Прогнозирование инфекционной заболеваемости: новые подходы

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИНФЕКЦИОННОЙ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ: НОВЫЕ ПОДХОДЫ

Е.И. Болотин, Г.Ш. Цициашвили, В.Ю. Ананьев PROGNOSIS OF INFECTION DISEASIS: NEW ASPECTS

E.I. Bolotin, G.Sh. Tziziashvili, V.Y. Ananiev

Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Институт прикладной математики ДВО РАН, ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Приморском крае», г. Владивосток

На основании разработанной методики факторного прогнозирования критических уровней инфекционной заболеваемости, были получены содержательные прогнозные оценки для территорий различного пространственного ранга. Верификация результатов прогнозирования показала их достаточно высокую степень точности

On a basis of a developed method of critical levels factor prognosis for infection diseases a reasonable estimate for territories of different area rank during three year period is obtained. A verification of prognosis result showed their sufficiently high accuracy.

Центральным моментом используемого в работе «факторного» подхода явилась идея прогнозирования с помощью различных факторов-экспертов не конкретных тех или иных абсолютных эпидемиологических показателей, а возможности прогнозирования достижения

определенных уровней (порогов) заболеваемости, которые могли быть выше или равными, некоторой критической линии, задаваемой исследователем. Реализация такой постановки задачи принципиально важна как в чисто содержательном плане, так и методически.

16

ЗНиСО

МАЙ №5

Во-первых, данная задача теснейшим образом связана с основной задачей эпидемиологической службы страны и ее региональных подразделений по мониторингу, а также прогнозированию превышения эпидемических порогов заболеваемости; во-вторых, определенным образом снимает существующую чрезвычайно острую проблему нелинейности связей воздействующих факторов и прогнозируемого явления; в-третьих, предлагаемый способ реализации данной задачи имеет универсальный характер и может использоваться значительно шире, т. е. не только в эколого-эпидемиологических исследованиях для прогнозирования инфекционных и соматических патологий, но и в других научных областях.

Прежде чем говорить о полученных результатах, необходимо отметить следующее принципиальное вводное положение, а именно: осуществляя прогноз и исходя из нынешнего уровня наших системных знаний, возможно пока работать лишь по принципу так называемого «черного ящика», поскольку приходится иметь дело с чрезвычайно сложными антропо-паразитарными системами, интегрирующими в себе практически бесконечное число компонентов и их состояний. Для этих многокомпонентных сложных систем в настоящее время даже приблизительно не установлена реально существующая структура и иерархия экологических связей, которая могла бы практически использоваться для прогнозов.

В данной работе в качестве воздействующих механизмов используются только эпидемиологические факторы, т. е. многолетние ряды заболеваемости теми или иными патологиями, сопоставляемые с прогнозируемыми нозоформами. Естественно, такой подход не отвергает возможность использования и других потенциальных воздействующих факторов (экологических, социально-гигиенических, экономических и т. д.), а всего лишь обозначает нынешнюю расстановку приоритетов в выборе этих факторов. Ранее было показано, что прогнозирование по эпидемиологическим параметрам характеризуется достаточно высокой степенью точности, а, следовательно, представляет собой хорошую основу и перспективу для прогнозирования возможных эпидемиологических ситуаций.

В данном исследовании несколько модифицирована методика прогнозирования и одновременно значительно расширилась область ее применения.

Во-первых, при прогнозировании были использованы уже не только сопутствующие инфекции, сходные по характеру динамики с прогнозируемой нозоформой, но и непосредственно сами временные динамические ряды прогнозируемых болезней. Таким образом, увеличивалось число воздействующих факторов на один экспертный голос, что, как показали вычислительные эксперименты, улучшало качество прогнозирования.

Во-вторых, прогнозирование осуществлялось для территорий различного пространственного ранга, т. е. было реализовано не только в отношении территории Приморья, но и отдельно для г. Владивосток - самого большого населенного пункта, в котором сосредоточено треть населения края. Кроме того, применяя данную методику, была впервые осуществлена попытка прогнозирования преодоления критических порогов заболеваемости и для России в целом.

В-третьих, использовались разные длины временных рядов прогнозируемых и сопутствующих инфекций, в частности, отдельно применялись временные ряды с 1990 г. и более короткие — с 1995 г. и по настоящее время.

В-четвертых, значительно расширился спектр прогнозируемых и верифицируемых лет. В частности в данной работе осуществлялся прогноз и его проверка уже не для одного года (как это было сделано ранее), а для трех лет - с 2006 по 2008 гг.

В итоге проведенных исследований была получена значительная масса весьма существенных прогнозных данных, которые в силу ограниченных рамок данной статьи не могут быть широко представлены. В настоящей публикации приводятся лишь 3 примера результатов осуществленного прогнозирования по Приморскому краю, Владивостоку и в целом по России.

Следует отметить, что вычислительные машинные эксперименты-расчеты по прогнозированию были реализованы в отношении двадцати четырех (Приморский край и Владивосток) и двадцати нозоформ (Россия), объединенные в 4 группы, сходные по характеру многолетней динамики и выявленные ранее методом кластеризации. Таким образом, в первом случае, в первую группу вошло 6 нозо-форм, во вторую — 7, в третью - 6 и в четвертую - 5, а во втором - 6, 4, 6 и 4 нозоформы соответственно (табл. 1—3).

Качество прогнозирования оценивалось по 4-балльной системе. Так, высший балл (3),

Таблица 1. Прогнозирование достижения критического уровня заболеваемости и качество прогноза для Приморского края в 2006—2008 гг. по группам инфекций

Нозоформы Критический уровень (на 100 тыс.) Истинный уровень заболеваемости соответственно в 2006-2008 гг. Прогноз (число голосов «за») в 2006-2008 гг. Качество прогноза (в баллах) в 2006-2008 гг.

ГЛПС 3.5 2.3; 2.7; 2.3 2; 3; 1 2 1; 2

Клещевой энцефалит 6.5 3.4; 2.3; 1.3 0; 3; 1 3 1; 2

Псевдотуберкулез 29.0 5.1; 3.5; 3.0 2; 1; 2 2; 2; 2

Сальмонеллез 44.0 45.5; 38.0; 48.0 5; 3; 3 2 1; 1

Болезнь Лайма 9.0 10.5; 8.2; 6.4 4; 4; 1 2; 0; 2

Клещевой риккетсиоз 10.0 5.9; 3.6; 3.3 0; 3; 1 3 1; 2

Гонорея 149.0 46.9; 46.8; 47.2 2; 3; 2 2; 2; 2

Сифилис 200.0 86.5; 77.8; 89.9 1; 0; 1 2; 3; 2

Аскаридоз 192.0 121.9; 114.7; 113.5 2; 3; 3 2; 2; 2

Энтеробиоз 630.0 121.5; 117.0; 115.0 2; 2; 2 2; 2; 2

Педикулез 300.0 108.5; 102.0; 93.0 2; 2; 2 2; 2; 2

Чесотка 250.0 149.7; 163.0; 162.2 2; 3; 3 2; 2; 2

ОРЗ 15700 13660; 15400; 14800 2; 3; 2 2; 2; 2

Коклюш 9.0 1.6; 1.7; 1.9 0; 0; 0 3; 3; 3

Менингококковая инфекция 5.2 3.5; 3.3; 3.0 0; 0; 0 3; 3; 3

Скарлатина 25.0 9.5; 8.9; 10.5 1; 1; 1 2; 2; 2

Туберкулез 120.0 135.1; 141.7; 198.8 2; 3; 3 0 1; 1

Дизентерия 190.0 55.5; 41.4; 24.9 0; 0; 0 3; 3; 3

Грипп 1600.0 0.1; 4.0; 8.7 0; 0; 0 3; 3; 3

Краснуха 190.0 34.8; 10.5; 3.8 0; 0; 0 3; 3; 3

Ветряная оспа 600.0 619.8; 697.0; 667.0 2; 1; 3 0; 0; 2

Инфекционный мононуклеоз 8.0 11.9; 9.3; 9.6 3; 1; 3 2; 0; 2

Гепатит «А» 176.0 17.4; 3.2; 4.0 1; 0; 0 2; 3; 3

Гепатит «В» 50.0 11.2; 7.2; 6.1 0; 0; 0 3; 3; 3

обозначал правильный прогноз ситуации всеми голосами-экспертами, приемлемый балл (2) — правильный прогноз большинством голосов, неопределенный балл (1) — правильный прогноз половиной голосов и неудовлетворительный балл (0) — правильный прогноз меньшинством голосов.

Также в таблицах представлены результаты прогнозирования и качество прогноза за трехлетний период в Приморском крае, во Владивостоке и в целом по России. Поскольку качество прогнозирования при использовании временных рядов разных длин оказалось практически одинаковым, поэтому представлены результаты прогнозирования более длинных рядов — с 1990 г. и по настоящее время.

Анализируя данную таблицу, отражающую результаты прогнозирования по Приморскому

краю, можно отметить следующее: из 24 прогнозируемых нозоформ для 7 патологий (коклюш, менингококковая инфекция, дизентерия, грипп, краснуха, гепатиты А и В) качество прогнозирования оказалось максимально положительным. К этому следует добавить, что еще для 12 заболеваний прогноз был приемлемым, а лишь 5 нозоформ прогнозировались в среднем неопределенно (сальмонеллез, болезнь Лайма, инфекционный мононуклеоз, туберкулез и ветряная оспа), из которых для двух последних прогнозирование оказалось вообще неудовлетворительным.

Качество прогнозирования по г. Владивосток (табл. 2) несколько отличается от прогнозирования по Приморскому краю и характеризуется тем, что число нозоформ с приемлемым прогнозом резко снизилось (с 12 до 7), одна-

Таблица 2. Прогнозирование достижения критического уровня заболеваемости и качество прогноза для г. Владивосток в 2006—2008 гг. по группам инфекций

Нозоформы Критический уровень (на 100 тыс.) Истинный уровень заболеваемости соответственно в 2006—2008 гг. Прогноз (число голосов «за») в 2006—2008 гг. Качество прогноза (в баллах) в 2006—2008 гг.

ГЛПС 6.7 9.9; 3.9; 4.9 4; 4; 5 2; 0; 0

Клещевой энцефалит 6.7 2.5; 2.4; 1.7 3; 3; 3 1 1; 1

Псевдотуберкулез 38.5 4.7; 2.9; 2.1 3; 1; 1 1; 2; 2

Сальмонеллез 80.0 61.9; 56.0; 55.0 1; 1; 0 2; 2; 3

Болезнь Лайма 13.0 15.0; 13.2; 9.9 4; 4; 5 2; 2; 0

Клещевой риккетсиоз 6.0 3.0; 1.8; 1.1 3; 3; 3 1 1; 1

Гонорея 143.0 41.9; 40.9; 35.7 2; 2; 2 2; 2; 2

Сифилис 200.0 56.8; 52.4; 68.2 0; 0; 0 3; 3; 3

Аскаридоз 300.0 153.5; 129.2; 130.9 2; 2; 2 2; 2; 2

Энтеробиоз 530.0 68.6; 55.0; 50.0 2; 2; 2 2; 2; 2

Педикулез 300.0 82.7; 89.0; 88.0 2; 2; 2 2; 2; 2

Чесотка 250.0 155.7; 182.0; 173 0; 0; 0 3; 3; 3

ОРЗ 17000 14300;15100;14700 2; 2; 2 2; 2; 2

Коклюш 9.0 1.3; 2.1; 3.0 0; 1; 1 3; 2; 2

Менингококковая инфекция 6.3 4.5; 7.7; 3.7 0; 2; 3 3 0; 1

Скарлатина 20.0 6.7; 6.2; 9.4 1; 0; 2 2; 3; 2

Туберкулез 93.0 102.0; 107.0; 115.0 2; 2; 3 0 0; 1

Дизентерия 190.0 86.4; 75.2; 46.1 0; 1; 0 3; 2; 3

Грипп 1500.0 0.3; 10.8; 27.6 0; 1; 0 3; 2; 3

Краснуха 190.0 34.9; 8.7; 1.7 0; 0; 0 3; 3; 3

Ветряная оспа 490.0 734.6; 613.0; 683.0 2; 1; 3 0; 0; 2

Инфекционный мононуклеоз 19.2 19.3; 19.1; 21.7 2; 1; 3 0; 2; 2

Гепатит «А» 140 12.9; 3.4; 3.8 0; 0; 0 3; 3; 3

Гепатит «В» 70.0 11.5; 5.6; 6.8 0; 0; 0 3; 3; 3

ко одновременно возросло число патологий с правильным и плохим прогнозом. Другими словами, все 24 нозоформы достаточно четко разделились на три практически равные группы по критерию качества прогноза.

