CC BY
87
УДК 616.2:574-002.5/6-001.891.573 П.Ф.Кику, Л.В.Веремчук, Л.А.Белик
МОДЕЛЬ ОБРАБОТКИ МЕДИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
Владивостокский филиал ДНЦ ФПД СО РАМН - НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, лаборатория медицинской экологии и информатики
РЕЗЮМЕ
В статье с позиции системного подхода представлена «модель оценки влияния качества среды обитания на распространение болезней органов дыхания». В основу модели положен поэтапный принцип определения причинно-следственных связей распространения и формирования заболеваний органов дыхания в Приморском крае в зависимости от состояния окружающей среды. Разработанная модель состоит из алгоритма, математической основой которого является информационно-энтропийный и корреляционный анализы. Модель позволяет определить интегральные характеристики качества окружающей среды, установить взаимосвязи между показателями состояния окружающей среды и уровнем заболеваний органов дыхания, рассчитать вклад каждого фактора в изменение показателей бронхолегочной патологии (эколого-популяционные оценки); определить доверительные границы качества воздействующих факторов, влияющих на увеличение показателей заболеваемости органов дыхания на популяционном уровне.
SUMMARY P.Ph.Kiku, L.V.Veremchuk, L.A.Belik
MODEL USED TO PROCESS MEDICAL AND ECOLOGICAL DATA IN PATIENTS WITH RESPIRATORY DISEASES
The paper describes model evaluating environmental effecton respiratory disease incidence. Stage principle, which underlies the model, allows us to determine cause -effect relationship of environment-dependent respiratory diseases in Prymorie. Developed model includes algorithm based on information- entropy and correlation analyses. The model enables us to determine integral characteristics of the environment, relationship between environmental factors and respiratory disease incidence , to evaluate each factor as far as its contribution to broncho-pulmonary pathology at population level.
Среди многих методов научного познания важное место занимает моделирование. В процессе моделирования исследователь абстрагирует некоторые сходные свойства различных объектов, систем и устанавливает между ними определенные соотношения
и связи. Моделирование позволяет при изучении объекта получить качественно новую информацию.
С использованием методологии системного подхода для комплексной оценки влияния факторов среды обитания на болезни органов дыхания была разработана «Модель влияния качества среды обитания на распространение болезней органов дыхания». В основу модели был положен поэтапный принцип определения причинно-следственных связей распространения и формирования заболеваний органов дыхания в Приморском крае, основанный на рассмотрении зависимости между состоянием окружающей среды и показателями заболеваемости органов дыхания на популяционном уровне [2, 3]. Разработанная модель представлена в виде алгоритма, состоящего из взаимосвязанных этапов (рис.).
На первом этапе исследования определялось интегральное состояние окружающей среды с позиции общего восприятия ее человеком с выделением наиболее сильного и устойчивого воздействия отдельных параметров окружающей среды на органы дыхания жителей Приморского края. Данный подход предопределен тем, что развитие любого заболевания не может формироваться независимо от всех взаимосвязанных процессов, происходящих в системе «человек-среда».
Решение поставленной цели реализовывалось с помощью анализа системных зависимостей. База данных представляла набор показателей, характеризующих качественное состояние факторов среды по 32 территориальным объектам. Средовые данные с помощью корреляционного и информационноэнтропийного анализов сопоставлялись с показателями заболеваемости органов дыхания для разных групп населения (дети до 1 года, более 1 года, подростки, взрослые и общее население).
Оценка связи двух составляющих (показатели заболеваемости и среды) проводилась путем расчета безусловной энтропии для каждой группы населения (дети, подростки, взрослые) и условной энтропии зависимости факторов среды и заболеваемости с байесовской позиции оценки гипотез [1]. Если безусловная энтропия указывает на уровень определенности в вариационном ряду заболеваемости, то условная уточняет эту неопределенность (безусловная энтропия в данных исследованиях всегда выше условной). Суммируя обе энтропии, получают общую область информации о целостном процессе зависимости.
Рис. Схема модели оценки влияния факторов окружающей среды на заболеваемость органов дыхания.
Степень значимости полученных зависимостей характеризовалась Я% (избыточность информации), являющаяся наиболее удобной для анализа относительной величиной.
Степень воздействия факторов среды на заболеваемость определялась в следующем порядке расчета:
(Я бі + К уі) х 100 П і =—---------------- (1),
Х(К бі + К уі) і
где Пі - показатель степени воздействия фактора окружающей среды на заболеваемость органов дыхания (в %); Ябі - избыточность информации безусловной энтропии по і фактору; Яуі - избыточность информации условной энтропии по і фактору.
Учитывая особенности воздействия по каждому фактору (Пі) для всей территории Приморского края, можно рассчитать воздействие этого фактора (П— для любой территории:
(Пі х X-) х 100
П і- =—--------------- (^
?(Пі х хі-)
где П -показатель воздействия для і фактора на -территории края (в %); Пі - показатель степени воз-
действия фактора окружающей среды на заболеваемость органов дыхания; Х^ - показатель качественного состояния 1 фактора среды на) территории.
На основании проведенных расчетов методом информационной энтропии и формул 1, 2 были получены показатели степени воздействия факторов среды на органы дыхания человека в Приморском крае. Исследованием установлено, что в экосистеме Приморского края основное и наиболее интенсивное воздействие на органы дыхания оказывают факторы, связанные с плотностью населения и климатическими особенностями муссонного климата. Анализ воздействия факторов среды по отдельным территориям показал аналогичную тенденцию. Нужно отметить некоторую территориальную особенность климатического воздействия - большую значимость его в районах с резко континентальным климатом (Хан-кайский, Хорольский, Черниговский и др.). В городах Находка, Партизанск, Спасск-Дальний и некоторых районах (Пожарский, Хорольский, Октябрьский) значительное воздействие (положительное или отрицательное) на органы дыхания оказывает также состояние растительности (бонитет).
Основной целью второго этапа является определение комплексных причинно-следственных зависи-
мостей регионального уровня в системе «человек -среда» путем проведения аналитической группировки факторов окружающей среды. Механизм анализа представляет процедуру сопоставления факторных комплексов с заболеваемостью органов дыхания в крае в различных группах населения (дети, подростки, взрослые).
Математическим инструментом расчета явился информационно-энтропийный анализ по сгруппированным данным факторов среды и показателей заболеваемости органов дыхания у взрослых, подростков, детей. Проведена оценка распространения болезней органов дыхания населения 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 дыхания более всего влияет блок экологических факторов, особенно данная тенденция проявляется в городах, где отмечается значительная антропогенная нагрузка на среду обитания. Качество питьевой воды также оказывает влияние на уровень болезней органов дыхания среди детей и подростков, проживающих в районах, в отличие от городских жителей данной возрастной группы.
Полученные результаты регионального значения позволяют выявить общие закономерности воздействия второго уровня соподчинения в экосистемах. Если на первом уровне первостепенное влияние оказывает плотность населения, затем климатические факторы, то на втором уровне было уточнено, что на органы дыхания популяции Приморского края большее негативное воздействие оказывают экологические (1 место по значимости) и социальные (2 место) процессы.
При рассмотрении внутреннего соотношения влияния отдельных групп факторов на различные слои населения было установлено, что на детей младше 1 года наибольшее влияние оказывает климат (20%), общее экологическое состояние (17,5%), характер гидросферы (15,8%). На уровень заболеваемости детей старше 1 года влияют общее экологическое состояние (22,3%) и социально-экономические факторы (15,1%). На подростков и взрослых наибольшее негативное воздействие оказывают социально-экономические условия (23,4% и 25,2% соответственно). Анализ полученных результатов показал, что формирование заболеваемости органов дыхания населения Приморского края на 30-50% зависит от воздействия окружающей среды.
Особое внимание было уделено расчету интегрального индекса техногенного воздействия (ИИВ) на человека. Градиентный подход расчета ИИВ позволил учесть «функцию отклика» организма на воздействие факторов внешней среды, связанных с техногенным загрязнением [3]. Диапазон разброса показателя ИИВ в Приморском крае велик (от 0,10 до
0,95). Если учесть, что оптимальными для организма человека считаются величины, находящиеся в пре-
делах 0,60-0,65, то в крае имеются как «девственные», почти не тронутые хозяйственной деятельностью человека места (ИИВ=0,95), так и территории с «чрезвычайной» и «критической» экологической обстановкой (ИИВ=0,10).
Исследование динамики изменения состояния окружающей среды было проведено на примере восьми крупных промышленных городов Приморского края
- Владивосток, Находка, Артем, Уссурийск, Спасск-Дальний, Арсеньев, Большой Камень и Дальнегорск
- типичных представителей экологически неблагополучных зон. Обработка базы данных с помощью градиентного подхода и расчета интегрального индекса воздействия ИИВ позволила установить, что особенно неблагоприятны условия окружающей среды в городах Владивосток (ИИВ=0,453), Артем (ИИВ=0,535), Уссурийск и Спасск-Дальний (ИИВ=0,602), Дальнегорск (ИИВ=0,609), что способствует повышению уровня распространения болезней органов дыхания.
Целью третьего этапа исследования явилось выделение наиболее значимых факторов окружающей среды локального уровня воздействия на различные нозологические формы бронхолегочной патологии в 11 наиболее загрязненных городах Приморского края с различной спецификой хозяйственного освоения. Особенностью третьего этапа работы является создание информационной базы данных, характеризующей специфичные локальные микроусловия урбанизированных территорий, с детальным рассмотрением структуры заболеваний бронхолегочной патологией. Отбор факторов среды проводится одновременно с разработкой критериев их оценки. В результате отобраны 35 факторов окружающей среды, оказывающих наибольшее воздействие на органы дыхания человека.
Поиск зависимости факторов среды по 11 объектам (города) с показателями различных нозологических форм бронхолегочной патологии проводится методом корреляционного и информационноэнтропийного анализов. Корреляционный анализ позволяет выделить наиболее значимые зависимости (г>±0,3). Использование информационноэнтропийного анализа и формулы (3) делает возможным рассчитывать процентное соотношение влияния каждого фактора среды в региональном плане.
Для расчета процентного соотношения влияния факторов среды отдельно для каждого города используется формула:
К х X;
Кв1 = ^------ х 100 (3),
X К; х X;
1
где Кв1 - коэффициент влияния фактора среды на заболеваемость различныыми формами бронхолегочной патологии (%); К; - показатель условной зависимости 1 фактора и конкретной формы заболеваемости; Х; - показатель качественной характеристики 1 фактора среды.
Анализ расчетов показал, что на заболевания
верхнего отдела дыхательных путей всех нозологий, как правило, действует 13 факторов из 35, из них 5 факторов наиболее значимых (>10%) (экспозиция склонов в теплый и холодный периоды года, уровень технологической очистки воздуха, поллинозность растительности и компактность застройки). Заболевания нижнего отдела дыхательных путей (НДП) формируются под воздействием 20 из 35 факторов. Наиболее значимыми являются 9 факторов (интенсивность техногенного воздействия на среду, горизонтальная расчлененность рельефа, экспозиция склонов в теплый и холодный периоды года, полли-нозность растительности, технологическая очистка промышленных выбросов в атмосферу, компактность застройки, наличие туманов, влажность >80%). Причем каждая нозология НДП формируется только характерными для нее факторами воздействия.
На четвертом этапе исследования проводится расчет нормированного показателя потенциального риска техногенного загрязнения воздушной среды (от промышленных и автотранспортных источников), вызывающего реальный (эпидемиологический) риск заболеваний органов дыхания у различных категорий населения (дети, подростки, взрослые) в крупнейших промышленных городах Приморского края. Оценка экологического риска предусматривает процедуру сопоставления показателей выбросов химических компонентов в воздушную среду с уровнем распространения заболеваний органов дыхания в экологически неблагополучных районах края. В качестве общего знаменателя принимается величина регионального фонового загрязнения. Метод расчета фонового уровня загрязнения базируется на применении адаптированных методов вариационной статистики, а также на методе расчета эпидемиологического риска здоровья населения на популяционном уровне [4, 5, 6].
Полученный нормированный показатель позволяет отразить уровень распространенности и значимости изучаемого процесса воздействия, а также создать систему интегральных критериальных показателей оценки качества воздушной среды, определяющих уровень заболеваемости органов дыхания в промышленных городах региона.
Таким образом, разработанная «модель влияния качества среды обитания на распространение болезней органов дыхания» позволяет определять интегральные характеристики качества окружающей среды с позиции общего восприятия ее человеком; устанавливать взаимосвязи между показателями состояния окружающей среды и уровнем заболеваемости органов дыхания; рассчитывать вклад каждого фактора в изменение показателей бронхолегочной патологии (эколого-популяционные оценки); определять доверительные границы качества воздействующих факторов, влияющих на рост показателей заболеваемости органов дыхания на популяционном уровне. Полученные закономерности распространения и формирования болезней органов дыхания позволили разработать систему медико-профилактических мероприятий, направленных на снижение воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бандарин В.А., Иванов Е.П., Колб В.Г. и др. Теория информации в медицине.-Минск: Беларусь, 1984.-272 с.
2. Веремчук Л.В., Кику П.Ф. К вопросу определения экологических нагрузок как показателя формирования здоровья населения (на примере Приморского края)//Гигиенические и профилактические проблемы регионов Сибири: Сб. науч.тр. НИИ КПГПЗ СО РАМН.-Новокузнецк, 1998.-С.19-24.
3. Веремчук Л.В., Косолапов А.Б., Кику П.Ф. Природно-экологические условия жизнедеятельности населения Приморского края.-Владивосток: ДВГАЭУ, 2000.-158 с.
4. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики: Учебник/Под ред. И.И. Елисеевой.-М.: Финансы и статистика, 2000.-480 с.
5. Оценка эпидемиологического риска здоровью на популяционном уровне при медикогигиеническом ранжировании территории: Пособие для врачей/Под ред. А.И.Потапова.- М., 1999.-48 с.
6. Сергиенко В.И., Бондарева И.Б. Математическая статистика в клинических исследованиях.-М.: Гэотар Медицина, 2000.-256 с.
□ □□
