Об информационной технологии идентификации патогенных биологических агентов в окружающей среде при ликвидации чрезвычайной ситуации техногенного характера

УДК 356.33; 359.6

М.Ф. Баринов

ОБ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАТОГЕННЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ АГЕНТОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА

В статье приводится описание технологии идентификации патогенных биологических агентов в окружающей среде при ликвидации чрезвычайной ситуации техногенного характера на биологически опасных объектах с привлечением наиболее распространённых характеристик клинического проявления действия патогенных биологических агентов на организм человека. В основу данной технологии положен разработанный нами подход, включающий математический аппарат нечётких множеств.

Ключевые слова: патогенные биологические агенты; информационная технология, клинические признаки; биологическая безопасность; чрезвычайная ситуация техногенного характера.

M. Barinov

INFORMATION TECHNOLOGY OF IDENTIFICATION PATHOGENIC BIOLOGICAL AGENTS IN THE ENVIRONMENT AT ELIMINATION THE CONSEQUENCES OF THE EMERGENCY SITUATION MAN-MADE DISASTER

The article describes the technology of identification of pathogenic biological agents in the environment at elimination the consequences of the emergency situation man-made disaster at the hazardous objects involving the most common clinical manifestation of the characteristics of the action of pathogenic biological agents on the human body. The author of the article suggests his own approach using mathematical apparatus offuzzy sets in the basis of this technology.

Keywords: pathogenic biologically agents; information technology; clinical signs; biological safety; emergency situation man-made disaster.

Исторически сложилось, что широкое распространение инфекционные болезни получили среди войск и населения в период войн. Так, в период с 1733 по 1865 годы (свыше 100 лет) европейские войны привели к гибели 1,5 млн человек, а от инфекционных болезней умерло - 6,5 млн человек. При походе на Россию армия Наполеона, не вступая в бои, имела 5 тыс. больных, а к июлю 1812 года -уже 80 тыс. больных сыпным тифом. В русско-турецкой войне 1768-1774 гг., сопровождавшейся развитием эпидемии чумы, в русской армии был учреждён лазарет для больных «моровой язвой» (прообраз первого инфекционного полевого госпиталя) и проведён комплекс целенаправленных мероприятий. В период военной интервенции и гражданской войны огромные массы беженцев, голод, отсутствие предметов первой необходимости, в первую очередь, белья и мыла, способствовали распространению эпидемических болезней, особенно паразитарных тифов. Так за период 1918-1922 гг. в стране переболело сыпным тифом около 25 млн человек, возвратным тифом - 10 млн человек.

Последние десятилетия идёт ускоренная эволюция эпидемического процесса при ряде инфекционных болезней, связанная с изменением экологии человека. Увеличилась доля болезней, вызванных условно-патогенной микрофлорой, появились новые инфекционные болезни.

Во всём мире не прекращаются локальные войны, вооружённые конфликты, что приводит к возникновению эпидемий среди населения и личного состава войск. Санитарные потери от эпидемий в локальных войнах, как правило, превосходили и превосходят потери от боевых поражений [4].

Значительную опасность в настоящее время для населения представляют аварии техногенного происхождения, сопровождающиеся выбросом в окружающую среду патогенных биологических агентов (ПБА) (бактерий, вирусов, риккетсий и т. д.). Такого рода аварии возможны на объектах биотехнологии при производстве вакцин, сывороток, в микробиологических лабораториях, где проводится работа с представляющим для окружающей среды определённую опасность биологическим материалом. Последствием такого рода аварий является выброс в окружающую среду ПБА, её заражение, следствием которых, как правило, будет заражение и массовая заболеваемость населения.

Быстрая смена условий, вынужденное пребывание в неблагоприятных районах с наличием ПБА в окружающей среде, большая физическая нагрузка, возможные перебои в питании - вот не полный перечень факторов, способствующих возникновению инфекционных заболеваний среди населения и, не исключено, сотрудников МЧС.

Характерным для такого рода аварий является различное время развития клинических признаков у пострадавших, наличие скрытого инкубационного периода в проявлении поражений, трудность обнаружения и идентификации возбудителя или токсина. Для ликвидации последствий, связанных с выбросом в окружающую среду ПБА, необходимо принятие экстренных мер по купированию возникшего очага и проведения в зависимости от ситуации режимно-ограничительных мероприятий, характер которых определяется эпидемиологическими особенностями инфекции и конкретными условиями обстановки. Условно выделяют три категории режимно-ограничительных мероприятий, отличающихся по объёму и строгости их проведения: усиленное медицинское наблюдение, обсервация и карантин [3].

При возникновении биологической аварии в помощь комиссии по чрезвычайным ситуациям создаётся противоэпидемический штаб, в состав которого входят представители аварийно-спасательных служб РСЧС, а также специалисты санитарно-эпидемиологической службы и здравоохранения.

На возможность возникновения заболеваемости инфекционного характера у сотрудников МЧС во многом окажет влияние заболеваемость местного населения территории, на которой произошло ЧС техногенного характера биологически опасного объекта. Например, санитарно-эпидемиологическая обстановка в районе вооружённого конфликта на территории Чеченской Республики характеризовалась наличием очагов особо опасных и других инфекций (чумы, сибирской язвы, туляремии, лептоспироза, бруцеллеза), а также эпидемических вспышек кишечных инфекций, вирусных гепатитов, полиомиелита, дифтерии, кори. Только в 1994 году у гражданского населения республики было выявлено 166 бактериологически подтверждённых случаев холеры [4].

С целью повышения возможностей привлекаемых сил и средств РСЧС для ликвидации ЧС, которая является следствием техногенной аварии на биологически опасном объекте, необходимо создание информационной технологии идентификации ПБА в окружающей среде [1, 6, 7], куда можно привлечь и наиболее характерные клинические признаки течения инфекционных заболеваний у человека.

Для решения данной задачи в основе такого подхода, мы считаем, должен лежать математический аппарат нечётких множеств, который позволяет оперировать не только понятиями

«да/нет», «присутствует/отсутствует», но и представлять в виде значений непрерывных функций проявления клинических признаков.

В ходе исследования можно анализировать наиболее характерные 9 клинических признаков проявления воздействия ПБА на организм человека:

С1 - температура;

С2 - расстройство дыхания;

С3 - судороги;

С4 - потеря сознания;

С5 - головная боль;

С6 - кожные проявления;

С7 - диспепсические явления;

С8 - мышечная боль;

С9 - кровотечения из внутренних органов.

Для каждого клинического признака строятся функции принадлежности лингвистических переменных (рис. 1), которые позволяют от качественных характеристик (слабая, средняя, сильная), перейти к количественным [5].

Выбор теории нечётких множеств обусловлен следующими условиями:

1) степенью проявления клинических признаков, которые описываются качественными понятиями;

2) осмотром пострадавших и заполнением формуляров, выполняемых людьми, имеющими различную степень подготовки и визуальное восприятие;

3) в условиях ЧС на рабочий процесс в очаге поражения оказывает влияние комплекс таких факторов, как паника, стеснённость условий, временная ограниченность, использование спец. одежды и т. д.;

4) состояние пострадавших в условиях ЧС, имеет, как показала практика, разную степень клинического проявления, что и выражается в различном проявлении признаков поражения.

Кожные проявления

Рис. 1. Функции принадлежности лингвистической переменной «Кожные проявления»: а - покраснение кожи; б - развитие волдырей, наполненных серозной жидкостью; в - развитие волдырей, наполненных геморрагической жидкостью; г - язвы; д - некротические струпы (сухие или

влажные)

На основе подтверждённых данных научными исследованиями и практическими наработками ученых и специалистов-практиков в данной области был разработан формуляр (рис. 2), который

58 -

Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'2

заполняется в процессе визуального осмотра каждого пострадавшего [2]. В него внесены наиболее характерные клинические признаки и степени их проявления при инфекционных заболеваниях, выраженные в качественных характеристиках.

Клинические признаки Степень проявления

слабая средняя сильная

Температура V

Расстройство дыхания V

Судороги V

Потеря сознания V

Го ловная боль V

Кожные проявления V

Диспептические явления V

Мышечная боль V

Кровотечения из внутренних органов V

Рис. 2. Пример заполненного формуляра осмотра пострадавшего

По результатам статистического анализа всех заполненных формуляров составляется ситуационная таблица, являющаяся интегральной характеристикой проявления клинических

признаков у пострадавших (рис. 3).

Температура Расстройство дыхания Судороги Потеря сознания Головная боль Кожные проявления Диспептические явления Мышечная боль

Кровотечения из внутренних органов

слабая средняя

С 0.0159446520.017521316 0.055806283 0.061324607 О. 1425639490. 156661182 0.068468212 0.07523 8594 О. 1036402390. 113888556 0.008910247 0.009791324 0.023448018 0.025766642 0.01266193 0.013913987 V 0.037516829 0.04 1226627

сильная 0.00053403>| 0.00186911 0.004774869 0.002293194 0.003471204 0.000298429 0.00078534 0.000424084 0.001256545

Рис. 3. Пример ситуационной таблицы

Затем ситуационную таблицу необходимо сравнивать с эталонными таблицами (структура аналогична ситуационным), они разработаны заблаговременно для каждого вида патогенных микроорганизмов. Эталонные таблицы вносятся в базу знаний. Критерием сравнения является относительное расстояние Хемминга между нечёткими подмножествами, позволяющим их сравнить поэлементно (1).

1 п

х1 =1 ^ -

п 1=1

где Х}- - относительное расстояние Хемминга между нечёткими подмножествами;

п - число элементов каждого подмножества;

(¡сит), - значение 7-го элемента в ситуационной таблице;

{(эт)7 - значение 7-го элемента в эталонной таблице;

7 - номер группы ПБА: 7 = 1,2,.. .,6.

Анализ проведённых нами вариантов ситуационных исследований показал следующее: проведённые нами научно-теоретические разработки по данной проблеме повышают степень достоверности, особенно с увеличением количества обследованных пострадавших; повышают точность полученного результата; сокращается время идентификации ПБА; сокращается время начала проведения режимно-ограничительных мероприятий, характер которых определяется эпидемиологическими особенностями инфекции и конкретными условиями обстановки. Это подтверждает и длина доверительного интервала, которая уменьшается при увеличении количества обследованных пострадавших в очаге поражения.

Разработанный подход был реализован в программном комплексе, позволяющем идентифицировать ПБА на основе проявления клинических признаков, для операционной системы Android, что сделает возможным использование предлагаемой технологии для мобильных устройств. Было проведено сравнение существующих приборов, методов идентификации ПБА и предлагаемого подхода.

На основании анализа полученных результатов проведённых исследований можно сделать следующий вывод:

- разработанная информационная технология идентификации ПБА в окружающей среде при ликвидации ЧС техногенного характера на биологически опасных объектах с включением в нее комплекса клинических признаков проявления инфекционных заболеваний у людей может использоваться в РСЧС;

- сокращается время идентификации ПБА и время начала проведения режимно-ограничительных мероприятий в очаге поражения;

- выявлена высокая чувствительность используемого оборудования.

Литература

1. Баринов М.Ф., Ткаченко Т.Е. Экологическая безопасность человека и биологических организмов: проблемы и пути решения. // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2013. № 1, С. 38-44.

2. Добров А.В., Мясников Д.В. Система информационной поддержки медицинской эвакуации из очага химического поражения // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты № 2. - 2009. С. 61-67.

3. Информационно -выставочный центр в системе МЧС России. Биологические аварии. Особенности ликвидации последствий биологических аварий. http://www.arspas.ru/mchs/spravochnik/1/bioa.php.

4. Матеишен Р.С. Военная эпидемиология / Р.С. Матеишен, Б.В. Кравец, Ю.В. Суторин - Ростов н/Д.: Феникс, 2006. - 192 с.

5. Мелихов А.Н., Берштейн Л.С., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечёткой логикой. - М.: Наука. 1990. - 272 с.

6. Ткаченко Т.Е., Баринов М.Ф., Токарев И.О. Возможность моделирования чрезвычайных ситуаций техногенного характера на биологически опасных объектах с помощью компьютерных программ. / Сборник матер. XXIII межд. НПК. «Предупреждение. Спасение. Помощь». 2013. С. 156-157.

7. Ткаченко Т.Е., Баринов М.Ф., Яшин А.С. Анализ риска на потенциально опасных биологических объектах / Сборник матер. XXIII межд. НПК. «Предупреждение. Спасение. Помощь». 2013. С.159-161.