Геоэкологические аспекты мониторинга здоровья населения промышленных городов

С.А. Куролап 2009-02-16 19:26

Изложены научно-методические принципы регионального мониторинга здоровья населения. На примере крупного промышленного города показаны перспективы создания компьютерных банков медико-экологических данных. Рассмотрены подходы к оценке риска здоровью и к эколого-гигиеническому зонированию на базе современных информационных технологий.

Содержание

• Введение
• Научно-методические основы мониторинга городской среды
• Геоинформационные технологии
• Индикационные (маркерные) критерии и банки медико-экологических данных
• 1. Блок параметров состояния здоровья населения
• 2. Блок параметров состояния окружающей среды
• 3. Блок параметров нормативно-справочной информации
• Оценка риска здоровью населения
• Эколого-гигиеническое зонирование
• Зона пониженной комфортности
• Зона удовлетворительной комфортности
• Зона повышенной комфортности
• Заключение
• Литература
• Об авторе

Введение

Среди разделов современной экологии все более актуальным становится одно из прикладных направлений — урбоэкология. Крупные промышленные города превращаются в центры острейших экологических проблем. Прогрессирующая урбанизация ведет к очевидным негативным последствиям: загрязнению городской среды, неконтролируемому росту отходов производства и потребления, деградации растительности и как следствие — ухудшению здоровья населения, проживающего в урбанизированных районах. Заболеваемость населения, как в фокусе, отражает весь спектр неблагоприятных экологических последствий, происходящих в среде обитания.

В последние годы наряду с широким развитием мониторинговых подходов в системе экологического контроля и управлении качеством окружающей среды определенные успехи достигнуты и в разработке научно-методических основ регионального мониторинга здоровья населения крупных промышленных регионов. Реальное воплощение этой задачи становится целесообразным и особенно эффективным в связи с развитием и совершенствованием современных информационных технологий.

В статье излагаются основные принципы мониторинга здоровья населения промышленных городов с учетом контроля состояния среды обитания, иллюстрируемые практическим опытом разработки этой проблемы в Воронеже — крупнейшем промышленном центре Центрального Черноземья с населением около 1 млн человек.

Научно-методические основы мониторинга городской среды

Согласно сложившимся представлениям, мониторинг "среда—здоровье" (медико-экологический мониторинг) определяется как система организационно-технических и профилактических мероприятий, обеспечивающих наблюдение за состоянием среды обитания, здоровья населения, их оценку и прогнозирование, а также действий, направленных на выявление, предупреждение и устранение влияния вредных факторов среды обитания (факторов риска) на здоровье населения.

Факторы риска — это условия окружающей среды, существенно повышающие риск возникновения заболеваний населения. По мнению большинства отечественных и зарубежных экспертов ВОЗ, здоровье человека и его заболеваемость определяются по крайней мере четырьмя группами факторов, взаимодействующих в следующем соотношении: 1) медико-генетическими (20%), 2) образом жизни и качеством питания (50%), 3) состоянием окружающей среды (20%), 4) уровнем развития здравоохранения (10%) [1]. Вопросы количественной оценки вклада каждой группы факторов в общую структуру заболеваемости населения важны, так как определяют объем и специфику профилактических мероприятий.

Методология выявления связей в системе "среда—здоровье" базируется обычно на следующих принципах.

