Влияние солнечной активности на биологические объекты
Скачать 441.5 Kb.
|
Практическая и научная ценность работыПолученные данные о свойствах короткопериодных биологических ритмов и выявление ритмов гелиогеофизических факторов как адекватного внешнесредового синхронизатора этих биологических ритмов имеют, по-видимому, принципиальное значение для биофизики. Они позволяют пересмотреть существовавшие до получения этих данных представления о формировании биологической недели за счет внутренней эволюции, в то время как считалось, например, что циркадианные ритмы возникли вследствие естественной адаптации к внешним ритмам. Ряд результатов, полученных в работе, представляет практическую ценность. А именно:
Личный вклад автораАвтором предложена новая концепция поисков воздействия солнечной активности на биологические объекты, предложены новые методы подхода к решению рассматриваемой проблемы, подготовлены банки данных гелиогеофизической информации и проведен ряд основополагающих исследований. Коллективные исследования, вошедшие в данную работу, осуществлялись, в основном, по предложенной автором идее группами исследователей, сформированными в большинстве случаев по предложению автора. Практически во всех опубликованных по теме диссертации работах автору принадлежит постановка научной задачи, предложение метода обработки данных и активное участие в интерпретации полученных результатов. Апробация работы Результаты работ докладывались неоднократно на международных конференциях и семинарах, из которых упомянем только - рабочее совещание по компьютерным методам в хронобиологии и медицине, сентябрь 1990 г. (Токио, Япония), коллоквиум КОСПАР (Комиссии по исследованию и использованию космического пространства) по международной программе «Solar –Terrestrial Energy Program» (Вашингтон, США) 1992г; четыре международных семинара «Корреляции биологических и физико-химических процессов с солнечной активностью и другими факторами окружающей среды» в Пущино (1983, 1990, 1993, 1996гг (Россия); IV конференция национальной группы по хронобиологии, (Испания) декабрь 1994; Y конференция Итальянского общества хронобиологов, июнь 1996г. (Италия); 2-ой Всемирный конгресс по клеточной и молекулярной биологии в Канаде (Оттава), сентябрь 1996г; 11-ый международный конгрессе ISSOL «Происхождение жизни», июль 1996 (Орлеан, Франция); международный конгресс по медицинской технологии и фармацевтике в ноябре 1998г. (Брно, Чехословакия), 22 -ая Ассамблея Международного союза по геофизике и геодезии, июль 1999г. (Бирмингам, Англия); международное совещание, проводимое Институтом прогрессивных исследований НАТО «Space Storms and Space Weather Hazards», Крит, Греция, июнь 2000; 2-й международный симпозиум «Рабочая группа по хроноастробиологии и хронотерапии, (Токио, Япония), ноябрь 2001г.; IAGA – IASPEI объединенная ассамблея, Ханой, Вьетнам, август 2001г. Публикации Работы по теме диссертации опубликованы в ряде отечественных и зарубежных журналов: COSPAR Colloquim Series; «Annales de Geophysicae»; «Биофизика»; Труды Пущинских семинаров; “Вестник Российской академии медицинских наук”; «Терапевтический Архив»; «Chronobiologia»; «Biologia»; «Physica Medica»; «Scripta Medica»; «Природа»; в сборниках трудов конференций; в Трудах медицинских семинаров Миннесотского университета; препринтах ИКИ. Список трудов автора по проблеме содержит 75 работ. В соавторстве с коллегами опубликованы три монографии. Структура и объем работы Диссертация состоит из 10 глав; содержит 67 рисунков, 20 таблиц и список литературы из 222 наименований. Общий объем диссертации 275 стр. Диссертант выражает искреннюю и глубокую благодарность академику РАМН Ф.И. Комарову, профессору, д.м.н. С.И. Рапопорту, профессору, д.м.н. Р.М. Баевскому, д.м.н. Е.В. Сюткиной, д.м.н. Т.Д. Большаковой, д.м.н. Н.К. Малиновской, профессору, д.м.н. С.М. Чибисову за предоставление медико-биологических данных и сотрудничество при проведении их анализа и интерпретации; иностранным специалистам - профессору Ф. Халбергу, д.ф.м.н. Ж. Корнелиссен, а также профессорам С. Бинхаму, М. Вейдел, Й. Ватанабе и К.Отсука за предоставление экспериментальных данных и сотрудничество в их обработке и анализе; профессорам д.ф.м.н В.Н. Ораевскому и д.м.н Р.