CC BY
2
33. Carter W. P. L., Winer A. M„ Pitts J. N. // Environ. Sei. Techno!.— 1981,—Vol. 15, N 7,— P. 831—834.
34. Cox R. A., Derwent R. G., Williams M. R. 11 Ibid.— 1980.—Vol. 14, N 1.— P. 57—61.
35. Cox R. A., Patrick K. F., Chanst S. A. // Ibid.— 1981.— Vol. 15. N 5,— P. 587—592.
36. Desai /., Heicklein /., Bahta A.. Simonaitis R. // J. Photochem.— 1986.— Vol. 34, N 2,— P. 137—164.
37. Grosjean D. // Environ. Sei. Teclinol.— 1982,—Vol. 16, N 5.— P. 254—262.
38. Grosjean D. // Atmos. Environ.— 1983.—Vol. 17. N 11.— p 2379_2382.
39. Grosjean D. // Ibid.— 1984,—Vol. 18, N 18.—P. 1641 — 1652.
40. Hanst P. L„ Spence J. W., Edney E. O. // Ibid.— 1980.— Vol. 14. N 9,— P. 1077—1088.
41. Hanst P. L.. Wong N. W., Bragin J. // Ibid.— 1982.— Vol. 16, N 5.— P. 969—981.
42. Hanst P. L„ Gay B. W. // Ibid.— 1983,—Vol. 17, N 11.— P. 2259—2265.
43. Hatakei/ama S., Ohno M„ Weng J.-H. et al. // Environ. Sei. Techno!.— 1987 —Vol. 21, N I.—P. 52—57.
44. Horowitz A., Colvert 1. G. // J. phys. Chem.— 1982.— Vol. 86, N 16.— P. 3105—3114.
45. Hough A. M., Derwent R. G. // Atmos. Environ.— 1987.— Vol. 21, N 9,— P. 2015—2033.
46. Ibusuki T. // Kogai.— 1980.—Vol. 15, N 2,—P. 97—102.
47. Kamens R. M., Jeffries H. E., Sexton K. G., Wiener R. W. // Atmos. Environ.—1982,—Vol. 16, N 5.—P. 1027—1034.
48. Kamens R. M.. Gery M. W„ Jeffries H. E. et al. // lilt. J. chem. Kinet.— 1982,— Vol. 14, N 9.— P. 955—975.
49. Kerr J. A„ Stocker D. W. // J. Atmos. Chem.— 1986.— Vol. 4, N 2,- P. 263—276.
50. Kleindienst T. E., Shepson P. B., Edney E. O. et al. // Environ. Sei. Technol.— 1985.— Vol. 19, N 7,— P. 620—627.
5!. Kleindienst T. E , Edney E. O.. Namie G. R.. Claxton L. D. // Atmos. Environ.— 1986.—Vol. 20, N 5,— P. 971—978.
