Способ оценки влияния кратковременного повышения малых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на состояние здоровья населения

 

Изобретение относится к области медицины и экологии. Способ характеризуется тем, что по базе данных по качеству атмосферного воздуха (АВ) за исследуемый период времени в зоне проживания населения, а также по базе данных по обращаемости за экстренной медицинской помощью за тот же период времени с выделением экологически зависимых патологий устанавливают статистически значимую зависимость между количеством обращений за экстренной медицинской помощью по поводу экологически зависимых патологий и ежесуточным градиентом концентраций (ГК) загрязняющих веществ (ЗВ) в АВ, определяют фоновый уровень обращаемости, по отношению к которому устанавливают критическую величину (ГК) по каждому (ЗВ), при достижении которой прогнозируют увеличение обращаемости за экстренной медицинской помощью, характеризующее ухудшение состояния здоровья населения. Способ обеспечивает достоверность оценки влияния кратковременного повышения малых концентраций (МК) - в пределах 1ПДК - загрязняющих веществ (ЗВ) в (АВ) на состояние здоровья населения по обращаемости за экстренной медицинской помощью. 1 табл.

Изобретение относится к области медицины и экологии, в частности к методам оценки экологической обстановки в крупных и малых населенных пунктах по реакции населения, преимущественно детей - как наиболее чувствительного контингента риска, на загрязнение атмосферного воздуха выбросами загрязняющих веществ, и может быть использовано для профилактики экологически зависимой патологии населения, а также для коррекции принципов регламентирования загрязнения атмосферного воздуха промышленными предприятиями не только с учетом гигиенических нормативов, но и с учетом кратковременных (в течение суток) колебаний малых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (в пределах 1 ПДК - предельно допустимой концентрации).

В настоящее время состояние экологической обстановки в месте проживания населения принято оценивать по предельно-допустимым концентрациям вредных веществ в атмосферном воздухе (ПДК). Загрязнение атмосферного воздуха оказывает неблагоприятное влияние на здоровье населения. Наиболее явный отклик в виде острых (включая летальные) реакций такого воздействия наблюдается при значительном уровне содержания загрязняющих веществ, превышающих гигиенические нормативы (более 1 ПДК). В настоящее время политика природоохранительных и контролирующих органов в отношении выбросов промышленных предприятий предполагает внедрение жестких мер по обеспечению предельно допустимого уровня концентраций загрязняющих веществ за пределами санитарно-защитной зоны по всем выбрасываемым загрязняющим веществам.

Однако в результате ряда исследований было выявлено, что даже при отсутствии высоких концентраций загрязняющих веществ в местах проживания населения нарушение состояния здоровья населения происходит в результате кратковременных и незначительных повышений концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (см., например, Dockery D., Pope A. //Partikles in Our Air. Concentrations and Helth Effects / Eds R. Wilson, J. Spengler.- Boston, P. 123-148.) Известен способ оценки влияния кратковременного повышения концентрации загрязняющих веществ на состояние здоровья населения по установлению зависимости показателя смертности населения от повышения концентрации загрязняющих веществ (см. статья: Б. А. Кацнельсон, А.А. Кошелева и др. Влияние кратковременных повышений загрязнения атмосферного воздуха на смертность населения. Журнал "Гигиена и санитария", 1, 2000 г., с. 15-18.) Согласно известному способу оценки на протяжении длительного периода времени (например, в течение года) ежедневно (несколько раз в день) на нескольких стационарных постах Росгидромета, расположенных в разных районах города, собирают информацию о состоянии атмосферного воздуха с последующим формированием базы данных о концентрации загрязняющих веществ по каждому веществу, на каждый день, с последующим определением среднесуточных значений концентраций по каждому загрязняющему веществу, с целью получения средней величины концентрации данного вещества, характеризующей весь город.

Также была создана база данных о смертности за данный период времени с выделением данных по ежедневному количеству смертей в течение контрольного года с дифференциацией по причинам смерти, в том числе и от экологически зависимых патологий. После чего в результате математического анализа с использованием линейной регрессионной модели была установлена статистически значимая зависимость между повышением осредненной концентрации по каждому загрязняющему веществу в атмосферном воздухе и количеством обращаемости за экстренной медицинской помощью (включая и летальные исходы) за исследуемый период. Такой анализ позволяет подтвердить неблагоприятное влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения.

Однако известный способ позволяет оценивать влияние кратковременного повышения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на состояние здоровья населения по крайне жесткой реакции организма - по летальному исходу, что вообще не приемлемо для оценки влияния экологической обстановки на детей - как наиболее чувствительного контингента риска. Поэтому известный способ неуниверсальный.