М. Заславской за неизменную поддержку работы, полезные консультации и помощь в освоении гелиогеофизических данных и медицинского материала. Автор сердечно благодарит также своих коллег - специалистов различного профиля и учеников, совместными усилиями которых получены многие результаты данной работы. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В ГЛАВЕ 1 диссертации рассматривается состояние исследований по проблеме, обсуждается ее актуальность и описаны постановка задачи и использованные методические подходы. В ГЛАВЕ 2 проведен анализ специальной литературы, относящейся к проблеме влияния СА на биологические объекты и человеческий организм, предшествовавшей обсуждаемым в диссертации исследованиям и стимулировавшей проведение ряда специальных экспериментов в настоящей работе. Обзор литературы выявил существенное противоречие между результатами клинических исследований, включающих также лабораторные эксперименты, и результатами крупномасштабных статистических исследований популяционных медицинских данных. В случае статистических исследований при использовании длинных временных рядов медицинских данных, в основном полученных для городов с сильным социальным фоном, со статистической достоверностью обнаруживалась только чрезвычайно низкая связь проявлений солнечной активности с медико-биологическими показателями (или ее отсутствие). В случае же клинических и лабораторных исследований, напротив, достоверно выявляется ряд эффектов солнечной активности в показателях сердечно-сосудистой системы и системы крови. Выводы из Главы 2 позволили определить направления для планировавшихся в данной работе клинических и лабораторных исследований, а также привели к необходимости проверки результатов статистических исследований для прояснения причин возникших противоречий. ГЛАВА 3 диссертации посвящена проверке существования биологических эффектов солнечной активности на популяционном медицинском материале, формированию новых методических подходов и концепции дальнейших исследований. Анализировался банк данных скорой помощи г. Москвы за 1979-1981 г. (около 7 млн. вызовов по поводу 10 различных патологий, включая инфаркты миокарда, гипертонические кризы, инсульты головного мозга, эпилепсию, бронхиальную астму и т.д.), а также соответствующий банк данных, содержащий показатели солнечной активности. Использовались К – индексы геомагнитной активности для г. Москвы (по данным Московской магнитной обсерватории в г. Троицк, Московской области), а также планетарные Кр - индексы геомагнитной активности. Кроме того, для оценки солнечной активности использовался поток радиоизлучения на волне 10, 7 см, являющийся индексом коротковолнового излучения Солнца; число солнечных пятен - числа Вольфа и изменения площади солнечных пятен; а также вариации Bz – компоненты межпланетного магнитного поля (по каталогам спутниковых данных и данных сети магнитных обсерваторий, из Мировых Центров данных по геомагнетизму (Копенгаген) и NOAA- Национальной администрации США по исследованию океана и атмосферы). Поиски линейной корреляции популяционных медицинских рядов данных с индексами геомагнитной активности, вновь, как и в других аналогичных исследованиях, подтвердили отсутствие статистически значимых достоверных связей медицинских и гелиогеофизических показателей. Анализ показал, что популяционные данные только одной выраженной патологии сердечно-сосудистой системы, а именно, инфарктов миокарда, достоверно реагировали на изменения ориентации Bz –компоненты межпланетного магнитного поля и коррелировали с вариациями СА в одиннадцатилетнем цикле. Таким образом, удалось выделить уровень биологической системы, потенциально чувствительный к ритмам СА, а именно сердце и сердечно-сосудистую систему. Эти результаты хорошо согласуются с теоретическими моделями и экспериментальными исследованиями отечественных и иностранных специалистов, относящимися к моделированию электрической активности сердца. В этих работах было показано, что биологические «осцилляторы», а именно, пульсирующие клетки сердца (пейсмекеры), могут спонтанно синхронизоваться и биться в унисон или внезапно останавливать ритм под влиянием весьма слабых возмущений. При этом под действием уединенного импульса в узком диапазоне частот может возникать фазовая сингулярность, приводящая иногда к фибрилляции сердца, потере им насосных функций и, как следствие, плохому снабжению кровью мозга и катастрофе, вплоть до внезапной смерти. В ГЛАВЕ 4 настоящей диссертации подробно исследовалась временная структура гелиогеомагнитных и биологических ритмов и выяснялось наличие их взаимной связи с целью подтверждения гипотезы о том, что гелиогеомагнитные ритмы являлись внешними времядатчиками, сформировавшими биологические ритмы в ходе биологической эволюции. Анализ гелиогеофизических ритмов проводился с использованием показателей солнечной активности, начиная от вариаций средних магнитных полей Солнца, до генерированных ими ритмов ММП и геомагнитной активности. Использовались данные о средних магнитных полях Солнца за 29 лет, площади солнечных пятен в одном цикле солнечной активности, банки данных о Bz –компоненте ММП за 32 года и Кр-индексе геомагнитной активности за 59 лет. Оказалось, что магнитные поля Солнца имеют ритмы с периодами около 9 дней, 6,75 дней и 5,4 дней, причем ритмы с периодом 6,75 дней наиболее сильно выражены на фазе спада солнечной активности. Изменения площади солнечных пятен также имеют околонедельные ритмы. Околонедельные ритмы солнечных магнитных полей и вариаций площади солнечных пятен отражают формирование и развитие за период от 7 до 10 дней активных областей на Солнце. Показано, что ритмы Кр-индекса и Bz –компоненты ММП обладают отчетливо выраженными периодами, соответствующими ритмам магнитных полей Солнца, в частности, 9,0; 6,75 и 5, 37 дней. Ритмы этих показателей являются кратными периоду собственного вращения Солнца и его гармоникам и субгармоникам. Спектральная мощность ритмов Кр – индекса геомагнитной активности на нисходящей ветви цикла солнечной активности оказалась сосредоточенной главным образом в около – 28 дневной и околонедельной компоненте, как и в ритмах магнитных полей Солнца. Было показано, что вариации чисел Вольфа и индекса волнового излучения Солнца - потока радиоизлучения на волне 10, 7 см, имели очень высокий коэффициент корреляции, в то время как ритмы Кр-индекса, отражающие вариации корпускулярного агента солнечной активности, не всегда коррелировали с числами Вольфа на протяжении нескольких циклов солнечной активности. Эти результаты Главы 4 позволили отнести геомагнитную активность в области выделенных периодов меньше 28 дней к основному биотропному агенту для сопоставления с данными медико-биологических исследований. Для исключения возможности того, что выделенные на популяционном уровне биологические ритмы с периодом меньше 28 дней, и, в частности, околонедельные ритмы, определяются только социальными причинами, были проведены исследования временной структуры ритмов органов и клеток биологических объектов, не имеющих связи с социальной ритмикой. Показано, что околонедельные биологические ритмы и ритмы с периодом около 3, 5 дней имеют универсальный характер и существуют на всех уровнях биологических объектов, таких как уединенные клетки сердца животных, древние одноклеточные морские водоросли и т.д. Было показано также, что околонедельный ритм является доминирующим ритмом первых пяти месяцев жизни детей, и играет ключевую роль в аспекте их выживания. Для доказательства связи биологических и гелиогеофизических ритмов было показано, что спектры этих ритмов имеют высокие коэффициенты корреляции и что происходит синхронное изменение амплитуды вариаций околонедельных гелиогеофизических и биологических ритмов на протяжении цикла солнечной активности. В ГЛАВЕ 5 диссертации было исследовано воздействие резких сбоев ритма гелиогеомагнитных показателей на биологические объекты. Для анализа использовались ряды данных по инфаркту миокарда (85 000) и инсультам головного мозга (98 000), так как только эти патологии оказались потенциально чувствительными к влиянию гелиогеомагнитной активности (ГЛАВА 3). Медицинские данные были очищены от различных случайных (праздники) и периодических (годовых, сезонных, двухнедельных и недельных) компонент социального происхождения. В качестве сбоев гелиогеомагнитных ритмов были рассмотрены различные возмущения геомагнитной активности, а также резкие и значительные изменения Bz –компоненты ММП (когда она принимала и длительное время сохраняла отрицательные значения, на порядок величины превышающие средние), как правило, сопровождающиеся сильными планетарными магнитными бурями. В результате проведенных исследований было показано, что
