16-05-00940. Научно-методическое обоснование технологии интеллектуального анализа медико-экологической безопасности южных регионов России. 2016 г.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аридных зон Южного научного центра Российской академии наук

РФФИ № 16-05-00940. Научно-методическое обоснование технологии интеллектуального анализа медико-экологической безопасности южных регионов России.

Руководитель - к.т.н. Архипова О.Е.
Исполнители: Архипова Ольга Евгеньевна, Агапов Дмитрий Андреевич, Епринцев Сергей Александрович (Воронежский государственный университет), Куролап Семен Александрович (Воронежский государственный университет), Лихтанская Наталия Викторовна, Третьякова Ирина Анатольевна, Черногубова Елена Александровна. 

А Конкурс проектов фундаментальных научных исследований

Цель исследования - разработка и научно-методическое обоснование технологии интеллектуального анализа медико-экологической безопасности на примере Южных регионов России.

Предмет исследования – состояние здоровья населения и окружающей среды индустриально-аграрных и урбанизированных регионов Юга России.

Встречаемость онкологических заболеваний рассматривается в качестве индикатора воздействия на население природных, социально-экономических и техногенных изменений окружающей среды. Заложенный в основу анализа метод оценки и прогнозирования медико-экологической обстановки на различных территориальных уровнях базируется на сочетании исследования уровня заболеваемости злокачественными новообразованиями, антропотехногенной нагрузки, природно-ресурсного потенциала с использованием геоинформационных и интернет-технологий на базе современного программного обеспечения ArcGis10* . Математико-картографическая модель, созданная в среде ArcGis, и веб-приложение, созданное на основе модели - реализация пространственного подхода к определению причинно-следственных связей в системе «экологические факторы & онкопатология». На основании существующего задела и опыта авторского коллектива будет разработан инструмент, который может быть использован для формирования информационных систем поддержки научно-обоснованных, долгосрочных медико-экологических программ регионального и федерального уровня

Основные результаты 1 этапа 2016 год.

«Анализ горячих точек» (Hot-Spot Analysis) заболеваемости РПЖ в Ростовской и Воронежской области позволил выделить пространственные кластеры высоких значений – «горячие точки», где первичная выявляемость рака предстательной железы остается высокой на протяжении всего анализируемого периода с 2001 по 2015 годы.

Анализ результатов исследования показал, что уровень заболеваемости раком предстательной железы  связан с увеличением уровня антропотехногенной нагрузки. Рост заболеваемости раком усугубляется также демографическими и социально-экономическими процессами в регионах, такими как депопуляция и старение населения, половозрастной состав, уровень жизни, миграции населения, качество и доступность медицинской помощи.

Заболеваемость раком предстательной железы в районах и городах Ростовской области с 2001 по 2014 годы.

Заболеваемость раком предстательной железы в районах и городах Воронежской области с 2001 по 2015 годы.

Основные результаты 2 этапа 2017 год.

Региональный мониторинг воздействия вредных факторов среды обитания на здоровье населения (медико-экологический мониторинг) – важнейший аспект деятельности региональных природоохранных ведомств. Эффективность создания подобных систем мониторинга значительно повышается на базе применения современных геоинформационных технологий, обеспечивающих достаточный набор инструментов для сбора, анализа информации, составления прогнозов и принятия на их основе управленческих решений для минимизации экологического риска для здоровья населения.
Методология создания региональных систем медико-экологического мониторинга базируется на современных подходах к оценке риска для здоровья населения при воздействии факторов среды обитания, реализованных с применением геоинформационных технологий и вероятностно-статистических многокритериальных оценок для выявления причинно-следственных связей в системе «факторы окружающей среды – здоровье населения».
В основе предложенного анализа лежит оценка встречаемости онкологических заболеваний как индикаторов воздействия на население природных, социально-экономических и техногенных изменений окружающей среды с использованием геоинформационных и «облачных» технологий. В выявлении причинно-следственных связей между заболеваемостью населения и факторами окружающей среды использованы методы математико-статистического моделирования, компьютерные банки тематических данных и методы пространственно-временного анализа. 
В ходе исследования в 2017 году была разработана ГИС для обеспечения медико-экологического мониторинга крупного промышленного центра (прототип реализован на примере г.Воронежа) и создан прототип локальной версии геоинформационной системы оценки медико-экологической безопасности Юга России.
На примере г.Воронежа разработана оригинальная методика оценки опасности воздействия источников аэротехногенного загрязнения на окружающую среду и здоровье населения с последующей верификацией уровней потенциального канцерогенного и неканцерогенного рисков фактическим уровням неблагоприятного техногенного воздействия на среду обитания и население.

• индикаторная патология, характеризующую высокую степень зависимости от загрязнения окружающей среды ( в качестве такой патологии выбраны онкологические заболевания);
• экологически зависимые патологии, характеризующую среднюю степень зависимости от загрязнения окружающей среды;
• экологически обусловленные патологии, характеризующие умеренную степень зависимости от загрязнения окружающей среды;
• интегрирующие показатели общего медико-экологического благополучия.

Рисунок 2 – Результат анализа пространственно-временной изменчивости  A - Kw – показатель по питьевой воде; Б - Ks – показатель по почве
 
 При помощи пространственно-временного анализа исследованы пространственно-временные закономерности медико-экологической безопасности в районах Ростовской и Воронежской области. Для количественной оценки влияния факторов окружающей среды на здоровье человеческой популяции использованы многомерные методы вариационной статистики, с помощью которых производится оценка экологической ситуации и здоровья населения и их взаимодействие. Метод углубленного анализа пространственно-временных закономерностей, реализуемый в ГИС, заключался в кластеризации точечных объектов в трехмерном пространстве на основе атрибутивного значения, что позволило выявить статистически значимые тренды «горячих» и «холодных» точек во времени на основе статистики Манна-Кендалла.
Пространственная статистика позволила проанализировать тенденции пространственно-временного распространения заболеваемости, выявить причинно-следственные связи между факторами среды и показателями здоровья. Показано, что в районах и городах Ростовской области с низким уровнем медико-экологической безопасности наблюдалось статистически значимое увеличение заболеваемости.
«Анализ горячих точек» заболеваемости РПЖ позволил выделить пространственные кластеры высоких значений – «горячие точки», где первичная выявляемость рака предстательной железы остается высокой на протяжении всего анализируемого периода с 2001 по 2016 годы.

 
Рисунок 3 − Динамика заболеваемости раком предстательной железы в районах Ростовской области с 2001 по 2016 годы (1 группа — статистически значимо не изменяется (p>0,05); 2 группа — снижается (p<0,05); 3 группа — увеличивается (p<0,05))
 
В ходе исследования установлено, что, несмотря на сложный, опосредованный и инерционный характер воздействия качества окружающей среды на показатели здоровья, внутри региональная дифференциация уровня первичной выявляемости онкологических заболеваний в значительной степени соответствует пространственному распределению показателей медико-экологической безопасности. Это позволяет интерпретировать пространственно-временные изменения HES в Ростовской и Воронежской области как индикатор соответствующих изменений качества среды и уровня медико-экологической безопасности территорий (Результаты исследований изложены в  публикациях Архипова О.Е., Черногубова Е.А. Прогностический потенциал показателя медико-экологической безопасности (HES) на примере Ростовской области; Архипова О.Е.  и др. Анализ прогностического потенциала показателя медико-экологической безопасности (HES) на примере Воронежской области). 
На основе комплексного подхода к мониторингу медико-экологической безопасности территорий с применения новых технологических платформ возможен инновационный прорыв в решении проблемы «экология-общественное здоровье. Использование геинформационных систем (ГИС) и комплексного подхода к оценке медико-экологической безопасности территорий является инновационным подходом.

Список публикаций по проекту 2016 г.

1. Архипова О.Е., Черногубова Е.А., Чибичян М.Б., Коган М.И. Эпидемиология рака простаты в Ростовской области. Пространственно- временная статистика// Онкоурология , 2016, № , 50-57

2. Архипова О. Е., Черногубова Е. А., Куролап С.А., Епринцев С.А. Эпидемиология рака предстательной железы в Воронежской области:пространственно-временная статистика//Вестник Урологии , 2016, №4 (в печати)

3. O.E. Arkhipova, E.A. Chernogubova Indicator of the medicalecological safety (HES) of the SOuthern regions of Russia // 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2016,www.sgem.org, SGEM2016 Conference Proceedings, ISBN 978-619-7105-66-7 / ISSN 1314- 2704, June 28 - July 6, 2016, Book5 Vol. 2, 471-476 pp DOI: 10.5593/SGEM2016/B52/S20.060

4. Епринцев С.А., Архипова О.Е. Разработка геоинформационных ресурсов для изучения природного каркаса как фактора экологической безопасности урбанизированных территорий// Экология. Экономика. Информатика. Сборник статей: в 2-х т. Т. 2: Геоинформационные технологии и космический мониторинг Выпуск 1. – Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ АН, 2016. – 348 с. ISSN 2500–123X, 55-63

5. Архипова О.Е., Черногубова Е.А. Анализ пространственных закономерностей эпидемиологии рака простаты в Ростовской области//Экология. Экономика. Информатика.

Сборник статей: в 2-х т. Т. 1: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. Выпуск 1. – Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2016. – 704 с. ISSN 2500-395X, 454-461

6. Arkhipova O.E., Chernogubova E.A. Methods of estimation of the medico-ecological safety of the Southern regions of Russia //GEOID - Indicators of climate change in the marine ecosystem. Collection of articles of the IV International Conference (October 1-8, 2016, Sukhum – Rostov-on-Don, Russia). – Rostov-on-Don: Publishing house SSC RAS, 2016. – Р.

7. Архипова О.Е., Черногубова Е.А., Чибичян М.Б., Коган М.И., Айдинов Г.Т., Синельникова Ю.А. «Горячие точки» заболеваемости раком предстательной железы в Ростовской области. Пространственно-временная статистика с. 489-493//Окружающая среда и человек. Современные проблемы генетики, селекции и биотехнологии: материалы международной научной конференции и молодежной научной конференции памяти члена-корреспондента РАН Д.Г. Матишова (г. Ростов-на-Дону, Россия, 5–8 сентября 2016 г.) / [гл. ред. акад. Г.Г. Матишов]. – Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2016. – 592 с. [цв. ил.]. – ISBN 978-5-4358-0136-1.

8. Архипова О. Е.,Черногубова Е. А., Куролап С.А., Епринцев С.А. Эпидемиология рака предстательной железы в Воронежской области: пространственно-временная статистика// Вестник урологии, 2016, №4, 45-55

Список публикаций по проекту 2017 г.

Рак простаты: от протеомики и геномики к хирургии /под ред. Проф. М.И. Когана и проф. Д.Ю. Пушкаря/ Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2017. – 288 с. ISBN 978-5-4358-0138-5. (РИНЦ)

Архипова О.Е., Черногубова Е.А., Айдинов Г.Т. Синельникова Ю.А., Матишов Д.Г. Эпидемиология и экологические факторы риска рака предстательной железы в Ростовской области // Рак простаты: от протеомики и геномики к хирургии /под ред. Проф. М.И. Когана и проф. Д.Ю. Пушкаря/ Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2017. – С. 10-19.

2. Архипова О.Е., Епринцев С.А. Оценка динамики природного каркаса урбанизированных территорий Воронежской области по материалам дистанционного зондирования Земли//Информация и космос. 2017. № 3. С. 119-125.

3. Архипова О. Е., Черногубова Е. А. Пространственно-временной анализ распространения рака предстательной железы (РПЖ) в районах Ростовской области. //Успехи молекулярной онкологии. 2017. Т4:14

4. Архипова О.Е. Веб-ГИС для оценки сценариев использования природно-ресурсного потенциала Южного макрорегиона// ИнтерКарто/ИнтерГИС. 2017. Т. 23. № -2. С. 144-156.

5. Архипова О.Е., Черногубова Е.А.Прогностический потенциал показателя медико-экологической безопасности (HES) на примере Ростовской области //Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. 2017. Т. 1. № 2. С. 411-416.

6. Архипова О.Е., Черногубова Е.А., Куролап С.А., Епринцев С.А. Анализ прогностического потенциала показателя медико-экологической безопасности (HES) на примере Воронежской области.

7. Архипова О.Е., Черногубова Е.А. Анализ заболеваемости раком предстательной железы в Ростовской области за 2001-2016 гг.: пространственно-временная статистика. Вестник урологии. 2017;5(4):13-21. DOI:10.21886/2308-6424-2017-5-3-13-21

8. Arkhipova O.E. The Sustainable Development of the Coastal Zone Of Azov and Black Seas // Proceedings of 13th International MEDCOAST Congress on Coastal and Marine Sciences, Engineering, Management & Conservation (MEDCOAST 17). 2017. Vol. 1 P. 161-169 (Scopus)