Введение к работе
Актуальность работы. Биологические динамические системы (БДС) являются открытыми неравновесными термодинамическими системами. Важным для системного анализа следствием открытости этих систем является очевидность всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости в природе. Открытые системы обмениваются с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Связи системы со средой имеют направленный характер: влияние среды на систему осуществляется через ее входы, а влияние системы на среду через ее выходы (Ф.П. Тарасенко, 2004).
Электромагнитные поля (ЭМП) и излучения выполняют роль внешних управляющих драйвов по отношению к БДС, а также отражают их функциональное состояние, представляя электрический портрет системы, одновременно являясь ее выходами. (Т.И. Субботина, А.А. Яшин, 2007). ЭМП в живой природе выполняют фундаментальную роль системообразующего фактора. Проникая во все среды обитания живых существ, они обеспечивают информационный обмен и взаимодействие между биологическими системами (А.С. Пресман, 1997).
Среди исследователей нет общепринятого мнения о природе универсального физического агента, ответственного за гелиобиологические связи. На роль такого агента могут пока обоснованно претендовать только слабые магнитные поля. Однако механизм их действия на биосистемы остается до конца не раскрытым (Б.М. Владимирский, 1998). Живые системы, наряду с геофизическими источниками слабых ЭМП, обусловленными активностью Солнца, в свою очередь сами являются генераторами ЭМП в среде их обитания. Многие фундаментальные акты жизнедеятельности биологических объектов связаны с переносом электрических зарядов, движение которых создает магнитное поле (Н.В. Красногорская, 1984). Накопление электрических зарядов на поверхности биологических объектов в результате электризации порождает электрические поля, напряженность которых на несколько порядков выше напряженности электрических полей, генерируемых возбудимыми тканями (нервной и мышечной). При этом изменения положения биологического объекта или его частей в пространстве порождает низкочастотное электромагнитное поле, которое может влиять на функциональное состояние других биосистем, что актуально в плане изучения механизмов информационных взаимодействий в живой природе (Ю.В. Торнуев, А.П. Хачатрян, Р.Г. Хачатрян, 1990; В.М. Еськов, О.Е. Филатова, В.А. Карпин, В.А. Папшев, 2004).
Впервые различия информационных и энергетических взаимодействий с точки зрения психофизиологии были рассмотрены А.Н. Леонтьевым (1959) и не потеряли своей актуальности в настоящее время. Информационное и энергетическое взаимодействие организма со средой, аналогом которых являются чувствительность и раздражимость, отличаются друг от друга по степени использования энергии воздействующего стимула в процессах жизнедеятельности организма. За нижнюю границу информационного взаимодействия принимается пороговая чувствительность БДС к внешним стимулам эквивалентным плотности потока мощности 10-12 Вт/м2 (Г.Ф. Плеханов, 1990). При этом природа биологических эффектов слабых ЭМП остается неясной, несмотря на большой объем фактического материала. «Парадокс магнитобиологии» заключается в том, что воздействие энергии магнитного поля, которое в 1011 - 1012 раз ниже энергии теплового движения kT (на какую-либо биоструктуру), способно вызвать смещение равновесия химических реакций в ту или иную сторону. Неравновесность или метастабильность мишени и вероятностный характер преобразования сигнала слабого магнитного поля (МП) в биохимический ответ являются свойствами молекулярного механизма магниторецепции (В.Н. Бинги, В.А. Миляев, Д.С. Чернавский, А.Б. Рубин, 2006). Одно из объяснений «парадокса kT» сводится к тому, что любой биологический объект имеет собственное ЭМП, связанное с ним прямыми и обратными связями. Поэтому, рассматривать воздействие внешнего поля на биообъект целесообразно не с позиций системы: «внешнее поле – биообъект», а с позиций системы: «внешнее поле – поле биообъекта – биообъект» (А.А. Яшин, А.А. Хадарцев, Т.И. Субботина, И.Ш. Туктамышев, 2003).
Существенно, что невозможно познать деятельность интегрированных иерархических систем с высоким уровнем организации путем изучения частных механизмов. Параметры работы функциональных систем организма (ФСО), могут составить образ поведения биосистемы в фазовом пространстве состояний. Например, параметры состояния кардио-респираторной системы (КРС) и нервно-мышечной системы (НМС) опосредовано представляют поведение всех ФСО. Таким образом, изучение реакций биосистемы, характеризующих ее целостность и способность дать интегральный ответ на внешнее воздействие ЭМП, с использованием методов системного анализа представляется актуальным научным направлением. При этом особую роль в таких исследованиях сложных реакций БДС на ЭМП могут играть именно системные подходы, изучение биообъектов в фазовых пространствах состояний.
Целью настоящего исследования явилось изучение биологических эффектов слабых электромагнитных полей в биологических динамических системах с позиций системного анализа.
Данная цель определила постановку и решение следующих задач:
1. Исследовать влияние колебательной динамики естественной геомагнитной активности на состояние биологических динамических систем методами системного анализа.
2. Изучить эффекты слабых электромагнитных взаимодействий между биологическими системами.
3. Изучить информационную значимость слабых электромагнитных излучений видимого диапазона в функционировании сложных биологических систем с применением системных методов исследования.
Научная новизна исследований.
1. Выявлена чувствительность биологических динамических систем к воздействию естественных электромагнитных полей с позиций системного анализа в рамках теории хаоса и синергетики.
2. Впервые изучены биологические эффекты слабых электромагнитных взаимодействий между биологическими объектами, находящимися в условиях пространственно-временной синхронизации двигательных актов.
3. Впервые изучены непроизвольные двигательные реакции человека при восприятии слабых световых сигналов и идентифицированы их паттерны для видимого спектра излучений, формирующих цветоощущение.
Научно – практическая значимость. Данные, полученные на основе системного анализа колебательной динамики естественной геомагнитной активности позволяет прогнозировать влияние геомагнитных флуктуаций на состояние общественного здоровья и проводить комплекс превентивных мероприятий, снижающих риски развития неотложных состояний.
Разработанные способы невербального управления движениями человека позволяют исследовать информационные взаимодействия между биологическими объектами, что актуально для дальнейших медико-биологических и социально-психологических исследований.
Разработанная программа социально-бытовой адаптации лиц с ослабленным зрением может быть использована в практической деятельности тифлопедагогов.
Внедрение результатов исследований. Результаты научной работы в части, посвященной системному анализу влияния гелиогеофизических факторов на состояние общественного здоровья используются в системе контроля за действием факторов окружающей среды в Сургутской окружной клинической больнице (СОКБ); поликлинике № 9 г. Самары; в изучении влияния периодичности геомагнитных возмущений на здоровье и работоспособность работников железнодорожного транспорта в отделенческой больнице на станции Сургут открытого акционерного общества «Российские железные дороги». Результаты научных исследований используются в учебном процессе на лечебном факультете медицинского института ГОУ ВПО "Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа – Югры» при проведении семинарских занятий и лекций, а также на курсах повышения квалификации врачей, что подтверждается актами внедрения.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на VII Международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2007 г.); X научно-практической конференций «Актуальные вопросы медицинского обеспечения войск, подготовки и усовершенствования военно-медицинских кадров» (Томск, 2007 г.); VIII окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (Сургут, 2008 г.); XV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов – 2008» (Москва, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Современные аспекты клинической физиологии в медицине» (Самара,
2008 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ. Из них 4 в журналах, рекомендованных перечнем ВАК, 1 глава в монографии, 11 статей в других журналах и материалах научных конференций. Перечень публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 126 страницах машинописного текста и состоит из «Введения»; главы «Биологические эффекты и механизмы действия слабых электромагнитных полей», представляющей обзор литературных данных по рассматриваемой проблеме; главы «Объект и методы исследований», представляющей объект исследования, общие традиционные и оригинальные авторские методы, применяемые в настоящей работе; главы «Результаты собственных исследований и их обсуждение», посвященной исследованию состояний БДС в условиях действия слабых электромагнитных полей с позиции системного анализа; «Выводов»; «Приложения». Библиографический указатель содержит 146 наименований работ, из которых 111 на русском языке и 35 на иностранном. Текст диссертации иллюстрирован 25 таблицами и 27 рисунками.