В ГЛАВЕ 6 диссертации проводилось исследование влияния СА на «группы риска». В качестве первой «группы риска» были выбраны пациенты трех клиник г. Москва, (Клиники пропедевтики внутренних болезней ММА им. И.М.Сеченова, Научного центра по кардиологии АМН и отделения реанимации Городской больницы МПС N3 (всего 114 человек), страдающие ишемической болезнью сердца (ИБС), стенокардией различных функциональных классов и гипертонией. В качестве второй «группы риска» исследовались новорожденные недоношенные дети, находящиеся в Институте педиатрии РАМН, организм которых особенно неустойчив в начальные два месяца жизни (46 детей). Во всех клиниках исследования проводились под контролем в группах здоровых волонтеров (в каждом исследовании от 12 до 4 человек). Осуществить столь обширную программу исследований помогло целевое финансирование, полученное в 1995-97 гг. от Американской национальной администрации по аэронавтике и космическим исследованиям (НАСА). При непосредственном участии автора была сформирована междисциплинарная группа специалистов и осуществлена синхронная программа исследований у нас в стране. Программой работ руководили профессор С.И.Рапопорт (Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова) и директор ИЗМИРАН профессор В.Н.Ораевский. Были получены следующие основные результаты. В первой «группе риска» во время геомагнитных возмущений выявлены различные серьезные функциональные нарушения ритма сердца у больных, перенесших инфаркт миокарда и страдающих стенокардией; у здоровых людей при этом наблюдались лишь слабые функциональные расстройства сердечного ритма, изменения физического и психо-эмоционального статуса. Во время геомагнитного возмущения у больных, и у здоровых людей изменялись реологические свойства крови и капиллярного кровотока, происходило повышение уровня гормона кортизола в моче (21 больной и четверо здоровых людей), а также наблюдалась депрессия продукции гормона эпифиза-мелатонина. Во второй «группе риска», у новорожденных детей в первые несколько недель жизни, доминировали околонадельные ритмы артериального кровяного давления и частоты сердечных сокращений, которые коррелировали с околонедельным ритмом Кр-индекса геомагнитной активности. В ГЛАВЕ 7 диссертационной работы изложены результаты исследований в «третьей группе риска», а именно у космонавтов, адаптационная система которых перенапряжена действием другого стрессорного фактора – невесомости. Использовались архивные данные, полученные сотрудниками Института медико-биологических проблем МИНЗДРАВ’а России (под руководством профессора Р.М.Баевского): записи медицинского контроля и мониторирования электрокардиограммы по Холтеру у 42-х космонавтов во время полета на борту орбитальной станции «МИР» и на кораблях «СОЮЗ», а также во время возврата космонавтов на Землю. Работы проводились под контролем в группах космонавтов, чей полет проходил в геомагнитно - спокойных условиях (18 космонавтов). У космонавтов во время геомагнитного возмущения достоверно наблюдались изменения сердечного ритма и регуляции сосудистого тонуса. Эти реакции имели свойства неспецифического и специфического адаптационного стресса, причем их особенности зависели от исходного состояния организма - длительности полета и условий посадки на Землю. В ГЛАВЕ 8 диссертации приводятся результаты исследования вариаций частоты сердечных сокращений у здоровых людей в обычных земных условиях во время геомагнитного возмущения, а также проводится сопоставление этих результатов с данными по космонавтам и больным с патологией сердечно-сосудистой системы (9 здоровых субъектов, 20 космонавтов и 357 больных ИБС и другими патологиями сердечно-сосудистой системы). Показано, что
В ГЛАВЕ 9 диссертации приводятся результаты исследования воздействия геомагнитных бурь на животных и проводится сопоставление этих результатов с результатами исследований в третьей группе риска. Плодотворное и многолетнее сотрудничество автора данной работы с группой специалистов медицинского факультета Института дружбы народов (возглавляющейся д.м.н., профессором С.М.Чибисовым) позволило использовать архивы данных лабораторных наблюдений и тонких морфологических исследований, проводившихся на протяжении ряда лет с кроликами (240 особей) на медицинском факультете Университета под руководством профессора В.А.Фролова. Показано, что воздействие магнитной бури приводит к значительным изменениям морфологического и функционального состояния сердца животных и систем, связанных с его деятельностью. Эти изменения зависят от фазы магнитной бури.
