Погода в Украине

 
Locations of visitors to this page

О возможных механизмах чувствительности человека к гелиогеофизическим факторам
Написав А.А. Делюков, И.Г. Захаров, В.В. Никонов, Н.П. Довбий, Р.В. Сергейкина; г. Киев, Харьков   

Введение
Организм человека реагирует на изменения внешних факторов адаптацией. Но слишком сильные изменения в окружающей среде могут вызывать срыв адаптационных механизмов и нарушение гомеостаза, что приводит к патологическим изменениям в организме. Среди природных факторов, от которых зависит нормальное существование человека, наибольшее значение для его жизнедеятельности имеют метеорологические и гелиогеофизические факторы.
Состав группы метеофакторов вполне определен (температура, давление и др.), действие каждого из них на организм подробно изучалось. Вместе с тем, отмечается, что наиболее важным для самочувствия является тип погоды (Моисеева и Любицкий, 1986), а не изменение отдельных факторов. Группа же гелиогеофизических факторов известна предположительно, поскольку соответствующие биологические эффекты надежно не установлены. Как правило, сюда относят природные электрические и магнитные поля, радио-, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца, космические лучи и ряд других. Концентрированным выражением действия гелиогеофизических факторов на человека является зависимость состояния организма от солнечной активности (СА) и связанной с ней «космической погоды» - состояния плазмы и магнитного поля в околоземном космическом пространстве.
К настоящему времени надежно установлена синхронность вариаций многих земных процессов с 11-годовым циклом чисел Вольфа, являющихся интегральным показателем СА. 11-летняя периодичность найдена для процессов в атмосфере, гидросфере, литосфере. Изменения в физическом окружении вызывают соответствующие изменения и в биосфере. К настоящему времени установлены связи между изменениями уровня СА и функционированием основных систем организма человека: нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и системы крови. Обзор современного состояния исследований в этой области содержится в книге Владимирского и Темурьянц (2000). Хронобиологические исследования свидетельствуют, что СА влияет на структуру ритмов человека (Комаров и др., 1989; Василик и др., 1990; Cornelissen et al., 1996). Как правило, исследователи приходят к выводу, что усиление СА вредно для ослабленных и больных людей, реакция которых на солнечные события имеет характер дезадаптации.
На сегодня сформировались два основных подхода к поиску механизмов влияния СА на живые организмы.

Рис.1

Магнитная гипотеза. Поскольку активные явления на Солнце через 3-4 дня вызывают возмущения геомагнитного поля в виде магнитных бурь (МБ) и низкочастотных магнитных пульсаций, а биологические объекты могут быть чувствительными к изменениям окружающего их магнитного поля, не исключено, что геомагнитные возмущения (ГМВ) являются одним из посредников между СА и живыми организмами. В настоящее время специалисты считают эту гипотезу наиболее перспективной, хотя пока не ясно, как слабые колебания магнитного поля порядка 1-100 нТл могут оказывать заметное влияние на живые объекты и какие из компонент ГМВ биологически важны.
Метеорологический подход основывается на том, что события на Солнце оказывают влияние на характеристики солнечного ветра и межпланетного магнитного поля и через них - на магнитосферу Земли и атмосферную циркуляцию. В результате, цепочка взаимодействий через погоду замыкается на живые организмы. Этот подход имеет веские основания, поскольку погодно-климатические влияния на биосферные процессы не вызывают сомнения. Слабость метеоподхода в том, что он не объясняет, почему организм часто реагирует на изменения индексов СА еще до того, как инерционная атмосферная машина изменит свой ход.
Важную роль в формировании гелиометеочувствительности человека могут играть флуктуации атмосферного давления (ФАД) в диапазоне сверхнизких частот, ниже 1 Гц (Delyukov and Didyk, 1999; Дидык и др., 2000). ФАД представляют собой природный шум атмосферы, сопровождающий многие природные явления: прохождение атмосферных фронтов, штормы, ураганы, землетрясения (Госсард и Хук, 1978). Амплитуда природных ФАД зависит от мощности атмосферных возмущений и в средних широтах может достигать 50-100 Па. Кроме локальных турбулентных ФАД, в атмосфере могут распространяться волны, способные переносить колебания давления воздуха на большие расстояния. Наиболее распространенными видами атмосферных волн являются природные инфразвуки и внутренние гравитационные волны, соответственно, в диапазоне частот выше 0,01 Гц и ниже 0,003 Гц. (Романова и Якушкин, 1995). Перенос колебаний давления атмосферными волнами - основной источник ФАД в невозмущенной атмосфере.
Интерес биометеорологии и медицины к ФАД вызван сходством этого фактора с техническими инфразвуками, негативные эффекты которых в диапазоне от 1 до 20 Гц хорошо известны (Broner, 1978). Инфразвук способен вызвать изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС), частоты дыхания, артериального давления, содержания гормонов в крови. Умственная работоспособность снижается под действием инфразвука, начиная с уровня переменного давления 90-95 дБ. Вероятный путь действия инфразвука на центральную нервную систему – через рецепторы аппарата внутреннего уха (вестибулярного аппарата и улитки).
Порог чувствительности организма человека к инфразвукам составляет 70-90 дБ (0.06-0.6 Па) ([Broner, 1979). Поскольку уровень природных ФАД часто превышает эти величины, можно ожидать, что они также способны вызывать изменения в человеческом организме. В частности, Green и Dunn (1968) сообщали о значительной позитивной корреляции между сильными природными инфразвуками и количеством дорожно-транспортных происшествий и отсутствием школьников на уроках в Чикаго. Существенно, что ФАД с периодами колебаний больше 1 мин. (или, соответственно, с частотами ниже 0,017 Гц) проникают в здания почти неослабленными (Green and Dunn, 1968). ФАД более высоких частот, проникая в помещения, ослабляются тем больше, чем выше их частота и герметичнее помещение.
Цель данной работы – сопоставить одновременные изменения солнечных, геомагнитных, метеорологических и биологических показателей и на этой основе указать наиболее вероятный механизм воздействия. Сопоставление такого широкого круга показателей в рамках одного исследования проводится впервые.
Методика
Для оценки биологической активности факторов СА использованы данные о числе вызовов скорой помощи в Харькове – в среднем за сутки и отдельно для дня и ночи. Использованы также данные по отдельным нозологическим группам, в том числе с учетом возраста. Ниже будут приведены примеры для острых инфарктов миокарда (ОИМ) и бронхиальной астмы (БА).
Большое число вызовов в день (в среднем, не менее 800) позволяет повысить достоверность и представительность выводов, однако дает мало информации о процессах в отдельном организме. Поэтому использованы также ежедневные данные о субъективной оценке самочувствия в баллах: 0 – хорошее, 1 – незначительное ухудшение, которое практически не отражается на повседневной деятельности, 2 – ухудшения, мешающие повседневной деятельности, но не прерывающие ее, 3 – постельный режим. Как показал предварительный анализ, привязка к повседневной деятельности способствует значительной объективизации оценок самочувствия по сравнению с традиционно применяемыми оценками типа “хуже среднего – среднее – лучше среднего”. Об интенсивности жизненных процессов в организме судили по длине лунок ногтей. Этот интегральный показатель, известный с древних времен, в наше время получил солидное научное обоснование. Согласно данным исследований кровотока в капиллярах ногтевого ложа с использованием капиллярографа (Гурфинкель и др., 1996), интенсивность кровотока не только существенно отличается у больных и здоровых людей, но и испытывает заметные изменения у одного и того же человека при адаптации к воздействию внешних факторов. Длина лунки отражает скорость роста ногтя и – косвенно – интенсивность метаболизма (Захаров и Тырнов, 2001). Приближенность оценки метаболизма по лункам ногтей компенсируется возможностью длительных ежедневных регистраций с их последующей обработкой статистическими методами. Из всех данных, полученных разными добровольцами, проводившими оценку самочувствия и измерения лунок, здесь представлены наиболее типичные.
В качестве интегрального показателя, отражающего характер атмосферных процессов, использован новый погодный индекс (IW) [Захаров и Тырнов, 2000], который дает комплексную оценку облачности и осадков в баллах. Значения IW изменяется от 0 при ясной погоде до 6 в дни с очень сильными осадками. Значения IW определяли в Харькове. Так как осадки приносятся циклонами, индекс IW можно рассматривать как оценку “циклоничности” погоды: в антициклонах IW близок к нулю, в циклонах – достигает максимальных значений.
Мониторинг амплитуды ФАД в диапазоне 0,01 – 0,1 Гц выполнен в Киеве. Здесь значения амплитуды ФАД приводятся в относительных единицах (100 отн. ед. соответствуют средней амплитуде ФАД около 9 Па).
Ежедневные среднесуточные значения уровня ФАД и IW сопоставляли с соответствующими показателями СА, медицинскими и биологическими данными. Исследования проведены по данным за 1997–2000 годы. Связи между переменными изучали методами корреляционного анализа и наложенных эпох. В последнем случае использовали привязку к магнитным бурям (МБ) или к вращению Солнца вокруг своей оси с периодом 27 суток. Для оценки достоверности результатов, получаемых методом наложенных эпох, применяли t-тест и дисперсионный ранговый анализ Фридмана.
Результаты и обсуждение
Пример поведения рассматриваемых переменных в окрестности МБ показан на рис. 1. Усредненное проведено методом наложенных эпох для 20 возмущенных периодов 1998 г., в качестве репера (“нулевого” дня) выбран первый день МБ с высокими значениями Ар. Как можно видеть из рисунка, вблизи МБ атмосферные, медицинские и биологические показатели изменяются сходным образом, дважды достигая максимума – в начале и в конце МБ. Рассмотренные показатели вели себя подобным образом и по отношению к периоду вращения Солнца. Здесь также наблюдались два максимума, один из которых приходился на повышенный уровень ГМВ, второй – на минимальный. Положение второго максимума совпадало с прохождением Земли через границу секторов межпланетного магнитного поля.
Результаты расчетов для отдельных нозологических групп, в целом, аналогичны представленным выше, однако соотношение амплитуд первого и второго максимумов сильно меняется. На рис. 2 для тех же МБ, что и на рис. 1, в процентах приведены изменения числа обострений БА (общее количество) и числа ОИМ в возрастных интервалах от 30 до 49 и старше 60 лет. Видно, что в пожилом возрасте значительно преобладает максимум ОИМ в начале МБ (он же является наибольшим среди всех других: +34 %), тогда как для числа обострений БА он почти незаметен. В конце МБ ситуация противоположная. Число ОИМ в молодом возрасте занимает, по-видимому, промежуточное положение между изменением ОИМ в пожилом возрасте и БА. О неслучайном характере изменения относительной высоты максимумов указывают также результаты расчетов для 27-суточных солнечных циклов, где, несмотря на другие временные масштабы и использование данных за другие годы, отмеченные тенденции полностью сохраняются.
Поведение метеорологических показателей оказались сходным с установленным ранее (Делюков и др., 2001), что указывает на устойчивый характер связи уровня ФАД и Iw с изменением условий в околоземном пространстве и свидетельствует о значительной синхронизации процессов в тропосфере Земли под влияние событий в ближнем космосе. Судя по поведению биологических и медицинских показателей, упомянутая синхронизация затрагивает и биосферу. Обращает на себя внимание удовлетворительное соответствие результатов, полученных из анализа статистических данных большого города и показателей одного человека, при этом размах относительных изменений для отдельного человека более значителен. Вероятно, факторы СА оказывают влияние на большую часть населения, индивидуальные же физиологические следствия этого влияния могут различаться, что снижает величину эффекта при усреднении.
