Компьютерное моделирование в оценке последствий акта биологического терроризма

До недавнего времени политические, научные и общественные круги многих стран мира рассматривали феномен биологического терроризма как практически не возможное явление, и тому были свои причины: крайне редкое использование инструментов биологического оружия (БО) в истории человечества (известны эпидемии оспы, которые начинались среди индейцев на территории Северной Америки от зараженных одеял), что привело к выработке устойчивого мнения о том, что инструменты БО никогда не будет использованы; применение инструментов БО- возбудителей особо опасных инфекций (ООИ) в XX веке было настолько несовместимо с общечеловеческой моралью, что никакая страна не рискнула применить его первой без 100% уверенности в своей безнаказанности; технологии получения, хранения и применения инструментов БО сегодня настолько сложны, что их освоение возможно только на базе хорошо оснащенных лабораторий, что явно не под силу отдельным террористическим группам;
комплексное применение инструментов БО в масштабныхактах во время конфликтов и войн в XX веке могли вызвать непредсказуемые последствия - "фатальные эпидемии" ООИ, которые, в принципе, могут стать причиной гибели значительной части человечества.
Вместе с тем, человечество сегодня вплотную подошло к той грани, за которой возможны случаи биологического террора.
Проблема актов БТ уже несколько лет активно обсуждается в США и в других странах Запада, но для России она имеет практическое значение. На Северном Кавказе все еще нет окончания вооруженного конфликта с радикалами, который все больше озлобляет местное население и делает его заложниками сил международного терроризма. Отсюда неслучайно, что в 1999 году в СМИ прошла информация, что чеченские боевики-смертники могут применить инструменты БО (сибирская язва) в городах России, и это будет их последним аргументом силы в борьбе с федеральным правительством.
1. Эпидемиологические особенности актов биологического терроризма.
Американскими специалистами сегодня выделяются три категории возбудителей ООИ, которые могут представлять интерес для террористов в качестве инструментов БО. Эти категории возбудителей и определяют уровень готовности специалистов здравоохранения к ликвидации последствий актов БТ и выработке мер противодействия. Так к высшей категории опасности среди инструментов БО (категории "А") американские исследователи относят: оспу, сибирскую язву, чуму, ботулизм, туляремию, геморрагические лихорадки. Из этого списка лишь 2-3 патогена могут реально быть использованы группами террористов против населения городов. В первую очередь - оспа и сибирская язва, которые особо опасны при реализации аэрогенного механизма заражения людей. В случае реального применения одного или нескольких патогенов одновременно на пораженных территориях может сложится чрезвычайно тяжелая эпидемиологическая ситуация, обусловленная следующими обстоятельствами.
Во-первых, специалистам здравоохранения в течение некоторого времени не будет известна критическая информация о самом факте проведения акта БТ, а также этиология примененного патогена (конкретного инструмента БО), т.к. между временем скрытного проведения акта БТ и временем появления первых признаков тяжелого инфекционного заболевания у множества пораженных людей обычно проходит несколько дней (так время инкубационного периода оспы составляет от 7 до 12 дней). За это время террористы могут беспрепятственно покинуть место проведения террористического акта и полностью уничтожить все технические средства нападения. На пораженной территории после окончания времени инкубационного периода начинают появляться первые инфекционные больные, которые задают "старт" эпидемии инфекционного заболевания неизвестной этиологии. Эпидемия может охватить значительные группы незащищенного населения крупных городов прежде, чем специалисты определят, что была атака террористов с применением конкретного инструмента БО. Очевидно, что все пораженные лица должны быть быстро выявлены и изолированы от людей в специальных больницах и клиниках. Если это не сделать своевременно, за время заразного (инфекционного) периода возможны множественные случаи вторичного заражения людей из окружения лиц пострадавших ранее. Главное не допустить возникновения широкомасштабной эпидемии на пораженной территории, которая приведет к колоссальным социально-экономическим и человеческим потерям.
Во-вторых, первые признаки инфекции неизвестной этиологии могут быть хорошо "замаскированы" или выглядеть, как клиника простуды. В этом случае трудно и, порой, невозможно оперативно различить между собой признаки многих вирусных и бактериальных инфекций, пока заболевание не примет ясную, клиническую форму и не проявит себя однозначно (например, сыпь при оспе). Только после этого специалисты могут сказать, что была атака террористов с применением конкретного инструмента БО. Таким образом, в течение длительного времени критическая информация относительно этиологии примененного инструмента БО, времени и места террористического нападения будет недоступна специалистам для принятия адекватного решения по включению мер противодействия. В этих условиях можно ожидать высокого уровня заболеваемости и смертности людей, даже если инфекционный агент хорошо известен и относительно него имеется вся информация и отработаны методы и средства борьбы (схемы профилактики населения и методы лечения больных). Наоборот, если место и время нападения были сразу выявлены, оперативно расшифрована этиология примененного возбудителя, а тревога о нападении своевременно объявлена, можно избежать значительного ущерба.
В-третьих, очень трудно объективно оценить все затраты на противодействие и ликвидацию всех последствий акта БТ, даже если иметь "под рукой" всю необходимую информацию, а также финансовые и прочие ресурсы по защите населения от возможных актов БТ формируются по ситуации. Кроме того, хотя это и маловероятно, но в условиях массовой эпидемии и вызванного ею хаоса, население может быть повторно атаковано террористами с применением иных инструментов БО (двойной удар патогенами). В этой ситуации специалистам на пораженной территории необходимо уметь оперативно проанализировать и составить реалистичный прогноз развития эпидемической ситуации, достоверно оценить масштабы последствий от двух актов БТ с разными видами патогенов. Другими словами, специалистам необходимо иметь "критическую массу" оперативной информации по эпидемиологии и другим аспектам проявления нескольких патогенов, а также предварительные планы действий (мобилизационные планы) и оценки необходимых "сил и средств", которые потребуются для противодействия актов БТ.
В-четвертых, даже для тех инструментов БО, которые хорошо изучены и для них имеются отработанные средства профилактики и терапии, все же остаются колоссальные организационные проблемы, связанные с процедурами выявления, изоляции, госпитализации и лечения многих сотен инфекционных больных, профилактики многих тысяч восприимчивых и др.. Важнейшее место здесь занимает организация своевременной поставки на пораженную территорию необходимых средств диагностики, профилактики, лечения и дезинфекции среды обитания в окружении инфекционных больных.
В-пятых, на пораженной территории имеет место длительное психологическое воздействие реальной "картинки эпидемии на ТВ" процессов ее становления и развития, реальных последствий акта БТ (вспомним атаку на США 11 сентября 2001 года). Данное обстоятельство - причина постоянной "перегрузки" медицинских учреждений на пораженной территории, причина мощного всплеска фобий, причина лавинообразного "интереса" населения по самолечению. Кроме того, люди, оставшиеся в живых после атаки БТ, будут длительное время находиться в состоянии аффекта из-за многочисленных смертей своих родных и близких.
Наконец, множественные случаи заболеваний и смерти после акта БТ (фактически во всех возрастных группах населения) приведут к резкому изменению демографической структуры населения пораженной территории. Эпидемия ООИ может стать причиной мощной волны миграции здорового населения с пораженной территории, как следствие, социально-экономического коллапса территории.
2. Математическая модель для прогнозирования последствий акта биологического терроризма (натуральная оспа).
Чтобы провести быструю идентификацию места и времени террористической атаки, специалисты должны иметь адекватные представления, позитивные знания и навыки работы в чрезвычайных ситуациях. Им необходимы знания о том, как развиваются эпидемии, чтобы быстро ориентироваться в каждой конкретной эпидемиологической ситуации. Изучение конкретной эпидемической ситуации на основании имеющейся в распоряжении специалистов информации должно быть построено так, чтобы по небольшому числу случаев заболевания и динамике их развития можно было бы "вычислить" не только схему атаки (место, время и этиологию инфекционного агента), но и составить прогноз возможного развития эпидемической ситуации. Для этой цели необходима характерная информация - эпидемическая кривая, которая позволяет специалистам построить математическую (компьютерную) модель эпидемии, верифицировать ее и затем использовать, как при составлении прогноза в развитии эпидемической ситуации, так и для поиска рациональной стратегии противодействия (учет ограничений на время и ресурсы).
Рассмотрим эти обстоятельства более подробно, применительно к "модельной инфекции" - натуральной оспе, которая прекратила свое существование на планете в конце 70-х годов, но еще сохраняется в лабораториях США и России. Представим гипотетическую ситуацию, когда группа террористов смогла получить образцы вируса натуральной оспы и скрытно наладить "производство" нужного им количества этого инструмента БО в виде аэрозоля (что, конечно, очень трудно и сегодня практически невозможно). Известно, что вирус оспы, как инструмент БО, обладает достаточно высоким уровнем "инфекционного" и "эпидемического" потенциала. Высокий "эпидемический" потенциал оспы связан с реализацией аэрогенного механизма заражения, когда инфекционный больной выделяет в воздушную среду с кашлем множество вирусных частиц. Это позволяет вирусу оспы инфицировать массы восприимчивых людей и быстро распространиться на значительные расстояния, даже при небольших начальных инфицирующих дозах.
Эпидемический потенциал оспы продемонстрировала вспышка в г. Москве 1959-1960 гг., когда 1 человек вызвал вспышку в 46 человек пораженных оспой. В ходе подавления вспышки за 10 дней в Москве было вакцинировано 10 млн. человек и более 9 тыс. человек было изолировано. Здесь можно задать вопрос, что могло бы случиться в современной Москве (население 10 млн. чел.), если бы террористами был проведен акт с зараженным аэрозолем и поражением 100 человек одновременно. В целом это была бы серьезная эпидемиологическая катастрофа, масштабы которой сегодня можно оценить, только с помощью адекватных компьютерных технологий. Дело в том, что прививки против оспы во многих странах мира по рекомендации сотрудников ВОЗ были отменены в 1972 году. Лишь некоторые группы - международные туристы, военные и медицинские работники еще продолжали прививаться против оспы еще 7-8 лет. К началу 80-х годов прививки прекратились повсеместно, и к 2000 году большие группы населения многих стран мира (молодежь до 30 лет и люди старшего возраста) не имеют сегодня иммунитета против оспы. По мнению экспертов, среди других возрастных групп населения России только 10-15% имеют остаточный иммунитет, что может обеспечить защиту людей (легкие и атипичные формы) в случае распространения вируса оспы.
С высокой вероятностью можно считать, что в крупных городах России число лиц без иммунитета или с остаточным иммунитетом составляет до 80-85% населения. В этих условиях террористическая атака с применением оспы в людном месте даст мощную эпидемическую вспышку с тяжелыми последствиями. Для оценки последствий такой террористической атаки была разработана математическая модель (компьютерная программа), которая отражала важнейшие стороны развития акта БТ и принятия адекватных мер противодействия против оспы. На рис. 1 представлена структура математической модели эпидемической вспышки оспы, которая формируется в результате проведения акта БТ с одновременным заражением от нескольких десятков до сотен человек.
Соотношения математической модели вспышки оспы имеют вид системы нелинейных интегро-дифференциальных уравнений в частных производных с характерными начальными и граничными условиями. Эта модель была реализована в НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи РАМН на компьютере, что позволило оценить последствия вспышки оспы. При проведении вычислительного эксперимента предполагалось, что в гипотетическом городе России с населением в 1 млн. чел. органы здравоохранения имели все необходимые средства противодействия террористической атаке. В больницах и клиниках города имеется все необходимое - требуемое количество персонала и неограниченное число мест для инфекционных больных, на медицинских складах - достаточный запас вакцины против оспы, в полном ассортименте все средства лечения и дезинфекции. Таким образом, существенных ограничений в реализации мер по борьбе со вспышкой оспы на пораженной территории не имеется.
С помощью компьютерной программы были проведены расчетные исследования по анализу последствий (оценка уровня заболеваемости и смертности населения) при различных сценариях в осуществлении противоэпидемических мер:
своевременное выявление места и времени акта БТ (инкубационный период от 7 до 12 дней) и быстрый старт процессов (на 10 день после атаки) по выявлению зараженных и контактных лиц (вероятность выявления 90-95%) с их изоляцией и госпитализацией;
начало массовой вакцинации населения стало возможным на 11 день после атаки, при этом эффективность примененной осповакцины (формирование протективного иммунитета возможно на 5- 6-ой день после вакцинации) оценивалась в 75-80% от общего числа привитых.
В расчетах доминировали 5 параметров общего комплекса профилактических и противоэпидемических мероприятий, которые позволили оценить их значимость и влияние на масштаб вспышки и последствия акта БТ. Во-первых, это время принятия решения о совершении террористической атаки сигнал тревоги - t0 (число дней, которые прошли после атаки). Во-вторых, это эффективность работы органов здравоохранения и спецслужб с целью выявления первично зараженных лиц, их полной изоляции и госпитализации в инфекционных больницах и клиниках (от 80 до 100%). В-третьих, это скорость вакцинации населения, т.е. % лиц, которые охватываются в течение одного дня (5-10%). В-четвертых, это время принятия решения о начале массовой вакцинации населения против оспы - t1 (дней). В-пятых, это эффективность вакцины против оспы, которая длительное время хранилась на медицинских складах и которая имеет определенную вероятность (от 50 до 90%) выработки в организме людей через 5-6 дней защитного иммунитета.
сожалению, после распада СССР комплексная система наблюдения за процессами появления и распространения ООИ была частично разрушена и сегодня не отвечает необходимым требованиям в борьбе с эпидемиями ООИ, в том числе с эпидемическими вспышками, которые могут иметь место при проведении актов БТ.
В свете этого имеется острая потребность в разработке и в применении новых информационных и компьютерных технологиях по организации эффективных стратегий противодействия актам БТ в крупных городах России, которые должны быть решительными и оперативными. Даже если медицинское сообщество России не столкнется напрямую с актами БТ на нашей территории, оно извлечет полезную информацию из попыток позитивного решения этой проблемы. Усилия, которые будут сделаны в этом направлении в России, сегодня необходимы, чтобы ответить на вопросы контроля и ограничения эпидемий новых и возвращающихся инфекционных заболеваний.

Темы: