wykorzystanie systemu informacji przestrzennej

wykorzystanie systemu informacji przestrzennej

Nowiny Lekarskie 2006, 75, 2, 204–207
RENATA ADAMEK1, ADAM M. ADAMEK2, JERZY ORŁOWSKI2
WYKORZYSTANIE SYSTEMU INFORMACJI PRZESTRZENNEJ –
GIS W EPIDEMIOLOGII ŚRODOWISKOWEJ
THE APPLICATION OF GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM (GIS)
IN ENVIRONMENTAL EPIDEMIOLOGY
1
Zakład Zdrowia Publicznego Katedry Medycyny Społecznej
Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Kierownik: dr n. med. Tomasz Maksymiuk
2
Katedra i Zakład Toksykologii
Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
Kierownik: prof. AM dr hab. Jadwiga Jodynis-Liebert
Streszczenie
Wykorzystanie komputerowych narzędzi do analizy zjawisk zachodzących w zdrowiu publicznym wzbudza coraz większe zainteresowanie
badaczy. System informacji przestrzennej (GIS – Geographic Information System) jest jednym z narzędzi, które znalazły zastosowanie między
innymi w ocenie środowiskowych zagrożeń zdrowia. System ten służy do obszarowego zobrazowania zależności pomiędzy ekspozycją na
czynniki środowiskowe a występowaniem zapadalności na określone choroby.
Autorzy niniejszej pracy dokonali przeglądu potencjalnych możliwości i ograniczeń zastosowania systemu informacji przestrzennej w epidemiologii środowiskowej. Przedyskutowali również funkcjonalność takiego systemu w gromadzeniu, przechowywaniu, odzyskiwaniu, analizie
i prezentacji danych.
SŁOWA KLUCZOWE: epidemiologia środowiskowa, systemy informacji przestrzennej, zdrowie publiczne.
Summary
The application of computer-assisted technologies in public health research inspires scientists to participate in environmental health hazards
assessment.
The geographic information system (GIS) is one of these technologies, which may be applied in environmental health hazards assessment. This
system is used in spatial illustration of the relationship between environmental exposure and occurrence of diseases.
The authors of this paper have provided a review of potential benefits and limitations of GIS application in environmental health research. Functionality of the system in capture, storage, retrieval, analysis and digital mapping has also been discussed.
KEY WORDS: environmental epidemiology, geographic information systems, public health.
Wstęp
Dyskusja
Zadania stawiane współczesnej epidemiologii wymagają innego spojrzenia na zdrowie i jego determinanty, jak również na uwarunkowania występowania chorób. Potrzeba innego spojrzenia na epidemiologię jako
dyscyplinę naukową i praktyczną zdeterminowana jest
z jednej strony przez niekorzystną kondycję zdrowotną
populacji, z drugiej zaś koniecznością dokonywania
identyfikacji i oceny zagrożeń zdrowia w odniesieniu
przestrzennym i czasowym, w celach monitoringowych
i prewencyjnych [2–4].
Kluczową rolę w kształtowaniu polityki zdrowia publicznego zarówno na poziomach lokalnym i regionalnym, jak i na poziomie globalnym odgrywa dostępność
wiarygodnych i aktualnych danych o sytuacji zdrowotnej
populacji. Dostępność takich danych decyduje o zakresie
wiedzy na ten temat oraz pozwala na monitorowanie
występowania schorzeń i patologii oraz na podejmowanie odpowiednich działań prewencyjnych [1, 15].
Epidemiologiczna ocena stanu zdrowia populacji
koncentruje się na analizie tzw. mierników zdrowia,
wśród których wymienić należy mierniki negatywne,
pozytywne oraz mierniki narażenia. Negatywne mierniki
stanu zdrowia to między innymi: zapadalność, chorobowość, umieralność i śmiertelność. Do oceny stanu zdrowia populacji wykorzystuje się również mierniki pozytywne stanu zdrowia obejmujące przyrost naturalny,
płodność kobiet, a także bardziej szczegółowe: rozwój
fizyczny, sprawność fizyczna, itp. W epidemiologii
środowiskowej (np. przy ocenie środowiskowych zagrożeń zdrowia) stosowane są często mierniki ryzyka zdrowotnego (osobnicze i zbiorowe). Osobnicze mierniki
ryzyka zdrowotnego obejmują szereg cech, np.: genotyp,
styl życia, podatność na oddziaływanie czynników zewnętrznych, itp., które mogą zwiększać ryzyko wystąpienia u danej osoby określonej choroby. Zbiorowe
mierniki ryzyka są natomiast współczynnikami określa-
Wykorzystanie systemu informacji przestrzennej – GIS w epidemiologii środowiskowej
jącymi zjawiska oddziaływujące niekorzystnie na wybraną grupę czy też całą populację. Takimi miernikami
są: wpływ zanieczyszczenia poszczególnych komponentów środowiska przyrodniczego, styl życia związany
z cechami kulturowymi danej populacji, itd. [2–4, 12, 15].
Postępująca chemizacja środowiska życia człowieka
oraz jej konsekwencje przyczyniły się do wyodrębnienia
subdyscypliny – epidemiologii środowiskowej. Nie jest
to oczywiście jedyny dział epidemiologii. Można tu
również wymienić szereg innych począwszy od epidemiologii molekularnej, której zadaniem jest analiza wielokierunkowego oddziaływania czynników zewnętrznych na zdrowie na poziomie molekularnym, skończywszy na geografii epidemiologicznej koncentrującej
się na analizie sytuacji epidemiologicznej w obszarach
geograficznych i działaniach kierunkowych w zakresie
bezpieczeństwa sanitarnego.
Badania w dziedzinie epidemiologii środowiskowej
należą do jednych z najtrudniejszych ze względu na brak
swoistych skutków zdrowotnych narażenia na czynniki
środowiskowe. Zarówno zdrowie populacji, jak też środowisko muszą zostać potraktowane kompleksowo –
konieczna jest dogłębna analiza wszystkich parametrów
w celu dokładnego określenia wpływu środowiska na
zdrowie [1–4, 11–13, 15].
Według statystyk Światowej Organizacji Zdrowia
(WHO) na świecie setki milionów osób eksponowanych
jest na chemiczne i fizyczne czynniki ryzyka w domach
mieszkalnych, w miejscach pracy i otaczającym środowisku [15].
Wiele doniesień naukowych omawia problem ekspozycji na substancje toksyczne obecne w środowisku.
Toksykolodzy mają duże osiągnięcia w ocenie zdrowotnych konsekwencji ekspozycji na wysokie dawki ksenobiotyków, lecz bardzo słabo poznane są efekty ustawicznego narażenia na niskie dawki w ciągu życia oraz
narażenia złożonego i interakcji ksenobiotyków. Wiele
trudności w ocenie narażenia złożonego w ocenie środowiskowych zagrożeń zdrowia w ogóle nastręcza fakt,
iż w jednym czasie występuje wiele rodzajów narażenia,
różny jest czas ekspozycji i jej drogi [4, 6, 7].
Oczywiście więcej zagrożeń występuje w rejonach
wysoko zurbanizowanych i miastach o dużym zagęszczeniu ludności. Jak podaje McMichael, w roku 2000
zanotowano na świecie stan ponad 750 milionów samochodów. Ilość ta w ostatnim czasie gwałtownie wzrosła,
szczególnie w dużych miastach, podczas gdy zanieczyszczenie powietrza spowodowane emisją do atmosfery gazów spalinowych jest wciąż poważnym problemem
obszarów miejskich [8, 9].
Wiadomym jest, że blisko 85 procent przypadków raka
spowodowanych jest przez narażenie na czynniki środowiskowe, takie jak: promieniowanie jonizujące, kancerogeny
w żywności, powietrzu, wodzie oraz przez czynniki związane z prowadzonym stylem życia: palenie tytoniu, nadmierna podaż alkoholu, zła jakość żywności, itp.
W celu przeciwdziałania występowaniu odśrodowiskowych schorzeń i patologii winna być prowadzona
205
skuteczna ocena środowiskowych zagrożeń zdrowia przy
użyciu dostępnych metodologii i technologii [1–4].
Geneza systemów informacji przestrzennej to w głównej mierze historia metodologii geografii i kartografii.
Pozwalają one na gromadzenie, przechowywanie,
analizę, syntezę danych oraz prezentację tych danych w
postaci map cyfrowych, tabel i wykresów. Systemy te
skonstruowano, tak by można było formułować zapytania dla systemu i uzyskiwać na nie odpowiedzi.
Tradycyjnie rzecz ujmując, system informacji przestrzennej to zhierarchizowany, usystematyzowany i złożony
proces zarządzania, analiz i interpretacji danych posiadających przestrzenne odniesienie geograficzne. Przy czym
obecnie wykorzystując technologie informatyczne system
ów integruje technikę komputerową, dane oraz zasoby
ludzkie w celu studiowania relacji czasoprzestrzennych
pomiędzy geoinformacjami [5, 6, 10, 14].
Ryc. 1. Schemat komponentów systemu informacji przestrzennej.
Systemy informacji przestrzennej (w tym systemy informacji geograficznej GIS) to grupa narzędzi, które
znalazły zastosowanie również w ocenie środowiskowych zagrożeń zdrowia. W tym przypadku systemy te
służą do obszarowego zobrazowania zależności pomiędzy ekspozycją na czynniki środowiskowe a występowaniem zapadalności na określone choroby. Dzięki nim
analizy wykonywane do tej pory ręcznie są w pełni
zautomatyzowane.
Za pierwsze zastosowanie metod geograficznych w
medycynie uważa się pracę J. Snowa nad epidemią cholery w Londynie w 1854 r. Podejrzewał on, że cholera
jest chorobą zakaźną. Pierwsze badania Snowa zostały
przeprowadzone w 1848 r. Po uzyskaniu informacji na
temat zamieszkania i pracy osób chorych, Snow opracował mapę obszarowego zróżnicowania sytuacji zdrowotnej. Po naniesieniu na mapę rozmieszczenia przypadków
cholery, zdecydował on się również nanieść lokalizację
pomp – z siecią wodociągową łączył Snow bowiem
szerzenie się cholery. Kilka lat później, w 1854 r. epidemia cholery wystąpiła ponownie. Analizując rozkłady
terytorialne zgonów z powodu cholery, Snow zyskał
pewność, że to właśnie sieć wodociągowa stanowi źródło narażenia. Współczynniki zgonów były 5-ciokrotnie
wyższe w rejonach zaopatrywanych w wodę z ujęcia
znajdującego się w pobliżu miejsca zakażenia – sieci
kanalizacyjnej. Po zlikwidowaniu ujęcia wody w tym
206
Renata Adamek i inni
miejscu opanowano rozszerzanie się nowych przypadków choroby.
Od tamtej pory w epidemiologii zaczęto dostrzegać
bardziej wyraźne jej inklinacje geograficzne, a zmienność występowania chorób w zależności od miejsca stała
się niezbędna przy stawianiu i weryfikowaniu hipotez
dotyczących etiologii występowania chorób zarówno
zakaźnych, jak i niezakaźnych [11, 13, 15].
Ostatnio na świecie coraz częściej, choć w Polsce
jeszcze wciąż zbyt mało uwagi poświęca się możliwościom zastosowania technologii informatycznych oraz
innych zdobyczy techniki do opracowania kompleksowego programu monitorującego zależność: stan środowiska –
zdrowie publiczne w odniesieniu geograficznym.
W swojej pracy Douven i Scholten przedstawili szereg możliwości aplikacyjnych systemu informacji przestrzennej w epidemiologii środowiskowej. Najważniejsze z nich to:
– gromadzenie, przechowywanie w bazach danych,
zarządzanie danymi posiadającymi i nie posiadającymi
odniesienia geograficznego
– ilustracja graficzna danych środowiskowych i
zdrowotnych w postaci map cyfrowych, tabel i wykresów
– modelowanie przestrzenne
– analiza statystyczna
– system wyszukiwawczy.
Za szerokim stosowaniem tego systemu przemawia
szereg korzyści:
– szybki dostęp do danych środowiskowych, demograficznych, zdrowotnych i innych w celu usprawnienia
procesu decyzyjnego w kształtowaniu polityki zdrowotnej i polityki ochrony środowiska
– łatwość dostępu do danych i manipulacji, w tym
modelowanie prognoz
– łatwość rozpowszechniania wyników prac w postaci graficznej.
Za stosowaniem GIS przemawia wiele innych jego
cech – wielu badaczy z powodzeniem stosuje je w takich
dziedzinach, jak:
– epidemiologia analityczna
– epidemiologia opisowa
– toksykologia środowiskowa
– toksykologia przemysłowa
– oraz całościowo w procesie szacowania i zarządzania ryzykiem zdrowotnym.
Mimo wielu korzyści płynących ze stosowania omawianych systemów, istnieje również wiele potencjalnych
ograniczeń. Szerokie grono epidemiologów podaje w wątpliwość wiarygodność pozyskiwanych danych, np.: niekompletność informacji, brak standaryzacji danych,
migracje ludności, nieprzystosowanie informacji – tych,
które nie mają swojego odniesienia przestrzennego,
niewyrównanie poziomu agregacji, problem bezpieczeństwa baz danych, konieczność posiadania nowoczesnego
sprzętu i drogiego oprogramowania oraz wysokowyspecjalizowaniej kadry, możliwość stosowania jedynie pod-
stawowych statystyk w analizie i interpretacji wyników,
itp. [2–7, 13–15].
Ryc. 2. Wygląd interfejsu użytkownika jednego z pakietów GIS.
Mimo sceptycyzmu przeciwników stosowania GIS w
epidemiologii środowiskowej, system ów rozwija się szybko i stosowany jest przez wiele instytucji zagranicznych.
Ryc. 3. Przykładowa wizualizacja danych.
Przykładem może być amerykański system EMPHASIS (EnvironMental and Public Health Data Analysis System – System Analiz Danych Środowiska i Zdrowia Publicznego) opracowany przez grono ekspertów z Uniwersytetu w Iowa, USA. Zastosowano w nim standardowe
oprogramowanie GIS firmy ESRI i bazę relacyjną firmy
Oracle. Europejską wersją EMPHASIS jest HEGIS (Health
and Environment Geographic Information System – System
Informacji Przestrzennej Środowiska i Zdrowia) – mający
na celu określenie poziomów zanieczyszczenia środowiska
naturalnego i ich wpływu na zdrowie ludzi.
Zadania stawiane przed tym systemem to:
Wykorzystanie systemu informacji przestrzennej – GIS w epidemiologii środowiskowej
– monitoring stanu środowiska i stanu zdrowia populacji zamieszkującej badany obszar
– ocena stężeń substancji toksycznych obecnych w środowisku, ocena czasu trwania narażenia i dróg ekspozycji
– ocena demograficzna stanu zdrowia
– ocena ryzyka zdrowotnego i zarządzanie ryzykiem
zdrowotnym, wynikającym z narażenia na substancje
toksyczne obecne w środowisku
– ocena związku przyczynowo-skutkowego w analizie epidemiologicznej
– identyfikacja, ocena i zarządzenie ryzykiem zdrowotnym w celu zapobiegania wprowadzaniu nowych
substancji toksycznych i eliminacji już istniejących
– analiza zjawisk złożonych w epidemiologii i toksykologii środowiskowej.
HEGIS składa się z czterech baz danych powiązanych ze sobą relacjami:
1. Wskaźniki demograficzne i zdrowotne.
2. Ilość i drogi ekspozycji na czynniki środowiskowe.
3. Wskaźniki społeczne, środowiskowe i ekonomiczne.
4. Rzeczywiste dane z badań epidemiologicznych
i ogólnokrajowych badań populacyjnych [14, 15].
Wnioski
Badania prowadzone przez epidemiologów środowiska, ze względu na brak swoistych skutków zdrowotnych
narażenia, muszą być traktowane kompleksowo, by w
sposób pełny i wiarygodny dokumentować istniejące lub
przewidywane środowiskowe zagrożenia zdrowia ludzi.
System informacji przestrzennej (GIS) umożliwia usystematyzowaną i zhierarchizowaną interpretację rezultatów analiz danych posiadających przestrzenne odniesienie geograficzne.
W warunkach wysokorozwiniętych rynków europejskich i amerykańskich, system ów rozwija się sukcesywnie od początku lat 60-tych ubiegłego stulecia i posiada
bardzo szerokie zastosowanie praktyczne, w tym przede
wszystkim w zakresie epidemiologii środowiskowej.
W Polsce, podejmowane od kilkunastu lat próby
wdrożenia systemu informacji przestrzennej, za wyjątkiem obszaru kształtowania i zarządzania ochroną środowiska przyrodniczego i katastrów miejskich, zakończyły się fiaskiem.
207
Autorzy niniejszej pracy podjęli się pilotowego
wdrożenia systemu środowiskowych zagrożeń zdrowia
w odniesieniu przestrzennym dla regionu Wielkopolski.
Piśmiennictwo
1. Barancewicz J.: Ekologiczne problemy epidemiologii
środowiskowej a zdrowie ludności. Prace Kark. Tow. Nauk.,
1996, 68, 8–14.
2. Białas J., Krzyżaniak A.: Problemy ekologii społecznej
w epidemiologii. Prace Kark. Tow. Nauk., 1996, 68, 53–56.
3. Corvalan C. Kjellstrom T.: Health and environment analysis
for decision-making. World Health Stat. Quart., 1995, 48,
71–77.
4. Adamek A., Orłowski J., Adamek R.: The man, environment
and health. Problems of consumption society. Pol. J. Environ.
Stud., 1999, 8, supl. II, 71–73.
5. Woodward A. i wsp.: Protecting human health in a changing
world: the role of social and economic development. Bull.
World Health Org., 2000, 78, 1148–1155.
6. Tickner J. A., Hoppin P.: Children’s environmental health:
a case study in implementing the precautionary principle. Int.
J. Occup. Environ. Health., 2000, 6, 281–288.
7. Skerfving S., at al.: Environmental health in the Baltic region
– toxic metals. Scan. J. Work Environ. Health., 1999, 25
suppl. 3, 40–64.
8. Torp S., Riise T., Moen B. E.: Systematic health, environment and safety activities: do they influence occupational environment, behaviour and health? Occup. Med., 2000, 50,
326–333.
9. Dutkiewicz T., Kończalik J., Murowaniecki Z.: Evaluation of
Regional and Health Hazards by applying Synthetic Measures. Rev. Environ. Health, 1998, 3, 111–129.
10. Environmental health indicators: framework and methodologies. WHO, Protection of the human environment. Occupational and environmental health series. Geneva, 1999.
11. Huang Y., Batterman S.: Residence location as a measure of
environmental exposure: a review of air pollution epidemiology studies. J. Exp. Anal. Environ. Epidem., 2000, 10, 66–85.
12. McMichael A.: The urban environment and health in a world
of increasing globalization: issues for developing countries.
Bull. World Health Org., 2000, 78, 1117–1126.
13. Cyganik P., Głowacki W., Komenda J.: Wybrane możliwości
zastosowania GIS w gospodarce przestrzennej gminy. Człow.
i Środow., 1996, 20, 45–54.
14. Myrda G.: GIS czyli mapa w komputerze. Wydawnictwo
Helion, Gliwice 1997.
15. Tim U.S.: The application of GIS in environmental health
sciences: opportunities and limitations. Environ. Res., 1995,
71, 75–88.