Методические подходы к оценке риска воздействия разнородных факторов среды обитания на здоровье населения на основе эволюционных моделей

информацию о причинно-следственных связях показателей здоровья населения с экспозицией отдельных факторов, с другой - предполагающих применение комплекса современных научных способов обработки накопленных данных.

Одним из них является моделирование эволюции риска, предполагающее скоординированное применение статистических и аналитических моделей, которое можно рассматривать как один из наиболее адекватных методов для решения задач прогнозирования и оценки вероятного воздействия факторов среды обитания на здоровье населения.

Моделирование негативных трансформаций функций организма человека позволяет более полно учитывать эффекты, обусловленные экспозицией разнородных факторов, в том числе на фоне возрастных изменений. Эволюционные модели дают возможность при заданных сценариях экспозиции в течение всей жизни человека оценивать риск появления нарушений функций отдельных органов и систем, анализировать вклад отдельных факторов и/или их сочетаний в формирование риска здоровью [2, 3]. Подобные аналитические подходы, развивающие методологию оценки риска здоровью, позволяют проводить численные (виртуальные) эксперименты, трудно воспроизводимые в реальных условиях, и оценивать риск возникновения негативных эффектов при заданных сценариях экспозиции, сочетающих условия селитебной зоны, производственной среды, питания, образа жизни и пр.

В соответствии с концептуальными положениями моделирования эволюции риска здоровью организм представляется как открытая система, которая непрерывно взаимодействует с окружающей средой и состоит из конечного множества органов-мишеней, полностью взаимосвязанных друг с другом [4]. Негативное воздействие разнородных факторов среды обитания может проявляться в виде нарушения функций органов и систем организма человека. При этом могут рассматриваться процессы как восстановления функций при отсутствии повреждающего воздействия, так и накопления функциональных нарушений. Посколь- ку разнородные факторы среды обитания могут оказывать влияние на одни и те же функции организма человека, применение моделирования эволюции риска здоровью для задач его оценки представляется наиболее адекватным [5].

Эволюция риска негативных эффектов описывается системой дифференциальных уравнений, которая отражает накопление функциональных нарушений, связанных с повреждающим действием факторов среды обитания на фоне естественных процессов, протекающих в организме.

i

— = aR i - P i (1 - R i ) n + X Y ki f ki ( F k) .

dt                         ^k (1)

i = 1, r, где Ri - риск появления нарушений i-й системы организма; ai - коэффициент, учитывающий эволюцию риска за счет естественных причин; вi - коэффициент, учитывающий интенсивность процессов самовосстановления функций органов и систем организма; уы/м (Fk ) — слагаемое, отражающее интенсивность накопления риска возникновения нарушений функционального состояния i-й системы, связанного с экспозицией k-го фактора.

Для решения данной системы уравнений наиболее адекватен метод приближенных вычислений на основе явной конечноразностной схемы. Представление эволюционной модели (1) в виде рекуррентных соотношений позволяет применить итерационную расчетную процедуру по временным шагам:

R+1 = r; + (aR+X ar*) C, (2) k где R; +1 - риск появления нарушений -й системы организма в момент времени ,+1; R; - риск позникновения нарушений -й системы организма в момент времени t; ai- коэффициент, учитывающий эволюцию риска за счет естественных причин; AR i - прирост риска появления нарушений i-й системы организма, обусловленный действием экспо- зиции k-го фактора в момент времени t; С – эмпирический коэффициент пересчета для различных периодов осреднения (для среднегодовых экспозиций С = 1, для среднемесячных С = 0,083, для среднесуточных С = 0,0027).

Применение методов моделирования эволюции риска позволяет подойти к оценке интегрального риска здоровью, который представляет собой риск развития негативных эффектов различной тяжести в результате одновременного воздействия на человека группы факторов разной природы. Оценку интегрального риска здоровью следует рассматривать как компонент интегрированной оценки риска, не затрагивающий оценку риска для экологических систем.

В соответствии в международно принятой методологией оценки риска здоровью оценка интегрального риска предполагает последовательное проведение следующих этапов: идентификация опасности, выбор зависимости «экспозиция – эффект», оценка экспозиции и характеристика риска.

Идентификация опасности включает идентификацию факторов среды обитания, потенциально воздействующих на здоровье человека, возможных эффектов воздействия этих факторов, механизмов негативного воздействия на здоровье человека, контингентов риска. На этом этапе принимается решение о необходимости проведения процедуры оценки интегрального риска в каждом конкретном случае.

В ходе оценки экспозиции устанавливаются количественные параметры интенсивности и продолжительности воздействия факторов среды обитания на здоровье, формирование детальных сценариев экспозиции факторов среды обитания, в том числе с учетом вида оцениваемого воздействия (однократное, хроническое, интермиттирующее и пр.).

На этапе выбора зависимости «экспозиция – эффект» производится анализ имеющихся параметров в виде математических моделей и эпидемиологических показателей, характеризующих связи экспози- ции отдельных факторов риска и эффектов их воздействия на здоровье. С учетом этих параметров осуществляется разработка определяющих соотношений, необходимых для расчета интегрального риска. Развитие методологии на этапе выбора зависимости «экспозиция – эффект» предполагает проведение моделирования риска в соответствии с выбранными сценариями (имитационное моделирование).

Характеристика риска включает расчет величин дополнительного интегрального риска здоровью, связанного с влиянием совокупности изучаемых факторов, приведенного индекса риска здоровью, сокращения прогнозируемой продолжительности жизни в условиях многофакторного воздействия и прогноз популяционных показателей риска здоровью в виде ожидаемого риска заболеваний и смерти в изучаемой популяции.

Дополнительный риск различных нарушений здоровья, связанный с неблагоприятным действием отдельных факторов среды обитания, рассчитывается по формуле

∆ R t = R t - R t ^ф , (3)

где ∆ R_t – дополнительный риск различных нарушений здоровья в момент времени t .

В общем виде кривая изменения риска нарушений здоровья в зависимости от длительности и условий экспозиции без воздействия и в условиях вредного воздействия факторов среды обитания, а также величина дополнительного риска приведены на рис. 1.

Рис. 1. Эволюция риска и дополнительного риска появления вредных эффектов при воздействии факторов среды обитания

Для оценки уровня риска рассчитывается приведенный индекс риска здоровью, связанный с воздействием факторов:

пи

Rt

A R t

1 - R '

Приведенный индекс риска характеризует вероятность нарушений здоровья при воздействии факторов среды обитания с учетом нарастания общего риска здоровью по мере увеличения продолжительности экспозиции.

Оценка величин интегрального риска здоровью производится с использованием шкалы, представленной в табл. 1.

Таблица 1

Шкала для оценки интегрального риска

Оценочный индекс риска	Характеристика риска
0–0,1	Пренебрежимо малый
0,1–0,35	Умеренный
0,35–0,6	Высокий
0,6–1	Очень высокий

Сокращение продолжительности жизни (Δ Т , лет), связанное с вредным воздействием факторов среды обитания, рассчитывается следующим образом:

A T = T o - T i , (5)

где T 0 – прогнозируемая продолжительность жизни без воздействия факторов, полученная в результате пошагового расчета без учета действия факторов, лет; T 1 – прогнозируемая продолжительность жизни при вредном воздействии факторов, полученная в результате пошагового расчета, лет.

Апробация предложенных методических подходов поведена на примере модельного сценария, сформированного по результатам наблюдений за качеством объектов среды обитания в рамках социальногигиенического мониторинга, дополненного результатами социологических исследований факторов образа жизни в крупном промышленном городском поселении в Российской Федерации. В соответствии со сценарием оценивалось интегральное воздей- ствие химических (оксид углерода, диоксид азота, взвешенные вещества PM2,5, взвешенные вещества PM10, свинец, кадмий) веществ, поступающих из атмосферного воздуха, физических факторов риска (транспортный шум) и факторов образа жизни (курение, употребление алкоголя, физическая активность) (табл. 2).

