Некоторые проблемы методологии геоэкологического мониторинга муниципальных образований
Бочаров В.Л., Спиридонов Е.Г., Жердев В.Н.
Геоэкологический мониторинг, являющийся подсистемой функционального мониторинга окружающей среды, особенно эффективен на уровне муниципальных образований. Основные методологические принципы геоэкологического мониторинга – принцип системности, принцип специфичности объекта воздействия, принцип оптимизации описания объекта, принцип аналогии, принцип ведущего фактора. Муниципальный подход позволяет обосновать прогнозные экспертные оценки экологической ситуации на основе мониторинга и целенаправленно и оперативно разрабатывать стратегию принятия адекватных решений органами экологического контроля и здравоохранения. Мониторинг (М) – контроль, оценка, прогноз и управление состоянием окружающей среды в связи с хозяйственной деятельностью человека. Различают три главные ступени М.: глобальный биосферный; региональный геосистемный, или природохозяйственный; локальный биоэкологический, или медико-экологический. В России и других странах созданы специализированные станции М., наблюдения ведутся также в биосферных заповедниках. В основу теоретических исследований положены труды В.И.Вернадского, А.И.Воейкова, В.В.Докучаева, В.Р.Вильямса, А.Н.Костякова и других ученых.
Наиболее значимые проблемы мониторинга окружающей среды рассматриваются в исследованиях Ю.А.Израэля, И.П.Герасимова, Б.В.Виноградова, В.М.Федорова, В.Д.Ковды, В.И.Гридина, В.И.Акорвецкого, К.Я.Кондратьева, Н.З.Малашенко, Л.И.Кулешова, Ш.И.Литвака, Б.И.Кочурова, В.Н.Родионова, П.Р.Поповича, Г.Н.Василенко, Ю.Н.Зборищука, В.А.Королева и др.
О возможностях практического подхода к решению задач многоцелевого мониторинга свидетельствуют исследования В.Н.Жердева, С.Д.Дегтярева, П.С.Русинова (мониторинг земель), В.Л.Бочарова, В.М.Смольянинова (геоэкология), В.Н.Золоторева, А.В.Назаренко, Т.Н.Задорожной (синоптическая метеорология и аэроэкология) и др.
Обзор региональных медико-экологических исследований, являющихся составной частью геоэкологического мониторинга, проведенных в различных по природно-климатическим и социальноэкономическим условиям городах, свидетельствует о перспективности геоэкологического подхода к анализу состояния здоровья населения, прежде всего, детей. На основе обобщения многочисленных экспериментальных данных в основных чертах сформулированы общие методические принципы территориального медико-экологического анализа: 1) приоритетность эпидемиолого-статистических методов анализа медико-статистических данных, закономерности пространственно-временной динамики которых проявляются лишь в больших по численности населения группах; 2) региональная специфика взаимосвязей состояния здоровья населения и качества окружающей среды; 3) необходимость учета порогов воздействия и эффекта суммации вредных факторов риска. Репрезентативным периодом обследования считается 3-5 – летний временной интервал. Все шире внедряются бальные оценки в анализ экологического состояния и оценку комфортности городской среды.
Рис.1. Объекты исследования геоэкологического мониторинга приземного слоя атмосферы и контролирующие органы медико-экологического мониторинга (использованы данные [1,2,10,15,17]).
Из общей постановки задач мониторинга состояния окружающей среды можно сформулировать специфический перечень задач создаваемого медико-экологического мониторинга, являющегося подсистемой геоэкологического мониторинга окружающей среды:
- разработка концептуальной модели, методов и алгоритмов системы оценки и прогнозирования медико-экологической ситуации на основе мониторинга с реализацией в практике здравоохранения муниципального образования на базе современных информационных технологий (автоматизированных систем);
- системный анализ организационной и функциональной структуры службы медико-экологического мониторинга в части интеграции отдельных компонентов мониторинга в единую систему учета, прогнозирования и управления факторами, влияющими на медико-экологическую ситуацию;
- управление медико-экологической ситуацией на основе информационных технологий управления (ИТУ), как составной части автоматизированной системы медико-экологического мониторинга;
- формирование структуры и разработка алгоритмов функционирования машины логического вывода (системы принятия решений) для управления факторами, влияющими на медико-экологическую ситуацию, на основе перспективной и текущей информации;
- разработка и ведение автоматизированной информационно-справочной подсистемы медикоэкологического мониторинга и ИТУ, включающей взаимоувязанную базу знаний медицинского и экологического характера, элементы искусственного интеллекта и автоматизированные экспертные системы;
- научная поддержка и обоснование эффективных методов прогнозирования развития медикоэкологической ситуации, принципов формирования муниципальной программы, обеспечивающей организацию лечебно-профилактических и методических мероприятий.
Оценка риска здоровью человека, который обусловливается загрязнением окружающей среды, является в настоящее время одной из важнейших медико-экологических проблем, решение которой потребовало создания информационного фонда медико-экологического мониторинга в виде автоматизированных баз данных и разработки концептуальной модели исследуемой предметной области, определяющей перечень необходимых показателей и структуру информационных потоков с указанием взаимосвязей между ними (рис.1).
Методологические подходы к анализу состояния здоровья населения с учетом экологического состояния окружающей среды связаны с применением общей теории систем и оценочными экологическими исследованиями в гигиене, эпидемиологии и медицинской географии. При этом в качестве основного системообразующего фактора признается заболеваемость населения, а все остальные условия, в том числе и показатели деятельности сети здравоохранения, рассматриваются как параметры, воздействующие на здоровье населения.
Осуществляя региональные медико-экологические исследования в методическом плане необходимо во-первых, четко определить методику получения репрезентативных данных (контингенты обследуемого населения, экологические факторы среды, подбор факторов риска, выбор пространственных и временных единиц для анализа); во-вторых, - формализовать и стандартизировать базу исходных параметров, а также применить наиболее адекватные методы обработки данных, позволяющие однозначно интерпретировать результаты. В настоящее время уже очевидно, что количественные методы анализа не только предпочтительнее традиционных описательных, но необходимы для получения информативных и объективных результатов.
В решении данной проблемы среди множества аспектов ее реализации, по крайней мере, два вопроса заслуживают особого внимания:
1) принципы формирования базы входных данных о состоянии здоровья населения и экологических факторов среды (факторов риска повышения заболеваемости); 2) организационно-техническая основа муниципального мониторинга здоровья населения, эффективность которого во многом зависит от грамотного применения современных компьютерных информационных технологий [13,18].
Научно-методические основы мониторинга Согласно сложившимся представлениям мониторинг "среда-здоровье" (медико-экологический мониторинг) определяется как система организационно-технических и профилактических мероприятий, обеспечивающих наблюдение за состоянием среды обитания, здоровья населения, их оценку и прогнозирование, а также действий, направленных на выявление, предупреждение и устранение влияния вредных факторов обитания (факторов риска) на здоровье населения.
Факторы риска – это условия окружающей среды, существенно повышающие риск возникновения заболевания населения. По мнению большинства отечественных и зарубежных экспертов Всемирной организации здравоохранения, здоровье человека и его заболеваемость определяется, по крайней мере, четырьмя группами факторов, взаимодействующих в следующем соотношении: 1) медикогенетическим (20%), 2) образом жизни и качеством питания (50%), 3) состоянием окружающей среды (20%), 4) уровнем развития здравоохранения (10%). Вопросы количественной оценки вклада каждой группы факторов в общую структуру заболеваемости населения важны, так как определяют объем и специфику профилактических мероприятий.
Методология выявления связей в системе "среда-здоровье" базируется обычно на следующих принципах.
