CC BY
34
УДК 614.71: 616-056.22
Т.А. Елфимова Т.С. Зароднюк 2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОГО АНАЛИЗА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЗАВИСИМОСТИ ПОТЕРЬ ЗДОРОВЬЯ ОТ ОСТРОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
1 Ангарский филиал ВСНЦ экологии человека СО РАМН - НИИ медицины труда и экологии человека
(Ангарск)
2 Институт динамики систем и теории управления СО РАН (Иркутск)
Представлены результаты трехмерного анализа данных о смертности, обращаемости за скорой медицинской помощью по поводу болезней органов дыхания и системы, кровообращения и данных об остром, загрязнении, атмосферного воздуха. Выявлены, территория, наибольшего риска увеличения потерь здоровья и. нижний предел уровня, краткосрочного загрязнения атмосферного воздуха. Ключевые слова: трехмерный анализ, обращаемость, смертность, загрязнение атмосферного воздуха
USING THE THREE-DIMENSIONAL ANALYSIS IN STUDYING THE DEPENDENCE OF HEALTH DISORDERS ON ACUTE EXPOSURE TO ATMOSPHERIC AIR POLLUTION
T.A. Elfimova 1, T.S. Zarodnjuk 2
11nstitute of Occupational Health and Human Ecology ESSC HE SB RAMS, Angarsk
2 Institute of System and Theory Dynamics of Management, Siberian Division of Academy of Sciences,
Irkutsk
The results of the three-dimensional analysis of the mortality data, the usage of the first medical aid. in connection with, the morbidity of the respiratory organs and circulation, system, as well as the data on the acute atmospheric air pollution are represented, in this paper. A territory of the largest risk of the increase in the health, disorders and the lower level limit of the short-term, atmospheric air pollution have been revealed.
Key words: three-dimensional analysis, usage of medical aid, mortality, atmospheric air pollution
В настоящее время, в результате увеличения объемов производства, увеличения автопарка, учащения различных нештатных, аварийных ситуаций, возрастает нагрузка на окружающую среду, которая ярко выражается в загрязнении воздушного бассейна. По данным регулярных наблюдений на станциях Росгидромета за период 2004 — 2008 гг. увеличились средние за год концентрации взвешенных веществ на 4,2 %, диоксида азота — на 5,1 %, формальдегида
— на 12,5 %. Данные наблюдений показывают, что уровень загрязнения атмосферы остается высоким. В 67 % городов Российской Федерации степень загрязнения воздуха оценивается как очень высокая и высокая и в 19 % городов — как низкая. В городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферы проживает 56,3 млн. человек [4].
В связи с увеличивающимися нагрузками на окружающую среду и возрастающим числом людей, которые подвергаются воздействию химического прессинга, существует необходимость оперативной обработки данных, так что бы в короткие сроки было возможно управлять сложившейся ситуацией.
Цель исследований — оценить зависимость показателей заболеваемости и смертности от загрязнения атмосферного воздуха по данным ежедневных наблюдений с помощью трехмерного анализа.
МЕТОДИКА
Работа проводится на примере г. Читы Забайкальского края. Горно-котловинный рельеф местности в сочетании с особенностями климата
способствуют застою воздуха с чрезвычайно низкой рассеивающей способностью. Частые периоды метеорологических условий, неблагоприятных для рассеивания примесей, создают высокий потенциал загрязнения воздушной среды в Чите. Согласно районированию территории страны по климатическим условиям рассеивания примесей от низких источников выбросов город относится к пятой зоне, имеющей высокий потенциал загрязнения атмосферы. Орографические и климатические условия местности, в которых расположен город, делают загрязнение атмосферного воздуха крайне опасным явлением для населения. Площадь территории муниципального образования — 534 кв. км. По численности населения город относится к категории крупных населенных пунктов. Плотность населения — 578 человек на 1 кв. км. На территории выделяется четыре административных района: Центральный, Ингодинский, Железнодорожный, Черновской. Промышленные предприятия рассредоточены по всей территории города. В городе можно выделить следующие промышленные зоны: промышленная зона, находящаяся в западной и северо-западной частях города (Черновской и Железнодорожный районы), где расположены предприятия теплоэнергетики, машиностроения, легкой промышленности, стройиндустрии и предприятия транспортного комплекса; юго-западная промышленная зона (Железнодорожный и Ингодинский районы), в которой располагаются тепловозоремонтный завод, локомотивное депо, склады различных организаций, предприятия по перера-
ботке кож, теплоэнергетики, строительные организации. Среднегодовое загрязнение атмосферного воздуха селитебной части города оценивается как высокое, и г. Чита входит в список городов с наибольшим уровнем загрязнения воздуха.