1. При оценке воздействия окружающей среды на здоровье населения наиболее часто в качестве основного параметра общественного здоровья выбирают заболеваемость детского населения. Детский контингент — своеобразная индикаторная группа, отражающая реакцию коренного населения на вредные воздействия факторов среды. Целесообразность учета детской заболеваемости определяется тем, что дети в меньшей степени, чем взрослые, подвержены внутригородской миграции. Они теснее привязаны к территории, на которой живут и учатся, не испытывают непосредственного влияния профессиональных вредностей. Кроме того, из-за анатомо-физиологических особенностей дети более чувствительны к качеству среды обитания, а сроки проявления неблагоприятных эффектов у них короче. Это повышает достоверность медико-статистических исследований, позволяя делать более объективные выводы об экологической обусловленности заболеваний.
2. В подавляющем большинстве случаев в связи с загрязнением окружающей среды наблюдается однотипная структура изменения показателей здоровья детей. Например, отклик организма на уровень атмосферного и почвенного загрязнения среды в порядке убывания образует ряд: 1) иммунологическая реактивность; 2) острые заболевания органов дыхания аллергического характера; 3) отклонения от нормы функциональных и физиологических показателей — нарушение гармонического физического развития, увеличение числа лейкоцитов в крови при снижении гемоглобина (анемия); 4) рост хронических заболеваний; 5) увеличение частоты врожденных аномалий, новообразований, болезней крови, системы кровообращения, реагирующих на качество среды обитания [2].

3. Среди геоэкологических факторов риска здоровью горожан обычно выделяют уровень атмо- сферного загрязнения, качество питьевой воды, почвы, архитектурно-планировочную структуру городского пространства, определяющие комфорт жизнеобеспечения и являющиеся предметом контроля соответствующих мониторинговых природоохранных и гигиенических ведомств (Госкомэкология, Госсанэпидемнадзор).

В региональных исследованиях, проведенных на европейской территории страны, в Сибири и на Дальнем Востоке, показано, что загрязнение атмосферного воздуха можно считать ведущим параметром дифференциации территории по состоянию среды обитания [3], [4]. Например, у детей в городах с металлургической промышленностью и высоким загрязнением воздушной среды по сравнению с контрольными группами замедлено физическое и нервно-психическое развитие. Воздействие атмосферных загрязнений сопровождается изменением функции внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы. Так, в городах с развитой нефтехимической промышленностью и вблизи автомагистралей у детей жизненная емкость легких, резервные объемы вдоха и выдоха снижены на 10—30%, а у детей, проживающих вблизи предприятий стройиндуст-рии с большим пылевым выбросом, — на 70%. Среди других индикаторных показателей следует отметить гематологические параметры. Изменения картины крови столь высоки, что нередко это служит основанием в отказе забора донорской крови у населения неблагополучных районов. Причем, по данным Б.А. Ревича [2], совместное действие пыли и некоторых загрязнителей в современных городах имеет высокотоксичный эффект, в частности: а) бензол + никель + сажа + бенз(а)пирен + формальдегид — канцерогенный эффект; б) углеводороды + тяжелые металлы (свинец, медь, ртуть) — нарушение репродуктивной функции женщин, врожденные патологии.

Кроме атмосферного загрязнения немаловажными факторами риска для здоровья являются качество питьевой воды, гигиеническое состояние почвы, в особенности уровень их химического загрязнения и баланс микроэлементов. Широко известны факты положительной корреляции уровня загрязнения питьевой воды нитратами, марганцем, солями тяжелых металлов и распространенности гастритов, урологических заболеваний. В результате дисбаланса микроэлементов в воде могут возникать и многие специфические заболевания, например: уровская болезнь, эндемическая зобная болезнь, и другая краевая патология [1].

Замечено, что дети, проживающие в городах с опасным загрязнением почв, чаще жалуются на одышку и утомляемость, у них нарушены функциональные нормы состояния сердечно-сосудистой системы [4]. По данным С.Б. Нарзулаевас соавторами [5], наиболее значительная корреляция с геохимическими характеристиками почвогрунтов отмечается для заболеваний печени, почек, крови и органов кроветворения, нервной системы. Кроветворная система способна накапливать и реплицировать повреждения, способствуя развитию хронических заболеваний.

На основе обобщения многочисленных экспериментальных данных и региональных исследований в основных чертах сформулированы общие методические принципы территориального медико-экологического анализа: а) приоритетность эпиде-миолого-статистических методов анализа медико-географических данных, закономерности пространственно-временной динамики которых проявляются в больших по численности населения группах (закон больших чисел); б) необходимость учета региональной специфики связей состояния здоровья и качества окружающей среды, влияющей на потенциал самоочищения, условия рассеивания и аккумуляции загрязнителей в среде; в) обязательность выявления порогов воздействия и эффектов суммации вредных факторов риска.

