методика исследования

Смагулов Н.К.
Роль временного фактора в экологической оценке
системы "окружающая среда - здоровье населения" /
Н.К.Смагулов, Ш.М.Нугуманова, K.А.Бepcarypoв, С.А.Блялев //
Современные проблемы экологии Центрального Казахстана:
Материалы респ. науч.-практ. конф. «Современные проблемы
экологии Центрального Казахстана». – Караганда, 1996. –
С.408-415.
В настоящее время большое количество работ посвящено изучению
влияния неблагоприятных факторов окружающей среды на показатель
здоровья населения методам гигиенического нормирования (1,8).
Однако недостаточное внимание уделяется
количественнокачественным взаимосвязям в системе "окружающая среда – здоровье
населения" и вопросам иммитационного моделирования, что
затрудняет оперативный контроль состояния окружающей среды при
конкретно возникающих ситуациях, а также сделать качественный
прогноз (7). Для решения вопроса о влиянии факторов окружающей
среды на организм человека и раскрытия механизма действия многими
авторами используются методы математического анализа (3, 6). Но
нередко это сопровождается методическими ошибками и получением в
результате ложных корреляционных зависимостей, что отражается на
конечных результатах и сделанных выводах.
Цель работы – разработка способа качественной оценки и
прогнозирования системы " окружающая среда - здоровье населения".
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Проводились гигиенические исследования степени загрязнения
атмосферного
воздуха
г.Уральска
выбросами промышленных
предприятий
за
период
1989-1993 включающие определение
концентрации аммиака, диоксида серы, диоксида азота, окиси углерода,
сероводорода, серной кислоты, сажы, а также общую запыленность
воздуха, общепринятыми методами (5). Состояние здоровья населения
оценивалось
по
стандартизованным
показателям
общей
заболеваемости и смертности взрослого и детского населения (4).
Из полученных данных динамического наблюдения был создан банк
данных за период 1989-1993 гг. на персональном компьютере с учетом года,
времени и места отбора, температуры воздуха, атмосферного давления,
скорости движения воздуха, его направления. При статистической
обработке
учет
динамических
свойств
биологического объекта
сводился к определению временного интервала i (запаздывания). Под
запаздыванием
в
данном
случае снимаемся то минимальное
потребное
время i,
через которое воздействие вредного фактора
полностью проявит себя в показателях состояния организма. Определение
величины запаздывания производилось по кросс-коорреляционным
функциям (ККФ) входных факторов (уровни концентраций вредных веществ
в атмосферном воздухе) с выходными показателями (показатели общей
заболеваемости и смертности взрослого и детского населения).
Аналитическая обработка состояла из двух подразделов сравнительной (а)
и качественной (б) оценок (рис.1). Первый подраздел (а) включал оценку
степени влияния факторов окружающей среды на здоровье населения с
использованием таких традиционных методических подходов, как метод
сравнения районов с различной степенью экологической нагрузки, метод
"копия-пара" и статистическую обработку. Второй подраздел (б) имел
некоторые методические особенности, состоящие из серии аналитикокорректировочных методов с определением времени "запаздывания",
после чего проводилась корректировка матрицы исходных данных путем
сдвига исходных показателей относительно выходных по годам в
зависимости от временного интервала, т.е. если i было равно 1 году,
анализировали гигиенические показатели за 1989 г. с показателями состояния
здоровья за 1990 г. и т.д. В соответствии с данными расчета на ЭВМ
строились графики ККФ.
Полученные результаты обрабатывались с использованием вариационного,
корреляционно-регрессионного, дисперсионного анализов и метода главных
компонент. Все полученные результаты считались достоверными при 95% и
выше значимости (Р<0.05).
Рис 1. Способ оценки и прогнозирования системы "Окружающая среда
- здоровье населения"
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ результатов исследований с учетом времени запаздывания
показал существенные отличия у предложенного способа оценки системы
"окружающая среда – здоровье населения", чем при использовании
традиционных, методов.
Так, ККФ входных факторов с выходным показателем характеризовались
различными динамическими свойствами, в силу чего они имели различные
величины запаздывании. Например, время "запаздывания" между
концентрацией пыли и общей заболеваемостью равно 4 годам.
Проведенный
корреляционно-дисперсионный
анализ
подтвердил
правильность расчета времени "запаздывания" и внесения корректировки баз
данных во временном аспекте (в годах). Так, у таких показателей как
концентрация, пыли и общая заболеваемость на выявленный период
запаздывания приходятся максимальные коэффициенты корреляции и
наибольший процент влияния основного фактора на функцию.
Графики результатов, полученных с использованием традиционного
методического подхода (без учета времени запаздывания), линейного
корреляционного анализа показали полное отсутствие зависимости между
концентрацией пыли и уровнем общей заболеваемости (коэффициент
корреляции г=0.1). А проведенный дополнительно нелинейный
корреляционный анализ (полином 3 степени) дал прямо противоположный
результат - высокую корреляционную зависимость (г=0,88) и имеет вид Sобразной кривой, т.е. при увеличении концентрации пыли наблюдается
вначале увеличение уровня общей заболеваемости, затем идет ее резкое
снижение, несмотря на продолжающееся увеличение концентрации пыли, и
через определенный период вновь отмечается незначительный рост (рис 2.).
Полученный результат противоречит общепринятым механизмам действия, в
частности, для пыли, что подтверждается результатами дисперсионного
анализа, показывающий низкий процент влияния основного фактора (пыли)
на функцию (6.0%).
При обработке данных с учетом - времени "запаздывания" были
получены принципиально противоположные результаты. Так, после сдвига
двух баз данных на 4 года (что необходимо для концентрации пыли и общей
заболеваемости, у которой время "задержки" 4 года), была выявлена
выраженная корреляционная зависимость не только при использовании
нелинейной корреляции (полинома 3 степени), но и даже при использования
прямой корреляции (рис.2).
Рис. 2. График корреляционных зависимостей между концентрацией
пыли и общем заболеваемости полученные из исходной матрицы: а - без
сдвига, б - со сдвигом. * - линейная, х - нелинейная корреляция. Общая
заболеваемость в случаях на 100000 населения, концентрация пыли в
мг/куб.м, r - коэффициент линейной корреляции, rl - коэффициент
нелинейной корреляции, р - вклад а общую дисперсию в % .
Полученные графические зависимости лучше поддаются логическому
объяснению, т.к. показывают, что увеличение концентрации пыли в
атмосферном воздухе будет сопровождаться соответствующим увеличением
уровня общей заболеваемости, что более соответствует общепринятым
представлениям о действии пыли на состояние здоровья населения. Данное
утверждение подтверждается и результатами дисперсионного анализа, где
процент влияния независимого фактора (пыли) на функцию значителен и
составляет 69.5% (рис.2).
И последним критерием достоверности результатов, полученных при
использовании разработанного способа был многофакторный регрессионный
анализ с построением уравнения регрессии и вычисленные по ним расчетные
показатели функции (уровень ожидаемой общей заболеваемости) и
сопоставление их с имеющимися. При этом исходили из общепринятого
статистического правила (2), если расчетные значения не выходят за пределы
± 2-х сигм (б), то уравнение достаточно верно описывает имеющиеся
зависимости.
Наилучшее уравнение множественной регрессии было получено с
использованием показателей со сдвигом в 3 года. Выбор данного уравнения
обосновывался тем, что в него входило максимальное число факторов - б (по
достоверности их влияния на функцию), наиболее высокое значение
критерия. Фишера (F=658.4) и минимальное значение сигмальных
отклонений (±1.в7), по сравнению с остальными. Следовательно, оно более
точно описывает имеющиеся зависимости уровня общей заболеваемости в
зависимости от концентраций входных факторов.
Подобные результаты получены и в случае с концентрацией пыли и
показателями общей и детской смертности, с концентрацией сажи и общей
заболеваемостью, диоксидом азота с общей заболеваемостью и т.д. Здесь
также отмечаются максимальные значения статистических показателей на
выявленное время задержки.
Таким образом, разработанный способ оценки системы "окружающая среда
- здоровье населения" позволяет получить результаты, качественно
отличающиеся oт традиционно используемого и более точно описан,
количественную зависимость внутри системы "окружающая среда – здоровье
населения".
ВЫВОДЫ
1. Оценка системы "окружающая среда – здоровье человека" должна
проводиться с учетом времен "запаздывания".
2. Математические модели системы "окружающая среда - здоровье
населения", построенные без учета времени "запаздывания", не отражают
реальную ситуацию.
3. Разработанное программно-аппаратурное обеспечение, состоящее из
гигиенических показателей и показателей здоровья населения, позволяет
рассчитать время “задержки” для любой пары показателей системы
"окружающая среда – здоровье населения", а также получить
математическую модель взаимодействия данной системы.
Литература
1. Алферов В,П., Голубев И.Р. Влияние атмосферных загрязнений на
состояние здоровья взрослого работающего населения. / Гигиенические
аспекты охраны окружающей среды: Сб. науч. тр. - М.,1993-с.27-28.
2. Славин М.В. Методы системного анализа в медицинских
исследованиях. - М.,1989 - с.86.
3. Крылова А.И.., Рапута В.Ф., Суторихин И.Ф. Математические
проблемы экологии.. / Тез.докл, 1 Всесиб. конф. по мат. пробл. экол.Новосибирск, 1992.-c. 111.
4. Новосельский С.А. Демографическая статистика. М., 1978.-С.174180.
5.
М.А.Пинигин,
С.А.Авалиани,
Е.А.Рябова,
Комплексные
гигиенические критерии оценки загрязнения атмосферного воздуха. / Сб.
Состояние и перспективы развития гигиены окружающей среды / Под ред.
Г.К.Сидоренко, Ю.А.Рахмакинова. - М.1985. - с.89-9б:
6. Пинигин М.А. Гигиенические основы оценки степени загрязнения
атмосферного воздуха. / Гит. и сан. - 1993.-№7. - c.4-8.
7. Смагулов Н.К. Разработка методического подхода оценим и
прогнозирования функционального напряжения организма рабочих в
процессе трудовой деятельности (на примере операторских профессий
Карметкомбината): Автореф.дисс. ... докт.мед.наук. - Алматы,1993.
8. Leff S. A comprehensive selektive programme of health surveillanet at
school // Publ / Hith.-1989. - №6. - p.475-484.