52. Kleindienst Т. £., Shepson Р. В., Hodges D. N. et al. // Environ. Sci. Technol.— 1988,—Vol. 22, N I.— P. 53—61.
53. Laffond M., Foster P., Massot R., Peraud R. // Atmos. Environ.— 1985.—Vol. 19, N 8.— P. 1277—1282.
54. Leone J. A., Seinfeld J. H. Ц Int. J. chem. Kinet.— 1984.—Vol. 16, N 2,— P. 159—193.
55. Leone J. A., Seinfeld 1. H. // Environ. Sci. Technol.— 1984,—Vol. 18, N 4.— P. 280—287.
56. Leone J. A., Seinfeld J. H. // Atmos. Environ.— 1985.— Vol. 19, N 3,— P. 437—464.
57. Lopez A., Prieur S., Fontan J., Barlhomeuf M O. // Ibid.— 1987,— Vol. 21, N 3.— P. 671—685.
58. Messot R., Foster P.. Laffond M., Nicotra C. // Actual. Chim.— 1980.— N 10.— P. 15—19.
59. Miyamoto J., Shiozawa K. // J. Jap. Soc. Air Pollut.— 1980.— Vol. 15, N 7,— P. 271—274.
60. O'Brien R. ]., Dumdei В. E. // Analyt. Chem.— 1984.— Vol. 56, N 8,— P. 1329—1335.
61. Sakugawa H., Kaplan I. R. // Atmos. Environ.— 1987,— Vol. 21,— P. 1791 — 1798.
62. Shepson P. В., Heicklein J. // J. Photochem.^ 1982.— Vol. 19, N 3,— P. 215—227.
63. Shepson P. В., Kleindienst Т. E., Edney E. O. et al. // Environ. Sci. Technol.— 1986,—Vol. 20, N 10.— P. 1008— 1013.
64. Shepson P. В., Kleindienst Т. E., Nero С. M. et al. // Ibid.— 1987.— Vol. 21, N 6.- P. 568—573.
65. Singh H. В., Salas L. J. Ц Atmos. Environ.— 1983.— Vol. 17, N 8,— P. 1507-1516.
66. Singh H. В. U Environ. Sci. Technol.—1987,—Vol. 21, N 4,— P. 320—327.
67. Slott V. L„ Hales B. F. 11 Teratology.— 1985,—Vol. 32, N 1.— P. 65—72.
68. Takagi H., Washida N.. Akimoto H. et al. // J. phys. Chem.— 1980,— Vol. 84, N 5.— P. 478—383.
69. Winer A. M„ Breuner G. M.. Carter W. P. L. et al. // Atmos. Environ.— 1979,—Vol. 13, N 7,— P. 989—998.
Поступила 01.11.89
Гигиена воды, санитарная охрана воды и почвы
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1991 УДК 614.777:519.86
Г. Н. Красовский, Н. В. Зайцева, Я. И. Вайсман, 3. И. Жолдакова, А. В. Михайлов
ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЗАВИСИМОСТИ ВОДНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА - ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва; Пермский политехнический институт
Проблемы математического моделирования в области гигиены воды и санитарной охраны водоемов представляют научный и практический интерес для широкого круга специалистов медицинского и технического профиля, разрабатывающих концепцию обоснования допустимой антропогенной химической нагрузки на население. Это обусловлено интенсивным развитием нового научного направления, совершенствованием его методологии, в том числе математического моделирования параметров и функций системы окружающая среда — здоровье. Накопление фактической информации о механизме и степени влияния антропогенной нагрузки факторов окружающей среды на население, адекватное и достоверное количественное описание существующих законо-
мерностей формирования «отклика» на различных уровнях моделирования системы окружающая среда — здоровье открывают новые возможности проверки, корректировки или обоснования оптимальных гигиенических критериев качества окружающей среды.
Рассматривая эти вопросы применительно к по-пуляционному уровню, следует отметить, что их решение имеет весьма широкий спектр объективных усложняющих условий. Так, известно [1, 3], что наиболее правомерным путем поиска закономерностей формирования того или иного процесса, в том числе развития заболеваемости на популяционном уровне, является экспериментальное моделирование, позволяющее гипотетически обосновать механизм развития и математическую
и
логику изучаемого процесса. Реализация стохастической во времени и пространстве многофакторной (несколько десятков переменных) модели антропогенной (в том числе водной) химической нагрузки на организм в условиях эксперимента имеет известные ограничения и низкую эффективность.
В этой связи возрастают требования, предъявляемые к математическим моделям зависимостей окружающая среда — здоровье в эпидемиологии неинфекционной заболеваемости. Организация эпидемиологических исследований состояния здоровья населения, подвергающегося, например, антропогенной химической нагрузке, позволяет получать обширный статистический материал, отражающий так называемый эксперимент в натурных условиях. Поскольку количество единиц наблюдения может быть сколь угодно велико, при слабой априорной гипотетизации возникает необходимость подбора адекватной математической модели, достоверно отражающей реальную суть процесса формирования заболеваемости населения под влиянием исследуемых факторов. При этом, адаптируя положения [4], следует считать, что математическая модель должна быть относительно простой, теоретически полной, пригодной для прогнозирования, ориентированной на идентификацию парадоксальных ситуаций и строгой в математическом отношении. В соответствии с указанным, современный этап развития математического моделирования в гигиене воды и санитарной охране водоемов в связи с влиянием на здоровье населения можно обозначить лишь как начальный. Дальнейшее развитие исследований в этом направлении существенно ограничено как отсутствием или слабой проработкой теоретических основ развития патологического процесса на орга-низменном и популяционном уровнях в условиях реального, многофакторного, переменного во времени воздействия, так и низким уровнем адапти-рованности прикладного математического и программного обеспечения.
В настоящей работе делается попытка анализа возможностей использования математических моделей зависимости окружающая среда — здоровье, полученных с учетом комплекса указанных теоретических и практических ограничений. Поставленная задача — изучение влияния водной химической нагрузки на здоровье населения — решалась на примере крупного индустриально развитого города с населением свыше 1,2 млн человек. Централизованное хозяйственно-питьевое водоснабжение в нем осуществляется из двух крупных зарегулированных водных объектов — приемников сточных вод химической, металлургической, машиностроительной, целлюлозно-бумажной, электротехнической и других отраслей промышленности.
