Зв'язок періодичних процесів в організмі людини,
обумовлених ритмікою зовнішнього середовища, з варіаціями магнітного поля сонця
Рагульская
Марія Валеріївна, науковий співробітник сектору геліо-екології Інституту земного
магнетизму і розповсюдження радіохвиль РАН (ІЗМІРАН),
Моніторинговим
одночасними експериментами в різних містах показано, що екзогенна многосуточная
ритміка організму людини визначається впливом тільки природних
загальнопланетарна зовнішніх факторів. Проглядається наступний ланцюжок: сонячна
активність, обумовлена змінами магнітного поля Сонця, впливає на
іоносферу і динаміку атмосфери, а також через низькочастотні магнитосферные
осциляції безпосередньо на біологічні об'єкти. Наведено періодограмми
колективної реакції груп обстежуваних у мм. Санкт-Петербург, Москва, Одеса.
Вступ
Функціонування
біологічних систем на всіх рівнях організації носить квазіперіодичні
коливальний характер. Утримання гомеостазу здійснюється через набір
автоколивальних рівнів, об'єднаних у єдину ієрархічну систему. Для
кожного біологічного осцилятора фаза в деяких межах постійно
флуктуірует, що дозволяє організму проводити перманентну синхронізацію з
ритмами зовнішнього середовища [1,2]. Такий стохастичний коливальний режим є
функціональної нормою і забезпечує оптимальні умови адаптації.
Біосфера
є цілісною самоорганізується відкритою системою, безперервно і
закономірно обмінюється з речовиною, енергією та інформацією з зовнішнім середовищем
- Верхніми шарами атмосфери і космічним простором, з одного боку, і
літосферою, з іншого. Динамічна система взаємозв'язків процесів всіх оболонок
Землі ускладнює виявлення якогось одного агента, що впливає на
біологічні агенти, з єдиного багатопараметричного комплексу. Однак, на
справжнього моменту зрозуміло, що більшість ритмів оболонок Землі взаємозалежні
і модулюється ритмікою Сонця, яка, в свою чергу, визначається
варіаціями магнітного поля Сонця. У зв'язку з ієрархічно - неієрархічну
будовою біосфери вивчення спектрів біологічних явищ і виділення
ендогенних (автоколивальних внутрішніх) і екзогенних (модулюють зовнішніх)
ритмів, а також фрактального характеру Флуктуативно шумових коливань
біологічної системи, є ефективним методом і дозволяє отримати
додаткову інформацію про механізми впливу зовнішнього середовища на організм
людини.
Методика та постановка експерименту
При
вивченні впливу зовнішніх впливів, у тому числі - сонячної активності, на
організм людини можливі три методи досліджень:
Збір
даних медичної статистики та їх порівняння з різними факторами зовнішньої
середовища. Зручний метод при оцінки процесів з характерними часом більше року.
Недолік - соціальна зашумленість і складність грамотної вибірки первинних
статистичних рядів.
біофізичні
дослідження поведінки клітинних структур при різних зовнішніх впливах.
Прекрасні результати при дослідженні процесів з характерними часами від
мікросекунд до декількох десятків хвилин. Однак вилучена з живого організму
клітинна структура втрачає інформацію про функціонування організму як цілого.
Проведення
модельних експериментів і тривалих моніторингів. Вивчаються активно
функціонуючі живі організми шляхом реєстрації їх параметрів при зміні
факторів зовнішнього середовища. До факторів зовнішнього середовища можуть ставитися як зміни
природних природних дій, так і зміна соціальних умов,
виконання певної фізичної роботи або психологічну напругу.
Характерні часи - від декількох хвилин до декількох діб або років.