Анализ табл. 3 отражает результаты прогнозирования в целом по России, показывает определенное ухудшение качества прогнозирования на фоне регионального прогноза, т. е. города или края. Так, из 20 прогнозируемых патологий только для 3 (грипп, краснуха, гепатит В) качество прогноза оказалось практически максимально положительным, а для 8 — плохим или практически полностью отрицательным (гонорея, педикулез, туберкулез, ветряная оспа).

Если в целом говорить о результатах прогнозирования по трем территориям, то можно

констатировать, что из 24 нозоформ в Приморском крае и во Владивостоке прогноз оказался положительным для 19 и 17 патологий соответственно, а в России из 20 нозоформ — для 11 патологий. Таким образом, наиболее качественный прогноз по всем инфекциям получен для территории Приморского края, а наименее качественный — для всей России. Однако следует подчеркнуть, что для прогнозирования возможных эпидемических ситуаций в России в силу определенных причин, использовалось меньше нозоформ, особенно по второй группе (табл. 3), что могло повлиять на уровень прогноза в сторону его ухудшения. Следует добавить, что качество реализуемого прогноза менялось по годам. Так, из трех прогнозируемых лет (2006—2008 гг.) наименее удачный прогноз для территории Приморско-

Таблица 3. Прогнозирование достижения критического уровня заболеваемости и качество прогноза для России в 2006—2008 гг. по группам инфекций

Нозоформы Критический уровень (на 100 тыс.) Истинный уровень заболеваемости соответственно в 2006-2008 гг. Прогноз (число голосов «за») в 2006-2008 гг. Качество прогноза (в баллах) в 2006-2008 гг.

ГЛПС 6.5 5.2; 3.6; 6.6 2; 4; 2 2; 0; 0

Клещевой энцефалит 5.5 2.4; 2.2; 2.0 2; 2; 2 2; 2; 2

Псевдотуберкулез 7.0 3.3; 3.3; 2.6 4; 3; 3 0; 1; 1

Сальмонеллез 60.0 32.0; 35.5; 35.7 1; 2; 1 2; 2; 2

Болезнь Лайма 5.4 5.2; 5.1; 5.4 2; 3; 3 2; 1; 1

Клещевой риккетсиоз 2.1 1.5; 1.5; 1.4 2; 2; 2 2; 2; 2

Гонорея 115.0 62.2; 58.6; 55.4 3; 3; 3 0; 0; 0

Сифилис 170.0 62.6; 59.0; 58.0 1; 1; 1 2; 2; 2

Аскаридоз нет данных

Энтеробиоз нет данных

Педикулез 210.0 199.0; 187.0; 201.0 3; 3; 3 0; 0; 0

Чесотка нет данных

ОРЗ 19300.0 18900; 19300;19300 3; 3; 3 0; 2; 2

Коклюш 20.0 5.7; 2.7; 2.5 2; 2; 2 2; 2; 2

Менингококковая инфекция 3.0 2.1; 1.9; 1.7 2; 2; 2 2; 2; 2

Скарлатина 52.0 29.7; 45.0; 35.0 2; 2; 2 2; 2; 2

Туберкулез 70.0 71.0; 74.1; 75.8 3; 1; 1 1; 0; 0

Дизентерия 120.0 25.1; 22.1; 18.1 2; 2; 2 2; 2; 2

Грипп 3000.0 350.0; 350.0; 224.0 0; 0; 0 3; 3; 3

Краснуха 300.0 92.6; 21.6; 6.8 1; 0; 0 2; 3; 3

Ветряная оспа 450.0 490.0; 600.0; 560.0 2; 1; 0 0; 0; 0

Инфекционный мононуклеоз нет данных

Гепатит «А» 100.0 15.6; 10.2; 8.1 1; 1; 0 2; 2; 3

Гепатит «В» 36.0 7.0; 5.3; 4.0 1; 0; 0 2; 3; 3

го края и Владивостока пришелся на 2007 г., а для территории России качество прогноза по годам практически не менялось.

Выводы. Таким образом, на основании разработанной методики факторного временного прогнозирования достижения критических уровней или эпидемиологических порогов инфекционной заболеваемости, были получены содержательные прогнозные оценки для территорий различного пространственного ранга

за трехлетний период. Реализованная верификация результатов прогнозирования показала его достаточно высокую степень точности. Следует подчеркнуть, что полученное высокое качество прогноза не является предельным. В принципе, оно может возрастать при использовании широкого спектра новых возможных сочетаний вариантов прогнозирования, которые, безусловно, будут внедряться при дальнейших исследованиях.