Максимальные значения метеорологических показателей и общего числа вызовов достигаются примерно одновременно. Максимумы для субъективной оценки самочувствия и число ОИМ в пожилом возрасте наблюдаются несколько раньше, максимумы длины лунок – несколько позже. Такие различия представляются вполне логичными. Так, ухудшение самочувствия по субъективным ощущениям только в начале воздействия может указывать на то, что организм здорового человека достаточно быстро адаптируется. Напротив, в пожилом возрасте даже небольшая дезадаптация может иметь серьезные последствия. С другой стороны, судя по запаздыванию в изменении длины лунок, эффект не ограничивается только кратковременной адаптацией, но и затрагивает также метаболизм организма в целом. В этом случае увеличение числа заболеваний происходит и у молодых людей и даже, возможно, преимущественно у молодых людей, у которых изменения уровня метаболизма более выражены (Fraye, 1986). Таким образом, изменения, затрагивающие основной обмен, могут иметь более серьезные последствия для организма. Показательным в этом отношении является рост числа обострений БА (второй максимум), которая часто встречается в молодом возрасте, а одной из основных форм является метаболическая, связанная с функциональной блокадой ?-адренергических рецепторов.
Обнаруженные закономерности являются значимыми на уровне р = 0,05 для атмосферных показателей, р = 0,10 для индивидуальных данных и р = 0,002 для числа вызовов. Для отдельных нозологических групп результаты являются значимыми на уровне р = 0,05 при объеме данных ~ 20 и более в сутки. Отметим, что величина эффекта и значимость результата для числа вызовов днем существенно выше, чем для ночных вызовов.
Сходство поведения биологических и атмосферных показателей в окрестности солнечно-обусловленных событий позволяет предположить, что атмосферные возмущения и, в частности, ФАД, являются одним из посредников между активными процессами на поверхности Солнца и организмом человека. Основанием для этого являются, с одной стороны, связи между уровнем ФАД и факторами СА, а с другой – способность ФАД вызывать физиологические эффекты, обнаруженные в последние годы в экспериментах с группой здоровых добровольцев (Delyukov and Didyk, 1999; Дидык и др., 2000). В упомянутых экспериментах использовались слабые периодические или хаотические колебания давления воздуха (КДВ), которые имитировали ФАД в диапазоне частот 0,01-0,17 Гц с амплитудой 30-50 Па, типичной для периода прохождения атмосферного фронта. 20-30-минутное воздействие КДВ стимулировало умственную деятельность и активизировало кардиореспираторную систему испытуемых. Достоверные изменения функций внимания, оперативной памяти, способности к произвольному переключению внимания сопровождались изменениями ЧСС и длительности произвольной задержки дыхания. Во многих случаях наблюдалось достоверное увеличение вариабельности сердечного ритма. Оптимально выбранные периодические КДВ улучшали умственную деятельность. Наоборот, избыточные, особенно хаотические КДВ, снижали точность и скорость выполнения задания, в ряде случаев вызывали раздражение и усталость. Имеются данные о том, что ФАД могут восприниматься организмом через барорецепторы системы поддержания артериального давления и оказывать влияние на сердечный ритм, артериальное давление и вегетативный баланс (Delyukov and Tsybenko, 2001).
Таким образом, гипотеза об участии атмосферных возмущений в передаче влияния активного Солнца на живые объекты получает сильные подтверждения.
Это, тем не менее, не исключает возможной роли других факторов, прежде всего, геомагнитных пульсаций, интенсивность которых реагирует на солнечно-обусловленные события подобно интенсивности ФАД. Однако в настоящее время роль геомагнитных пульсаций обсуждать преждевременно, так как биологические эффекты столь слабых колебаний магнитного поля нуждаются в более обстоятельном изучении, а биофизический механизм воздействия не установлен.
Выводы
1. Солнечные и солнечно-обусловленные события вызывают существенную синхронизации в изменении магнитосферных, тропосферных и биосферных показателей.
2. Уровень возмущенности атмосферы и биологические показатели демонстрируют сходное поведение с двумя максимумами как в окрестности МБ, так и в течение 27-суточного оборота Солнца вокруг своей оси.
3. Для отдельных нозологических групп увеличение числа заболеваний может происходить преимущественно либо в начале МБ (ОИМ в пожилом возрасте), либо в конце бури (БА, заболевания разного генеза в молодом возрасте). Особенности проявления заболевания, по-видимому, связаны с дезадаптацией в первом случае и с усилением основного обмена – во втором.
4. Сверхнизкочастотные ФАД, вероятно, являются одним из факторов, передающих влияние СА на организм человека.