Необхідність
отримання об'єктивної експериментальної інформації про вплив слабких зовнішніх
полів на організм людини назріла давно. Проте, на жаль, традиційними в
цій галузі є або обробка статистичних даних (викликів швидкої
допомоги, статистика автокатастроф і т. п.), або вивчення впливу на
клітинному рівні. Експерименти на активно працюючих здорових людей ускладнені
по ряду причин, зокрема через відсутність неруйнуючої методики експрес -
діагностики та складності організації тривалого дослідження. Загальним недоліком
більшості подібних експериментів є те, що відбувається постійна зміна
випробуваних, і при цілком переконливою чисельної статистикою вона виявляється
набраної на різних людях. При цьому всі реакції на зовнішні впливи
виявляються усередненими, а оскільки у різних людей вони можуть бути
різноспрямованими (наприклад, артеріальний тиск під час магнітної бурі
може як підвищуватися, так і знижуватися) і зсунутими в часі щодо
один одного, то таке усереднення означає фактичне обнулення реакції і
здається її відсутність. Звідси випливає невідтворюваних результатів багатьох
медичних експериментів і слабка кореляція даних медичної статистики з
змінами зовнішніх умов.
Оптимальним
при вивченні поведінки організму людини, як єдиної системи, є
проведення досліджень за методикою 3, що потребує тривалого моніторингу
постійної групи обстежуваних, для зниження зашумленості даних сторонніми
чинниками. Це накладає додаткові обмеження на вибір методик
вимірювань і приладової бази, швидких і неінвазіонних. Проте в даний час
практично не існує приладів, що відповідають вимогам тривалих
щоденних експериментів при одночасному обстеженні великої групи людей.
Особливі вимоги пред'являються і до обробки даних: програмне забезпечення
має бути побудовано так, щоб виділити з шумів корисний сигнал і визначити
його спектральні характеристики (основні періоди і співвідношення їх амплітуд,
динаміку їх поведінки при зміні зовнішніх навантажень). При цьому повинні бути враховані:
тривалість рядів, їх можлива неповнота і масовість обстеження. Кінцевою
метою є визначення інваріантів, що дозволяють оцінювати числом або
функціоналом розпливчастий такий показник, як "здоров'я - нездоров'я"
людини. Для якісного проведення експерименту нові приладові й
програмні методики повинні бути об'єднані в єдиний вимірювальний комплекс і
проводиться на однаковій апаратурі і методиці одночасно в різних за
широті містах (для виявлення планетарного характеру ефектів та нівелювання
місцевих особливостей). Всі ці вимоги автори намагалися врахувати при
проведенні багаторічного моніторингового експерименту з виявлення впливу
зовнішніх факторів на функціональні стану організму людини. З 1998 року і
по теперішній час щоденні вимірювання параметрів 1-го відведення
електрокардіограми, варіабельності серцевих скорочень, артеріального
тиску і пульсу, електричної провідності біологічно активних точок на
шкірі людини, і оцінки суб'єктивного стану проводяться на постійній групі
добровольців. Комплексні методики дослідження базувалися на оригінальній
приладової базі і проведення експерименту одночасно в різних містах.
Застосовані оригінальні методики обробки даних дозволили виявити як
індивідуальні, так і колективні ефекти. Для виявлення планетарного
характеру спостережуваних ефектів були проведені одночасні вимірювання в
різних містах, розташованих в інтервалі 38 ° -60 ° пн.ш. (Москва, Санкт -
Петербург, Київ, Сімферополь, Одеса, Неаполь) і на антарктичній станції
"Академік Вернадський".
В
як характеристики, що описує стан одного випробуваного, крім
відносної амплітуди реакції використовувалося відхилення:
Dn
= D - Dср
(d
- Середнє значення функціонального параметра за день; Dср - середнє для
даної людини значення цього параметра за весь період вимірів).
Для
характеристики "колективної" реакції щоденно тестованої групи людей
сформуємо ряд D. Члени ряду позначимо як 
:
- середнє
арифметичне провідності за l-ий день по всіх вимірюваним біологічно
активних точок шкіри для n-го обстежуваного;
- середнє
арифметичне з усіх точок вимірюються за весь час вимірювань для n-го
обстежуваного;
--
відповідно, щоденне відхилення від середнього по всьому часу вимірювань
для n-го обстежуваного;
- повне число
обстежуваних на l-й день.
Будемо
називати середнім
відхиленням за день по всій групі обстежуваних. Використання дозволяє
згладжувати індивідуальні особливості реакції і флуктуації середніх значень
кожного обстежуваного, виявляючи при цьому масовість спостережуваних ефектів і
колективні закономірності. Проведене у такий спосіб усереднення (за часом
вимірювання і всіх об'єктах виміру) збільшити співвідношення "сигнал-шум", що
призводить до більш вираженого виділенню саме колективної реакції на варіації
параметрів зовнішнього середовища. Індивідуальне відхилення в нормі флуктуірует в
межах 5-10% від амплітуди вимірюваного параметра, колективне - в межах
2%. Дні, коли ці значення перевищувалися більш ніж в 3 рази, були виділені і
вивчалися особливо. Побудова спектрів проводилося на кожній стадії експерименту
: Для індивідуальних рядів даних, для колективного параметра, для різних
міст.
Детальний
опис методики проведення експерименту, приладової бази та обробки даних
наведені в роботах [3,4,5,6,8]. Отримані тимчасові ряди порівнювалися з
щоденними значеннями атмосферного тиску (Р), числами Вольфа (W) і
індексів, що характеризує обуреність геомагнітного поля (А) і космічних
променів. За час експерименту проведено більше 50 000 вимірів біологічних
параметрів на тлі близько 400 магнітних бур.
Результати експерименту
Проведений
статистичний аналіз отриманих даних показав [4], що нульова гіпотеза про
випадковості збігів різких змін в стані здоров'я великої групи
людей з флуктуаціями атмосферного тиску, збільшенням числа сонячних плям,
зростанням геомагнітної активності може бути відкинута на рівні статистичної
значущості 0,01 для тривалих рядів спостереження (більше 2 років).
Індивідуальна
реакція складається з трьох послідовних фаз - фази збудження і синхронізації
всіх внутрішніх органів і систем (тривалість - близько доби), фази
десинхронозу (2-4 доби), і фази релаксації. Це показує, що реакція організму
людини на різкі зміни сонячної активності має форму і характерні
адаптаційної фази стрес-реакції.
Зміни
сонячної активності тягнуть за собою комплексне зміна параметрів всіх
оболонок Землі (магнітосфери, іоносфери, атмосфери, літосфери). Залежно
від особливостей організму конкретної людини в різні моменти його
існування кращим чинним агентом зовнішнього середовища є
якийсь один з перерахованого комплексу. Однак це "перевагу" змінюється в
Залежно від поточного психофізіологічного стану людини та її
адаптаційних резервів. Так наприклад, індивідуальні спектрограми параметрів
здорових людей, локального А-індексу та атмосферного тиску співпадають
практично повністю, (4, 6, 10.6, 13.6, 15.7, 18.6, 27.1, 148 діб). Чим
гірше стан здоров'я обстежуваного, тим яскравіше проявляється в його індивідуальної
періодограмме 5-денний період. При розгляді тривалих часових періодів
спостерігається зростання середньої амплітуди реакції по роках при наростанні
сонячної активності до максимуму, і зменшення - на спаді.
При
проведення експериментів по впливу комплексних психофізіологічних навантажень
на функціональний стан організму людини виявлено потенціювання
поєднаних дії несприятливих факторів [5]. Для поділу впливу
природних і техногенних факторів було проведено картування житлових і
виробничих приміщень на предмет розподілу наведень мережі і статичного
електричного поля [6]. У процесі експерименту виявлено індивідуальне
виникнення аритмії і швидкої стомлюваності у окремих обстежуваних в місцях
підвищеної концентрації техногенних полів.
Колективний
реакція спостерігається в околиці + -2 дні від початку магнітної бурі. Реакція
пов'язана зі зміною сонячної активності, тому що приблизно в 40% випадків
починається за 1-2 діб до початку магнітної бурі. Таким чином, для пояснення
спостережуваних біологічних ефектів необхідно розгляд процесів сонячної
активності, обумовлених варіаціями магнітного поля Сонця. В якості
механізму передачі обурення від Сонця до оболонок Землі можна припустити
виникнення низькочастотних магнитосферных осциляції, що випереджає прихід
основної ударної хвилі сонячного вітру до землі на 1-2 доби. У роботі Е.А.
Руденчіка і О. В. Хабарова [7] показано, що провісники представляють собою
посилення амплітуди коливань щільності сонячного вітру з квазіустойчівимі
періодами 2-250 хвилин. Причиною коливань-провісників можуть бути
нестійкості плазми, коливання секторною кордону і коливання в активних
областях на Сонці, що передують розвиток спалахової процесів. Після
виникнення осциляції-провісників щільності коливання з тими ж періодами
виявляються і в горизонтальних компонентах магнітного поля Землі в 65%
випадків. Коливання магнітосфери є вторинними і, очевидно,
резонансними. Умовою передачі їх магнітосфері є негативна
спрямованість вертикальної величину похідної щільності за часом 
(що
відповідає приросту 
за 10 годин) в
поєднанні зі зростанням суми квадратів амплітуд коливань-провісників щільності з
гармоніками від 10 до 100 хв компоненти міжпланетного магнітного поля.
Для
виявлення планетарного характеру спостережуваних ефектів та нівелювання місцевих
особливостей контрольні експерименти проводилися на однаковій приладової базі
одночасно в різних містах. Для виключення суб'єктивного фактора обмін
даними проводився раз на 2 місяці. Дослідження показали, що реакція на
поодинокі магнітні бурі є колективною, і в межах доби одночасної
в різних містах. На рисунку 1 наведена поточна колективна реакція груп
обстежуваних у містах Санкт-Петербург, Москва, Одеса (темним виділені
магнітовозмущенние дні).
Аналіз
Dn для груп обстежуваних у різних містах показав збіг всіх основних
біологічних періодів (див. Рис. 2а і 2б)
Малюнок
2а відповідає одночасним вимірюваннями в Москві та Санкт-Петербурзі на фазі
зростання сонячної активності у грудні 1999 - лютому 2000 року. Тут
виділеними є близько-3, 5, 7, 9, 11,13 і 16-денні періоди, що мають
відповідні аналоги у сонячній ритміці та варіаціях магнітного поля Землі.
Варто звернути особливу увагу на вираженість близько-5-денного
( "Патологічного") періоду в обох містах. На Рис. 2б представлені ті ж самі
спектрограми Dn, але для московської і одеської групи обстежуваних у фазі
вторинного максимуму сонячної активності (січень - квітень 2002 року). Видно
ослаблення близько-5-денного періоду і посилення тижневої ритміки і 14, 28 і
36-денний складової.
Збіг
всіх основних періодів в спектрограми "колективного відхилення"
функціональних параметрів у різних містах означає, що саме
організму людини. Такими факторами можуть служити тільки варіації природних
зовнішніх полів (магнітосфери, іоносфери і атмосфери), викликані в свою чергу в
Зрештою змінами магнітного поля Сонця. Найбільш несподіваним і
цікавим результатом одночасних експериментів у різних містах з'явилося
те, що, як випливає з малюнків 2а та 2б, техногенні поля, локальні за своєю
природі і унікальні в кожному місті, не вносять свій внесок у формування
спектру узагальненої колективної реакції. Це може означати, що:
або
техногенні зовнішні поля надають різноспрямований вплив на різних
людей, що при усередненні по всій групі дає обнулення ефекту їх впливу.
або
відіграють роль фактора, модульованого амплітуду тієї чи іншої спектральної лінії,
але не змінює загальні частотні характеристики процесу.
