Расчет риска заболеваемости от гидрохимического режима поверхностных вод

Неуклонный рост промышленности и сельского хозяйства приводит к повышению загрязненности водоемов и рек. Ряд загрязняющих веществ (в частности, свинец) может попадать в водную среду с осадками из атмосферного воздуха. Химические вещества, попадающие со сточными водами в водотоки, часто изменяют водную среду. Под действием таких веществ вода может становиться непригодной для потребления человеком.

Наиболее распространенные химические примеси представляют собой фториды, нитраты, соли металлов (натрий, алюминий, железо). При поступлении металлов в организм они накапливаются в тканях, проявляясь в нарушении здоровья только при достижении опасной концентрации. Наличие больших количеств железа может провоцировать инфаркты, заболевания печени и зубов. Нитраты и нитриты вызывают кислородное голодание, различные аллергии, нарушения функции щитовидной железы.

В общей сложности Агентством по охране окружающей среды США обнаружено более 80 загрязнений, которые могут находиться в питьевой воде и наносить вред здоровью людей.

Очень важен поиск зависимости здоровья населения от наличия в воде различных минеральных веществ. Разработка теорий, связывающих развитие болезней с дефицитом или избытком макро- и микроэлементов, является одним из самых современных научных направлений. Химические элементы вместе с водой обеспечивают постоянство осмотического давления клеточных и внеклеточных жидкостей, кислотно-щелочного равновесия, процессов всасывания, секреции, кроветворения, костеобразования, свертывания крови, определяют состояние водно-солевого обмена, функции мышечного сокращения, нервной проводимости, внутриклеточного дыхания, формирования белка [1, 2].

Для возможности оценки и прогнозирования риска заболеваемости нами был проведен анализ регрессионных связей возникновения болезней у сельского населения от гидрохимического режима водотоков для условий Республики Узбекистан. На заболеваемость населения влияет множество факторов, в том числе социально-экономический. Поскольку сельское население в различных областях республики находится примерно в равном социально-экономическом положении, отличия проявляются только между городским и сельским населением. По данной причине указанный фактор в нашем исследовании социально-экономический фактор выведен за рамки регрессионного анализа и не рассматривается. Состояние поверхностных вод может служить также косвенным показателем гидрохимического состава грунтовых вод, которые используются в качестве источников питьевого водоснабжения, особенно в сельской местности [2, 4].

Все минеральные вещества подразделяются на макроэлементы и микроэлементы. Макроэлементов в человеческом организме относительно немного. Двенадцать из них являются структурными, так как они составляют 99% элементного состава человеческого организма (С, О, Н, N, Ca, Mg, Na, K, S, P, F, Cl). Из них самыми главными являются азот, водород, кислород и углерод. Остальные элементы, хотя и присутствуют в организме в незначительных количествах, активно влияют на здоровье и состояние организма человека. Водные растворы минералов поддерживают осмотическое давление клеток, кислотно-щелочное равновесие, процессы секреции и кроветворения, а также многое другое. Очень важны минеральные вещества для формирования белка.

В природе минералы поступают в организм с фруктами и овощами, куда они переходят из почвы. К сожалению, в результате ухудшения экологической обстановки и изменения климата наши земли оскудели и не содержат достаточного количества необходимых для растений веществ, а значит, наши овощи и фрукты не столь богаты полезными и необходимыми для нас питательными веществами [3]. Повышение или понижение содержания определенных минеральных веществ в организме способствует развитию многих заболеваний. Например, натрий участвует в регуляции обмена веществ, в поддержке щелочно-кислотного равновесия и нормального функционирования нервно-мышечной системы, активации ферментов. При дефиците натрия затормаживается усвоение углеводов, возможны невралгии, отчасти понижение давления. Повышенное содержание натрия отражается нарушением водно-солевого обмена, дисфункцией коры надпочечников, склонностью к гипертонии, отекам, неврозам.

Таким образом, повышенное или пониженное содержание перечисленных элементов в питьевой воде может приводить к негативным последствиям для здоровья человека. Каналы Ташкента и Ташкентской области, являющиеся основными источниками водоснабжения, зачастую имеют повышенный уровень загрязненности [4].

Для оценки влияния гидрохимического состава поверхностных вод применялся множественный регрессионный анализ заболеваемости от концентрации химических элементов в поверхностных водотоках Ташкентской области с выводом уравнения вида:

Y = β₀ + β₁X₁ + β₂X₂ + ... + β_mX_m

где β₀ – свободный член, определяющий значение Y, в случае, когда все объясняющие переменные X_j равны 0.

Было получено уравнение регрессии и проведена его оценка в соответствии с методическими правилами:

Y = 7657– 4.7X₁+13X₂+107X₃+13.7X₄+ +177X₅+480X₆ –2.67X₇ – 92.2X₈

где Y – количество зарегистрированных по району заболеваний, Х₁, Х₂ … Х₈ – концентрации соответственно общей минерализации, Ca, Cl, гидрокарбонатов, K, Mg, Na, SO₄.

Была построена матрица парных коэффициентов корреляции R. Число независимых переменных в модели равно 8, а число регрессоров с учетом единичного вектора равно числу неизвестных коэффициентов. С учетом признака Y, размерность матрицы становится равной 10.

На основании частных коэффициентов можно сделать вывод об обоснованности включения переменных в регрессионную модель. Если значение коэффициента мало или он незначим, то это означает, что связь между данным фактором и результативной переменной либо очень слаба, либо вовсе отсутствует, поэтому фактор можно исключить из модели.

Стандартизированная форма уравнения регрессии имеет вид:

Y_y = –0.21x₁ + 0.114x₂ + 0.332x₃ + 0.101x₄ +0.243x₅ + 1.362x₆ –0.0119x₇ – 2.192x₈

В качестве факторов использовались материалы по общей заболеваемости сельского населения и гидрохимического состава поверхностных водотоков протекающих в данной местности – концентрации отдельных химических элементов - хлор, кальций, магний, гидрокарбонаты, магний, натрий, сероводород, общая минерализация.

Y=7657 – 4.7X₁+13X₂+107X₃+13.7X₄+177X₅+480X₆– 2.67X₇ – 92.2X₈

В уравнении Y – количество зарегистрированных по району заболеваний, Х₁, Х₂ … Х₈ – концентрации соответственно общей минерализации, Ca, Cl, гидрокарбонатов, K, Mg, Na, SO₄.

Была получена стандартизированная форма уравнения регрессии, которая имеет вид:

Y_C = – 0.21X₁+0.11X₂+0.33X₃+0.11X₄+0.24X₅+1.36X₆ – 0.011X₇ –2.19X₈

Коэффициент детерминации R² = 0.38. Связь умеренная. Результаты можно использовать для прогнозирования риска заболеваний от концентрации веществ в воде водотоков Ташкентской области, условием ожидания 0,67%.

Таким образом, получено уравнение многофакторной зависимости для расчета риска заболеваемости сельского населения в зависимости от концентрации химических элементов в поверхностных водах.