Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование влияния факторов магнитосферы и приземной атмосферы на организм человека методом оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей

ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование влияния факторов магнитосферы и приземной атмосферы на организм человека методом оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей"

На правах рукописи

ЗЕНЧЕНКО ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ МАГНИТОСФЕРЫ И ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА МЕТОДОМ ОЦЕНКИ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

03.01.02 - Биофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

1 9 МАЙ 2011

Пущино, 2011

4847392

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН, в Учреждении Российской академии наук Институте космических исследований РАН

Научные консультанты:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук Бреус Тамара Константиновна

доктор биологических наук, профессор Шноль Симон Эльевич

доктор физико-математических наук, профессор Смолянинов Владимир Владимирович

доктор физико-математических наук, профессор Твсрдислов Всеволод Александрович

доктор медицинских наук, профессор Рапопорт Семен Исаакович

Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна ФМБА России

Защита диссертации состоится: 15 июня 2011 г. в часов _00_мин. на заседании совета Д 002.093.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу: 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке НЦБИ РАН г. Пущино по адресу: 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.

Автореферат разослан: « 2011 г.

Ученый секретарь

кандидат физико-математических наук 'I Панина Н.Ф.

Список использованных сокращений

АГ - артериальная гипертешия АД - артериальное давление ВСР - вариабельность сердечного ритма ВФ - внешние факторы ГМА - геомагнитная активность ГМВ - геомагнитное возмущение ДАД — диастолическое артериальное давление

ДК ЭКГ-дисперсионное картирование

электрокардио граммы МиАФ - магнитосферные и атмосферные факторы

ММП — межпланетное магнитное поле

ПМ — показатель микроциркуляции СА -

солнечная активность САД - систолическое артериальное

давление СВ - солнечный ветер СРПВ - скорость распространения

пульсовой волны ССС - сердечно-сосудистая система ФП - физиологические показатели ЧСС - частота сердечных сокращений Pc — pulsation continuous RH-relative humidity (относительная влажность)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 A.JI. 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 (Чижевский, 1995). Но по ряду причин на многие годы эти работы были забыты.

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 70хгг. (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, P.M. Баевский, С.И. Рапопорт, А.Н. Рогоза, А.Е. Левитин, Ю.И. Гурфинкель, P.M. Заславская, С.М. Чибисов и др.).

В результате работы этих сообществ, как и многих других, например, участников международной программы BIOCOS - F. Halberg, G. Cornelissen,, К. 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 (Femleib et al, 1975; Lipa et al, 1976)

Однако главным ограничением популяционного подхода, связанным с использованием усреднениых 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 dp, 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 обобщаемое!!! 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 Сорока, 1992). Однако существует крайне мало работ, в которых предпринимались попытки сравненпя вкладов этих двух групп факторов (Хаснуллин, 1989, Шеповальников и Сороко, 1992; Delyukov et al, 2001; 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 магнитосферньши 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:

1. Разработка метода оценки индивидуальной чувствительности человека к действию магнитосферных и атмосферных факторов, куда вошли:

1.1.формирование «базового набора» физиологических показателей, отражающих функциональное состояние различных отделов сердечнососудистой системы и чувствительных к действию геомагнитных и атмосферных факторов;

1.2.разработка методики мониторинга физиологических показателей на примере показателей артериального давления крови, оценка необходимой частоты и длительности мониторинга;

1.3.анализ применимости существующих статистических методов к задаче оценки индивидуальной чувствительности организма к внешним факторам;

1.4. построение динамической карты связей анализируемых атмосферных и геомагнитных параметров и выбор минимально необходимого перечня учитываемых внешних факторов.

2. Построение детальной феноменологической картины реакции физиологических показателей человека на действие магнитосферных и атмосферных факторов на основе сформированной базы знаний: 2.1.определение степени зависимости распространенности случаев магнито- и

метеочувствительности человека от состояния здоровья; возраста, географического места проживания, времени проведения мониторинга; 2.2.олределение диапазонов характерных времен развития индивидуальной реакции, ее длительности и амплитуды.

3. 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 диссертация опубликовано 29 статей (из них 11 - в журналах, рекомендуемых ВАК) и 46 тезисов.

Научная новизна

1. Предложен и разработан новый, индивидуализированный по объектам анализа, подход к изучению воздействия комплекса магнитосферных и атмосферных факторов на функциональное состояние человека, включающий:

1.1.научно обоснованную методику длительного индивидуального мониторинга ежедневных вариаций физиологических показателей;

1.2.метод оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей к воздействию комплекса магнитосферных н

атмосферных факторов, позволяющий формировать заключение о характере индивидуальной чувствительности (т. е. знаке, амплитуде и длительности реакции физиологических показателей) волонтера к вариациям погоды и геомагнитной активности; 1.3.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.

2. 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, степени статистической связи текущих значений геомагнитных и метеорологических показателей, географической локализации проведения мониторинга, сезона года и фазы цикла солнечной активности.

3. Получены зависимости характера статистических связей атмосферных параметров (температуры, относительной влажности, атмосферного давления) от географической локализации и сезона года, а также локальных и планетарного индексов геомагнитной активности с учетом динамической изменчивости этих связей (применительно к задаче оценки чувствительности организма).

4. 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 гипертеизия на воздействие комплекса магнитосферных и атмосферных факторов.

5. 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 биотропиом 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.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1) Предложен и разработан индивидуализированный но объектам анализа подход к изучению закономерностей влияния комплекса магнитосферных и атмосферных факторов на организм человека, который обеспечивает более высокую надежность (по сравнению с ранее применяемыми методами) заключений об индивидуальной чувствительности к внешним факторам каждого волонтера. Предложенный подход позволяет по мере постепенного накопления информации повышать достоверность выявления популяционных закономерностей благодаря анализу сформированной базы знаний. Подход построен по следующей логической схеме:

a) получение длинного временного ряда значений физиологических показателей человека на основании специально разработанной методики мониторинга;

b) анализ данного временного ряда посредством специально разработанного метода, позволяющего оценивать индивидуальную чувствительность физиологических показателей к действию магнитосферных и атмосферных факторов, и формирование заключения о характере индивидуальной чувствительности;

c) сохранение заключения о характере чувствительности каждого человека в базе знаний вместе с анамнестической информацией;

ф многофакторный анализ непрерывно пополняемой базы знаний для выявления закономерностей влияния магнитосферных и атмосферных факторов на организм человека.

2) Определен минимально необходимый набор магнитосферных и атмосферных параметров для оценки индивидуальной чувствительности к ним физиологических показателей. Он включает значения Кр-индекса

геомагнитной активности, атмосферное давление, температуру воздуха и относительную влажность. Исключение любого из этих параметров из числа анализируемых с высокой вероятностью может приводить к обнаружению «фантомных» корреляций физиологических показателей с остальными атмосферными показателями. Характер взаимосвязи трех атмосферных параметров между собой кардинально различается для разных климатических зон и сезонов года и должен быть учтен при анализе. Вектор значений Кр-индекса может рассматриваться как независимый от атмосферных показателей.

3) Показано, что суточный временной масштаб, распространенный в гелиобиофизике, вносит искажения в расположение на временной шкале таких гелиогеофизических событий как скачки скорости и плотности солнечного ветра, пересечения секторных границ межпланетного магнитного поля, геомагнитные возмущения и моменты регистрации физиологических реакций. В данном временном масштабе выделены периоды (годы спада и минимума солнечной активности), когда скачки плотности солнечного ветра на сутки предшествуют моменту возрастания геомагнитных индексов. Показано, что известные в литературе случаи развития биологической реакции в течение суток перед развитием геомагнитного возмущения и при пересечении секторных границ межпланетного магнитного поля могут быть обусловлены магнитосферными процессами с частотами в 1 Гц (Pel-пульсации, таблица 5, стр 49) и 8 Гц (Шумановские резонансы и инфразвук), возбуждаемыми скачками плотности солнечного ветрх

4) Показано, что характер реакции всех исследованных физиологических показателей на изменение геомагнитной активности имеет вид быстрых вариаций (в течение суток), в то время как их зависимость от атмосферных показателей проявляется как синхронизация медленных волн с периодом порядка нескольких суток. Обнаруженное различие характерных частот ответа организма на действие геомагнитной активности и факторов погоды позволяет разделять вклады, вносимые этими двумя группами факторов в вариации физиологических показателей

5) На основании анализа заключений об индивидуальной чувствительности к геомагнитным и атмосферным факторам показателей артериального давления 230 волонтеров показано, что:

a) распространенность случаев магниточувствительности по показателю артериального давления не различается в когортах здоровых людей и лиц с диагнозом артериальная гипертензия 1-й и 2-й степени; не зависит от пола и возраста волонтера, среднего уровня артериального давления, климатической зоны проживания (южные или средние широты) и сезона года. В то же время данный показатель прямо пропорционален среднему уровню геомагнитной активности в период измерений.

b) Средняя амплитуда изменения индивидуальных значений показателей артериального давления, обусловленных геомагнитными возмущениями в годы максимума солнечной активности, составляет 7±2 мм рт.ст. для здоровых людей и 12 ±4 мм рт.ст. для лиц с диагнозом гипертония 1-й и 2-й степени.

с) В 80% случаев обнаружения реакции показателей артериального давления на повышение уровня геомагнитной активности, ее развитие происходит синхронно с началом геомагнитного возмущения. Распределения времен начала развития реакции не различаются для когорт здоровых и больных людей.

6) Мониторинг таких физиологических показателей, как скорость распространения пульсовой волны в магистральных артериях, показатели состояния микроциркуляторного русла и нарушения электрической проводимости различных участков миокарда, дает более детальную информацию о характере реакции различных отделов сердечно-сосудистой системы на действие магниггосферных и атмосферных факторов, чем мониторинг только показателей артериального давления. Исследование динамики этих показателей необходимо для выяснения биофизических механизмов реакции биологических систем на действие факторов погоды и геомагнитной активности.

7) Экспериментально показано, что увеличение скорости микроциркуляторного кровотока во время геомагнитных возмущений обусловлено чувствительностью к этому фактору активных механизмов регуляции микроциркуляторного русла (приписываемых осцилляциям миогенного (0.060.2 Гц) и нейрогенного (0.02-0.06 Гц) происхождения). Характерные частоты данных регуляторных механизмов соответствуют частотному диапазону геомагнитных пульсаций Рс2-3, наблюдаемых на широте Москвы в периоды повышенной геомагнитной активности.

Апробация работы:

Результаты исследований докладывались на Международной конференции «Погода и Биосистемы» (Санкт-Петербург, 2006 г.); 2-й (2007 г.) и 3-й (2010 г.) Международных конференциях «Человек и электромагнитные поля» (г. С аров); 3rd Scientific Conférence with International Participation "Space, Ecology, Nanotechnology, Safety" (SENS-2007, Varna, Bulgaria); International IHY Symposium "International Heliophysical Year 2007: New insights into solar-terrestrial physics", (Звенигород, 2007); VII (2007 г.) и ИХ (2009 г.) Международных конференциях «Космос и биосфера» (г. Судак, Украина); Fourth European Space Weather week (EESA, Brussels, Belgium, 2007); UN/ESA/NASA/JAXA/BAS Workshop on "The First Results from the International Heliophysical Year 2007" (Sozopol, Bulgaria,

2008); Международной конференции «Фундаментальные космические исследования: новейшие разработки в области геоэкологического мониторинга Причерноморского региона и перспективы их реализации?» (Солнечный берег, Болгария, 2008 г.); The Firth European Space Weather week (EESA, Brussels, Belgium, 2008 г.); IX Международном Конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2008 г.); Med-e-Tel 2009: The International Educational and Networking Forum for eHealth, Telemedicine and Health ICT, (Luxexpo, Luxembourg,

2009); Московского Семинара «Методы исследования нелинейных электромагнитных явлений в сложных системах и их применение в медицине»

(Таруса, 2009); V Международном Конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2009).

Структура н объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы, включающего 218 отечественных и 173 зарубежных источников. Работа изложена на 225 страницах машинописного текста, иллюстрирована 72 рисунками, содержит 8 таблиц.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Изучение литературного материала, опыт собственных наблюдений и сбора фактических данных позволили нам выдвинуть гипотезу о том, что задача построения развернутой многофакторной картины солнечно-биосферных связей может быть решена только на основе анализа большого объема систематизированных результатов индивидуальных наблюдений, проведенных по специально разработанной унифицированной методике.

Для решения этой задачи нами предложен и разработан новый, индивидуализированный по объектам анализа, подход, включающий три основных элемента:

1. разработка методики сбора индивидуальных медико-биологических данных (мониторинга) и создание базы данных;

2. разработка и применение многоступенчатого алгоритма анализа (метода оценки индивидуальной чувствительности к МиАФ), формирование индивидуальных заключений;

3. разработка идеологии и структуры базы знаний.

1. Разработка методики сбора медико-биологических данных (мониторинга)

и создание базы данных

1.1.Формирование «базового набора» физиологических показателей

Для того чтобы полученные в работе результаты смогли в будущем найти применение в официальной клинической практике и методиках предрейсового контроля операторов, нами было принято решение, что функциональное состояние организма необходимо оценивать только на основе методов измерения физиологических показателен, включенных в принятые Минздравом стандарты диагностики и лечения.

Обзор литературных данных показал, что чувствительность организма человека к действию ГМА обнаружена для следующих систем:

• сердечно-сосудистой (Новикова и Рывкип, 1971; На1Ьег% с! а1,1991; Чибисов,

1992; Бреус и др., 1998, Бшре!, 1988; 1999; Агулова, 1998; 1999; СогпеШзеп

et а1,2002; Гурфинкель, 2004),

• нервной (центральной и вегетативной) (Холодов, 1982; Волынский, 1984;

Сидякин, 1986, Бреус и др., 1998, Ое1уикоу с/ а1, 2001; Побаченко и др.,

2006; Черноус и др, 2006; Поскотинова и Григорьев, 2008),

• эндокринной (Рапопорт и др, 1998; Темурьянц и др, 1992, Бреус и Рапопорт,

2003),

• системы крови (Темурьянц и др, 1983; Гурфинкель и др., 1995, Белишева и

Конрадов, 2005).

Поэтому задача отбора минимально необходимого перечня физиологических показателей, в полной мере отражающего особенности индивидуальной реакции организма, может быть решена только «методом последовательных приближений» в результате будущего (перспективного) длительного исследования. Приходится также учитывать, что ряд диагностик являются трудоемкими, инвазивными и дорогостоящими, а значит, исходно мало пригодными для длительного мониторинга. Поэтому на данном, начальном этапе исследования были выбраны методы оценки функционального состояния различных отделов сердечно-сосудистой системы (ССС) - сердца (состояния сердечной мышцы и показателей вариабельности сердечного ритма), магистральных артерий, сосудов субкапиллярного сплетения (артериол и вену л) и капилляров. Критериями для выбора методов измерения служили требования неинвазивности, малого времени проведения измерений и низкой стоимости приборного обеспечения. Критериями отбора физиологических показателей, измеряемых этими методами - наличие значимых вариаций в суточном диапазоне частот и чувствительности к вариациям МиАФ (хотя бы у некоторых волонтеров).

В результате анализа литературных данных для оценки сосудистого тонуса и жесткости магистральных артерий были отобраны показатели артериального давления (АД) и скорости распространения пульсовой волны (СРПВ). Для измерения СРПВ был использован недавно разработанный метод измерения времени прохода пульсовой волны между точками на плечевой артерией и запястье (Гурфинкель и др., 2009).

Для контроля состояния микроциркуляторного русла был выбран метод лазерной допплеровской флоуметрии (Nilsson et al, 1980; Лазерная доппперовская флоумемрия, 2005). Дополнительным преимуществом данного метода является возможность регистрации не тольхо интегральной интенсивности кровотока в сосудах субкапиллярного сплетения, но и активности работы различных регуляторных механизмов, определяющих, как принято считать, интенсивность микроциркуляторного кровотока - сердечного, дыхательного, миогенного и нейрогенного (Kvernmo et al, 1999; Stefanovska et al., 1999; Kvandal et al, 2006).

Из литературных данных известно, что во время магнитных бурь у больных с ишемической болезнью сердца значительно ухудшались реологические свойства крови и понижалась скорость кровотока в капиллярах ногтевого ложа (Гурфинкель и др, 1995, Gurfinkel et al, 2009). Ежедневный мониторинг таких показателей капиллярного кровотока, как линейная скорость, уровень агрегации эритроцитов и величина периваскулярной зоны, определяемых методом микрокалилляроскопии (Гурфинкель и др, 2010), крайне важен для оценки интенсивности тканевого дыхания. Однако на данном этапе исследования мониторинг этих показателей не удалось реализовать из-за высокой стоимости прибора и неполной автоматизации процесса измерения данного физиологического показателя.

Относительный вклад различных механизмов регуляции вегетативного баланса может быть проанализирован путем оценки вариабельности сердечного ритма (Баевский и др, 2001). Информация об уровнях стресса и адаптационных резервов организма необходима для корректной интерпретации результатов зависимости от МиАФ других ФП, поскольку известно, что ответ организма на действие внешних факторов зависит от текущего состояния систем адаптации {Пресман, 1968; Гаркави и др., 1984; Шеповалъников и Сороко, 1992).

Для диагностики нарушений электрофизиологических свойств миокарда и выявления ранних признаков электрофизиологического ремоделирования миокарда был использован метод дисперсионного картирования электрокардиограммы (ДК ЭКГ, Новые методы электрокардиографии, 2007).

Таким образом, для анализа чувствительности различных отделов ССС человека к МиАФ были отобраны следующие физиологические показатели:

• Артериальное давление (электронный тонометр с измерением АД в проекции плечевой артерии).

• Скорость распространения пульсовой волны («Тонокард»).

• Показатели микроциркуляторного кровотока (ЛАКК-02).

• Показатели вариабельности сердечного ритма («Карди-2»).

• Показатели дисперсионного картирования сердца («Кардиовизор»).

1.2.Определение необходимой частоты и длительности измерений

За основу методики измерений показателей АД была принята схема, рекомендованная в (Цагареишвши, 2006), при которой измерения производятся электронным тонометром, с манжетой, располагаемой в проекции плечевой артерии, с трехкратным измерением показателей АД и ЧСС с интервалом в 1-2 мин. Нами дополнительно была рекомендована запись в базе данных всех измеренных значений (а не только усредненного по трем), что необходимо для последующего контроля точности измерений. Кроме того, в самом начале мониторинга каждого волонтера просили провести измерения показателей АД и ЧСС каждый час на протяжении периода бодрствования, на основе чего были оценены индивидуальный размах вариаций и суточная динамика АД, а также допустимая индивидуальная погрешность времени проведения суточных измерений.

Проведенные нами специальные тестовые эксперименты по мониторингу показателей АД показали, что оптимальной является постановка эксперимента, при которой измерение ФП производится один раз в сутки (предпочтительно утром) в одно и то же время. Такой вывод был сделан, поскольку анализ более частых измерений принципиально затруднен значительным вкладом суточных ритмов, присущих собственной динамике как физиологических, так и практически всех геомагнитных и атмосферных показателей. Например, из рисунка 1 видно, что характерные локальные повышения уровня ГМА в районе полуночи находятся в противофазе с суточными колебаниями уровня САД.

28.11.06 29.11.06 30.11.05 01.12.06 02.12.05 03.12.05 04.12.05

Время, сут

Рисунок 1. - Фрагмент временного ряда 3-часовых значений локального К-индекса (столбики) и показателя САД (черная линия) волонтера 0105011 (пояснения на стр. 17, раздел 1.3).

В то же время увеличение интервала между измерениями может приводить к пропускам физиологического ответа организма, который в некоторых случаях, как будет показано в Разделе 3.2.4, имеет характерные времена порядка суток.

Известно, что основные периоды в спектре Кр-индекса составляют 9, 13 и 27 суток. Анализ ритмики вариаций основных метеорологических показателей в Москве, Симферополе, Архангельске и Сыктывкаре показал, что в спектрах атмосферного давления и температуры преобладающим является период в 20-26 сут (рис. 2). На основании этих фактов и зависимости достоверности коэффициента корреляции между показателями АД и МиАФ от длины временного ряда (рис. 3), был сделан вывод, что минимально необходимой для надежного выявлена реакции ФП организма на действие МиАФ является длительность мониторинга в 60 сут. Такая длительность измерений позволяет надежно устанавливать связь (или ее отсутствие) вариаций ФП с ГМА и атмосферными колебаниями, и, в частности, выявлять и исключать из рассмотрения возможные тренды, потенциально обусловленные другими факторами, не учтенными в анализе.

Рисунок 2 - Спектры мощности суточных значений Рисунок 3 - пример зависимости показателей атмосферного давления (А) и достоверности (-1об(р)) коэффициента температуры воздуха (В) в гг. Москва (1) и корреляции САД с Рт, (1), К И (2), Та„, Архангельск (2) в 2007-2009 гг. и Кр-индексом от длины временного

ряда данных. Волонтер 0101121 (пояснения на стр. 18, Раздел 1.3).

10 15 20 25 30

Период, суг

Период, суг

а.о

20 40 60 &0 100

Длина рада, сут

СП, усп. ед.

СП, усп. ед.

Для учета возможного вклада социально-психологических факторов (стресс, болезнь, нарушение режима питания или отдыха, изменение расписания приема медикаментов) в методику мониторинга была внесена графа «Примечания», где в случае присутствия в определенный день или период данного фактора волонтер ставил соответствующую пометку. В случае наличия достоверных изменений в дни с такими примечаниями эти измерения исключали из анализа.

1.3.0писание групп волонтеров и создание базы данных

К моменту написания работы база данных по мониторингу ФП содержала результаты более чем 21 тыс. измерений показателей АД и ЧСС, а также анкетно-анамнестическую информацию (пол, возраст, вес, место проживания, при наличии диагноза артериальная гипертензия - длительность болезни, степень, назначенная терапия) для 230-ти человек (таблица 1).

Каждому волонтеру был присвоен семизначный код, в котором позиции 1-2 соответствуют городу проживания, 3-4 - году начала измерений, 5 - степе™ артериальной гипертонии (если есть), 6-7 означают личный порядковый номер. В автореферате использованы для иллюстрации результаты анализа следующих волонтеров:

0101210 - женщина, 68 лет, г. Москва, АГ 2-й степени, длительность 2 года, терапия -индапамид-рстард (арифон-ретард 1,5 мг, Сервье, Франция) однократно утром, одновременно с началом мониторинга.

0102121 - мужчина, 54 г., г. Москва, АГ 1-й степени, длительность 2 года, терапия -ицдапамид-ретард однократно утром.

0105011 -мужчина, 51 г, г. Москва, здоров. 0107001 -женщина, 41 г.Москва, здорова. 0107002 - женщина, 52 г., г. Москва, здорова. 0107003 - мужчина, 47 лет, г. Москва, здоров.

0107004 - женщина, 39 лет, г. Москва, здорова. 0107011 - мужчина, 69 лет, г. Москва, здоров.

Таблица 1. Перечень городов и содержание баз данных по мониторингу АД

Город Статус волонтеров Количество годы Код раздела базы данных

Москва здоровые 53 2005, 2007-2010 01050** 01070**, 01080**

Москва, пациенты с АГ 2й ст 33 2001-2003 01011**-01032**

София здоровые 58 2001-2002 02010**

волонтеры с АГ 1-й ст. 19 02011**

Симферополь здоровые 61 2008-2009 03080**, 03090**

Архангельск здоровые 2 2008-2009 04080**

Сыктывкар волошеры с АГ 2-й ст. 4 2009-2010 05092**

Автор благодарит А.Н.Рогозу, Е.В.Цагареишвили, А.Г.Рехтину, Н.И.Хорсеву (г. Москва), С. Димитрову (г. София), П.Е.Григорьева и З.Подзноеву (г. Симферополь), Ю.Г.Солонина (г. Сыктывкар), Л.В.Поскотинову (г. Архангельск), предоставивших собранные ими базы данных для анализа.

2. Метод оценки индивидуальной чувствительности организма к действию МиАФ

Идея расчета коэффициентов корреляции временных рядов геомагнитных и атмосферных показателей с ФП индивидуально для каждого волонтера была ранее реализована во многих работах (Шеповальников и Сороко, 1992; Агулова, 1999; Черноус, 2004; Белишееа, 1995; Ве1уико\ е/ а!, 2001; Белишева и Конрадов, 2005, Мартынюк, 2005; Григорьев и др., 2008, Горго и др, 2008; Поскотинова и Григорьев, 2009, и др.). Однако в каждом случае либо речь шла о небольших (1540 чел.) группах волонтеров, либо измерения проводили в течение короткого периода времени (порядка 1 мес.), границы которого зачастую не указывались в публикациях. Но уже результаты этих работ показали, что знаки индивидуальных реакций на действие одних и тех же внешних факторов могут различаться. В то же время кардинальные различия условий эксперимента, проведенных разными исследователями (географическое положение, сезон года, контингент обследуемых, степень их адаптации к условиям проведения мониторинга и т.д.), а также различные методы анализа не позволяли распространить результаты одной группы исследователей на другие временные, климатические и социальные условия.

Кроме того, в большинстве работ рассматривали влияние либо только геомагнитных, либо только атмосферных факторов. Идея сравнительного анализа вкладов геомагнитных и атмосферных факторов в вариации определенного ФП была реализована в работах (Хаснуллин, 1989, Шеповальников и Сороко, 1992, Гурфинкель, 2004, Григорьев и др., 2008, Поскотинова и Григорьев, 2009) в виде прямого сравнения величин коэффициентов корреляции временного ряда ФП с рядами геомагнитных и атмосферных показателей соответственно. Однако, как будет показано ниже, такой подход во многих случаях может приводить к недостоверным выводам, потому что, в частности, вклад атмосферных факторов может маскировать эффект, вносимый ГМА в значения коэффициента корреляции. Поэтому необходимо не просто сравнивать вероятные вклады этих двух групп факторов в индивидуальные вариации ФП, а разделять их в тех случаях, когда вариации МиАФ независимы, т.е. их степень их корреляции близка к нулю.

Изложенные выше соображения дают основания руководствоваться следующими положениями при формировании требований к методу оценки индивидуальной чувствительности:

- Оценка возможного влияния МиАФ на организм человека должна производиться индивидуально, потому что любые усреднения по группе нивелируют эффект.

- Необходим учет возможной взаимосвязи внешних факторов.

- На начальном этапе анализа необходима оценка и исключение возможного вклада социально-психологических факторов.

