автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Системный анализ, прогнозирование и управление здоровьем населения

РГ6 од

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК " 5 ДПР 190Е1СГИТУТ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Специализированным Совет Д 003.63.02

На правах рукописи УДК 167.7: 614

КРУТЬКО Вячеслав Николаевич

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ЗДОРОВЬЕМ НАСЕЛЕНИЯ

На стыке специальностей:

05.13.10. Управление в социальных и экономических системах; 14.00.07. Гигиена.

А ВТОРЕФЕРА Т диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА — 1993

Работа выполнена в Институте системного анализа (ИСА) РАН

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Д.С. ЧЕРЕШКИН; доктор технических наук, профессор В.Н. ЛОПАТИН; доктор медицинских наук, профессор A.M. БОЛЬШАКОВ.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Институт проблем управления РАН.

Защита состоится «_»_ 1993 г. в_часов на

заседании специализированного Совета Д 003.63.02 по присуждению ученой степени доктора технических наук при ИСА РАН по адресу: 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСА РАН.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес Совета.

Автореферат разослан «_»_ 1993 г.

Ученый секретарь Совета, доктор физико-математических наук

B.C. ЛЕВЧЕНКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Здоровье человека является одним из основных показателей ачества жизни. Интенсификация процесса ноосферогенеза погружает еловека в атмосферу перманентного стресса, обусловленного ыстрыми, эволюционно непривычными изменениями социальной и риродной среды. В этих условиях особенно актуальной представляется роблема создания системы активного формирования здоровья, системы еленаправленного управления здоровьем, опирающейся на методы и редства анализа,прогноза и экономической оценки динамики состояния доровья населения при ожидаемых изменениях окружающей среды, ффективное решение данной проблемы может быть получено на базе ктивного использования возможностей современной информатики.

К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт рименения средств информатики в задачах управления здоровьем и его кономической оценки (Ф.Е.Вартанян, М.П.Сомин, 199t; В.И.Кант, 1987; .М.Комаров, С.П.Ермаков, 1983; А.М.Петровский, В.Н.Новосельцев, 987¡В.М.Прусаков, В.А.Минченко, 1989; М.Б.Славин, 1983, 1989; .И.Чеченин, 1990; Т.Abelin et al., 1987; M.K.Giraldes, 1986; A.A. Lementiev, E.N.Shigan, 1983; L.B.Lave, E.P.Seskin, 1978; .D.Lopez, M. Hakama, 1986). Это касается в основном статистических гтодов и информационных систем. Однако, система управления -1стема "среда - здоровье - экономика" является принципиально южной комплексной био- эко- социо- экономической системой, эебующей адекватного набора методов информатики для решения 1зличных классов задач управления, не ограничивающихся неупомянутыми средствами. Статистические методы, как известно 5.В.Налимов, 1984), хороши для локальных и кратковременных гагнозов для объектов с пренебрежимо малыми эффектами действия ¡ратных связей. Между тем, процессы изменений здоровья ¡растеризуются существенной гетерогенностью, нестационарностью, ¡однородностью, долговременностыо и отдаленностью эффектов. ;сьма существенными являются здесь эффекты обратных связей, пример, в биологическом контуре - ухудшение какого-либо из ¡Кторов окружающей среды ведет к ухудшению состояния организма, ■о увеличивает его чувствительность как к данному фактору, так и к >угим, - это в свою очередь еще более ухудшает состояние организма т.д. В социально-экономическом контуре - ухудшение здоровья ведет снижению производительности труда и уменьшению средств, которые

можно выделить на улучшение здоровья. Принципиальным моменто является учет обратных связей для описания процессов в систем "паразит-хозяин" в инфекционной эпидемиологии. Адекватным методо для анализа поведения подобного рода систем является мето имитационного моделирования. В литературе накоплен определенны опыт моделирования ряда отдельных процессов, связанных изменениями здоровья. Здесь можно упомянуть цикл работ конца 70-х начала 80-х годов Института прикладного системного анализа в Вен (Б. Ка:Шага е^ а1., 1977; Р.КиБи1, 1980; А.А.К1етепиеу Е.М.БЬ^ап, 1983). Созданы заслуживающие внимания модели ряд инфекционных заболеваний. Однако, общей проблемой, находящейся лиш в начальной стадии своего решения, является весьма слабо использование моделей в реальной практике планирования и управлени здоровьем. Это замечание- в значительной степени может быть отнесен и к другим средствам информатики. Для решения данной проблем необходимо особое внимание обратить на доведение создаваемог информационного инструментария до вида и формы, понятных и удобны, для лиц, принимающих санологические решения, т.е. до "систе поддержки санологических решений", позволяющих получать ка социальные, так и экономические оценки и прогнозы изменени здоровья.

Таким образом, весьма актуальной задачей можно считат систематизацию и развитие методов и средств информатики, могущи быть использованными для решения задач управления здоровьем опережающее развитие метода имитационного моделировани санологических процессов, доведение результатов работ до систе: поддержки принятия санологических решений и оформлени рассматриваемой деятельности в новое самостоятельное научно' направление - "санологическую информатику".

Цели работы. Целями диссертационной работы являются:

- разработка методологии системного анализа и имитационноп моделирования процессов динамики здоровья;

- разработка подходов к теории взаимодействия организма ] среды: создание комплекса моделей, описывающих фундаментальны! процессы изменения состояния организма в меняющейся среде;

- создание базовой системы средств и методов информатики дл: анализа, прогноза, экономической оценки и управления здоровье] населения при изменениях социальной и природной среды, для оценк! по критерию здоровья альтернатив социально-экономического развита: на локальном и глобальном уровнях;

- применение разработанного инструментария для решения ряда важных практических задач управления здоровьем.

Методы исследования. В диссертации использовались методы системного анализа, прикладной математики, моделирования, теории /правления, теории патологии, гигиены, экономики, статистики.

Научная новизна. В результате проделанной работы впервые:

- разработана общая методология построения имитационных юделей медико-биологических явлений;

- осуществлен структурный анализ процессов формирования здоровья населения в ходе социально-экономического развития и :редств информатики, необходимых для управления данными процессами;

- построен ряд моделей - элементов теории взаимодействия >рганизма и среды, описывающих фундаментальные процессы изменения ¡остояния организма под действием факторов окружающей среды в деапазоне от нормы до патологии;

- разработан базовый комплекс средств информатики шитационных моделей и систем поддержки принятия решений для :оциально-экономического анализа и прогноза кратко- и [олговременных последствий изменений окружающей среды для здоровья [аселения;

- выяснены причины и исследованы альтернативы решения ряда :омплексных практических проблем управления здоровьем населения.

Практическая ценность работы. Внедрения. Созданные методы : средства информатики были использованы:

- для анализа системы, снабжения г.Москвы плодоовощной родукцией с точки зрения ее влияния на здоровье населения;

- для разработки рекомендаций по организации системы правления эпидемией СПИДа в СССР;

- для прогнозирования состояния здоровья населения в связи с зменениями окружающей среды в городах Туркмении;

- при разработке концепций: информатизации здравоохранения ССР, государственной информационной санологической системы, нформационной системы для управления здоровьем населения г. осквы, экологической безопасности России.

- при разработке Государственной программы охраны окружающей реды и рационального использования природных ресурсов СССР на XIII ятилетку и на перспективу до 2005 'года;

- для анализа факторов, определяющих здоровье населения в егионах России и прогноза здоровья при различных сценариях кидаемых изменений экологической обстановки;

- для анализа факторов, определяющих здоровье населения г.Москве;

- при разработке Территориальной комплексной схемы охра;: природы г.Москвы на период до 2010-года;

- при разработке раздела "Здравоохранение" Комплекснс программы развития советской Арктики на перспективу до 2000 года;

- при выполнении плановых тем НИР в ИСА РАН, ИМБП МЗ Р<1 НЙИОКГ РАМН, НИиПИ генплана г.Москвы, ЦНИИП градостроительстг Минархстроя России, НЙИЛХ Литвы;

Расчетный экономический эффект от внедрения в практш разработанных средств поддержки принятия санологических решет составляет только по г.Москве 588 тыс. руб/год. (в ценах 1987г.).-

Результаты практического использования разработанных авторе средств и методов информатики отражены в 9 справках и актах внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы полученные результаты апробированы:

- в процессе совместных работ по решению практических зад; анализа и управления здоровьем со специалистами НИИОКГ ю А.Н.Сысина РАМН, НИЭИ и ВЦ Госплана Туркмении, Института педиатр] РАМН, ЦНИИ эпидемиологии ГКСЭН России, ЦНИИиП градостроительст] Минархстроя России, Института питания РАМН, МГУ, ЦИЗТЙН Госкомтру; России, ИМБП МЗ РФ;

- в ходе публичных выступлений и последующих обсуждений: ! Всесоюзной конференции по критериям оценки иммунологическ< эффективности и безопасности бактерийных вакцин (Москва, 1976), ; 1-ой Всесоюзной конференции по математическому моделирован' биологических процессов (Калининград, 1976), на 4-ой Всесоюзн конференции по космической биологии и авиакосмической медици (Калуга, 1979), на Международной конференции по математическо моделированию в иммунологии и медицине (Москва, 1982), Международном совещании по управлению системами здравоохранен (Москва, 1982), на Всесоюзной конференции по теории, методологии практике системных исследований (Москва, 1984), на Перв всесоюзной школе-семинаре "Методологические проблемы эколог человека" (Суздаль, 1984), на 1-ой Всесоюзной школе по управлен макросистемами (Алма-Ата, 1985), на Международных совещани экспертов по проблеме "Реакция человека на экологический стрес (Москва-Алма-Ата, 1989; Бонн, 1990), на Международном семина ЮНЕСКО "Технологические, психологические и педагогические пробле

оздания и использования автоматизированных систем" (Москва, 1990), а Международной конференции "Острова 2000" (Джиардини-Наксос, талия, 1992), а также на научных семинарах и заседаниях ВНИИСИ АН, ВЦ РАН, ВНИИУНС, ИССХ им. А.Н.Бакулева, МОИП, Географического бщества СССР, УМС Минздрава СССР, Международного института рикладного системного анализа.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 48 работ, общим бъемом 27 печатных листов. Среди опубликованных работ 27 написаны соавторстве.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из оглавления, ведения, шести глав, заключения, списка использованной литературы 68 названий и приложения. Объем диссертации без списка литературы приложения составляет 286 страниц печатного текста. Общий объем иссертации - 322 машинописные страницы.

Квалификационная характеристика. В диссертации разработана етодология системного анализа и имитационного моделирования инамики здоровья и построен комплекс моделей - элементов теории заимодействия организма и среды. Создан комплекс средств нформатики для поддержки процессов анализа, прогноза,экономической ценки и управления здоровьем населения при изменениях окружающей реды, а также в ходе анализа альтернатив социально-экономического азвития, что является решением важной народно-хозяйственной адачи.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается характеристика проблемы управления арровьем населения в период ноосферогенеза, рассматривается роль нформатики в решении данной проблемы, обосновывается актуальность эмы исследования, новизна и практическая ценность полученных эзультатов. Дается общая характеристика работы, имеющей /щественно междисциплинарный характер.

