На правах рукописи

ИВАНОВА Юлия Дмитриевна ВОЗДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫМИ НОВООБРАЗОВАНИЯМИ: ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ СВЯЗЕЙ (на примере г.

Красноярска) Специальность 05.13.01- системный анализ, управление и обработка информации (экология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2002

Работа выполнена в Красноярском государственном университете и Институте биофизики СО РАН Научные руководители: доктор физико математических наук, профессор экологии Р.Г. Хлебопрос кандидат физико математических наук О.Э. Якубайлик Консультант: доктор медицинских наук, профессор, Ю.А. Дыхно

Официальные оппоненты: доктор биологических наук В.Г. Суховольский кандидат технических наук М.Г. Доррер

Ведущая организация:

Красноярский государственный технический университет

Защита состоится л13 ноября 2002 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета К 212.253.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук в Сибирском государственном технологическом университете (660049, Красноярск, пр.Мира, 82, СибГТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ

Автореферат разослан л11 октября 2002 года.

Подписано в печать Формат 6084/ Бумага офсет. №1 Печать офсетная Усл. печ. л. 1 Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз.

Ученый секретарь Заказ диссертационного совета, Издательский центр Красноярского государственного университета к.т.н. Ушанов С.В.

660041 Красноярск, пр. Свободный 79.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ваемости с информацией о месте проживания каждого заболевшего на осно Актуальность проблемы. В настоящее время все большее внимание уделя- ве медицинской базы данных.

ется изучению и поиску путей разрешения экологических проблем. Научно- 3. На основе данных по когортной заболеваемости, построить модель возрас технический прогресс приводит к появлению огромного количества вредных тной динамики заболеваемости ЗНО.

факторов нарушающих природное равновесие, способствующих деградации 4. Проанализировать закономерности ранговых распределений локализацион биосферы и отрицательно влияющих на здоровье людей. Поэтому мониторинг за ных структур ЗНО в зависимости от возраста.

здоровьем человека актуален, особенно в крупных промышленных городах. Научная новизна работы.

При рассмотрении степени экологического неблагополучия города нельзя 1. Предложен метод построения ГИС-карт по онкозаболеваемости, позволяю ограничиваться лишь суммарным показателем загрязнения среды отдельными щий сравнивать между собой различные территории г. Красноярска по за веществами, необходимо учитывать показатели уровня здоровья населения, как болеваемости и оценить влияние окружающей среды на данный показатель.

результата общей техногенной нагрузки на человека. Для крупного промышлен- 2. Разработаны статистические модели для анализа тематических карт с еди ного центра характерно почти полное изменение большинства параметров внеш- ным пространственным базисом.

ней среды: загрязнение почв, воздушного бассейна, акваторий, изменение кли- 3. Разработана модель динамики когортной заболеваемости ЗНО, позволяю матических характеристик и многое другое, что приводит к увеличению физиче- щая получать независимые от возрастной структуры населения значения ской, химической, психологической нагрузки на организм человека и снижению средней скорости заболеваемости ЗНО.

его иммунных реакций. Клинические проявления иммунологической недоста- 4. Исследование ранговых распределений локализационных структур теорети точности весьма разнообразны, но общей чертой является склонность к тяжелым чески показало наличие процессов конкуренции между локализациями хроническим или рецидивирующим заболеваниям. ЗНО за ресурс - организм человека. Характер процессов конкуренции зави Если опираться на данные ВОЗ, то 75-95% случаев возникновения онколо- сит от возрастной группы заболевших и от особенностей рассматриваемой гических болезней связано с воздействием экологически опасных факторов ок- популяции людей.

ружающей среды. Для определения риска заболеваемости раком необходимо Практическая значимость. Создан электронный экологический атлас г. Красно анализировать медицинские данные вероятностно-статистическими методами, ярска. Разработаны методы анализа территориально-распределенных данных, рассматривать их территориальную привязку и влияние физико-химических па- построенных в едином пространственном базисе. Предложены методы построе раметров среды. Основой таких исследований служит экологический атлас, ния карт суммарных концентраций веществ, загрязняющих окружающую среду включающий в себя карты техногенного загрязнения, состояния растительности, и карт по заболеваемости, позволяющих изучать эпидемиологическую обстанов характеристики микроклимата и др. экологические показатели г. Красноярска ку в городе с помощью пространственного анализа и моделирования.

совместно с территориальным распределением онкозаболеваемости населения. С помощью регрессионных моделей возрастной динамики и локализацион Для анализа онкозаболеваемости используется показатель когортной забо- ных структур получен ряд параметров линейных регрессионных уравнений, по леваемости, определяемый как отношение числа заболевших в некоторой воз- зволяющих анализировать особенности когортной заболеваемости ЗНО и срав растной группе к общему количеству людей в данной возрастной группе. Этот нивать эти показатели для различных территорий.

показатель не зависит от возрастной структуры и плотности населения и дает Полученные в диссертации научные результаты позволили сформулировать возможность исследовать эффекты воздействия среды на заболеваемость. положения, выносимые на защиту:

Цель и задачи работы. Анализ территориально-распределенной информации, 1. Разработанные алгоритмы подготовки, представления и анализа территори представленной в электронном экологическом атласе г. Красноярска. Изучение ально-распределенных данных по медицинской статистике, позволяющие особенностей когортной онкозаболеваемости с помощью регрессионных моде- оценить влияние факторов окружающей природной среды на заболевае лей возрастной динамики и локализационных структур. мость.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи: 2. Методы и результаты анализа качественных и количественных показателей 1. Разработать методы качественного и количественного анализа территори- взаимосвязей между территориально-распределенными данными с темати ально-распределенных данных с тематических слоев электронного атласа. ческих слоев экоатласа г. Красноярска на основе статистических моделей.

2. Создать электронный экологический атлас г. Красноярска - базу данных для 3. Моделирование возрастной динамики заболеваемости ЗНО на основе пуас оценки влияния качества окружающей среды на заболеваемость злокачест- соновского процесса дает возможность определить среднюю скорость забо венными новообразованиями (ЗНО). Разработать ГИС-карты онкозаболе- леваемости ЗНО. Характер конкуренции при формировании локализаци онной структуры заболеваемости ЗНО зависит от возрастной группы забо- слоя как информационной основы электронного атласа, раскрывается возмож левших и от особенностей рассматриваемой популяции людей. ность использования вероятностно-статистического анализа и математического Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы доклады- моделирования для решения задач пространственного анализа.

вались на международной конференции ГИС для оптимизации природопользо- Вторая глава посвящена технологии получения массива значений простран вания в целях устойчивого развития территорий (Барнаул, 1998), на конферен- ственно-распределенной величины с электронного тематического слоя. Для рас ции молодых ученых, посвященной 275-летию РАН (Красноярск, 1999), на кон- чета статистических параметров признака или явления представленного на кар ференциях молодых ученых ИБФ СО РАН (1999, 2001 гг.), ИВМ СО РАН те, модельных расчетов по наборам слоев электронной карты и других операций (1999г.), на международной конференции Устойчивость гомеостаза (Красно- необходимо наличие матричной модели слоя электронной карты. С помощью ярск, 2000), на теоретических семинарах ИБФ СО РАН. Работа была поддержана алгебры матриц обычные географические описания (по существу многомерные) грантами: РФФИ 98-04-48838-а, ККГЭФ №8/46-99. переводятся на формализованный язык, доступный дальнейшей математической По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 обработке.

статей в журналах. Свойства карты однозначно отображать точки земной поверхности с тема Структура работы. Диссертация состоит из введения четырех глав, заключения, тическими характеристиками позволяют представить явление, визуализирован списка литературы и приложения. Работа изложена на 170 страницах (основной ное на карте, как функцию: z=f(x, y). С учетом пространственной двухмерности текст - 143 страницы), содержит 27 рисунков и 7 таблиц. Список цитируемой картографического изображения, при заданных параметрах дискретизации и по литературы насчитывает 147 наименований (120 русских и 27 иностранных). строении сеточной функции, определенной в узлах сетки заданного размера, это уравнение можно использовать в матричной форме. Различные явления z1, z2, СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

z3,..., zk или различные признаки одного и того же явления выражаются разными Во Введении показана назревшая практическая необходимость в данном ис- функциями: zkij=fk (xi, yj).

следовании для г. Красноярска, сформулированы цели и задачи работы, отраже- Если представить эти различные явления в матричном виде, то в узлах сет на новизна предлагаемых подходов к анализу пространственных данных. Обос- ки конкретным координатам этих узлов соответствуют некоторые количествен нована необходимость использования когортных показателей заболеваемости ные и качественные значения рассматриваемой величины с тематического слоя.

ЗНО. Такая пространственная информация, выраженная в цифровой форме и взятая в Первая глава отражает начальный этап системного анализа, которым явля- одних и тех же точках территории со всех исходных карт, позволяет строить ется осознание существования проблемы и определение задач исследования, пространственно-цифровые модели, проводить статистические и другие необхо здесь вводятся необходимые ограничения сложности и последовательность ре- димые расчеты для поиска взаимосвязей и анализа рассматриваемых явлений.

шаемых задач. Литературный обзор показывает актуальность использования Используя данный метод анализа картографической информации, нужно учиты электронных карт, особенно комплексных тематических атласов, для изучения и вать физический смысл значений матриц, снятых с карт и при необходимости оценки экологического состояния территорий. Раскрывается аналитический по- проводить их нормирование.

тенциал послойной организации информации. Атлас, в различных тематических Большое внимание во второй главе уделяется методам построения аналити слоях которого находятся как медицинские, так и географические, демографиче- ческих поверхностей при восстановлении непрерывных полей признака по дис ские и другие необходимые данные, оказывается оптимальной информационной кретным данным (табличным или с тематического слоя). Расчетные значения, основой для изучения влияния особенностей окружающей среды территории на полученные в узлах регулярной сети, необходимы для построения матричной здоровье проживающего на ней населения. модели тематического слоя, представляют собой GRDЦфайл, это текстовый файл Возможности ГИС-атласа позволяют не только увидеть имеющуюся базу с координатами значений переменной zij в узлах сетки. При выборе метода по данных, но и рассчитать количественные параметры взаимосвязей явлений, соз- строения GRDЦфайла необходимо учитывать как объем данных, так и физиче давать различные модели, прогнозировать ситуацию. Атлас полезен при анализе ский смысл параметра. Для примера рассмотрены различные методы построения практически любой пространственно распределенной информации, он позволяет аналитической поверхности по данным слоя из экологического атласа "Суммар выявить пространственные закономерности данных, наглядно проиллюстриро- ное содержание веществ с канцерогенными свойствами в почве" (использовалась вать взаимосвязь анализируемых показателей друг с другом и с пространствен- программа Surfer). Наиболее реальное распространение данных веществ в почве ным расположением. города отражают поверхности сгенерированные аппроксимационными методами В данной главе приводятся примеры различных комплексных атласов и (кригинг, радиальных базисных функций и т. д.). Линии равного уровня расчет анализируются их особенности. Рассматриваются этапы создания тематического ных поверхностей идентичны с исходными данными.

3 В конце главы определяются этапы преобразования векторного слоя элек- снежном покрове;

локальные ареалы концентрации бенз(а)пирена в снежном тронной карты в матричную модель и обратно. На первом этапе необходима покрове;

фоновые концентрации фторидов в снежном покрове. Для составления подготовка исходного векторного слоя для получения GRDЦфайла. На втором, карты суммарного загрязнения воздушного бассейна города использовалось во определяется метод построения GRDЦфайла и рассчитывается матричная модель семь слоев, отражающих среднюю за период 1994-1997гг. концентрацию рас тематического слоя. Затем, полученные матрицы используются для расчетов. На сматриваемых веществ в атмосферном воздухе (в процентах). Это следующие последнем этапе происходит визуализация расчетной матричной модели в виде вещества: CO, CO2, NO, NO2, O3, SO2, H2S, HCl.

карты изолиний, ввод и тематическая доводка слоя в ГИС. Все этапы подробно проиллюстрированы с помощью примеров для программ: Surfer, MAPINFO, Mi crosoft Excel.

В третьей главе описывается структура экологического атласа г. Краснояр ска и проводится обзор его тематических слоев. В качестве исходных данных для атласа использовались опубликованные схемы, карты, числовые и описа тельные материалы, данные гидрометеонаблюдений, результаты геохимических, геофизических и других съемок, выполненных геологическими производствен ными объединениями, данные Краевого онкологического центра.

Атлас состоит из порядка 60-ти тематических слоев, которые можно услов но разделить на 2 части. К первой части относятся слои с характеристиками климата, плотностью и фитопатологическим состоянием растительного покрова в городе, ареалами загрязнения некоторыми, в том числе и канцерогенными, ве ществами почв, снежного покрова и атмосферы. В других слоях находится ин формация о населении города. Это плотность населения, динамика показателя заболеваемости ЗНО жителей Красноярска. Эти слои позволяют сопоставлять участки территории города по показателю заболеваемости (различные возрас тные группы, различные формы ЗНО) и выделять особенности расположения таких областей.

Для районирования территории г. Красноярска по загрязнению почвы, снежного покрова и воздушного бассейна создавались интегральные карты по этим показателям. Система исходных данных для создания интегральных карт Рис. 1. Карта суммарного техногенного загрязнения почвы и снежного покрова представляет собой набор тематических слоев электронного атласа (ГИС г. Красноярска (условные единицы).

GeoGraph), на которых показано распределение по территории города концен трация веществ, измеряемая в количественных или качественных единицах. Что Пространственный анализ наиболее ярких, типичных взаимосвязей между бы привести исходные данные к логически сопоставимому виду, проводилось тематическими слоями электронного атласа проводился с помощью дискретной нормирование показателей:

модели пространственных данных. Элемент модели - вектор многомерного про k k k странства признаков городской среды, состоящий из упорядоченной последова ;

i = 1, 2, 3, Е, n, (1) ik = (ik - min)/(max - min) тельности интерполированных для данного участка городской территории набо где n - количество ячеек на площади тематического слоя (в нашем случае ра индивидуальных значений параметров, отображенных на электронных слоях атласа в визуальной форме.

n=1683), k - количество тематических слоев (k=21), - нормированное значе ik Использовалась равномерная сетка шагом 500500 м., размером 5032 узла, ние kЦго параметра рассчитанная по площади города. На ее основе создавался матричный аналог Для создания карты суммарного техногенного загрязнения почвы и снежно тематического слоя, необходимый в дальнейшей работе. Таким образом, была го покрова г. Красноярска (рис. 1) использовались следующие слои атласа: сум получена суммарная матрица, содержащая информацию по 24 слоям атласа. Для марное содержание в почве веществ с канцерогенными свойствами As, Be, Cr, расчета параметров, по которым строились карты суммарного загрязнения, по Pb, Ni;

нормированное содержание Hg в пыли и водорастворимой формы в каждому слою суммировались данные из узлов сетки, а затем новые значения в узлах рассчитывалась в зависимости от доли вещества, приходящейся на данный преобразуется в табличные значения, которые можно анализировать с помощью узел сетки (в процентах) от общей суммы. статистических методов и использовать для математического моделирования.

Анализ данных, представленных в атласе, показал, что наибольшее суммар ное загрязнение почвы и снежного покрова характерно для северо-восточной части города, где находится крупнейший алюминиевый завод и для участков территории, прилегающих к автомобильным мостам через р. Енисей. Постоян ное загрязнение воздушного бассейна наблюдается в промышленных районах южной части города.

Для определения взаимосвязей между слоями с информацией об окружаю щей среде, использовались значимые парные коэффициенты корреляции. Корот ко остановимся на полученных величинах коэффициентов. Наличие общего ис точника загрязнения не вызывает сомнения не только по величинам коэффици ентов корреляции (r =0,50,9), но и по общим тенденциям распределения кон центраций веществ по территории города на соответствующих слоях электрон ной карты, для пар веществ: SO2ЦO3;

CO-NO;

фториды-бенз(а)пирен. Источни ками выбросов первой и второй пар являются ТЭЦ и котельные, где сжигается уголь, загрязненный серой;

источником третьей - металлургический алюминие вый завод.

Между слоями загрязнения воздушного бассейна города и его снежного по крова имеется связь между локальным распределением бенз(а)пирена и NO2 в атмосфере (r =0,5), что объясняется общими источниками загрязнения данными веществами городской среды. Значительные отрицательные коэффициенты меж ду слоями, отражающими распределение по территории города фторидов Рис. 2. Грубый показатель заболеваемости ЗНО органов дыхания (код: 146-149, бенз(а)пирена и состоянием растений (r =-0,6 -0,7) демонстрируют неудовле 160-163) в г. Красноярске (1998 г.).

творительное общее состояние растений в районах нарастания концентраций - от 1 до 127 человек на 100 тыс.

этих веществ, их негативное влияние на растения.

Медицинская статистика фиксирует заболеваемость ЗНО жителей некото - от 128 до 426 человек на 100 тыс.

рой территориально-административной единицы (город, район и т. д.). Однако на территории любого крупного промышленного города существуют как более Проследить взаимосвязи между характеристиками среды на территории го загрязненные районы, так и более чистые. Поэтому актуальным является поиск рода и уровнем онкологической заболеваемости горожан, позволяет метод кано методов, позволяющих сопоставить показатели здоровья жителей, проживающих нических корреляций. Этот метод позволяет определить корреляцию между в различных условиях городской среды. Для этих целей в работе использованы двумя наборами переменных, другими словами, оценить взаимосвязь между цифровые карты заболеваемости онкологическими болезнями с достаточно мел двумя группами первичных показателей. Первый набор переменных для канони ким разрешением (по адресу заболевшего рассчитываются координаты на карте ческого анализа включал в себя данные о загрязнении почвы, снежного покрова, города). Относительные показатели заболеваемости определяются по значениям атмосферы, характеристиками климата, рельефа и другие, всего 21 переменная.

карты плотности населения (по данным избирательной кампании 1996г.) (рис 2).

Второй набор данных - данные о заболевших наиболее широко распростра Необходимо подчеркнуть, что представление данных медицинской стати ненными локализациями ЗНО (90% заболевших, 1998 г.). Каждая переменная стики на карте с привязкой с точностью до дома позволяет более полно исполь определялась количественным изменением по территории города от ячейки к зовать математический аппарат для изучения структуры медицинских данных и ячейке определенного признака, представленного в атласе. Для того чтобы рас дает возможность обратиться к экологическим аспектам проблемы. С помощью сматриваемые параметры окружающей среды были соизмеримы между собой, ГИС-технологий на таких картах можно визуализировать любые данные или проводилось нормирование данных GRD-файла тематического слоя (1).

комбинацию данных, из исходной медицинской базы данных, расставлять ак Для двух наборов векторов-признаков некоторой системы: Y1, Y2,Е, Yn и центы в зависимости от поставленных задач. Информация с таких карт легко X1, X2,Е, Xm, с помощью алгоритмов канонического анализа отыскиваются ка 7 нонические веса, или канонические множители для первого исходного, a1...n Таблица 1.

нормированного набора векторов и для второго набора. Для этого рассмат a1...m Значение первой канонической корреляции и максимальные значения ривается матрица: весовых коэффициентов канонических переменных для административных рай онов г. Красноярска 12 (2) = 21 террито- веса заболеваемость веса окружающая среда Здесь К11 - подматрица корреляции признаков 1-го набора переменных, К12 - рия раком подматрица корреляции признаков 1-го набора переменных с признаками 2-го набора, К21 - подматрица корреляции признаков 2-го набора переменных с при знаками 1-го набора (транспонированная К12) и К22 - подматрица корреляции 0,48 Канцерогены в почве 0,61 Органы дыхания 0, признаков 2-го набора переменных.

Город, в Направление ветра Ц0,55 Молочная железа 0, Квадраты собственных значений и собственные вектора следующих двух целом ЗФ лишайников* -0, матриц:

Централь- 0,77 Фториды 2,14 Органы пищева- 0, - К21 К11 К12 - К ный+Желе Бенз(а)пирен 2,48 рения знодо- ЗФ лишайников 2, - К12 К11 К21 - К рожный Рельеф, высота 1, 0,74 Бенз(а)пирен 1,46 Органы дыхания 0. определяют коэффициенты канонических корреляций и соответствующие им Советский Влажность 1,76 Органы пищева- -0, канонические веса для наборов переменных X-ов и Y-ов. Это позволяет перейти CO2 -1,1 рения от n-мерной совокупности первого набора признаков и m-мерной совокупности HCl -1, второго набора признаков к одномерным каноническим переменным (3) для ка 0,68 O3 0,61 Кожа 0, ждого коэффициента канонической корреляции:

Октябрь- HCl 0,59 Органы дыхания 0, 1 = a1 1 + a1 2 +... + a1 n и (3) 2 n ский NO2 -0, 2 2 2 = a1 1 + a2 2 +... + am m Скорость ветра -0, Свердлов- 0,72 % зеленых насажде- -0,97 Органы дыхания 0, Каждая переменная в каждом из полученных наборов (3) вносит вклад в со ский+Кир ний Органы пищева- ответствующую сумму канонической переменной, согласно своему весу. Чем овский Канцерогены в почве 0,84 рения 0, больше вес (абсолютное значение), тем больше положительный или отрицатель NO 0, ный вклад соответствующей переменной в сумму. Чтобы облегчить сравнение Ленини- 0,70 Фториды -0,7 Кожа 0, между весами, канонические веса берутся для стандартизированных переменных ский NO -0, (со средним, равным 0 и стандартным отклонением, равным 1). Парный линей ЗФ лишайников* - замедленная флуоресценция образцов лишайников.

ный коэффициент корреляции канонических переменных А1 и А2 является коэф фициентом канонической корреляции. Расчеты производились с помощью паке Присутствует связь переменных набора окружающей среды со злокачест та Statistica.

венными опухолями органов пищеварения в Центральном и Железнодорожном Для большинства районов получена взаимосвязь переменных окружающей районах, где находится наибольшая площадь, по сравнению с другими районами, среды с заболеваемостью раком органов дыхания, и это не случайно, так как по областей с высоким уровнем заболеваемости данной патологией. Это связано с частоте встречаемости злокачественные новообразования этих локализаций тра возрастной структурой проживающего здесь населения. Например, в Централь диционно находятся на первом месте в городе (табл. 1).

ном районе число заболевших, старше 60 лет, составляет 77%. Наиболее часто, В Ленинском и Октябрьском районах города переменные окружающей сре из злокачественных опухолей пищеварительного тракта, болеют раком желудка ды связаны со злокачественными новообразованиями кожи. Необходимо отме (47,8 чел - Центральный и 46,6 чел - Железнодорожный районы).

тить, что для Ленинского района эта локализация находится на втором месте по Наличие более высоких значений коэффициентов канонической корреляции частоте встречаемости (21,7). Еще большее значение грубого показателя по этой для административных районов города (0,7), по сравнению с коэффициентом локализации для Октябрьского района - 32,1 человек на 100 тыс.

9 канонЧая корр-я канонической корреляции для территории города в целом (0,5), свидетельствует тельно, целесообразно обратится к феноменологическим моделям, базирующих о специфической эпидемиологической ситуации в каждом районе. ся, во-первых, на нашем сегодняшнем понимании явления перерождения клетки Канонические весовые коэффициенты, как для набора Уокружающая средаФ, в раковую из-за кумулятивных повреждений клеточной популяции организма в так и для набора переменных Уонкологическая заболеваемостьФ, имеют большее результате канцерогенного влияния окружающей среды и, во-вторых, на анализе значение в тех районах Красноярска, где повышены концентрации веществ с эпидемиологических данных впервые заболевших ЗНО.

канцерогенными свойствами. Отрицательное значение весового коэффициента у некоторых переменных отражает наличие обратной направленности концентра ций веществ и показателя заболеваемости на соответствующих территориях. Что возможно, например, когда источник загрязнения данным веществом находится на окраине или за пределами рассматриваемой территории.

Однако необходимо иметь в виду, что информация, представленная на сло ях экологического атласа, дает только некий срез характеристик городской сре ды. Здесь не представлены многие параметры, в том числе и такие, которые не посредственно влияют на уровень онкологической заболеваемости, как, напри мер, возрастная и социальная пространственная структура населения.

0-29 30-39 40-49 50-59 60Е В четвертой главе подробно рассмотрены закономерности возрастной и ло возрастны е гру пп ы, лет кализационной структур заболевших ЗНО. В медицинской статистике онкологи ческих заболеваний принято оценивать уровень заболеваемости ЗНО на опреде Центральный Ок т я б р ьс к ий Кировский Ленинский ленной территории с помощью грубого показателя заболеваемости, показываю щего долю заболевших в расчете на 100 тысяч жителей. Однако известно, что Рис. 3. Когортная заболеваемость ЗНО по некоторым административным рай интенсивность появления ЗНО увеличивается с возрастом. Поэтому большие онам г. Красноярска, 1997 г.

значения грубого показателя заболеваемости могут указывать как на наличие неблагоприятных условий среды, так и на то, что среди проживающих на данной Одной из феноменологических стохастических моделей динамического территории велика доля пожилых людей. Для разделения эффектов воздействия процесса, эволюция которого во времени управляется вероятностными законами, среды и возрастных эффектов необходимо использовать показатель уровня забо является стационарный процесс Пуассона. Если предположить, что функция леваемости, не зависящий от возрастной структуры населения, проживающего z(t) - случайная величина, определяемая количеством заболевших, тогда веро на данной территории. Таким показателем является показатель когортной забо леваемости - заболеваемости в определенной возрастной группе, отнесенной к ятность того, что произошло k событий в интервале времени со средней (0;

t] количеству людей этой возрастной группы.

скоростью появления событий в единицу времени, будет определяться сле Используя данные о возрастной структуре населения четырех администра дующим выражением:

тивных районов г. Красноярска были рассчитаны когортные показатели заболе, pk (t) = P{z(t) = k} ваемости для жителей этих районов (рис. 3). Анализ когортной заболеваемости по четырем административным районам г. Красноярска показал отсутствие от (t)k личий по уровням общей заболеваемости ЗНО в рассмотренных возрастных,.

pk (t) = e-t k = 1,2,...,t группах по районам города. k!

Образование злокачественной опухоли можно представить как результат Интенсивность заболеваемости тогда определяется для каждой i -той возрастной влияния неблагоприятных воздействий на клеточные структуры организма в те группы дискретного распределения как:

чение жизни человека, вследствие которых накапливаемые кумулятивные по вреждения приводят к перерождению клетки в раковую. Характер кумулятивных (Ti )ki hi = e-Ti N(Ti ) повреждений определяется поведением внутриклеточных структур на молеку ki!

лярном и атомном уровнях. Однако в настоящее время это поведение на микро Данная модель основана на предположении о том, что процессы кумуля скопическом уровне познано не настолько хорошо, чтобы основывать понятие тивного повреждения клеток организма человека, связанные с уровнем канцеро кумулятивных повреждений на фундаментальных физических законах. Следова 11 (на 100 тысяч человек) уровень заболеваемости генного влияния окружающей среды, вызывают появление у некоторых людей ЗНО. Появление заболевших ЗНО подчиняется закону Пуассона и зависит от желудок возрастной группы, к которой относится человек:

, где hi = h0ie-Ti 5 кожа (Ti )ki, h0i = N(Ti ) лимфа и ki! кровь где - номер возрастной группы, - число заболевших в возрастной Ti ki i-той прямая группе, - средняя скорость появления заболевших ЗНО (чел./год).

кишка Для удобства анализа и наглядности параметров, входящих в уравнение ин трахея,брон 29 39 49 59 69 - тенсивности, преобразуем его в линейный вид в полулогарифмической шкале:

хи,легкое - (4) lnhi = lnh0i - Ti, возрастные группы,T Появление опухоли является результатом кумулятивного повреждения Рис. 4. Значения логарифма интенсивности заболеваемости некоторыми локали клетки или клеток, которые могут появляться гораздо раньше момента рожде зациями ЗНО мужчин (на 100 тыс. чел.) по данным СССР, 1970г.

ния. И первое из слагаемого в правой части (4) можно трактовать как значение накопленной канцерогенной кумулятивной нагрузки во внутриутробный период, т. е. до момента рождения. Данная модель позволяет вычислять величину сред ней скорости интенсивности и ее оценку как для общей заболеваемости ЗНО, так желудок и для заболеваемости различными формами ЗНО, проанализировать и оценить стартовые величины кумулятивного повреждения в момент рождения по различ 4 кожа ным локализациям ЗНО.

В качестве данных для анализа зависимости заболеваемости ЗНО от возрас та рассматривалась рассчитанная когортная заболеваемость для г. Красноярска лимфа и (1995г.) и для СССР (1970г.). Такой выбор данных связан с наличием статисти кровь ческих цифр по возрастному составу населения и онкологической заболеваемо прямая сти в один и тот же момент времени.

кишка 29 39 49 59 69 Значения коэффициентов детерминации полученных теоретических прямых - трахея,брон составляет R2=0,910,99. Несоответствие предложенной модели исходным дан - ным имеет место для таких локализаций, как ЗНО молочной железы (СССР) и хи,легкое - шейки матки. Это связано с особенностями возрастной динамики появления возрастные группы,T данных ЗНО, т. к. после 50-60 лет показатель когортной заболеваемости ЗНО Рис. 5. Значения логарифма интенсивности заболеваемости некоторыми локали этих органов снижается.

зациями ЗНО мужчин (на 100 тыс. чел.) по данным г. Красноярск, 1995г.

На рис. 4 и 5 показаны кривые интенсивности заболеваемости некоторыми ЗНО в полулогарифмическом масштабе. Здесь имеет место определенная разне По сравнению с СССР для мужчин в Красноярске, по ЗНО лимфоидной и сенность кривых интенсивностей различных локализаций по оси ординат, осо кроветворной тканей и ЗНО трахеи, бронхов, легкого в старшей возрастной бенно для СССР. Из рисунков видно, что существует различное положение кри группе не происходит снижения интенсивности заболеваемости (рис. 4, 5).

вых интенсивности заболеваемости при приблизительно равной скорости про Точечная оценка интенсивности заболеваемости для мужчин в г. Краснояр цесса для каждой группы заболевших и сохранение этого порядка для лиц обоего ске составляет 0.10 0.11 чел./год для рассмотренных локализаций, кроме лим пола, что, скорее всего, отражает физиологические особенности накопления кан фобластозов. Для женщин интенсивность процесса появления ЗНО желудка и церогенных повреждений клетками различных органов.

13 интенсивность, lnh(T) интенсивность, lnh(T) прямой кишки, по сравнению с мужчинами, ниже (0,08 0,09 чел./год), для ЗНО A, (6) x(r) = кожи и лимфобластозов - одинаковая (соответственно 0,01 и 0,05 чел./год). По (r + B) сравнению с данными по СССР, в Красноярске средняя скорость появления ЗНО где - когортная заболеваемость локализацией ЗНО, имеющей ранг r ;

- x(r) выше по большинству рассмотренных локализаций, особенно для ЗНО кожи.

Сравнима интенсивность появления ЗНО трахеи, бронхов, легкого и лимфобла- максимальное значение x ;

- параметры уравнения.

,, стозов.

Для получения линейных регрессионных уравнений используется логариф В связи с тем, что аппроксимационные прямые для данных г. Красноярска мические и полулогарифмические формы записи уравнений (5), (6). Если проло имеют больший угол наклона по сравнению с СССР, величина латентной фазы гарифмировать выражение (5), то получим уравнение прямой в двойных лога для большинства локализаций, имеет меньшие значения. Самые высокие значе рифмических координатах:

ния принадлежат ЗНО лимфоидной и кроветворной тканей, а также ЗНО молоч, (7) ln x(i) = ln x(1) - b * lni ной железы у женщин. Для Красноярска за счет большей дисперсии данных точ где i - ранг локализации (i=1, 2, Е, n), b - параметр.

ки исходных данных не всегда ложатся точно на теоретические прямые, но по Уравнение теоретической прямой, построенной в полулогарифмических ко рядок локализаций сохраняется, за исключением интенсивности ЗНО трахеи, ординатах, является одной из форм записи уравнения Ципфа - Парето - Ман бронхов, легкого, которая для мужчин Красноярска максимальна. Основным дельброта (6). Данное уравнение используется в экологии при описании струк отличием Красноярских данных от данных по СССР является больший угол на туры сообщества в случае отсутствия свободной конкуренции, если у некоторых клона полученных аппроксимационных прямых, отражающий большую ско видов есть селективное преимущество в конкуренции за ресурс или существует рость процесса накопления кумулятивных повреждений. Тот факт, что интен несколько ресурсов, за которые идет конкуренция. При достаточно больших n сивность заболеваемости ЗНО трахеи, бронхов, легкого в Красноярске имеет уравнение (6) раскладывается в ряд Тейлора и хорошо аппроксимируется сле максимальное значение у мужчин и приближается к максимальному значению у дующим выражением:

женщин, может быть связан с большой канцерогенной нагрузкой на данные ор, (8) ln x(i) = ln x(1) - b * i ганы, что в свою очередь отражает неблагоприятную экологическую ситуацию в городе.