Геоинформационные технологии

Мониторинговый подход к охране здоровья населения развивался параллельно с созданием систем мониторинга окружающей среды, внедрением автоматизированных геоинформационных систем (ГИС) в практику природопользования, экологического контроля и природоохранные сферы деятельности в 70—90-е годы. В тот период ведущими отечественными и зарубежными научными учреждениями было проведено обоснование организационных, информационных и технических аспектов реализации автоматизированных систем применительно к решению задач мониторинга окружающей среды. Использование ГИС-технологий во всем мире пережило за это время период бурного роста, что связано прежде всего с чрезвычайно высокой эффективностью их использования.

В промышленно развитых странах Западной Европы (Швеции, Дании, Германии), а также в США и Японии уже в начале 60-х годов стали формироваться автоматизированные банки медицинских данных. Их развитие было успешным благодаря существованию, например, в Скандинавских странах личного номера, однозначно идентифицирующего каждого человека [1]. На основе таких автоматизированных банков данных позднее начали формироваться территориальные регистры рака, функционирующие сейчас во многих регионах и крупных городах мира и России. Более сложной задачей оказалось формирование банков геоэкологических данных, взаимоувязанных с медицинскими регистрами. До настоящего времени этот процесс находится в стадии становления, причем не столько из-за технических сложностей, которые сейчас успешно решаются на базе вычислительных сетей, сколько из-за ведомственной разобщенности медицинских и природоохранных служб.

Развитие технических средств контроля окружающей среды в зарубежных странах привело к появлению автоматизированных систем слежения за качеством среды обитания, например загрязнением атмосферного воздуха в городах. Такие системы типа АНКОС успешно функционируют в США, Японии, странах Западной Европы и Южной Америки. Развитие этого направления за рубежом идет по пути применения все более совершенной техники, наращивания числа станций и автоматических датчиков для определения вредных примесей в атмосферном воздухе, объединения отдельных станций в системы, а локальных систем в региональные и общегосударственные сети [6].

В отечественной практике системы типа АНКОС начали проектироваться и внедряться с 80-х годов: сначала в Москве, а в 1985—1986 годах в Санкт-Петербурге. Несмотря на их менее высокий технический уровень по сравнению с зарубежными аналогами, разрабатываемые автоматизированные системы мониторинга окружающей среды в настоящее время внедряются в Москве, Казани, Кемерове и других городах. В перспективе значение дистанционных методов мониторинга среды обитания в сочетании с геоэкоинформационными системами сбора и обработки данных, видимо, будет возрастать. По существу в крупных городах уже действуют автоматизированные системы геоэкологического мониторинга, обеспечивающие создание компьютерных городских банков данных о состоянии загрязнения атмосферы и анализ текущей и прогнозируемой обстановки. Широкое распространение получили программные продукты серии "Эколог" (расчет концентрации вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий; автоматизированные методы прогнозирования последствий аварийного химического загрязнения среды и т.д.).

Все более заметную роль начинают играть автоматизированные рабочие места (АРМ) специалистов соответствующего профиля на базе современных ПЭВМ. Технология АРМ становится основой технической политики и в сфере разработки гео-экоинформационных систем, предназначенных для управления качеством окружающей среды и охраной здоровья населения.

Индикационные (маркерные) критерии и банки медико-экологических данных

Структурные блоки любой системы мониторинга, в том числе и в сфере геоэкологических исследований, формируются на основе комплекса ведущих, то есть маркерных, критериев, подлежащих учету и слежению, а также требующих корректировки в необходимом направлении. Причем в системе регионального мониторинга здоровья населения заболеваемость обычно рассматривают в качестве основного системообразующего блока, а все остальные параметры, в том числе и показатели деятельности сети здравоохранения, — как факторы, воздействующие на здоровье.

Обеспечение гигиенической безопасности населения требует первостепенного учета управляемых факторов риска. В условиях промышленного города к таким критериям, на наш взгляд, следует относить следующие.

1. Блок параметров состояния здоровья населения

1. Заболеваемость детского населения: общая и по основным классам болезней в соответствии с международной классификацией болезней (МКБ), оцениваемая числом случаев заболеваний в расчете на тысячу детей, с выделением заболеваемости новорожденных и детей в возрасте до 1 года. База данных формируется не менее чем за 3—5-летний период по территориальным медицинским объединениям и отдельным педиатрическим участкам города.
2. Нарушение репродуктивной функции женщин: частота рождения маловесных детей, осложнения беременности, родов, частота самопроизвольных абортов.

2. Блок параметров состояния окружающей среды

Состояние воздушного бассейна: среднегодовые, среднесезонные и максимальные за год концентрации основных загрязнителей, удельный вес лабораторных исследований, не соответствующих гигиеническим стандартам (ГОСТ), парциальный (I_п ) и суммарный (I_с ) индексы загрязнения атмосферы, рассчитываемые по формуле

где С_i — средняя за год концентрация i-го вещества; ПДК_i — предельно допустимая концентрация i-го вещества; k — константа, принимающая значения 1,5; 1,3; 1; 0,85 соответственно для веществ 1-, 2-, 3-, 4-го классов опасности. I_c рассчитывается для n = 5, то есть из пяти наибольших значений концентрации веществ, определяющих основной вклад в суммарное загрязнение воздуха.

1. Качество питьевой воды, оцениваемое по уровням химической и микробиологической загрязненности: среднегодовые, среднесезонные и максимальные концентрации основных загрязнителей, кратности превышения ПДК, удельный вес нестандартных анализов.
2. Уровень загрязнения почвенного покрова в селитебной зоне, оцениваемый по параметрам химического и бактериологического загрязнения: средние и максимальные концентрации загрязнителей (тяжелых металлов и др.), кратности превышения ПДК, суммарный показатель загрязнения, удельный вес нестандартных анализов.
3. Архитектурно-планировочная и социальная инфраструктура: этажность района, градостроительный баланс (соотношение площадей промышленных, селитебных, рекреационных, аквальных зон, транспортных покрытий), удаленность от крупных объектов экологического риска (промплощадки, свалки и т. д.), транспортно-промышленная нагрузка, наличие объектов соцкультбыта.
4. Ландшафтно-экологические условия: высотность и расчлененность рельефа, микроклиматические характеристики и потенциал самоочищения атмосферы, глубина залегания грунтовых вод и наличие зон подтопления, ландшафтные микрорайоны (для контрастных в физико-географическом отношении территорий городов).

3. Блок параметров нормативно-справочной информации

Численность населения контролируемых районов города, ПДК учитываемых ингредиентов, кадастр предприятий — загрязнителей среды и т. д. Структура банка данных для обеспечения мониторинга здоровья населения города показана на рис. 1. Его формирование требует привлечения разнообразной информации медицинских, природоохранных, гигиенических, градостроительных служб, ландшафтно-функционального картографирования, экспертно-статистического оценивания.

Рис. 1. Структурные блоки медико-экологического мониторинга промышленного региона

Оценка риска здоровью населения

Реальность и целесообразность создания описанных выше банков медико-экологических данных подтверждаются на примере некоторых городов, в том числе Воронежа. Опыт разработки данной проблемы на кафедре природопользования и мониторинга окружающей среды Воронежского университета совместно с городским Центром гос-санэпидемнадзора показал значительную эффективность предлагаемых подходов. С помощью методов корреляционно-регрессионного анализа на базе программных средств Excel 5.0 для Windows создан компьютерный банк данных о состоянии здоровья детей в условиях городской среды за трехлетний период (1993—1995). Выполненная оценка медико-экологической обстановки свидетельствует об экологической обусловленности некоторых заболеваний населения [7].