Временной ряд х, ежесуточных значений некоторого ФП длины « формально может быть представлен как вектор в линейном пространстве размерности п, где - /-я координата данного вектора. Временные ряды

е/значений внешних факторов (ВФ), измеренные в те же дни, что и значения ФП, также могут быть представлены как векторы в данном пространстве. Если некоторый j-й внешний фактор оказывает влияние на динамику ФП, то скалярное произведение векторов (х„ е/) будет ненулевым, и тем больше, чем сильнее влияние данного ВФ. Реализованная в перечисленных выше работах процедура сравнения коэффициентов корреляции определенного ФП, например, с Кр-индексом и атмосферным давлением эквивалентна сравнению длин проекций вектора л,- на вектора Кр и Рат„ в данном пространстве.

Известно, что индивидуальные амплитуды ежедневных вариаций любого ФП определяются множеством внутренних и внешних факторов, включая социально-психологические, экологические, геомагнитные и атмосферные и т.д., причем ответ организма на влияние большинства из них в общем случае, по-видимому, является нелинейным. Поэтому определение вклада каждого из них в динамику ФП - задача практически неразрешимая.

В данной работе была поставлена задача построения (в качестве нулевого приближения) минимально возможного изолированного линейного подпространства «базисных векторов», в качестве которых выступают временные ряды е/соответствующих ВФ. Для обоснования возможности построения такого подпространства необходимо, в первую очередь, оценить степень и характер взаимосвязи ежедневных значений геомагнитных и атмосферных показателей, отражающий степень неортогональности этих векторов в данном пространстве.

2.1.Исследование динамической взаимосвязи параметров МиАФ в цнркаднанном диапазоне

В данном разделе работы был получен ответ на вопрос о том, в какой мере взаимозависимость суточных значений магнитосферных и атмосферных параметров должна быть учтена при оценке их вклада в вариации ФП для получения надежных заключений об индивидуальной чувствительности.

2.1.1. Анализ применимости гелиосферных и магнитосферных показателей к задаче оценки индивидуальной чувствительности к МиАФ

Подавляющее большинство гелиобиофизиков придерживается мнения, что основным геофизическим фактором, непосредственно действующим на биологические объекты, являются низкочастотные вариации геомагнитного поля (геомагнитные возмущения, ГМВ), модулируемые солнечной активностью (см обзоры и список литературы в Владимирский и др, 2000; Бреус, 2003).

В гелиобиологии в качестве показателя возмущенности геомагнитного поля традиционно использовались индексы, отражающие максимальный размах вариаций магнитного вектора за определенный период времени (Аа, С, с 1932 года - трехчасовые Ар и Кр-индексы (Bartels et al., 1939)). Во второй половине XX века были разработаны более специализированные индексы ГМА, такие как:

• Dst (Disturbance Storm Time индекс, отражающий интенсивность и фазы планетарной магнитной бури по сети экваториальных станций (Sugiura, 1964)),

• АЕ-индекс (Auroral Electrojet, индекс, отражающий интенсивность флуктуаций магнитного поля, создаваемых токами авроральной зоны (Davis andSugiura, 1966)),

• PC-индекс (Polar Cap index, показатель величины электрического поля, генерируемого при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферой (Troshichev et al, 1988)),

• ULF (Ultra Low Frequency, показатель возмущенности магнитосферы в области сверхнизких частот (f=2-7 мГц), Kozyreva et al, 2007).

Применительно к задаче построения минимально возможного линейного подпространства базисных векторов ВФ, с учетом выбранного выше временного масштаба (1 раз в сутки) и длительности измерений (не менее 60 точек), в диссертации были получены ответы на следующие вопросы:

1. Какой из перечисленных выше индексов ГМА является наиболее адекватным для выявления биологических эффектов? Необходима ли разработка специального индекса, отражающего степень биотропности ГМА, с точки зрения существующих представлений?

2. Дощчггимо ли использование планетарных, а не локальных, индексов геомагнитной возмущенности для оценки вклада ГМА в вариации ФП?

3. Какие магнитосферные (или другие гелиогеофизнческие) показатели должны быть использованы для описания физиологической реакции организма, регистрируемой в течение суток перед началом геомагнитного возмущения?

4. Каким геофизическим агентом могут быть обусловлены биологические эффекты, наблюдаемые при прохождении Землей секторных границ межпланетного магнитного поля (ММП), если в эти моменты геомагнитных возмущений обычно не наблюдается?

Сравнительный анализ различных индексов ГМА применительно к решаемой задаче показал, что:

- Кр-индекс, в отличие от индексов АЕ и Dst, применим в широком диапазоне географических широт. При описании отдельных геомагнитных возмущений планетарный Кр-индекс может показывать значительные расхождения с локальными K-индексами в точках проведения медико-биологических наблюдений. Однако на рассматриваемых временных интервалах (60-100 сут.) зависимость между суточными значениями Кр-индекса с локальными К-индексами геофизических станций, расположенных в диапазоне широт от Мурманска до Софии, является линейной во всем диапазоне значений, с коэффициентами корреляции в пределах от 0.91 до 0.95 в разные периоды времени наблюдений. Следовательно, временные ряды локальных К-индексов допустимо заменять значениями Кр-индекса без потери общности получаемых выводов о сходстве динамики ФП и ГМА. В то же время применение АЕ-индекса возможно только в приполярных широтах, a Dst-индекса - только в экваториальных и средних широтах и только во время планетарных магнитных бурь.

- В настоящее время Кр-индекс является полностью открытым и легко доступным в Интернете с опозданием не более чем на 1 сутки, что делает возможным его использование, в том числе, и в системах удаленного

контроля функционального состояния человека. Получение данных по значениям PC и ULF-индексов в режиме реального времени в настоящее время невозможно по техническим причинам.

- Интегральность такого физиологического показателя, как АД, позволяет на текущем этапе развития метода оценки надежно определять его зависимость только от общего уровня возмущенное™ магнитосферы. Поэтому необходимо использовать Кр-индекс, как индикатор ситуации в магнитосфере, во время которой (или в некоторой временной окрестности) присутствуют большинство потенциально биотропных процессов, связанных с уровнем ГМА. При этом необходимо помнить, что точность определения времени развития реакции составляет ±1 сут.

- Сравнительный анализ динамики суточных значений Кр и ULF индексов показал, что их вариации происходят синхронно, зависимость между ними является слабо логарифмической, ранговый коэффициент корреляции по 100 точкам равен р=0.91-0.97. Таким образом, использование временных рядов значений Кр и ULF-индексов для оценки чувствительности ФП к ГМА является эквивалентным, что подтверждается результатами Главы 3 диссертации. В то же время использование ULF-индекса, отражающего интенсивность пульсаций в диапазоне 2-7мГц, с биофизической точки зрения более оправдано при анализе динамики физиологических процессов, регуляторные механизмы которых имеют характерные частоты в данном диапазоне (Котельников и др, 2002).

Таким образом, Кр-нндекс является оптимальным и необходимым для анализа магниточувствителыюсти показателем ГМА, однако недостаточным.

Известно, что в некотором небольшом проценте случаев физиологическая реакция регистрируется в течение суток перед началом магнитной бури, а также в моменты прохода Землей секторных границ ММП, при которых обычно не наблюдается значимого подъема уровня ГМА. Впервые попытка объяснить явление физиологической реакции, на сутки опережающей развитие ГМВ, была предпринята в работе (Khabarova, 2004). Автор показал, что низкочастотные вариации плотности СВ, наблюдаемые перед непосредственным скачком плотности СВ, могут опережать развитие ГМВ на срок до двух суток, и, по мнению автора, могут передаваться в магнитосферу и возбуждать в ней колебания с периодом от 2 до 240 минут, имеющие биотропный эффект (Khabarova О at al, 2007). Однако мы считаем необходимым рассмотреть и альтернативные объяснения, поскольку существуют и другие потенциально биотропные процессы, предваряющие развитие магнитной бури на срок порядка суток.

Идея о том, что начальная фаза магнитной бури возникает из-за поджатая магнитного поля Земли давлением солнечной плазмы, была высказана еще до открытия солнечного ветра как стационарного постоянного процесса (Chapman and Ferraro, 1933). При повышении давления СВ, вызванного скачком плотности, изменяются конфигурация магнитосферы и параметры ионосферного волновода. Анализ литературных данных показал, что скачки плотности СВ приводят к возбуждению в магнитосфере Рс1-пульсаций (частота 0.5-2 Гц) (Матвеева и др., 1972; Guglielmi et al, 2005). Генерация Pel-пульсаций, частота которых близка к

частоте сердечного ритма человека, рассматривается в некоторых работах как фактор риска развития инфаркта миокарда (Рапопорт и др., 2006; Kleimenova et al, 2007, Matveyeva and Shchepetnov, 2007). При повышении плотности CB также изменяются характерные частоты и амплитуды основных мод Шумановских резонансов, близких по частоте к альфа-ритму мозга человека (8 Гц) (Cherry, 2002; Колесник и др., 2003). Кроме того, возрастает генерация атмосферного инфразвука (Сорока и др., 2008), который рядом авторов также рассматривается как возможный биотропный агент (Владимирский, 1974; 1982; Горго и Дидык, 2004; Соловьев и др., 2007; Сорока и др., 2008). Любой из перечисленных процессов потенциально может быть ответственным за развитие реакции, опережающей начало бури.

Поэтому необходимо было оценить, насколько характерной является ситуация, когда скачок плотности СВ значительно (вплоть до суток) опережает момент начата возрастания Кр-индекса. Анализ, проведенный на данных с суточным разрешением, показал, что в годы максимума СА день начала ГМВ (Кр(сут)>20) обычно совпадает с днем скачка плотности СВ, «запускающего» это возмущение. В годы минимума СА, когда возмущения геомагнитного поля определяются в основном бурями с постепенным началом, создаваемыми высокоскоростными потоками СВ, процесс возрастания плотности СВ растянут во времени и его начало преимущественно приходится на сутки, предшествующие началу ГМВ (рис. 4, а,Ь). Таким образом, ситуация, при которой скачок плотности СВ значительно опережает момент начала ГМВ, является достаточно характерной, особенно в годы минимума СА. Подавляющая часть наблюдений, в которых регистрировали наступление физиологической реакции до момента начала ГМВ, относится именно к периодам спада и минимума С А (Gutfinkel et al, 1995; Ораевский и dp, 1998; Мартынюк и др, 2001).

1Э72 1976 1980 1954 1988 1Й92 1996 2000 2004 2С08 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

арсмя, годы Сдвиг, сут

А В

Рисунок 4 - иллюстрация динамики опережения начала ГМВ скачками плотности СВ в разные

фазы цихла СА

А - разность усредненных за год значений плотности СВ в день повышенного суточного значения Кр-индекса <Ы0>, и в предыдущий день (черная линия, левая шкала) и числа

Вольфа в соответствующие годы (столбики, правая шкала). Б - динамика ежесуточных значений плотности СВ в окрестности дней начала ГМВ в годы минимума (1) и максимума (2) СА

Аналогичную по амплитуде и времени развития реакцию изменения ФП (артериального давления, вариабельности сердечного ритма, и др.) многократно

регистрировали в моменты пересечения Землей секторных границ ММП, например (Рождественская и др., 1989; Григорьев и др., 2007; Поскотинова и др., 2008). Моменты прохода секторных границ обычно не приводят к значимому возрастанию геомагнитных индексов, однако перед этим событием в подавляющем числе случаев регистрируется подъем плотности СВ (Wilcox & Ness, 1961). Таким образом, в эти периоды могут развиваться все перечисленные выше процессы, обусловливая реакции биологических систем.

Можно сделать вывод, что основным, но не единственным показателем уровня ГМА, включение которого необходимо в минимальный набор базисных векторов ВФ, является Кр-индекс. Для оценки возможного вклада магнитосферных факторов в биологические эффекты, получаемые до начала развития геомагнитного возмущения и в моменты прохода секторных границ ММП, необходим учет таких факторов, как интенсивность Рс1-пульсацин, величины амплитуд и резонансных частот первых мод Шумановских резонансов и интенсивность инфразвука. Однако в настоящее время данные по этим показателям являются крайне трудно доступными, поэтому задача их анализа и включения в базисный набор является предметом дальнейших исследований.

2.1.2. Исследование взаимосвязи суточных значений атмосферных параметров в зависимости от сезонов в различных климатических регионах и учет вклада этой связи в решаемой задаче

Текущие значения основных атмосферных показателей (атмосферное давление (Ратм), относительная влажность (Relative Humidity, RH) и температура воздуха (Та™)) в каждой географической точке тесно связаны между собой, поэтому анализ их возможного вклада в вариации ФП должен проводиться с учетом этой связи. Нами была изучена динамика парной взаимосвязи показателей Ратм, RH и Та1М на протяжении 1999-2010 гг. для трех климатических регионов: южного (гг. София и Симферополь), среднеширотного (г. Москва) и северного (гг. Сыктывкар и Архангельск). Усредненный за 11 лет годовой ход функций корреляции г(Татм-Ш) и г(Ра^-Тат_^) в скользящем окне приведен на рисунке 5. Видно (рис. 5а), что в зимний период для северного региона (кривая 1) характерны периоды тесной положительной корреляции показателей Таты и RH, т.е. морозная погода характеризуется очень сухим воздухом. Это может приводить к развитию специфических адаптивных реакций организма и нехватке кислорода в организме при его высоком содержании в воздухе («северная гипоксия», Авцын, 1979; Величковский, 2010). В то же время для южного и среднеширотного регионов в этот сезон года связь между Т„„ и RH либо недостоверна, либо отрицательна. Анализ рисунка 5Ь показывает, что стабильная отрицательная корреляция между значениями Ратм и Т1тм является характерной чертой низких широт, но редко наблюдается на Севере.

Таким образом, кардинальное различие вида этой связи и ряда других в разных климатических регионах и в разные сезоны года необходимо учитывать как при формировании заключения о характере индивидуальной

чувствительности, так и при обобщении результатов по волонтерам, проживающим в различных климатических зонах.

дата, сут (А) дата.сут (В)

Рисунок 5 - годовая динамика функций корреляции показателей Т„м и RH (А) и Ркм-Т*™ (В) для гг. Сыктывкар (1), Москва(2) и Симферополь (3).

2.1.3. Исследование связи между ежедневными значениями показателей уровня ГМА и атмосферных факторов

Из литературных данных известно, что планетарные магнитные бури с внезапным началом, вызванные приходом магнитных облаков, при определенных условиях приводят к достоверным вариациям уровня атмосферного давления с запозданием на 2-3 суток (Мустель, 1971; Морозова и Пудовкин, 2001). Данные эффекты наиболее выражены в зимнее время, и в наибольшей степени - в высоких широтах. В то же время, согласно этим работам, характерная амплитуда изменений Рети, обусловленного магнитными бурями, составляет всего около 2 мБар, что в несколько раз меньше амплитуды изменений уровня Рати в течение суток.

Нами были проанализированы возможные корреляции планетарного Кр-индекса и локальных значений К-индекса для гг.Москва и Архангельск со значениями каждого из трех основных атмосферных показателей в этих городах. Анализ был проведен независимо для разных сезонов и фаз цикла солнечной активности. Нами установлено, что при временном разрешении, используемом в задаче оценки их вклада в вариации ФП, Кр-индекс может рассматриваться как независимый от атмосферных параметров.

Таким образом, минимальное подпространство базисных векторов ВФ для оценки индивидуальной чувствительности ФП к действию МиАФ должно с обязательностью содержать вектор значений среднего уровня ГМА (Кр-индекс), а также векторы атмосферного давления (Рат1|), температуры воздуха (Тт) и относительной влажности (RH). Три вектора атмосферных параметров в значительной степени зависимы между собой, причем характер зависимости различается для разных климатических зон и сезонов года. Вектор значений Кр-индекса может рассматриваться как линейно независимый от атмосферных показателей. В будущем необходимо расширение данного пространства за счет векторов значений Pel-пульсаций, параметров Шумановских

резонансов и интенсивности инфразвука. Последний фактор, как известно из литературы, является зависимым как от уровня ГМА, так и от атмосферных факторов.

2.2. Выбор математических методов оценки связи физиологических показателей с внешними факторами

Необходимо было разработать методику анализа сходства временных рядов с учетом ряда требований, а именно:

1. для рядов индивидуальных медико-биологических данных практически всегда характерны такие недостатки, как малые длительности временных рядов мониторинга (редко более 100 значений), наличие пропусков, нестационарность и высокий уровень зашумленности, обусловленные влиянием других факторов.

2. Как было показано выше, знак корреляции между атмосферными параметрами и, как следствие, характер реакции ФП на вариации МиАФ, с удовлетворительной точностью могут считаться стационарными только на временных интервалах порядка сезона года.

Следовательно, необходимы методы анализа, разрешения которых хватает для оценки связи на участках временных рядов порядка 90-100 значений.

3. В настоящее время до конца не сформирован перечень факторов, которые могут искажать результаты анализа и приводить к неверным выводам.

Поэтому на данном этапе разработки метода необходимыми требованиями являются наглядность результатов, полученных на любом промежуточном этапе анализа и прозрачность их медико-физиологической интерпретации.

4. Развитие метода анализа должно допускать практическое применение полученных результатов в клинической практике и системах предрейсового и предполетного осмотра.

Подробный обзор применимости новых математических методов — вейвлет-анализа (Daubechies, 1988), сингулярного спектрального анализа (Vautard et al, 1992), метода локальной аппроксимации (Лоскутов и др, 2002), нейронных сетей (Callan, 2001) и др. - к задачам гелиобиологии дан Ожередовым (2010). Однако в этой работе решались задачи анализа больших массивов данных медицинской статистики. В то же время для выявления индивидуальной чувствительности человека к внешним факторам эти методы практически неприменимы, поскольку не удовлетворяют сформулированным выше требованиям 1-3.

С учетом выполнения перечисленных требований метод оценки включал следующие этапы:

• предварительного контроля качества данных,

• полосовой фильтрации для выделения трендов и колебаний в различных полосах частот;

• одномерный кросскорреляционный и нелинейный регрессионный анализ;

• двумерный корреляционный анализ (оценка относительного вклада двух факторов);

метод наложения эпох (для оценки вклада определенных событий, например, магнитных бурь);

• спектральный анализ (в случае достаточно длинных рядов с малым количеством пропусков).

С учетом существенной междисциплинарности выполненной работы и для облегчения ее восприятия специалистами медико-биологического профиля, обоснования применимости выбранных математических методов не были включены в автореферат из-за ограниченности его объема и приведены только в Главе 2 диссертации. .

2.2.1. Метод компасных диаграмм

Удобным способом визуализации сравнительного вклада двух внешних факторов (например, Тт,м и RH) в вариации ФП в линейном приближении, является предложенный в работе «метод компасных диаграмм». Для этого строится множество линейных комбинаций двух данных векторов вида: вд-Гсо^+кя-^Д) , где Татм и RH нормированы к виду «среднее ноль,

дисперсия 1», а / изменяется от 0 до 35. При /=0 и /=18 вектор параллелен «оси температуры», при /=9 и /=27 - «оси влажности». Далее рассчитывается коэффициент корреляции нужного физиологического показателя с каждым из векторов L(i), и тот вектор L(i)max, корреляция ФП с которым будет наибольшей, можно рассматривать как проекцию вектора значений данного ФП на гиперплоскость параметров Тати и RH.

Если вектор L(i)mia расположен параллельно вертикальной или горизонтальной оси, можно говорить о том, что основной вклад вносит только один из двух анализируемых факторов. Если вектор L(i)max близок к биссектрисе любого из координатных углов, вклад двух факторов язляется сопоставимым. При этом направления 0° и 90° означают положительную корреляцию, 180° и 270° -отрицательную. В случае взаимной независимости двух внешних факторов, вклад которых необходимо сравнить (например, Т^ и Кр), их последовательные значения можно рассматривать как ортогональные в пространстве с размерностью, равной длине выборки. В этом случае максимум обычно отчетливо выражен и можно оценить их относительный вклад.

В случае зависимости между параметрами (например, Т1тм и RH), компасная диаграмма имеет смысл только на участках выборки, где знак корреляции между факторами сохраняется постоянным (например, в зимний или летний период), причем из-за тесной связи между временными рядами показателей погрешность определения доминирующего фактора резко возрастает. На диаграмме это проявляется как значительное уширение максимума длины вектора, когда в большом диапазоне углов проекции имеют близкую длину.

На рисунке 6 приведены компасные диаграммы на плоскости RH-Tcn< для показателя САД для волонтера 0107002 в течение шести сезонов (зима, весна и лето) 2008 и 2009 гг. Видно, что, во-первых, отрицательная корреляция значений САД с Тщ, наблюдается с достоверностью р<0.01 независимо для всех шести сезонов. Во-вторых, наличие зависимости между Т1Ш и RH приводит к появлению достоверных коэффициентов корреляции также между значениями RH и САД (серые пунктиры на рисунках 6а, 6d и 6f), причем в зимнее время (рисунки 6а и

6(1), когда коэффициент корреляции г(Татм-НН) принимает положительные значения (рис. 5а), множество векторов располагается преимущественно в третьей координатной четверти, а летом, когда г(Тахм-ЯН) принимает большие отрицательные значения, - в четвертой. В весеннее-осенний период, когда зависимость между этими факторами недостоверная, вектор максимальной корреляции ориентирован практически вертикально вниз и показывает зависимость только от температуры.

270 270 270

т Т т

(4), зима 2009, г(Т„,-РчН)=<).56 (е), весна 2009, г<Тт-КН)=-0.35 лет0 2009, г(Таш-1Ш)=-0.57

(а) зима 2008, г(Т,„-КН)=0.52

Т

(Ь) весна 2008, г(Т™-КН)=-0.20

(с) лето 2008, гСГ^-ИН^-О^

Рисунок 6 - Иллюстрация изменчивости статистической связи показателя САД волонтера 0107002 с Т,™ и Р-Н по результатам двумерного корреляционного анализа для шести

сезонов 2008-2009 гг.

Тонкие стрелки обозначают соотношение вкладов Т^, и КН, при которых корреляция значима на уровне р<0.05, толстые стрелки - на уровне р<0.0!. Под каждой диаграммой приведены значения коэффициента корреляции между Т»™ и № в течение данного сезона

Этот рисунок иллюстрирует утверждение, что коэффициенты корреляции, рассчитанные без учета внутренних взаимосвязей атмосферных показателей, могут приводить к неверным выводам, например о влиянии относительной влажности воздуха на уровень АД в этом примере.

2.2.2. Пример применения метода оценки индивидуальной чувствительности к магнитосферным и атмосферным факторам для показателей артериального давления пациента с артериальной гипертензией

В данном разделе приведены иллюстрация последовательных этапов оценки вклада МиАФ в динамику показателей АД и пример персонального заключения,

сформированного по итогам анализа для волонтера 0101210. Измерения производили в период ноябрь 2001 - февраль 2002 г., дважды в сутки, длительность наблюдений - 113 сут. Временные ряды утренних и вечерних значений САД и ДАД анализировали независимо с последующим сравнением полученных результатов.

Этап предварительного контроля качества данных. Тенденция понижения среднего уровня АД, наблюдаемая в динамике как утренних, так и вечерних значений на протяжении первого месяца мониторинга, могла быть обусловлена началом приема гипотензивных средств, поэтому данный тренд был изначально вычтен из временных рядов.

Анализ динамики и взаимосвязи показателей МиАФ. В течение практически всего периода измерений между значениями Ратм и Татм существует значимая отрицательная корреляция (г=-0.49, р<103) (рис. 7а,Ь). В зимний период (рис. 7Ь, кривая 3) становится достоверной положительная корреляция между Татм и Ы1.

сдвиг, сут дата, сут

а Ь

Рисунок 7. - (а) - Кросскорреляционная функция Ратм-Т,™ для исходных рядов (1) и после применения низкочастотного фильтра (2).

(Ь) - Коэффициент корреляции в скользящем окне (ширина окна - 30 сут., шаг - 1 сут.) для парных сочетаний атмосферных параметров в период с 01.11.2001 по 15.02.2002.

(1) - Ра™-Тт1; (2) - Ра,м-1Ш; (3) - Т^-ЙН.

Границы доверительных интервалов: серый пунктир - р=0.05, серая сплошная р=0.01.

Между Ретм и ЯН корреляция недостоверна на протяжении всего периода наблюдений. Таким образом, в данном случае потенциально возможно выделение зависимости ФП от показателя ЯН и от сочетания показателей Ратм-Татм. Разделение зависимостей от Рати и Татм в данном случае невозможно из-за их тесной взаимозависимости: повышение температуры соответствует понижению Рат„.(циклон).

Этап расчета функции кросскорреляции. На рисунке 8 приведены функции кросскорреляции значений САД с Кр-индексом, Татм и Ратм для исходных рядов и после применения к ним низкочастотного фильтра (граница фильтра >7 сут.). Видно, что для исходных рядов коэффициент корреляции САД со всеми тремя показателями значим на уровне р<0.01, однако после процедуры низкочастотной фильтрации статистическая значимость корреляции САД с атмосферными показателями значительно снижается (рис. 8, Ь,с). В то же время функция кросскорреляции САД и Кр имеет острый пик шириной в 1 сут, достоверность

которого дополнительно повышается после применения низкочастотного фильтра (вертикальный вектор на рисунке 9, Ь и е, соответственно), что говорит о совпадении быстрых вариаций в этих двух рядах. В то же время широкие экстремумы функции кросскорреляции САД с атмосферными показателями, исчезающие после применения низкочастотного фильтра, говорят о синхронизации более медленных волн.

Сдвиг, сут Сдвиг, сут Сдвиг, сут

а Ь с

Рисунок 8 - функции кросскорреляции значений САД волонтера 0101210 с Кр-индексом (а), 1 ЭТИ (Ь) и 1 атм (с).

Таким образом, вклады атмосферных и геомагнитных факторов в вариации показателей АД могут быть разделены, поскольку они имеют различные частотные характеристики. Экстремум функции кросскорреляции для всех трех распределений смещен вправо на 2-3 суток, что говорит о запаздывании реакции организма относительно изменений внешних факторов.

Двумерный корреляционный анализ. Результат применения метода компасных диаграмм к исходным и фильтрованным временным рядам, приведенный на рисунке 9 для временного сдвига на 2 сут., подтверждает данный вывод. В верхнем ряду (9, а-с) показаны проекции вектора корреляции Ц1) на гиперплоскости комбинаций показателей Рат„-Тати, Тати-Кр и Ратм-Кр для исходных рядов, внизу (9, (1-0 - для рядов после вычитания низкочастотной составляющей.

После вычитания низкочастотных вариаций значимость корреляции САД с обоими атмосферными показателями становится очень низкой (рис. 9(1). На рисунках 9Ь и 9с вектор Ц1)тах близок к биссектрисам соответственно первого и второго координатных углов, что говорит о сравнимых вкладах геомагнитных и атмосферных факторов. В то же время после низкочастотной фильтрации (рис. 9, еД) вектор Ц'1)тах начинает прижиматься к вертикальной оси, что показывает преобладание вклада ГМА в быстрые вариации САД. При этом коэффициент корреляции САД с Кр-индекссм возрастает с г=0.25 для исходного ряда (вертикальный вектор на рисунках 9, Ь,с) до г=0.31 (рис. 9, е,1).

Пологий максимум вектора на гиперплоскости Ратм-Тати (рис. 9а), занимающий практически всю вторую четверть, также говорит о значительной

взаимосвязи этих двух показателей (рис. 7, а,Ь), так что в данном случае невозможно определить, какой из этих двух факторов оказывает влияние.

Рисунок 10 иллюстрирует степень синхронности динамики САД с Кр-индексом, сдвинутым на двое суток вправо, поскольку для данного пациента была обнаружена реакция с запаздыванием на двое суток. На рисунке 11 приведены кривые САД и Ратм после применения процедуры высокочастотной фильтрации, чтобы показать синхронность вариаций медленных волн длительностью порядка недели. В таблице 2 приведены коэффициенты корреляции всех четырех временных рядов значений САД и ДАД данного волонтера (утренних и вечерних) с Тетм, Ратм и Кр-индексом.

Original array, Р-Т, 1= 2. р= 3.0 Original array, Т-Кр, 1= 2, р= 3.96 Original array, Р-Кр, 1= 2, р= 3.17

270 270 270

Т Кр Кр

<1 е Г

Рисунок 9 - проекция вектора САД волонтера 0101210 на гиперплоскости Рата-Тетм (слева), Тат„-Кр (посередине), Ретм-Кр (справа). Вверху - исходные ряды, внизу -после применения процедуры низкочастотной фильтрации

Таблица 2. Коэффициенты корреляции утренних и вечерних показателей АД волонтера 0101210 с атмосферными и геомагнитными параметрами (* - р<0.05, ** -р<0.01, ***-р<0.001)

270

Т а

Detrended array, Р-Т, 1= 2, р= 0.85

Кр

Ь

Detrended array, Т-Кр, 1= 2, р = 3.3

Кр

С

Detrended array, Р-Кр, 2, р= 2.8

САДУ ДАДу САДв ДАДв

т 1 агм 0.29** 0.35** 0.31** 0.30***

Р 1 атм -0.24* -0.33** -0.23* -0.23*

Кр-индекс 0.31** 0.21* 0.23* 0.03

110 -

30.10.01 20.11.01 11 12.01 01.01.02 22.01.02 12.02.02

Дата, еут

Рисунок 10 - иллюстрация динамики значений САД волонтера 0101210 (серая линия) и Кр-индекса, смещенного вправо на двое суток (черная линия).

960

160

150

140

130

120

110 30.10.01

980 <п С

I—

1000 I

20.11.01

11.12.01

01.01.02

22.01.02 12.02.02 Дата, сут

Рисунок 11 - иллюстрация динамики показателя Ратм и значений САД волонтера 01012)0. Приведены исходные ряды (САД - кружки, - треугольники) и после применения высокочастотного фильтра (САД - сплошная линия, Ратм - пунктир)

160 •

о- 140

30.10.01 20.11.01 11.12.01 01.01.02 22.01.02 12.02.02

Дата, сут

Рисунок 12. Иллюстрация синхронности динамики САД и комбинированного

вектора параметров Ратм и Кр-индекса 4 * (рис. 9 с)

Рисунок 12 иллюстрирует синхронность вариаций САД и комбинированного

вектора параметров Ратм и Кр-индекса 4 4 . Учет вклада оооих

факторов повышает значение коэффициента корреляции с

САД до г=0.42 (р<10 )

На рисунке 13а приведены выборочные распределения значений САД при высоких (Ратм>752 мм рт.ст, (1004 гПа)) и низких (Ратм<738 мм рт.ст. (985 гПа)) значениях атмосферного давления. Разность средних значений САД, наблюдаемых при повышенных и пониженных значениях Рат„, обусловленная влиянием данного фактора, составляет в данном случае 9 мм рт.ст. Оценка амплитуд вариаций показателей САД, обусловленного динамикой МиАФ, при анализе вклада Рать, была выполнена для исходных рядов данных. При оценке вклада Кр-индекса был использован центрированный ряд значений САД (после вычитания низкочастотной составляющей).

Распределение выборочных значений САД при нормальных и повышенных значениях Кр-индекса показывает, что различие средних величин невелико (131 и 136 мм рт.ст. соответственно). Однако из рисунка 13Ь видно, что практически все случаи регистрации САД>140 мм рт.ст. относятся к суткам с повышенным уровнем ГМА.

120 130 140 150

САД, мм рт.ст.

120 130 140 150 160 САД, мм рт.ст.

Рисунок 13 - выборочные распределения значений САД при высоких и низких значениях атмосферного давления (А) и уровня ГМА (В).

Из рисунков 10 и 11 видно, что в последней трети периода мониторинга у данного пациента наблюдается тенденция к росту показателей САД («ускользание гипотензивного эффекта»), причем известно, что оно не может быть объяснено нарушениями режима питания или приема медикаментов. Аналогичную динамику имеют временные ряды показателей ДАД и САДв. В этот же период времени начинает преобладать циклонический тип погоды, который характеризуется пониженным атмосферным давлением, повышением температуры до значений, близких к нулю, а также повышением влажности воздуха. Такое сочетание атмосферных факторов (особенно в зимнее время) приводит к значительному понижению весового содержания кислорода в воздухе. Можно предположить, что стойкое «ускользание гипотензивного эффекта» у данного пациента обусловлено повышением сосудистого тонуса для компенсации эффекта гипоксии. Дополнительным подтверждением данной гипотезы может служить обнаруженный на этапе проверки гипотез эффект зависимости ЧСС от температуры (пульс повышается при росте Татм.), так как известен эффект

усиления чувствительности рецепторных структур сердца и сосудов к адреналину при повышении потребности организма в кислороде (Меерсон, 1986).

Также для данного пациента велик риск резкого значительного повышения уровня АД (особенно САД) на вторые сутки после сильных геомагнитных возмущений.

Проиллюстрированные частотные характеристики реакции показателей АД на действие геомагнитных и атмосферных факторов являются типичными для всех проанализированных временных рядов всех исследованных ФП. При этом знак и амплитуда реакции у разных волонтеров могут различаться. В некоторых случаях вклад медленных вариаций атмосферных факторов может полностью маскировать влияние геомагнитных возмущений.

3. Разработка и анализ базы знаний

3.1.Идеология и структура базы знаний

Каждое такое отдельное заключение об уровне и характере индивидуальной чувствительности человека к геомагнитным и атмосферным факторам, формируемое на основе описанного выше алгоритма анализа, с точки зрения классификации доказательной медицины является «описанием отдельных случаев» (Флетчер и др., 1998). Для выявления закономерностей и характерных типов индивидуальных реакций организма на сочетание МиАФ и статистической оценки степени их надежности необходим анализ достаточно больших когорт испытуемых, удовлетворяющих принципам однородности когорт по целому ряду признаков, перечень которых еще необходимо определить. Для решения данной задачи была сформирована структура базы знаний, в которой каждое индивидуальное заключение и его численные характеристики сохраняются в виде строки в формате Excel. О каждом человеке, проводившем мониторинг показателей АД, в общей базе знаний сохраняется следующая информация:

• Персональная анкетно-анамнестическая - 7-значный персональный номер (город.год измерений.степень АГ.порядковый номер), фамилия (информация закрыта), пол, возраст, вес, рост, место проживания, даты начала и конца мониторинга, количество измерений и средние значения ФП за весь период, а также, при наличии заболевания - диагноз, длительность и степень А Г, индекс массы левого желудочка. В виде комментариев - другие диагнозы, назначенная терапия, жалобы.

• Параметры МиАФ - средние и экстремальные значения Кр-индекса, Р*™, RH, Татм за период мониторинга, коэффициенты парной корреляции между ними.

• Чувствительность к МиАФ (отдельно для каждого ряда данных САД и ДАД) -знак, амплитуда, сдвиг времени начала реакции для Кр-индекса, Pm,, RH, Т,.и.

Информация о результатах всех выполненных персональных заключений, сохраненная в таком формате, позволяет производить сортировку данных по любому из параметров, сохраненному в базе. При этом данные показатели могут служить как критериями включения в определенную когорту, так и критериями исключения.

К моменту написания диссертации база знаний содержала 230 персональных заключений, что позволило на данном этапе сформировать

статистически значимые когорты для выполнения исследований типа «случай-контроль» по нескольким критериям: зависимость от пола и возраста волонтеров; зависимость проявления эффекта от фазы цикла солнечной активности; зависимость амплитуды, знака и времени развития реакции от наличия у волонтера заболевания артериальной гипертензией. Объем статистики, представленной в базе знаний, не позволил на данном этапе доказательно ответить на вопросы об особенностях характерных реакций показателей АД от атмосферных факторов, в силу необходимости учета большого перечня критериев исключения (климат, сезон года, возраст, пол, наличие заболевания, и т.д.). В то же время методика сбора информации в базе знаний делает возможным провести такой анализ в будущем.

3.2. Анализ базы знаний

Анализ распределения случаев чувствительности к ГМА в зависимости от возраста волонтеров и среднего значения САД был проведен для когорты из 77 волонтеров (измерения осени 2001 и весны 2002 г. С.Димитровой, г. София). Таким образом, для данной выборки были соблюдены условия одинакового места и времени измерений. Было показано (Зенченко и др., 2008), что вероятность проявления эффекта магниточувствительности не зависит от возраста и среднего уровня АД волонтера, поэтому нет оснований включать данные показатели в перечень критериев исключения при формировании когорт.

3.2.1. Распространенность эффекта магниточувствительности в популяции от среднего уровня ГМА

При сравнении персональных заключений, полученных в 2001-2005 и 20092010 гг. было обнаружено, что относительное число волонтеров, для которых была обнаружена достоверная (р<0.05) корреляция значений показателей АД с Кр-индексом, значительно различается (рис.14), составляя от 52% (2001-2002, г. София) до 16% случаев в 2008-2009 гг (Москва, Симферополь, Сыктывкар).

О 2008-2009 гг, Симферополь,

ф 2001-2002 п\, София

▲ 2008-2009 Г. Москва

В 2001 и 2002 гг., Москва

ф 2009-2010 г. Сыктывкар

^ 2005, Москва,

Кр-индехс, среднее

Рисунок 14 - Зависимость распространенности случаев магниточувствительности в различных группах волонтеров от среднего уровня ГМА в период мониторинга.

Таким образом, различие средних уровней ГМА в период измерений с необходимостью должно входить в список критериев исключения при формировании когорт в исследовании «случай-контроль», поскольку в каждый период времени распространенность случаев магниточувствительности в популяции пропорциональна среднему уровню ГМА,

3.2.2. Временная динамика индивидуальной чувствительности к ГМА

Для четверых волонтеров из пяти, проводивших самоизмерения на протяжении длительного времени (2007-2010 гг., не менее 350 индивидуальных значений у каждого) была обнаружена корреляция измеряемых ФП с Кр-индексом. Анализ таких длительных временных рядов измерений возможен на основе перекрестной модели исследования, традиционно применяемой для небольших выборок испытуемых, когда каждый из волонтеров (в различных условиях) является контролем для самого себя. Анализ чувствительности ФП к ГМА на разных трехмесячных участках периода мониторинга показал, что у всех четверых магниточувствительных волонтеров сезоны года, в которые наблюдается достоверная (р<0.05) зависимость их ФП от Кр-индекса, характеризуются достоверно (р<10 3 по критерию Вилкоксона) более высоким уровнем ГМА, чем те, когда зависимость отсутствует.

Пример зависимости для чувствительности показателя микроциркуляции крови волонтера 0107004 приведен на рисунке 15.

армл, mcv

А Б

Рисунок 15 - (А) процент геомагнитно-возмущенных дней (Кр>20) по последовательным сезонам за период 2007-2009 гг (серые столбики) и логарифм уровня достоверности коэффициента корреляции -lg(p) между значениями Кр-индекса и показателя микроциркуляции крови волонтера 0107004 за соответствующие периоды (черные столбики). Отсутствие черных столбиков означает недостаточное число измерений за данный период. Пунктир - логарифм 5%-ного уровня достоверности.

(Б) зависимость уровня достоверности коэффициента корреляции между значениями показателя микроциркуляции и Кр-индекса в различные периоды измерений (сезоны) от процента магнитно-возмущенных дней в данный период (данные рисунка (А)).

Видно, что в периоды, когда процент геомагнитно-возмущенных дней был выше 20% (зима и весна 2007 г. и весна 2008), зависимость вариаций данного ФП

от Кр-индекса была достоверной на уровне р<0.05. С середины 2008 г, синхронно с понижением среднего уровня ГМА, зависимость показателя микроциркуляции данного волонтера от Кр-индекса исчезает.

Таким образом, у всех четверых магниточувствительных волонтеров, проводивших наблюдения на протяжении трех лет, индивидуальная чувствительность ФП к ГМА варьирует в зависимости от среднего уровня ГМА. Этот результат согласуется с результатом раздела 3.2.1., проявляясь, по-видимому, на уровне популяции как изменение процента магниточувствительных людей (.Гневышев и др., 1971, 8шре! е/ а!., 1988, 1991, 1997, 1999). Этот результат является достаточно логичным, поскольку в период понижения среднего уровня ГМА геомагнитные возмущения и бури становятся более редкими и меньшей амплитуды.

Таким образом, значительное различие средних уровней ГМА в период измерений с необходимостью должно входить в список критериев исключения при формировании когорт для анализа зависимости чувствительности к ГМА от любых факторов.

3.2.3. Распределения знаков индивидуальных реакций ФП на изменение уровня ГМА

Результат предыдущего раздела показывает, что механическое обобщение результатов анализа, полученных при различных уровнях ГМА, является некорректными. Поэтому сравнение по критерию процента случаев чувствительности к ГМА в группах здоровых волонтеров и лиц с диагнозом артериальная гипертензия 1-й и 2-й степени было приведено раздельно для периодов с высоким (2001-2003 гг.) и очень низким (2008-2010 гг.) уровнем ГМА (рис. 16).

Годы с высоким уровнем ГМА (2001-2003)_

Годы с низким уровнем ГМА (2008-2010)

Достоверность различий (х) в периоды с разным >ровнсм ГМА

Здоровые

20.7 (р<10-3)

Пациенты с АГ

3.54 (р<0.06)

Достоверность различий (X1) в когортах здоровых и болщьгхс АГ_

0.04 (нет различий)

0.01 (нет различий)

Рисунок 16 - распределения знаков реакции в когортах здоровых волонтеров и больных с АГ в годы высокой и низкой ГМА.

Сравнение результатов по схеме «случай-контроль» (по критерию хг) в когортах здоровых волонтеров в эти два периода времени (верхняя строка рисунка 16) показывает достоверное (р<10"э) уменьшение числа случаев магниточувствительности в годы с низким уровнем ГМА. Аналогичный результат (с меньшим уровнем достоверности) получается в когортах пациентов с АГ (вторая строка рисунка 16). В то же время различия по количеству случаев магниточувствительности между когортами здоровых людей и пациентов с АГ недостоверны как в годы максимума ГМА, так и периоды минимума.

Отдельного обсуждения заслуживает вопрос о знаке реакции. Можно утверждать, что для здоровых людей в годы с высоким уровнем ГМА характерной реакцией на геомагнитные возмущения является именно реакция повышения показателей АД. Случаи обратной реакции являются достаточно редкими и наблюдались у больных с АГ в годы с высокой ГМА, и у здоровых людей в годы с низкой ГМА. Объяснение этого эффекта требует дальнейшего сбора материала в базе знаний.

3.2.4. Распределение времен развития и амплитуд реакции на геомагнитные возмущения

Было обнаружено, что в пределах временного разрешения метода (±1 сут) реакция показателей АД на повышение уровня ГМА как у здоровых, так и у пациентов с АГ развивается синхронно с началом возмущения в подавляющем большинстве случаев (рис. 17). Выборочные распределения времени развития реакции, построенные по результатам анализа отдельных когорт, отобранных по возрасту (старше и младше 30 лет), полу, месту проживания оказались также статистически неразличимыми.

Основным критерием, отличающим реакцию больных с АГ от реакции здоровых людей, является характерная амплитуда физиологического ответа, что экспериментально подтверждает идеи, высказанные около 40 лет назад (Пресман, 1968; Гаркави и др, 1984). Амплитуда реакции, определяемая как различие средних значений величин АД в дни с Кр<20 (спокойные дни) и Кр>20 (дни с ГМВ) составляет от 4 до 12 мм рт.ст у здоровых волонтеров (рис. 18) и может достигать 35 мм рт.ст. у больных с АГ. В то же время примерно в 20% всех случаев магниточувствительности наблюдается достоверная реакция уменьшения показателей АД в период ГМВ (рис. 18, черные столбики).

Таким образом, анализ базы знаний по результатам индивидуальной чувствительности к МиАФ показателей АД у 230 волонтеров позволяет на первом этапе проводить статистически обоснованное ранжирование параметров по критерию их важности при изучении закономерностей влияния МиАФ на ФП человека, а также формировать перечень критериев исключения при сравнении различных когорт.

О i ИИ|ДИИ;И-—■-

-10 О 10 20 30 40

ДАД, мм рт.ст.

-2-101234 Сдвиг, сут

Рисунок 17 - распределение случаев достоверной корреляции САД с Кр-индексом по времени сдвига экстремума кросскорреляционной функции («время начала реакции»

Рисунок 18 - распределение амплитуд изменений АД в ответ на ГМВ в годы максимума солнечной активности в когортах здоровых людей и больных с

АГ

4. Исследование чувствительности к ГМА других показателей состояния сердечно-сосудистой системы

В разделе 1.1 на основании анализа литературных данных и собственных исследований в «базовый набор» были включены ФП, отражающие функциональное состояние различных отделов сердечно-сосудистой системы, допускающие неинвазивный метод измерения и признанные в официальной клинической практике. Цель данного раздела - оценить амплитуду ежедневных вариаций данных ФП, и выяснить, может ли ежедневный мониторинг этих показателей дать дополнительную информацию об особенностях реакции организма на МиАФ по сравнению с мониторингом показателей АД.

4.1.Чувствительность вариабельности сердечного ритма и его взаимосвязь

с другими физиологическими показателями

Ранее было показано, что стабилизация сердечного ритма является диагностическим признаком нарушения адаптации организма к внешним факторам (Парии и Баевский, 1974), и что во время магнитных бурь у здоровых людей в состоянии стресса возрастает активность симпатического звена вегетативной нервной системы и уменьшается вариабельность сердечного ритма (ВСР) (Бреус и др., 1998, Ораевский и др., 1998). Также показана зависимость показателей ВСР от уровня ГМА и атмосферных факторов при ежедневном мониторинге у здоровых волонтеров (Delyukov et al, 2001; Черноус, 2004; Поскотинова и Григорьев, 2008).

В процессе работы по формированию «базового набора» ФП было высказано и проверено предположение, что совместное ежедневное мониторирование показателей АД и ВСР позволит (по крайней мере, в некоторых

случаях) дать более аргументированную интерпретацию наблюдаемых индивидуальных изменений уровня АД при изменении МиАФ. Был проведен мониторинг показателей АД и ВСР у двоих здоровых волонтеров на протяжении январь-апрель 2010 г. Было обнаружено, что совместный анализ суточных вариаций показателей АД и ВСР позволяет в некоторых случаях получить дополнительную важную информацию об изменении вегетативного баланса организма при изменении уровня АД, в том числе и при реакции на МиАФ. Так, для волонтера 0107003 (73 измерения, среднее значение С АД/ДА Д^ 117/72 мм рт.ст.) значения САД и ДАД не зависели от показателей ВСР (в том числе и от показателя LF, отражающего активность сосудистого центра) и всех показателей МиАФ. Для другого испытуемого (волонтер 0107001, 67 измерений), САД/ДАДсР 112/65 мм рт.ст.) возрастание уровня АД сопровождалось достоверным понижением индекса напряжения регуляторных систем (Stress-Index, SI) и индекса централизации вегетативного управления ритмом сердца (1С), увеличением показателя общей мощности спектра ВСР (Total Power, TP) и показателей мощности спектра ВСР диапазонов HF и LF. (Таблица 3). В то же время зависимости интегрального показателя активности регуляторных систем (ПАРС) от АД обнаружено не было. Таким образом, рост уровня АД, наблюдаемый при ГМВ у здоровых людей, может сопровождаться сложным комплексом индивидуальных вегетативных реакций, отражающий активацию как симпатических, так и дыхательных влияний на ритм сердца.

Таблица 3. Коэффициенты парной линейной корреляции показателей АД и ВСР между собой и со значениями Кр-индекса (* - р<0.05, ** - р<0.01, *** - р<0.001)

САД-SI САД-ТР САД-HF САД-LF САД-1С Кр-САД Kp-SI Кр-ТР Кр-1С

г (»-р 0107001) -0.697"" 0.691— 0.472" 0J84- -0.453" 0.443" -OJ43" 0.492" -0.0*4

Таким образом, интегральный показатель ПАРС, имеющий важное диагностическое значение, в то же время оказывается непригодным для исследования ежедневных вариаций функционального состояния организма, поскольку является производной величиной от пяти немонотонных ступенчатых функций нескольких ФП (Боевский и др, 2001), что делает практически невозможной физиологическую интерпретацию его вариаций. Информацию об изменении вегетативного баланса и активности отдельных звеньев регуляции дают отдельные показатели ВСР, на основе которых вычисляется ПАРС, а именно 81, ТР, Щ, и, 1С.

4.2.Изучение вариаций электрической проводимости миокарда

Метод дисперсионного картирования ЭКГ (ДК ЭКГ) основан на информационно-топологической модели микроколебаний сигнала ЭКГ, величина которых составляет всего 3-5 % от амплитуды зубца Я и позволяет оценить характер и степень нарушений электрофизиологических свойств миокарда, которые не выявляются на обычной ЭКГ (Сула и Иванов, 2009). По мнению авторов методики, цифровая модель электрических флуктуаций, получаемая на основе анализа микроколебаний ЭКГ («портрет» сердца), является косвенным интегральным индикатором изменений электрических характеристик ионных

каналов кардиомиоцитов. Изменения «портрета» сердца отражают электролитные, метаболические изменения миокарда, то есть дают информацию о текущем состоянии миокарда и его динамике (Иванов и Кудашова, 2005). Степень выраженности и локализацию электрофизиологических нарушений в миокарде предсердий и желудочков в фазах де- и реполяризации отражаются показателями G1-G9, суммарная величина площади всех групп (GI-G9) дисперсионных отклонений представляется интегральным индексом, получившим название «Миокард» (ИМ), который изменяется в диапазоне от 0 до 100 % (ИМ<16% считается нормой).

Анализ данных ежедневного мониторинга показателей «Миокард» и G1-G9 у волонтера 0107001 (2009-2010 гг., 274 измерения) показал практически стабильное значение ИМ (15±1%) на протяжении всего периода мониторинга. В то же время дни, в которые значения показателей G1-G2 (деполяризация правого и левого предсердия) и G9 (асимметрия возбуждения желудочков) показывали наличие нарушений (по схеме «есть - нет»), характеризовались достоверно более низкими значениями температуры наружного воздуха (р<0.02) и повышенным уровнем ГМА (р<0.05), чем дни, когда изменения микроальтернационных характеристик, отражающих локальные нарушения проводимости, не выявлено. Анализ был проведен раздельно для разных сезонов года.

Эксперименты по непрерывному мониторированию показателей ИМ и G1-G9 у волонтера 0107001 (11 экспериментов по 100 мин. каждый) позволили определить ритмику изменчивости данных показателей. Во всех 11-ти проведенных экспериментах в ритмике G9 присутствует устойчивый достоверный период в 6-7 минут, в половине случаев этот период является максимальным по амплитуде в соответствующем спектре.

Таким образом, показатели микроальтернаций различных интервалов кардиоцикла P-QRS-T, отражающих де- и реполяризацию миокарда предсердий и желудочков (G1-G9), по крайней мере, в некоторых случаях проявляют чувствительность к МиАФ. Их мониторинг методом ДК ЭКГ позволяет получать информацию об интегральной реакции миокарда на МиАФ на уровне адаптивных и наиболее быстрых реакций как в миокарде. Возможности интегрального показателя «Миокард» для мониторинга чувствительности к МиАФ здоровых людей требуют дальнейшего уточнения на больших выборках испытуемых.

4.3.Изучение вариаций скорости распространения пульсовой волны

Одним из методов оценки жесткости сосудистой стенки как диагностического и прогностического показателя риска развития сердечнососудистых катастроф, является метод измерения скорости распространения пульсовой волны (СРПВ) (Oliver & Webb, 2003; Laurent et al, 2006, Rosa et al., 2009, Гурфинкелъ и др., 2009). В то же время до настоящего времени не было работ по оценке вариабельности ежедневных значений данного показателя и его зависимости от МиАФ.

Нами был проведен анализ результатов мониторинга СРПВ у волонтера 0107011 (386 измерений). Получено, что на действие комплекса атмосферных

факторов показатели САД и СРПВ реагируют в соизмеримой степени, в то время как чувствительность к действию ГМА была обнаружена только у показателя СРПВ. Таким образом, можно сделать вывод, что в некоторых случаях снижение эластичности стенок сосудов, отражаемое данным показателем, является более выраженной и специфической реакцией организма на ГМВ, чем изменение среднего уровня АД.

4.4.Изучение динамики показателей микроциркуляторного русла

Измерения ежедневных вариаций показателей микроциркуляторного русла проводили методом лазерной допплеровской флоуметрии в период с 2007 по 2010 гг. у девяти здоровых волонтеров (семь женщин (возраст 40±6) и двое мужчин (42 и 52 года), г. Москва, всего 1386 измерений) один раз в сутки по рабочим дням. Вариации среднего уровня кровотока, обусловленные изменением комнатной температуры, были исключены на предварительном этапе анализа методом линейной регрессии. Было показано, что, в то время как показатели микроциркуляторного русла зависят от комнатной температуры, показатели АД реагируют на температуру наружного воздуха (Зенченко и др., 2009).

Анализ показал, что при повышении уровня ГМА у 4х волонтеров из 9ти возрастают общий показатель микроциркуляции (ПМ, выражаемый в единицах перфузии), вариабельность кровотока (среднеквадратичное отклонение о) и амплитуды колебаний в частотных диапазонах Ам и Ан (Таблица 4).

Таблица 4. Частотные характеристики колебаний микроциркуляторного русла

Обозначения диапазонов Диапазоны частот колебаний кровотока, Гц Периоды колебаний кровотока, с Диагностическое значение частотных диапазонов (Stфnovska е! а!, 1999)

Ас 0.6 - 1.6 0.6-1.5 сердечные ритмы

Ад 0.2 - 0.6 1.5-5 дыхательные ритмы

Ам 0.06-0.2 5-15 миогенаая активность

Ан 0.02-0.06 15-50 нейрогенная активность

Аэ 0.01-0.02 50-100 эндотелиальные колебания

На рисунке 19 приведена диаграмма достоверности ранговых коэффициентов корреляции (-^(р)) показателей микроциркуляции с Кр-индексом у волонтеров 1-9. Видно, что примерно в трети случаев ФП обнаруживают значимую корреляцию с Кр, иногда с очень высоким уровнем достоверности, и во всех случаях — положительную.

Видно отчетливое разделение показателей микроциркуляции на чувствительные к ГМВ (ПМ, <т, Ан и Ам) и полностью нечувствительные (Ад и Ас). В данном случае сравнение чувствительности к ГМА различных показателей микроциркуляции можно провести, используя одну и ту же группу волонтеров для оценки достоверности различий по схеме «случай-контроль». Утверждение,

что показатели Ам и Ан являются более чувствительными к ГМА, чем Ас и Ад, достоверно на уровне р<0.02 по критерию

Рисунок 19 - Иллюстрация зависимости различных показателей

микроциркуляторного кровотока от уровня ГМА.

По оси абсцисс - номер волонтера, по оси ординат - наименование показателей микроциркуляции, по оси аппликат - уровень достоверности коэффициента

корреляции -^(р) между

соответствующим показателем

микроциркуляции и Кр-индексом для данного волонтера.

Статистически достоверными на уровне р<0.05 являются столбики с ординатой более 1.3.

Знак корреляции во всех достоверных случаях - положительный.

Анализ регуляторных механизмов показывает, что реагируют показатели, отражающие статус активных компонент управления состоянием микроциркуляторного русла (Salerud et al, 1983; Stefanovska & Bracio, 1999; Stefanovska et al, 1999; Rossi et al, 2005). Показатели Ас и Ад отражают преимущественно внекапиллярный характер распределения давления в более крупных микрососудах. Поэтому пульсовые и дыхательные осцилляции носят пассивный характер, а их основной источник (сердечный синусовый узел) расположен на значительном удалении от места измерения. В то же время нейрогенный и миогенный механизмы являются активно генерируемыми (Fo/kow, 1964; Salerud el al, 1983; Karstrup et al, 1989, Johnson, 1991), и их функционирование управляется активностью ионных каналов микроциркуляторного русла (Nilsson & Aalkjaer, 2003). Поэтому причиной обнаруженной избирательной чувствительности к ГМВ именно показателей Ам и Ан может быть то обстоятельство, что для данных механизмов вероятная мишень воздействия (ионные каналы, управляющие миогенными и нейрогенными колебаниями) пространственно не разделена с реагирующей системой, и ее реакция не успевает зашумляться различными посторонними факторами.

4.5. Выводы раздела 4

В данном разделе на примере исследования отдельных случаев впервые показаны достоверные факты чувствительности показателей дисперсионного картирования сердца, скорости распространения пульсовой волны и показателей микроциркуляции крови к вариациям МиАФ. Показано, что их ежесуточная вариабельность отражает изменчивость функционального состояния различных отделов сердечно-сосудистой и вегетативной нервной систем организма, не описываемую вариациями показателей АД. Таким образом, мониторинг данных

показателей необходим для получения картины связей различных ФП при исследовании возможных биофизических механизмов реакции сердечнососудистой системы на МиАФ.

Есть основания полагать, что реакция микроциркуляторного русла на повышение уровня ГМА обусловлена активными механизмами его регуляции (миогенным и нейрогенным).

5. Возможные объяснения полученных результатов

5.1.РсЗ-пульсации как возможный геомагнитный фактор, вызывающий реакцию микроциркуляторного русла

Гипотеза о том, что биотропным магнитосферным фактором могут быть геомагнитные Рс-пульсации, в первую очередь - Рс1, высказывалась во многих работах (Владимирский и Волынский, 1971; Гневышев и др, 1971; Макеев и др, 1984, Птицына и др, 1998). Рапопорт и др (2006) показали, что причиной возрастания числа инфарктов миокарда во время магнитных бурь могут служить геомагнитные пульсации Рс1 (Таблица 5), которые возбуждаются во время начальной фазы бури и на фазе восстановления, и имеют частоту, близкую к характерной частоте сердечного ритма.

Таблица 5. Частотные диапазоны магнитосферных Рс-пульсаций (Клейменова, 2006)

Название Частоты, Гц Периоды, с

Рс1 0.2-5 0.2-5

Рс2 0.1-0.2 5-10

РсЗ 0.02-0.1 10-45

Рс4 0.007-0.02 45-150

Рс5 0.002-0.007 150-600

Чувствительность к ГМВ параметров микроциркуляции определенного частотного диапазона позволяет указать другой тип Рс-пульсаций, которые совпадают по частоте с характерными частотами миогенных и нейрогенных колебаний микроциркуляторного русла, а именно группу Рс2-4 (Таблица 5). Согласно обзору (Клейменова, 2006), «возбуждение пульсаций Рс4 характерно для магнито-спокойных условий, а Рс2 и РсЗ - для более возмущенных. С ростом ГМА период колебаний, регистрируемых в данной точке, уменьшается и попадает в диапазон Рс2 при Кр>5 и в диапазон Рс4 при Кр<2». Таким образом, именно в ситуации геомагнитного возмущения (Кр>5) квазипостоянная выделенная частота собственных колебаний магнитосферы попадает в диапазон собственных частот электрохимических реакций в миофибриллах гладкомышечных клеток прекапилляров (миогенный эффект).

5.2. Анализ регуляторных частот уровня АД

На основании результатов, полученных в представленной работе, была предложена гипотеза, согласно которой реакцию возрастания уровня АД в период

ГМВ также могут вызывать сопутствующие возмущению магнитосферные пульсации, частота которых совпадает с характерными процессами, регулирующими данный ФП. Речь идет о Рс5-пульсациях, имеющих частотный диапазон от 0.002 до 0.007 Гц (2.5-10 мин.).

Подтверждением этой гипотезы могут служить следующие аргументы. Во-первых, анализ динамики иЬР-индекса показывает, что возбуждение Рс5-пульсаций происходит практически синхронно с ростом Кр-индекса как при бурях с внезапным началом, так и при реккурентных бурях (Козырева и Кпетенова, 2009; 2010). Этот факт согласуется с представленным здесь выводом, что развитие реакции АД происходит преимущественно синхронно с возрастанием Кр-индекса.

Во-вторых, суточные вариации АД, измеряемые в мониторинге, по-видимому, в наибольшей степени модулируются среднесрочными механизмами регуляции, имеющими характерные времена от нескольких минут до часов. Основной ритм в этом частотном диапазоне задается частотой синтеза ренина (0.04 Гц) (АЪеЬой ег а/, 1981), одного из ключевых компонентов системной (циркулирующей) ренин-ангиотензиновой системы. Одной из наиболее характерных частот, выделяемой в колебаниях уровня АД в этом частотном диапазоне, является частота 0.1 Гц (волны Траубе), обнаруженные в последствии также в ВСР (Котельников и др, 2002). Существует также гипотеза, что 0.1 герцовый ритм в АД является следствием ритмичности миогенных реакций артериол, которая по барорефлекгорному механизму изменяет ЧСС (¿/апз.чеп е/ а1, 1995). Эти ритмы попадают в диапазон пульсаций РсЗ.

В то же время колебания в крови уровня адреналина имеют период 6.7 мин, норадреналина - 7.7 мин, 17 ОКС - 9 мин (около 2 мГц, что входит в частотный диапазон Рс-5 пульсаций). (Навакатикян и Крыжановская, 1979, цит. по Котельников и др, 2002). Увеличение синтеза именно этих гормонов наблюдали в клинических экспериментах во время магнитных бурь (.Рапопорт и др., 1995). Необходимо напомнить, что именно в этом частотном диапазоне (6-8 мин) находится основной ритм, обнаруженный в данной работе методом дисперсионного картирования сердца при многократных длительных экспериментах по мониторированию показателей микроальтернации ЭКГ-сигнала здорового человека (Раздел 4.2, стр 45).

Рс5-пульсации возбуждаются синхронно с общим возрастанием уровня ГМА. Для дальнейшей детализации феноменологии реакции различных отделов сердечно-сосудистой системы на ГМВ необходимо сопоставление ФП с индексами интенсивности Рс-пульсаций различных частотных диапазонов, в частности, с иЬР-индексом.

Выводы

1. Предложен и разработан новый, индивидуализированный по объектам анализа подход к изучению закономерностей влияния комплекса магнитосферных и атмосферных факторов на физиологические показатели организма человека, который сочетает более высокую надежность (по сравнению с ранее применяемыми методами) заключений об индивидуальной чувствительности

человека к внешним факторам с возможностью получения статистически обоснованных популяционных закономерностей.

2. Предложен и разработан метод оценки индивидуальной чувствительности физиологических показателей к действию магнитосферных и атмосферных факторов, который основывается на информации о взаимосвязи действующих факторов и обнаруженном в работе различии характерных частот ответа организма на действие геомагнитной активности и факторов погоды. Это обстоятельство позволяет разделять вклады этих двух групп внешних факторов в вариации физиологических показателей организма Показано, что характер реакции всех исследованных физиологических показателей на изменение геомагнитной активности имеет вид быстрых вариаций (в течение суток), в то время как их зависимость от атмосферных показателей проявляется как синхронизация медленных волн с периодом порядка нескольких суток.

3. Анализ динамики взаимосвязи магнитосферных и атмосферных показателей показал, что:

3.1. минимальное подпространство базисных векторов внешних факторов для оценки индивидуальной чувствительности к ним физиологических показателей должно содержать вектор значений среднего уровня геомагнитной активности (Кр-индекс), а также векторы атмосферного давления (Ратм), температуры воздуха (Татм) и относительной влажности (ЯН). Исключение любого из этих параметров из числа анализируемых с высокой вероятностью может приводить к обнаружению «фантомных», часто знакопеременных, зависимостей физиологических показателей от оставшихся факторов, обусловленных их взаимозависимостью. Три вектора атмосферных параметров в значительной степени зависимы между собой, причем характер зависимости различается для разных климатических зон и сезонов года. Вектор значений Кр-индекса может рассматриваться как линейно независимый от атмосферных показателей.

3.2. Для описания случаев развития физиологической реакции, наблюдаемых перед развитием геомагнитных возмущений и при пересечении Землей секторных границ межпланетного магнитного поля необходимо расширение пространства базисных векторов за счет векторов интенсивности Рс1-пульсаций, амплитудно-частотных параметров Шумановских резонансов и интенсивности инфразвука, возбуждаемых приходом к Земле скачков плотности солнечного ветра.

3.3. В перечень критериев исключения при формировании когорт для исследования реакций организма на действие атмосферных факторов должны входить: различие климатических зон и сезонов года проведения индивидуального мониторинга, при исследовании закономерностей реакции на геомагнитную активность - различие фаз цихла солнечной активности.

4. Анализ сформированной в работе базы знаний, содержащей заключения о характере индивидуальной чувствительности к геомагнитным и метеорологическим факторам, выполненные с использованием единой унифицированной методики анализа для 230-ти волонтеров, проживающих в

шести городах и трех климатических зонах, позволил установить следующие популяционные закономерности:

4.1. В годы максимума солнечной активности процент магниточувствительных людей составляет 46±1% для когорты здоровых волонтеров и 48±2% в группе больных с диагнозом «артериальная гипертензия 1й и 2й степени» (различия недостоверны по критерию %2). При снижении уровня геомагнитной активности этот процент достоверно (р<0.05) снижается в обеих когортах и составляет 14±1% и 12±12% соответственно.

4.2. На основании анализа меньших по численности, но более однородных когорт показано, что распространенность магниточувсгвительности не зависит от возраста волонтера, среднего уровня артериального давления, климатической зоны проживания (южные или средние широты) и сезона года.

4.3. Средняя амплитуда изменения индивидуальных значений показателей артериального давления, обусловленных геомагнитными возмущениями в годы максимума солнечной активности, составляет 7±2 мм рт.ст. для здоровых людей и 12±4 мм рт.ст. для больных с диагнозом артериальная гипертензия 1-й и 2-й степени (различия достоверны на уровне р<0.05 по критерию Манна-Унтни). Для больных с нарушениями функций сердечнососудистой системы максимальные амплитуды ответа в некоторых случаях могут достигать опасных для здоровья значений (>20 мм рт.ст.).

4.4. В 80% случаев обнаружения реакции показателей артериального давления на повышение уровня геомагнитной активности ее развитие происходит синхронно в пределах точности метода (±1 сут) с началом геомагнитного возмущения. Распределения времен начала развития реакции не различаются для когорт здоровых и больных людей.

5. На примерах исследования отдельных случаев чувствительности к магнитосферным факторам таких показателей состояния сердечно-сосудистой системы, как скорость распространения пульсовой волны, степень нарушений электрофизиологических свойств миокарда и состояние микроциркуляторного русла, показано, что данные показатели могут проявлять чувствительность к вариациям геомагнитной активности. Методы мониторинга этих физиологических показателей, позволяющие определять активность механизмов их регуляции в различных частотных диапазонах, дают качественно новую информацию о реакции различных отделов сердечнососудистой системы на действие геомагнитной активности.

6. Экспериментально показано, что во всех обнаруженных случаях чувствительности показателей микроциркуляторного русла к вариациям геомагнитной активности эффект обусловлен активизацией колебаний периферического кровотока в частотном диапазоне 0.02-0.2 Гц, который совпадает с диапазоном частот геомагнитных пульсаций Рс2-3, регистрируемых именно в период геомагнитных возмущений. Эти результаты развивают существующие представления о низкочастотных магнитосферных пульсациях Рс2-3 как непосредственно действующем биотропном агенте.

7. Предложенный метод оценки индивидуальной чувствительности, впервые основанный на научно разработанных методических требованиях сбора и

анализа данных, позволяет численно оценивать степень индивидуального риска, обусловленного геомагнитными и метеорологическими факторами, для лиц с нарушениями функций сердечно-сосудистой системы и здоровых людей, связанных с операторской деятельностью - машинистов электропоездов, летчиков, диспетчеров, операторов атомных и радиолокационных станций.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Зенченко Т.А. Методика анализа временных рядов данных в задаче комплексной оценки метео- и магнигочувствительности организма человека И Экология человека, 2010, N» 2, С. 3-11.

2. Зенченко Т.А., Поскотинова Л.В., Рехтана А.Г., Заславская P.M. Связь параметров колебаний кровотока в микроциркуляторном русле с геомагнитными пульсациями РсЗ // Биофизика. 2010. Т. 55. №4. С. 732-739.

3. Бреус Т.К., Гурфинкель Ю.И., Зенченко ТА., ОжередовВ.А. Сравнительный анализ чувствительное™ различных показателей сосудистого тонуса к метеорологическим и геомагнитным факторам. // Геофизические процессы и биосфера, 2010, Т. 9, № 2, С. 23-36.

4. Зенченко Т.А. Скачки плотности солнечного ветра и развитие гелиобиологических эффектов в ходе магнитных бурь. // Геофизические процессы и биосфера, 2010, №3, С. 520.

5. Зенченко ТА., Димитрова С., СтоиловаИ., Бреус Т.К. Индивидуальные талы реакций артериального давления практически здоровых людей на действие геомагнитной активности II Клиническая медицина, 2009, № 4, С. 18-23

6. Зенченко ТА., Мерзлый AM., Поскотинова Л.В. Методика оценки индивидуальной метео-и магнигочувствительности организма человека и ее применение на различных географических широтах. Экология человека, 2009, № 10, С. 3-11

7. Зенченко ТА., Цагареишвили Е.В., Ощепкоаа Е.В., Рогоза А.Н., Бреус Т.К. К вопросам влияния геомагнитной и метеорологической активности на больных артериальной гипертонией // Клиническая медицина, 2007, Х»1, С. 31-35.

8. Fedorov M.V., Zenchenko ТА., Zenchenko K.I., Pozharski E.V., ShnollS.E., Belöusov L.V., VoeikovV.L., KonradovAA. Synchronous Changes in Dark Current Fluctuations in Two Separate Photomultipliers in Relation to Earth Rotation. II Astrophysics and Space Science, 2003, v283; P. 3-10.

9. Блюменфельд Л.А., Зенченко ТА. Квантовые переходы между состояниями и космофизические флуктуации //Биофизика, 2001, Т. 46, № 5, С. 859-861.

10. Шноль С.Э., Зенченко Т.А., Зенченко К.И., Пожарский Э.В., Коломбет В. А,.Конрадов АА. Закономерное изменение тонкой структуры статистических распределений как следствие космофизических причин//Успехи Физичегких наук, 2000, Т. 170, №2, С. 214-218.

11. Шноль С.Э., Коломбет В.А., Пожарский Э.В., Зенченко ТА., Зверева И.М., Конрадов A.A. О реализации дискретных состояний в ходе флуктуаций в макроскопических процессах // Успехи физических наук, 1998, Т168, № 10, С. 1129-1140.

Статьи в рецензируемых журналах

12. Зенченко Т.А., Рехпша А.Г., ХорсеваН.И., Заславская P.M., Бреус Т.К. Сравнительный анализ чувствительности различных показателей гемодинамики здоровых людей к действию атмосферных факторов в условиях средних широт. // Геофизические процессы и биосфера, 2009. Т. 8, № 4. С. 61-76.

13. ТА. Зенченко, A.M. Мерзлый. Связь динамики авиационных событий с гелиофизическими процессами. Геофизические процессы и биосфера, 2008, № 2, С. 27-38.

14. И. Стоилова, С. Димитрова, Т.К. Бреус, ТА. Зенченко, Т. Янев. Солнечно-земные связи и здоровье человека. // Солнечно-земная физика, 2008, Т. 2, № 12, С. 336-339.

15. Зенченко Т.А., Цандеков ПЛ., Григорьев П.Е., Мёрзлый A.M., Зенченко К.И., Хорсева Н.И., ГригалП.П. Исследование характера связей физиологических и психофизиологических показателей организма с метеорологическими и геомагнитными факторами // Геофизические процессы и биосфера, 2008, № 3, С. 25-36

16. Зеичепко ТА., РехтинаА.Г., Заславская P.M., ФирсоваЕ.В. Метод исследования возможной связи параметров микроциркуляторного кровотока с особенностями геомагнитной обстановки // в кн. "Космогеофизические факторы экологии биосистем", Санкт-Петербург, 2007, С. 32-42.

17. П. Фараоне, А.А. Конрадов, Т.А. Зенченко, Б.М. Владимирский. Гелиогеофизические эффекты в ежедневных показателях жизнедеятельности бактерий // Геофизические процессы и биосфера. 2005, Т. 4, № 1, С. 89-97.

Статьи в сборниках

18. Зенченко Т.А., Мерзлый AM., Бреус Т.К. Характерные типы реакций на действие обычной и космической погоды у здоровых людей и больных с артериальной гипертснзией- // Труды Московского Семинара «Методы исследования нелинейных электромагнитных явлений в сложных системах и их применение в медицине», Таруса, 8-10 Мая, 2009, стр 141-155, http://www.iki.rssi.ni/books/2010tanjsa-med.pdf

19. ТА. Zenchenko, Т.К. Breus, A.M. Merzlyi, Р.Е. Grigoriev, I. Stoilova, M Jordanova, S. Dimitrova, N.I. Khorseva, P.P. Grigal, Method of Psychophysical Parameters Monitoring for Revealing of Human Sensitivity to Geomagnetic and Meteorological Factors, In Jordanova M., Lievens F. (Editors) Global Telemedicine / eHealth Updates: Knowledge Resources, Vol. 2, Publ. Luxexpo, Luxembourg, 2009, ISSN 1998-5509, pp. 371-375

20. A.M. Merzlyi, T.A. Zenchenko, S.K. Zenchenko Possible Application of Modern Information Technologies for the Prophylaxis of Aggravation of Cardiovascular Diseases, Induced by Variations of Meteorological and Geomagnetic Factors, In Jordanova M., Lievens F. (Editors) Global Telemedicine / eHealth Updates: Knowledge Resources, Vol. 2, Publ. Luxexpo, Luxembourg, 2009, ISSN 1998-5509, pp. 379-384

21. Yu.I. Gurfmkel, N.V. Katse, S.Yu. Ozerskey, T.A. Zenchenko. Some New Possibilities for Noninvasive Measurements of Environmental Influences on Cardiovascular System In Jordanova M., Lievens F. (Editors) Global Telemedicine / eHealth Updates: Knowledge Resources, Vol. 2, Publ. Luxexpo, Luxembourg, 2009, ISSN 1998-5509, pp. 394-399

22. T.A. Zenchenko, Т.К. Breus, E.V. Tsagareishvili, A.N.Rogoza, P.E. Grigoriev. Typology of Typical Reactions on the Space and Usual Weather Variations for Patients Suffering From Hypertension and for Healthy People In Jordanova M., Lievens F. (Editors) Global Telemedicine / eHealth Updates: Knowledge Resources, Vol. 2, Publ. Luxexpo, Luxembourg, 2009, ISSN 19985509, pp. 409-413

23. ЗенченкоT.A., ХорсеваН.И., ГригалП.П., Мерзлый A.M., Цандеков П.А., ГригорьевП.Е., ПоданоеваЗ., Бреус Т.К., Стошгава И., Димитрова С., ДжордановаМ. Метод мониторинга психофизиологических показателей человека для определения степени индивидуальной чувствительности к внешним факторам. Fundamental Space Research, 2009, Bulgaria, Sunny Beach. http://www.stil.bas.bg/FSR2009/papl66.pdf

24. Рехтина А.Г., Заславская P.M., Зенченко ТА., Гончаров Л.Ф. Мониторинг параметров микроциркуляторного кровотока как метод оценки индивидуальной чувствительности человека к особенностями геомагнитной обстановки. // Сборник трудов IX Международного конгресса «Здоровье и образование в XXI веке», Москва, 27-30 ноября 2008, С. 584-585.

25. S. Dimitrova, I. Stoilova, Т.К. Breus, Т. Zenchenko, D.Maslarov. Investigation of human sensitivity towards geomagnetic changes. II Proceedings of the 3rd Scientific Conference with International Participation "Space, Ecology, Nanotechnology, Safety" (SENS-2007), 27-29 June 2007, Vama, Bulgaria, P. 352-357.

26. Рехтина А.Г., Зенченко T.A., Завлавская P.M., Кондуков Д.Ю. Предварительные результаты анализа связи динамики параметров микроциркуляторного кровотока с особенностями

геомагнитной обстановки. // Сборник докладов II Международной конференции «Человек и электромагнитные поля», г. Саров, 28.05-01.06.2007, С. 200-207.

27. Бекетов В.В., Павлов Ю.В., Зенченко Т.А., Мерзлый А.М. Анализ особенностей геофизической обстановки в моменты авиационных происшествий. Сборник докладов II Международной конференции «Человек и электромагнитные поля», Саров, 28.05-01.06.

2007, С. 194-199.

28. Зенченко Т.А., Мерзлый А.М., Кужевский В.М. «Эффекты смены полярности межпланетного магнитного поля в динамике авиационных происшествий», Материалы Международной конференции «Космическая погода: ее влияние на человека и биологические объекты», Москва, 17-18 февраля 2005 г, С. 46-47.

29. Зенченко Т.А., Цагареишвили Е.В., Ощепкова Е.В., Рогоза А.Н., Бреус Т.К. Эффекты геомагнитной и метеорологической чувствительности у кардиологических больных. // Материалы Международной конференции «Космическая погода: ее влияние на человека и биологические объекты», Москва, 17-18 февраля 2005 г, С. 4445

Основные тезисы

30. Т.А. Zenchenko, Т.К. Breus, I. Stoilova, S. Dimitrova, Т. Yanev. Analysis of meteo- and magneto-sensitivity of healthy people based on Bulgarian data base. Abstracts of International IHY Symposium "International Heliophysical Year 2007: New insights into solar-terrestrial physics", Zvenigorod, November 5-11,2007, P 136

31. Breus Т.К., Zenchenko T.A, Ozheredov V.A., KleimenovaN.G., Perminova E.A, Space Weather influence on human health: new experimental and theoretical confirmations, Abstract book of Fourth European Space Weather week, 5-9 November 2007, EES A, Brussels, Belgium, P. 37

32. T.JC.Breus, T.AZenchenko, I.Stoilova, S.Dimitrova Heliogeomagnetic rhythms are indeed synchronizers of biological "clocks", UN/ESA/NASA/JAXA/BAS Workshop on "The First Results from the International Heliophysical Year 2007", Sozopol, Bulgaria, June 2-6,2008, P.70

33. Т.К. Breus, T.A. Zenchenko, V.A. Ozheredov. Starting Moment of Biological System Reply to the Space Weather Hazards. Abstract book of Firth European Space Weather week, 16-21 November

2008, EES A, Brussels, Belgium, P. 61

34. Зенченко T.A., Бреус Т.К., Цагареишвили Е.В., Рогоза А.Н., Цандеков П.А.,Григорьев П.Е. «Типология характерных реакций артериального давления на действие геомагнитных и метеорологических факторов у больных и здоровых людей», Санкт-Петербург, 29.0603.07.2009, V Международный Конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине», тезисы докладов, стр. 149.

35. Зенченко Т.А, Цандеков П.А., Подзноева З.Л., Григорьев П.Е. «Исследование взаимосвязи физиологических и психофизиологических показателей здоровых волонтеров и характера их зависимости от факторов обычной и космической погоды», Судак, Крым, Украина, 28.0903.10.2009, тезисы VIII Международной крымской конференции «Космос и биосфера», стр 107-108

36. Зенченко Т.А., Мерзлый А.М.«Построение динамической карты взаимосвязи факторов космической и обычной погоды в задаче оценки степени индивидуальной чувствительности организма к внешним факторам. Часть I - взаимосвязь гелиогеофизических показателей», Судак, Крым, Украина, 28.09-03.10.2009, тезисы VIII Международной крымской конференции «Космос и биосфера», стр. 85-87

37. Мерзлый A.M., Зенченко Т.А. «Зависимость метеорологических показателей от факторов космической погоды» Судак, Крым, Украина, 28.09-03.10.2009, тезисы VIII Международной крымской конференции «Космос и биосфера», стр. 87-88

38. Мерзлый А.М., Зенченко Т.А. «Построение динамической карты взаимосвязи факторов космической и обычной погоды в задаче оценки степени индивидуальной чувствительности организма к внешним факторам. Часть III - взаимосвязь метеорологических факторов», Судак, Крым, Украина, 28.09-03.10.2009, тезисы VIII Международной крымской конференции «Космос и биосфера», стр. 88-90

Подписано в печать:

28.04.2011

Заказ № 5440 Тираж - 120 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru