Оценка риска осложнения эпидемиологической ситуации по сибирской язве с использованием многофакторного анализа и геоинформационных технологий на примере Свердловской области

Введение. Сибирская язва, особо опасное заболевание, общее для человека и животных, ежегодно регистрируется в Российской Федерации [1]. Сибиреязвенные эпизоотии сельскохозяйственных животных (СХЖ), исторически фиксирующиеся на преобладающей территории России, сопровождались появлением множества стойких почвенных очагов инфекции (за счет способности Bacillus (В.) anthracis к формированию спор) с высоким потенциалом повторной активизации [2–6]. В соответствии со справочной информацией, в Российской Федерации зарегистрировано не менее 37 000 стационарно неблагополучных по сибирской язве пунктов (СНП), активных в XIX–XXI вв. более 72 000 раз¹.

Свердловская область – один из крупнейших субъектов Российской Федерации (16-е место по площади территории среди всех регионов России), входящий в состав Уральского федерального округа (УФО) и занимающий северную и среднюю части Уральских гор, западные окраины Западно-Сибирской равнины. Свердловская область отличается высокой численностью (5-е место по России) и плотностью населения (45-е место), является ведущим промышленным центром и значимым транспортно-логистическим узлом страны. В рамках административно-территориального устройства этот субъект УФО включает 30 районов, 25 городов областного значения (г.о.з.), 4 закрытых административно-территориальных образования (ЗАТО)².

Сибирская язва на Урале в прошлом – не редкость. На территории современной Свердловской области отмечались масштабные эпизоотии, прежде всего связанные с широким развитием в регионе скотоводства и табунного коневодства в XVIII–XIX вв.^{3 4}, и эпидемические проявления сибиреязвенной инфекции [7–14].

Вопросы оценки эпизоотолого-эпидемиологической ситуации по сибирской язве с анализом потенциальных рисков ее осложнения на тех или иных территориях Российской Федерации представляют важное направление современных исследований, способствующих совершенствованию всей системы надзора за инфекцией [5][15–18]. Ранее нами была разработана методика многофакторного ранжирования административно-территориальных единиц (АТЕ) субъектов страны по степени риска осложнения ситуации по сибирской язве [19]. Данная методика подразумевает расчет ранговых величин характеристик СНП и нахождение суммарных рейтингов (∑R_1–8) по каждой АТЕ. Наличие в регионах различного количества АТЕ отражается на значениях ∑R_1–8, что в итоге не позволяет сравнивать риски в АТЕ, относящихся к разным субъектам. Поэтому с целью возможности проведения сравнительного анализа различных территорий по степени риска осложнения ситуации целесообразна оптимизация и унификация методики.

Важную роль в совершенствовании эпизоотолого-эпидемиологического надзора за сибирской язвой играют технологии геоинформационных систем (ГИС), обеспечивающие разностороннее и качественное изучение данных, повышение эффективности реагирования на вспышки заболевания и реализации профилактических мероприятий [20–23]. В связи с неблагополучием Свердловской области по сибирской язве в прежние годы, актуально ранжирование территории этого региона по степени риска активизации инфекции с использованием современных информационных подходов.

Цель исследования – оценить риски осложнения эпидемиологической ситуации по сибирской язве по результатам ранжирования с применением оптимизированной методики многофакторного анализа и геоинформационных технологий на примере Свердловской области.

Материалы и методы. В процессе исследования использованы актуализированные данные Управления Роспотребнадзора по Свердловской области по сибирской язве в регионе, архивные, справочные материалы. Имеющиеся сведения о СНП были систематизированы в виде геоинформационных баз данных MS Excel, актуализированы (административная принадлежность, наименования СНП, годы проявления их активности, данные о количестве случаев заболевания животных и людей, географические координаты расположения СНП и др.) и соотнесены в ГИС-программе ArcGIS 10 с административной картой региона для изучения активности СНП, рисков по инфекции и др. [15][19][20][23].

В основе предложенной методики ранжирования административных территорий субъектов Российской Федерации положен анализ оптимального набора основных характеристик СНП, при совокупном учете которых рассчитываются ранговые показатели относительно каждой АТЕ субъекта: количество (ранг R₁), число лет активности (R₂) и кратность активности (R₅) СНП, количество активных СНП (R₃) и число лет их активности (R₄) за последние 10 лет, плотность (R₆) и удельный вес (R₇) СНП, индекс эпизоотичности (R₈) (обобщенный показатель неблагополучия АТЕ, напряженности ситуации, учитывающая как долю СНП, так и степень проявления их активности) [19].

Суммарный рейтинг рангов факторов по каждой АТЕ вычисляется по формуле (1):

∑R_1–8 = R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + R₅ + R₆ +R₇ + R₈ (1)

Представленная методика ранжирования регионов России предполагает учет числа выделенных внутрисубъектных территорий районов, городских округов и т. п., что ведет к прямой зависимости между значениями рангов факторов риска R₁–R₈ и общим количеством имеющихся в субъекте АТЕ. С целью приведения методики к унифицированному виду и возможности объективного сравнения потенциальных рисков по сибирской язве в пределах АТЕ субъектов, значительно различающихся составом и общим числом административных территорий, на примере ранжирования Свердловской области были введены поправочные (выравнивающие) коэффициенты (k_n) к ∑R_1–8, позволяющие анализировать результаты ранжирования по единой шкале оценки степени риска. В зависимости от количества АТЕ в субъектах присваиваются поправочные коэффициенты k_n от 1,25 до 2,75. Для Свердловской области применен поправочный коэффициент k_n = 2,75. Суммарный рейтинг (∑R_{1–8 корр.}) с учетом поправочного коэффициента (k_n) рассчитывается по формуле (2):

∑R_{1–8 корр.}= (R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + R₅ + R₆ + R₇ + R₈) : k_n (2)

Ранжирование субъектов с учетом выравнивающих коэффициентов допускает распределение АТЕ регионов на 4 группы по степени риска в отношении сибирской язвы. Низкий риск (группа 1) – суммарный рейтинг (∑R_{1–8 корр.}) от 0 до 49,9; средний риск (группа 2) – суммарный рейтинг (∑R_{1–8 корр.}) от 50,0 до 99,9; высокий риск (группа 3) – суммарный рейтинг (∑R_{1–8 корр.}) от 100,0 до 149,9; очень высокий риск (группа 4) – суммарный рейтинг (∑R_{1–8 корр.}) 150,0 и более.

Результаты ранжирования визуализировались на электронной карте субъекта в среде ArcGIS 10. Статистическая обработка выполнялась в MS Excel.

Результаты. По актуализированной информации, на территории Свердловской области насчитывается 372 СНП в 36 из 59 АТЕ (11 г.о.з. и 25 районах), активных в 1900–1984 гг. Большинство пунктов, 221 СНП (59 %), локализовано в 7 районах: Слободо-Туринском (43 СНП), Тугулымском (42), Туринском (31), Ирбитском (29), Камышловском (26), Алапаевском (25), Таборинском (25). Неблагополучными по сибирской язве являются также такие крупные города области, как Екатеринбург, Нижний Тагил, Алапаевск и др. На остальных территориях (24 АТЕ) СНП не обнаружены.

С 1900 г. в регионе сибирская язва отмечалась 595 раз с выраженным преобладанием в 1930–1939 гг. (110 активных СНП/125 вспышек) и 1940–1949 гг. (190/257) (см. рис. 1). Наибольшая частота проявлений инфекции зарегистрирована в Слободо-Туринском (всего 74 вспышки, 34 из них в 1944 г.), Алапаевском (70 очагов, 46 из которых – в 1940–1949 гг.) и Тугулымском (65 вспышек, 37 – в 1939 г.) районах. Последние вспышки зафиксированы в г.о.з. Алапаевске и Белоярском районе в 1984 г.

Согласно имеющимся данным, с 1900 по 1984 г. в 24 АТЕ сибирской язвой заболело не менее 3075 голов (гол.) СХЖ: 1362 лошади, 1260 гол. крупного рогатого скота (КРС), 415 гол. мелкого рогатого скота (МРС), 38 свиней. Значительное количество пораженных СХЖ наблюдалось в Богдановичском районе (более 1803 гол.) и г.о.з. Березовском (720).

Архивные сведения о случаях заболевания сибирской язвой людей в Свердловской области ограничены данными за определенные периоды. В 1908–1979 гг. заражения людей наблюдались в 37 населенных пунктах области с наибольшим числом в 1920–1942 гг. (70 % всех случаев). С 1920 по 1960 г. сибиреязвенная инфекция подтверждена у 856 человек. Случаи болезни людей учтены в 1927, 1945, 1946, 1950, 1974 гг. Также в процессе вспышки сибирской язвы в г. Свердловске в 1979 г. в результате реализации аспирационного механизма передачи возбудителя в инфекционный процесс были вовлечены 96 человек с развитием легочной формы болезни и свыше 60 СХЖ^2 3 [7–14].

После 1979 г. в Свердловской области сибирская язва у людей не отмечалась, а последние зафиксированные случаи среди СХЖ наблюдались в 1983–1984 гг.

На основе оценки ∑R_{1–8 корр.}, с применением ArcGIS 10 произведено ранжирование АТЕ Свердловской области по степени риска осложнения ситуации по сибирской язве. Поскольку в состав субъекта включены 59 АТЕ, среди которых СНП отсутствуют среди более 30 % АТЕ, то при расчете ∑R_{1–8 корр.} использован поправочный коэффициент k_n = 2,75. В результате административные территории области распределились на три группы с низким, средним, высоким потенциальным риском, при этом АТЕ очень высокого риска (∑R_{1–8 корр.} = 150,0 и более) в данном регионе УФО не представлены (см. табл. и рис. 2).

Группа с низкой степенью риска включает 23 АТЕ, в которых сибирская язва не регистрировалась, СНП отсутствуют.

К группе средней степени риска отнесены 11 АТЕ (4 г.о.з. и 7 районов) с 18 СНП, активными в течение 1927–1984 гг. (22 вспышки). Известно о заболевании 25 КРС, 44 МРС, 1 свиньи, 12 лошадей в 5 АТЕ (г.о.з. Карпинск, г.о.з. Полевской, Белоярский, Верхотурский, Серовский районы). После 1960 г. активность проявляли 2 СНП Белоярского района – это с. Некрасово (1965 г.) и с. Камышево (1979 г., 1984 г.). Среди АТЕ второй группы более высокие значения суммарного рейтинга (∑R_{1–8 корр.} ≥ 91,45) получены для Пышминского (2 СНП/2 вспышки), Шалинского (3/3), Белоярского (3/4) районов.

Группа высокого риска объединяет 25 АТЕ (7 г.о.з. и 18 районов), в т. ч. г. Екатеринбург и Сысертский район, пострадавшие от вспышки сибирской язвы 1979 г. АТЕ этой группы локализуются на юге, юго-востоке и востоке области. Здесь расположено 354 СНП с 573-кратной активностью (максимум – в 1940–1949 гг.) и заболеванием сибирской язвой свыше 2900 СХЖ; из них более 790 КРС, 1200 лошадей – в Богдановичском районе в 1927–1930 гг. Крупная вспышка произошла в 1950 г. в п. Ключевске (г.о.з. Березовский) с вовлечением в эпизоотический процесс 425 КРС, 267 МРС, 20 свиней, 8 лошадей. Значительное неблагополучие отмечено в Ирбитском (∑R_{1–8 корр.} = 140,7), Камышловском (136,7), Слободо-Туринском (148,7), Тугулымском (143,3), Туринском (139,5) районах, где находится до 46,5 % СНП региона и зарегистрировано 43,5 % всех сибиреязвенных очагов. С учетом ранговых величин R_1, R₂, R_5-8 (R_ср. = 58,2) лидирует Слободо-Туринский район, в пределах которого учтено преобладающее количество СНП (43), кратность их активности (74 очага), присутствуют наиболее высокие риски осложнения ситуации по инфекции.

Характер пространственного распределения СНП, сохранение потенциальной активности расположенных на их территории сибиреязвенных почвенных очагов, эпизоотические проявления инфекции зависят от климатических, почвенных условий среды, эрозионных, антропогенных факторов [3, 4, 8, 24, 25]. Несмотря на то что эти природные факторы риска не представлены в используемой методике ранжирования, нами проведен анализ соотнесения расположения СНП с разными типами почв и ландшафтов для изучения возможности использования данного критерия при определении территорий с более высоким риском проявления инфекции.

Свердловская область находится в трех природных районах – Восточно-Европейском равнинном, Западно-Сибирском равнинном, Уральском равнинно-горном. Климат умеренно холодный, континентальный, до 80 % всей территории входит в таежную зону, на юго-востоке, крайнем юго-западе региона встречаются участки лесостепей. В Свердловской области имеется порядка 35 типов почв.

В результате соотнесения локализации СНП с зонами различных почвенно-ландшафтных типов показано, что до 340 СНП высокой (325 СНП) и средней (15) групп риска представлены на территориях, наиболее благоприятных для существования B. anthracis: широколиственные, таежные, лесостепные ландшафты в сочетании с дерновыми, серыми лесными, пойменными черноземными типами почв с содержанием гумуса до 6–10 %. Климатические условия перечисленных природных зон заметно более мягкие, чем в западных, северных, северо-восточных районах области.

АТЕ с низкой, средней степенью риска занимают обширные северные, западные территории, где отмечается суровый климат, повышенная кислотность с застойной переувлажненностью почв, содержание гумуса в почвах не превышает 2–5 %.

Обсуждение. Учет СНП и мониторинг их активности являются важным компонентом эпидемиологического надзора за сибирской язвой. Длительное сохранение в почве жизнеспособности спор B. anthracis обусловливает актуальность ретроспективных данных об активности инфекции, поэтому наличие СНП расценивается как значимый фактор потенциального риска осложнения ситуации по сибирской язве.

В процессе анализа ретроспективных проявлений инфекции в Свердловской области в 1900–1989 гг. отмечено, что динамика активности сибирской язвы претерпевала заметные изменения, а наиболее неблагополучным оказался период 1930–1949 гг. (382 вспышки). Сравнительно невысокое число активных СНП и вспышек до 1930-х гг. может указывать на отсутствие полных, официально задокументированных данных о реальных масштабах сибиреязвенных проявлений. Вводимая в СССР в 1950-х гг. плановая вакцинация восприимчивых СХЖ и становление государственного санитарного-эпидемиологического и ветеринарного надзора обеспечили достоверное снижение общего количества вспышек, а дальнейшее усовершенствование деятельности надзорных служб с ежегодной вакцинацией СХЖ привели к снижению заболеваемости данной инфекцией до спорадического уровня и прекращению ее регистрации после 1984 г. В связи с этим, все 372 СНП Свердловской области – это старые и неманифестные пункты [3].

Изучение особенностей активности сибирской язвы за весь период ее регистрации в Свердловской области в сочетании с многофакторным ранжированием АТЕ субъекта по степени риска осложнения ситуации в отношении сибирской язвы проведены впервые. Ранжирование с учетом ∑R_{1–8 корр.} позволило скорректировать имеющуюся методику многофакторного анализа и выделить в Свердловской области три группы АТЕ с низкой (23 АТЕ), средней (11) и высокой (25) степенью риска. В Ирбитском, Камышловском, Туринском, Слободо-Туринском, Тугулымском районах, где актуализировано не менее 45 % всех СНП с максимальным суммарным рейтингом (∑R_{1–8 корр.} ≥ 136,7), выявлены более высокие риски осложнения ситуации. При относительном благополучии региона по инфекции с отсутствием вспышек за последние 40 лет потенциальные риски осложнения ситуации определены для обширных территорий, относящихся к группам среднего и высокого риска и составляющих до 60 % всех АТЕ области (преимущественно в южных и восточных частях региона). Значительные проявления сибиреязвенного неблагополучия в прошлом и наибольшие риски осложнения ситуации в настоящее время установлены в 5 районах третьей группы, отличающихся максимальными абсолютными и ранговыми величинами количества, кратности активности СНП и связанными с ними расчетными показателями. Однако и в АТЕ среднего риска также возможна активизация болезни, что связано, со «вскрытием» почвенных очагов сибирской язвы в результате воздействия антропогенных (неполный охват вакцинацией СХЖ и др.) и природных (климатические изменения и др.) факторов. Результаты закономерностей расположения СНП в целом показали приуроченность локализации АТЕ, входящих в группу высокого риска, к территориям с преобладанием типов почв, благоприятных для поддержания жизненного цикла B. anthracis.

Введение в разработанную методику ранжирования поправочных (выравнивающих) коэффициентов к ∑R_1–8 на примере Свердловской области позволило усовершенствовать, унифицировать данную методику с возможностью межсубъектного сравнения и анализа рисков по инфекции.

Заключение. Проведенный ретроспективный анализ ситуации по сибирской язве в Свердловской области показал, что в настоящее время в данном субъекте наблюдается относительное благополучие по инфекции, свидетельствующее о действенной системе надзора и профилактики сибирской язвы, реализующейся в регионе, на фоне наличия факторов риска ее осложнения.

Использование среды ГИС позволяет изучить особенности активности СНП, связь их размещения и экологической приуроченности в пределах районов (городских округов) с условиями среды (климатическими, почвенно-ландшафтными и др.), а также характер расположения АТЕ разных групп риска с природными факторами. Данные факторы могут рассматриваться в качестве дополнительных критериев, определяющих способность B. anthracis к длительной жизнеспособности в почве, для более полной оценки рисков.

Реализация результатов многофакторного ранжирования в сочетании с ГИС обеспечат повышение эффективности эпидемиологического надзора за сибирской язвой.