1. При оценке воздействия окружающей среды на здоровье населения наиболее часто в качестве основного параметра выбирают заболеваемость детского населения. Детский контингент – своеобразная индикаторная группа, отражающая реакцию коренного населения на вредные воздействия факторов среды. Целесообразность учета детской заболеваемости определяется тем, что дети в меньшей степени, чем взрослые, подвержены внутригородской миграции. Они теснее привязаны к территории, на которой живут и учатся, не испытывают непосредственного влияния профессиональных вредных привычек. Кроме того, из-за анатомо-физиологических особенностей дети более чувствительны к качеству среды обитания, а сроки проявления неблагоприятных эффектов у них короче. Это повышает достоверность медико-статистических исследований, позволяет делать более объективные выводы об экологической обусловленности заболеваний [12,20].
2. В подавляющем большинстве случаев в связи с загрязнением окружающей среды наблюдается однотипная структура изменения показателей здоровья детей. Например, отклик организма на уровень атмосферного и почвенного загрязнения среды в порядке убывания образует ряд: а) иммунологическая реактивность; б) острые заболевания органов дыхания аллергического характера; в) отклонения от нормы функциональных и физиологических показателей - нарушение гармонического физического развития, увеличение числа лейкоцитов в крови при снижении гемоглобина (анемия); г) рост хронических заболеваний; д) увеличение частоты врожденных аномалий, новообразований, болезней крови, системы кровообращения, реагирующих на качество среды обитания [5,14].
3. Среди геоэкологических факторов риска здоровью горожан обычно выделяют уровень атмосферного загрязнения, качество питьевой воды, почвы, архитектурно-планировочную структуру городского пространства, определяющие комфорт жизнеобеспечения и являющиеся предметом контроля соответствующих мониторинговых природоохранных и гигиенических ведомств [3,4,19,21].
Геоэкологические подходы в современной урбоэкологии Основой научно-прикладных исследований в современной урбоэкологии в связи с изучением воздействия факторов городской среды на здоровье населения является концепция факторов риска.
Согласно данным литературы около 18-20 % заболеваний населения связано с воздействием факторов окружающей среды. Все возрастающее количество конкретных региональных исследований позволяет проследить некоторые общие закономерности корреляционных связей между качеством среды обитания и заболеваемостью населения.
Одним из ведущих показателей техногенной нагрузки на городское население, по мнению Н.С.Касимова с соавторами [11,21], следует считать коэффициент эмиссионной нагрузки – количество выбросов в атмосферу от стационарных источников, приходящихся в год на 1 жителя.
Корреляционные связи детской заболеваемости с качеством среды обитания, прежде всего, уровнем загрязнения городских ландшафтов, статистически подтверждены в ряде отечественных и зарубежных региональных исследований.
В монографии "Экогеохимия городских ландшафтов" [21], на примере различных городов от Заполярья до Северо-Кавказских курортов, а также Польши и Монголии, показаны связи качества сельскохозяйственной продукции и заболеваемости населения с загрязнением городской среды тяжелыми металлами, полициклическими ароматическими углеводородами. Например, в г. Москве отмечается опасная эколого-геохимическая обстановка в Восточном административном округе, в местах концентрации автомагистралей, железных дорог и промышленных зон. В Норильске рост заболеваний населения наблюдается вблизи промышленных зон, где накопление токсикантов в природной среде на 2-3 порядка выше фонового. Анализ медико-экологической обстановки в г. Магнитогорске (центре черной металлургии) показал наличие высоких и достоверных корреляций между раком легкого, заболеваемостью органов дыхания и степенью техногенной нагрузки, определяемой по уровню загрязнения атмосферного воздуха. Так, в экологически опасных районах города с повышенным загрязнением атмосферного воздуха заболеваемость раком легкого составила у женщин и мужчин 31,3-72,6 случаев на 100 тысяч населения, а в условно чистых районах – 8,9 и 39,8 случаев соответственно.
В г. Томске наблюдаются достоверные корреляции между детскими болезнями органов дыхания, крови, печени, нервной системы и содержанием тяжелых металлов в почве. Сделан вывод об "экологической обусловленности" данных групп болезней, отражающих накопление ксенобиотиков в организме при аэрогенном поступлении или с пищей. Физиологически более стабильными являются сердечно-сосудистая, костно-мышечная, эндокринная системы организма, не испытывающие прямого воздействия экологических факторов.
На примере Закамска – одного из городовспутников Перми – установлена сильная зависимость между общей детской заболеваемостью и содержанием в атмосфере угольной пыли; болезнями нервной системы и количеством фтористых соединений в воздушной среде; болезнями кожи и концентрацией пыли предприятий горно-шахтного машиностроения; аллергическими болезнями кожи и окисью марганца. Выявлены достоверные корреляции между бронхиальной астмой, анемией и пылью синтетических моющих средств; между анемией, болезнями органов пищеварения, врожденными пороками и фтористыми соединениями в ряде районов города.
В крупных промышленных центрах на основе выборочно-статистического обследования отмечена тенденция ухудшения здоровья детей на фоне роста атмосферного загрязнения фенолом, формальдегидом [12].
В районах с устойчивым превышением нормативов ПДК в 2-3 раза (в промзоне вблизи ТЭЦ и ряда крупных предприятий химического профиля) достоверно выше заболеваемость детей по болезням мочеполовой сферы, кожи, органов дыхания; врожденным аномалиям. Наблюдается положительная корреляция средней степени между общей детской заболеваемостью и концентрацией хлоридов, сульфатов в питьевой воде [6,11].
В приморском городе Новороссийске Краснодарского края уровни онкологической смертности населения коррелируют со степенью общей техногенной нагрузки, определяемой по количеству и мощности промышленных предприятий в различных районах города, классу их вредности, объемам выбросов вредных веществ, интенсивности транспортных потоков [12]. В участках города с максимальным промышленным прессингом (в зоне воздействия цементных заводов) выше удельный вес рака легкого и рака желудка среди других локализаций рака у умершего населения. Отмечена роль неблагоприятной розы ветров, вызывающей снос вредных выбросов цементных заводов преимущественно в центральную часть города на жилые кварталы. Наблюдается тенденция увеличения случаев онкологической смертности на пониженных участках города, где могут осаждаться вредные примеси. В ряде исследований [7,11,12] показано, что в современных промышленных городах ведущим загрязнителем природной среды является атмосферный воздух, качество которого влияет на уровень заболеваемости населения болезнями органов дыхания, эндокринными, нервными заболеваниями, а также болезнями органов пищеварения. С помощью методов математического моделирования установлены достоверные сдвиги в функциональном состоянии организма и рост хронических заболеваний детей в городах с неблагоприятным экологогигиеническим фоном. Аналогичные результаты о зависимости заболеваний детей, прежде всего ОРВИ, бронхитами, пневмонией от уровня загрязнения атмосферного воздуха получены в гигиенических исследованиях урбанизированной зоны Южной Сибири [9,11].
В ряде работ, выполненных в г. Воронеже на основе выборочно-статистического метода с применением компьютерного анализа медико-экологических данных, показана зависимость состояния здоровья детей от качества окружающей среды. Так, в зоне обслуживания 8-й детской поликлиники Коминтерновского района города, где проживает около 10 тысяч детей, отмечена неблагополучная ситуация по врожденным аномалиям и болезням крови. К ведущим факторам риска отнесены транспортная и промышленная нагрузки на окружающую среду, тип застройки микрорайона, степень загрязнения почвы тяжелыми металлами [5,12]. Повышение общей хронической заболеваемости отмечено на участках с выровненным рельефом. Повышенной транспортной нагрузкой, минимальным искусственным озеленением и неблагоприятным типом застройки (чередование промышленных и жилых массивов без соблюдения размеров санитарно-защитных зон) объясняется рост заболеваний органов дыхания. На педиатрических участках вблизи крупнейших автомагистралей города увеличивается частота заболеваний нервной системы и органов чувств, а вблизи железнодорожного полотна растет заболеваемость по болезням органов пищеварения и мочеполовой системы. Кроме того, участки с неблагоприятной застройкой и повышенным содержанием в почве свинца отличаются увеличением частоты новообразований у детей; увеличение концентраций хрома в почве происходит параллельно с нарастанием числа врожденных аномалий.
На основе сопоставления уровня загрязнения атмосферного воздуха и детской заболеваемости промышленных и условно чистых зон города установлена достоверная связь между запыленностью и загазованностью воздуха оксидами азота, серы, формальдегидом и заболеваемостью детей пневмонией и другими заболеваниями органов дыхания [5, 12].
По результатам исследований, выполненных рядом авторов в г. Воронеже, отчетливо выявляются неблагополучные зоны. Так, Х.А.Джувеликян [7] отмечает статистическую связь роста загрязнения воздуха и частоту отклонений в развитии новорожденных, которые значительно чаще фиксируются в районе завода "Синтезкаучук" и ТЭЦ-1 по сравнению с районом агроуниверситета. Исследования, выполненные в в промышленном Левобережье города, свидетельствуют об увеличении как у детей, так и у взрослых, проживающих вблизи промышленных массивов, новообразований, эндокринных заболеваний, холециститов, болезней органов дыхания [5,7]. Авторы выделяют экологически "зависимые" заболевания – ОРВИ, пневмонию, язву желудка, гастриты, гипертонию. Несмотря на определенную разрозненность, неполноту материалов по всему городу, различия в методиках анализа данных, затрудняющих сопоставление отрывочных сведений, по предварительным результатам в г. Воронеже выделяются по крайней мере два неблагополучных района – вблизи промзоны Левобережного района (6, 3 детские поликлиники; 18 взрослая поликлиника) и в ряде жилых массивов вблизи промзоны Коминтерновского района (8 детская поликлиника; 11 взрослая поликлиника).
Конкретные эколого-гигиенические исследования, выполненные в ряде урбанизированных зон Воронежской области, свидетельствуют о корреляции детской заболеваемости с уровнем атмосферного и почвенного загрязнения. Например, в г. Россошь (один из крупнейших промышленных центров области преимущественно химического профиля) наблюдается увеличение детской заболеваемости в районах города с повышенной концентрацией тяжелых металлов в атмосферной пыли [12]. Ранжированный ряд по степени опасности концентраций элементов следующий: молибден, кобальт, стронций, олово, титан, лантан, ванадий, свинец, медь, хром. Наиболее неблагоприятен эффект их суммации в пыли, вызывающей вероятное увеличение болезней органов дыхания, крови, мочеполовой системы и новообразований у детей. В г. Россошь, кроме того, отмечено экологическое значение ландшафтных условий, проявляющееся, в частности, в достоверном повышении уровней общей детской заболеваемости на возвышенных локальных участках песчаной надпойменной террасы рек Черная Калитва и Россошь со слабой естественной защищенностью грунтовых вод от загрязнения.
Сопоставление результатов оценки комфортности городской среды крупных промышленных центров показывает, что наименее комфортными являются района с высоким атмосферным загрязнением и неблагополучным акустическим фоном вследствие высокой транспортной загруженности, повышенного техногенного прессинга [12].
Ситуация, по-видимому, усугубляется нерациональной планировкой (среднеэтажные жилые застройки преимущественно 50-60-х гг., размещаемые вблизи прозон) в сочетании с недостаточно развитой рекреационной инфраструктурой. Экологогигиеническое неблагополучие таких районов вызывает ответный рост заболеваемости детей болезнями органов дыхания, крови, органов пищеварения, мочеполовой системы, увеличение частоты врожденных аномалий развития.
Наряду с детской заболеваемостью другим "индикатором" благополучия экологической обстановки в городах обычно считают онкологическую заболеваемость и смертность населения.
Считается, что воздействием факторовканцерогенов обусловлено возникновение от 20 до 60%, а по некоторым данным – до 80% всех случаев заболеваний злокачественными новообразованиями. Обычно большую часть этих воздействий связывают с химическим загрязнением тяжелыми металлами – мышьяком,