ANNUAL DYNAMICS OF CLIMATIC FACTORS AND POPULATION HEALTH IN KHANTY-MANSIYSK AUTONOMOUS AREA

Full Text

Проблема изучения вклада климатоэкологических особенностей территорий в формирование условий среды обитания, ее комфортность, адаптационные возможности организма и здоровье человека в целом является весьма актуальной уже несколько последних десятилетий для северных территорий Российской Федерации (РФ) в связи с нарастающим миграционным потоком. О влиянии погодноклиматических факторов и условий на организм человека, а также на течение различных заболеваний свидетельствуют разнообразные изменения клинических, функциональных и лабораторных показателей функциональных систем организма (ФСО) человека (в сторону как улучшения данных параметров, так и их ухудшения). При различных перемещениях (трансширотных, т. е. из одной климатической зоны в другую), при резких сменах погодных условий, как сезонных, так и суточных перепадах, параметры ФСО резко изменяются [2, 5—9]. Актуальность социально значимых проблем, обусловленных последствиями климатоэкологических изменений, стимулирует развитие новых методов наблюдений, а также обработки и оценки полученной информации. Несомненно, сложным аспектом исследования и изучения этой проблемы является методический подход по оценке этого влияния на организм человека. Несмотря на большое число исследований по оценке влияния окружающей среды на условия проживания и здоровье населения, опубликованных в разные годы, методические подходы для учета и оценки характера самих климатоэкологических параметров до сих пор остаются немногочисленными и дискуссионными [4, 12, 13]. Объясняется это и тем, что при исследованиях глобальных и региональных природно-климатических изменений встает сложная проблема, связанная с традиционными подходами в рамках простой парадигмы «причина — следствие». Последнее отсутствует в системах с хаотическим поведением. Погодно-климатические изменения относятся, как правило, к классу нелинейных диссипативных систем. Такие системы обычно обладают глобальными аттракторами, т. е. компактными инвариантными притягивающими множествами, которые и являются носителями хаоса в этих системах. Характер и поведение климатической системы, как природной хаотической системы, протекает в рамках аттракторов состояний. Именно в таких аттракторах находятся и показатели метеофакторов — температуры (Т), давления атмосферного воздуха (Р) и влажности (R), что неоднократно отмечалось нами в ряде работ [4, 11]. Использование метода идентификации параметров квазиаттракторов с позиции теории хаоса и самоорганизации (ТХС) для оценки климатических показателей Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) — Югры и выполненная нами ранее оценка био-климатических параметров [15] позволили установить хаотический характер динамики этих показателей, влияющих на здоровье населения, а также оценить величину параметров самих квазиаттракторов. В качестве меры хаотичности временного ряда метеофакторов нами использована величина (объем) квазиаттрактора (Vj) в фазовом пространстве состояний (ФПС). Это определило цель нашей работы, которая заключалась в выявлении закономерностей поведения вектора состояния динамической системы (набора метеофакторов в динамике) в ФПС и оценке влияния погодно-климатических изменений на показатели заболеваемости на основе анализа первичной обращаемости взрослого населения г. Сургута по климаточувствительным заболеваниям в динамике 2010 года. Методы Объектом изучения являлись погодно-климатические условия г. Сургута, территория ХМАО — Югры. Информационной основой послужили фактические материалы наблюдений метеорологических показателей (температура, атмосферное давление и влажность атмосферного воздуха) за период 2010 года. Рассмотрение динамики метеопараметров произведено в рамках ФПС, т. к. поведение природных хаотических систем протекает в рамках квазиаттракторов состояний. Именно в таких квазиаттракторах находятся показатели факторов экосреды — температуры, давления, влажности. Каждое состояние характеризуется параметрами вектора состояния х=(х1,х2,..хп), что составляет реальное многомерное фазовое пространство (например, для метеопараметров среды), в котором каждый месяц года образует квазиаттрактор состояний. На фазовой плоскости такое движение x попадает внутрь некоторого прямоугольника, в 3-мерном фазовом пространстве — параллелепипеда, а в m-мерном фазовом пространстве (в сочетании с другими экологическими факторами) — m-мерного параллелепипеда. Такой подход в описании параметров среды позволил определить размеры квазиаттракторов состояний (границы прямоугольника со сторонами Ax, = P — P . , Ax„ = R — R . , Ах,, = T — T . ) 1 max min’ 2 max min’ 3 max min' в ФПС, или в любом другом m-мерном фазовом пространстве (m-мерный параллелепипед). Далее производился поочередный расчет координат граней параллелепипеда объемом V. , внутри которого находится квазиаттрактор движения (метеофакторы) для всех j исследуемых (j=1, ..., n) из j-го кластера ( k = 1, p); их длины А хк = х., — х., . , 4 г ' ’ j i(max) i(min) m Vk =п X* и объема k-го параллелепипеда 1 j=j ‘ , где x((mjn), x((mca) — координаты крайних точек, совпадающих с нижней и верхней (левой и правой) границей области ФПС, внутри которой движется вектор состояния метеопараметров по координате xi. В итоге ЭВМ рассчитывает весь вектор объемов квазиаттракторов (General Value) V= (V(f V, ...V)T, ограничивающих все p квазиаттракторов, а также показатели асимметрии (Asymmetry) стохастического X,s = (x^77,x^„...x^7)T, ... , Xs = (xs , xs ... xs )T и 1 ' H 12 lm P P, p2 pm хаотического центров квазиаттракторов для каждого массива данных Xe = (xc11,x°12...xc1JT, ... , Xpc = (xcp1, xC xc ) T p2 pm Алгоритм идентификации параметров квазиаттракторов в ФПС с использованием компьютерной программы позволил оценить величину параметров квазиаттракторов, характер динамики метеорологических показателей, а также выделить параметры порядка при сравнении кластеров данных. Также основу исследования составили данные первичной обращаемости взрослого населения г. Сургута (статистические данные поликлиники МУЗ «Клиническая городская больница №1») в динамике 2010 года. Всего было проанализировано 475 678 случаев обращений по разным видам заболеваний, включая первичную обращаемость взрослого населения с установлением диагноза, а также профилактические осмотры и повторные наблюдения по установленным диагнозам. Необходимо отметить, что возраст пациентов варьировал от 19 до 96 лет. Результаты К наиболее распространенным нозологиям, относящимся к климаточувствительным заболеваниям населения, принадлежат болезни органов дыхания, кровообращения, эндокринной системы и другие [8, 10]. Здесь представлена выборка по данным заболеваниям, структура которых, а также годовая динамика приведена в табл. 1. Анализ первичной обращаемости взрослого населения Сургута по климаточувствительным формам заболеваний показал: доля этих заболеваний составила 22,6 % от числа всех случаев обращений; в самой же структуре климаточувствительных болезней абсолютное большинство (36,3 %) составили острые респираторные инфекции (ОРИ) и заболевания, связанные с повышением артериального давления — 25,1 %; высокий удельный вес приходился и на заболевания эндокринной системы (сахарный диабет) — 14,2 %; заболевания органов дыхания, такие как хронические обструктивные болезни легких (ХОБЛ) и астма, в сумме составили 4,4 %, болезни сердечно-сосудистой системы — 14,4 %. Динамика обращений населения в течение года по поводу указанных болезней имела явно выраженные максимумы и сезонный характер — это, как правило, осенний, зимний и весенние периоды, летние же месяцы характеризовались снижением заболеваемости. При этом следует отметить, что разница показателей обращений пациентов в разные сезоны года весьма высока и сильно варьирует. Так, для ОРИ минимальные и максимальные показатели обращений в годовой динамике отличаются в 3,60 раза; сезонные же различия иные — от 0,56 (переход от летнего периода к осеннему) 20 Экология человека 2013.11 Окружающая среда Таблица 1 Структура заболеваемости взрослого населения Сургута по климаточувствительным нозологиям в зависимости от частоты (N) случаев обращений пациентов в динамике 2010 г. Код заболевания по МКБ-10 Месяц года J00-J22 J30 J40-J44 J45 I10 — I15 I20 — I25 6 0 1 6 CD I44 — I50 E10-E14 Количество обращений (N), случаи Январь 2915 176 241 187 1922 509 854 184 678 Февраль 5302 499 188 334 2265 549 655 140 1269 Март 4609 298 179 360 2915 708 810 145 1684 Апрель 4585 502 187 320 2909 596 931 133 1454 Май 2830 303 156 193 1910 443 727 112 1291 Июнь 2417 371 92 174 1777 457 537 110 1242 Июль 1586 286 124 184 1622 322 442 85 1171 Август 1473 259 114 173 1587 308 387 103 1037 Сентябрь 3684 222 125 185 1859 597 622 132 1203 Октябрь 3166 341 96 282 2659 602 1018 203 1391 Ноябрь 3016 492 109 295 2988 602 1040 158 1412 Декабрь 3469 688 152 246 2602 696 1035 203 1435 N+s 3254+662 370+83 147+26 244+40 2251+303 532+73 755 + 130 142+22 1272 + 141 Примечание. МКБ-10 — международная классификация болезней; J00—J22 — острые респираторные инфекции (ОРИ) верхних и нижних дыхательных путей, в т. ч. грипп и пневмония; J30 — вазомоторный и аллергический ринит; J40—J44 — хронические обструк-тивные болезни легких (ХОБЛ); J45 — астма; I10—I15 — болезни, характеризующиеся повышенным кровяным давлением; I20 — I25 — ишемическая болезнь сердца; I60—I69 — нарушения проводимости и сердечного ритма; I44 — I50 — цереброваскулярные болезни; E10 — E14 — болезни эндокринной системы (сахарный диабет). до 3,60 раза (переход от осеннего периода к зимнему). В целом наибольшие изменения показателей обращений пациентов отмечены для перехода от осеннего периода года к зимнему — от 2,53 раза (сахарный диабет) до 5,28 (ХОБЛ). Соответственно наименьшие перепады показателей наблюдались при переходе от летнего к осеннему периоду года, причем абсолютная величина данного показателя варьировала в диапазоне значений от 0,51 раза (нарушения проводимости и сердечного ритма) до 1,00 (ХОБЛ). В рамках ТХС с использованием разработанного в НИИ биофизики и медицинской кибернетики при Сургутском госуниверситете метода и программных продуктов [11, 14, 16] был выполнен также расчет параметров объемов квазиаттракторов метеосостояний (V.j) г. Сургута, приведенный в табл. 2 . Таблица 2 Значения показателей объемов Vквазиаттракторов вектора состояния метеопараметров в динамике 2010 г. в 3-мерном фазовом пространстве (T, P, R) Объемы, Vij *10 4 (у. е.) в координатах T, P, R Месяц года I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 1,75 1,73 2,79 3,14 1,37 0,84 1,06 0,61 0,69 1,58 2,00 0,75 Далее процедура установления различий в годовой динамике метеопараметров путем расчета межат-тракторных расстояний квазиаттракторов показала широкий интервал амплитудных колебаний показателя межаттракторных расстояний (zj между всеми месяцами года (табл. 3), которые демонстрируют поддиагональные элементы zy (i = j + 1). Как видно из данных табл. 3, показатели ме-жаттракторных различий при сравнении кластеров убедительно иллюстрирует ярко выраженную хаотическую динамику поведения метеофакторов, что характеризуется большим разбросом этих значений. Особенно показательны январь и летние месяцы (z61 = 43,6, z71 = 45,5, z81 = 43,9) по расстояниям между квазиаттракторами. Анализируя данные обращаемости трудоспособного населения Сургута (см. табл. 1) по климатообусловленным заболеваниям и ее взаимосвязь с показателями изменчивости метеорологических параметров по величине значений объемов квазиаттракторов (см. табл. 2), которые они описывают в 3-мерном ФПС, можно отметить наличие устойчивой положительной взаимосвязи. Например, рассчитанные коэффициенты корреляционной зависимости (ryiJ Спирмена) взаимосвязи значений объемов квазиаттракторов метеофакторов с показателями обращений населения по поводу климаточувствительных заболеваний имели устойчиво высокие положительные значения, что указывает на статистически значимые различия исследуемых параметров (ryiJ = 0,66, p < 0,05) и подтверждает существенное влияние метеорологических факторов на частоту обращений по поводу климаточувствительных заболеваний населения (табл. 4). Следует отметить, что изучение причин и тенденций показателей частоты обращений по поводу климаточувствительных заболеваний не входило в задачи данного исследования, т. к. для установления причинноследственных зависимостей целесообразно проведение более углубленного медико-гигиенического 21 Окружающая среда Экология человека 2013.11 Таблица 3 Матрица идентификации расстояний z. между центрами хаотических квазиаттракторов вектора состояния метеопараметров в динамике 2010 г. в 3-мерном фазовом пространстве на примере Сургута Месяц года I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I 2,3 23,3 27,5 32,2 43,6 45,5 43,9 35,7 33,4 25,4 10,1 II 2,3 22,3 26,4 31,1 42,4 44,5 42,4 34,0 31,7 23,2 7,8 III 23,3 22,3 10,7 13,6 22,0 24,3 25,6 19,3 18,1 17,3 22,1 IV 27,5 26,4 10,7 4,8 16,6 18,3 18,5 12,2 11,9 17,8 25,9 V 32,2 31,1 13,6 4,8 12,0 13,7 14,6 10,0 10,9 19,9 30,2 VI 43,6 42,4 22,0 16,6 12,0 3,0 11,7 14,7 17,1 28,1 41,1 VII 45,5 44,5 24,3 18,3 13,7 