Геоинформационная система как инструмент СГМ в структурах Роспотребнадзора и здравоохранении, на примере санитарно-гигиенического контроля водных ресурсов (информационно-аналитический обзор)

Введение. Геоинформационная система (ГИС) – инструмент информационных технологий, обеспечивающий сбор, анализ, интеграцию числовых или иных данных в координатно-пространственный формат, удобный для решения соответствующих задач¹. Цифровая карта ГИС способна располагать анализируемые показатели не только послойно, но и комбинировать несколько информационных пластов, формируя основу для подтверждения или опровержения сложившихся гипотез [1][2].

Одним из перспективных направлений ГИС является рассмотрение исследовательских вопросов в сфере охраны здоровья населения [3][4]. Использование геоинформационного картографирования позволяет решить целый спектр задач, например таких, как установление взаимосвязи между санитарно-гигиеническим загрязнением поверхностных водоемов и обеспечение их эпидемиологической безопасности^2,3 [5]. Значимость ГИС заключается в том, что вода, загрязненная условно-патогенными инфекционными агентами, обусловливает повышенный риск спорадической заболеваемости, в том числе возникновение вспышек кишечных инфекций [6]. Фекальное загрязнение, поступившее в результате сброса недостаточно очищенных канализационных стоков в поверхностные воды, является не только причиной неблагоприятного влияния на здоровье человека, но и представляет серьезную проблему при планировании эксплуатации водоисточника для последующего питьевого водопользования [7]. С гигиенической точки зрения, крайне важно защитить водосборные бассейны поверхностных водоемов от микробного загрязнения [8][9]. Предполагается, что возникновение очага заболеваемости, связанного с водными объектами, выше, чем при химическом загрязнении [10]. В настоящее время достоверно доказана зависимость частоты заболеваний населения от качественного состава питьевой воды [11–22].

Цель исследования: осуществить аналитический обзор исследований, использующих геоинформационные системы в социально-гигиеническом мониторинге, для контроля санитарно-эпидемиологического состояния окружающей среды, в том числе водных объектов, а также в здравоохранении.

Материалы и методы. Был изучен понятийный аппарат ГИС, осуществлен анализ публикаций, использующих данный инструмент при санитарно-гигиеническом контроле водных объектов, и нормативно-правовых актов, имеющих как прямое, так и косвенное отношение к работе геоинформационных систем. Проанализирована перспектива развития и совершенствование системы при проведении санитарно-эпидемиологического мониторинга объектов окружающей среды.

Проведен анализ научных публикаций за период 2001–2023 гг. по поисковым электронным базам данных (Web of Science, Scopus, PubMed, eLIBRARY и ResearchGate) согласно ключевым словам: геоинформационная система (ГИС), санитарно-эпидемиологический контроль, здоровье населения, вода. Из 154 первоначально выявленных источников авторами было выбрано 76 публикаций, содержащие опыт применения геоинформационных систем в министерствах, федеральных органах исполнительной власти, научных и высших образовательных учреждениях, также проанализированы 7 нормативно-правовых документов, напрямую или опосредованно регламентирующих работу геоинформационных систем.

Результаты. Опыт последних десятилетий показывает, что риск вспышек заболеваний, с вязанных с водным фактором, еще не сведен к нулю ни в одной стране мира. В то же время разработка современных превентивных мер по обеспечению санитарно-эпидемиологического благополучия населения позволит снизить вероятность возникновения водообусловленных инфекций у человека [23–28].

При эпидемических вспышках, связанных с водным путем передачи, необходима совместная координация как служб здравоохранения, так и Роспотребнадзора. В данных условиях важным является установление пространственных связей между местом водозабора и вспышкой заболеваемости, которые служат необходимым критерием для успешных надзорных, противоэпидемических и профилактических мероприятий [29–32]. В ряде стран использование ГИС рассматривалось как инструмент для обеспечения профилактических мероприятий по снижению заболеваемости и мониторинга санитарно-эпидемиологического состояния водных объектов, связанных с бактериальным загрязнением [33–39]. Данная система позволяет выявить не только территориальное распределение и динамику заболеваемости, но и представляет результаты анализа пространственных и временных тенденций, отображая возможные точки спорадических вспышек заболеваний, а также эпидемиологических сведений об инфекционной заболеваемости населения, использующего в своей хозяйственной деятельности данные водные источники. Большая часть нужной информации отображена графически и представлена примерами территориального группирования. Совокупность полученных гигиенических показателей качества как питьевой воды, так и воды поверхностных водоемов позволит выстроить актуальную картину микробиологических показателей с целью формирования риск-ориентированного контроля санитарно-эпидемиологического состояния водных объектов [40][41].

В качестве доказательства неблагополучного санитарно-гигиенического состояния водных объектов микробиологического характера необходим анализ динамики и изучение закономерности циркуляции микрофлоры воды открытых водоемов, осуществляемых на основании СанПиН 3.3686–21 «Санитарно-эпидемиологические требования по профилактике инфекционных болезней»⁴ и СанПиН 2.1.3684–21 «Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий»⁵.

Изношенность водопроводной сети города также является скрытой проблемой [42]. Резкое возрастание скорости прироста населения, стремительное строительство новых жилых комплексов при сохранении прежней водопроводной сети города на протяжении десятилетий способствуют не только росту числа аварий, но и связи сезонных подъемов заболеваемости населения энтеровирусной инфекцией и вирусным гепатитом с авариями на водопроводных сетях [43–45]. При авариях водораспределительной сети и выявлении нарушений перспективно использование специализированной ГИС. Создание и эксплуатация геоинформационных систем в отношении мониторинга водной экосистемы позволят повысить обоснованность принятия решений по снижению риска возникновения бактериальных инфекций, передаваемых водным путем.

При санитарно-гигиенической оценке качества питьевой воды главным фактором служит своевременное выявление несоответствий показателей в централизованном и децентрализованных источниках питьевого водоснабжения. Так, например, бактериологический анализ водных объектов на территории РФ позволил выявить ухудшение показателей качества питьевой воды за счет массового сброса сточных вод низкой степени очистки [46].

На протяжении нескольких лет сотрудниками лаборатории санитарной микробиологии водных объектов и микробной экологии человека ФБУН «РостовНИИ микробиологии и паразитологии» проводились исследования, направленные на изучение сточных вод очистных сооружений канализации [47][48]. Анализ показал, что при соблюдении технологического регламента по водообработке сточная вода практически соответствует нормативным документам по бактериологическим показателям. В то же время показана низкая эффективность в отношении дезинвазии и дегельминтизации [49]. Г.Г. Онищенко подчеркивает [50], что санитарное состояние водоемов, используемых в качестве рекреационных зон отдыха или питьевого водоснабжения, «продолжает вызывать серьезные опасения и отрицательно влияет на состояние здоровья населения». Указом Президента РФ 11.03.2019 № 97В «Об основах государственной политики РФ в области обеспечения химической и биологической безопасности на период до 2025 года и дальнейшую перспективу»⁶ также подчеркивается необходимость создания и развития системы мониторинга «химических и биологических рисков», основанных на межгосударственном и международном сотрудничестве в области химической и биологической безопасности.

В последние годы сформировалось понимание, что законодательно закрепленная система контроля и надзора за состоянием окружающей среды, с акцентом на установление и применение гигиенических нормативов, не может в полной мере гарантировать безопасность в отношении здоровья населения и правильного определения управленческих приоритетов, направленных на улучшение экологической ситуации, как в масштабах всей страны, так и в конкретной ситуации⁷. По этой причине использование технологий пространственного картографирования при санитарно-бактериологическом мониторинге поверхностных водоемов и воды центрального водоснабжения с фиксацией точек отбора проб эффективно для предотвращения нарушений зон рекреации [51]. Определение границ контаминации в водных объектах позволит своевременно выявлять возможность загрязнения сточными водами из неорганизованных сбросов, провести оценку степени риска для населения возникновения водообусловленных заболеваний, а также установить причинно-следственные связи возникновения вспышек заболеваний. Взаимодействие ГИС и научно обоснованной программы принятия решений позволит своевременно решить поставленные задачи.

Один из примеров применения ГИС как инструмента санитарно-гигиенического контроля водных ресурсов представлен в формате Федерального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга «Автоматизированной информационной системы для комплексного анализа, моделирования и отображения многофакторных пространственно-распределенных данных социально-гигиенического мониторинга на базе геоинформационных технологий» в структурном подразделении социально-гигиенического мониторинга Роспотребнадзора России⁸. В перечень показателей и данных для формирования баз данных входят сведения о санитарно-эпидемиологической обстановке на водных объектах, в том числе «содержание микроорганизмов в питьевой воде (индикаторные, условно-патогенные и патогенные микроорганизмы)». Также в Государственных докладах «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации» имеются картографические данные:

1. по распределению субъектов Российской Федерации по доле проб питьевой воды из распределительной сети централизованного питьевого водоснабжения с превышением гигиенических нормативов по микробиологическим показателям;
2. по распределению субъектов Российской Федерации по интегральному показателю микробного риска, связанного с потреблением питьевой воды.

В рамках реализации федерального проекта «Чистая вода» национального проекта «Экология»⁹ создана «Интерактивная карта контроля качества питьевой воды в Российской Федерации» (далее – ИС ИКК), основателями данной системы является Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека и Фонд содействия реформирования ЖКХ. ИС ИКК включает себя ряд функций, облегчающих работу государства:

• по информированию населения о качестве питьевой воды системами централизованного водоснабжения;
• по анализу данных качества питьевой воды водораспределительной сети с дальнейшей своевременной маршрутизацией необходимой информации между специалистами различных ведомств для формирования риск-ориентированного подхода по совокупности показателей, характеризующих ее безопасность в эпидемическом и радиационном отношении, безвредность по химическому составу и имеющей благоприятные органолептические свойства.

Согласно заявленным характеристикам ИС ИКК оснащена комплексом средств защиты информации с использованием сертификатов безопасности, хранимых на защищенных носителях, средством аутентификации гражданина с Единой системой идентификации и аутентификации (ЕСИА) с возможностью формирования обращения человека о качестве питьевой воды по месту жительства. Данное решение реализовано с использованием услуг Центра обработки данных [52][53].

Вопросами применения ГИС занимаются в городах федерального значения [54], Воронежской области [55], южных регионах России [56], Северо-Западном регионе [57], Республике Бурятия [58], Удмуртской Республике [59], Арктической зоне России [60]. На основе ГИС разработаны проекты, связанные с санитарно-эпидемиологическим благополучием в Воронежской [55], Ростовской [61], Московской области [62], а также в Краснодарском крае и республике Адыгея [63] и др. В качестве программной среды для реализации поставленных задач использовались следующие программные продукты:

1. ArcGIS в версиях (ArcGIS ArcView 9.2 c ArcGis Publisher и Spatial Analyst, ArcGis Desktop, ArcGIS 10 фирмы ESRI (США), ArcGis Server v.10.6.1 Advanced, ArcGIS 9, ArcGIS 9.3, Arc GIS 10.2, ArcGIS Network Analyst, Arc View0 и Statistica 5.0);
2. QGIS в версиях (QGIS 3.14 Pi (qgis.org));
3. MapInfo в версиях (7.0, 7.5, MapInfo Professional 5).

Следует отметить, что в настоящее время в ряде ведомств отсутствуют стандартизованные требования в отношении геоинформационных программ. К примеру, существует действующий приказ Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека от 30 декабря 2005 г. № 810 «О перечне показателей и данных для формирования ФИФ СГМ»¹⁰. В результате при использовании различных программных продуктов, связанных с риск-ориентированным планированием, происходит увеличение времени на обработку полученной информации. В таком случае формирование единой консолидированной ГИС на территории Российской Федерации невозможно без принятия единых нормативных документов, позволяющих унифицировать преемственность данной системы разными ведомствами. Именно принцип унифицированности позволит сократить время и исключить ошибки при работе в ГИС.

В настоящее время применение ГИС в Министерстве здравоохранения РФ проводится в основном на региональных уровнях, данных о разработке целостной структуры пользования геоинформационных систем федерального назначения в здравоохранении не найдено. Так, на базе СПб ГУЗ «Медицинский информационно-аналитический центр» была разработана «Геоинформационная система здравоохранения Санкт-Петербурга» [64]. Специалистами ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» МЗ РФ проведен анализ распространенности острого инфаркта миокарда с последующим проведением территориального ранжирования районов Саратовской области [65]. Коллективом авторов ООО «Русскарт» и МГУ имени М.В. Ломоносова проведена попытка оптимизации медицинского обслуживания на примере расположения родильных домов г. Москвы [66]. Специалистами МЗ Ставропольского края совместно с ГБУЗ СК «Медицинский информационно-аналитический центр» и ФБГОУ ВО «Ставропольский государственный университет» проведен комплексный анализ социально-демографического потенциала городов и районов Ставропольского края [67]. На базе ФБУН «РостовНИИ микробиологии и паразитологии» Роспотребнадзора, в лаборатории санитарной микробиологии водных объектов и микробной экологии человека в рамках работы НИР «Совершенствование санитарно-эпидемиологического мониторинга бактериального загрязнения водных объектов с применением информационно-аналитических программных комплексов на основе геоинформационных систем мониторинга с целью управления рисками здоровью человека (2021–2025 гг.)» разработан научно обоснованный алгоритм принятия решения на основе геоинформационных систем с целью недопущения распространения водообусловленных инфекций [68–69]. Он войдет в основу комплексной программы для ЭВМ «Программа по оценке микробного риска здоровью населения от возникновения кишечных инфекций бактериальной этиологии, ассоциированных с водным фактором WR», находящейся в настоящее время в разработке.

Научно обоснованный алгоритм позволит сформировать дорожную карту между всеми этапами эпидемиологического анализа по оперативному выявлению и предотвращению санитарно-бактериологического загрязнения водных объектов. Кроме того, в настоящее время проводится моделирование как дополнительных, так и самостоятельных элементов состояния окружающей среды, в том числе оценка здоровья населения с возможностью установления корреляции между различными факторами воздействия. Данная разработка формируется на основе Приказа Роспотребнадзора от 30.12.2005 № 810 «О перечне показателей и данных для формирования Федерального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга»¹¹, что соответствует принципу государственности и принадлежности к исполнительной системе по недопущению ухудшения санитарно-эпидемиологического благополучия населения страны.

Несмотря на найденное решение задач по своевременному совершенствованию санитарно-эпидемиологического контроля водообусловленных инфекций существует ряд проблем, одна из которых заключена в территориальной и технической разобщенности между масштабами территорий и своевременной обработкой больших объемов данных, связанных с осуществлением федерального государственного санитарно-эпидемиологического надзора. Наблюдается несогласованность в реализации современной научно обоснованной системы принятия решений в структурах Роспотребнадзора, органах здравоохранения и других службах, имеющих отношение к санитарно-эпидемиологическому состоянию окружающей среды и здоровья населения.

В данном случае именно автоматизация предполагает возможность координации и совместного использования комплекса технических, программных, организационных и иных средств с целью полного или частичного изолирования человека от непосредственного участия в получении, передаче, хранении и обработки информации [70–71]. Для реализации данных требований, необходимо разработать технологически согласованную современную сеть, обеспечивающую как централизованный, так и децентрализованный формат работы ГИС с учетом взаимосвязанной скоординированной деятельности различных ведомственных структур. Особенно это актуально в случае контроля выявляемости возбудителей особо опасных инфекций, когда децентрализованный формат работы невозможен, в связи с утратой требования защищенности. Также необходимо ввести возможность работы в онлайн-режиме для предотвращения чрезвычайных ситуаций в области санитарно-эпидемиологического благополучия населения [72]. При ликвидации чрезвычайной ситуации, связанной с водными объектами, планируется проведение ряда мероприятий по усовершенствованию маршрутизации, последовательности действий согласно перечню основных направлений реагирования на вспышки инфекционных заболеваний¹². В связи с вышесказанным проектируемая ГИС должна удовлетворять таким требованиям, как достоверность в консолидации информации, защищенность, оснащенность, стандартизации и возможность прогрессирования.

Для устранения возможных угроз фальсификации и подлога данных, в том числе исключения гипо- или гиперпрогностического результата, необходимо формирование единого внешнего государственного контрольного органа верификации данных ГИС «Состояние окружающей среды РФ», включающего работу всех ведомств¹³ [73][74]. В данный момент единый внешний контроль о состоянии окружающей среды отсутствует, поэтому каждое ведомство в рамках законодательства РФ вынуждено формировать местные, локальные нормативные акты для информирования органов власти. Например, в структуре Роспотребнадзора такая деятельность регламентируется Приказом Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека от 5 декабря 2006 г. № 383 «Об утверждении порядка информирования органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций и населения о результатах, полученных при проведении социально-гигиенического мониторинга»¹⁴. Данный приказ позволяет обозначить рамки предоставления информации о состоянии объектов окружающей среды по форме, времени и порядку информирования как в мирное время, так и при чрезвычайных ситуациях.

Следует отметить, что при чрезвычайных ситуациях или боевых действиях в условиях недостаточного количества времени возможность проверки данных на предмет ошибки или даже фальсификации стремительно снижается до нуля, а стоимость затрат времени может измеряться не только деньгами, но прежде всего человеческими жизнями. В связи с этим необходимо прибегнуть к современным криптографическим способам защиты информации, позволяя сохранить конфиденциальность и повысить скорость обработки полученных данных¹⁵ [75][76]. Так, для осуществления входа в ФИФ СГМ ФБУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии» требуется односторонняя авторизация, т. е. введение логина и пароля. При этом данная уязвимость присутствует и в других организациях на таких важных этапах работы, как формирование и передача отчетной документации в федеральные центры. Однако при входе в личный кабинет сотрудника той же организации, но на другом сайте¹⁶ используются протоколы безопасности ПАКМ «КриптоПРО HCM» версии 2.0, что уже является достаточно сложной задачей для взлома киберпреступниками^17,18. Внедрение аналогичных программ, соответствующих требованиям средств криптографической защиты информации на всех ступенях работы организаций, осуществляющих сбор и передачу информации о санитарно-эпидемиологическом, экологическом состоянии окружающей среды, позволит уберечь утечку или фальсификацию данных.

Обсуждение. В сфере современных технологий применение геоинформационной системы является если не единственным, то одним из информационно-значимых инструментов, позволяющих объединить, систематизировать, проанализировать и обосновать возможность возникновения водообусловленных инфекций. Существование такой системы позволит осуществить бактериологический мониторинг как на региональном, так и федеральном уровнях, решая разнообразный спектр задач, одной из которых является оценка инфекционной заболеваемости, связанной с детекцией санитарно-значимых и потенциально-патогенных микроорганизмов, выделенных из водных источников. При этом проектируемая ГИС должна удовлетворять требованиям достоверности информации, оснащенности, стандартизации и возможности прогрессирования. Внедрение программ, работающие согласно протоколам безопасности ПАКМ «КриптоПРО HCM», осуществляющих сбор и передачу информации о санитарно-эпидемиологическом, экологическом состоянии окружающей среды, позволит не допустить утечку и/или фальсификацию данных. ИС ИКК является удачным решением для формата работы в режиме интерактивной карты качества питьевой воды РФ, но стоит отметить, что ряд регионов несвоевременно вносит результаты лабораторных исследований питьевой воды, а в некоторых регионах перечень проводимых исследований достаточно сокращен. Ввиду этого заявленный риск-ориентированный надзор ретроспективных данных о качестве питьевой воды в отдельных субъектах РФ некорректен, но при модернизации административно-исполнительной функции ведомств в отношении работы с ИС ИКК описываемая проблема будет устранена.

Заключение. Одним из эффективных показателей работы отдельных ведомств является скоординированная деятельность в отношении ликвидации и профилактики инфекционных заболеваний. Учитывая современные тенденции урбанизации, в том числе нарастание экологических проблем, реализация ГИС как в здравоохранении, так и в структуре Роспотребнадзора может обеспечить эффективный подход в области профилактики заболеваний, в том числе ассоциированных с водным путем передачи. В данном случае взаимосвязь геоэкологических показателей с одновременным учетом инфекционной составляющей содействует не только урегулированию экологических проблем, но и охране здоровья населения, обеспечивая эпидемиологический контроль за санитарным состоянием наблюдаемого субъекта.