CC BY
5
ществами2. Среди целого ряда ненормируемых продуктов пиролиза сульфадиметоксина в превышающих ПДК в воздухе обнаружены фенол, ацетофенон, нафталин, метилнафтапин, гексеновая кислота, углеводороды С,,— С„. Процесс термодеструкции тазепама сопровождался выделением в существенных концентрациях фенола, нафталина, предельных углеводородов и органических кислот (табл. 2). Хромато-масс-спектрометрическое исследование продуктов разложения позволило оценить эффективность и гигиеническую безопасность используемого способа утилизации лекарственных препаратов.
В выхлопных газах автомобилей наряду со спектром из более 100 летучих углеводородов идентифицировано 70 низколетучих веществ. Основной вклад в суммарное содержание последних вносили группы предельных, непредельных ароматических углеводородов и алкилпроиз-водных нафталина. Более половины идентифицированных веществ не имели гигиенических нормативов. Следовательно, их влияние на здоровье населения остается бесконтрольным.
Идентифицирован спектр из 47 низколетучих веществ, поступающих в воздух помещения с новой обувью, в их числе фенол и его производные, полициклические ароматические углеводороды (нафталин и алкил-нафталины, инден и апкилдигидроиндены), циклические кетоны и эфиры, алкилакриламиды, предельные и непредельные углеводороды С,3—См и др. (рис. I).
Природные объекты также являлись источником выделения низколетучих органических соединений в окружающую среду. Так, выявлен спектр веществ, способных поступать в поверхностные воды из листьев различных деревьев и травы. В частности, в воду водоема из листьев березы поступали фенол, алкил- и метоксиалкилфенолы, резорцин и пропилрезорцин, производные фурана, непредельные и ароматические спирты, предельные органические кислоты С8—С|6 и др.; из листьев тополя — фенол и его производные, ароматические спирты и кислоты, предельные кислоты С5—С|6 (рис. 2); из травы — фенол и алкилфенолы, индолы, органические кислоты и предельные углеводороды до С31.
Таким образом, хромато-масс-спсктрометрическое исследование спектров низколетучих органических соединений существенно расширило перечень идентифицированных веществ, загрязняющих объекты окружающей среды, и обеспечило возможность определения органических соединений до С40, в частности высокомолекулярных галогенсодержащих эфиров, ароматических
2Весьма признательны проф. Н. В. Русакову и сотр. за предоставленные пробы продуктов утилизации.
соединений, насыщенных углеводородов и олефинов, аминов и амидов, бензидинов, насыщенных и ненасыщенных карбоновых кислот и их эфиров, анилинов, нит-роароматических соединений, фталатов, фенолов. Аналитическое исследование низколетучих соединений совместно с идентификацией спектра летучих веществ наиболее эффективно использовать для расшифровки неизвестных загрязнений, идентификации спектров, характерных для конкретного источника загрязнения, составления общего перечня загрязнений окружающей среды, совершенствования системы аналитического контроля, включая переход от определения отдельных веществ целевым анализом к обзорным анализам и разработку многокомпонентных методов контроля, направленных на идентификацию и количественное определение как можно более полного спектра загрязняющих веществ в объектах окружающей среды, для оценки эффективности оздоровительных мероприятий и пр.
Л итература
1. БекреневА. В., Конюхов М. Ю., Холодкевич С. В и др. // Экол. химия. - 2000. - Т. 9, вып. 4. - С. 260— 269.
2. Бродский Е. С., Лукашенко И. М., Калинкевич Г. А., Тибилова Н. И. // Токсикол. вестн. — 1997. — № 4. - С. 19-22.
3. Малышева А. Г. // Гиг. и сан. — 1997. — № 4. — С. 33-37.
4. Малышева А. Г. // Там же. - 1998. — № 4. - С. 42— 47.
5. Малышева А. Г. // Там же. - 1999. — № 1. — С. 43-46.
6. Малышева А. Г., Зиновьева Н. П., Беззубое А. А. // Там же. - № 2. - С. 76-77.
7. Малышева А. Г., Растянников Е. Г., Беззубое А. А., Дорогова М. Д. // Там же. - 2000. - № 5. - С. 69-72.
8. Определение концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе: Сб. метод, указаний. — М., 1997, 2001. - Вып. 1-2.
9. Определение концентраций химических веществ в воде централизованных систем питьевого водоснабжения: Сб. метод, указаний. — М., 1997, 1999. — Вып. 1-2.
10. Определение органических веществ в почве и отходах производства и потребления: Сб. метод, указаний. - М., 2001.
11. Отсон Р., Мак-Маллен Э. // Экол. химия. — 1996. — Т. 5, вып. 1. - С. 49-51.
12. Холодкевич С. Э., Викторовский И. В., Зюзин И. А. // Там же. - 1997. - Т. 6, вып. 4. - С. 230-240.
Поступила 08.05.02
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2003 УДК 614.72:616-053.2]:519.24
И. И. Маторова, Н. В. Ефимова, В. А. Батурин
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬ ДЕТСКОГО НАСЕЛЕНИЯ
НИИ медицины труда и экологии человека — Ангарский филиал НЦМЭ ВСНЦ СО РАМН; Институт динамики систем и теории управления СО РАН, Иркутск
Антропогенное загрязнение атмосферного воздуха оказывает на организм человека отрицательное воздействие и вызывает спектр патологических сдвигов. Имеются данные о возникновении у экспонированного населения как бессимптомных форм с длительным латентным периодом, так и острых, и подострых интоксикаций, заболеваний со специфической симптоматикой [1, 2, 10]. Ряд исследователей указывают на наличие коли-
чественной зависимости между заболеваемостью и содержанием примесей в атмосфере на основе уравнений множественной линейной регрессии [9, 10]. Однако, как правило, указанный метод не позволяет выявить зависимость объясняемой переменной (У) от конкретных отдельных объясняющих переменных (X) и предметная трактовка зависимостей не входит в задачу такого рода исследований [4, 6].
В связи с этим представляется более целесообразным рассматривать математическую модель состояния однородной группы объектов, отклоняющихся от естественной тенденции при действии "возмущающих" факторов. Изучение и прогнозирование вероятных событий в этом случае может осуществляться с помощью марковских цепей [8]. Анализ динамических явлений в течение нескольких лет позволяет определить вероятность перехода единицы наблюдения из одной группы в другую. Устойчивые закономерности перехода в группах, которые обнаруживаются через некоторое время, можно применять при разработке прогнозов.
Одной из особенностей реальной крупномасштабной системы является принципиальная непредсказуемость ее будущего состояния. Можно выделить ряд особенностей, затрудняющих прогноз поведения реальных систем: существуют факторы, которые в основном на динамику не влияют, но иногда оказываются значимыми; для каждой фазы динамики определяющими являются свои собственные факторы; характер и уровень связей для различных фаз существенно различаются; многие закономерности со временем разрушаются.
Цель настоящей работы — применение динамических моделей в медико-гигиенических исследованиях и оценка эффективности прогнозов, разработанных на их основе. Работа выполнялась при поддержке гранта РГНФ 01-02-00465а.
Система уравнений, описывающих влияние загрязнения на заболеваемость, была представлена ранее |3]. В качестве модели изучения зависимости здоровья от техногенного загрязнения воздушного бассейна рассмотрен г. Шелехов Иркутской области. Градообразующим предприятием г. Шелехова является алюминиевый завод, выбросы которого содержат 3,4-бенз(а)пирен, фторсодер-жащие вещества, формальдегид, оксиды азота, серы, углерода и прочие примеси. Средний показатель суммарного загрязнения атмосферного воздуха г. Шелехова за 1981 — 1993 гг. составил 14,9, что можно расценивать как высокоопасное загрязнение. Наибольший вклад в суммарное загрязнение воздушного бассейна вносят вещества 1-го и 2-го классов опасности, оказывающие канцерогенное, обшетоксическое, раздражающее, мутагенное действие и дающие эффект кумуляции в организме. Предметом изучения являлась заболеваемость детского населения в возрастных группах 1—2, 3—6 и 7—14 лет.
Моделирование динамических процессов в исследуемой системе требует определения естественного (невоз-мушенного, фонового) уровня выбранных показателей. В нашем исследовании за естественный уровень приняты значения показателей заболеваемости при отсутствии воздействия загрязнения атмосферного воздуха. Для этого рассчитаны показатели заболеваемости населения в городе с допустимым уровнем загрязнения воздушного бассейна, социальные условия в котором идентичны таковым г. Шелехова. В качестве "периода самовосстановления уровня заболеваемости" рассмотрен промежуток времени (ДО, который проходит от момента полного прекращения действия загрязнения атмосферы О,) до момента, когда показатель заболеваемости приходит к фоновому уровню (12).
Детское население при многолетнем динамическом наблюдении представляет собой изменчивую совокупность, в которой происходит ежегодная сменяемость контингентов физических лиц в каждом годовом интервале возраста. Поскольку М определяется для изучаемых возрастных групп при различных нозологических формах болезней, то здесь, на наш взгляд, необходимо учитывать два основных фактора: 1) сменяемость детей по возрастным группам; 2) длительность биологического действия конкретной примеси, обусловливающей подъем заболеваемости, а также степень устойчивости этого подъема после прекращения воздействия.
Значимость указанных факторов в различных возрастных группах имеет свою специфику. Так, в группе детей в возрасте 1—2 лет фактор сменяемости проявляется бы-
стро и является определяющим при формировании периода самовосстановления. В группах детей в возрасте 3—6 и 7—14 лет все большую роль начинает играть фактор длительности биологического действия загрязнения на детей. Длительность неблагоприятного эффекта обусловлена нарушениями эндокринной, иммунной, других защитных систем организма [5|, причем переход в старшие группы неэкспонированных детей начинает сказываться на субпопуляционных показателях здоровья через довольно значительное время (через 3 года в дошкольной группе, через 5—6 лет в школьной).
Следовательно, возможны следующие варианты поведения системы: 1) снижение заболеваемости до фонового уровня происходит вследствие быстрого "разбавления" группы детьми, родившимися после прекращения загрязнения атмосферного воздуха, т. е. фактор сменяемости преобладает над фактором прекращения биологического действия или опережает его группу; 2) заболеваемость снижается вследствие прекращения биологического действия загрязнения прежде чем начинает влиять фактор сменяемости (группа детей в возрасте 7—14 лет); 3) заболеваемость снижается медленно при большой длительности биологического действия и сменяемости (группы детей в возрасте 3—6 и 7—14 лет); 4) снижение заболеваемости происходит главным образом за счет фактора сменяемости при большой длительности биологического действия загрязнения.
На основании данных литературы о патогенезе и клинике различных видов патологии у детей и опыта эпидемиологического изучения заболеваемости, экспертных данных приняты примерные сроки биологического действия загрязнения атмосферного воздуха, т. е. периоды сохранения повышенных уровней заболеваемости детей после прекращения атмосферного загрязнения.
Созданная модель системы загрязнение воздушного бассейна — заболеваемость детского населения [3] позволяет разработать прогноз заболеваемости при изменении уровня загрязнения на период до 30 лет. Причем в зависимости от целей разрабатываемого прогноза пользователь может изменять параметры модели. Просчитав несколько "сценариев", можно определить интегральный показатель среднегодового загрязнения, достижение которого в атмосфере повлечет положительные изменения в здоровье детского населения конкретного города.
Рассмотрена модель зависимости загрязнение воздушного бассейна — заболеваемость детского населения г. Шелехова при сохранении существующих тенденций загрязнения атмосферного воздуха (1-й сценарий) и при снижении интегрального показателя загрязнения на 5 условных единиц (усл. ед.) на период до 2000 г. (2-й сценарий).
Прогноз заболеваемости детей, разработанный по полученной модели, предполагает увеличение показателей во всех возрастных группах (см. таблицу), однако наиболее чувствительными являются дошкольники.
Выраженная зависимость обращаемости детского населения по поводу острых респираторных заболеваний от техногенного загрязнения выявляется в группах детей в возрасте 1—2 и 3—6 лет. При сохранении существующей степени загрязнения возможно увеличение обращаемости к 2000 г. по сравнению с фоновым на 104— 145%, улучшение состояния атмосферы (на 5 усл. ед.) предполагает снижение заболеваемости на 15—30% (по различным нозологическим формам).
Прогнозные сценарии изучения обращаемости детей за медицинской помощью по поводу острых бронхитов позволили установить незначительную роль загрязнения атмосферного воздуха в этиологии данной нозологии для младших возрастных групп. В старшей же возрастной группе предполагается увеличение острых бронхитов в 3 раза при сохранении высокоопасного уровня загрязнения воздушного бассейна и в 2,4 раза при снижении до "опасного" по сравнению с фоновым. Это обусловлено увеличением влияния длительности хронического воздействия на организм химических примесей.
