмерным и стьюдентизированным переменным». Установлено достоверное во времени увеличение заболеваемости во всех зонах наблюдения по некоторым (2—3) нозоформам. На этом же этапе были сформированы интегральные характеристики состояния здоровья и показано соответствие ряда для зон, ранжированных по «интегральному здоровью», ряду, ранжированному по «интегральной среде», рассчитаны «фоновые» значения заболеваемости по всем районам на период до начала наблюдения.
Для показателей состояния среды установлены взаимосвязанные группы (кластеры), позволявшие идентифицировать источники загрязнения воздушной среды по составу «букета» ингредиентов. Аналогичный анализ был выполнен и для показателей здоровья.
Наибольший интерес представлял анализ влияния факторов среды на показатели здоровья. Установлено достоверное влияние сернистого ангидрида и двуокиси азота на болезни глаз, взвешенных зеществ — на возникновение острого тонзиллита, окиси углерода — на острый бронхит и пневмонию, зависимость болезней кожи от концентрации взвешенных веществ.
Для всех достоверно действующих факторов среды были рассчитаны подпороговые и пороговые концентрации, построены функции максимально допустимой нагрузки. Сравнительную вредность веществ и чувствительность показателей здоровья оценивали по абсолютным значениям порогов и под-порогов и по степени их близости между собой. В среднем нозо-формы по своей чувствительности ко всем факторам среды образовали следующий ранжированный ряд: пневмония — (болезни глаз+гастрит) — отит — болезни печени — (болезни кожи+острый бронхит) —острый тонзиллит — болезни органов пищеварения. Факторы по степени «вредности» образовали следующий ряд: сернистый ангидрид — окись углерода — взвешенные вещества — (формальдегид+двуокиси азота) — аммиак. Для функций максимально допустимых нагрузок показана зависимость значений пороговых концентраций от числа учитываемых факторов. Например, для пневмонии наиболее простая из функций максимально допустимой нагрузки для I квартала 1990 г. имела вид:
у _п 17 X 4-П 49 X 4-П 01 У
1 пневмонии < ' лвзв. локись углерода 1 *лдвуокись азота*
откуда пороговые значения изолированного действия взвешенных веществ, при котором возникает достоверное увеличение пневмонии было равно Хвзв „= 11,8 ПДК, при учете наличия в воздухе окиси углерода на уровне Г1ДК это значение уменьшилось: Х0311 „ (окись углерода) =8,7 ПДК, а при учете и третьего, достоверно действующего фактора — двуокиси азота становились еще меньше: Хвзв в (окись углерода, двуокись азота) =8,6 ПДК.
В целом использование пакета МАГ для обработки данных о среде и состоянии здоровья в Киеве позволило выявить наиболее значимые факторы, установить наиболее вредные источники загрязнения воздушной среды, определить зависимость некоторых заболеваний от этих факторов, получить прогноз изменения здоровья, рассчитать пороговые и подпороговые уровни отдельных факторов в предположении их независимого и совместного действия.
Проверка работы пакета МАГ на различных натурных данных показала его эффективность по сравнению со стандартными статистическими пакетами, а удобство и простота его освоения позволяет надеяться на самое широкое использование его в практике гигиенических и эколого-гигнениче-ских исследований.
Поступила 16.02.93