Говоря о проблеме управления здоровьем, необходимо характеризовать объект управления - "здоровье населения" и систему давления - систему "среда - здоровье - экономика". В настоящее земя существует более сотни различных определений понятия здоровье Т.И.Калыо, 1982; В.П.Петленко, 1982). Терминологические споры мало эодуктивны. Для понимания целей и результатов диссертационной аботы достаточно зафиксированного в Уставе ВОЗ и принимаемого

мировым сообществом определения здоровья как состояния "полного физического, душевного и социального благополучия". В практических задачах, связанных с количественными оценками здоровья исследуемой популяции или группы людей, этот объект принято характеризовать с помощью распределений: показателей физического и психического благополучия, которые на практике могут измеряться с помощью стандартных методик; показателей заболеваемости, смертности и инвалидности, которые могут быть как общими или недифференцированными, так и дифференцированными по группам заболеваний и причин смертности или инвалидности; показателей продолжительности жизни. Более тонкие аспекты понятия здоровья, существенные для углубления и развития "общей теории здоровья" рассмотрены в гл. 3 реферируемой диссертационной работы.

Кроме объекта управления, система управления включает также "среду" и "экономику". Под "средой" будем понимать совокупность социальных и природных факторов, влияющих на здоровье. Детальная схема формирования здоровья под действием данных факторов в процессах социально-экономического развития рассмотрена в гл.1. "Экономика" в настоящей работе выступает в двух ипостасях. С одной стороны, - это определенная совокупность факторов или "элементов" среды, прямым или побочным результатом существования которых являются непосредственно определяющие здоровье факторы, или "агенты" среды. С другой стороны, - это совокупность средств, которые могут быть целенаправленно использованы для модификации факторов среды в задачах управления здоровьем. Под термином "управление здоровьем" автором понимается совокупность процессов использования гигиенических знаний для решения практических задач анализа, прогноза, экономической оценки и формирования здоровья населения на индивидном и популяционном уровнях.

Комплексный системный характер объекта исследования требует синтеза знаний из различных областей науки. Данный аргумент, а также то, что исследование не лежит в рамках какого-либо одного сформировавшегося ранее узкого научного направления, обуславливает монографический стиль изложения материала. В работе отсутствует традиционная обзорная глава. Фрагменты материала, носящие обзорный характер, появляются в пространстве диссертации по мере необходимости.

В первой главе "Информатика и проблема управления здоровьем населения" дается сравнительный анализ возможностей применения современных методов и средств информатики для решения задач оценки

: прогноза изменений здоровья и принятия саногенных управленческих юшений, рассматривается структура процесса формирования здоровья в :оде социально-экономического развития, на основе чего проводится труктурный анализ комплекса средств информатики, необходимых для |ешения задачи управления здоровьем и обосновывается идея создания азового набора данных средств, разработанного автором и 'Писываемого в последующих главах.

Можно выделить пять основных групп средств санологической нформатики, отличающихся используемым математическим аппаратом и лассами решаемых практических и научных задач: методы статистики и ланирования эксперимента; информационные системы; математические одели; экспертные системы; системы поддержки принятия решений.

Получить представление о структуре набора средств информатики, еобходимого и достаточного для решения проблемы управления доровьем, можно, рассмотрев структуру объекта управления и системы правления. Объект управления - "здоровье населения" является ложным системным объектом с развитыми обратными связями, причем акторы, определяющие его состояние, формируются практически во сех сферах и областях человеческой деятельности. Соответственно, труктура системы управления, которая должна быть в определенной ере изоморфной объекту управления, должна быть также достаточно ложна. То же самое, видимо, следует ожидать и от структуры системы редств информатики, обеспечивающей поддержку процессов управления доровьем.

Для определения искомой структуры используем два заимодополняющих подхода. Первый подход - это построение омплексной причинно-следственной схемы формирования здоровья аселения в процессах социально-экономического развития, рупноблочная структура данной схемы приведена на рис. 1. В иссертации производится детализация данных блоков на 141 элемент, акже определяются причинно-следственные связи между элементами, азработка данной схемы, кроме вышеупомянутой цели, имеет и амостоятельное важное значение. Схема позволяет:

- получить целостное структурированное представление о эйствующих на индивидуум и население в целом внешних и внутренних гентах, детерминирующих здоровье;

- показать конкретно, как данные агенты формируются в роцессах управления социально-экономическим развитием, т.е. облечь

реальное содержание мысль о том, что здоровье формируется не элько привычными медицинскими средствами, но и является побочным

0) общие исходные характеристики

П 1

1) надведомственная деятельность - стратегический уровень

—> 2) ведомственная и общественная деятельность -тактический уровень

1

—^53) элементы формирования действующих на человека агентов

1

—» 4) агенты, непосредственно влияющие на организм

5) основные типы биологических механизмов реализации

действия агентов на организм (каналы патологии) 1

6) характеристики состояния организма 1

7) статистические показатели здоровья 1

8) критерии и индикаторы здоровья

Рис. 1. Общая структура схемы формирования здоровья населения в процессах социально-экономического развития.

продуктом практически всех процессов человеческой деятельности;

- получить концептуальную основу для моделей и других средств информатики, позволяющих производить количественные оценки ожидаемых изменений здоровья населения при выборе той или иной стратегии управления развитием, в частности для методов и инструментов, разработанных автором диссертации.

Второй подход является традиционным для эмпирических наук и заключается в построении совокупности классификаций характеристик изучаемого объекта по возможности рассматривающих предметную область с разных точек зрения. В геометрической интерпретации исследуемый таким образом объект представляет собой многомерную фигуру сложной формы, а каждая из классификаций - набор сечений данной фигуры плоскостями, ортогональными оси классификации. Достаточно полный набор таких осей позволяет получить содержательное представление о многомерной структуре объекта.

В диссертации рассматривается набор из 4-х осей:.

1 - "факторы среды - показатели здоровья";

2 - "уровни управления";

3 - "области практической деятельности";

4 - "классы интеллектуальных задач".

Проведенная структуризация предметной области позволила обосновать и наполнить конкретным содержанием идею базового набора средств информатики, позволяющего решать основные теоретически и практически важные группы задач управления здоровьем.

Первым элементом данного набора является система формализованных концепций, описывающих изменения состояния организма и популяции в череде поколений в диапазоне от нормы до патологии при изменениях окружающей среды на достаточно обобщенном языке, оперирующем такими понятиями как просто "фактор среды", "уровень вредности фактора", "уровень функции" и т.д. Набор этих концепций можно условно назвать "общая теория здоровья".

Вторым элементом является построенный на основе первого элемента ряд обобщенных моделей с переменными - индикаторами состояния организма и среды, описывающими количественно динамику этих состояний. Для данного элемента уже требуется создание процедуры настройки на конкретные объекты, хотя они могут также попользоваться для качественного анализа общих режимов поведения моделируемых систем, т.е. решения чисто фундаментальных задач исследования механизмов функционирования моделируемого объекта.

Третий элемент - это модель, описывающая динамику основных

практически значимых и определяемых характеристик здоровья содержащая как полный рекурсивно определяемый набор данны: характеристик, так и полный, рекурсивно определяемый набор факторо среды. В данную модель должны также входить блок-интерпретато экономической значимости изменений здоровья и 'блок определени "доз-эффектных" кривых действия факторов на здоровье, а также бло: задания сценариев практического использования модели, т.е. бло: настройки параметров модели на заданный сценарий. Последние дв блока реализуют стандартизированную процедуру настройки.

Четвертый элемент - это набор базовых информационных систе; уровня страны, региона, города, района, предприятия, группы лиц объединенных по определенным критериям (например носители ВИЧ) содержащих фактические комплексные данные как Ьо факторам определяющим здоровье, так и по показателям здоровья. Выбо факторов и показателей здоровья при этом должен осуществляться н основе приоритетных списков с возможностями их расширения, исход из местных условий. Данные системы должны быть снабжены блокам графической интерпретации и интерфейсами с пакетами статистическо обработки.

Пятый элемент - базы знаний из основных областей науки взаимодействии среды с организмом на индивидуальном и популяционно: уровне.

Шестой элемент - это набор систем поддержки принятия решений использующих данные, знания и результаты применения вышеописанны: элементов для принятия конкретных практических решений. Этот набо должен включать в себя как базовую СППР, работающую с произвольны: набором факторов, так и проблемно-ориентированные для основны: групп факторов и основных уровней управления, включающих кром набора, охарактеризованного при описании четвертого элемента, еще : уровень индивида.

И, наконец, седьмым элементом являются созданные на основ предыдущих шести элементов средства для обучения и тестировани специалистов, которые будут использовать информатику в свое непосредственной практической деятельности.

Задачей диссертации является разработка элементо вышеупомянутого базового набора и их практическая апробация на ряд выбранных объектов приоритетного списка.

Во второй главе "Методология системного анализа имитационного моделирования процессов в системе "среда-здоровье описывается методология построения и использования имитационны

юделей медико-биологических процессов.

Современный этап развития человечества характеризуется юмплексом серьезных экономических, экологических, ресурсных, [емографических, политических и т.д. проблем, не имеющих аналогов в [стории и обладающих весьма сложной, принципиально системной структурой. К счастью для человека, научно-технический прогресс [ривел к созданию ЭВМ и базирующихся на их использовании |ффективных методов анализа и прогноза поведения сложных систем. |дним из таких методов является имитационное моделирование, >бладающее по сравнению с другими подходами, опирающимися на [атематику и вычислительную технику, рядом существенных [реимуществ, обеспечивших ему широкую популярность, в частности, возможность не подгонять описание объекта под заранее заданную :атематическую структуру, что позволяет всегда достаточно стественно и адекватно отражать его сущность в модели, а также озможность исчерпывающего представления модели в виде схем и .иаграмм, понятных специалистам по предметным областям, не имеющим атематической подготовки и опыта общения с ЭВМ.

Таким образом, в описательных, эмпирических науках, доселе азировавшихся на объектном эксперименте, накоплении и обобщении актов о поведении частей объекта, появился новый мощный инструмент митации целостного поведения системных объектов, существенно асширяющий возможности познания и управления ими. Не случайно, роведенный еще в 70-х годах в США опрос показал, что данный метод вляется наиболее популярным практическим средством анализа сложных ехнических, экономических, социальных и др. систем (Шеннон, 1978).

Имеющиеся в литературе работы по имитационному моделированию основном посвящены описанию конкретных моделей. Работы же, в эторых делаются попытки описать метод как таковой, ориентированы в ервую очередь на специалистов технического профиля, желающих рименять метод на практике, т.е. на непосредственных разработчиков эделей. Данные работы, как правило, достаточно объемны, содержат того техницизмов и описаний методов, почерпнутых из других Зластей знания, например из статистики, являются трудно снимаемыми для лиц мало знакомых с математикой и ЭВМ, в основном вязаны с задачами, далекими от биологии и медицины, например с энеджерскими проблемами. Зачастую, рекомендации, содержащиеся в анных пособиях, выглядят довольно эклектично, несистематизи-эванно, не имеется последовательного изложения метода. Говорится, го нужно делать, но не говорится - как. Особенно это касается

этапа предмодельного анализа, требующего иногда до 70% вс трудозатрат по построению модели. Существует значительн количество средств автоматизации процесса реализации и эксплуатац модели. В то же время средств помощи разработчикам на предмодельн этапе существенно меньше.

В представляемой работе делается попытка на основе имеющейся литературе информации и личного опыта в разработке имитационн: моделей создать "дисциплину имитации" - стандартную схе; последовательных этапов моделирования с перечнями методическ: приемов, концепций и рекомендаций, используемых на каждом этап схему охватывающую весь процесс, - от постановки зада моделирования до практической эксплуатации готовой модели, т. вариант методического руководства разработчику модели. При эт-акцент делается на показ именно "кухни" разработки модели, так к. опыт показывает, что знакомство с уже готовыми моделями мало ч1 дает для выработки навыков разработки других моделей.

Структура разработанной методики имитационного моделирован: представлена в агрегированном виде на следующей схеме.

СХЕМА ЭТАПОВ СОЗДАНИЯ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

A. Настройка на работу:

- модельеру - изучение объекта;

- специалисту по предметной области - ознакомление с метод! имитационного моделирования.

Б. Предмодельный анализ:

- определение дерева целей, для достижения которых создает^ модель;

- определение условий и/или критериев проверки достижения целе:

- определение уровня агрегированности, границ системы, горизон1 и шага моделирования;

- определение возможностей информационного обеспечения.

B. Структурная идентификация, этапами и результатами котор> являются:

- список рабочих определений рассматриваемых сущностей;

- архитектура модели (структурированный список включаемых рассмотрение внешних и внутренних элементов и/или факторов "действующих лиц" модели;

- список идентификаторов (обозначений элементов) модели;

- структура модели (схема взаимодействия элементов или диаграмма причинно-следственных связей);

- определение типов переменных (отмечается на структуре модели);

- проверка на наличие ошибок и избыток неопределенностей;

- выделение ядра системы, составление для нее знакоопределенной схемы внутренних связей, выделение циклов и анализ их устойчивости; выделение автономных подсистем и анализ их поведения; проверка ядра на структурную устойчивость;

- список или фрагмент текста, содержащий допущения, рабочие гипотезы, комментарии и пояснения к этапу структурной идентификации.

Качественная идентификация модели:

- шкалирование переменных (определение размерностей, масштабов и диапазонов изменения переменных);

- определение общего графического вида зависимостей между переменными и оценка изменений зависимости модифицирующими ее факторами;

- определение в первом приближении величин параметров модели;

- реализация модели на ЭВМ;

- отладка и проверка "разумности" ее функционирования с позиций здравого смысла;

- проверка способности модели качественно воспроизводить интересующее исследователей поведение реальной системы (при отсутствии такой способности необходимо возвращаться на предыдущие этапы создания модели и вносить в нее коррективы);

- анализ чувствительности модели.

Количественная идентификация и верификация модели:

- уточнение и проверка характеристик модели по экспериментальным данным и/или за счет информации от узких специалистов-экспертов;

- сеансы работы экспертов с моделью с целью ее верификации;

- имитация ретроспективных сценариев.

Подготовка модели к сдаче заказчику:

- заключительный анализ и описание области применения модели (классов решаемых задач, анализируемых сценариев, экспериментальных ситуаций);

- анализ и реализация сервисных возможностей модели;

- документирование (сквозное ' документирование всех этапов разработки, характеристика возможностей применения, инструкция пользователю системы)..

Внедрение модели:

- передача модели пользователю;

- коррекция модели с учетом замечаний пользователя.

Разработанная методика имитационного моделирования представляет самостоятельный интерес и может использоваться не только е медико-биологических приложениях, однако, акцент сделан на адаптации данной методики к задачам моделирования процессов е системе "среда-здоровье". Для этой цели используется язык, понятный специалистам медико-биологического профиля, методика снабжена биологическими иллюстрациями и примерами, а главное - в качестве элемента методики разработана концепция и метод построения минимальной модели биологической системы на основе использования интегральных показателей состояния, который позволяет решить проблему построения минимально сложной модели, удовлетворяюще? целям моделирования. Выполнение требования минимальности существенно облегает практическую реализуемость модели, упрощает ее информационное обеспечение на этапах создания и практическогс применения (Н.Н.Моисеев, 1981).

В целях повышения эффективности практических применен^ созданной методики имитационного моделирования автором разработа! ряд специальных программных и математических средств. К ни» относятся:

- способ количественной оценки "степени системности" объекта с помощью критериев связности, глобулярности и автономности;

- методика и программное обеспечение для анализа диаграм) причинно-следственных связей моделей и исследования моделей н< знакоустойчивость;

- язык для формализованного представления семантики санологи-ческих данных и знаний, который может использоваться не только дл! информационного обеспечения процессов моделирования, но и дл; построения баз данных и знаний, имеющих самостоятельный интерес;

- статистический метод исследования корреляций биологически; процессов с разными характерными временами, помогающих на этап< предмодельного анализа выделять подсистемы в биологически: системах;

- комплекс программ для автоматизации ряда процессов отладки ] практического использования моделей (программы обеспечения диалог; с компьютером, автоматического задания сценариев, запоминани: результатов сеанса моделирования, выдачи справок о текущи: значениях переменных модели, представления результато:

юделирования в табличном и графическом виде).

В третьей главе "Подходы к теории взаимодействия организма и ;реды" делается попытка обобщения имеющихся в литературе взглядов и 1редставлений о важнейших принципах функционирования организма во знешней среде и механизмах патологии (И.В.Давыдовский, 1971; 3.П.Казначеев, 1980; Ф.З. Меерсон, 1981; В.П.Петленко, 1982; А.Д. Зперанский, 1935; К.В.Судаков, 1976; W.B. Cannon, 1932 и др.) с делью создания варианта концептуального базиса "общей теории здоровья". На этой основе разрабатывается система определений и строится формальная модель предметной области данной теории, т.е. модель системы "среда-здоровье". С помощью данной модели проводится формализованное представление и рассмотрение таких феноменов верхнего уровня обобщенности как "мобилизация функций", "адаптация" и "компенсация", а также в целях ее дальнейшего изучения разрабатывается имитационная модель функциональной динамики. Далее проводится рассмотрение критериев качества и оптимальности в управлении здоровьем и рассматриваются возможности применения общих принципов и концепций теории здоровья для изучения и описания конкретных процессов в реальном живом организме на примере вестибулярного анализатора. Целью построения данных конструкций и моделей является интерпретация в рамках единого формализма как отдельных концепций, так и результатов их системного взаимодействия в рамках целого, а также структурный и динамический анализ общих режимов поведения системы "среда-здоровье", обусловленных требованием выполнения постулатов концептуального базиса. Результатом данного раздела является углубление и упорядочивание представлений о фундаментальных механизмах взаимодействия организма и среды высшего уровня обобщенности, которые в дальнейших разделах используются при построении более детальных, конкретных и следовательно более практически ориентированных средств информатики здоровья.

Предлагаемый автором концептуальный базис "общей теории здоровья" выглядит следующим образом.

КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ БАЗИС ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ЗДОРОВЬЯ ИНДИВИДА

Феномены болезни, нормы, патологии К1 - болезнь есть нарушение приспособляемости организма к среде,

влекущее за собой снижение возможностей осуществления

биологической и социальной активности.

К2 - изменения состояния системы по координате "норма-патология" есть перемещения в одном и том же фазовом пространстве состояний системы.

КЗ - причиной болезни является не только патогенный фактор, но и реакция организма на этот фактор, т.е. патогенность ситуации относительна и может рассматриваться только применительно к системе "уровень патогенного фактора - состояние организма".

К4 - патогенность фактора в существенной мере определяется не только его амплитудными, но и временными характеристиками.

Критерии качества функционирования организма

К5 - критериями адаптивности являются критерии удовлетворения внутренних и внешних потребностей системы, ранжированные по их значимости для организма (высший ранг имеет критерий выживаемости).

Кб - альтернативы способов удовлетворения потребностей выбираются по критериям оптимальности - минимальности энерго-пластических и информационных затрат системы (на верхних уровнях иерархии подсистем организма эти критерии манифестируются как минимумы функциональных затрат).

Механизмы функционирования организма

К7 - существование потребности является стимулом, заставляющим организм активно функционировать (реагировать).

К8 - функционирование организма при удовлетворении потребностей осуществляется по принципу функциональной системы, предполагающему оптимальное взаимосогласованное распределение функциональных мощностей элементов системы, участвующих е удовлетворении потребности.

К9 - связанная с потребностью цель является системообразующим фактором функциональной системы.

К10 - феномен управления - координации функции является общесистемным понятием верхнего уровня обобщенности и играет важную роль в обеспечении, взаимодействия организма и среды.

К11 - механизм взаимообеспечения функций специализированны} элементов системы (организма) при решении целостных зaдa^ системы является основным фактором, обеспечивающш.

эволюционные преимущества организма как целого. К12 - функционирование организма есть адаптивное реагирование на изменения внутренней и внешней среды; основными механизмами адаптивного реагирования являются: мобилизация, адаптация, и компенсация.

К13 - режим компенсаторного обеспечения функции характеризуется меньшим КПД и обусловливает снижение интегральных приспособительных возможностей организма, по сравнению с режимом нормального обеспечения той же функции. К14 - любое функциональное изменение в системе взаимосвязано с морфологическими изменениями ее элементов (принцип структурно-функционального единства). К15 - функция первостепенна, структура второстепенна (цель системы регуляции обеспечить требуемые функции, манипулируя (вплоть до уничтожения) имеющимися в наличии структурами. К16 - последствия действия патогенного фактора могут быть как обратимыми, так и необратимыми (в последнем случае необратимо снижаются приспособительные возможности организма). На основе вышеупомянутого концептуального базиса проводится построение формальной модели предметной области "среда-здоровье" для уровней индивида и популяции. Архитектура модели для уровня индивида имеет следующий вид.

Таблица 1.

АРХИТЕКТУРА ФОРМАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ "СРЕДА-ЗДОРОВЬЕ ИНДИВИДА"

ХАРАКТЕРИСТИКИ СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА Переменные состояния Ъ - вектор структурного состояния организма; Г - вектор функционального состояния организма; И - вектор текущих функциональных резервов; ИА - вектор адаптивных функциональных резервов; Ий - вектор максимальной потенциально достижимой в онтогенезе величины функциональных резервов;

Э - вектор состояния организма;

$ - вектор внебиологических возможностей и ограничений организма.

Пространства состояний организма {Р} - функциональное пространство организма;

{3*F} - пространство состояний организма;

{$} - пространство внебиологических возможностей и ограничений организма. Области пространств состояний ■ Рп - области здоровья в пространстве {3 * F}; Сп - границы областей здоровья; Р - область существования организма. ХАРАКТЕРИСТИКИ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ "СРЕДА-ОРГАНИЗМ" {U] - множество потенциально возможных для представителей вида horn sapiens взаимодействий с окружающей средой в достижимой част; Вселенной;

{U)E - подмножество множества {U}, состоящее из достижимых для

данного индивида взаимодействий; {U}^- подмножество множества (U}g, состоящей из реализуемых

индивидом в данный момент времени взаимодействий. КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА q - качество жизни; Qt - интеграл качества жизни; h - здоровье; Hj. - интеграл здоровья; h - социальное здоровье; Н®- интеграл социального здоровья; Vm - множество ценностей взаимодействий. ОПЕРАТОРЫ

В - оператор взаимообеспечения функций;

А - оператор функционального напряжения;

А+В - оператор состояния организма;

WE - оператор экологической ниши;

WR - оператор реализуемых взаимодействий;

VTO - оператор трансформации множества взаимодействий;

WZF, WFZ - операторы соответствия структур и функций.