Известный способ является неуниверсальным и по той причине, что он применим только для больших городов, имеющих крупные по количеству выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

Кроме того, известный способ не обладает достоверностью оценки влияния кратковременного повышения концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе на состояние здоровья населения, поскольку оценка осуществляется только по реакции организма (вызов экстренной помощи) на повышение абсолютной величины концентрации загрязняющих веществ. А поскольку в момент обращения превышения 1 ПДК может и не быть, то такой метод оценки влияния повышения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на состояние здоровья населения не может быть достоверным критерием оценки.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения достоверности оценки влияния кратковременного повышения малых концентраций (в пределах 1 ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на состояние здоровья населения по обращаемости за экстренной медицинской помощью, а также обеспечения универсальности способа оценки состояния здоровья населения любого возраста.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем создание базы данных по качеству атмосферного воздуха за исследуемый период времени в зоне проживания населения путем накопления информации о среднесуточных значениях концентраций по каждому загрязняющему веществу, создание базы данных по обращаемости за экстренной медицинской помощью за исследуемый период времени по всем зафиксированным случаям обращений с указанием диагноза, последующий анализ обращаемости и выделение экологически зависимых патологий и установление статистически значимой зависимости между повышением осредненной концентрации по каждому загрязняющему веществу в атмосферном воздухе и количеством обращаемости за исследуемый период времени за экстренной медицинской помощью, новым является то, что по осредненным концентрациям загрязняющих веществ в атмосферном воздухе определяют ежесуточный градиент концентраций по каждому загрязняющему веществу и статистически значимую зависимость устанавливают между количеством обращений за экстренной медицинской помощью по поводу экологически зависимых патологий и ежесуточным градиентом концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, далее определяют фоновый уровень обращаемости за экстренной медицинской помощью по совокупности количества случаев обращаемости при минимальной концентрации загрязняющих веществ с исключением случайных факторов, по отношению к фоновому уровню обращаемости устанавливают критическую величину градиента концентраций загрязняющих веществ по каждому веществу, при достижении которой прогнозируют увеличение обращаемости за экстренной медицинской помощью, характеризующее ухудшение состояния здоровья населения.

Достижение поставленной выше технической задачи обеспечивается, по-видимому, следующим.

По результатам исследований неожиданно было установлено, что существует статистически значимая взаимосвязь между количеством обращений за экстренной медицинской помощью и величиной изменения (градиента) концентрации загрязняющего вещества в атмосферном воздухе. Такая взаимосвязь существует даже в том случае, когда абсолютное значение концентрации загрязняющего вещества невелико - не превышает 1 ПДК. Это говорит о достоверности предлагаемого способа. Установление этой новой взаимосвязи позволяет установить критическую величину градиента концентрации загрязняющих веществ, при достижении которой наблюдается достоверно значимый прирост обращаемости за экстренной медицинской помощью, для чего определяют фоновый уровень обращаемости по совокупности количества случаев обращаемости при минимальной концентрации загрязняющих веществ с исключением случайных факторов, по отношению к которому и устанавливают критическую величину градиента концентрации по каждому загрязняющему веществу. Установление таких критических величин градиента концентраций позволит осуществить прогноз значимого отклика обращаемости за экстренной медицинской помощью и, следовательно, оценить и предупредить влияние экологической обстановки на здоровье населения.

Способ позволяет оценивать влияние кратковременного повышения малых концентраций загрязняющих веществ на состояние здоровья как детского, так и взрослого населения, а также оценивать такое влияние на население, проживающее как в крупных, так и малых населенных пунктах, что делает способ универсальным.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: - создают базу данных о состоянии атмосферного воздуха в зоне проживания населения, для чего: - ежесуточно замеряют концентрации загрязняющих атмосферный воздух веществ в течение длительного времени; - определяют среднесуточные значения концентраций по каждому загрязняющему веществу; - по осредненным концентрациям загрязняющих веществ в атмосферном воздухе определяют ежесуточный градиент концентраций загрязняющих веществ по каждому веществу; - создают базу данных по обращаемости за экстренной медицинской помощью в течение исследуемого периода времени на территории проживания населения со всеми зафиксированными случаями обращений; - производят анализ структуры обращаемости за экстренной медицинской помощью и выявляют вклад в общую заболеваемость обращения в связи с экологически зависимой патологией (обострение хронических заболеваний органов дыхания; аллергическая патология органов дыхания и кожи); - анализируют зависимость количества ежедневных вызовов от абсолютной осредненной величины концентрации по каждому загрязняющему веществу, а также проверяют наличие отсрочки обращений от абсолютной величины концентрации загрязняющих веществ;
- анализируют зависимость количества ежедневных вызовов от величины градиента концентрации загрязняющих веществ по:
- общей обращаемости (реакция на изменение концентрации формальдегида, хлороводорода - HCL, хлора - CL₂);
- обращаемости по аллергическим заболеваниям кожи (на изменение концентрации сероводорода - H₂S, аммиака - NH₃ хлороводорода - HCL, формальдегида);
- обращаемости по заболеваниям органов дыхания (на изменение концентрации формальдегида, хлороводорода - HCL, хлора - CL₂, сероводорода - H₂S);
- проверяют наличие отсрочки обращаемости по времени от градиента концентрации загрязняющих веществ;
- анализируют динамику изменения обращаемости за экстренной медицинской помощью в течение исследуемого периода времени с целью определения фонового уровня обращаемости за экстренной медицинской помощью по совокупности количества случаев обращаемости при минимальной концентрации загрязняющих веществ, исключая случайные факторы;
- определяют критическую величину градиента концентрации по каждому из загрязняющих веществ математическим методом с использованием итерационного процесса решения задачи;
- по критической величине градиента концентрации загрязняющих веществ по отношению к среднему уровню обращаемости по каждому веществу прогнозируют значимый прирост среднесуточной обращаемости за экстренной помощью.

Пример конкретного осуществления предлагаемого способа.

Для оценки влияния кратковременного повышения концентрации загрязняющих атмосферный воздух веществ на состояние здоровья населения была собрана информация за год (1999 г.) о состоянии атмосферного воздуха в г. Соликамске Пермской области, а также информация по обращаемости за экстренной медицинской помощью за данный исследуемый период времени детей до 14 лет. Экологическая ситуация по г. Соликамску формируется выбросами и сбросами предприятий химической и целлюлозно-бумажной отраслей промышленности, автотранспортом, а также вредным влиянием складированных вокруг города промышленных отходов. Наиболее опасными загрязняющими веществами в атмосферном воздухе г. Соликамска являются формальдегид, фенол, аммиак, хлор, сероводород, хлористый водород, диоксид азота, этилбензол - вещества преимущественно 2 и 3 классов опасности. Замеры концентраций загрязняющих атмосферный воздух веществ производили ежесуточно по 4 раза в сутки на 6 стационарных постах Росгидромета, расположенных в разных районах города. На основе информации, содержащейся в журналах, ведущихся на постах наблюдения, была сформирована компьютерная база данных по качеству атмосферного воздуха.

Сбор первичной информации о частоте обращаемости за экстренной медицинской помощью производили путем выкопировки данных на централизованной станции из журналов регистрации вызовов скорой медицинской помощи к детям в возрасте до 14 лет. На основе первичной информации о замерах концентраций загрязняющих веществ и обращаемости детского населения за скорой помощью были сформированы две согласованные по дате компьютерные базы данных:
- база данных по загрязнению атмосферного воздуха с накопленной информацией о среднесуточных концентрациях загрязняющих веществ по 6 постам наблюдения;
- база данных по обращаемости со всеми зафиксированными случаями обращений за экстренной медицинской помощью с указанием диагноза. При проведении эколого-эпидемиологического анализа использовали международную классификацию болезней и проблем, связанных со здоровьем (МКБ-10). В контрольную группу были включены травмы и отравления, острые инфекционные заболевания органов дыхания (грипп, ОРВИ).

Из базы данных по обращаемости за экстренной медицинской помощью были получены данные об общем количестве обращений за каждый день в течение рассматриваемого года, а также данные об ежедневном количестве обращений для каждого класса болезней.

Анализ структуры обращаемости за экстренной медицинской помощью детским населением г. Соликамска в 1999 г. показал, что наибольший вклад в формирование общего уровня обращаемости (от 11 до 33%) вносят инфекционные заболевания органов дыхания (ОРВИ, грипп), травмы и инфекционные заболевания желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Доля вызовов в связи с аллергическими заболеваниями и обострениями хронических заболеваний органов дыхания в общей структуре экстренных вызовов составляет 5 и 2% соответственно. Несмотря на то, что вклад экологически зависимых патологий в общий уровень обращаемости за экстренной медицинской помощью невелик, однако оценка влияния кратковременных изменений малых концентраций загрязняющих веществ в месте проживания населения на здоровье населения важна, поскольку в этиопатогенезе формирования экологически зависимых патологий определенную роль играют химические факторы загрязнения атмосферного воздуха промышленными предприятиями, даже в случаях, когда концентрация вредных веществ не превышает предельно допустимую (1ПДК).