Прогноз заболеваемости детского населения разных возрастных групп г. Шелехова на 2000 г.
Заболевания 1-й сценарий 2-й сценарий
Все заболевания
1—2 года 3641,6 3103,6
3—6 лет 2396,8 2126,9
7—14 лет 939,2 815.4
ОРЗ
1 —2 года 2449,9 2102,5
3—6 лет 1503,6 1257,7
7—14 лет 466,4 382,6
Острый бронхит
1—2 года 591,5 444.4
3—6 лет 336,0 247,2
7—14 лет 35.4 29.9
Неинфекционные заболевания кожи
1—2 года 97,4 73,5
3—6 лет 57,4 44,0
7—14 лет 22,1 16,0
Заболевания костно-мышечной системы
1—2 года 0,17 0,12
3—6 лет 1,10 0,79
7—14 лет 68,32 49,65
Влияние химических веществ на костно-мышечную систему приводит к резкому увеличению обращаемости детей в возрасте 7—14 лет. Снижение загрязнения на 5 усл. ед. предполагает изменение заболеваемости в 1,4 раза. Значительное увеличение костной патологии в старших возрастных группах можно объяснить наличием в атмосфере г. Шелехова фторсодержащих соединений (твердые фториды и фтористый водород), оказывающих специфическое и кумулятивное действие, клиническое проявление биологического эффекта которых происходит через значительный латентный период.
Спад в промышленном производстве отразился на уровне загрязнения атмосферного воздуха г. Шелехова. Прогноз динамики загрязнения воздушного бассейна оправдался в 2000 г. с точностью 46%. Проведена верификация модели в соответствии с прогнозным сценарием. Точность прогноза по различным возрастным группам и нозологическим формам составляет от 70 до 99%. Фактический показатель обращаемости за медицинской помощью по поводу болезней органов дыхания составил 962,1 случая на 1000 человек, а прогнозный — 1016,0%о (точность 94,5%). Фактический показатель обращаемости по поводу болезней костно-мышечного аппарата был равен 23,5%о, а прогнозный — 20,1%о (точность 83%).
На примере построенной модели определены верхние пределы среднегодового загрязнения воздушного бассейна, при которых отклонения детской заболеваемости не будут превышать фоновую на 3—15%. Методы решения задач по нормированию допустимого загрязнения изложены в работе [7]. Для изучаемого объекта (г. Ше-лехов) получен предел суммарного загрязнения атмосферы, равный 2,6.
Таким образом, разработанная математическая модель рекомендуется для прогнозирования в системе загрязнение атмосферного воздуха — детская заболеваемость. Использование данной модели обеспечивает выявление закономерностей в характере заболеваемости, обусловленной хроническим техногенным воздействием, позволяет установить реальную опасность для здоро- • вья детей.
Л итература
1. Баевский Р. М., Берсенева А. П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. — М., 1997.
2. Барышников И. И., Мусийчук Ю. И. // Медико-географические аспекты оценки уровня здоровья населения и состояния окружающей среды. — СПб, 1992. - С. 11-32.
3. Батурин В. А., Ефимова Н. В., Маторова Н. И., По-чинская Н. В. // Тр. XII Байкальской международной конф. - Иркутск, 2001. - С. 104-109.
4. Голубев И. Р. // Гиг. и сан. — 2001. — № 2. — С. 31 — 33.
5. Казначеев В. П. Современные аспекты адаптации. — Новосибирск, 1980.
6. Киселев А. В., Фридман К. Б. Оценка риска здоровью. Подходы к использованию в медико-экологических исследованиях и практике управления качеством окружающей среды. — СПб, 1997.
7. Константинов Т. И. Нормирование воздействия на динамические системы. — Иркутск, 1983.
8. Модели управления природными ресурсами / Под ред. В. И. Гурмана. - М., 1981.
9. Окружающая среда и здоровье человека / Артамонова В. Г., Чередник А. Н., Верткин Ю. И. и др. — СПб, 1993. - С. 10-16.
10. Сабирова 3. Ф. // Гиг. и сан. - 2001. - № 2. - С. 9-11.
Поступило 30.07.02