Фрагменты формируемых выходных документов, полученных в ходе автоматизированного медико-экологического мониторинга, показаны на рис. 2—4 (электронные картограммы города с ранжированием зон обслуживания детских поликлиник по уровням заболеваемости и параметрам техногенных нагрузок на среду обитания; математико-статистические и графоаналитические модели, иллюстрирующие возрастание риска заболеваний при ухудшении качества среды обитания).

Рис. 2. Картограмма среднегодовых уровней детской заболеваемости в Воронеже (1993-1995), оцениваемых числом случаев на тысячу детей: высокий (1701-2150), средний (1251-1700), низкий уровень (800-1250)

Рис. 3. Регрессионные модели и графические тренды зависимости детской заболеваемости от загрязнения атмосферного воздуха. По осям ординат отложено число случаев на 1000 детей

Рис. 4. Динамика степени загрязнения почвы селитебных зон Воронежа свинцом и цинком (в мг/кг) и распространенности анемии (число случаев на 1000 детей) по территориальным медицинским объединениям

Среди детских заболеваний в Воронеже преобладают болезни органов дыхания (65%), уровень которых имеет тенденцию к росту и превышает аналогичные среднероссийские показатели в 1,2 раза по городу в целом. Профилактики и повышенного контроля требуют, кроме того, новообразования, врожденные аномалии, пространственные различия уровней которых достоверно коррелируют с интенсивностью загрязнения окружающей среды.

В последние годы наиболее неблагополучной является ситуация по загрязнению атмосферы города бенз(а)пиреном и пылью, удельный вес нестандартных лабораторных анализов которых ежегодно составляет около 15—20%. Эколого-геохимическое обследование почвенного покрова показало, что весьма неблагополучна обстановка по загрязнению почвы свинцом и цинком. Доля неудовлетворительных анализов проб почвы составляет по городу в целом 19,3 и 15,5% соответственно, причем в промышленной правобережной части города эта величина увеличивается до 40—46%. Между тем именно эти ингредиенты являются своеобразными индикаторами увеличения заболеваемости детей.

Установлены достоверные положительные связи между концентрациями в атмосфере формальдегида и заболеванием бронхиальной астмой, а также большого содержания в атмосфере пыли с болезнями крови, врожденными аномалиями. Пневмонии чаще регистрируются в районах с превышением нормативов по загрязнению свинцом и оксидом углерода. Полученные результаты свидетельствуют, что по мере увеличения интенсивности загрязнения воздушного бассейна у детей наблюдаются выраженные изменения гематологических показателей, свидетельствующие о снижении адаптационных резервов организма и ответном росте общей заболеваемости.

Любой промышленный город, впрочем, нельзя рассматривать как однородную в медико-экологическом отношении территорию. Это наглядно прослеживается в процессе эколого-гигиенического зонирования.

Эколого-гигиеническое зонирование

В системе мониторинга "среда—здоровье" зонирование городского пространства имеет особое значение, так как позволяет рационально организовать систему оптимизации городского ландшафта с достижением максимального оздоровительного эффекта. Немаловажное значение, как показывает практический опыт, при этом приобретает сложившаяся ландшафтно-планировочная структура. Например, в Воронеже сопоставление зон различной комфортности городской среды с уровнями детской заболеваемости свидетельствует о вполне закономерном формировании ядер экологически обусловленных заболеваний населения. Обобщая имеющиеся материалы, целесообразно выделить три основные градации гигиенической комфортности территории.

