Т. К. Бреус

Влияние «космической погоды» на биологические объекты, включая человеческий организм

Т.К. Бреус, Институт космических исследований РАН

Наша Земля окружена атмосферой и ее составляющей- ионосферой, образованной в результате ионизации атмосферы солнечным волновым излучением. Это, однако, еще не полная картина строения внешних оболочек, окружающих Землю. У Земли имеется сильное магнитное поле с северным и южным полюсами. Оно взаимодействует с другим, а именно, с корпускулярным излучением Солнца. И этот поток ионизованных корпускул – частиц испаряющейся короны Солнца, замагничен солнечным магнитным полем, тоже имеющим дипольную составляющую. Магнитное поле Солнца «вморожено» в этот поток частиц и вытягивается потоком в межпланетное пространство. Земля со своим собственным полем погружена в этот поток солнечного излучения, называемого Солнечным Ветром (СВ). СВ в основном не проникает до поверхности Земли, а останавливается далеко от ее поверхности магнитным полем Земли (с подсолнечной области примерно на расстояниях порядка 16 Rз , где Rз - радиус Земли).В результате вокруг Земли образуется полость, в которой сосредоточено ее магнитное поле – магнитосфера, внутри которой находятся ее атмосфера и ионосфера.

Поскольку поток СВ постоянно изменяется (атмосфера Солнца «дышит» вследствие идущих внутри него термоядерных реакций), то и магнитосфера Земли сжимается и разжимается, создавая вариации электромагнитной обстановки , приводящие к возмущениям магнитного поля и ионосферы- магнитным и ионосферным бурям. Через полюса, где нет магнитного поля, частицы СВ высыпаются в полярные области околоземного пространства и ионизуют атмосферу, образуя полярные сияния.

Все эти вариации магнитосферы, а также вариации атмосферы и ионосферы, индуцированные солнечной активностью (СА), были названы «космической погодой». Естественно, что биосфера, включая также и человеческую популяцию, подвержена её воздействию.

Вариации естественных электромагнитных полей (ЭМП) в магнитосфере имеют ритмы, сходные с ритмами СА . Среди долгопериодических ритмов, самый известный из которых – одиннадцатилетний , имеются также ритмы, соответствующие периоду собственного вращения Солнца и его гармоникам (около 28 дней, около 14 дней, около 7 дней, около 3,5 дней) (Рис.1а, б, в; Рис.2). В колебаниях ЭМП имеются и очень короткопериодические компоненты – микропульсации, например, Рс1 – с периодами, близкими к периодам ритма человеческого сердца (1-2 сек).

Биологические объекты за время своей эволюции должны были адаптироваться к этим ритмам и интегрировать их периоды во временную структуру своих клеток, органов и организмов в целом, превратив их в эндогенные, т.е. собственные ритмы, в принципе синхронизованные с внешними ритмами среды обитания (Рис.3 и 4). Это произошло точно также, как суточные ритмы освещенности и температуры, обусловленные собственным вращением Земли, образовали всем хорошо известные биологические суточные (циркадианные ) ритмы, например, ритм сна и бодрствования.

Возмущения, генерированные солнечной активностью, нарушают обычное течение этих собственных ритмов и создают их десинхронизацию с внешними условиями, или адаптивную стресс-реакцию. Это станет понятно, если вспомнить, что при трансконтинентальных перелетах происходит сдвиг фазы суточных ритмов и возникает неприятный для организма десинхроноз, который длится порядка 2 –х недель, пока фазы собственных ритмов организма не синхронизуются по фазе с фазой локального времени суток. Для больного организма подобные сдвиги могут оказаться не столь безобидными, как для здорового.

В сущности, реакция человеческого организма на возмущения в среде обитания представляют собой нарушения в механизмах регуляции внутренней структуры согласования ритмов всех уровней организма. При этом основной мишенью для воздействия ЭМП, например, является сердце и сердечно-сосудистая и нервная системы. При воздействии возмущений изменяется частота сердечных сокращений (ЧСС), возникают аритмии, происходят скачки артериального давления, увеличивается вязкость крови, агрегация эритроцитов, наблюдается замедление кровотока в капиллярах. Фактически наблюдается реакция по типу адаптационного стресса и изменения сосудистого тонуса, по характеру, сходное с реакциями на метеорологические изменения . Особенно неприятны эти эффекты в том случае, если они накладываются на изменения метеорологической обстановки. По степени чувствительности организмов к метео- и электромагнитным воздействиям, как было показано недавно (Ожередов, Ревич, Гурфинкель, Бреус), человеческий организм реагирует в соответствии с соотношением 9:6:4 соответственно на атмосферную температуру, магнитные возмущения и атмосферное давление.

Влияние погоды на здоровье

Рис.1а. Околонедельные волны скорости, концентрации частиц и температуры солнечного ветра по данным измерений на космическом аппарате «Вела»

Из Рис.1а отчетливо видно, что скорость солнечного ветра испытывает вариации, имеющие период около 7 дней. Как будет видно из рис.2, это связано с периодом формирования магнитных полей на Солнце в областях, где зарождается солнечный ветер.

Из Рис.1б видно, что вблизи околоземного пространства должны наблюдаться ритмы смены ориентации ММП, которые могут вызывать определенные ритмы возникновения геомагнитных возмущений, причем, протяженность периодов этих ритмов около 7, 6 дней и 3, 6 дня в среднем.

Кр – индекс геомагнитной активности – максимальный размах амплитуды горизонтальной составляющей геомагнитного поля, выраженной в 9-бальной шкале за каждые три часа, и усредненные по 16 среднеширотным магнитным обсерваториям (Рис.1 в), имеет все компоненты ритмов, соответствующих собственному обороту Солнца и его гармоникам и субгармоикам.

Влияние погоды на здоровье

Рис. 1б. Секторная структура межпланетного магнитного поля (ММП), полученная усреднением данных измерений на космических аппаратах вблизи орбиты Земли (Wilcox and Ness,1965). Стрелки – направления силовых линий ММП. (+) и (-) соответствуют направлениям от Солнца и к Солнцу соответственно. Внизу различной штриховкой показаны сектора с различной временной протяженностью – оклополусемидневной и околосемидневной

Влияние погоды на здоровье

Рис. 1в. Спектр вариаций секторной Кр-индекса геомагнитной активности за 1932-1990 гг. Отчетливо видны периоды ритмов, соответствующие периоду собственного вращения Солнца -28 дней и его гармоник и субгармоник.

Влияние погоды на здоровье

Рис. 2. Спектрально-временная диаграмма вариаций магнитных полей на Солнце в области периодов менее 10 дней за 1975- 2000 годы.

PR (%) на рис.2 – степень выраженности данного периода на уровне достоверности P>0.95 в процентах, показанная штриховкой (см. таблицу справа на рисунке). Вертикальными линиями выделены периоды максимумов СА (SM).

Горизонтальной сплошной линией показан период 6.75 дней, наиболее характерный для спектра Кр-индекса геомагнитной активности (Рис. 1в) и отчетливо выделяющийся в ритмах магнитных полей Солнца. Пунктирной линией показан семидневный период.

Влияние погоды на здоровье

Рис. 3. Среднеквадратичные спектры данных непрерывного (с небольшими интервалами) мониторирования частоты сердечных сокращений (слева) и диастолического кровяного давления (справа) младенца от момента рождения и до 26 месяцев жизни.

По оси ординат на Рис. 3 отложена амплитуда ритма (удар/мин). По оси абсцисс частота (циклы/месяц) (внизу) и периоды в днях (вверху). Данные мониторирования с 26.01.89 по 19.03.91 разбиты на пять последовательных серий по четыре месяца, из которых отчетливо видно, как изменяется соотношение амплитуд инфрадианных и циркадианного ритмов. Амплитуда циркадианного ритма становится сопоставимой с амплитудой околонедельного – полунедельного ритмов только на пятый месяц жизни (вторая сверху серия измерений). Поскольку в материнском организме наиболее мощным ритмом является именно суточный ритм, очевидно, наблюдающаяся у младенцев структура ритмов эндогенного происхождения и что ЭМП играли существенную роль в их формировании на ранних стадиях эволюции. Более того, оказалось, что если недельная амплитуда превосходит суточную, у новорожденных младенцев, то у них возникает синдром внезапной смерти (когда при вскрытии не обнаруживается органических изменений). Пик детской смертности от функциональных расстройств подобного рода наблюдается в 3, 5 года.

Следует подчеркнуть, что околонедельные и полунедельные ритмы наблюдаются даже на клеточном уровне, и что особенно характерно у древних обитающих Земли (Рис.4). Разумеется, читатель может подумать, что мы игнорируем лунные (гравитационные ритмы). Ни в коем случае: Эти ритмы также были синхронизаторами биологических объектов, однако в отличие от ЭМП, они стационарны , и организмам не надо было непрерывно адаптироваться к их возмущениям.

