Embed Size (px)
Citation preview
Математическое моделированиекачества здоровья населения
с использованиемгеоинформационных технологий
Машинцов Е.А. Яковлев А.Е.
2Основные подходы к количественной оценке качества здоровья
Более 20 определений понятия «здоровья»– Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) : здоровье ― состояние полного физического,
психического и социального благополучия, а не только отсутствия болезней и физических дефектов.
– Здоровье – процесс сохранения и развития биологических, физиологических, психологических функций, оптимальной трудоспособности и социальной активности человека при максимальной продолжительности его активной жизни.
– Здоровье – динамический процесс, непрерывно протекающий между определенными экстремальными величинами или параметрами.
– Здоровье – интегрированное выражение совокупности индивидуальных уровней здоровья членов общества, которое с одной стороны, отражает вероятность достижения каждым человеком оптимального здоровья и творческой работоспособности на протяжении индивидуальной жизни, а с другой стороны – характеризует жизнеспособность всего общества как социального организма и его возможности дальнейшего пропорционального роста, социально-экономического развития, … и поддержания экологического и другого равновесия с окружающей природной и социальной средой.
Основной обобщающий показатель здоровья человека – продолжительность жизни. Индивидуальный и общественный уровни исследования здоровья
– Медицина, биология продолжительности жизни, биология старения, геронтология.
– Социология, экология, экономика, география.
«Модели данных» и «модели систем»– Вероятностная модель Б. Гомперца и ее модификации ( Мейкем, Вейбулл, Сакович и др.); система
индикаторов ВОЗ; традиционные показатели медицинской демографии и санитарной статистики.
– Регуляторная модель старения (Донцов, Крутько, Подколзин и др.); теория темпа жизни (Парсонс); теория оксидативных повреждений (Харман, Флеминг, Орр и др.); гомеостатическая теория старения; модель жизненного цикла организма человека (Новосельцев).
3
Постановка задачи
Дать количественную оценку качества здоровья населения региона по критерию продолжительности жизни с помощью математической модели жизненного цикла организма человека.
Разработать методику проведения такой оценки на основе геоинформационных технологий обработки информации.
Предложить схему интеграции данной методики в технологию принятия управленческих решений с целью выявления и анализа «проблемных» ситуаций в системе «Человек ― Среда обитания» лицом, принимающим решения (ЛПР).
4Моделирование физиологического комплекса организма человека
Обозначения: ЦНС - центральная нервная система; ЖКТ - желудочно-кишечный тракт; ССС - сердечно-сосудистая система и система крови;
ЦНС
Психика
Рефлек-торные
актыЖКТ
Вода
Пища
Дыхатель-ная
система
О2ССС
(Окислитель)
Т С
Т О2
Энергия
Энергия
С
Печень
С Полезныевещества
Почечнаясистема
Метаболиты
Биохимический комплексРецепторная
система
Мышечнаясистема
Конечныепродукты
обменаФизиологический комплекс
Т - топливо (углеводы, жиры); С - сырье (субстраты).
Концепция «естественной технологии организма» (В.Н.Новосельцев)
5Компартментальные моделиживых систем (биосистем)
Живая система является открытой(первичные процессы получения, накопления, передачи и использования энергии, обеспечивающие выполнение специфических функций биосистемы);
Живая система управляет энергетическими процессами(вторичные процессы, направленные на восстановление непрерывно нарушаемого в ходе жизнедеятельности системы баланса вещества и энергии).
Система уравнений баланса:
Вектор состояния:
Описания вторичных процессов:
n
ijj
iii
n
ikk
kikiijiji wyyyaya
dt
dx
100
1
1
( , ) ( , )N
ij ijrr
F x v FS x v
Tnxxxx ,, ,21
0 ( , ) 1ijrFS x v
A B 1y 2y
6Базовая математическая модель физиологической системы организма человека
0t
Ttx 100;100;75;1000
Система уравнений баланса:
N = 4 : система легких, сердечно-сосудистая система, система печени и система почек;
Процессы жизнедеятельности:w – скорость расходования энергии в организме;
Энергетические потоки:расход и поступление кислорода;
Баланс веществ:кислород и продукты обмена ― (организменные шлаки).
x1 x2 x3
x4
y1 y2 w y3
y4
Системалегких
x1 FP
ССС
x2 FH
Системапечени
x3 FL
Системапочек
x4 FK
444
333
222
1211
)),((
)),((
)),((
)),(),((
ctxywdt
dx
ctxywdt
dx
cwtxydt
dx
ctxytxydt
dx
Обозначения: xxxx
1
2
3
4
- кислород в легких (мм рт.ст.); - кислород в тканях (мм рт.ст.); - шлаки в печени (%); - шлаки в почках (%);
FP, FH, FL, FK - безразмерные скалярные показатели, описывающие функциональные состояния систем легких, ССС, печени и почек, соответственно.
7Базовая математическая модель ― описания физиологических процессов
444
333
2212
1101
),(),(
),(),(
),()(),(
),()(),(
dtxFKxtxy
dtxFLxtxy
dtxFHxxtxy
dtxFPxxtxy
i
iii
bxM
bxMbxM
xM
xF
1100)(,0
1100)(100,)100)((1
100)(,1
)(,2
Транспортные потоки
1,4i 100100)( 43 xxxM
i
iii
ax
axxa
x
xF
1,1
10,
0,0
)(
2
22
2
,1
11 21
12 22
13 23
14 24
( , ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( )
FH x t F x F x
FP x t F x F x
FK x t F x F x
FL x t F x F x
Функции состояния физиологических систем
где
в норме:
1 FKFLFPFH
0 10 20 30 40 50 60
0.5
1
F1 1 x2 F1 2 x2 F1 3 x2 F1 4 x2
1
a1
1
a4
x2
97.5 100 102.5 105 107.5
0.5
1
F2 1 M( )
F2 2 M( )
F2 3 M( )
F2 4 M( )
1001
b3
1001
b1
M
8
Исследование базовой математической модели физиологического комплекса организма человека
Формальный переход к безразмерному виду 1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 11
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
4
1 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 3
(1, 2) – «энергетическая» плоскость;(3, 4) – «шлаковая» плоскость.
(1; 0,75; 1; 1) – особая точка типа устойчивый узел. Система обладает свойствами, характерными для
биологических структур – стационарным неравновесием (баланс притоков и оттоков) и гомеостазом (области 1 и 3).
9
Примеры поведения решений системы
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.25
0.5
0.75
1
0.75
1 k ( )
2 k ( )
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.25
0.5
0.75
1
0.75
1 k ( )
2 k ( )
Восстановление устойчивости системы (гомеостаз)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.25
0.5
0.75
1
0.75
1 k ( )
2 k ( )
Необратимая потеря устойчивости
k 7
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.71
1.25
1.5
1.75
2
3 k ( )
4 k ( )
k 8
0 0.5 1 1.5 21
2
3
4
5
3 k ( )
4 k ( )
a)
б)
в)
г)
д)
а)
б)
в)
г)
д)
1 20 1; 0 0,4
1 20 0,1; 0 0,7
1 20 0,7; 0 0,275
10Модельно-математический анализ факторов старения
Внутренние факторы старения(генетически обусловленные, запрограммированные)
Внешние факторы старения(случайные, связанные с экологическими и социальными условиями жизни)
Ожидаемая продолжительность жизни:
)(min0
tLTt
0|)),((4,10000 ttr ttxFrtTгде
11
Внутренние факторы старения
Функция старения
1
1)( 1
,1)(
Tt
Tt
etFA Tt
11 21
12 22
13 23
14 24
( , ) ( ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( ) ( )
FH x t F x F x FA t
FP x t F x F x FA t
FK x t F x F x FA t
FL x t F x F x FA t
График функции старения
0 20 40 60 80
0.2
0.4
0.6
0.8
1
FAm t( )
FAw t( )
T1m
t
Генетически обусловленный жизненный цикл организма человека
0 10 20 30 40 50 60 70 80
20
40
60
80
100
120
140
160
x1(t)x2(t)x3(t)x4(t)
t
T1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0.2
0.4
0.6
0.8
1
FH(x(t),t)FP(x(t),t)FK(x(t),t)FL(x(t),t)
t
T1
(лет) (лет)
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80
20
40
60
80
100
120
140
160
x1(t)x2(t)x3(t)x4(t)
t
T1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0.2
0.4
0.6
0.8
1
FH(x(t),t)FP(x(t),t)FK(x(t),t)FL(x(t),t)
t
T1
(лет) (лет)
Внешние факторы старения
Функции развития патологий
Сокращение генетически обусловленной продолжительности жизни при экологическом загрязнении среды обитания (атмосферный воздух и питьевая вода)
0t
11 21
12 22
13 23
14 24
( , ) ( ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( ) ( ) ( )
( , ) ( ) ( ) ( ) ( )
ECOL
ECOL
ECOL
FH x t F x F x FA t
FP x t F x F x FA t FP t
FK x t F x F x FA t FK t
FL x t F x F x FA t FL t
Пол - М ( %, Продолжительность жизни - 65 лет
R = 140 )1 R = 130%2
1
2
3
( ) 1 0, 01 ( )
( ) 1 0, 01 ( )
( ) 1 0, 01 ( )
ECOL
ECOL
ECOL
FP t P t
FL t P t
FK t P t
1 1 1
2 2 2
2 2 2
1 ( 100)
1 ( 100)
1 ( 100)
dP dt TP R P
dP dt TL R P
dP dt TK R P
13Экологическое качество атмосферного воздуха и питьевой воды
Качество атмосферного воздуха R1 Качество питьевой воды R2
где
Kатм – суммарный показатель загрязнения атмосферного воздуха
где
Kвода – суммарный показатель загрязнения питьевой воды
Комплексная оценка качества среды обитания на основе нормативов ПДК
1
1100%атмR K
n
2
1100%водыR K
m
11
2*
1 11 1
jnji j
j pmi ji k
атмj kj j k K
C ПДКC
ПДК CK t
N ПДК N ПДК
*
1
mi
водаi i
CK
ПДК
. . . . . . . .10 4 1,5м р с с с м с гПДК ПДК ПДК ПДК Формула перехода между значениями концентраций за разные периоды времени:
14
Неучтенные факторы старения
Экологические
Качество атмосферного воздуха
Качество питьевой воды
Социально-экономические
Демографическая ситуация
Заболеваемость населения
Обеспеченность слоев населения; экономическая ситуация
социально защищаемых слоев населения
Жилищно-коммунальные
Условия проживания (квартира/дом)
Качество поставляемых населению жилищно-коммунальных услуг
Образ жизни
Семья, воспитание, образование, социальное положение
Алкоголизм, наркомания, курение
Условия работы, производственный травматизм
Внешние факторы старения
Качествоатмосферного воздуха
Качествопитьевой воды
Эко
ло
гич
ес
кий
б
ло
кВ
не
шн
ие
фа
кто
ры
с
та
ре
ни
я R (%)1 R (%)2
ухудшает состояние систем:- легочная система
ухудшает состояние систем:- система печени- система почек
Пр
од
ол
жи
те
ль
но
ст
ь
жи
зни
L = R Rf ( )1 2 ,
где количество потерянных лет жизни вследствие неучтенных факторов среды обитания
LD
L L R R Rстат другоеf ( , , )1 2 = + LD
Lстат DL
L
Lном
Неу
чт
ен
ны
е
фа
кто
ры
с
та
ре
ни
я R (%)другое
равномерно ухудшает состояние всех систем организма
Структурная схема первичной информации для формирования безразмерных показателей внешних факторов старения организма человека
15Зависимость продолжительности жизни от внешних факторов старения
R1 (%)
R2 (%)
8075
70
65
60
55
50
45
40
35
Величина продолжительности жизни L ― нелинейно обратно-пропорциональна значениям факторов R1 и R2;
Особенность поверхности: наличие областей постоянства L (влияние факторов R1 и R2 на физиологические системы организма учитывается раздельно, и общее снижение функциональности организма получается как результат влияния одного наиболее «вредного» фактора).
Поверхность продолжительности жизни Линии уровня
16Методика оценки качества здоровья населения по критерию продолжительности жизни
1. Выделение существенных компонент окружающей среды(по критерию негативного влияния на функциональное состояние физиологических систем организма человека);
2. Представление исходных показателей состояния среды в пространственно-ориентированном виде(разбивка территории сеткой на дискреты, усреднение и ввод картографической информации в геоинформационную систему);
3. Расчет безразмерных комплексных показателей качества окружающей среды по набору исходных размерных показателей;
4. Расчет средней ожидаемой продолжительности жизни(для этого показатели качества окружающей среды используются в качестве входных данных математической модели жизненного цикла организма человека);
5. Определение величины ущерба здоровью населения(в потерянных годах потенциальной жизни и в денежном эквиваленте).
17Интеграция в технологию выработки управленческих решений
1. Исходные данные - экологические показатели качества окружаю-щей среды и демографическая информация о жителях города.
2. Решение задач районирования - разбиение территории города на дискреты и осреднение данных в них.
3. Расчет комплексных интегральных показателей окружающей среды.
4. Получение оценки качества жизни населения каждого дискрета территории по критерию продолжительности жизни.
5. Расчет социально-экономического ущерба здоровью населения.
Инв
ар
иа
нтн
ая
част
ь по
о
тн
ошен
ию
к п
ри
клад
но
й за
даче
1. Выявление экстремальных проявлений исследуемых эколого-социально-экономических проблем и поиск причин экстремальности
2. Анализ причин экстремальности на уровне дискрета территории.
3. Разработка перечня мероприятий по устранению исследуемых проблем.
4. Принятие управленческих решений.
Пос
лед
оват
ельн
ост
ь ф
орм
ир
ова
ния
упр
авл
ен
ческ
ого
ре
ше
ния
пр
икл
адн
ой
зад
ачи
18Оценка ущерба здоровью населения г.Тула неблагоприятной экологической обстановкой
Атмосферный воздух Питьевая вода
Кач
ес
тв
о
окр
уж
аю
ще
й
ср
ед
ы Концентрации
показателей
Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Ti- 12
PHFe, Cu, Zn, F, Mn, Sr,
- 11
, жесткость, хлориды, сульфаты, колониеобразующие единицы
показателей
Вн
еш
ни
е
фа
кто
ры
с
та
ре
ни
я R (%)1 R (%)2
ухудшает состояние систем:- легочная система
ухудшает состояние систем:- система печени- система почек
Пр
од
ол
жи
те
ль
но
сть
ж
изн
и
L = R Rf ( )1 2 ,
где количество потерянных лет жизни вследствие неучтенных факторов среды обитания
LD
L L R R Rстат другоеf ( , , )1 2 = + LD
Lстат DL
L
Lном
Общая схема решения «прямой» задачи Перечень исходных данных
19
Экологическая обстановка г.Тула
0 2 4
kilometers
0 2 4
kilometers
Атмосферный воздух (R1, %) Питьевая вода (R2, %)
20Ожидаемая (расчетная) продолжительность жизни жителей г.Тула
Мужчины (LM, лет) Женщины (LW, лет)
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
21Превышение ОПЖ жителей г.Тула над статистической величиной ПЖ
Мужчины (DLM, лет) Женщины (DLW, лет)
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
22Прогнозная оценка продолжительности жизни населения г.Тула
Основными веществами-загрязнителями атмосферного воздуха являются соединения металлов Cu, Al, Fe и K;
Смоделировано снижение выбросов в атмосферу соединений Cu, Al, Fe и K до уровня нормы;
Прогнозные данные о загрязнении атмосферного воздуха сформированы на основе исходных путем приравнивания концентраций соединений Cu, Al, Fe и K к значениям своих ПДК.
Распределение соединений металлов в атмосферном воздухе (Сi, мг/м3, i = 1..12)
Структура загрязнения атмосферного воздуха соединениями металлов
AL27%
CU32%
FE22%
K10%
Другие9%
AL
CU
FE
K
Другие
Концентрации ионов металловв атмосферном аэрозоле (мг/м3)
13065
13
AlCaCrCuFeKMnNiPbSbSnTi
23Исходное и прогнозное качество атмосферного воздуха г.Тула
0 2 4
kilometers
Исходные данные (R1, %) Прогнозные данные (R*1, %)
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
24Исходная и прогнозная оценка ожидаемой продолжительности жизни мужчин г.Тула
Исходные данные (LM, лет) Прогнозные данные (L*M, лет)
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
25Исходная и прогнозная оценка ожидаемой продолжительности жизни женщин г.Тула
Исходные данные (LW, лет) Прогнозные данные (L*W, лет)
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4K-19-4
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3K-20-3
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
0 2 4
kilometers
K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1K-1
K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4K-4
K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5K-5
K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6K-6
K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7K-7
K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8K-8
K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9K-9
K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10K-10
K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11K-11
K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12K-12
K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13K-13
K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14K-14
K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15K-15
K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16K-16
K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17K-17
K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18K-18
K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3K-19-3
K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1K-20-1
K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21K-21
K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23K-23
K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24K-24
K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25K-25
K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3K-26-3
K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1K-27-1
K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28K-28
K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29K-29
K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30K-30
K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33K-33
K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34K-34
K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35K-35
K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36K-36
K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39K-39
K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40K-40
K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41K-41
K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44K-44
26Прогноз прироста ожидаемой продолжительности жизни по территории г.Тула
Атмосферный воздух R1 (исх.) R1 (прогн.) Изменение Максимальное значение по городу, % 137,85 118,57 -19,28 Минимальное значение по городу, % 100,00 100,00 0,00 Среднее значение по городу, % 111,09 101,91 -9,18
Мужчины LM (исх.) LM (прогн.) Изменение Максимальное значение ОПЖ по городу, лет 80 80 0 Минимальное значение ОПЖ по городу, лет 60 69 9 Среднее значение ОПЖ по городу, лет 72 75,16 3,16
Женщины Lw (исх.) Lw (прогн.) Изменение Максимальное значение расчетной продолжительно-сти жизни по городу, лет
88 89 1
Минимальное значение расчетной продолжительно-сти жизни по городу, лет
63 77 14
Среднее значение расчетной продолжительности жизни по городу, лет
78,92 84,32 5,4
Продолжительность жизни Общая численность населения во всех дискретах, чел. 457 399 Максимальное значение среднего прироста продолжительности жизни в расче-те на 1 человека, лет
20
Минимальное значение среднего прироста ПЖ в расчете на 1 человека, лет 0 Среднее значение среднего прироста ПЖ в расчете на 1 человека, лет 4,28 Максимальное значение общего прироста ПЖ, лет 637 040 Минимальное значение общего прироста ПЖ, лет 0 Среднее значение общего прироста ПЖ, лет 63 184,7 Суммарное значение общего прироста ПЖ, лет 2 337 834
.
Численность населенияПрирост ПЖ (на 1 чел)Прирост ПЖ (общий)
27Количественная оценка качества среды обитания по состоянию здоровья населения
Питьевая вода
Кач
ест
во
окру
жаю
щей
ср
еды
Каче
ство
ат
мос
фер
ного
во
здух
а R (%)1*
R (%)2
Неучтенные факторы
R (%)другое
Пр
одол
жи
тел
ь-н
ост
ь ж
изни
Lстат*
R L R R1 2* = ( , , )f -1 стат другое*
Концентрации показателей
Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Ti- 12
Общая схема решения «обратной» задачи Перечень исходных данных
* 1 *1 2
* 1 *1 2
, ,
, ,
M М статМ другоеМ
Ж Ж статЖ другоеЖ
R f L R R
R f L R R
2* * *1 1 2
2* *1 2
* * * *1 1 1 1
, : , ,
, , min,
min , ; max ,
М другоеМ статМ
Ж другоеЖ статЖ
M Ж M Ж
R a b f R R R L
f R R R L
a R R b R R
Переход к размерным концентрациям
12
1 12 1 121 1 12
1
; , , , , ,air airi
c c c cC c c c C C S S
C C C C
1* * * * *1 12 1 12, , ; , ,T
air airC R k k S c c C S
Неучтенные факторы
28
Качество атмосферного воздуха за два периода
Концентрации ионов металловв атмосферном аэрозоле (мг/м3)
13065
13
AlCaCrCuFeKMnNiPbSbSnTi
Ci , мг/м3: 1993―1997гг. C*i , мг/м3: 2000―1ый квартал 2004гг.
Концентрации ионов металловв атмосферном аэрозоле (мг/м3)
13065
13
Al*Ca*Cr*Cu*Fe*K*Mn*Ni*Pb*Sb*Sn*Ti*
29Социально-экономический ущерб здоровью населения
Методика расчета экономического ущерба здоровью населения
1. Общие затраты на оплату по листу временной нетрудоспособности;
2. Сумма затрат в поликлинике и в стационаре;
3. Общий суммарный экономический ущерб;
4. Цена одного года потерянной жизни;
5. Карта распределения суммарных экономическим затрат, связанных с экологически обусловленными заболеваниями, по территории г.Тула.
Классификация составляющих экономического ущерба
Экономические затраты общества вследствие скрытого ущерба здоровью населения
Прямые затраты Косвенные потери
1.Расходы на лечение в поликлинике.
2.Расходы на лечение в стационаре.3.Расходы на оплату по листу
временной нетрудоспособности.
1.Расходы при потере работоспособности.
2.Потери доли налоговых поступлений вбюджет.
3.Потери вследствие преждевременной смерти.
30Социально-экономический ущерб здоровью жителей г.Тула
Социально-экономический ущерб Прогнозируемый экономический эффект
.
Численность населенияПрирост ПЖ (общий), летЭкономический эффект, руб/год
31
Основные результаты и выводы работы
1. Проведено качественное исследование базовой системной математической модели, которое подтвердило рабочую гипотезу о наличии у модели свойств, специфичных для биосистем: поддержания гомеостаза внутри живой системы.
2. Создана математическая модель жизненного цикла организма человека с учетом двух внешних факторов старения – экологического качества атмосферного воздуха и питьевой воды.
3. Разработана методика количественной оценки качества здоровья населения отдельной территории по критерию продолжительности жизни на основе математической модели жизненного цикла организма человека с использованием геоинформационных технологий.
4. Предложена схема интегрирования методики в технологию принятия управленческих решений.
5. Поставлены и решены три задачи в системе «Человек–Среда Обитания» г.Тула: «прямая» (об оценке качества здоровья населения), «прогнозная» и «обратная» (об оценке качества среды обитания по состоянию здоровья населения).
6. Осуществлена экономическая оценка ущерба, наносимого здоровью жителей г.Тула вследствие экологически-обусловленных заболеваний, с использованием методики перевода натуральных показателей ущерба в денежные.