Анализ существующих зон загрязнения воздушной среды позволяет установить, что они сопоставимы с границами административных районов города Читы, которые отличаются друг от друга по количеству размещенных в них источников загрязнения атмосферы [2]. С учетом этого в наших исследованиях город был условно разделен на четыре района, привязными точками к которым были городские поликлиники. Для каждой точки, по каждому месяцу (март, апрель, май), были сформированы соответствующие массивы данных. Оценка краткосрочного загрязнения атмосферного воздуха проведена в течение трех месяцев, различных по среднесуточной температуре и, относящихся в условиях Забайкалья к трем сезонам: холодному (март со средней температурой —3,1 °С), переходному (апрель Т = 2,3 °С), теплому (май Т = 7,5 °С).
При первичной оценке кратковременного загрязнения атмосферного воздуха была использована информация о ежедневных разовых и среднесуточных концентрациях, по 6 постам, следующих ингредиентов: взвешенные вещества, фенол, сажа, формальдегид, оксид углерода, диоксид серы, диоксид азота, сероводород (всего 12900 разовых проб). Данные были предоставлены Читинским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды ГУ «Читинский ЦГМС-Р». Опасность загрязнения воздушного бассейна оценивалась по частоте и кратности превышения значений предельно допустимых концентраций (ПДК) для отдельных веществ и индексу опасности для приоритетных классов болезней (Н1 органов дыхания и кровообращения). Исходя из информации о разовых и среднесуточных концентрациях был рассчитан индекс опасности для условий одновременного поступления нескольких веществ одним и тем же путем:
Н1 = ZHQ1 (1),
где HQ — коэффициент опасности для отдельных
веществ.
HQ = АСЖГС (2), где АС — средняя концентрация (мг/м3); RfC —
референтная концентрация (мг/м3).
Расчеты были произведены в соответствии с «Руководством по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду» Р 2.1.10.1920-04 [5].
Для характеристики потерь здоровья использована информация о ежедневной обращаемости за скорой медицинской помощью в этот же период, с марта по май 2008 г. (по материалам станции скорой медицинской помощи г. Чита). Рассматривались случаи обращения за скорой медицинской помощью по поводу болезней следующих классов: органов дыхания и системы кровообращения. Всего, за рассматриваемый период было проанализировано 2209 обращений по классу заболеваний органов
дыхания и 2742 обращения по классу заболеваний системы кровообращения. Здесь же, в рамках проводимой оценки, использовалась информация о ежедневной смертности среди населения от ведущих причин заболеваний (за изучаемый период зарегистрировано 225 случаев).
Первичная оценка была проведена с помощью трехмерного анализа исследуемых данных, который осуществлялся на основе программного пакета Surfer (Golden Software). Основным его назначением является обработка и последующая визуализация наборов данных определенного формата, описываемых функцией типа z= f(x,y).
Построение поверхностей выполнено с использованием наиболее применяемого в обработке экспериментальных данных геостатистического метода крикинга, принадлежащего семейству методов наименьших квадратов [1, 6].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Нами рассмотрено несколько сценариев. По первому сценарию откликом служил показатель заболеваемости по классам болезней органов дыхания и сердечно-сосудистых заболеваний, а объясняющими переменными: показатели индекса опасности (HI) и смертности. По второму сценарию как отклик рассматривались коэффициенты смертности по причинам болезней органов дыхания и сердечно-сосудистой системы, объясняющими переменными являлись обращаемость и HI. Для каждого района, а потом и для города в целом, были построены трехмерные графики, показывающие взаимные изменения всех показателей.
При изучении уровня валовых выбросов установлено, что загрязнение воздуха города происходит преимущественно за счет выбросов взвешенных веществ, диоксида серы, оксида углерода и диоксида азота, вклад которых в валовых выбросах составляет 38,1, 31,5, 17,9 и 7,2 % соответственно. Учитывая направленность ингаляционного действия примесей, выделены приоритетные классы болезней, в формировании которых качество атмосферного воздуха может играть важную роль (болезни органов дыхания и болезни органов кровообращения). К ингредиентам, определяющим уровень опасности для указанных классов, относятся формальдегид, диоксид азота, взвешенные вещества, оксид углерода, диоксид серы. Индекс опасности, обусловленный краткосрочным воздействием в г. Чите, в среднем составил 3,91. Максимальное значение индекса опасности (HI), равное 19,1, отмечено в апреле, в день с опасной скоростью (8 м/с) ветра северо-северо-западного направления. Анализ климатических параметров свидетельствует, что именно в подобные дни наблюдаются наиболее высокие уровни загрязнения.
Мы рассмотрели частоту ежедневных случаев смерти от изучаемых причин. Установлено, что в среднем в сутки регистрируется 0,22 случая смерти от заболеваний сердечно-сосудистой системы и 0,032 — от патологии органов дыхания. В сутки с максимальным уровнем HI зафиксировано 3,0 слу-
чая смерти от сердечно-сосудистых заболеваний, 1,0 — от болезней органов дыхания. Обращаемость за скорой медицинской помощью по поводу изучаемых причин практически не отличалась и в среднем за три месяца составила от сердечно-сосудистых заболеваний — 10,5 и от болезней органов дыхания
— 10,2 случая в сутки. Интересно отметить, что в период с максимальным Н1 увеличивается число обращений в 2,2 и 2,8 раза соответственно.
Ниже представлены трехмерные графики для г. Читы, отображающие изменения обращаемости и смертности в зависимости от индекса опасности. Установлено, что при умеренном повышении загрязнения атмосферного воздуха (Н1 < 3) уровень обращаемости и смертности соответствует средней величине, в отдельные моменты наблюдаются флуктуации смертности, воспринимаемые на трехмерном графике визуально как «пики» до
0,25 случаев в сутки (рис. 1). При увеличении загрязнения до 5 и выше отмечается стойкое повышение обращаемости за медицинской помощью по поводу болезней органов дыхания и кровообращения до 4,5 случаев в сутки. Смертность при этом также возрастает и стабилизируется на показателях 0,6 случаев в сутки.
Для более четкого восприятия зависимости смертности от двух переменных: загрязнение и обращаемость, приведем на рисунке 2 плоскостное изображение изучаемой зависимости, где по оси абсцисс представлена шкала обращаемости, а по оси ординат — Н1. Изолинии отражают уровень ежедневной смертности.
Более выражен рост объясняемых переменных на территории Центрального района (рис. 3).
Зарегистрировано увеличение обращаемости до 18 случаев сердечно-сосудистых заболеваний и болезней органов дыхания в сутки при индексе опасности для данной патологии не имеющей отличий от среднего по городу (Н1 = 6). При этом наблюдалось и значительное увеличение смертности (до 2 случаев в сутки, что в 2,5 раза выше, чем в среднем по городу). Выявленное отличие от поведения изучаемых параметров при анализе массива данных в целом по г. Чите заставляет обратить внимание на неопределенности результатов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Неопределенности, связанные с оценкой суммарных индексов опасности, в основном, касаются вопросов синергизма или антагонизма действия различных смесей химических веществ [5, 6 — 8]. Учет этих неопределенностей значительно расширяет перечень условий, которые ограничивают возможности определения суммарного риска. Так же, одним из наиболее очевидных источников неопределенности в моделях является недостаточность информации об исследуемых при анализе параметров, будь то свойства популяции, природной среды или физико-химические свойства вещества [2]. Вариабельность заболеваемости и смертности по классу болезней органов кровообращения зависит от возрастной структуры населения, на что указывают в своих работах В.А. Медик, Л.А. Михайлова [2, 3]. Другим источником неопределенности служат различия в доступности и уровне медицинской помощи. Однако данный фактор для изучаемой модельной территории незначим, т. к. станция скорой медицинской помощи является
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
О
Рис. 2. Зависимость смертности от загрязнения атмосферного воздуха и обращаемости за медицинской помощью. Ъ -индекс опасности, О - обращаемость, изолинии - смертность.
Рис. 3. Зависимость ежедневной обращаемости и смертности населения Центрального района г Чита от загрязнения атмосферного воздуха. Z - индекс опасности, S - смертность, О - обращаемость.
централизованной и обслуживает все население г. Чита.
Таким образом, с помощью трехмерного анализа выявлены территория наибольшего риска и нижний предел уровня краткосрочного загрязнения атмосферного воздуха примесями, обладающими действием, направленным на состояние органов дыхания и кровообращения (HI = 3), выше которого наблюдается устойчивое повышение ежедневной обращаемости за скорой медицинской помощью и смертности населения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Колесов А., Павлова О. Пакет Surfer — обработка и визуализация двумерных функций. — Режим доступа : http://www.compress.ru.
2. Медик В.А. Заболеваемость населения: история, современное состояние и методология изучения. — М., 2003. — 321 с.
3. Михайлова Л.А. Гигиенический анализ влияния качества городской среды на онкологическую заболеваемость населения (на примере промыш-
ленного центра Сибири) : автореф. дис. ... канд. мед. наук. — Иркутск, 2009. — 25 с.
4. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2008 год. — М. : Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 2009. - 181 с.
5. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду ; Р 2.1.10.1920-
04. — М. : Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2004. — 143 с.
6. Aldrich T., Griffith S., Cooke C. Environmental epidemiology and risk assessment. — N.- Y., 1993. — 274 p.
7. Stein M.L. Interpolation of Spatial Data: Some Theory for Kriging. — N.-Y., 1999. — 247 p.
8. Zeger S.L. at al. Exposure measurement error in time-serios studies of air pollution: concepts and consequences // Environmental Health Perspectives.
— 2000. — Vol. 108, N 5. — P. 427 — 434.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ, проект № 09-07-00267 и РГНФ, проект № 0902-00650.
Сведения об авторах
Елфимова Татьяна Александровна - аспирант Ангарского филиала ВСНЦ ЭЧ СО РАМН (665827, г Ангарск, 12-а микрорайон, д. 3; e-mail: [email protected])
Зароднюк Татьяна Сергеевна - аспирант Института динамики систем и теории управления СО РАН (664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 134; e-mail: [email protected])
