Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ КОРПУСКУЛЯРНОГО АГЕНТА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Стерликова И.В. 1
1 Муромский институт, филиал ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
Цель статьи – проверка на статистическом материале концепции существования гелиобиологической связи в регионе средней геомагнитной широты. Субъектом и объектом исследования являются жители г. Мурома Владимирской области. Исходный материал для исследования: медицинские данные станции «Скорой помощи» в г. Муроме и геофизические данные геомагнитной обсерватории Борок, Ярославской области. Сведения станции «Скорой помощи» содержат регистрацию времени вызова скорой помощи по поводу приступов сердечно-сосудистых болезней и нервных болезней. Геофизическая информация включает сведения о магнитных бурях, о планетарных магнитных Кр-индексах, о хромосферных вспышках на Солнце и записи геомагнитных пульсаций, частотный диапазон которых близок к биоритмам человека. Рассмотрены магнитные бури рекуррентного и вспышечного характеров. Для рекуррентной бури обнаружен один максимум, совпадающий по времени с началом бури. Для бури вспышечного характера обнаружены два максимума: первичный, совпадающий с началом бури, и вторичный (более интенсивный) – с задержкой от полутора до двух – трех суток. Обнаружено, что с началом магнитной бури имеют наилучшую корреляцию сосудистая дистония, бронхиальная астма и гипертония. Число вызовов скорой медицинской помощи пациентами-хрониками, страдающими ишемической болезнью сердца, выше перед бурей. Одновременно с этим отмечается резкое понижение геомагнитной активности. Анализ связи между приступами болезней и геомагнитными пульсациями показал, что наибольшее число вызовов скорой медицинской помощи приходилось на моменты времени отсутствия пульсаций, по крайней мере, в течение шести часов.
магнитосфера
плазмосфера
солнечный ветер
геосфера
биосфера
геомагнитные пульсации
магнитные бури
1. Мизун Ю.Г., Хаснулин В.И. Наше здоровье и магнитные бури. – М.: Знание, 1991. – 192 с.
2. Новикова К.Ф., Рывкин Б.А. Солнечная активность и сердечно-сосудистые заболевания// Cб. Влияние солнечной активности на атмосферу и биосферу Земли. – М.: Наука, 1971. – С. 164–178.
3. Стерликова И.В., Иванов А.П. Магнитосферные суббури в геомагнитных пульсациях. – М.: ОИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, 1997. – 108 с.
4. Стерликова И.В. Отличительные признаки геомагнитных пульсаций Pi1B // Геомагнетизм и аэрономия. – 1987. – № 1. – С. 160–162.
5. Стерликова И.В. Два типа пульсаций Pi1B // Деп. в ВИНИТИ 26.04.1985 г. – № 2827. – 24 с.
6. Стерликова И.В. Роль геомагнитных пульсаций с частотным диапазоном, близким к биоритмам, в статистике сердечно-сосудистых и нервных заболеваний. Деп. в ВИИМИ. – 1990. – № Д-18353. – 24 с.
7. Balser M., Wagner C. Observations of Earth – ionosphere cavity resonances // Nature. – 1960. – 188. – Р. 638–641.
8. Buxton J.R., Gazibarich G.J., Ellyett C.D., White S.W., Fraser B.J., McNabb P.W. Effects of environmental ultra-low frequency electric and magnetic oscillations on central nervous and arterial pressure in the rabbit // Preprint University of Newcastle. – Australia, 1987.
9. Сhizhevsky A.L. Traite de climatologie biologique et medicale. Publ. par M. Piery. – Paris, 1934. – № 2. – 1042.
10. Simoes F., Pfaff R., Freudenreich H. Satellite observations of Schumann resonances in the Earth’s ionosphere // Geophysical Research Letters. – 2011. – Vol.38. – L22101. 5 p.

Один из актуальных вопросов на сегодняшний день – как повысить качество жизни и обеспечить долголетие. Среди болезней человека на первом месте по числу летальных исходов находятся психические заболевания, за ними следуют сердечно-сосудистые заболевания. Чтобы понять, как бороться с недугом, нужно выяснить причину его возникновения. Традиционные подходы к лечению многих болезней, к сожалению, несовершенны. Вероятно, необходим нетрадиционный подход. Один из нетрадиционных подходов к лечению человека известен как учет гелиогеофизических факторов (факторов солнечной активности). В работе [Сhizhevsky, 1934] указывается на связь с солнечной активностью психических заболеваний, состава крови и свертываемости крови.

А.Л. Чижевский писал, что человека нельзя изучать отдельно от окружающей среды. Человек и внешняя среда – две сложные взаимодействующие системы. Для нас важно понять механизм этого взаимодействия, чтобы найти новые способы лечения болезней. Новейшие достижения техники, позволившие активно исследовать космическое пространство, изменили наши представления об окружающей среде. Если ранее в понятие окружающая среда включались тропосфера, литосфера и гидросфера, то с открытием магнитной оболочки Земли (магнитосферы), солнечного и межзвездного ветров понятие окружающей среды расширилось до необъятного космического пространства. Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц (корпускул), выбрасываемых из Солнца и направляемых межпланетным магнитным полем к нашей планете. При изменениях параметров солнечного ветра на земной поверхности регистрируются магнитные бури.

Цель работы – проверка на статистическом материале концепции существования гелиобиологической связи в регионе средней геомагнитной широты.

Исходный материал для исследования. Медицинские данные станции «Скорой помощи» в г. Муроме, Владимирской области, и геофизические данные геомагнитной обсерватории Борок, Ярославской области. Оба пункта ‒ Муром и Борок ‒расположены приблизительно на одном геомагнитном меридиане 111°, проходящем через Карелию и Скандинавию, и имеют приблизительно одинаковую геомагнитную широту 53°. Указанная широта относится к средним геомагнитным широтам.

Сведения станции «Скорой помощи» содержат регистрацию времени вызова скорой помощи по поводу приступов сердечно-сосудистых болезней (ССБ) и нервных болезней (НБ), наступивших внезапно в резкой форме проявления. Геофизическая информация включает сведения о магнитных бурях (времени начала, продолжительности, типе бури), о планетарных магнитных Кр-ин-
дексах, о хромосферных вспышках на Солнце и записи геомагнитных пульсаций.

Субъект и объект исследования. Жители г. Мурома Владимирской области.

Мотивация выбора объекта исследования. По одной из версий [Balser M. and Wagner C. 1960], источником теоретически рассчитанных шумановских резонансов (пять частот: 8, 14, 20, 26, 32 Гц) является сферический ионосферный волновод, стенки которого образованы ионосферой и поверхностью Земли. Ионосферный волновод возбуждается грозовыми разрядами в средних географических (низких геомагнитных) широтах. Частоты волновода 8 и 14 Гц весьма близки к частотам одного из ритмов биопотенциалов мозга человека (альфа ритм: 8–13 Гц), измеренного немецким врачом-психиатром Г. Бергом в 1924 г. На наш взгляд, ионосферный волновод – не единственный природный резонатор. Источники возбуждения резонаторов могут иметь различную физическую природу. Согласно геофизическим исследованиям, представленным в [Стерликова И.В., Иванов А.П. 1997 г.], одна из структурных областей магнитосферы, расположенных выше ионосферы, – плазмосфера – может выступать в качестве усилителя высокочастотных геомагнитных пульсаций. Степень усиления зависит от геомагнитной активности: чем выше активность, тем более высокие частоты усиливаются плазмосферой. Плазмосфера динамична: с ростом геомагнитной активности плазмосфера смещается к югу. Муром при определенных геомагнитных условиях (Кр-индекс свыше 5) попадает в проекцию плазмосферы на земную поверхность и испытывает на себе капризы космической погоды, развивающиеся в плазмосфере. Кстати отметим, что американские исследователи зарегистрировали шумановские резонансные частоты на спутнике на расстояниях от Земли выше ионосферы [Simoes F.et al. 2011] – 450–800 км, что соответствует плазмосфере.

Методика обработки экспериментального материала. Отбор эмпирических данных имеет целенаправленный характер. Медицинские данные отобраны в соответствии с каждым случаем магнитной бури, поскольку почерк ее индивидуален и неповторим. Тонкой структурой магнитных бурь являются геомагнитные пульсации. Среди многообразия геомагнитных пульсаций были выбраны те, периоды которых близки к основным биоритмам человека. Частота колебаний сердечной мышцы порядка 1 Гц, частота колебаний давления 0,1 Гц, биоритмы головного мозга α, β, γ, δ, θ, σ имеют частоты от 0,2 до 100 Гц. Из физики известно, как опасен резонанс колебаний – усиление колебаний при совпадении частот. Резонанс может нести разрушительную силу. Положительная роль резонансов также известна на резонансных процессах построена вся радиотехника. Медицинские данные анализировались в трех временных интервалах: перед магнитной бурей, в течение магнитной бури и после магнитной бури. В рассмотрение включались иррегулярные колебания НЧ- и ВЧ-диапазонов, сопровождающие все три фазы протекания магнитной суббури, а также регулярные колебания Рс1. Рассмотрены магнитные бури рекуррентного и вспышечного характеров. Магнитная буря в феврале 1985 г. имела рекуррентный характер, то есть хромосферных вспышек на Солнце не наблюдалось. Выброс плазмы солнечного ветра происходил из корональных дыр, планета Земля при этом пересекала гелиосферный токовый слой. В противовес рекуррентной буре рассмотрена вспышечная магнитная буря в том же месяце, чтобы не нарушать сезонность явления, но в 1986 году.

Анализ медицинской информации выполнен в каждой из разновидностей следующих сердечно-сосудистых болезней: хроническая ишемическая болезнь сердца (ХИБС), гипертоническая болезнь (ГБ), гипертонический криз (Гкр), стенокардия (СТ), инфаркт миокарда (ИФ), и в каждой из разновидностей следующих нервных болезней: вегето-сосудистая дистония (ВСД), нейроциркуляторная дистония (НЦД), бронхиальная астма (БА), неврастения (НСТ), невроз (НЗ), психоз (ПЗ), шизофрения (ШЗ), инсульт головного мозга (ИН).

Результаты обработки. На рис. 1 представлены сведения о величине планетарного Кр-индекса магнитной активности (трехчасовое осреднение геомагнитных возмущений), по которой можно косвенно судить о начале магнитной бури и ее продолжительности. Более точные сведения брались при обработке нормальных магнитограмм (медленных вариаций магнитного поля Земли). На рис. 2 представлена медицинская суточная статистика приступов четырех разновидностей НБ (ПЗ, НЗ, НСТ, БА) и ССБ (ВСД + НЦД, ГБ + Гкр, СТ + ИФ, ХИБС) за временной промежуток с 25.02.85 по 1.03.85 г. Из рис. 2 видно, что с началом рекуррентной магнитной бури 28.02.85 г. (продолжительностью 12 ч, Кр макс = 70) из разновидностей ССБ более всего коррелируют гипертоническая болезнь (ГБ) и дистония (ВСД, НЦД). Этому можно дать следующее объяснение. Оба заболевания с медицинской точки зрения связаны с тонусом сосудов и давлением крови. С геофизической точки зрения магнитная суббуря представляет процесс изменения магнитного поля Земли, в котором выделяют три фазы протекания. Первая фаза – начальная – характеризуется кратковременным резким скачком в сторону повышения магнитного поля Земли. В этот момент магнитометры на земной поверхности фиксируют геомагнитные пульсации типа Pi2 (период порядка 40–150 с). Геофизики считают сигнал Pi2 началом суббури. Спектр Pi2 имеет естественное продолжение в сторону коротких периодов (высоких частот) и длинных периодов (низких частот). Высокочастотную границу спектра Pi2 составляют иррегулярные геомагнитные пульсации типа Pi1B-rPi2 (период порядка 1–7 с) [Sterlikova I.V.1987, Sterlikova I.V.1985]. Некоторые исследователи склонны считать, что Pi1B-rPi2 являются лучшим по сравнению с Pi2 индикатором начала суббури. После резкого скачка в сторону увеличения магнитного поля Земли наблюдается резкое понижение магнитного поля Земли – вторая фаза протекания суббури – взрывная. Длительность второй фазы составляет примерно половину общей длительности суббури. Если суббуря длится 1–1,5 часа, то продолжительность понижения горизонтальной составляющей МПЗ составляет более получаса. Наземные магнитометры фиксируют интенсивные по амплитуде и сложные по спектральному составу (иррегулярные) колебания, продолжающие спектр Pi2 в сторону больших периодов, их период свыше 150 с. Эти колебания названы PiP (Pi3).

рис_125.tif

рис_126.tif

Рис. 1. Сведения о среднем трехчасовом планетарном Кр-индексе магнитной активности для февраля 1985 г. (вверху) и февраля 1986 г. (внизу)

В высокочастотной части спектра на PiP накладываются пульсации типа Pi1B-rPip (микроструктура Pip с периодом порядка 7–24 с) [Sterlikova I.V., 1987, Sterlikova I.V., 1985].

Третья фаза суббури – фаза восстановления – характеризуется постепенным возрастанием магнитного поля Земли до первоначального значения. В эту фазу суббури наземные магнитометры фиксируют продолжительные иррегулярные геомагнитные пульсации типа Pi1C (другое название – авроральная ажитация, период 5–10 с). Нельзя не отметить еще один тип геомагнитных пульсаций, сопровождающих магнитную суббурю. Это регулярные по форме и продолжительные по времени геомагнитные пульсации с периодом 0,2–5 с, близким к биоритмам человека. Их называют Pc1 (или жемчужины, по виду на записях). Каждая жемчужина представляет волновой пакет длительностью порядка 1 мин. Продолжительность генерации таких волновых пакетов может составлять несколько часов. Для Pc1 характерно, что они могут не только сопровождать суббурю, но и наблюдаться после ее начала на третьи-седьмые сутки. Наиболее часто наблюдаются в послеполуденном и вечернем секторах на земной поверхности IPDP-пульсации (КУП-колебания убывающего периода). Их запись на магнитограммах выглядит как серии отдельных волновых пакетов, подобных колебаниям Рс1, но с постепенно убывающим периодом, т.е. увеличивающейся частотой от ~0,2 Гц до ~1–2 Гц.

а)рис_127.wmf б)рис_128.wmf

Рис. 2. Суточная статистика приступов четырех разновидностей НБ (а) и четырех разновидностей ССБ (б) с 25.02.85 по 1.03.85 г. (нумерация рядов НБ и ССБ соответствует последовательности разновидностей перечисленных болезней)

Магнитное поле, как известно, оказывает силовое воздействие на движущиеся заряды и проводники с током. Если исходить из концепции, что кровь – это движущийся электролит, то кровеносные сосуды можно рассматривать как движущиеся проводники с током. Изменения магнитного поля Земли будут оказывать силовое воздействие на кровеносные сосуды, сужая и расширяя их в такт с изменениями магнитного поля Земли. Снижение кровяного давления может приводить к инфарктам миокарда и инсультам головного мозга, что, кстати, подтверждается в настоящей статье. Смертность (по данным вскрытия) от инфарктов и инсультов наблюдается в начальную фазу суббури [Стерликова И.В. 1990]. Известны исследования [Chizhevsky A.L. 1934], отмечающие влияние солнечной активности на состав крови и свертываемость крови. Однако инфаркты и инсульты нельзя объяснить только тромбами. Магнитная буря, представляющая совокупность магнитных суббурь с 6.02.86 по 14.02.86 г., носила вспышечный характер, то есть сопровождалась хромосферными вспышками на Солнце. Продолжительность самой мощной за рассмотренный временной промежуток магнитной суббури с 7.02.86 по 9.02.86 г. составила 60 ч, Кр макс = 90. Суточная статистика приступов ССБ и НБ, соответствующая этой буре, приведена на рис. 3 и 4, и она отличается от суточной статистики тех же болезней для рекуррентной бури. Отличие – в наличии двух максимумов в статистике приступов болезней, интенсивность максимумов различна. Первый максимум связан с началом бури, второй – более интенсивный ‒ наблюдается после бури на вторые-третьи сутки.

рис_129.wmfрис_130.wmf

 

Рис. 3. Суточная статистика приступов нескольких разновидностей НБ и ССБ с 6.02.86 г. по 14.02.86 г. (Р1 – ГБ + Гкр, Р2 – СТ, Р3 – ХИБС)

Напрашивается вывод, что реакция организма человека зависит от типа магнитной бури, а именно: немедленная реакция организма на начало рекуррентной магнитной бури и с задержкой от полутора до двух суток для вспышечной бури. Кроме того, пациенты, страдающие хроническими заболеваниями сердца, например ХИБС, как следует из рис. 2, ощущают приближение магнитной бури за несколько суток. Однако если проанализировать индексы магнитной активности, например Кр, то выяснится, что 26.02.85 г. наблюдалось резкое снижение магнитной активности, что проявилось в статистике ХИБС максимумом приступов, причем более интенсивным по сравнению с максимумом, приуроченным к началу последующей суббури 28.02.85 г. Аналогичная зависимость от магнитной активности наблюдается у хроников, страдающих БА. Обострение нервно-психических болезней непосредственно связано с началом магнитной суббури. И этому факту можно дать объяснение, рассматривая нервную систему человека как сложную электрическую цепь, в которой нервные импульсы являются импульсами электрического тока [Mizun Yu.G., Khasnulin V.I., 1991]. В таблице приведены сведения о числе приступов ССБ и НБ в сравнении с наличием или отсутствием ВЧ геомагнитных пульсаций за те же временные интервалы. Геофизические процессы учитываются за предшествующий событию шестичасовой промежуток времени, соответствующий времени перестройки структуры магнитосферы, в частности, плазмосферы. Из таблицы следует, что наибольшее число приступов всех разновидностей ССБ и НБ наблюдается в отсутствии высокочастотных геомагнитных пульсаций, близких по частоте к основным биоритмам человека. Полученный результат находится в согласии с работой австралийских исследователей [Buxton J.R. et.al. 1987], добившихся облегчения синдрома Паркинсона. Исследования проводились на кроликах, которых подвергали в течение 5 дней воздействию искусственно созданных пульсаций электрического и магнитного полей с частотой порядка 8 Гц и амплитудой 0,7 В/м и 1000 нТл соответственно. Как известно, альфа-ритмы биопотенциалов мозга кролика, кошки и человека совпадают.

рис_131.wmfрис_132.wmf

Рис. 4. Суточная статистика приступов ССБ и НБ (вместе взятых) для двух типов магнитных бурь

Число приступов сердечно-сосудистых (ССБ) и нервных болезней (НБ) в сравнении
с наличием или отсутствием высокочастотных геомагнитных пульсаций

Дата, тип магнитной бури

Геомагнитные
пульсации

Разновидности ССБ

Разновидности НБ

В момент вызова «Скорой помощи»

В течение 6 ч перед вызовом «Скорой помощи»

ХИБС

ГБ

Гкр

СТ

ИФ

ВСД, НЦД

БА

НСТ

НЗ

ПЗ

ШЗ

25.02.85 - 1.03.85 г. рекуррентная буря

Рс1

Рс1

Рс1

Pi1C

16

5

1

7

5

1

4

1

2

1

6

5

8

1

8

1

1

5.02.86 - 14.02.86.

вспышечная буря

Рс1

Pi1B

Рс1

Рс1

IPDP

Pc1

Pi1C

11

14

3

1

14

3

3

4

7

4

1

1

1

21

6

4

3

8

3

3

2

1

Выводы

В среднеширотном регионе, безусловно, отмечается зависимость состояния здоровья людей от гелиогеофизических факторов, что согласовывается с работами [Сhizhevsky A.L. 1934, Novikova K.F., Ryvkin B.A., 1971], авторы которых использовали другие методические подходы и статистический материал густонаселенных городов, таких как Свердловск и Санкт-Петербург. Небольшая медицинская статистика, характерная для городов с малой численностью населения, не является недостатком эксперимента, а скорее, наоборот, имеет некоторые преимущества. В малых городах значительно уменьшается влияние социальных факторов, таких как, например, искусственно созданные электромагнитные поля от линий электропередач в метро и на промышленных предприятиях.

Защитой от неблагоприятного воздействия космических факторов может служить металлический экран, который следует использовать на момент нахождения человека в критическом состоянии здоровья, например, создавать экранированные палаты.

Рецензенты:

Жизняков А.Л., д.т.н., профессор, заместитель директора по научной работе Муромского института (филиала) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», г. Муром;

Орлов А.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Физика и прикладная математика» Муромского института (филиала) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», г. Муром;

Бичурин М.И., д.ф.м.н., профессор, заведующий кафедрой проектирования и технологии радиоаппаратуры, Новгородский государственный университет, г. Великий Новгород.

Работа поступила в редакцию 26.10.2012. 


Библиографическая ссылка

Стерликова И.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ КОРПУСКУЛЯРНОГО АГЕНТА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11-3. – С. 715-721;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30602 (дата обращения: 12.12.2019).

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 = 1.074