Рис 4. Слева - околонедельные и околополунедельные ритмы роста нормальной клетки (А) и клетки с удаленным ядром (Б) древней одноклеточной морской водоросли Acetobularea Mediterannea, полученные при искусственном смещении нормального режима освещенности. Справа – ритмы биолюминесценции другого одноклеточного организма – Gonualuax Poluedra

Что же происходит с живыми организмами, под действием возмущений «космической погоды»?
Влияние погоды на здоровье

Рис.5. Результаты Холтеровского (непрерывного в течение 24 часов) мониторирования сердечного ритма и артериального давления у пациента 47-и лет, страдающего ишемической болезнью сердца в Кардиологическом центре им. Л.Я Мясникова..

Эпизоды депрессии ST – интервала ишемического типа на электрокардиограмме Рис.5 во время геомагнитной бури подчеркнуты. Стрелки графиках соответствует началу геомагнитной бури. Отчетливо виден подъем артериального давления после начала бури на нижнем графике.

Исследования синхронизации ритмов ГМА и медико-биологических характеристик впервые проводилось с использованием ежесуточных показателей многомесячного мониторирования артериального давления (АД) больных артериальной гипертонией (АГ) (НИИ Кардиологии, Москва 33 пациента с гипертонией 1 и 2 степени). Получено, что: В группу магниточувствительных больных с АГ, АД которых положительно коррелировало с ГМА, попало 80% из всех больных, причем они страдали многоплановыми нарушениями регуляции системы кровообращения, у них чаще наблюдались изменения со стороны органов-мишеней, в частности, увеличение индекса массы левого желудочка сердца, повышающее риск развития сердечной недостаточности: Распределение метеочувствительных больных по группам оказалось более равномерным.

Очень важно отметить, что наблюдавшиеся в процессе лечения эффекты спонтанных ритмических вариаций АД коррелировали с вариациями геомагнитной обстановки (наблюдалась синхронность с запаздыванием на 1-2 суток), Однако ускользания гипотензивного эффекта на фоне продолжавшегося лечения этих больных было связано с эффектами изменения метеоусловий – появлением тепловых волн, что необходимо учитывать при проведении коррекции АГ терапии.


A	Б

Влияние погоды на здоровье

Рис.5 Сопоставление усредненных многодневных (12 недель) профилей артериального давления, полученных на фоне монотерапии у больной, у которой наблюдались спонтанная ритмика давления и эффекты ускользания гипотензивного эффекта, с усредненными тем же способом , что и артериальное давление, геомагнитным индексом Dst (кривые А) и метео – факторами : атмосферным давлением (АД) (кривые Б) и температурой (кривые С).

Сплошной кривой показаны вариации артериального давления, пунктиром – вариации индексов геомагнитной и метео-активности.

Как видно из рис.6, внезапная смерть от инфаркта миокарда и инфаркты в Москве и Болгарии имеют почти синхронный временной ход с микропульсациями геомагнитного поля, близкими к ритмам сердца (Рс1), в то время как другие индексы геомагнитной активности (ГМА) хуже согласуются с ритмами этих смертей и заболеваний. Отсюда и из ряда других наблюдений был сделан вывод, что микропульсации являются наиболее биотропным фактором ГМА.

Влияние погоды на здоровье

Рис.6. Сопоставление данных об инфарктах миокарда в Москве (скорая медицинская помощь –80000 случаев)(ИМ), внезапной смерти в Болгарии (ВС) в городах и селах) А также различными индексами геомагнитной активности – суммарным за месяц Кр индексом, Dst –индексом, характеризующим магнитные бури при значениях меньших, чем (-) 40 нТл, а также с продолжительностью наблюдения микропульсаций в диапазоне Рс1 – ритма сердца, измеренный на станции Борок (Россия).

Заключение

За последнее десятилетие получено множество экспериментальных данных и данных клинических и лабораторных, а также натурных наблюдений, свидетельствующих о важной роли воздействия космической погоды на человеческий организм. Здесь приведена лишь малая толика того, что представляет несомненный интерес в этой области. В частности, имеются данные по исследованию космонавтов на борту аппаратов СОЮЗ, орбитальных станций МИР и МКС, свидетельствующие о магнитной чувствительности космонавтов (здоровых и тренированных людей в состоянии стресса, в связанного с космонавтов (здоровых и тренированных людей в состоянии стресса, связанного с невесомостью). Имеются данные о магнитной чувствительности здоровых людей на Земле. Следует подчеркнуть, что магнитная чувствительность стоит на втором плане после метеочувствительности, в особенности по сравнению с реакциями на изменения атмосферной температуры, поэтому наиболее неблагоприятными являются периоды, когда магнитные возмущения сочетаются с метеорологическими эффектами.

Заключение

Рекомендуемая литература