автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Применение математического моделирования в задачах оценки воздействия Семипалатинского испытательного ядерного полигона на здоровье населения Павлодарской области

КАЗАХСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ШВЕРСИТЕГ / ИМЕНИ АЛЫАРАЁГ .' '

ПРИМЕНЕНИЕ МАТШТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 'В ЗАДАЧАХ ОЦЕЙШ ВОЗДЕЙСТВИЯ СЕМИПАЛАТИНСКОГО ИСЙЯАТМЬНОГО ЯДЕРНОГО ПОЛИГОНА НА ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ ПАВЛОДАРСКОЙ СШСГй

Сб. 13. 16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и ыатема*ических метод ов в тучтх и о следованиях

■ АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание.ученой степени кандидата фи'зико-катематических наук

го од

3

На прайвх рукописи •

Алматы, 199 Л

Работа выполнена в Алмагинскоы государственном университете им. Абая ц Научно-Исследовательском институте .Гигиены и Профессиональных заботевалий Министерства здравоохранения Республики Кааадятвд.

Научные руководители! кандидат физико-математических ^аук

Шалбаев И*Б,

кандидат медицинских наук Слажнева Т.И.

Официальные оппоненты; доктор$иеико-математических наук,

профессор Неронов В,С, доктор географических наук Ишанкудов М.Ш.

Ведущая органиаация:1

■ Институт космических исследований . HAH Республики Казахстан

Занята состоится "

года ь.

У/О ^ часов

на заседании регионального.специализированного Совета в Казахском Государственном университете им« Аль-Ф&раби по адресу: 480018, г. Алматы , ул, ЫасанЫ, 1Й/4? в еуд. __.

С диссертацией:можно ознакомиться л научной библиотеке Казахского Государственного университета им. Дль^араби.

Автореферат разослан

1994 г.

Ученый секретарь спедаализированного Совета

С.Е. Шсанбаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИ СГИКА РАБОТЫ

Одной из важнейших задач современного человечества является эгулча. разумного ннучко-обоснованнсто управления состоянием средь» обитания.'Человек, нанесший тяиеяеРший вред окружаячузй среде, не может успокоиться на. полном отстранении от воздействия на нее. Слишком велико отклонение от равновесия. Природа без помощи-, не компенсирует понесенные потери и не смокет стать по прежнему благоприятной естественной средой обитания. Только через овладение механизмами восстанонления деятельности природы можно приобрести механизмы благотворного управления уровнем эдоровья населения.

Этим обосновывается важность, аспектов здравоохранения я экологии, связанных с задачами рационального управления, и, следовательно, о проблематикой, имеющей информационный и математический характер. -Существует объективная потребность в разработке методологических основ применения математических методов, моделей, рччислитеяыюй техники"в медицине, здравоохранении, экологии.

Для Республики Каабхстан такого рода задачи являются тем более актуальными, что.на ее территории образовался целый ряд эпицентров медико-экологических катастроф, в том числе, связанных с эпипентрЬми ядерных испытаний.

Вместе с тем до настоящего времени комплексные исследозания воздействия ядврних испытан«!! на здоровье населения Республики Казахстан тграктичеики ив осуществлялись. Значительная часть появляющихся по этой тематике публикаций имеет скорее политический, чем неучняй характер.

Тек боле?) за пределами иеучзния продолжают оставаться ието-дояогн»еские аспекты подобного рода исследований V., й первую очер(?«ь, «омиотгуэльнйв основы прил'енрнпя п кий математического

- £ -

моделирования и вачисяктельной техник»,.

Таким образам, актуальность теш ойуолавлийаётся ¡«обходи-

ь » ч| »»им Л Ч"»|"' I — «1и ш«м> ■

уостью активного вьлючания математического моделировании в исследования апшшя Семипалатинского испытательного ядьрного полигона, а также других факторов сред« сбивания, на здоровье населения Республики Казахотан.

Дм/, работы состоит в <ш*ниае методологических аспектов применена ыатематичзскогс моделирования в цедако-ысилогических ' ¡..азработках, построении серии математические.моделей, счшсцва»-щих влияние ядерных испытаний на здороьье населения Павлодарской области Республики Казахстан, едшлъцш атих моделей для практических задач алышза и прогнозирования ситуации.

Научная новизна. В работе впервые применено математическое моделировании в целях аналива яоедейстаия Семипалатинского ис-цытатеяьного полигона на здоровье населения. Исследованы концеп^ туаяьные основы применения математических моделей в медико-ако-логический сфере. Дана математическая интерпретация ряда ¡.гад»-цинеких и экологических понятий. Построены математические модели типа "среда-здоровье" и обоснована их приемлемость для практического применения.

Практическая ценность, Работа осуществлена в рамках рвали-" ааши региональных научно-исследова-тельских программ "Профилактика" и "Полигон". Результаты работы использованы для опенки степени подверженности территорий Павлодарской области влиянию Семипалатинского полигона, для уточнения границ вони экологического бедствия. Результаты вкеираш в деятельность практических специалистов Павлодарского областного управления экологии и био-расурсоз. Павлодарского областного отдела здравоохранения, Пав-

лодарской областной санитарно-еггидешюлогической станции в форме реномэндаций по опенке территорий и групп риска, элементов компьютерных информационных систем. Лредложенше математические модели могут Йнть применены и для других территору^,подвергнувшихся длительному влиянию Семипалатинского непитательного -ядерного полигона или иных.неблагоприятных.факторов.

Апробошя работы осуществлялась на региональной чеу.'но-практической конференции "Проблема экологии человека в Сибири" ( Новокузнецк, 1990 ), Республиканской нэучно-пран.1,йческой. конференции "Состояние окружающей среда и эдоровьэ населения г.Павлодара" (Павлодар, 1992), Республиканской иаучно-практичесой -конференции ГПроблемч окружащей. среди и здоровья г. Павлодара" (Павлодар, 1993), теяреспубяикаислой н-эучно-лрак'пгшекой конференции "Ядерный полигон и пробляш Павлодарской области" (Павлодар, 1993), Всемирном конгрессе Глобального ентиядерного альянса (Алмаш, 1993), ряде научных сети аров.

Публикации. П<5'теме'диссертеши опубликовано 10 работ, в которых отряжено основное содержание данной диссертации.

Структура и обье&^работ.ы. Дчсгюрташшн.нал работя состоит но введения, трех глав, аакдючонкя, списка литературы, содержащего

; Ь

67 наименований, I приложения, содержащего таблиш и 2 приложения , содержащего.графики. •

Программное обеспечение, осуществляющее реализация, численную имитацию и гре-.фичвекую' интерпретации) моделей, построенных в настоящей диссертации, выполнена нами в срйдв СЯрр'г &лп'п>еь 07 на компьютерах, совместных с 1В1Л РС 385/387,

Мч благодарим д.м.н. Кулманова М.Е., д.т.н. Клементьева А.А', д.ф. - м.н. Смч.гулова Ш.С.,д.м.н. ладирону Р.Х. и других ученых

и специалистов, оказавших методическую и организационную помощь при подготовке материалов к настоящей диссертации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении» раскрыты актуальность теии, научная ноьиана и структура работы.

В главе I рассмотрены принципиальные оаюад применения математического моделирования в мадико-&кологичаских задачах.

В параграфе I исследувтся особенности использования математических моделей в сфере медицины и экологии. Вводится понятие "медико-эколигнческих наук", объединяющее в себя медицину,медицинскую биологию, влидемиологию, медицинскую географию, здравоохранение, гигиену, демографию, медицинскую демографию, екологши и другие области знания. Утверждается, что в научных исследованиях никого Профиля невозможно обойтись без инструмента абстрактного конструирования систем природы, обладающего достаточно развитей самостоятельной методологией и способного раскрыть пути н важнейшим направлениям предметной области - выявлению связей', классификации, прогнозированию. Именно таким инструментом является математическое моделирование. Анализируются и классифицируются основные типы математических моделей, применяемых в медико-экологической сфере. Предлагается рассматривать "категориальные" модели, "предметные" модели и модели, имеющие свойства предметник и категориальных. Категориальные модели позволяют средствам математической абстракции рассматривать наиболее обилие аакош, определк»ц:т глобальные аспекты формирования, и раз-йития ?оЙ или иной ситуации. В категориальных моделях инетру-мэнтсм исследования действительности стадобится некоторая само-

- б -

стоятельная математическая реальность, насыщаемая олрйделеншм содержанием, которой имело бы предметные аналогии. Основой исследования категориальной модели становится предположение, что в наиболее общих своих проявлениях абстрактная, математическая реальность и реальность предметная, материальная, могут проявлять морфием. Категориальные модели опираются на параметры,имеющие относительное значение. Взаимосвязь между двумя реальностями обеспечивается па счет существования,сходства их категорий, например, "связь'1, "корреляция", "скорость изменения'', "вероятность" и др. Проблемные модели являются математической интерпретацией Взаимосвязей между численными характеристиками предметной действительности.; Параметры этих моделей строятся и& основе некоторых наблюдаемых данных. Цеяыо моделирования здесь является получение реальных опенок, например, прогнозирование численных характеристик определенных процессов.

В,качестве одной из наиболее эффективных моделей, имеющих свойства как предметных, так и категориальных моделей, а также совмещаящая в себе медицинские и сониально-экологическме параметры, рассматривается модель Гомперца-МеЙкема зависимости ' интенсивности смертности от возраста

.¿и<х)+ /(XI О, А у О, С (I)

гд^«(х) - интенсивность смертности в возрасте х, кмещая смысл относительной или удельной скорости гибели, Л - нееавиоя-\иат ст возраста (фоновая, или социально-экологическая) компонента,' .

У (Л] - зависящая от возраста !(0гото!Рнта смертности .причем о даняоя мэлеля

/{л) = л' ехр ■ (и л;

(3)

при некоторых параметрах Я и и.

Авторами вперрыв применена модель Гомпбриа-Мьйкеыа к исследованию смертности населения в различных регионах Республики, разработаны соответствуйте алгоритмы и программные средства, Выявлено, .что модель во всех областях Казахстана проявляет высокую степень согласованности (р*0.Об). Осуществлено ранжирование областей Республики по уровню оошально-екологической компоненты смертности. Установлено, что наименее благоприятная ситуация складывается в Павлодарской, Семипалатинской, Уральской, Жеэказ-гансной, Костанайской областях. Таким образом, применение математической модели позволило получить инструмент ранжирования регионов по стадени "пройлемности" медико-акологичеокой ситуации.

В парагг.Ефе % раскрываются аспекты математической интерпретации неблагоприятного влияния человечества на среду обитания.

Авторами построена модель адаптационного кризиса, переживаемого человечеством в настоящее время.

Пусть Ь - параметр времени, отсчитываемый от гипотетического старта технократической цивилизации, 0(1)- некоторая суммарная опенка антропогенной нагрузки на окружающую среду в момент 4, опенка способности человеческого сообщества приспособиться к неблагоприятным параметрам окружающей среди.

Пусть далее <3 и А подобраны таким образом, что условием поддержания нормального существования человечества является "досг-таточно большое А при достаточно малом £? ", т.е.

где р - параметр поддержания качества среды обитания. Если предположить, что ^

И),

с"

условие (3) будет выполнено, если по крайней мере ^ р

о

Так как представляется обоснованным, что

(б)

€¿1.

(6)

(экспонешйальный рост), то для нарушения условия (3) достаточно только выполнения определенных соотношений между параметрами, т.8. ситуация стабильности будет нарушена, если только

На основании применения модели девается вывод, что путями преодоления кризисных явлений в состоянии здоровья населения являются отказ йт экспоненциального роста антропогенного давления . на окружающую среду и принятие мер к развитию адаптационных возможностей человека (профилактика и ускорение научных исследований). .••■•■

__ Далее приводится и анализируется модель имманентной экологической ответственности, раскрйвшцая другие аспекты су^еЬтвова-ния популяции, нарушающей стабильность собственной среда обитания.

В.главе II раскрываются математические аспекты исследований влияний Семипалатинского испытательного полигона на ядоро-

.. ь -

В паюгг;.Ё$а 1 дана хар&лтьрисг'икй Семипалатинского иеиыга-ьвлького ядерного полигона как источника неблагоприятных факторов.

сьыиналмгинский полигон испытаний ядерного оружия, располагавшийся на территориях нескольких областей Республики Казахстан, в основном Паглодарской и Семипалатинской, функционировал с 29 августа 1949 года и до 1689 года. За этот период Советский Союз провел порядка 713 испытаний, из которых более 470 на,Семипалатинском полигоне. С 1943 года по 1963 с перерывом с 1558 по 1961 осуществлялись наземные и атмосферные варыьы, а с 1963 по 1990 год - подэишаэ испытания. Общая мощность проведенных взрывов составила 16 мегатонн.

Многочисленные источники утверждают, что в непитательных программах на полигоне были игнорированы вопроси окружающей среды и здоровья. В ряде случаев не были эвакуированы в полной мере жители близлежащих населенных пунктов. По йидиыому, не сущв-стьовало оценок последствий взрывов для более отдаленных районов. В период наземных взрывов на территории соседних областей град-' данских служб радиоактивного контроля, насколько нам известно, не существовало. . '

В работе приводится обзор результатов комплексных научных исследований состояния здоровья населения Павлодарской области в связи с воздействием факторов полигона. Авторами применялись вычислительная техника, математические методы и модели в этих исследованиях. Сформированы компьютерные банки данных ретроспективной информации о состоянии здоровья населения районов Павлодарской области в минувшие десятилетия, а также результатов ком-

плексних клинических медицинских осмотров более чем 13000 человек в районах области. Разработаны программные средства математической обработки этой информации. Делается вывод о том, что Павлодарская область в значительной степени пострадала в результате деятельности испытательного полигона.

Строится категориальная модель отдаленных глобальных и локальных эффектов полигона. Доказывается, что при определенных предположениях динамика отдаленных интегральных эффектов испытав ний для окружающей среди может быть описана выражением

где Т - текущий год, .

¿О и // - соответственно год начала и окончания испытаний, р — параметр.

Математические модели являются средством глубокой интерпретации основных принципов научных исследований последствий деятельности испытательных полигонов, таких, как принцип комплексного рассмотрения глобальных и локальных эффектов ядернмх испытаний, принцип учета всех проявлений ядерных испытаний, а не 'только радиоактивного фактора, принцип индикаторности состояния здоровья населения..

Параграф 3 посвящен проблематике математического моделирования здоровья населения как индикатора внешних воздействий.

Строится модель, названная "общей обратной моделью теории надежности". Пусть задана некоторая система элементов произвольной природа, состояние которой описывается точкой х в фазовом пространстве.

- IÛ -

X~ /л / состояний,

ШеоБам рассматриваемые элементы жиьыыи организмами, а сое-, тояния х - состоянием их здоровья.

Вьолшия двух систем во врьшш олисивьатсй случайным процессом е) , в общем случае зависящим дополнительно от некоторого аьфвмечфб внэнлаго по отношению к изучаемому процессу, и ноатому ьпыв&вмому нами состоянием окружающей среды.

Пусть далее в X шдельно подмножество Ш состояний, соот-Вбтстьууцих наступлению отказа, и задана R(t)~ вероятность того, что за время Í прошей х ьь достигнет подмножества Хй. Пусть задан таьжв инст^умен* тйку;цей опенки Ñ ,

Основная задача состоит в оценке -параметра e(i) состояния среды но характеристики безотказности научаемой системы.

Суть предлагаемой модели состоят в проблематике возмцжьистей иэььренкя. Предполагается, что состояния х и е не могут быть измерены явно. Единственной доступной нам мерой как протеса л (¿.К так и внешнего проиэсса &(¿) , становится достижение системой некоторых "краИних" точек фазового пространства, т.е. возникновением "сбоев" ь стобидьном протекшши процесса.

Математическая интерпретация использования здоровья населения как критерия эколох'ического неблагоприятствования требует адекватного определения самого понятия здоровья. В работе характеризуются разчичше подходи к интерпретации этого понятия и предлагается собственная концепция понятия вдоровья.

Пусть состояние человеческого организма рассматривается с точки зрения возможности им соответствующих его возрасту соиналь-

ных функций. Опишем его состояние как элемент х1 фазового пространства.

социальных состояний.

Выделим в фазовом пространстве XI область Х1„,соответствующую невозможность выполнения адекватных социальных функций (например, невозможность произвести потомство, инвалидность и т.д). Рассмотрим также область XI/ = Х1/Х1„.

Рассмотрим, теперь фазовое пространство биологических состояний организма ' ■ А Я

и вычленим из него область Х2,веех таких что при биологическом состоянии г2/ человек некоторое время, которое ш назовем "достаточно длительным", находится в подпространстве XI.

Рассмотрим третье фазовое пространство

' Х3 = [»*}

состояний ср^ль* обитания человека и внчленим из него область

ХЗ, всех таких хЗ,*, что при состоянии сред« хЗ человек "дос-

тяточно продолжительное время" мотет находиться в подпрсстран-№ , стве. Х2,.

Тогда состояние человека

а - (се /, о аЗj . где

¿1-е ,Г/ • . '

назовем состоянием "адоровья", если

'съеХ/, -ЛЯ, -ХЗ,

Показатель здоровья п общем случае определяем как

- 12 -

В работе показано, что основные используемые в настоящее ьремя показатели здоровья могут быть описаш выражением (9).

Далее строится общая форма моделей типа "среда-здоровье", в ьсуюрих здоровье популяции рассматривается как функция воздвйст-ьия факторов среды обитания. Доказывается, что общей формой такой модели является ьыражешш.

£ (Ю),

где С - уровни факторов,

- время воздействия . -ого фактора,

А - матрица подлежащих определинию параметров (выражающих вероятности &1фмкта),

Е - ошибка, •

О - оператоь (форма ¿шнеки), >'-- - показатель здоровья.

Одной из главных аадач ¿•шдеяйроьаиця является выбор операто^ ра С . В большингмьо случаев принимается, что 0" - математическая функгчя, например, полиномиальный оператор.

. Более глубокое рассмотрение, однако, дает основания с.читать, ото выбор аналитической функции в качестве основного "двигателя" модечи "среда-здоровье" момит ока&аться неоправданный перенесением свойств математической реальности в материальную действительность. Оператор О должен быть в высшей степени "мыслящим" оператором, владеющим инструментарием выбора вариантов. В этой связи предлагается понимание оператора О модели (10) как некоторой интеллектуальной системы, более уошо-мьлшьной программы,

- по набц у С, Т. и А оирьлчлягь с некоторой ошибкой

■.- 13 -

- по набору , Сг и Т^, оценивать все или некоторые параметры

- по набору Р и А оценивать оптимальные уровни С. и Т^,

В рлаце Щ построена и исследовала линейно-мультипликативная модель влияния Семипалатинского полигона на здоровье различных возрастных групп населения Павлодарской области.

В параграфе I строится иодель "цепочки поколений", отрь*,нищая влияние некоторого ньбиагоприягного фактора на текущее и от-далешиш поколения. ">

Пусть &(I) ~ оценка степени воздействия некоторого неблагоприятного фактора на окружающую среду (или просто уровень воздействия ) в момент Ь ,

оценка подверженности влияния живого организма действию неблагоприятного фактора б возрасте I (или чувствить^ь -ность организма),

¿) при п > £ - оценка генетического риска подверженности ■влиянию неблагоприятного фактора в ¡возрасте а степени, достаточной для передачи воздействия через Ц-/ поколение (лжлрн-мер,

оценка ряска при облучении в возрасте ь передать неблагоприятный гештический материал прямому потонетву ).

Пусть теперь Т - текущее время, V - момент рождения рассматриваемого индивида,

— соответственно момент рождения и момент принесения потомства родителями индивида (очевидно, 1с г- - = V/ ), Vе/, моменты ^»ценин и мимено-н

принесения потомрвва'предками»в третьем поьолении п V.;;.

Тогда относительная степень текущего риска для рассматриваемого индивида может быть представлена как

= 4 {¿(¿и^-^^^к-, '¿_ (II).

Значительным упрощением модели (II) при сохранении ее смыслового содержания может быть предположение о существовании в популяции некоторого фиксированного возраста принесения потомства В отом случае модель может относиться уже не к конкретному индивидууму, а к поколению, индивидуумов с заданным годом рождения.

Можно показать, что средняя опенка риска будет в этом случае

Для построения дискретного варианта выражения (12), очевидно, достаточно заменить интегрирование суммированием по дискретному /. •

В работе анализируются математические аспекты сохранения памяти о неблагоприятном воздействии на протяжения"ряда поколений, причем обращается внимание на тЬт факт, чти некоторое отделенное поколение предков может повлиять н;.< ныне живущее поколение В не, меньшей степени, чем поколение менее отдаленное за, счет экспоненциально убывающей численности поколрлш*! предков.

В параграфе Й раскрывается 'применение линейно-мулмииликатив- -ной модели к опенке риска в регионах, прилежащих к С-емипвлатин-• скому испытательному ядерному полигону.

При сохранении обозначений выражения (II) .оценка'среднего риске з году Т для чегфаетнпй группы V при среднем детородном возросте ¿тс/ может быть представлена как

- 15 -

ЙМК (Т, К ЗгЛ). в 4 ^ Л* - V)

-¿•у-иЫ

(13)

н- 4 ¿/¿Л^...

В работе рассмотрены "модель двух поколений" и "модель трех поколений" по чйслу слагаемых, включаемых в ыодеяь. Внполиеш оценки /?(и 2 (£) .

Предполагалось, что оценкой &(£) монет служить сушарнал мощность испытаний, радиоактивные следы от которых прошли через рассматриваемую территорию, в году к суммарной мощности испытаний за весь период деятельности полигона ("оценка по мощности"). Другим вариантом построения значений является опенка ,

I г*<лЯ или £ =

1 (14)

/ 0 в противном случае, обеспечивающая равномерный учет периода наземных и воздушных взрывов, а также подоенного взрыва 1966 года, имевшего эффекты наземных ("равномерная опенка").

Предполагалось, что. можно принять сходным механизм нарушения соматического состояния под воздействием комплекса факторов полигола и нарушений, приводящим к последствиям у потомслвй-• • Тогда можно предположить, что семейство функций £ отличается только коэффициентом. Поэтому полагалось, как правило,

В геном рдие имитаций предполагалось существование некоторого критического возраста А , и строилась опенка

, а0 , С г-. Цъ

. I > Я

щи некотором во. Установлено, что максимум согласованности между реальными донными и моделью достигается при Д г7,

■ Установлено такгке, что наилучшей сценкой среднего возраста принесения потомства явчяетея .

Построенные модели приложены к анализу младенческой смертности в Павлодарской области.

Младенческая смертность является одним из базовых показателей, характеризующих состояние здоровья населения. Предварительно к используемым данным примечен ряд методических подходов, позволяющих на математико-статистических моДеля": охарактеризовать характер колебаний младенческой смертности за рассматриваемый период. Каждый из ретроспективных рядов характеризовался двумя ев- ' ристическими коэффициентами: коэффициентом линейной регрессии по временному ряду и построенном в работе коэффициентам -возрастания

п £ л/

--ЩЩТ^^ТТ- ' П5)

гг

где суммирование в числителе ведется по всем участиям возрастания последовательности, 6п , а в знаменателе по всем ее элементам. К ретроспективным данным о младенческой смертнос- « ти применен также метод главных компонент.

Разработан комплекс програкышх. средств, расчитывающих значения риска по модели двух или трех поколений при варьировании, параметров модели и коаффишентн парной корреляции Пирсона между динамическим рядом младенческой смертности в различных районах Павлодарской области и по области в целом и расчетными значениями линейно-мультипликативных моделей при различном подборе параметров. Установлено, что младенческая смертность о эначитель ной степени коррелирует с оценкой риска. Так , для модели 3 поколений коэффициент корреляции между модельными ошикали и мл а -денрасиой смертностью в Павлодарской области в целом составляет 0.703 ( р -с 0.05), между модельными. сцепками и младенческой смертность» а Одном из наиболее пострадавших Актогайском районе 0.768 ( р 0.05). В stom случае линейная регрессия младенческой смертности по модельной оценке

$М(т) = SM-+ а, ргш(г, о, г*) - ñTsj< ) (хб)

может служить целям прогноза динамики младенческой смертности.

На графиках 1а и 16 показана динамика опенок риска по модели трех поколений и младенческой смертности в Павлодарской области и Актогайском районе Павлодарской области. Существуют достаточные основания считать, что прогноз о возможном подъеме младенческой смертности в регионах, прилегающих к испытательному полигону, начиная с 1995-1997 гг.,' обоснован.

Особую значимость для использования в медико-экологических исследованиях и практическом здравоохранении имеет выделение возрастных груш риска, которое также может быть выполнено по линейно-мультипликативной модели. Локальные максимумы выражения

ßi£l<(Tp Ste/J по переменной V при T= 1993, JVe/ достигаются на промежутках от 10 до 20 к от 35 до 46 лет, что соответствует оценкам групп риска по результатам комплексных клинических медицинских осмотров.

Суммарный риск для населения в году Т оценен выражением si

Значения SUM(T) прямо коррелируют со значениями общей смертности насечения в период с i960 по 1992 годы.

Таким образом, доказано, что линейно-одльтипликатиВная Модель является эффективным средством анализа и прогноза ггдико-зкологической ситуаши в регионах, подвергнувшихся воздействию Семипалатинского испытательного полигона..

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Корчевгкий A.A., Слаянева Т й., Кулмансв М.Е. Основные принципы внедрения новой информационной технологии в область экологии человека. // Социально-гигиенические аслгкТы здоровья населения Казахстана. Алма-Ата, 1990. - с. 25-28

2. КорчевскиП A.A. и др. Ананиз ретроспективной информации' качества окружающей среды и здоровья населения г. Павлодара в рамках комплексной программы "профилактика" // Материалы У объединенного съезда гигиенистов, эпидемиологов, микробиологов, пора-зитологов и инфекционистов Казахстана. Алма-Ата, 199I. - с.101. - 103

3. КорчевскиП A.A., Слягнева Т.П. Об использование евристкческмх коэффициентов оценки динамики рядов дяннчх, хэряктеризутедох среду и здоровье населения.// Орган-,:пяция и соп^сльно-гигт*'пчг-ские основы лрсфг.лактиги рабочнвнниП. Алма-Ата, 12-J2 - с. .68 - 72

- IS -

4. Корчевекий A.A., Нулманов M.E., Слажнева Т.И. и др. Проблемы формирования банка данных и базы знаний о состоянии здоровья населения, факторах среды обитания и деятельности учреждений здравоохранения в регионах апологического неблагоприятс-твования.// Вопросы гигиены окружающей среды. Алма-Ата, 1992. - с.38-45

5. Корчевекий A.A. К вопросу о создании автоматизированной информационней системы "Профилактика". / Состояние окружающей среды и здоровья населения города. Павлодара: Матер. Респ. конф.-Алма-Ата, 1992. - с. 02-92

6. Корчевекий A.A.-, Бабушкина Л.В., и др. Системный анализ воз действия Семипалатинского испытательного ядерного полигона на здоровье населения Лавподарской области.// Ядерный полигон и проблемы Павлодарской области. (Материалы межреспубликанской научно-практической конференции). Алматы, 1993. - с. 26-54

7.'Корчевекий A.A.Жанааков М.И., Герасимова В.В. О разработке компьютерных систем "Эколог-экономист" и "Лаборант-аколсг" в ранках создания AilC "Профилактика". // Лроблеш окружающей среды и здоровья населения г. Павлодара. (Материалы Республиканской научно-практической конференции по реализации программы "Профилактика" в 1992 году). Павлодар, 1993. - с. 26-29

8. Корчевекий A.A., Гунов р.В., Бугаев A.A. О разработке автоматизированной мониторинговой информационной системы охраны природы

( АШС ОИ) на Павлодарском нефтеперерабатывающем заводе.// Проблемы окружающей среды и здоровья населения г. Павлодара. (Материалы Республиканской научно-практической конференции по реализации программы "Профилактика" в 1992 году). Павлодар, 1993. -с.29-30

9. Корчевекий A.A., Слажнева Т.П. и др. О разработке технического задания на соадаьие автоматизированной информационной системы оперативного мониторингового слекхния за состоянием здоровья на-

сил 'нкк Нарлодарской. области и факторами,его форшрунаиш.'Иро-филш<ткка" .//Проблемы окружающей среда и здоровья населения г. Павлодар;*, /Материалы Республиканской, научно-практической конференции по шализавди программы "Профилактика" в 1992 году/. Павлодар, 1593,-о .31-03.

10. Корчевски'"! А.А.Ддабаева К.Е. 0 разработке кокглекса задач АЛО "Профилактика"' на уровне городской поликлиники.//Проблэмы окружающей среды и здоровья населения г. Павлодара. Жатёриолы Республиканской научно-практической конференции по реализации программы "Профилактика" в 1932 году/. Паплодар,1993,- с.34-35. И.КорчевскиИ А.А. .Слакнева Т.И. Линейно-мультипликативная модель цепочки поколений как средство анализа данных о состоянии здоровья населения в связи о воздействием ядерных иопатаниЯДеи. в КазгосШИ М773 / Ка 94.

-al-

to

к

Oäfff iff recti*'

se(f

eset ZSf /S6' âSlV

ftc/ 18 f/ we' tes'

pre*

tee/

. Ot6'

6 ¿6' e¿í/

Çtf

Zif/

//с/

0 ¿er . 6l£f

. / 9 ¡sv • . 95><Г/ Fl в J

> bis/

. F9tT/

■■ г?«*/

> (зек , с>?йу

1 ÍSS/

■ BífJ

■ Ií6!

i V

Çs£>

. '-Sà7 fíí/ г-5Ы

■ H76f

1 oçei

■ 6Ь6*<

Vi

Ч. <\'

i*

t ti

£

to

й

и

0

£

«1

?

V)

ft) >

■41

4

X

5 *

1 I

S

4 cV

5

9-«о

S

ir

4

5

i

4

j

e.

в"»

CJ

o t

0) t

s.

«-23—--Р Е ï В Р А

Мише Ctswexi идролы« полигоникын Павлодар ойлыса т^ишда« рнныч дамсаулшхтарцна йсер!н багалау есзптерПм ыатематика-дыц мооайлауды /ыод&льдеуд1/ цоздаиу иаселзлар!не арналган.

Мадицина-ькологиялык саласында колданылагын математнка-лыц нобаялардин неПаП турлер1нз / типтар!ие / шолу «аоалын-ган. Семей ядро лак с ни а у полигоны магимсиз apiul-ncUep / ^ак-торлар / ¡<881 рзПнде синаттадгаи. Денсаулык тппшнии ом!р глру opïûCb сапзсинып кврсзтшш! реИнде иатенатикали« яин-цзпцинсы жасалынгаи.

Тургшгдардин артгрлС кастаги топтаринын денсаулнктарына Семей ядролиц полигоны eceplHln сызыктык - к вое имел /мульти-пликвтивт 1 / ноОайа щрылган. Региоидагы себи кзэдсг) шал .не валпи ажал иен ауруларды талдап, бохму иаксатинда нобайди пайдалану итмШпдЦМ'двлеаденген.

Annotation

This work is dedicated to scrr.e problems of using mathematical aiodaIs in estimation or influertoe SewipalatinsK Region nuclear proving ground upon the population health in Pavlcdar Region.

The review of the uasio types or" the matehhetnat toal medals applied in medical-ecology sphere »a 6ana Seir.ipalatmsK nuclear proving ground if charactdi-ïLîed as the source cf unfavourable factors. Mathematical conception • of the notion cf health is worked cut as an indicator of quality m inhabited iradium. Tha Unear-mult tplicative model of Seisipaiatinak nuclear proving ground influenza on the health of different ago population« groups is fcmIt.

The possibility for using tha model m the purples or analysis and prognosis of infantile and »ensral Mortality (or d;;ath-rate; and sick race in tins region is proved.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Принципиальные основы применения математического моделирования в медикоэкологических исследованиях.

§ 1. Особенности использования математических моделей в сфере медицины и экологии.

§ 2. Математическая интерпретация неблагоприятного влияния человечества на среду обитания.

ГЛАВА II. Математические аспекты исследований влияния Семипалатинского испытательного полигона на здоровье населения.

§ 1. Семипалатинский испытательный ядерный полигон как источник неблагоприятных факторов.

§ 2. Математическое моделирование здоровья населения как индикатора внешних воздействий.

ГЛАВА III. Построение и исследование линейно-мультипликативной модели влияния

Семипалатинскогополигона на здоровье различных возрастных групп населения Павлодарской области

§ 1. Модель «цепочки поколений», отражающая влияние нелагоприятного фактора на текущее и отдалённые поколения.

§ 2. Применение линейно-мультипликативного моделирования к оценке риска в регионах, прилежащих к Семипалатинскому испытательному ядерному полигону.

Одной из важнейших задач современного человечества является задача разумного научно-обоснованного управления состояние среды обитания. Человек, нанесший тяжелейший вред окружающей, среде, но может успокоиться на полном отстранении от воздействия на нее. Слишком велико отклонение от равновесия, природа без помощи не компенсирует понесенные потери и не сможет стать по-прежнему благоприятной естественной средой обитания. Только овладение механизмом восстановления деятельности природы можно приобрести механизм благотворного управления уровнем здоровья населения.

Этим обосновывается важность аспектов здравоохранения и экологии, связанных с задачами рационального управления, и, следовательно, с проблематикой, имеющей информационный и математический характер. Существует объективная потребность в разработке методологических основ применения математических методов, моделей, выделительной техники в медицине, здравоохранении, экологии.

Для Республики Казахстан такого рода задачи являются тем более актуальными, что на ее территории образовался целый ряд эпицентров медико-экологических катастроф, к примеру, Аральской катастрофы. Значительное количество городов и районов оказались под влиянием промышленных выбросов. В целом ряде областей Республики осуществлялись ядерные испытания и народно-хозяйственные взрывы. В непосредственной близости от ее границ предолжаются ядерные взрывы на китайском полигоне Лоб-Нор, и, несомненно, самой серьёзной проблемой остается проблема оценки последствий более чем сорокалетней деятельности Семипалатинского испытательного ядерного полигона.

Вместе с тем до настоящего времени, комплексные исследования воздействия ядерных испытаний на здоровье населения Республики Казахстан практически не осуществлялись. Значительная часть появляющихся по этой тематике публикаций имеет скорее политический, чем научный характер.

Тем более, за пределами изучения продолжают оставаться методологические аспекты подобного рода исследований, в первую очередь, концептуальные основы применения в них математического моделирования и вычислительной техники.

Реализация в павлодарской области Республики комплексной межотраслевой научно-практической1 программы «Профилактика» по оздоровлению среды обитания и укреплению здоровья населения и медико-экологической программы «Полигон», осуществляемая Центром охраны здоровья (г. Алматы) с привлечением ведущих научных кадров Республики Казахстан и СНГ, впервые позволила охватить рязносторонние аспекты этой проблематики. В настоящей работе, выполненной в русле этих научных программ, сделана попытка исследовать возможности применения мятематического моделирования в задачах медико-экологического анализа.

Таким образом, актуальность темы обуславливается необходимостью активного включения математического моделирования в исследования влияния Семипалатинского испытательного ядерного полигона, а также других факторов среды обитания, на здоровье населения Республики Казахстан.

Цель работы состоит в анализе методологических аспектов применения математического моделирования в медико-экологических разработках, построении серии математических моделей, описывающих влияние ядерных испытаний на здоровье населения Павлодарской области Республики Казахстан, адаптации этих моделей для практических задач анализа и прогнозирования ситуации.

Задачи:

1. Обобщить концептуальные подходы к моделированию воздействия факторов окружающей среды на состояние здоровья населения в условиях Республики Казахстан.

2. Разработать комплекс моделей (модели «адаптационного кризиса» и «цепочки поколений»), описывающих воздействие комплекса хронически действующих факторов на несколько поколений населения.

3. Провести математическое моделирование воздействия ядерных испытаний на здоровье населения Павлодарской области на основе предложенных новых методических подходов.

4. Создать комплекс программного обеспечения для имитационного моделирования процессов влияния ядерных испытаний на здоровье населения.

Научная новизна. В работе впервые применено математическое моделирование в целях анализа воздействия Семипалатинского испытательного полигона на здоровье населения. Исследованы концептуальные основы применения математических моделей в медико-экологической сфере. Дана математическая интерпретация ряда медицинских и экологических понятий. Построены математические модели типа «среда-здоровье» и обоснована их приемлемость для практического применения. Впервые разработана модель «цепочки поколений», отражающая влияние хронически-действующего фактора на здоровье населения. Впервые показана возможность оценки воздействия ядерных испытаний на здоровье населения с использованием математического моделирования.

Практическая ценность. Работа осуществлена в рамках реализации региональных научно-исследовательских программ Центра охраны здоровья.

Результаты работы использованы для оценки степени подверженности территорий Павлодарской области влиянию Семипалатинского полигона, для уточнения границ зоны экологического бедствия. Результаты внедрены в деятельность практических специалистов Павлодарского областного управления экологии и биоресурсов, Павлодарского областного отдела здравоохранения, Павлодарской областной санитарно-эпидемиологической станции в форме рекомендаций по оценке территорий и групп риска, элементов компьютерных информационных систем. Предложенные математические модели могут быть применены и для других территорий, подвергнувшихся длительнокому влиянию Семипалатинского испытательного ядерного полигона или иных неблагоприятных факторов.

Апробация работы осуществлялась на региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии человека в Сибири» (Новокузнецк, 1990), Республиканской научно-практической конференции «Состояние окружающей среди и здоровье населения г. Павлодара (г. Павлодар, 1992), Республиканской научно-практической конференции «Проблемы окружающей среды и здоровья г. Павлодара» (Павлодар, 1993), межреспубликанской научно-практической конференции «Ядерный полигон и проблемы Павлодарской области» (Павлодар, 1993), Всемирном конгрессе Глобального антиядерного альянса (Алматы, 1993), на научном семинаре физико-математического факультета АГУ им. Абая, 1993.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей, в которых отражено основное содержание данной диссертации.

Структура и объем работы, диссертационная работа состоит из введения, трех глав, закючения, списка литературы, содержащего 67 наименований, 1-го приложения, содержащего таблицы и 2-го приложения, содержащего графики.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Математическое моделирование является эффективньм средством исследования медико-экологических задач. Актуальность применения современных математических методик и вычислительной техники в подобной проблематике возрастает вместе с обострением экологической ситуации в различных регионах Республики.

2. Семипалатинский испытательный полигон является одним из наиболее существенных факторов, дестабилизировавших экологическую обстановку в прилегающих областях, в том числе и в Павлодарской области. Применение математического моделирования позволяет установить, что последствия деятельности полигона продолжают проявляться в регионе.

3. Построенные в диссертации математические модели взаимодействия факторов окружающей среды и состояния человеческого сообщества могут послужить эффективным инструментом в научных исследованиях влияния ядерных испытаний и других неблагоприятных факторов на здоровье населения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты настоящей работы призваны еще раз подчеркнуть принципиальную важность математического анализа и прогноза в медико-экологических исследованиях.

На основании исследования прогнозируемой динамики здоровья населения в регионах, пострадавших от действия ядерных испытаний, возможно более грамотно подготовить систему здравоохранения к осуществлению профилактических мероприятиий, правильно перераспределить ресурсы, оценить потребность здравоохранения в тех или иных кадрах на перспективу.

Текущая оценка возрастных групп риска открывает возможность более глубокой диагностики патологии и выявления патогенеза, открывает резервы для возрастно-ориентрованной профилактики.

Математическое обоснование возможности применения показателей здоровья населения для оценки зон экологического неблагоприятствования предоставляет новую аргументацию для ранжирования территорий по экологическим признакам.

Включение разработанньх нами програмных модулей в автоматизированные системы обеспечения научных исследований и практической информационной деятельности предоставляет вышеперечисленные возможности специалистам-медикам, гигиенистам, демографам, экологом.

Следует видеть, что ключом к качественно новому уровню медико-экологической деятельности является внедрение в эту сферу новых информационных технологий, установление мониторингового слежения за состоянием здоровья населения и факторами, его формирующими, создание автоматизированных информационных систем соединяющих поток информации о состоянии факторов среды и здоровья населения. Нами разработаны концптуальные документы на создание мониторинговой системы автоматизированного контроля и состоянием здоровья населения, проживающего в экологически неблагоприятных регионах; техническое задание на автоматизированную информационную систему «Профилактика» для Павлодарской области; разработан и внедрен комплекс компьютерных информационных систем для экологических и медицинских организаций Павлодарской облаети.

Именно в этом направлении видятся нам перспективы развития науки и практики в медико-экологической сфере.

1. Асаченков А. Л., Белых JT.H. Исследование математической модели вирусного заболевания // Математические методы в клинической практике. -Новосибирск: Наука, 1978. - с. 19-26.

2. Бейли Н.Т. Математика в биологии и медицине. М: Мир, 1970. - 326 с.

3. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: Изд. иностр. литературы, I960.

4. Валентей Д.И., Кваша А.Я. Основы демографии. М.: Мысль, 1980. - с. 167.

5. Виленчик М.М. Радио/биологические эффекты и окружающая среда. М.: Энергоатомиздат, 1991.

6. Воеводин В.В. Вычислительные основы линейной алгебры, М.: Наука, 1977.

7. Гаврилов Л.А. Гаврилова Н.С Биология продолжительности жизни М.: Наука, 1991.-280 с.

8. Гантмахер Ф.Р . Теория матриц,- М.: Наука, 1988. с. 31-36.

9. Гельфандв Ш.А., Губерман и др. Некоторые задачи классификации и прогнозирования из различных областей медицины. // Задачи медицинской диагностики и прогнозирования с точки зрения математики. М., 1985. - с. 65127.

10. Гельфанд И.М., Розенфельд М.А., Шифрин М.А. Очерки о совместной работе математиков и врачей. К.: Наука, 1989. - 272 с.

11. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы и теории надежности. М., 1965. - 524 с.

12. Дубров A.M. Обработка статистических данных методом главных компонент. М.: Статистика, 1978.- izo ~

13. Дьяконов Б.П. Справочник по алгоритмам и программам на яэи-ке бейсик для персональных ЭВМ. II,, Наука, 1987

14. Жизнеспособность популяций: Природоохранные аспекты./аод. ред. М.Сулея. It.: Мир, 1989. - 224 с.

15. Иберла К. Факторный анализ. М. Статистика, 1980

16. Казначеев В.П.,Натрое Л.Г. О комплексном подходе к изучению здоровья // Сов. здравоохр. 1977. - к 10: с. 12-17

17. Калиткин Н.Н. Численные методы. Просвещение, 1983

18. Кант В.И. Математические метода и моделирование в здравоохранении, Медицина, Х987-224 с.

19. Клементьев А.А. Разработка количественшх моделей для решения задач управления в здравоохранении.- К.: Наука, 1985.-209 с.

20. Клементьев il.A. Разработка и исследование проблемно-ориентированного комплекса математических моделей объектов управления в системе охране здоровья населения.- Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.-Москва: X99U-293 с.

21. Корчевский А.А. К вопросу о создании автоматизированной информационной систем "Профилактика". /Состояние окружающей среды и здоровья населения города Павлодара: Матер. Респ.кон^.- Ал^.а-Ата, 1992 .-с. 82-92

22. Корч@вскиЙ А.А.,, Жанзаков М.М., Маркова Л.А., Орлик Т.Ю., ГершШова В.В. О разработке компьютерных систем "Эколог-экономист" и "Лаборант-экрлог" в рамках создания АИС "Профилактика".

23. Проблеш окружающей среди и здоровья населения г.Павлодаро. (Материалы Республиканской научно-практическоК коьч-вренчлм :,о реализации прогршлвд "Профилактика" в 1992 году ). . -ав:гспгц , 1993. С.26-&9

24. Корчевский А.А., Гуков Р.В., Бугаев А.А. О разработке автоматизированной мониторинговой инфорглапконной систем охраны : ч/ироды (MIC ОН) на Павлодарском не&теперерабатмважзце;.*. заводе.

25. Проблемы окружающей среды и здоровья населения г. пав попала. (Материалы Республиканской научно-практической конференции i о реализации программа "Профилактика" в 1992 году). Павлодар, № о. с.29-30

26. Кулманов !£•£•• Слаяснева Т.Н., Корчевский А.А. Основные .:ркн-шшы внедрения новой информационной технологии в область экологии человека.// Социально-гигиенические аспекты здоровья населения Казахстана. Алма-Ата, 1990 с. 2Ь-28

27. Кулманов К.Ё., Корчевский А.А. и др. Анализ ретроспективной информации качества окружающей среды и здоровья населения г.- 122 ~

28. Павлодара в рамках комплексной программ»! "Профилактика® // Материалы У объединенного съезда гигиенистов, эпидемиологов, микробиологов, паразитологов и инфекционистов Казахстана. Алма-Ата, 1991.-е.101-103

29. Лисицын Ю.П. Здоровье населения и современные теории медицины.М.: Медицина , 1982, 287 с.

30. Марчук Г.И. Математические модели в иммунологии. Вычислительные методы и эксперименты. М.г Наука,199Х„- 304 с.

31. Марчук Г.И., Бербенпова Э.П. Острые пневмонии; иглмуиология, опенка тяжести, клиника, лечения.- М.:Наука, 1989.-306 с.

32. Математическая экономика на персональном компьютере. Под редакцией Кубонива.М.:С'Инансы и статистика, 1991-204 с.

33. Ю.И. Москалев. Отдаленные последствия воздействия ионизирующих излучений.- М.: Медицина ,1991.-464 с.

34. Мудров А.Е. Численные методы для НЭВ!Л на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: Ш1 "Раско", 1991-272 с.

35. Н.&.РеЙмерс. Популярный биологический словарь.-М.:Наука,1990. -644 с.

36. Романовский Ю.М.,Степанова Н.В,Чернавский Д.С.Математическая биофизика. -М.: Наука!, 1984

37. Сяаздаева Т.li.,Корчевский А.А.Об использовании эвристически коэффициентов опенки динамики рядов данныч, характеризую //л' среду и здоровье населения.//0рганизаш1я и соииально-гигиенл чес кис-основы профилактики заболеваний.Алма-Ата, 1992 с.63-72

38. Статистические метода для ЭВ&.Под ред.К.ЭйнслеКн&,£Л элстона, Г,С.Уилфа.М.:Наука, 1986-464 е.43«Теория прогнозирования и принятия рошений.К.,Высшая шкоча,1977

39. Фаддеева В. М.Вычислитеяьные методы линейной arcгебра.ГьТТл,'л., 1950

40. Харман Г. Современней факторный анапиз.М.,Статистика, 1972

41. Шиган К.И. ЭДетодщ} прогнозирования и моделирования в социально- т гигиенических исследованиях- №. Медицина, 1986-208 с.

42. М.А.Шнепс.Математика и здравоохранения.-М.: Знание,1982. 64 с.

43. Ядерный полигон и проблемы Павлодарской области, йод ред К.Е. Кулманова, Т.И. Слажневой, А.А.Корчевского и др. Алматы 1993.-197 с.