Введение к работе
Актуальность темы
В последние десятилетия становится все более понятным, что влияние магнитосферных факторов, обусловленных вариациями солнечной активности («космической погоды»), на здоровье и функциональное состояние человека сопоставимо по значению с воздействием метеорологических факторов, т.е. «погоды земной».
Основоположником науки, получившей название «гелиобиология», по праву считается русский ученый А.Л. Чижевский, который в начале XX века обнаружил 11-летний период солнечной активности в целом ряде биосферных процессов, включая эпидемии, урожайность различных культур, количество войн и революций. Но по ряду причин на многие годы эти работы были забыты (Чижевский, 1995).
Активное развитие гелиобиологии относится к 70-м годам прошлого века, когда был открыт солнечный ветер (Всехсвятский и др., 1955; Parker, 1958), и изучены процессы передачи его энергии в магнитосферу Земли (Acasofu, 1963; Burton et al, 1975; Gonsalez and Tsurutani, 1987).
Основные гипотезы о возможных путях и механизмах влияния солнечной и геомагнитной активности на биологические системы были высказаны еще в начале 70х гг. (Пресман, 1968; Влияние солнечной активности на атмосферу и биосферу, 1971; Дубров, 1974; Электромагнитные поля в биосфере, 1984). Однако экспериментальное подтверждение этих идей растянулось на многие десятилетия и сейчас еще далеко от завершения. Причина заключается в междисциплинарном характере данной науки, что требует сочетания медико-биологических, гелиогеофизических и математических методов, и, следовательно, работы междисциплинарных сообществ.
В 70-80 гг. прошлого века в Крыму таким сообществом физиологов и геофизиков (Б.М.Владимирский, Н.А.Темурьянц, А.М.Волынский, Ю.Н.Ачкасова, В.Г.Сидякин и др.), были экспериментально получены доказательства влияния магнитных полей, сравнимых по частотно-амплитудным характеристикам с вариациями геомагнитного поля, на различные системы организма млекопитающих. В 80-х гг. в Москве было организовано сообщество медиков и геофизиков, созданное специально для изучения влияния магнитных бурь на здоровье человека (Т.К.Бреус, Р.М.Баевский, С.И.Рапопорт, А.Н.Рогоза, А.Е.Левитин, Ю.И.Гурфинкель, Р.М.Заславская, С.М.Чибисов и др.).
В результате работы этих сообществ, как и многих других, например, участников международной программы BIOCOS – F. Halberg, G. Cornelissen,, K. Otsuka, Y. Watanabe, G. Villoresi и др. – было показано, что реакция организма на действие магнитных бурь действительно существует. Наиболее отчетливо она проявляется в реакциях сердечно-сосудистой, нервной и эндокринной систем, а также системы крови.
В последние два десятилетия в магнитобиологии были разработаны теоретические модели, показывающие, что физические факторы крайне низкой интенсивности, сопоставимые с вариациями магнитного поля Земли, могут оказывать влияние на биосистемы (Бинги и Савин, 2003; Леднев, 2003). Кроме того, в прямых биофизических экспериментах была показана возможность действия на живые системы разного уровня организации низкочастотных магнитных полей, сравнимых с вариациями геомагнитного поля (Волынский и Владимирский, 1969; Темурьянц, 1972; Макеев и др, 1984; Liboff, 1985; McLeod et al, 1992; Jenrow et al, 1996; Степанюк, 2002; Белова и Леднев, 2000, 2001; Леднев и др., 2008, Рождественская и Ермаков, 2009).
Таким образом, включив в число методов исследования не только наблюдения, но и физико-биологические эксперименты и физическую теорию, да и по самому сочетанию изучаемого биологического объекта и действующих на него физических факторов солнечного происхождения, в начале XXI века гелиобиология превратилась в гелиобиофизику.
Однако существовали и серьезные сложности. Стремление выявить общепопуляционные закономерности на больших объемах данных медицинской статистики приводило к сглаживанию эффектов, так как механическое увеличение объема выборки анализируемого материала влекло за собой и рост числа неконтролируемых факторов, маскирующих и даже нивелирующих эффекты. В некоторых случаях это обстоятельство приводило авторов к выводам об отсутствии влияния солнечной и геомагнитной активности на здоровье человека (Feinleib et al, 1975; Lipa et al, 1976)
Однако главным ограничением популяционного подхода, связанным с использованием усредненных величин, была слабая применимость полученных результатов к каждому конкретному человеку. Достоверное повышение числа случаев обострения сердечно-сосудистых заболеваний и смерти от них во время магнитных бурь показывали многие авторы (Гневышев и др., 1971; Алабовский и Бабенко, 1971; Рапопорт и др., 1998; Бреус, 2003; Гурфинкель, 2004, Stoupel et al, 1995, 2002, 2008; Ожередов и др, 2010). Однако данный результат не позволял ответить на целый ряд принципиальных вопросов: для кого из пациентов с нарушениями функций сердечно-сосудистой системы оказались опасными магнитные бури? Одинаковы ли времена развития и направления реакции у разных людей? Каковы характерные длительности индивидуальных реакций, их вероятная амплитуда, и т. д.?
В то же время в лабораторных и клинических экспериментах во время магнитных бурь наблюдали значительные эффекты ответа различных систем организма человека и животных, которые, однако, различались по знаку, амплитуде, времени развития ответной реакции. Эти результаты нельзя было обобщить из-за различий в методологии и локальных условиях проведения экспериментов, зачастую вообще не описанных в публикациях. В то же время вклад именно этих неконтролируемых факторов – геофизических, климатических, временных, социально-психологических, и т. д. – не позволял применить закономерности, обнаруженные в одном регионе для одной группы волонтеров, к другой возрастной группе или другому региону.
Главным препятствием было отсутствие общих, научно обоснованных, требований к методике проведения эксперимента и анализа, а также критериев обобщаемости результатов (Флетчер и др., 1998). Какова минимально необходимая длительность и частота наблюдений для надежного выявления индивидуальной чувствительности? Как может измениться чувствительность данного волонтера в другие сезоны года? Какие именно внешние факторы необходимо учитывать? Как взаимосвязь между ними искажает получаемый результат? Насколько выводы, полученные для средних широт, применимы к условиям Севера, и наоборот?
Многие авторы отмечали комплексный характер ответа организма на действие геомагнитных и атмосферных факторов (Ассман, 1966; Андронова и Андронов, 1982, Хаснуллин, 1989, Шеповальников и Сороко, 1992). Однако существует крайне мало работ, в которых предпринимались попытки сравнения вкладов этих двух групп факторов (Хаснуллин, 1989, Шеповальников и Сороко, 1992; Гурфинкель, 2004, Григорьев П.Е. и др, 2008; Ожередов и др., 2010), и практически нигде нет попыток выработки соответствующих методических критериев.
Получение надежных персональных заключений о характере чувствительности к внешним факторам - наиболее актуальная задача в случае пациентов с нарушениями функций сердечно-сосудистой системы, поскольку для многих из них риск обострения заболеваний значительно повышается во время магнитных бурь (Бреус, 2003).
Не менее важной является оценка влияния этих факторов на здоровых людей, чьи функциональные обязанности связаны с высокой социальной ответственностью, таких как машинисты электропоездов, пилоты, диспетчеры, операторы атомных станций и т.д. Известно, что геомагнитные факторы влияют на вероятность инцидентов на транспорте (Птицына и др., 1998; Гурфинкель и др, 2005; Бекетов и др., 2007; Зенченко и Мерзлый, 2008). Поэтому для таких лиц необходим персональный прогноз степени возможного ухудшения их функционального состояния, обусловленного магнитосферными и атмосферными факторами.
Цель настоящей работы заключалась в оценке роли различных магнитосферных и атмосферных факторов в их влиянии на функциональное состояние здоровых людей и лиц с нарушениями функций сердечно-сосудистой системы, на основе разработанного метода оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей.
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработка метода оценки индивидуальной чувствительности человека к действию магнитосферных и атмосферных факторов, куда вошли:
-
формирование «базового набора» физиологических показателей, отражающих функциональное состояние различных отделов сердечно-сосудистой системы и чувствительных к действию геомагнитных и атмосферных факторов;
-
разработка методики мониторинга физиологических показателей на примере показателей артериального давления крови, оценка необходимой частоты и длительности мониторинга;
-
анализ применимости существующих статистических методов к задаче оценки индивидуальной чувствительности организма к внешним факторам;
-
построение динамической карты взаимосвязей анализируемых атмосферных и геомагнитных параметров и выбор минимально необходимого перечня учитываемых внешних факторов.
Построение детальной феноменологической картины реакции физиологических показателей человека на действие магнитосферных и атмосферных факторов на основе сформированной базы знаний:
-
определение степени зависимости распространенности случаев магнито- и метеочувствительности человека от состояния здоровья; возраста, географического места проживания, времени проведения мониторинга;
-
определение диапазонов характерных времен развития индивидуальной реакции, ее длительности и амплитуды.
Выявление среди всего множества проанализированных магнитосферных и атмосферных факторов реально действующих агентов и анализ возможных биофизических механизмов, объясняющих выявленные закономерности реакции физиологических показателей на действие магнитосферных и атмосферных факторов
Публикации: по теме диссертации опубликовано 29 статей (из них 11 – в журналах, рекомендуемых ВАК) и 46 тезисов.
Научная новизна
-
Предложен и разработан новый, индивидуализированный по объектам анализа, подход к изучению воздействия комплекса магнитосферных и атмосферных факторов на функциональное состояние человека, включающий:
-
научно обоснованную методику длительного индивидуального мониторинга ежедневных вариаций физиологических показателей;
-
метод оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей к воздействию комплекса магнитосферных и атмосферных факторов, позволяющий формировать заключение о характере индивидуальной чувствительности (т. е. знаке, амплитуде и длительности реакции физиологических показателей) волонтера к вариациям взаимосвязанных факторов погоды и геомагнитной активности;
-
базу знаний о характере индивидуальной чувствительности к действию геомагнитных и атмосферных факторов показателей артериального давления 230-и волонтеров, созданную на основе результатов применения данного метода и допускающую неограниченное пополнение.
Разработанный метод оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей к действию магнитосферных и атмосферных факторов впервые позволяет производить разделение вкладов этих двух групп факторов в вариации физиологических показателей на основании обнаруженного различия характерных частот ответа организма. Анализ производится с учетом возможного вклада социально-психологических факторов, динамической взаимосвязи текущих значений геомагнитных и метеорологических показателей, географической локализации проведения мониторинга, сезона года и фазы цикла солнечной активности.
Получены зависимости характера взаимосвязи атмосферных факторов (температуры, относительной влажности, атмосферного давления) от географической локализации, сезона года и фазы цикла солнечной активности, а также локальных и планетарного индексов геомагнитной активности с учетом динамической изменчивости этих связей (применительно к задаче оценки чувствительности организма).
На основе результатов анализа сформированной базы знаний определены основные характеристики индивидуальных реакций (знак, время развития, частотно-амплитудные границы) показателей артериального давления здоровых людей и лиц с диагнозом артериальная гипертензия на воздействие комплекса магнитосферных и атмосферных факторов.
Впервые экспериментально показано, что чувствительность показателей микроциркуляторного русла к уровню геомагнитной активности определяется реактивностью активных механизмов регуляции периферического кровотока (миогенным и нейрогенным), характерные частоты которых совпадают с диапазоном частот геомагнитных пульсаций Рс2-3 (расшифровка - таблица 5, стр. 49), характерных для магнитовозмущенных периодов. Эти результаты развивают существующие представления о низкочастотных магнитосферных пульсациях Рс2-3 как непосредственно действующем биотропном агенте.
Научно-практическая значимость работы
Разработанный в диссертации метод оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей (ФП) к действию магнитосферных и атмосферных факторов (МиАФ) позволяет значительно повысить уровень детализации выявляемых закономерностей влияния МиАФ на организм человека, что является необходимым этапом построения биофизических моделей такого воздействия. Информация о конкретных амплитудно-частотных характеристиках биотропных геофизических процессов необходима для успешного воспроизведения в лабораторных условиях биологических эффектов низкочастотных электромагнитных полей крайне низкой интенсивности.
Метод оценки индивидуальной чувствительности ФП к действию МиАФ может быть применен в клинической практике при подборе и коррекции схем индивидуальной гипотензивной терапии у пациентов с артериальной гипертензией или другими нарушениями функций сердечно-сосудистой системы.
Другим направлением практического приложения предполагается использование разработанного метода при составлении прогноза возможных изменений функционального состояния здоровых людей, работа которых связана с высокой социальной ответственностью – машинистов электропоездов, летчиков, диспетчеров и т.д.
Кроме того, разработанный метод вместе с выявляемыми им закономерностями реакции на МиАФ может быть включен в алгоритм оценки текущего функционального состояния человека в системах удаленного контроля. Речь идет не только о лицах с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, но и о здоровых людях в рамках широко развиваемой сейчас системы донозологического контроля уровня здоровья населения.
Похожие диссертации на Исследование влияния факторов магнитосферы и приземной атмосферы на организм человека методом оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей
-
-
