Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,831

МАГНИТОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В КОМПЛЕКСНОМ БИОТРОПНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВЫСОКИХ ШИРОТ: БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ

Карпин В.А. 1 Филатова О.Е. 1
1 ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО – Югры»
Целью настоящего исследования явилось определение с применением новых современных методов биоинформационного анализа места и роли гелиогеомагнитной активности в комплексном биотропном воздействии на организм человека особых экологических факторов высоких широт. Изучалась сезонная динамика рецидивирования хронических заболеваний внутренних органов (стенокардия, гипертоническая болезнь, хронический бронхит, ревматизм) у жителей г. Сургута за пятилетний период. Параллельно отмечалась среднемесячная динамика геомагнитной активности. Проведенный корреляционный анализ в рамках второй, стохастической (вероятностной) парадигмы показал, что суммарная среднемесячная и сезонная динамика геомагнитных колебаний, выявленная при многолетнем наблюдении на территории Югры, играет существенную роль в течении хронических неинфекционных болезней. Однако в рамках второй парадигмы не представляется возможным определить значимость геомагнитной активности в комплексном биотропном влиянии экстремальных экологических факторов. Разрешение данной проблемы возможно только с позиции третьей, синергетической парадигмы. Применение метода идентификации параметров квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний позволяет в рамках синергетической парадигмы выявить значимость геомагнитных возмущений в комплексном биотропном воздействии на организм человека неблагоприятных экологических факторов высоких широт.
высокие широты
геомагнитная активность
хронические заболевания
биотропные эффекты
1. Агаджанян Н.А., Макарова И.И. Магнитное поле Земли и организм человека // Экология человека. – 2005. – №9. – С. 3–9.
2. Бинги В.Н., Савин А.В. Физические проблемы действия слабых магнитных полей на биологические системы // Успехи физических наук. – 2003. – №3. – С. 265–300.
3. Еськов В.М., Брагинский М.Я., Русак С.Н. и др. Программа идентификации параметров аттракторов вектора поведения биосистем в m-мерном фазовом пространстве / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613212, РОСПАТЕНТ. – М., 2006.
4. Еськов В.М. Третья парадигма. – Самара: Офорт, 2011. – 250 с.
5. Зенченко Т.А., Мерзлый А.М., Поскотинова Л.В. Методика оценки индивидуальной метео- и магниточувствительности организма человека и ее применение на различных географических широтах // Экология человека. – 2009. – №10. – С. 3-11.
6. Зенченко Т.А. Методика анализа временных рядов данных в комплексной оценке метео- и магниточувствительности организма человека // Экология человека. – 2010. – №2. – С. 3–11.
7. Комаров Ф.И., Рапопорт С.И., Бреус Т.К. и др. Хронобиологические аспекты природы и характера воздействия магнитных бурь на функциональное состояние организма людей // Хронобиология и хрономедицина. – М.: Триада-Ч, 2000. – С. 299–316.
8. Рапопорт С.И., Бреус Т.К., Клейменова Н.Г. и др. Геомагнитные пульсации и инфаркты миокарда // Терапевтический архив. – 2006. – Т. 78, №4. – С. 56–60.
9. Хаснулин В.И., Хаснулина А.В., Волкова Т.В. Реакции человека на метеогеографические факторы // Гелиогеофизические факторы и здоровье человека: Матер. Международ. симпозиума. – Новосибирск: ООО «РИЦ», 2005. – С. 15–16.
10. Хаснулин В.И. Климатогеофизические и космические факторы высоких широт и здоровье человека // Медико-экологические основы формирования, лечения и профилактики заболеваний у коренного населения Ханты-Мансийского автономного округа. – Новосибирск: СО РАН, 2004. – С. 15–23.

Естественные магнитные поля представляют потенциальную угрозу для здоровья людей и являются не менее существенным экологическим фактором, чем температура, давление и влажность воздуха. По мере роста осознания этого факта задача изучения механизмов биологического действия электромагнитных полей становится все более актуальной. Интерес к магнитобиологии обусловлен прежде всего экологическими причинами. Ранее считалось, что слабые низкочастотные магнитные поля нетепловой интенсивности безопасны для человека, биологическое действие таких полей казалось невозможным с точки зрения физики. Со временем были накоплены опытные данные, показавшие потенциальную опасность этих полей и излучений, скрытый характер их действия. Экологическая значимость магнитных полей становится предметом специального изучения [2, 10].

Проблема влияния метеофакторов на организм исследуется очень давно, и только около 20 лет назад появились работы, в которых ставился вопрос о необходимости комплексного изучения влияния метеорологических и геомагнитных факторов на здоровье человека. Но, как правило, подобный анализ ограничивался раздельным сравнением степени связи с геофизическими и метеорологическими факторами, без попыток анализа сочетанного и взаимного влияния этих двух групп факторов [6].

Начало третьего тысячелетия в истории человечества характеризуется развитием нового уровня научного мышления и мировоззрения в целом, которое обозначается как третья, синергетическая парадигма. Хорошо известно, что биообъекты являются сложными открытыми нелинейными динамическими системами, в реакции которых определяющим может быть их состояние, а не только воздействующий фактор. Такая система может реагировать даже на слабые внешние воздействия при неустойчивом внутреннем состоянии [1, 4]. При рассмотрении механизмов взаимодействия геомагнитных полей с элементами биосферы возникает необходимость поиска наиболее фундаментальных принципов, определяющих такого рода взаимодействие. По-видимому, эти принципы лежат в области изучения неравновесных и нелинейных взаимодействий как биологических систем в целом, так и их рефлексии на воздействие средовых экологических факторов.

Цель исследования: выявить с применением новых современных методов биоинформационного анализа место и роль гелиогеомагнитной активности в комплексном биотропном воздействии на организм человека особых экологических факторов высоких широт.

Материал и методы исследования

Объектом настоящего исследования явились больные хроническими заболеваниями внутренних органов из числа постоянных жителей г. Сургута – крупнейшего (300 тыс. жителей) промышленно-административного центра Ханты-Мансийского автономного округа – Югры (ХМАО – Югра).

Выбор контингента хронических терапевтических больных для изучения магнитобиологических эффектов имел определенные основания. В результате целого ряда исследований установлено, что организм больных, ослабленных и переутомленных людей быстрее теряет способность адаптироваться к новым, изменившимся условиям окружающей среды [9]. Реакция живых организмов на внешний стресс проявляется более интенсивно при наличии хронического заболевания [8]. У больных людей отмечена повышенная чувствительность к воздействию магнитных бурь [5, 7].

Всего было проанализировано 4930 случаев обращения за медицинской помощью жителей г. Сургута трудоспособного возраста (20–59 лет) в связи с ухудшением течения хронических заболеваний внутренних органов (ишемическая болезнь сердца (нестабильная стенокардия), гипертоническая болезнь, хронический бронхит, ревматизм) за пятилетний период. Распределение больных по полу, возрасту и нозологическим формам представлено в табл. 1.

Таблица 1

Распределение наблюдаемых больных по полу, возрасту и нозологическим формам

Возрастная группа

Стенокардия

Гипертоническая

болезнь

Хронический

бронхит

Ревматизм

Возраст

Пол

20–29

М

35

71

107

15

Ж

5

39

52

18

Всего

40

110

159

33

30–39

М

264

122

100

24

Ж

49

82

119

69

Всего

313

204

219

93

40–49

М

717

252

147

49

Ж

170

315

157

112

Всего

887

567

304

161

50–59

М

798

220

90

31

Ж

289

265

69

78

Всего

1087

485

159

109

Итого:

М

1814

665

444

119

Ж

513

701

397

277

Всего

2327

1366

841

396

Все наблюдаемые больные относились к категории пришлого населения с северным стажем проживания 5–10 лет (73,2 %) и более 10 лет (26,8 %). Изучали особенности среднемесячного и сезонного течения данных заболеваний при многолетнем мониторировании, используя разработанный нами так называемый «коэффициент обращаемости» (КО) – среднемесячное число обратившихся больных в перерасчете на 1000 населения за весь период наблюдения.

Параллельно изучали среднемесячную динамику также разработанного нами «коэффициента геомагнитной активности» (КГМА) за тот же пятилетний период, который вычисляли как по средней продолжительности геомагнитных бурь в каждом месяце в днях (КГМАдн), так и по среднемесячной интенсивности в баллах (КГМАбал). Материалы по со стоянию геомагнитного поля в регионе за изучаемый период времени предоставлены Сургутским городским ОАО «Экогеос».

С целью обнаружения возможной связи между состоянием геомагнитных и метеорологических параметров анализировали по тому же принципу среднемесячную динамику наиболее значимых для региона погодно-климатических факторов – температуры атмосферного воздуха (в оС), атмосферного давления (в мм рт.ст.) и индекса жесткости погоды по И.М. Осокину (в относительных единицах – отн. ед.).

Статистическую обработку материала проводили с использованием компьютерной программы С. Гланца «Biostat». В рамках второй, вероятностно-статистической (стохастической) парадигмы, с целью определения тесноты и достоверности связи между изучаемыми параметрами применяли критерий ранговой корреляции Спирмена (rs), который при данных исследованиях является более корректным статистическим методом, чем критерий линейной корреляции Пирсона: он является непараметрическим критерием, не требующим нормального распределения анализируемых данных, а также линейной зависимости между ними.

С позиции третьей, синергетической парадигмы динамику сложной системы с вариацией и самоорганизацией изучали с применением «Программы идентификации параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве» [3]. На многочисленных примерах автор и возглавляемый им научный коллектив убедительно показали, что изменениям в состоянии таких систем предшествует изменение размеров m-мерного параллелепипеда (General V value, vX, у.е.), внутри которого наблюдается движение вектора состояния системы, что соответствует изменению размеров квазиаттрактора движения этого вектора в фазовом пространстве состояний. Одновременно с изменением объемов квазиаттракторов могут изменяться координаты центра квазиаттрактора (General asymmetry value, rX, у.е.), он начинает перемещаться в другую область фазового пространства. Уменьшение размеров квазиаттракторов вектора состояния системы после различных воздействий свидетельствует о снижении уровня изменчивости (вариабельности), т.е. степени разброса параметров вектора в фазовом пространстве состояний. Расширение границ квазиаттракторов сигнализирует о том, что обследуемые системы входят в область патологии. Сейчас такой подход широко используется нами в области экологических исследований.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ биотропных эффектов среднемесячной и сезонной динамики гелиогеомагнитных бурь в рамках стохастической (вероятностной) парадигмы показал результаты, во многом сходные для течения изучаемых нозологий. рассмотрим эти взаимосвязи на примере гипертоничской болезни.

Показатели среднемесячной обращаемости по поводу обострения эссенциальной гипертензии имели два пика (рисунок): в феврале-марте (КО в этот период равнялся соответственно 0,22 и 0,23) и октябре-ноябре (КО составил 0,20 и 0,21 соответственно). Минимальное число обращений зафиксировано в июле (КО = 0,10). Обе волны обострений, как и в случаях со стенокардией, отмечались на фоне высокой среднемесячной продолжительности и интенсивности геомагнитных бурь: оба показателя (КГМАдн и КГМАбал) были максимально выражены в марте (7,2 и 4,4 соответственно) и октябре (7,8 и 6,2 соответственно), а минимально – в июле-августе (1,8 и 2,0 соответственно). Корреляционный анализ показал достоверную прямую связь среднемесячной частоты обострений артериальной гипертензии с продолжительностью геомагнитной активности (rs = 0,706; Р = 0,012) и ее интенсивностью (rs = 0,677; Р = 0,017).

рис_1.wmf

Среднемесячная частота обращаемости больных гипертонической болезнью в различные периоды геомагнитной активности

Рецидивы других хронических неинфекционных заболеваний также отмечались в марте-апреле с минимумом в июле-августе, тесно коррелируя преимущественно с продолжительностью гелиогеомагнитных флуктуаций.

Таким образом, проведенный стохастический анализ показал, что суммарная среднемесячная и сезонная динамика геомагнитных колебаний, выявленная при многолетнем наблюдении на территории Югры, играет существенную роль в течении хронических неинфекционных болезней. Однако в рамках второй парадигмы не представляется возможным определить значимость геомагнитной активности в комплексном биотропном влиянии экстремальных экологических факторов региона исследования. Разрешение данной проблемы возможно только с позиции синергетической парадигмы.

Таблица 2

Эффект сочетанного внешнего управляющего воздействия различных экологических факторов на частоту обращаемости больных

 

ИБС: стенокардия

Гипертоническая болезнь

Хронический бронхит

Ревматизм

1 кластер (КО, КГМАдн., КГМАбал)

General asymmetry value rX

0,5443

0,5441

0,5995

0,5568

General V value vX

64,8967

40,0228

53,3812

33,5069

2 кластер (КО, атм. давл, КГМАдн)

General asymmetry value rX

0,2082

0,2078

0,3265

0,2391

General V value vX

112,7369

69,5265

92,7324

40,8356

3 кластер (КО, атм. давл., КГМАбалл)

General asymmetry value rX

0,5315

0,5314

0,5880

0,5444

General V value vX

86,4316

53,3036

71,0948

31,3073

4 кластер (КО, температура, КГМАдн)

General asymmetry value rX

0,2185

0,2172

0,3326

0,2482

General V value vX

54,1440

33,4080

44,4672

19,8144

5 кластер (КО, температура, КГМАбалл)

General asymmetry value rX

0,5356

0,5351

0,5914

0,5484

General V value vX

41,5104

25,6128

34,0915

15,1910

Примечания: КО – коэффициент обращаемости; КГМАдн – коэффициент геомагнитной активности в днях; ГМАбал – коэффициент геомагнитной активности в баллах; атм. давл. – атмосферное давление; температура – температура окружающего воздуха.

В табл. 2 представлены сравнительные параметры квазиаттракторов 5-ти наиболее значимых кластеров внешних управляющих воздействий в виде биотропного влияния экстремальных экологических факторов на течение хронических заболеваний. Из таблицы видно, что наибольшие объемы квазиаттракторов: vX = 69,53 у.е. (гипертоническая болезнь); vX = 112,74 у.е. (ИБС, стенокардия); vX = 92,73 у.е. (хронический бронхит); vX = 40,84 у.е. (ревматизм) отмечены в условиях длительных гелиогемагнитных флуктуаций и колебаний атмосферного давления. Таким образом, можно утверждать, что именно эти неблагоприятные экологические факторы являются параметрами порядка в формировании внешних управляющих воздействий на течение хронических заболеваний внутренних органов.

Выводы

1. Гелиогеомагнитные флуктуации играют существенную роль в сезонном рецидивировании хронических неинфекционных болезней на территории Югры.

2. Применение метода идентификации параметров квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний позволяет в рамках синергетической парадигмы выявить значимость геомагнитных возмущений в комплексном биотропном воздействии на организм человека неблагоприятных экологических факторов высоких широт. 


Библиографическая ссылка

Карпин В.А., Филатова О.Е. МАГНИТОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В КОМПЛЕКСНОМ БИОТРОПНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВЫСОКИХ ШИРОТ: БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 11-2. – С. 30-34;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=31161 (дата обращения: 28.01.2023).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.685