3,0 13,1 16,9 19,4 30,8 43,4 VIII 43,9 42,4 25,6 18,5 14,6 13,1 13,1 8,5 11,2 23,8 39,3 IX 35,7 34,0 19,3 12,2 10,0 16,9 16,9 8,5 2,9 16,0 30,8 X 33,4 31,6 18,1 11,9 10,9 19,4 19,4 11,2 2,9 13,2 28,1 XI 25,4 23,2 17,3 17,8 19,9 30,8 30,8 23,8 16,0 13,2 17,6 XII 10,1 7,8 22,1 25,9 30,2 43,4 43,5 39,3 30,8 28,1 17,6 I 322,9 308,1 218,6 190,5 192,9 263,2 273,0 252,6 201,0 197,9 233,0 296,4 Примечание. X— суммарные годовые значения ного месяца с остальными месяцами года. различии межаттракторных расстоянии квазиаттракторов метеопараметров отдельанализа, учитывающего многообразные аспекты: состояние здоровья населения, половые и возрастные особенности контингента, длительность и тяжесть заболевания, миграцию населения и т. п. Обсуждение результатов Уровень здоровья любой популяции имеет региональную специфику, которая обусловлена особенностями взаимоотношения человека и окружающей среды. В решении вопросов медико-экологических проблем Севера в настоящее время основополагающее значение придается оценке степени опасности погодно-климатических факторов. Погодноклиматические изменения в настоящее время рассматриваются как факторы высокого риска возникновения многих заболеваний человека, особенно это касается мигрантов из южных регионов РФ и ближнего зарубежья [1, 3, 7, 9]. Наличие сезонной составляющей в картине распределения обращений населения Сургута по поводу климаточувствительных заболеваний вполне согласуется с климатоэкологическими и погодными условиями северной территории, которые отличаются резкой сменой и высокой скоростью изменения атмосферного давления и температуры при высокой влажности окружающего воздуха [3, 5]. При оценке влияния метеорологических факторов на показатели заболеваемости населения и развитие климатообусловленных заболеваний, особенно в условиях северных территорий, необходимо учитывать как внутрисуточные, так и межсуточные амплитуды данных показателей и режим, в котором они воздействуют на организм — особенно параметры их изменчивости. Согласно современным представлениям о комплексном воздействии климата на организм человека, ведущая роль отводится изменчивости погодных факторов, поскольку для организма человека опасны не вообще изменения погоды, к которым человек в силу адаптационных процессов приспособился, а колебания резкие, нетипичные для данных климатических условий. Большие суточные изменения х. = dxi /^ вызывают сдвиги в ФСО и заболевания населения в целом [8, 9, 11, 14]. Использованный подход в оценке влияния метеопараметров среды на частоту климаточувствительных заболеваний населения путем определения фазового пространства и его параметров дает средство для изучения поведения и режима хаотических систем, поскольку динамика экологических факторов урбанизированных экосистем Севера (T, P, R) имеет выраженный режим хаотического поведения. В этой связи становится актуальной проблема внедрения разрабатываемых методов в здравоохранение и экологию человека. Таблица 4 Показатели парной корреляционной зависимости (Гу.. Спирмена) величин объемов квазиаттракторов метеосостояний с частотой обращаемости взрослого населения Сургута по поводу климаточувствительных заболеваний Код по МКБ J00-J22 J30 J40-J44 J45 I10-I15 I20-I25 9 I6 -I 0 I6 4 Ф* I 5 О E10-E14 I Гу . 7, 0,51 0,26 0,45 0,74 0,78 0,40 0,56 0,40 0,54 0,66 Оценка значимости различия (рС) 0,090 0,416 0,138 *0,006 *0,003 0,194 0,059 0,198 0,071 *0,020 Примечание. X — сумма всех форм климаточувствительных заболеваний; рС — критерий значимости различий Спирмена (* - р < 0,05). 22 Экология человека 2013.11 Окружающая среда В целом возникает объективная необходимость в изучении биоклиматических характеристик среды, включая уровень дискомфортности и изменчивости климата, которые определяют состояние и уровень здоровья, а также потенциал климата для осуществления рекреационной деятельности. Метод многомерных фазовых пространств открывает новые возможности в этом направлении.

About the authors

S N Rusak

Surgut State University of Khanty-Mansiysk Autonomous Area

Email: svetlana_01.59@mail.ru
Ugra, Surgut

V V Eskov

Surgut State University of Khanty-Mansiysk Autonomous Area

Ugra, Surgut

D I Molyagov

Branch of Center of Hygiene and Epidemiology in the KMAA - Ugra

Surgut and Surgut Region, Russia

O E Filatova

Surgut State University of Khanty-Mansiysk Autonomous Area

Ugra, Surgut

References

Supplementary files