Рассматриваемая модель оперирует такими понятиями высшего уровня обобщенности как "элемент", "система", "структура", "функция", "функциональный резерв", "взаимодействие" и т.д. Ядром модели является фундаментальная "система уравнений функциональной гармонии", описывающая феномен. взаимодействия дифференцированных элементов в целостном организме, погруженном в поле потребностей, где роль каждого элемента - обеспечивать результатом собственной функциональной деятельности как самого себя так и другие элементы

системы, а также совокупность взаимодействий с внешней средой.

Организмом считается система из I элементов, каждый из которых

обеспечивает (генерирует) определенный уровень своей биологической

функции,равный ^, 1=1,... ,I. Доля функции 1-го элемента,

необходимая для обеспечения уровня функции г-го элемента, равного

Гг, г = 1, ... , I, является в общем случае нелинейной математической

функцией ВГ^(ГГ). Среда представляется совокупностью из М

взаимодействий ит, на обеспечение каждого из которых 1-ый элемент

системы тратит долю своей функции, равную Ат^(ит), ш = 1,...,М.

Система уравнений функциональной гармонии, описывающая

поведение организма при изменении поля взаимодействий при условии

баланса функций имеет следующий вид: I М

=г1Д1(Гг> +ш11Аш1(ит). 1=1.....1; (1)

В силу ограниченности функциональных возможностей элементов, справедливо неравенство:

О 5 5 1 = 1.....1 (2)

где: - величина функционального резерва нормального

реагирования 1-го элемента организма. Считается, что организм адекватно реагирует на изменения окружающей среды, если существует решение системы (1), удовлетворяющее условию (2).

Патологические или предпатологические процессы возникают тогда, когда величина взаимодействия превосходит функциональные возможности организма, т.е. при слишком больших и^ или слишком малых . В этих пограничных ситуациях включаются механизмы компенсации и адаптации.

Полагается, что феномен компенсации заключается в обеспечении заданной функции не деятельностью специально предназначенного для этого элемента, а напряжением функций других, "непрофессиональных" элементов системы, осуществляющих эту функцию с меньшим КПД. Данный феномен интерпретируется аналитически с помощью "системы уравнений компенсированной гармонии":

И, + Е: = РВБ,, ¿ = 1.....Л, (3)

Fj = ГВБ^ , л = Л-1,.,.,1,

гДе: л I м

га^ = X (в^) + о^(Ег)) + X в^(Рг) + X А^(ии), г=1 г=Л+1 ш=1

В системе (3) Ег - есть компенсаторный прирост функции, г-того

элемента, требующий дополнительных функциональных затрат 0^(ЕГ)

других элементов системы. При этом выполняется "условие

непрофессиональности компенсации":

I Вг1(Гг) > X Вг1(Гг) (4)

1=1 1=1

Вторым фундаментальным механизмом реагирования организма в пограничных ситуациях является адаптация. Полагается, что феномен адаптации заключается в пластической мультипликации ткани элемента, к функции которого приложены повышенные потребности. Аналитически данный феномен интерпретируется преобразованием системы (1) в "систему уравнений адаптированной гармонии":

I М

= Ч( I М^/а^)) ■+ I Аш1(ит/Ц)), 1=1.....1 (5)

г=1 • т=1

где: Ц - коэффициент мультипликации 1-го элемента, удовлетворяющий ограничению:

где: ЛА^ - максимальная величина функционального резерва, достигаемая с помощью механизма адаптации.

Таким образом, состояние организма определяется положениями концов векторов Р, Н, ИА, в функциональном фазовом пространстве {Р}, размерностью I, или, что то же самое, вектором Б в функциональном пространстве, размерностью 3*1, задающем положение конца объединенного вектора РпКаИА. Снижение приспособляемости в результате заболевания и других причин воспроизводится либо уменьшением резервов нормального реагирования и адаптации, либо уменьшением разницы между повышенным уровнем фоновой функциональной активности и величинами резервов. В зависимости от состояния этих показателей, одни и те же значения факторов среды могут вызывать различные изменения состояния системы. Возникновение патологии интерпретируется попаданием витальной траектории организма в определенную область фазового пространства (3*Р}.

Обобщенная модель "среда-здоровье" обладает способностью интерпретировать большинство концепций "общей теории здоровья",' являющихся в свою очередь обобщением экспериментальных результатов в рассматриваемой предметной области. Поведение организма как системы зависит от структуры связей между ее элементами. В работе получена рекуррентная классификация возможных типов структур организации системы.

Далее изучено поведение обобщенной модели для различных типов

структур. Введено понятие "нормального существования организма", определяемое обязательным наличием не равных нулю диапазонов величин внешних потребностей, которые система может удовлетворять. Изучены возможности нормального существования организма и зависимость КПД организма от его характеристик.

В подавляющем большинстве моделей живой природы делается акцент на исследовании динамики поведения моделируемых систем. Новизна подхода, развиваемого в настоящей работе, заключается в том, что в ней внимание концентрируется на проблеме анализа феномена структурно-функционального обеспечения жизнедеятельности.

Проведенный анализ показал, что возможности аналитического исследования модели достаточно ограничены. Поэтому, с целью ее дальнейшего изучения, разработана имитационная модель функциональной динамики, позволяющая в ходе имитационных экспериментов проводить исследование поведения системы "среда-здоровье" для широкого спектра гипотез и сценариев взаимодействия организма и среды. :

Важнейшими элементами проблемы управления здоровьем являются критерии качества управления и оптимальности организации как внешних антропогенных механизмов управления, так и внутренних механизмов взаимодействия организма и среды.

Критерий качества здоровья является частным случаем более общего критерия качества жизни, названного в работе "интегралом качества жизни":

= Г С(Ь) I V (II 8,$)(И, (7)

ь {и}

где фрагмент [Ь:^] - есть оставшийся отрезок жизни индивида, 0(1;) - функция дисконтирования.

Рассматриваемый критерий зависит нак от характеристик среды (и), так и от биологических Б и _внебиологических $ ресурсов организма. Если $ фиксировано: $=$, - то качество жизни определяется только биологическими характеристиками организма. В этом случае данный критерий по определению называется "интегралом биологического здоровья" Н^ = н|? = <3.(.(1;,8,$) или просто "интегралом здоровья"" По аналогии, если фиксирован биологический ресурс: 3=37 ~ то получающийся критерий Н® (3^(1,5,$) можно назвать "интегралом социального здоровья".

Величину можно рассчитать по формуле (У) постфактум, т.е. если уже известна витальная траектория индивида. На практике, при

решении задачи управления здоровьем имеется возможность пользоваться лишь более или менее определенной моделью ожидаемых изменений среды и здоровья, поэтому задачей управления является выбор стратегии, дающей максимум математического ожидания МЕ суммы качеств жизни для всех членов популяции QSM:

L

QSM = max ME V , (8]

{$},d{U} Д

где 1 - индекс, перечисляющий членов популяции.

Конкретный выбор и реализация механизмов взаимодействий происходит на базе принципов оптимальности. Для организма эти принципы выражаются в требовании минимальности энергетических, пластических и информационных затрат организма при осуществлении каждого взаимодействия, что сохраняет большие возможности для реализации дальнейших взаимодействий и следовательно дает прирост Qf.. Выполнение данного требования позволяет снять неопределенности в случае неоднозначного соответствия структуры и функции.

Из требований оптимальности вытекают важные следствия. Во-первых, возникает возможность взаимной оценки спектра функциональных характеристик организма и спектра поля взаимодействий со средой, в котором в фило- и онтогенезе формировался организм. Во-вторых, разница между спектром взаимодействий экологической ниши индивида {U]g и любым из двух вышеназванных спектров может служить мерой адаптированности индивида к условиям обитания. Аналогично, рассогласование между этими двумя спектрами и антропогенными, эволюционно-непривычными факторами среды - компонентами современной экологической ниши может служить "мерой патогенности" этих факторов. Работоспособность развиваемых выше идей и принципов проиллюстрирована в диссертации на примере вестибулярного анализатора.

В четвертой главе "Имитационные модели динамики здоровья" рассматривается ряд конкретных моделей, описывающих изменения различных показателей здоровья на индивидуальном и популяционном уровнях. Данная глава, с одной стороны служит иллюстрацией практического применения общих идей и методологии имитационного моделирования, изложенных в гл. 2, ас другой - содержит в сжатом виде результаты формализации представлений о важнейших процессах динамики здоровья. Представленные в настоящей главе модели служат ядрами ряда описанных в гл.5 систем, предназначенных для поддержки принятия саногенных решений.

Целью создания первой из рассматриваемых в главе моделей -шитационной модели динамики здоровья населения в изменяющейся :реде является получение рабочего инструмента для количественного и <ачественного анализа кратко- и долговременной динамики здоровья 1ри изменениях окружающей среды на популяционном уровне, для агрегированной оценки обусловленных изменениями здоровья жономических и социальных последствий. Блок-схема модели показана 1а рисунке 2, дающем представление об уровне агрегирования и :труктуре модели.

Важной особенностью данной модели является попытка ззаимоувязать биологические показатели состояния организма функциональный статус и генетический статус с такими сарактеристиками здоровья, как заболеваемость и смертность, а юследние, в свою очередь с экономическими оценками изменений здоровья.

Ядро модели.

Б основу модели положено уравнение динамики популяции с

зозрастной структурой: эп эп

+ = - и(г^,р)*п(г^), 1;>0, т>0 : краевыми условиями

СП

п(од) = | ь(т,ь,р)*п(тл),(3т, г г о о

п(т,0) = ф(х), т г О,

где ц - сила смертности, Ь - рождаемость, р 1араметров качества популяции, компонентами которого заболеваемость, характеристики статуса и т.д.

Основные уравнения модели, описывающие взаимосвязи смертности л заболеваемости со статусом и другими характеристиками системы "среда-здоровье" имеют следующий вид.

Смертность определяется соотношением:

Г0МА , = СМ11 : + СБМ1 .ТБЕет, (12)

где ГЗЕЯУ = (С8Н2-СЗК1)*(1оО-СЗЕНУ:1п(1+ЗЁет))/100+СЗК1.

Заболеваемость описывается формулой:

БЭ^ ^ = СОЭ*(ЭГАТ^ ^+ЕМР*(СЕ30 + СЕБ'БТА^ J•))•FSERV. (13)

В рассматриваемой имитационной модели константные коэффициенты обозначаются идентификаторами, начинающимися с буквы "С". Экономическая оценка рассчитанных ' изменений здоровья осуществляется с помощью алгоритмов, содержащихся в "Методических рекомендациях по оценке экономической эффективности лечебно-профилактической помощи"

(9)

(10)

(И)

- вектор являются

Рис. 2. Блок-схема модели процессов динамики здоровья.