где i - ранг локализации (i=1, 2, Е, n), x(1) - значение соответствующее рангу 1, У человека, впервые заболевшего раком, определяется злокачественная b - параметр.

опухоль какой-то одной локализации, появление первичных опухолей несколь В табл. 2 показаны параметры ранговых распределений локализационной ких локализаций явление достаточно редкое. Этот факт послужил основой для структуры заболеваемости ЗНО в различных возрастных группах, по данным предположения о наличие процессов конкуренции между ЗНО различных ло Красноярска (1995 г.) и СССР (1970 г.).

кализаций в организме человека. Таким образом, население города, если не при Нужно отметить, что коэффициент детерминации между теоретическими и нимать во внимание миграции, является ограниченным ресурсом для ЗНО. По исходными данными достаточно высокий (R2=0,910,98). В большинстве возрас этому для изучения закономерностей локализационных структур в различных тных групп ранговое распределение аппроксимируется уравнением ЦПМ (8), возрастных группах использовались модели конкуренции за ограниченный ре предполагая, таким образом, что некоторые локализации по сравнению с други сурс нескольких видов организмов в экологических сообществах. В качестве ми, обладают преимуществом в конкурентной борьбе и поэтому и такими лока видов выступали ЗНО наиболее часто встречающихся локализаций. Под локали лизациями ЗНО люди болеют чаще.

зационной структурой понимается ряд наиболее часто встречающихся локализа Если вернуться к модели образования ЗНО как результата кумулятивных ций ЗНО, ранжированных по количеству заболевших.

повреждений на микроуровне вследствие канцерогенного воздействия внешней Для аппроксимации локализационных распределений в настоящей работе среды, то логично предположить, что преимущество в процессе злокачественно используется ранговая форма распределения Ципфа. При наличии свободной го перерождения клеток одних органов по сравнению с другими основано на их конкуренции данные аппроксимируются распределением Ципфа-Парето (5), в физиологических особенностях в строении и функционировании. Как было пока дальнейшем обозначается как ЦП. Если она отсутствует, данные аппроксимиру зано выше, для некоторых органов (желудок, прямая кишка и др.) скорости на ются выражением (6), т. е. распределением Ципфа-Парето-Мандельброта (ЦПМ).

копления кумулятивных нагрузок практически одинаковы, различны начальные, значения повреждений по каждому органу.

. (5) x(r) = Начальные значения интенсивностей аппроксимированы по значениям за r болеваемости ЗНО, которые в основном появляются в возрасте старше 40 лет, когда пройдена латентная фаза развития опухоли. ЗНО появляются чаще в тех 15 органах, клетки которых в силу своих физиологических качеств или из-за боль- кое своеобразие локализационной структуры для женщин г. Красноярска опре шей канцерогенной нагрузки больше подвержены озлокачествлению. делило, по сравнению с СССР, другой тип аппроксимационного уравнения для возрастных групп с 30-39 лет по 50-59 лет (табл. 2).

Таблица 2 Параметр - тангенс угла наклона теоретической прямой (табл. 2), отража b Параметры ранговых распределений наиболее часто встречающихся ло ет интенсивность процессов конкуренции между локализациям ЗНО. Наимень кализаций ЗНО по возрастным группам, г. Красноярск, 1995 г. и СССР, 1970 г.

шее значение параметра в первой возрастной группе связано с тем, что у боль Возрас- Крас-к СССР шинства заболевших в этом возрасте диагностируют ЗНО лимфоидной и крове Крас-к Крас-к СССР СССР Тип Тип творной тканей. Остальными локализациями заболевают в гораздо меньшей сте тные урав- урав- пени, что и определяет крутизну наклона теоретической прямой. У женщин г.

группы нения нения Красноярска наибольший угол наклона приходится на возрастную группу 30- a a b b лет (b=-1,3), здесь первый ранг занимает заболеваемость ЗНО молочной железы.

Мужчины В следующих двух возрастных группах угол наклона одинаковый (b=-0,9), его уменьшение происходит за счет увеличения числа заболевших, имеющих сле 0-29 1,403 -1,896 1,226 -1,904 ЦП ЦП 5 дующие после первого ранги.

30-39 1,811 -0,805 2,960 -0,433 ЦП ЦПМ 8 Для параметра, по данным г. Красноярска, сохраняются те же тенденции, a что и для СССР. Это наличие большего у женщин, чем у мужчин, значения па 40-49 3,155 -0,465 4,815 -0,671 ЦПМ ЦПМ 8 раметра в возрастной группе 30-39 лет. Возможно, это происходит за счет мень шего латентного периода развития ЗНО молочной железы (заболеваемость кото 50-59 4,329 -0,359 6,033 -0,711 ЦПМ ЦПМ 9 рой определяет значение этого параметра в данной возрастной группе), по срав нению с латентным периодом локализаций, за счет которых, в следующих воз 60-69 5,177 -0,374 6,639 -0,726 ЦПМ ЦПМ 9 растных группах, параметр для мужчин имеет большее значение (ЗНО трахеи, a 70Е 5,469 -0,319 6,703 -0,694 ЦПМ ЦПМ 7 бронхов, легкого и желудка).

В Заключении дается общая характеристика представленной работы, и из Женщины лагаются полученные результаты.

0-29 0,578 -1,104 1,242 -1,702 ЦП ЦП 9 В Приложении представлены некоторые тематические слои экологического атласа г. Красноярска.

30-39 2,795 -1,279 3,347 -0,407 ЦП ЦПМ 12 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 40-49 3,191 -0,894 4,563 -0,450 ЦП ЦПМ 11 1. Создан электронный экологический атлас г. Красноярска, доступный широ 50-59 3,877 -0,912 4,988 -0,383 ЦП ЦПМ 11 кому кругу пользователей по адресу: 2. Показана эффективность использования построенных статистических моде 60-69 4,524 -0,244 5,254 -0,363 ЦПМ ЦПМ 10 лей для качественной и количественной оценки закономерностей взаиморас положения по территории г. Красноярска признаков окружающей среды с 70Е 4,602 -0,228 5,309 -1,245 ЦПМ ЦП 12 помощью коэффициентов парной корреляции и пространственных взаимо Тип уравнения: ЦП - Ципфа-Парето, ЦПМ - Ципфа-Парето-Мандельброта;

n - связей между двумя наборами признаков (окружающая среда - онкологиче ская заболеваемость) с помощью канонического анализа.

число локализаций.

3. Предложен метод расчета и построения карт по заболеваемости ЗНО с уче том местожительства заболевшего. Эти карты позволяют исследовать осо Коэффициент детерминации между исходными и теоретическими данными бенности распределения уровней заболеваемости по территории города с для женщин г. Красноярска в возрастных группах 40-49 и 50-59 лет несколько помощью пространственного анализа и моделирования.

ниже, по сравнению с такими же данными для СССР (R2=0,880,90). Это связано 4. Для анализа заболеваемости ЗНО использован когортный показатель уровня с тем, что лотскакивают точки со значением числа заболевших ЗНО молочной заболеваемости, не зависящий от возрастной структуры населения. Систем железы, локализации, имеющей первый ранг в данных возрастных группах. Та ный анализ когортной заболеваемости показал:

Крас-к, n СССР, n тронного экологического атласа города)//Инженерная экология, 2001, №3. - Х Модель динамики когортной заболеваемости ЗНО на основе пуассонов с. 20-24.

ского процесса определяет значения средней скорости интенсивности за 11. Хлебопрос Р.Г., Иванова Ю.Д. Экологический кризис в Краснояр болеваемости ЗНО.

ске//Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Х Наличие явления конкуренции за ограниченный ресурс между локализа Сибири. - Красноярск: КНИИГИМС, 2001, вып. 3. - С. 248-250.

циями ЗНО. Анализ регрессионных параметров локализационных струк 12. Дыхно Ю.А., Иванова Ю.Д., Касьянов В.В., Лалетина И.В., Хлебопрос Р.Г.

тур в различных возрастных группах показал наименьшую интенсивность Применение геоинформационных систем для эпидемиологического иссле процессов конкуренции в первой возрастной группе.

дования злокачественных новообразований в Красноярске//Гигиена и сани тария, 2002, №3. - С. 37-39.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Витязь В.И., Витязь О.В., Дьякова Ю.Д., Дыхно Л.И., Дыхно Ю.А., Пузанов А.А., Хлебопрос Р.Г. Экологические структуры Красноярска. - Препринт 119Б, Красноярск, 1990, - 68с.

2. Иванова Ю.Д., Хлебопрос Р.Г. Электронная карта экологических структур г.Красноярска//Труды международной конференции ГИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития территорий (ИНТЕР КАРТО - 4). - Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 1998. - с. 402 - 407.

3. Иванова Ю.Д., Питенко А.А. Нейросетевая аналитическая обработка анали тической информации в ГИС (пример)//Труды международной конференции ГИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития территорий (ИНТЕРКАРТО - 4). - Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 1998. - с. 167 - 168.

4. Иванова Ю.Д., Питенко А.А. Электронный экологический атлас г.Красноярска//Информационный материал и руководство пользователя - Красноярск: Изд-во ИВМ СО РАН, 1998. - 16 с.

5. Иванова Ю.Д., Питенко А.А. Электронный экологический атлас г. Красно ярска // Материалы конференции молодых ученых, посвященной 275-летию РАН. - Красноярск: Изд-во ИВМ СО РАН, 1999. - с. 51-55.

6. Иванова Ю.Д., Питенко А.А. Формирование экологического мышления учащихся при использовании в обучении электронного экологического ат ласа г. Красноярска//Сборник Проблемы экологического образования и воспитания в Красноярском крае.- Красноярск: изд-во КГУ-ККГЭФ, 1999, 132 с. - с. 122-128.

7. Дыхно Ю.А., Иванова Ю.Д., Хлебопрос Р.Г. Экологический кризис в Крас ноярске: наступление рака//Инженерная экология, 1999, №1. - с. 37Ц42.

8. Дыхно Ю.А., Иванова Ю.Д., Лалетина И.В., Хлебопрос Р.Г. Онкологическая заболеваемость в Красноярске//Российский онкологический журнал, 2000, №2. - с. 48-50.

9. Дыхно Ю.А., Иванова Ю.Д., Лалетина И.В., Хлебопрос Р.Г. Онкологическая заболеваемость среди лиц молодого возраста в г.Красноярске//Вопросы он кологии. - 1999. - т. 45, №5 - с. 501-503.

10. Иванова Ю.Д., Питенко А.А., Хлебопрос Р.Г., Якубайлик О.Э. Распределе ние антропогенного загрязнения среды в г. Красноярске (по данным элек    Книги, научные публикации