Висновок
Отримані
результати свідчать про планетарне зовнішньому агента впливу на екзогенну
ритміку людини, в якості якого можуть виступати тільки варіації
природних зовнішніх полів. Проглядається наступний ланцюжок: сонячна
активність, обумовлена змінами магнітного поля Сонця, впливає на
іоносферу і динаміку атмосфери, а також через низькочастотні магнитосферные
осциляції безпосередньо на біологічні об'єкти. Залежно від
особливостей організму конкретної людини в різні моменти його
існування кращим чинним агентом зовнішнього середовища є
якийсь один з перерахованого комплексу. Однак це "перевагу" змінюється в
Залежно від поточного психофізіологічного стану людини та її
адаптаційних резервів. Проведений багаторічний моніторинг параметрів
функціонального стану постійної групи обстежуваних, а також разношіротние
експерименти виявили, що підтримка внутрішнього гомеостазу організму і
протікання процесів адаптації здійснюються шляхом зовнішньої модуляції та
синхронізації. Найбільш біологічно активні близько-5-7-14-28-36-денні та
піврічні періоди зовнішнього середовища.
Хотілося
б відзначити, що в силу міждисциплінарності вивчення впливу слабких полів
на біологічні об'єкти, в даний час ні один з існуючих наукових
інститутів не володіє необхідним набором фахівців. Для ефективних
досліджень у цій галузі необхідно створення на базі державної
програми наукової групи, що складається з фізиків, біофізиків, лікарів, психологів
і фахівців з математичної обробки біологічних сигналів і
інформаційним технологіям. Тому автор з великим задоволенням висловлює
подяку В. Н. Обрідко і О. В. Хабарова за багаторічну плідну співпрацю,
а В. В. Вишневського, Ю. П. Горго, Е. А. Цирульник, І. А. Миронова і Н. В.
Грабко - за розробку приладової бази досліджень і допомогу в проведенні
вимірювань в Санкт-Петербурзі, Одесі, Києві та Москві.
Робота
виконана за підтримки гранту РФФМ 03-02-16384 та Молодіжного гранту РФФМ.
Список літератури
Володимирський
Б.М., Сидякіна В.Г., Темурьянц Н.А., Макєєв. В.Б., Самохвалов В.П.// Космос і
біологічні ритми. Сімферополь, 1995
Агулова
Л.П.// Біофізика 1998, Т.43, вип.4, с.571-574
М.
В. Рагульская, О. В. Хабарова// Вплив сонячних збурень на людський
організм. Біомедична радіоелектроніка, 2001, № 2, стор.5-15
О.
В. Хабарова, Е. А. Руденчік// Біомедична радіоелектроніка, 2002, № 10-11,
стор.32-42
В.
В. Вишневський, М. В. Рагульская, Л. С. Файнзільберг// Вплив сонячної
активності на морфологічні параметри ЕКГ серця здорової людини.
Біомедична радіоелектроніка, 2003, № 3, с.3-13
Д.
Г. Афонін, М. В. Рагульская// Особливості адаптації організму людини до
техногенних факторів сучасного мегаполісу. Біомедичні технології та
радіоелектроніка, 2003, № 5, стор 29 - 41
Хабарова
О. В., Руденчік Е. А.// Геоеффектівность змін щільності сонячного вітру.
Основи нової методики прогнозу магнітних бур. Праці конференції країн СНД і
Прибалтики "Актуальні проблеми фізики сонячної і зоряної активності", Нижній
Новгород, 2-7 червня 2003
М.
В. Рагульская// Проблема вивчення поведінки організму людини під непороговимі
зовнішніми впливами з точки зору синергетики// Біомедичні технології та
радіоелектроніка, 2005, № 1-2, стор.1-12
Dmitrieva I., Khabarova O., Obridko
V., Ragoulskaya M., Reznikov A.// Experimental confirmation of bioeffective
influence of magnetic storms Astronomical and Astrophysical Transactions, 2000.
V.19, p.p.67-77
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.sciteclibrary.ru