Таблица 2

Диапазон значений уровня экспозиции факторов среды обитания

Фактор	Параметры факторов	Допустимый (референтный) уровень
Вещества, поступающие из атмосферного воздуха, мг/м 3
Диоксид азота	0,022–0,127	0,04
Оксид углерода	3,5–5,33	3,0
Взвешенные вещества PM 2,5	0,034–0,043	0,025
Взвешенные вещества PM 10	0,052–0,075	0,04
Свинец	0,000874– 0,000929	0,0005
Кадмий	0,00038– 0,00041	0,00002
Физические	факторы воздействия
Шум, дБА	55,72	50
Социальные факторы и факторы образа жизни
Курение, мг никоти-на/сут.	0–10	0,1
Употребление алкоголя, г/нед.	0–50	30
Физическая активность, мин/нед.	200–60	Не менее 200

Оценка временного распределения уровня транспортного шума в соответствии с результатами анализа хронологии и длительности шумовых событий на изучаемой территории показала, что эта величина характеризуется стабильностью и может рассматриваться как постоянно действующая нагрузка, соответствующая уровню эквивалентного шума 55,72 дБА.

В отношении факторов образа жизни установлены уровни, соответствующие возрастным диапазонам. Пожизненное распределение экспозиции факторов образа жизни представлено на рис. 2.

Для экстраполяции данных трехлетних мониторинговых наблюдений за качеством атмосферного воздуха на условия пожиз-

Рис. 2. Временное распределение факторов образа жизни: а – употребление никотина; б – употребление алкоголя; в – двигательная активность

ненной экспозиции установлены динамические закономерности изменения среднемесячных концентраций, определены параметры гармонической модели и выполнен расчет прогнозных оценок (рис. 3).

В качестве фоновых условий экспозиции принимали допустимые величины воздействия на уровне референтных концентраций химических веществ в атмосферном воздухе, предельно допустимого уровня шума и рекомендуемых безвредных параметров образа жизни.

Расчет интегрального риска проводился на основе реализации системы рекуррентных уравнений в виде программного модуля, выполненного в MS Excel. В результате получены эволюционные детерминированные модели риска при двух сценариях (фонового и исследуемого) (рис. 4).

Расчет с использованием полученных моделей показателей дополнительного риска и приведенного индекса риска позволил установить, что при рассматриваемом сценарии воздействия неприемлемый (умеренный) риск здоровью формируется к возрасту 47 лет, а к 58 годам этот риск может быть охарактеризован как высокий (табл. 3).

Анализ структуры интегрального риска для данного сценария экспозиции показал, что наиболее значимыми факторами риска являются употребление алкоголя и шумовое загрязнение, которые формируют наибольший дополнительный интегральный риск для здоровья к 60 годам. Далее по степени опасности факторов риска расположились курение, снижение двигательной активности, загрязнение воздуха диоксидом азота и кадмием.

Дополнительный интегральный риск обусловлен в основном воздействием анализируемых факторов на сердечно-сосудистую систему, а также, в меньшей степени, на органы дыхания, эндокринную и пищеварительную системы.

Максимальный вклад в формирование риска вносят факторы образа жизни – употребление алкоголя, курение, недостаточная двигательная активность (рис. 5).

Показатели интегрального популяционного риска здоровью, рассчитанные в соответствии с разработанными методическими подходами [6], свидетельствуют о возможном увеличении заболеваемости населения к 60 годам болезнями системы кровообращения (до 577 ‰), органов пищеварения (до 234 ‰), дыхания (до 73 ‰). Уровни дополнительной смертности по причине указанных заболеваний могут составить соответственно 6, 1 и 0,3 ‰. В качестве дополнительной характеристики интегрального популяционного риска использована величина сокращения прогнозируемой

Рис. 3. Аппроксимация динамики концентраций химических веществ в атмосферном воздухе

Таблица 3

Возраст, лет	Интегральный риск	Приведенный индекс риска	Характеристика риска
10	0,0206	0,0010	Пренебрежимо малый
20	0,0377	0,0044	Пренебрежимо малый
40	0,1005	0,0418	Пренебрежимо малый
50	0,2228	0,1383	Умеренный
60	0,5227	0,3924	Высокий