Зона пониженной комфортности

Включает левобережный промышленно-селитебный надпойменно-террасовый, а также правобережный плакорно-водо-раздельный промышленно-селитебный ландшафтные микрорайоны. Эколого-гигиеническую обстановку в этих районах следует характеризовать как крайне напряженную. Она создается вследствие концентрации мощных промышленных объектов энергетического, нефтехимического и машиностроительного профилей как в левобережье, так и по западному правобережью города. Удельный вес вредных выбросов в атмосферу города предприятиями этих районов составляет около 76%. Ситуацию усугубляют загруженные автомагистрали, слабое озеленение, очевидные архитектурно-планировочные просчеты, следствием которых является отсутствие необходимых санитарных разрывов между жилыми и промышленными зонами, неучет розы ветров в рассеивании вредных примесей. Как левобережный, так и правобережный промышленные районы отличаются повышенной общей заболеваемостью детского населения, в том числе высокой частотой новообразований, болезней органов дыхания, крови, врожденных аномалий. Например, за последние три года уровень врожденных аномалий и болезней органов дыхания в этих районах превысил средний по России показатель соответственно в 1,8—2 и 1,3—1,6 раза, в то время как в других районах города уровни этих заболеваний не превышали среднероссийские.

Зона удовлетворительной комфортности

Находится в правобережном центральном плакорно-селитебном ландшафтном микрорайоне, где формировалась ранняя (старая) застройка города, смыкающемся с западным селитебным водораздельно-террасовым ландшафтным микрорайоном. Хотя это внепромы-шленные районы, играющие роль либо общественного центра, либо спальных участков города, однако наличие мощных стержневых автомагистралей в сочетании с выровненным рельефом способствует аккумуляции техногенных загрязнений. Концентрация в почве тяжелых металлов — меди, цинка, хрома, свинца — на отдельных локальных участках в десятки раз превышает ПДК. Кроме того, в этих зонах наблюдается повышенная замусоренность бытовыми отходами. Умеренный техногенный прессинг обусловливает преимущественно средний уровень как общей детской заболеваемости, так и по отдельным классам болезней.

Зона повышенной комфортности

Располагается в пределах двух ландшафтных микрорайонов, примыкающих по правобережью к водохранилищу. Это правобережный селитебный приречно-балочный (крутой долинный склон р. Воронеж) и северный селитебный рекреационно-парковый водораздельно-склоновый ландшафтные микрорайоны. Участки отличаются рассредоточенной, преимущественно индивидуальной жилой застройкой с рекреационными объектами и отсутствием промышленных предприятий. Детская заболеваемость практически по всем классам болезней существенно ниже средних по городу и России показателей. Так, за три последних года в этом районе общая заболеваемость составила 0,6 от величины аналогичного российского показателя, в том числе инфекционная — 0,43; органов дыхания — 0,91; по врожденным аномалиям — 0,2. Этот участок города отличается пониженным индексом суммарного загрязнения атмосферы и почвы.

Выполненная гигиеническая оценка и зонирование городского пространства могут быть полезны гигиенистам и градостроителям в разработке оптимизационных мер по озеленению городского ландшафта, совершенствованию технологии производства, проектированию элементов санитарного благоустройства.

Заключение

Обобщение обширного опыта региональных медико-экологических исследований в промышленных регионах свидетельствует о перспективности применения геоэкологического подхода к организации мониторинга здоровья населения, успешно реализуемого на основе современных информационных технологий. По-видимому, развитие данного направления в ближайшем будущем будет наиболее плодотворно на стыке геоэкологии, гигиены и геоинформатики.

При целенаправленном объединении усилий ученых-экологов и гигиенистов-практиков развитие компьютерного медико-экологического мониторинга в перспективе позволит создать взаимосвязанную и координируемую автоматизированную систему оперативного, тактического и стратегического планирования оптимизационных мер, а также выработать рациональную экологическую политику для улучшения городской среды по всем ее компонентам.

Литература

Об авторе

Семен Александрович Куролап, кандидат географических наук, доцент кафедры природопользования и мониторинга окружающей среды, зав. учебно-научной лабораторией медицинской экологии факультета географии и геоэкологии Воронежского государственного университета. Область научных интересов: медицинская география, урбоэкология, экоинформатика. Автор 95 научных публикаций, в том числе одного учебно-методического пособия, одной монографии и соавтор пяти коллективных монографий.

Источник: Соросовский образовательный журнал, №6, 1998