В прямугольниках - идентификаторы массивов. Двумерные массивы (90x2), содержат.распределения по возрасту (от года до 90 лет) и полу: DEMS - значения чисел живущих, DSF - частота заболеваний (на человека в год), F0M - сила смертности, GEN - количество мутаций в половых клетках, STAT - индикатор статуса, STB - филогенетическая компонента статуса, STDC - хроническая или необратимая компонента статуса, STDR - обратимая компонента, TLF - биологический возраст. Одномерные массивы: BIRTH - числа родившихся девочек и мальчиков, SMU - мутагенность загрязнителей среды, STR - величины частных срессо-ров, STRN - приведенные к единой шкале (нормированные) величины частных стрессоров, STRU - общий неизвестный стрессор. В овалах - скалярные величины: BINCR - инкремент рождаемости, BRAD - эффект радиации и мутагенности среды на рождаемость, ENP - индикатор патогеннос-ти среды, GENZ - потенциальное количество мутаций в зиготе, RADA -величина радиационного инцидента (доза остро полученной радиации), RADC - интенсивность хронической радиации, RM - суммарный радиационный эквивалент действия радиации и мутагенных веществ, SERV - индикатор социально-медицинского сервиса, STIC - хроническая компонента статуса новорожденных, STRP - общий известный стрессор. Те же идентификаторы с буквой B(Base) в конце обозначают исходные значения определенных выше величин.

(Москва, Минздрав СССР, 1983).

Верификация модели проведена в соответствии с рекомендациями

методологии имитационного моделирования (гл.2). Оценка надежности и

работоспособности модели произведена по надежности постулатов, на

основе которых выписываются ее основные функциональные соотношения,

по непротиворечивости общей логики построения модели и

соответствию ее здравому смыслу и известным биологическим законам,

на основе анализа экспертов разумности качественного поведения

модели в различных режимах, а также с помощью оценки точности

прогнозов, получаемых при моделировании реальных сценариев. При

этом исследованы три основных класса зависимостей: временные,

возрастные или структурные, доз-эффектные. Верификация модели

показала достаточно высокую ее надежность. Точность прогнозов для

различных сценариев колебалась в диапазоне 3 - 20%

Разработанная модель служит ядром описанной в гл.5 диалоговой

системы для управления здоровьем населения - ДСУЗН.

В отличие от вышеописанной модели, предназначенной для

описания достаточно долгосрочных изменений здоровья на высоком

уровне агрегирования, представленном таким понятиями, как статус,

стрессор, общая заболеваемость и смертность, рассматриваемая далее

базовая модель для анализа, прогноза и экономической оценки

медицинских показателей в практических приложениях является

алгоритмической реализацией описанной в глТ 1 схемы

формирования здоровья населения в процессах социально-

экономического развития. Данная модель предназначена для

экономической оценки и прогноза краткосрочных изменений

заболеваемости, инвалидизации и смертности для интересующих

исследователя нозологии и отдельных групп населения при

антропогенных изменениях определенных групп характеристик и

факторов природной и социальной среды и реализации санитарных и

медицинских мероприятий. Структура типового блока модели для i-ой

нозологии и рассматриваемой группы населения приведена на рисунке 3.

Структура блока определяет структуру уравнений динамики

соответствующих показателей. Так, уравнение динамики количества

больных i-ой нозоформы при проведении некоторого мероприятия,

изменяющего заболеваемости на Дт^ имеет вид: dNt 1

- = (т, + Дт;)(K-Ni) - (pi+r)Ni (14)

dt ill li,

инвалидность в результате заболевания i-ой нозоформы имеет вид:

т

Рис. 3. Стуктура типового блока базовой модели

dIi

- = ~ (r+tfjl*, (15)

dt 111 11

где Да^ - изменение темпа инвалидизации в результате проведенного

медицинского мероприятия или действия фактора среды.

Динамика количества умерших при изменении смертности на

величину йгц определяется по формуле: 1 dMA

-= (7,+Ar.ON, (16)

dt ill

Для того, чтобы иметь возможность применять разработанную

модель на практике был решен ряд важных проблем. Получено общее

описание зависимостей между величинами факторов внешней среды и

степенью их патогенности, т.е. степенью их влияния на

заболеваемость, смертность и инвалидизацию, а также предложен

показатель Q комплексной оценки действия факторов. Так, например,

зависимость функции f распределения доли заболевших индивидов от

общей численности популяции для промежутка времени t по отклонению

от нормы болезнетворного фактора на величину AF ийеет вид: N(t) 1 r , iF-FCraid.t) '

fUF.t) -- --Г1 + Ф -т—-11, (17)

Kit) 2 L l <г / 2 J J

где Ф - функция Лапласа, a F(mid, t) и a - есть соответственно

среднее значение и дисперсия нормального распределения, для

определения которых предложена методика, основанная на сравнении

показателей заболеваемости в эталонном и исследуемом регионах. Для

показателя 0 предложено соотношение: m(i)

^ 2 |F(i,j,opt) - F(i,j)| Q=.> -1 F(i, j ,Aq) - F(i,j ,A1>| + a(i'u)- (18)

где: m(i) - количество принимаемых во внимание факторов, влияющих на состояние организма при расчете медицинского показателя для i-ой нозологической формы;

a(i,j) - коэффициент весомости j-ro из принимаемых во внимание факторов, влияющих на медицинский показатель для i-ой нозологической формы;

a(i,u) - коэффициент весомости совокупности всех не принимаемых во внимание в данном исследовании факторов, обозначаемых нами как некоторый фон и;

F(i,j,opt) - оптимальное значение j-ro из принимаемых во внимание факторов, которое принимается за номинал;

F(i,j,Aq) - значение j-ro из принимаемых во внимание факторов в регионе Ад;

- значение ¿-го из принимаемых во внимание факторов в регионе А^;

- значение ¿-го из принимаемых во внимание факторов в том регионе, для которого приводится исследование с применением данной модели.

Для определения коэффициентов весомости факторов предложена специальная процедура экспертного оценивания.

Особым классом процессов в системе "среда-здоровье" являются инфекционные эпидемии, при моделировании которых существенную роль играют не только динамические характеристики популяции человека, но и особенности динамики изменений характеристик популяции паразита. Для описания этих явлений разработана обобщенная модель эволюции инфекционного эпидемического процесса - ЕР11). Цель данной модели -получить описание не отдельной вспышки эпидемии, а долголетнего течения эпидемического процесса, включающего как сами вспышки, так и периоды затишья между ними. На этапе структурной идентификации модели разработаны ее архитектура и структура. На данной основе проведено построение ряда динамических моделей и программных комплексов, являющихся компонентами общей модели ЕР!Ш и в то же время представляющих самостоятельный интерес. К ним относятся: модель эпидемии в неоднородной популяции людей, комплекс моделей иммунологических процессов, а также СППР "Эпидемиологическая структура популяции".

Характерной особенностью многих эпидемий является существование различных групп риска, отличающихся различной восприимчивостью и контактабельностью с эпидемически значимыми компонентами среды, содержащими инфекционный агент. Структура этих групп в популяции существенным образом детерминирует распространение эпидемии. В известной автору, литературе не содержится систематизированных методов построения структуры эпидемиологически активных групп или "эпидемической структуры популяции"-. Для решения этой задачи предлагается "метод эпидемиологического дерева", с помощью которого определяется иерархия детерминирующих эпидемию факторов и выделяются основные группы людей, активно участвующих в эпидемическом процессе. Корнем этого дерева является рассматриваемая нозологическая форма, следующий уровень - отвечающие ей механизмы передачи возбудителя. За ним идет уровень, описывающий компоненты среды, задействование в эпидемическом процессе при реализации выделенных механизмов передачи. Ниже следует уровень эпидемиологически значимых

социальных факторов, побуждающий человека к взаимодействию с отмеченными компонентами среды. И наконец, последний уровень -группы людей, находящиеся под воздействием выделенных социальных факторов. Назовем эти группы эпидемически активными группами.

Для описания распространения эпидемии в одной эпидгруппе используется система уравнений:

dxi — = -

= sHiaiixi4 - Wi- (19)

dzi

-= г,- у,-

dt 1 1

с начальными условиями хА(0) = xi(r), у^(0) = у^(т), z^iO) = z^x). где: х^(тг) - численность неинфицированных восприимчивых индивидов в группе i;

- численность инфицированных неизолированных от общества индивидов в группе i;

z-Cr) - численность эпидемически инертных членов в группе i; (т) - коэффициент контактности индивидов из группы i с группой j;

- коэффициент темпа перехода инфицированных группы i в эпидемически инертную категорию людей;

а^(г) - коэффициент эпидемической проницаемости компонента среды, который связывает i-ю и j-ro группы;

s(x) - коэффициент контагиозности возбудителя.

На основе данной системы уравнений получены аналогичного вида соотношения для случая, когда эпидактивные группы заражаются друг от друга.

Центральное значение в развитии многих инфекционных и неинфекционных заболеваний имеет состояние системы иммунитета человека. Поэтому, серьезное внимание в диссертации уделено проблеме оценки и прогноза динамики иммунитета человеческого организма.

Исследование состояния проблемы математического моделирования иммунных реакций (В.Н.Крутько,1981) позволило объединить имеющиеся в литературе подходы в виде "обобщенной модели иммунитета", включающей модель клональной динамики, описывающей процесс развития и взаимодействия произвольного набора клонов иммуноцитов,

а также модель лимфоциркуляции, позволяющую перейти при построении моделей иммунитета от не всегда корректной гипотезы метаболического котла к модели развития иммунологического ответа в реальной совокупности компартментов живого организма.

В пятой главе "Системы поддержки принятия саногенных решений" изложены общие принципы создания компьютерных систем поддержки принятия решений (СППР), обеспечивающих сохранение и приуножение здоровья населения, а также приводится описание ряда конкретных систем, направленных на решение важнейших классов задач формирования здоровья: "Диалоговая система для управления здоровьем населения" (ДСУЗН), СППР "Экология питания", СППР "Эпидемиология", информационная система "Здоровье России".

Глава начинается с описания возможностей и типичных элементов СППР как таковых, которое может быть полезным как для разработчиков, так и для заказчиков и пользователей подобного рода систем. Практический опыт автора в этой области обобщен в виде блок-схемы "Универсальной СППР". "Универсальная СППР" состоит из: супервизора, осуществляющего- диспетчеризацию процессов в СППР; интерфейса, обеспечивающего организацию диалога между СППР и пользователем; генератора сценариев, позволяющего автоматизировать процедуру задания .анализируемых сценариев, процессора - блока, осуществляющего вычислительные и/или логические процедуры с имеющейся в системе информацией; монитора, . запоминающего необходимую в дальнейшем информацию по ходу сеанса работы с СППР; сервиса, обеспечивающего удобство и эффективность работы с СППР; базы = хранилища ■ информации; интерпретатора, преобразующего информацию в форму удобную для восприятия и анализа и генератора решений, реализующего современные алгоритмы принятия решений. Общие принципы создания эффективных СППР ."спользованы автором при разработке описанных ниже систем.

Диалоговая система для управления здоровьем населения - ДСУЗН создана с целью получения возможностей работы с описанной в предыдущей главе имитационной моделью динамики здоровья населения в изменяющейся среде как искушенным, так и неискушенным в компьютерной технологии пользователям. Система реализована на алгоритмическом языке Фортран-77 на ЭВМ УАХ-780. Возможности работы с моделью весьма разнообразны и простираются от имитационных экспериментов с моделью до исследования разнообразных практически значимых сценариев изменения окружающей среды.

Данная система позволяет в диалоговом режиме анализировать

различные сценарии воздействий на человеческую популяцию региона. В качестве воздействий могут рассматриваться: 1 - изменения концентраций загрязнителей воздуха, воды и пищи (может анализироваться действие таких загрязнителей как соединения серы и азота, углеводороды, свинец, ртуть, кадмий; конструкция системы позволяет достаточно легко расширить класс загрязнителей); 2 -сценарное задание рождаемости, уровня социально-медицинского сервиса и индикатора, определяющего патогенные свойства среды; 3 -климатические изменения (температура; скорость ветра, влажность); 4 - обеспеченность пищей (ккал/чел.год); 5 - острые и хронические радиационные воздействия на население.

Выходными характеристиками системы являются: половозрастные распределения заболеваемости (рассчитываются частота случаев заболевания на человека в год и число человеко-дней болезни)); смертности; характеристики функционального состояния организма -статуса, а также его обратимого и хронического компонента; числа живущих; оценки действующего на человека общего стресса; оценки биологического возраста людей. Также выводятся такие параметры, как рождаемость, общий размер популяции, экономические оценки потерь от заболеваемости и смертности (интегральные и текущие потери в расчете на одного человека и на популяцию в целом).

Система дает возможность при анализе сценариев задавать точные данные об исследуемой популяции или пользоваться типовыми демографическими пирамидами (по данным ООН), отличающимися друг от друга средней ожидаемой продолжительностью предстояющей жизни новорожденных.

Система ДСУЗН может использоваться для решения следующих классов задач:

- количественной оценки общей заболеваемости, смертности и связаны с этим экономических потерь при действии на популяцию рассматриваемых природных факторов;

- экономической оценки эффектов различных изменений структуры популяции и здоровья;

- демографического прогноза при различных сценариях изменений рождаемости и/или смертности и исходных распределений числа живущих;

- качественного анализа тенденций в изменении здоровья при изменениях индикаторов социально-медицинского сервиса и патогенности среды.

СППР "Экология питания" является средством для

научно обоснованного управления обеспечением населения продуктами питания, формирования групповых и индивидуальных рационов профилактического, лечебного и оздоровительного назначения, оценки и прогнозирования здоровья населения в связи _ с изменениями структуры питания и экологической обстановки, конструирования новых пищевых продуктов, разработки методов коррекции с помощью специальных рационов отрицательного влияния факторов окружающей среды.

СППР реализована на алгоритмическом языке FOX PRO на персональном компьютере IBM PC AT. Ядром СППР является база данных по химическому составу пищевых продуктов и нормативам потребления. В базе имеются данные о содержании 114 химических соединений в 980 различных продуктах питания. Имеются возможности:

- занесения в базу новых продуктов питания;

- коррекции химического состава продуктов;

- поиска заданного продукта питания и выдачи информации о его химическом составе;

- компоновки подбазы меньшей размерности;

- поиска продуктов питания определенного типа - белковых, жировых, углеводных, богатых заданными витаминами, микроэлементами и т.п., а также их комбинаций;

- расчета химического состава группы продуктов (завтрак, обед, ужин, дневной, недельный рацион и др.);

- вычисления фактических энергозатрат данного человека;

- сравнения химического состава и калорийности определенной группы продуктов с нормативными данными;

- расчета суммарного количества заданных загрязнителей (радионуклидов, пестицидов и др.) в группе продуктов (индивидуальный рацион, рационы в предприятиях общественного питания, поставки продуктов питания в город, регион);

- сравнения количества загрязнителей приходящихся на душу населения с ПДК и др. нормативными данными.

В состав СППР входит также блок оптимизации, позволяющий рассчитывать оптимальные рационы питания на индивидуальном и групповом уровнях при заданных ограничениях на доступность тех или иных продуктов.

Система позволяет решать следующие практические задачи:

- рассчитывать индивидуальную норму энергетической потребности организма и нормы потребления основных химических веществ (белков, жиров, углеводов, витаминов, макро- и микроэлементов);

рассчитывать среднедушевые нормативы при заданной половозрастной и профессиональной структуре группы людей, населения города и региона;

- планировать объем и структуру питания с учетом наличия продуктов питания и условий окружающей среды;

- разрабатывать новые продукты питания.

Система может быть адаптирована для решения различных задач, связанных с рациональным, профилактическим и оздоровительным питанием. Одной из реализованных версий этой системы является система "Питание-детям", которая в игровой занимательной форме помогает оценивать и планировать индивидуальное питание ребенка.

Использование данной системы позволяет реализовать на практике системный подход к задаче оценки взаимосвязей питания и здоровья в сложной быстро меняющейся окружающей среде.

Целью создания СППР "Эпидемиология" являлось получение средства компьютерной поддержки процессов построения и анализа эпидемиологически значимой структуры общества, а также процессов выбора и качественной оценки эффективности противоэпидемических мероприятий. СППР реализована на алгоритмическом языке С на персональном компьютере 1ВМ РС АТ.

Система наглядно и доступно представляет процесс проникновения инфекционной болезни в общество как процесс реализации основных эпидемиологически значимых факторов. СППР позволяет в диалоговом режиме для выбранной нозологической формы проводить построение "эпидемиологического дерева": .

добавлять и устранять компоненты среды, участвующие в распространении эпидемии, механизмы передачи, эпидемиологически значимые факторы и эпидактивные группы. При этом система производит автоматическую модификацию остальных фрагментов дерева, являющуюся причинно-следственным результатом произведенных исследователем изменений дерева. В системе имеются возможности формирования в диалоговом режиме списка превентивных мер и анализа эффективности как отдельных мероприятий из этого списка, так и противоэпидемической программы в целом с точки зрения возможности результирующего исключения из эпидемического процесса тех или иных эпидактивных групп.

Разработанная СППР "Эпидемиология" может эффективно использоваться для обучения менеджеров в области социальной медицины выработке эффективных стратегий и тактик проведения противоэпидемических мероприятий.

Целью разработки информационной системы "Здоровье России" являлось создание информационного фундамента для решения практических задач оценки и прогноза здоровья с помощью описанных в диссертации средств и методов информатики. Система реализована на алгоритмических языках FOX BASE и С на персональном компьютере IBM PC AT.

Ее банк данных включает статистическую информацию о показателях здоровья населения по следующим позициям:

- заболеваемость общая;

- заболеваемость впервые выявленная;

- смертность;

- инвалидизация (ВПИ);

- инвалидность (контингент).

Данные показатели представлены для 12 классов нозологий (с поло-возрастной дифференцировкой):

1) туберкулез;

2) злокачественные новообразования;

3) психические заболевания;

4) болезни органов кровообращения;

5) болезни органов дыхания;

6) болезни органов пищеварения;

7) травмы;

8) профессиональные травмы;

9) профессиональные заболевания;

10) инфекции;

11) болезни костно-мышечной системы;

12) болезни нервной системы.

Данные представлены по областям России. В свою очередь, области характеризуются экологическими, социальными и экономическими показателями:

a) показатели системы здравоохранения;

b) социально-экономические показатели:

- демографического статуса;

- уровня развития техники;

- уровня жизни;

c) эколого-экономические показатели:

- загрязненности и затрат на охрану воздуха;

- загрязненности и затрат на охрану воды;

- характеристик землепользования;

d) показатели обеспеченности основными продуктами питания.

Интегрально, для каждой области имеется 430 показателей.

Сервисные возможности системы позволяют в диалоговом режиме получать информацию об интересующих пользователя показателях в виде таблиц, гистограмм, круговых диаграмм и графиков. Также имеется блок картографического представления.

В шестой главе "Практические применения разработанных средств информатики" рассмотрены более подробно некоторые из упомянутых ранее примеров использования созданного инструментария для решения практических задач.

СППР "Экология питания " была использована по заданию Мосплодоовощ для решения задачи анализа снабжения г. Москвы плодоовощной продукцией с точки зрения его влияния на здоровье населения. На нижеследующих таблице Т. й рисунке 4 приведены примеры результатов анализа, характеризующих структуру и динамику рациона москвичей.

Проведенный анализ позволил получить информационную основу для целенаправленной коррекции недостатков питания москвичей плодоовощной продукцией. На его основе также сформулирован пакет рекомендаций по улучшению деятельности системы Мосплодоовощ. Ожидаемый эффект от реализации данной системы рекомендаций -снижение как общей заболеваемости москвичей так и заболеваемости по отдельным нозоформам, достигающее, Например по ОРЗ и гриппу величин 20-30 %.

Далее, описанная в диссертации общая методология системного анализа и СППР "Эпидемиология" были использованы для разработки рекомендаций по организации системы управления эпидемией СПИДа в СССР. На первом этапе исследований был осуществлен системный анализ и структуризация комплекса проблем, связанных с предотвращением эпидемии СПИДа. Представление о структуре эпидемического процесса СПИДа, как сложной био-эко-социальной системы, дает "эпидемическое дерево", построенное с помощью СППР "Эпидемиология" (рис. 5). На основе информации, полученной на первом этапе исследований, были разработаны методические основы формирования и управления реализацией Государственной программы по предупреждению распространения заболевания СПИДом (ГППС), разработана структура ГППС, ее экономический механизм и структура системы управления ГППС.

По результатам работ был подготовлен отчет "Разработка основ организации системы эпидемиологического надзора за СПИДом и проведения мероприятий по предотвращению распространения

%

январь ишь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь -май

Рис. 4. Месячная динамика обеспеченности жителей Москвы витамином С в 1987 году Св процентах от нормы).

Таблица 2.

Состав плодоовощного рациона москвичей в августе 1990 г.

МЕНЮ гр.

Суммарно

Картофель 92,5

Капуста свекая 48,0 Калорий 145,750

Дук репчатый 24,8 Белков 5,877

Чеснок 1,5 Жиров 0,772

Огурцы свежие 15,2 Углеводов 28,093

Помидоры свежие 153,4

Морковь 9,4

Свекла 8,1

Капуста квашенная 0,2

Огурцы соленые 4,2

Помидоры соленые 0,1

Виноград 10,9 ' г

Сумма 367,0

Углеводы Аминокислоты Лиры Витамины Микроэлэм.

М & Б 13,8 Уа1 192,8 С1ю1 0.0 К 1176.8

Не 159,7 Ь-^ 0.0 ЪСг 2.7

Рпш 4,0 Ьеи 225,8 0.1 Р 139.1

Иио 5,8 Ьув 238,4 Мопип 0.2 Е 0.8 Са 74.9

Био 3,8 Met 50,5 Ро1гш 0.1 С 84.6 ыё 71.5

И1Г 176,7 Ып. 0.0 Б-1 0.2 Ре 3.0

Тгр 49,5 ОБТЕ 0.0 В-2 0.2 0.8

РЬе 172,2 ЕСРЕ 0.0 РР 2.6 Мп 0.6

Бt+Dx 14,4 Тут 158,4 БОРЕ 0.0 Рап 0.8 Си 0.4

С911 3,1 Сув 45,4 БОНЕ 0.0 В-6 0.6

Ное1 0,8 Ь01о 0.1 Б-9 29.4 Мо 25.1

Peot 1,5 ЕСТЕ 0.0 Р 79.6

АоМ. 0.0 В-10 2.6 I 11.6

БСТЕ 0.0

Сг 13.3

w у

Рис. 5

п к а b р

Эпидемиологическое дерево СПИДа.

w - женщины, 15-50 лет; у - дети. 0-3 года;

h" мужчины, гемофилики, 0-15 лет;

r u

f 1

О в X

ш s

заболевания", N гос. регистрации 01.8.80074325. Также было подготовлено письмо с предложениями на имя М.С.Горбачева о безотлагательной необходимости принятия Чрезвычайной правительственной программы борьбы с распространением эпидемии СПИДа.

Примером применения описанной в главе 5 системы ДСУЗН может служить анализ социально-экономических последствий освоения Арктики, выражающихся в ухудшении здоровья населения России. Рассматриваемое исследование было проведено в рамках работ по государственной программе "Аналит" (блок здравоохранения), целью которой являлась выработка долгосрочной стратегии социально-экономического развития арктического региона страны.

Одной из ведущих причин низкой приживаемости населения в Арктике является неспособность человека адаптироваться к условиям жизни, выражающаяся в возникновении различного рода хронических заболеваний. Такие люди уезжают в более комфортные регионы страны, но продолжают там болеть и раньше умирают. От больных родителей с большей вероятностью рождаются больные дети. Таким ббразом, текущий транзитом через Арктику интенсивный поток мигрантов несет на себе груз тяжелой хронической патологии, растворяющейся далее в населении остальной части страны и передающейся следующим поколениям. Региональная проблема превращается в общегосударственную.

С помощью системы ДСУЗН были проведены расчеты усредненных по России величин недожития, связанного с преждевременной смертью арктических мигрантов, а также оценен экономический ущерб, обусловленный повышенной заболеваемостью и смертностью рассматриваемого контингента. Динамика этих характеристик представлена на рисунке 6. При расчетах использовалось допущение стационарности потока мигрантов. Считалось, что интенсивная миграция началась с 1970 г. и составляла 1 млн. чел./год (величина обратного потока мигрантов из арктического региона).

Как видно из рисунка 6., величина экономического ущерба имеет тенденцию выхода на стационар, характеризующийся величиной ущерба порядка 7 млрд. руб./год (в ценах 1987 г.). Данный ущерб возникает в основном за счет обусловленного ухудшением здоровья населения России недопроизводства национального дохода. Социальный ущерб характеризуется потерей ожидаемой продолжительности жизни, имеющей величину порядка 1 года на душу населения России.

Проведенное исследование показало, что ресурсодобыча в

Рис. 6. Динамика социально—экономических последствий освоения Арктики, обусловленных ухудшением здоровья населения России.

1 » — реальная динамика ОПЖН в РФ [годы] ;

2 о - возможная динамика ОПЖН в случае отсутствия "арктических последствий".

3 + — экономический ущерб (ЭУ), обусловленный "арктическими последствиями' [млрд.руб.].

Арктике сопряжена со значительными социально-экономическими потерями для России в целом. Необходимо более глубокое изучение рассмотренного эффекта, а также поиск принципиально новых подходов к организации труда и быта жителей Арктики.

Следующим примером практического применения созданного инструментария является анализ факторов, определяющих здоровье населения России и прогноз изменений здоровья при различных сценариях изменений экологической обстановки,проведенные с помощью информационной системы "Здоровье России". Данная СППР была использована для решения задачи комплексного анализа представленных в системе факторов, детерминирующих такие показатели здоровья как заболеваемость, смертность, инвалидность в регионах России, с целью выработки системы конкретных практических рекомендаций, направленных на улучшение здоровья населения.

Анализ был проведен с помощью системы графических и статистических методов: картограмм, гистограмм, ранжирования, корреляционного, факторного (метод главных , компонент) и регрессионного анализа, определения долей вкладов различных факторов в отклик и коэффициентов их элластичности. Последний показатель удобен для определения величины ожидаемого эффекта на единицу затрат, связанных с проведением различных здравоохранительных мероприятий. Далее, были построены информационные портреты областей России, содержащие информацию по 430-ти параметрам для каждой области и значения рангов, занимаемых областью по этим параметрам среди других областей. В таблице 3. в качестве примера приведен небольшой фрагмент одного из информационных портретов, а на рисунке 7. пример картограммы.

Информационные портреты, помимо задач управления здоровьем, представляют и самостоятельный практический интерес для различного рода принимающих решения лиц областного масштаба, поскольку области не имеют легкой возможности получить столь полную системную информацию о самих себе. Данная информация может быть использована для решения широкого спектра задач управления развитием областей, например для анализа градостроительных планов, управления окружающей средой и т.д. Поэтому она была по желанию заказчика передана в области наряду с результатами анализа и итоговыми рекомендациями.

Результаты анализа представляют собой совокупность из 32-х регрессионных зависимостей, связывающих показатели здоровья с определяющими его факторами, а также для каждой конкретной области

Таблица 3.

Фрагмент информационного портрета области. БАНК ДАННЫХ по Краснодарскому краю

Наименование показателя

Значение показателя!Ранговое! Качество Для I Для 1 место !показателя области I России ! I

12.32 10.51 57

13.20 13. 80 29

55.10 57.80 12

3.80 6.60 34

15. 90 17.10 12

18.50 19.40 23

197.00 98.00 12

2.00 14.60 7

665.71 404. 47 43

661.00 101561.00 36

1513. 00 16723.00 66

9701. 00 1155700.00 40

15. 60 15. 50 24

11.40 26.10 63

21.00 24.00 18

28.80 0.00 18

75.00 71.00 8

419.90 667. 60 4

70.00 79. 90 26

2.30 2.70 15

2119.50 2024.70 50

201. 40 218.00 25

133.40 135. 90 45

0.30 0.30 4

251.00 264. 00 23

Всего умерших обоего пола на 1000 чел.

Смертность от инфекций и паразитарных болезней на 100 тыс. чел. % населения трудоспособного возраста Естественный прирост населения на 1000 чел. населения Рождаемость на 1000 человек населения Козфф. младенческой смертности (на 1000 родившихся) Внесение минеральных удобрений (кг на 1 га) Сброс недостаточно очищенных сточных вод в % к сброшенным Выбросы в атмосферу окиси углерода (кг на 1 кв. км) . Нарушение земель (га)

Сброс загрязненных сточных вод - всего (млн. куб. м.) £ Кап. вложения на охрану и рац. использование водных ресурсов( тыс. р) Обеспечение населения жильем (кв. м. общ. плошэди на 1-го жителя) Число коек в санаториях, профилакториях на 10т. работающих Обеспеч. семей раб. и служ. на 100 сем. тел-ры цветные шт. % рабочих и служащих с вредными условиями труда Потреб, мяса и мясопродуктов населением(на душу нас-ия в год кг.) Зарегистр. заб. пневмонией (на 100000 взросл, насел.) всего Травматизм всего населения(на 1000 населения) Больничная летальность в % активный ревматизм Контин.психич. 0-х, сост. на учете в дисп. учр. на кон. г. наЮООООнас. Контингент больн. активн. туберк. на кокзц г. все формы(на ЮООООнас) Обеспеченность населения больничными койками (на 10т. человек) Обеспеченность населения врачами онкологами на 10000 насел. Число госпитализир. больных в больничных учреждена 1000 нас.)

плохо

удовл.

хорошо

удовл.

хорошо

хорошо

хорошо

хорошо

удовл.

удовл.

плохо

удовл.

хорошо

плохо

хорошо

хорошо

хорошо

хорошо

удовл.

хорошо

плохо

удовл.

удовл.

хорошо

хорошо

Рис- - 7.

Снортичоть о*- Íiííiwji.iíví »yriuij» пшюьареник »i.» U'íüüti человек Ü9.7-61.6

1 ---- —г 1 ■ 1 i i ' ' 1

• • . • у' ' ' ■ * * ' " • .1X :

: • s " ¿ : / 1 , :'.

, i . i i i i i i .

3 Ш 450 675 т 1123 1350 1575 1888

Рис. 8. Зависимость наблюденных Сось ординат} значений от предсказанных Сось абсцисс) для уровня онкологических заболеваний населения Спрогноз. построен только по одному ¿актору загрязнения окружающей среды).

Рис. 9. Зависимость наблюденных Сось ординат) значений от предсказанных Сось айсциссЗ для уровня онкологических заболеваний населения Спрогноз построен с учетом социально-экономических и демографических факторов}.

- таблицы долей вкладов ведущих факторов, определяющих здоровье в области, и коэффициентов их элластичности, сопровождаемые комментариями по поводу приоритетных мероприятий здравоохранения, направленных на улучшение рассматриваемых показателей здоровья. Пакет практических рекомендаций по снижению уровней инвалидности и инвалидизации внедрен по линии Минсобеса РСФСР в областях России.

Проведенные исследования послужили основой для решения задачи прогноза здоровья населения России при различных сценариях ожидаемых изменений экологической обстановки в стране, осуществленного в рамках ГНТП "Экология России". Всего было получено 12 зависимостей ожидаемых изменений заболеваемости и смертности от состояния среды. Расчеты показали, что при увеличении уровня загрязнения окружающей среды на 10%, уровни заболеваемости и смертности населения увеличатся в среднем на 0.5-1%.

Проведенный анализ достаточно убедительно показал преимущества системного подхода при выявлении факторов, определяющих здоровье населения. Например, рисунки 8, 9 наглядно демонстрируют, как качество прогноза заболеваемости раком только по' одному фактору загрязнения окружающей среды (рис. 8) улучшается при учете влияния социально-экономических факторов (рис. 9).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработана и теоретически обоснована методология моделирования, анализа, прогноза, экономической оценки и управления здоровьем населения при изменениях окружающей среды. Объектом исследования является структурно сложная система "среда-здоровье - экономика". В качестве инструмента исследования используются методы системного анализа и информатики. Совокупность результатов, полученных в диссертации является теоретическим обобщением и развитием исследований в рассматриваемом направлении. С практической точки зрения результаты диссертации представляют собой решение проблемы создания методического, математического и программного обеспечения для поддержки принятия решений как в процессах непосредственного управления состоянием здоровья населения, так и в ситуациях предпланового анализа и управления социально-экономическим развитием и состоянием окружающей среды, когда в качестве одного из критериев управления используется здоровье. Созданный инструментарий использован для анализа состояния здоровья, получения его экономических оценок и выработки

рекомендаций по улучшению здоровья в ряде городов и регионов страны.

Основные результаты диссертации состоят в следующем:

1. Осуществлен структурный анализ и разработана схема процесса формирования здоровья населения в ходе социально-экономического развития. Дано описание комплекса средств и методов информатики, необходимых для управления данным процессом.

2. Разработана общая методология построения имитационных моделей динамики медико-биологических процессов, основанная на конструктивном системном анализе и макроиндикаторном подходе к представлению состояния моделируемых объектов. Создан ряд специальных математических и программных средств, обеспечивающих эффективность практических применений данной методологии.

3. Разработан вариант концептуального базиса "общей теории здоровья". На его основе построены и исследованы формальная модель системы "среда-здоровье" и имитационная модель функциональной динамики организма высокого уровня обобщенности. Получены критерии качества и оптимальности в управлении здоровьем. Результатом исследований явилось углубление и упорядочивание представлений о фундаментальных механизмах взаимодействия организма и среды, в особенности феномена структурно-функционального обеспечения жизнедеятельности.

4. Построен ряд имитационных моделей: модель динамики здоровья населения в изменяющейся среде; базовая модель для экономической оценки и прогноза медицинских показателей в практических приложениях; модель эволюции инфекционного эпидемического процесса;

обобщенная модель динамики иммунологических процессов. Данные модели служат для описания, исследования и прогнозирования изменений различных показателей здоровья на индивидуальном и популяционном уровнях и являются концентрированной формой представлений о важнейших процессах и механизмах динамики здоровья.

5. Разработанные методы и модели положены в основу ряда систем поддержки принятия саногенных решений для представляющих' первостепенный интерес классов практических задач управления здоровьем. Рассмотрены возможности и типичные элементы "Универсальной системы поддержки принятия решений" ("Универсальной СППР"). Созданы: "Диалоговая система для управления здоровьем населения"; СППР "Экология питания"; СППР "Эпидемиология"; информационная система "Здоровье России".

6. Созданный инструментарий использован для решения ряда практических задач и проблем управления здоровьем. В качестве наиболее важных из них можно отметить: анализ системы снабжения г. Москвы плодоовощной продукцией с точки зрения ее влияния на здоровье населения; разработку рекомендаций по организации системы управления эпидемией СПИДа в СССР; анализ факторов, определяющих здоровье населения в регионах России и прогноз здоровья для ряда возможных сценариев ожидаемых изменений экологической обстановки; оценка социальных и экономических ущербов, связанных с изменениями здоровья населения России в результате освоения Арктики.

Публикация исследований. Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Крутько В.Н. Количественная мера различий между раздражителями полукружных каналов в естественных условиях и условиях вращения. - В кн.: Актуальные проблемы космической биологии и медицины. М., 1975, с. 35-36.

Крутько В.Н. Определение механических параметров купуло-эндолимфатической системы по ее анатомическим характеристикам// Космическая биология и авиакосмическая медицина. - 1975. - N4. -С.14-18.

Крутько В.Н. Способ обработки сигналов, регистрируемых вестибулярными рецепторами, в ЦНС//Автометрия. - 1975. - N6. С.29-34.

Крутько В.Н. Возможности применения метода математического моделирования для оценки реактивности системы иммунитета. - В кн.: Критерии оценки иммунологической эффективности и безопасности бактерийных вакцин. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. М., 1976, с. 57-58.

Крутько В.Н. Модельное исследование функционирования акцептора действия в системе вестибулярного анализатора. - В кн.: Груды 1-й Всесоюзной конференции по математическому моделированию биологических процессов. Калининград, 1976, с. 399-401.

Крутько В.Н. Математическое моделирование иммунологических процессов. - Бюллетень "Космическая биология и медицина", 1977, N 1, с. 3-41.

Крутько В.Н., Усачев В.В. Критерий оценки вестибулярных раздражителей. - Известия АН СССР, N 3, 1977, с. 440-443.

Завьялов A.B., Крутько В.Н. Статистические методы исследования корреляции физиологических функций. - В кн.: Корреляция физиологических функций в норме и патологии. Курск,

1978, с. 7-15.

Крутько В.Н. О модельных подходах к изучению иммунологических процессов. - Доклады МОИП 1976 г., М., 1978, с. 204-205.

Крутько В.Н., Степаненко Р.Н. Математическая модель системы иммунитета: имитация циркуляции компонентов иммуннной реакции. - В кн.: Моделирование систем в биологии и медицине. Прага, 1980, с. 253-263.

Крутько В.Н., Леви М.И. Способы расчета аффинитета атител. -Курнал микробиологии, иммунологии, эпидемиологии, 1981, N 1, с. 8-14.

Крутько В.Н. Метод эквивалентных преобразований структуры лимфатических сетей. - В кн.: Физиологическая кибернетика. М., 1981, с. 85-86.

Kroutko V. Application of Mathematical modelling to Analysis of Ummunologocal Phenomena//USSA Report Space and Aerospace medicine, 1981, V.15, N6, p.4-26.

Крутько В.Н. Возможности использования формального описания структуры и функции лимфатических сетей для анализа процессов лимфообращения (8 е.). -Депонировано в ВИНИТИ. MP®, 1982, РА, разд. 22, N 1, публ. 192.

Крутько В.Н.., Линник В.Г. Проблемы ввода-вывода и структурирования информации при разработке базы данных проекта "Экоразвитие". - В сб.: Моделирование процессов экологического развития. М., ВНИИСИ, 1982, вып.2, с.107-116.

Крутько В.Н., Пегов С.А., Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Модель динамики средообразующих факторов: Препринт. - М.: ВНИИСИ, 1982. - 54 с.

Крутько В.Н., Пегов С.А., Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Формализация оценки качества компонентов окружающей среды: Препринт. - М.: ВНИИСИ, 1982. - 36 с.

Крутько В.Н. Система моделирования иммунологических процессов// Моделирование процессов экологического развития: Сб. трудов. - М. ВНИИСИ, 1982, вып.2, с. 92-98.

Иванова Т.А., Крутько В.Н. Блок здоровья системы экопрогноза и индексная модель динамики медико-демографических процессов. - В сб.: Моделирование процессов экологического развития. М., ВНИИСИ, 1983, вып. 7, с. 52-57.

Крутько В.Н. Обобщенная семантическая модель информационной структуры. - В сб.: Моделирование процессов экологического развития. М., ВНИИСИ, 1983, вып. 7, с. 110-116.

Kroutko V. Interactive System of Immunological Modelling // Mathematical Models in Immunology and Medicine. - Amsterdam, 1983.

- P. 151-158.

Pegov S., Khomyakov P., Kroutko V. Forecasting and Estimating Environmental Changes on a Regional Basis. - Laxenburg: IIASA, 1983. - WP-83-83. - 14 p.

Pegov S., Khomyakov P., Kroutko V., Nikitin E. System of Ecological Forecasting (SEF). - Laxenburg: IIASA, 1983. WP-83-86. - 32 p.

Крутько B.H. Моделирование процессов динамики здоровья населения. - В сб.: Проблемы автоматизации управления в непромышленной сфере. Минск, ЦНИИТУ, 1984, с. 126-135.

Крутько В.Н., Потапов С.И. Окружающая среда и здоровье населения: имитационная модель процессов динамики здоровья // Моделирование процессов экологического развития: Сб. трудов. - М. : ВНИИСИ, 1984, вып.8, с. 72-77.

' Крутько В.Н. Человеко-машинная система прогноза здоровья населения. В кн.: Теория, методология и практика системных исследований. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, М., 1984, с. 75-77.

Бобков И.В., Крутько В.Н. Проблема предпланового анализа и прогноза состояния окружающей среды г. Москвы. - В кн.: Прикладные проблемы управления макросистемами. Тезисы докладов 1-й Всесоюзной школы, М., 1985, с. 146-148.

Бобков И.В., Крутько В.Н. Системный анализ и экология города.

- В сб.: Моделирование экологического развития. М., 1985, ВНИИСИ, с. 46 - 50.

Крутько В.Н. Ноосферогенез и проблема прогноза здоровья населения. - В кн.: Прикладные проблемы управления макросистемами. Тезисы докладов 1-й Всесоюзной школы, М., 1985, с. 151-153.

Крутько В.Н., Синельников С.Г., Хомяков П.М. Экономическая оценка природных ресурсов на основе модели динамики экосистем. Препринт ВНИИСИ. - М.: ВНИИСИ, 1985, 46 с.

Быховский А.В., Крутько В.Н. Системный анализ процессов формирования здоровья населения. - В сб.: Моделирование процессов экологического развития. М., ВНИИСИ, 1986, вып. 13, с. 24-31.

Крутько В.Н. Имитационное моделирование медико-демографических процессов // Природа моделей и модели природы. - М.: Мысль, 1986. - С. 185-206.

Крутько В.Н., Пегов С.А., Мельникова Г.Л., Никитин Е.А.

Моделирование глобальных природных процессов. - В кн.: Моделирование геосистем. Вопросы географии, N 127, М., Мысль, 1986, с. 41-47.

Крутько В.Н., Пегов С.А., Хомяков П.М. Человеко-машинная система анализа и прогноза состояния окружающей среды при реализации планов социально-экономического развития регионов // Проблемы экологии человека. - М.: Наука, 1986, с. 95-100.

Крутько В.Н. Семантические модели и проблема представления экологической информации. - В кн.: Моделирование геосистем. Вопросы географии, N 127, М., Мысль, 1986, с. 17-22.

Крутько В. Н., Стороженко И.Н. Имитация систем в биологии и медицине //Моделирование процесов экологического развития. М.: ВНИИСИ, 1987, вып.7, с.112-114.

Крутько В.Н. Системный подход к прогнозу здоровья и управлению им.// Проблемы экологии человека//Сб.науч. трудов. -Новосибирск: Наука, 1988. - С.85-94.

Крутько В.Н., Захарьящева О.В., Мамай A.B. Концептуальная модель динамики эпидемического процесса // Доклады XXVIII Всесоюзного съезда эпидемиологов, микробиологов и паразитологов. Алма-Ата, 1989. - С.67-70.

Крутько В.Н., Мамиконова O.A., Славин М.Б., Концепция государственной информационной санологической системы (ГИСС "ИНФОСАН")// Проблемы мониторинга за здоровьем населения промышленных городов//Тез. докл. Всес. научн. конф. Ангарск. 1989,- С.99.

Крутько В.Н. Обобщенные модели функциональной динамики организма: модель функциональной гармонии. В сборнике: Моделирование процессов экологического развития. - М:ВНИИСИ, 1989, вып.7, с.81-89.

Крутько В.Н., Макеенко П.А., Медведева О.Г. Разработка основ организации системы эпидемиологического надзора за СПИДом и проведения мероприятий по предотвращению распространения заболевания//Эгапный отчет по НИР 3-88 ВНИИСИ, N гос. регистрации 01.8.80074325. - М.: ВНИИСИ, 1990. - 110 с.

Сидоренко Г.И., Крутько В.Н. Сохранить здоровье нации// Экологическая альтернатива. - М.: Прогресс, 1990. - С. 760- 795.

Крутько В.Н., Никитин Е.В., Саркисов A.B. Методология имитационного моделирования в медико-биологических приложениях. Препринт ВНИИСИ АН СССР, 1991 г., 60 с.

Крутько В.Н. Подходы к "общей теории медицины" и обобщенная

модель функциональной динамики организма// Предмет экологии человека// Сб. трудов Секции экологии человека АН СССР - Москва: ИНИОН, 1991. - С.193-227.

Крутько В.Н., Захарьящева О.В., Мамиконова O.A., Молчанов

A.C., Потемкина Н.С., Пуцилло Е.В., Славин М.Б. Комплекс моделей и систем для оценки здоровья населения при глобальных изменениях среды. - Физиология человека. - 1992. - N 5. - С.26-32.

Крутько В.Н., Беликова И.В. и соавт. Разработка методологии оценки и прогноза эффектов реализации мероприятий здравоохранения и альтернатив социально-экономического развития на здоровье населения//3аключительный отчет о научно-исследовательской работе,- N госрег.01.8.80074325. М: ИСА РАН, 1992, с.1-23, 40-104. Потемкина Н.С. .Яненко В.М., Атоев K.JI. , Крутько

B.Н.Разработка математического обеспечения для оценки влияния загрязняющих факторов в цепи питания на функциональное состояние организма человека.- Биоматематика и медицинская информатика.-Сб.науч.тр. ИК АНУ, - Киев, 1992, с.152-165.

Kroutko V., Putsillo Е. System Approaches to Public Health Control in Changing Environment. - Preprints of Intern. Conf. "Island 2000", Giardini-Naxos, Italy, 1992, p.101-102.