Первоначально проводили анализ зависимости количества ежедневных вызовов за экстренной медицинской помощью от колебаний абсолютных величин осредненной концентрации веществ, а также проверялось наличие отсрочки обращаемости по времени от абсолютной величины концентрации загрязняющих веществ - временной лаг (величина лага варьировалась от одного до тридцати дней).

По результатам исследования было установлено, что зависимость уровня обращаемости от абсолютных значений уровня загрязнения при малых концентрациях (без превышения 1ПДК) отсутствует. Отсутствует и временной лаг обращаемости по отношению к абсолютной концентрации загрязнителя.

На следующем этапе корреляционным методом проводились исследования зависимости количества обращений за экстренной медицинской помощью и градиентом концентраций загрязняющих веществ. Достоверность коэффициента корреляции проверялась методом однофакторного дисперсионного анализа.

В результате было установлено, что существуют статистически значимые положительные связи между градиентом концентрации загрязняющих веществ и частотой обращаемости за экстренной медицинской помощью (в условиях непревышения 1ПДК).

Указанные статистически значимые положительные связи были получены:
- для общей обращаемости (исключая контрольную) - связь с градиентом концентрации формальдегида, HCL, CL₂;
- для аллергических заболеваний кожи - связь с градиентом концентрации H₂S, NН₃, HCL;
- для заболеваний органов дыхания в целом (исключая острые инфекционные заболевания) - связь с градиентом концентрации формальдегида, HCL, CL₂, H₂S.

Было установлено отсутствие отсрочки (временного лага) обращаемости во времени на градиент концентрации загрязняющих веществ. Этот вывод подтверждается решением задачи по поиску максимума коэффициента корреляции при различных значениях временного лага. Методом перебора было установлено, что максимум достигается при величине лага, равной нулю.

Следующим этапом оценки влияния кратковременного повышения малых концентраций загрязняющих веществ (в пределах 1 ПДК) на состояние здоровья детского населения являлось установление критической величины градиента концентраций загрязняющих веществ, при которой наблюдается достоверно значимое изменение обращаемости за экстренной медицинской помощью. Для этого предварительно установили фоновый уровень обращаемости, который определяли по совокупности количества случаев обращаемости при минимальной концентрации загрязняющих веществ. Динамика обращаемости носит скачкообразный характер по причине случайных факторов, по причине смены рабочих и выходных дней (максимум обращений приходится на воскресные дни, минимум - на среду) и т.п. Это говорит о том, что существует некоторый фоновый уровень обращаемости, который регистрируется в "относительно благополучные дни". Поэтому устанавливают некоторый фоновый уровень обращаемости, который характеризует "относительно благополучные дни"; для этого определяется совокупность дней, соответствующих локальным минимумам обращаемости. Среднее значение фонового уровня обращаемости детского населения по г. Соликамску соответствует среднегодовому фону и составляет 10,7±0,74 случая в сутки. При этом следует отметить наличие трендовой составляющей, соответствующей сезонным изменениям климата: максимальный уровень фона наблюдается в осенний, минимальный - в весенний период времени.

Для определения критической величины градиента концентраций по каждому загрязняющему веществу, при котором наблюдается значимое увеличение обращаемости за экстренной медицинской помощью, решали задачу математическим методом, в которой обращаемость (Z) является функцией изменения некоторого фактора - концентрации загрязнителя (ΔС) во времени. Необходимо найти критическое значение градиента фактора ΔС_кр, при котором наблюдается значимое увеличение обращаемости.

Для решения поставленной задачи область значений ΔС разделили на две области. Первая область характеризовала незначимые изменения обращаемости при изменении градиента фактора. Вторая область характеризовала значимый отклик обращаемости в связи с изменением градиента фактора. Критерием оценки степени влияния фактора на обращаемость служил коэффициент корреляции (r) по Пирсону. При этом значимость отличия коэффициента от нуля проверялась с использованием статистики которая аппроксимируется стандартным нормальным распределением при достаточно больших n. Коэффициент корреляции значимо не различается с нулем, если -u_1-α/2<g/2, где u_1-α/2 - квантиль стандартного нормального распределения порядка 1-α/2.
Для определения ΔС_кр, необходимо было определить значение градиента фактора, который делит все наблюдения на две группы (I и II), такие что r_II -->max. При этом должны выполняться ограничения:


Для решения этой задачи применили метод перебора значений ΔС по всей области определения с шагом 0,01 и выбирали ΔС_кр, при котором значение r_II максимально и выполняются условия (1) и (2). В результате решения задачи определяли критический уровень градиента концентрации веществ в атмосферном воздухе, при котором начинает проявляться значимый отклик (увеличение частоты обращаемости за скорой медицинской помощью). Результаты моделирования влияния кратковременных колебаний малых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на частоту обращаемости за скорой медицинской помощью в г. Соликамске представлены в таблице. Из таблицы следует, что существует довольно четкая зависимость между частотой обращаемости за экстренной медицинской помощью и кратковременным изменением малых концентраций (в пределах 1ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Кроме того, при этом однозначно определены индикаторы прямого токсического воздействия на органы дыхания - H₂S, CL₂, SO₂, HCL и на кожные покровы - формальдегид, SO₂, HCL. Значения критического градиента концентраций ΔС_кр данных соединений укладываются в диапазон от 31 до 71%. Наибольшее влияние на частоту обращаемости за экстренной медицинской помощью детским населением оказывает изменение малых концентраций сернистого ангидрида (SO₂) и сероводорода (H₂S). При градиенте концентрации SО₂ на 57% прирост общей обращаемости составит 3,5 случая в сутки. При градиенте концентрации H₂S на 37% прирост обращаемости в связи с заболеваниями органов дыхания составит 1,2 случая в сутки.

Величину экономического ущерба, обусловленного дополнительными вызовами скорой медицинской помощи при кратковременных колебаниях малых концентраций загрязнителя атмосферы в г. Соликамске, рассматривали на примере увеличения частоты обращаемости за экстренной медицинской помощью при заболеваниях органов дыхания в связи с колебаниями концентраций диоксида серы (SO₂) и рассчитывали как сумму дополнительных затрат на медицинское обслуживание, социальное обеспечение и уровень недополученного дохода.

Выводы.

1. Результаты проведенных исследований подтверждают неблагоприятное влияние загрязнений атмосферного воздуха на состояние здоровья населения при кратковременных колебаниях концентраций в пределах 1 ПДК.

2. Количественная оценка позволила выявить зависимость острых эффектов воздействия (частоты случаев обращаемости за экстренной медицинской помощью) при малых концентрациях не от абсолютных значений уровня загрязнения в атмосфере, а от его градиента.

3. Увеличение уровня обращаемости за скорой медицинской помощью при кратковременных колебаниях малых концентраций загрязнений в атмосфере происходит без отсрочки по времени.

4. Введение понятия "фоновый уровень обращаемости" за скорой медицинской помощью позволяет выделить долю случаев, обусловленных воздействием загрязнений атмосферного воздуха.

5. Химические вещества раздражающего действия (сероводород, хлор, сернистый ангидрид) оказывают прямое токсическое воздействие на органы дыхания и кожные покровы при скачкообразном характере изменения их концентрации в атмосфере даже при соблюдении нормативных уровней (в пределах 1 ПДК).

6. Данный метод эколого-эпидемиологического исследования доказывает необходимость регламентирования загрязнений атмосферного воздуха не только по гигиеническим нормативам, но и с учетом кратковременных (в течение суток) колебаний концентрации.

Формула изобретения

Способ оценки влияния кратковременного повышения малых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на состояние здоровья населения, включающий создание базы данных по качеству атмосферного воздуха за исследуемый период времени в зоне проживания населения путем накопления информации о среднесуточных значениях концентраций по каждому загрязняющему веществу, создание базы данных по обращаемости за экстренной медицинской помощью за исследуемый период времени по всем зафиксированным случаям обращений с указанием диагноза, последующий анализ обращаемости и выделение экологически зависимых патологий и установление статистически значимой зависимости между повышением осредненной концентрации по каждому загрязняющему веществу в атмосферном воздухе и количеством обращаемости за исследуемый период времени за экстренной медицинской помощью, отличающийся тем, что по осредненным концентрациям загрязняющих веществ в атмосферном воздухе определяют ежесуточный градиент концентраций по каждому загрязняющему веществу и статистически значимую зависимость устанавливают между количеством обращений за экстренной медицинской помощью по поводу экологически зависимых патологий и ежесуточным градиентом концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, далее определяют фоновый уровень обращаемости за экстренной медицинской помощью по совокупности количества случаев обращаемости при минимальной концентрации загрязняющих веществ с исключением случайных факторов, по отношению к фоновому уровню обращаемости устанавливают критическую величину градиента концентраций загрязняющих веществ по каждому веществу, при достижении которой прогнозируют увеличение обращаемости за экстренной медицинской помощью, характеризующее ухудшение состояния здоровья населения.

РИСУНКИ

Рисунок 1