В ходе работы сформирована (за период 1981 — 1988 гг.) динамическая информационно-поисковая база данных (ИПБД) о качестве воды водных
объектов в районах водозаборов и питьевой воды, состоянием атмосферного воздуха в районах наблюдения (всего более чем 700 показателей), состоянии здоровья для 22 половозрастных кон-тингентов населения (по более чем 100 нозологическим формам болезней). Для ведения базы данных, управления информацией и реализации пакета прикладных программ СОМИ на ЭВМ ЕС-1060 было разработано 14 оригинальных программ с различными режимами ввода, обобщения, выборки и печати информации.
В процессе корреляционно-регрессионного анализа данных методом шаговой регрессии [2] получены следующие адекватные и достоверные зависимости, вероятностно описывающие исследуемую систему наблюдения (см. таблицу).
Анализируя модели, представленные в таблице, следует отметить, что они имеют достаточно высокую степень достоверности и адекватности для уровня вероятности /9^0,05 и степеней свободы /?=96. Основными допущениями, принятыми при построении моделей, являлись относительно адекватные уровни воздействия на население любых факторов окружающей среды, в том числе количественно оцененных аэрогенных. Очевидно, что приведенные модели упрощенно описывают лишь часть реального процесса в линейной области. Вместе с тем с учетом внутренней корреляционной структуры взаимосвязи исследуемых переменных факторов в комплексе анализируемых показателей можно выделить приоритетные. К ним относятся показатели качества воды, характеризующие ее загрязнение взвешенными веществами, легко- и трудноокисляющимися органическими соединениями, солями металлов на фоне неорганического загрязнения атмосферы.
Развитие тех или иных форм заболеваний в различных половозрастных контингентах населения можно рассматривать как результат реализации стохастических процессов воздействия комплекса факторов. Приведенные формы математической аппроксимации этих процессов количественно не оценивают вероятностного запаздывания эффекта. Вместе с тем в силу своей детерминированности они позволяют выявить факторы, контингенты и формы «риска» для принятия гигиенически обоснованных решений, в конкретном случае — это аллергические и экзематозные проявления, конъюнктивиты, стоматиты, холециститы у детей, кардио- и церебросклероз у взрослых, онкологическая патология у взрослого населения (см. таблицу). Полученные модели были использованы для оценки эффективности гигиенических нормативов в условиях реальной санитарной ситуации, характеризующейся особо сложными региональными условиями многофакторного загрязнения. Расчеты показали, что для ряда исследуемых нозологических форм заболеваний: холециститов у детей вообще и девочек в частности, экзематозных проявлений у девочек, кардиосклероза и церебросклероза у мужчин, онкологической
Вероятностные модели зависимости заболеваемости населения от химических факторов окружающей среды
Водозабор, подъем Нозологическая форма болезней Половозрастная группа Уравнение регрессии Статистический параметр
Я
I, 1 подъем Холецистит Все дети (0—14 лет) У= 0,192 Хнт+0,047 Хс,—23,058 Хпс с + +5,772 0,43 0,18 5,11
Бронхит То же У=-0,215. +0,852 ЛжССТ+3.3 ХРс+ + 14,25 Хф(,„+807,1 ХМп— 0,68 0,46 9,16
—39,121 Х50 —0,606
Холецистит Девочки (0—14 лет) У= 1,985 ХБПК+1,451 Х„сфт+40,59 ХСг+ +0,61 0,45 0,20 5,71
Аллергическая То же У= 1,974 -0.27 Х5|+20,229 Х„0г с с+ 0,49 0,24 7,25
реакция +0,349
Бронхит » » У=0,73 Хжсст+830,88 ХМп+106,9 Х2п--35,39 Х5ОгСС-1,10 0.61 0,37 9,81
I, 2 подъем Холецистит Все дети (0—14 лет) У= -1,73 ХрН—25,39 Хпс с +20,29 У=-0,17 Ххпк+7,9пс.с.+334 Х,с- 0,36 0,13 5,2
Аллергическая То же 0,44 0,19 5,43
реакция —0,23
Аллергическая Девочки (0—14 лет) У=-8,97 ХРс+3,99 м р-0,34 0,41 0,16 6,86
реакция
II, 1 подъем Экзема Все дети (0—14 лет) У=43,29 Х№+2,434 ХШг м „ +0,021 У=0,123 Хмт+2,15 ХР-0М Хвзъ + + 1,595 0,40 0,16 6,49
Конъюнктивит То же 0,51 0,26 6,02
Стоматит Мальчики (0—14 лет) V——0,172 Хжес1+2,135 ХШз+ +20,34 ХСц+0,605 0,44 0,19 5,44
Экзема Девочки (0—14 лет) У=-0,026 Ххпк+0,72Хбпк+ +3,18 Х»0гСС-0,028 0,52 0,27 8,41
Конъюнктивит То же У=0,188 Хмт—0,211 Х01+3,232 0,48 0,23 10,26
II, 2 подъем Экзема Все дети (0—14 лет) У= 1,254 Ад|—6,938 Хпс с+1,191 0,41 0,16 6,81
I, 1 подъем Церебросклероз Все взрослые У=0,595 Х,»н —0,095 Ххпк-0,091 Х0+ + 1,694 0,48 0,16 6,61
Все мужчины У=0,035 Хмт— 1,513 ХрН +11,465 У=-1,984 Х н+0,06<)хМп+ + 13,488 Хфе„+2,187 Х„сфт+ + 13,346 Хспдв+12,098 0,40 0,16 6,40
Кардиосклероз Мужчины, V группа 0,71 0,51 13,73
Холецистит Все мужчины У=0,929 ХМН)+165,16 Х№+0,313 0,43 0,18 7,61
I, 2 подъем Церебросклероз Все взрослые У =0,023 ХС1+0,239 0,46 0,21 18,41
Все мужчины У= 0,076 Хмт+0,05 Хс,—0,764 0,64 0,41 23,68
II, 1 подъем Опухоли молочной железы Все женщины У=0,011 Хост—0,014 Хс,—0,025 Х50 — —0,181 0,57 0,32 10,76
Опухоли трахеи. Все взрослые У=0,014 Ххпк—2,301 Хспдв+ 0,55 0,30 9,69
бронхов +0,14 ХСОсс—0.135
II. 2 подъем Опухоли молоч- Все женщины У= 0,002 Хост+0,034 Хс0 своб—0,739 0,42 0,18 9,66
ной железы
Примечание. 1?, /?2 — коэффициент множественной корреляции и его квадрат; ^ — критерий Фишера; Хмт — мутность воды; ХС| — содержание хлоридов в воде; Хпсс — среднесуточная концентрация пыли в атмосфере; Хм0]— содержание нитритов в воде; Х{^0гСС — среднесуточная концентрация двуокиси азота в атмосфере; Хжест — жесткость воды; ХРс — содержание железа в воде; ХфС1|'— содержание фенола в воде; ХМп — марганец в воде; Х50;1СС — среднесуточная концентрация сернистого ангидрида в воздухе; ХБПК — БПК воды; Х0г — растворенный в воде кислород; ХЛ! — остаточный алюминий в воде; ХиН) — аммиак в воде; Ххпк — ХПК воды; ХрН — рН воды; ХНСфТ — нефтепродукты в воде; •^СПАВ — СПАВ в воде; Х№ — никель в воде; Хжг — сухой остаток воды; Х501 — сульфаты'в воде; ХСОсс — среднесуточная концентрация окиси углерода в атмосфере; ХСОзСаоб — свободная углекислота в воде; ХСг — хром в воде; Х5! — кремний в воде; Х2п — цинк в воде; Л"мог м.р — максимально разовая концентрация двуокиси азота в атмосфере; ■^пзв — взвешенные вещества в воде; ХСи — медь в воде. Содержание химических веществ в воде выражено в мг/л, а в воздухе — в мг/м3.
патологии у женщин и др., эффективность гигиенических нормативов в условиях реальной комбинации химических факторов воды подъемов 1 и 2 обоих водозаборов является недостаточной. Так, вероятностное достоверное повышение заболеваемости над соответствующими минимальными уровнями распространенности патологии при нор-мативно-расчетном качестве воды получено для болезней пищеварительной системы (холециститы у детей 0—14 лет — на 42 %, холециститы у девочек 0—14 лет — на 110%), болезней кожи и
подкожной клетчатки (экземы у девочек — на 2,2 %), болезней системы кровообращения (кардиосклероз и церебросклероз у мужчин — соответственно на 33 и 45 %), новообразований у женщин (опухоли молочной железы — на 17,3 %) и др.
Интерпретация результатов математической модели позволяет также сделать определенную постановку вопроса в отношении частных коэффициентов регрессии, а именно необходимости их сравнительной оценки с целью выбора измеренных
в различных единицах приоритетных переменных с максимальным вкладом в формирование конкретной патологии. В этом плане представляется целесообразным осуществление регуляризации параметров модели, т. е. расчет частных коэффициентов регрессии не для абсолютных значений переменных, а относительно «нормализованных» величин факторов, а именно приведенных к ПДК (или нормативу). В этом случае ограничения в интерпретации параметров модели нивелируются. Анализ моделей с их регуляризацией позволил в виде приоритетных показателей качества питьевой воды выделить следующие: содержание взвешенных веществ, железа, фенола, марганца, никеля, хрома, нефтепродуктов, трудноокисляемых органических веществ.
Таким образом, использованные приемы математического моделирования позволяют, несмотря на определенные допущения и ограничения, существенно расширить и углубить гигиенический анализ и постановку задач в области развития дальнейших исследований по изучению влияния реальной нагрузки загрязнений на здоровье населения и сформулировать требования к математическим моделям, аппроксимирующим исследуемые зависимости. Для принятия конкретных, гигиенически обоснованных водоохранных решений математические модели должны адекватно описывать патологический процесс формирования заболеваемости с водно-химической этиологией у населения в целом или половозрелых контингентов риска. В этой связи высокую надежность в интерпретации данных математического моделирования можно получить на основе традиционного регрессионного анализа причинно-следственных взаимосвязей с абсолютно идентифицированной этиологией заболеваемости (флюороз, метгемоглобине-мия, ангиосаркома и др.), обусловленной специфическим воздействием химических факторов воды, в том числе на пороговом уровне.
Многочисленными экспериментальными исследованиями подтверждается определенная сопряженность спектра токсикологических проявлений при специфическом и неспецифическом действии химических факторов воды, особенно в области пороговых и подпороговых уровней. В этих условиях регрессионные многофакторные модели с линейной аппроксимацией могут быть использованы с определенной степенью допущений. В частности, в области пороговых или подпороговых уровней воздействия исследуемых факторов надежная интерпретация результатов моделирования может быть получена только при высокой степени его достоверности и адекватности этиона-тогенетическим процессам. Последнее определяется также целями экстраполяции полученных результатов на недостаточно исследованные экспериментальные области при обосновании теоретических и методических основ оценки комбинированного действия и проверке надежности гигиенических нормативов в условиях многофакторной нагрузки.
Литература
1. Вычислительные процессы и системы.—Вып. 3 / Под ред. Г. И. Марчука.— М., 1935.
2. Дрейлер И., Смей Г. Прикладной регрессионный анализ: Пер. с англ.— М., 1987.
3. Зуев С. М. Математические модели заболеваний и анализ экспериментальных данных.— М., 1987.
4. Hoffman G. W.. Cooper-Willis A.. Chow М. // International Conference Proceedings.—Berlin, 1986,—P. 15—31.
Поступила 13.. 1.89
Summary. Hygienic aspects of building and analysis of mathematical models of the relationship water chemical stress — health of the population are presented in the article. The developed methodological approaches are approved at the example of two water objects — sources of centralized water supply of a big industrial city in the West Urals. The proposed methods of mathematical modelling make it possible to significantly broaden and deepen hygienic analysis and tasks for the development of futher studies in the field of investigation of health effects of actual body burden of pollutants.
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1991 УДК 614.777:613.311-074
В. В. Цапко, Р. к. Г акал, И. В. Миронец, Н. Б. Булыга, В. И. Ляшенко, Г. А. Рочняк, Н. В. Мартыщенко, В. С. Коновалов, Л. А. Малахова
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ, ПРЕДЛОЖЕННЫХ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В ПРАКТИКЕ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Республиканский научный гигиенический центр, Киев
Проведено гигиеническое изучение и определены возможность и условия применения в водоснабжении клеевых композиций «Спрут-4У», «Спрут-9М» на основе жидкого натриевого стекла и эпоксикаучука.
Изучаемые клеевые композиции предназначены для применения в практике хозяйственно-питье-
вого водоснабжения для склеивания водопроводных труб и в качестве антикоррозионных покрытий. Применение клеевых композиций, обладающих хорошими противокоррозионными свойствами, позволит получить значительный экономический эффект (за счет увеличения сроков эксплуатации водопроводных труб, экономии металла) и