а) в главную фазу бури происходило угасание амплитуды суточной изменчивости показателя сократительной функции сердца (т.е. происходила стабилизация сердечного ритма); б) резкое падение сократительной функции сердца было связано с тем, что магнитная буря нарушала энергетическое обеспечение сократительного акта сердца из-за разрушения митохондрий и других элементов клеток сердечной мышцы, являющихся донаторами энергии для сократительного акта.
В этой ГЛАВЕ показано также сходство отклика на воздействие геомагнитной бури и динамики показателей во время различных фаз бури у человека в экстремальной ситуации (например, у космонавтов) с реакцией и динамикой отклика у животных. В ГЛАВЕ 10 диссертации приводится обсуждение и выводы работы. |
Похожие:
 | Связь солнечной активности с Юпитером и Сатурном Предлагается новая версия связи солнечной активности с орбитами Юпитера и Сатурна |  | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Что изучает биология? Что изучает ботаника? Биологические объекты, процессы и явления. Уникальные биологические объекты. История... |
| Влияние солнечной активности на исторические события на Земле Ивахненко Анна, ученица 7 класса моу сош №11 г. Ейска Научный Семке Андрей Иванович, учитель физики и астрономии моу сош №11 г. Ейска,... | | Эффекты воздействия терагерцового излучения на биологические объекты Самостоятельные занятия (работа над коллективными и индивидуальными проектами, курсовые работы) |
| Влияние климата на биологические свойства почв юга россии Обобщение результатов влияния климата на эколого-биологические свойства почв юга России 110 | | Реферат Отчет 47 с., 1 ч., 12 источников, 23 приложений Космофизические факторы, дальний космос, биологические объекты, нервные волокна, потенциал действия, эритроциты, ионизирующее излучение,... |
| Тема: средства, влияющие на функцию Доклад: «История изучения сердечных гликозидов. Растения, содержащие сердечные гликозиды. Биологические методы оценки активности... | | Биологические науки влияние условий культивирования и фазы роста... Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений твердых полезных ископаемых |
| Положение в Солнечной системе 4 Период обращения вокруг Солнца и осевое вращение 6 Данный реферат посвящен рассмотрению и изучению планеты Солнечной системы – Марса | | Влияние продолжительности физиологических периодов коров голштинской... Работа выполнена на кафедре анатомии, акушерства и хирургии фгбоу впо «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» |
| Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Влияние No-till... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Программа вступительного испытания по биологические основы физической культуры Обучающие: формировать у школьников умение бросать мяч бочча; закреплять правила игры бочча как средство развития двигательной активности,... |
| Воздействие наночастиц на биологические объекты: токсический эффект Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие... | | Реферат по теме «Механика солнечной системы» ... |
| Земля планета Солнечной системы Солнца. Именно в Солнце сосредоточена основная часть вещества Солнечной системы. Масса Солнца в 750 раз превосходит массу всех планет... | | Инвестиционной Стратегии Республики Дагестан 8 Текущая ситуация,... Макроэкономические тенденции и их влияние на развитие инвестиционной активности Республики Дагестан 11 |
