Экология / 1. Состояние биосферы и его влияние на здоровье человека

К.ф.-м.н. Шадрина Л.П.¹,
д.м.н. Петрова П.Г.², к.ф.-м.н. Самсонов С.Н.³, Маныкина В.И.³

¹Академия наук Республики Саха (Якутия), Россия;
²Медицинский институт Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова, Россия; ³Институт космофизических исследований
и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН , Россия

Изменения в кардиограмме человека во время спорадических и рекуррентных геомагнитных бурь

Несмотря на несомненные успехи кардиологии, выявившей многочисленные факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний, до сих пор остается неясным, что именно является пусковой причиной остро развивающейся коронарной недостаточности, и какую роль при этом играют внешние факторы [1].

Целью нашей работы является анализ зависимости состояния сердечно-сосудистой системы человека от геомагнитной обстановки (от магнитных бурь двух типов) на примере жителей г. Якутска и заполярного поселка Тикси. Проведен эксперимент в октябре-ноябре 2009 года и марте-апреле 2011 года по регистрации одного из параметров электрокардиограммы, характеризующего состояние сердечно-сосудистой системы у группы добровольцев в г. Якутске (30) и в п. Тикси (17). Результаты этих измерений сопоставлены с геомагнитными бурями.

В таблице 1 приведены параметры, характеризующие 11 бурь во время проведения эксперимента: дата, час начала бури, длительность главной фазы (Δt), амплитуда низкоширотного Dst-индекса (ΔDst), класс бури, сумма высокоширотного АЕ-индекса (ΣАE), параметр β и тип бури – спорадический (sp) или рекуррентный (rec).

Таблица 1. Даты и параметры геомагнитных бурь

№	Date	Begin	Δ t	Δ Dst	Class	Σ АE	β	Type
1	23.10.2009	16	12	48	S	3746	0,0128	sp
2	25.10.2009	18	12	44	S	2594	0,0170	sp
3	30.10.2009	14	20	54	M	3610	0,0150	sp
4	08.11.2009	10	12	39	S	3651	0,0107	rec
5	01.03.2011	10	6	84	M	3358	0,0250	sp
6	11.03.2011	01	31	84	M	15153	0,0055	rec
7	01.04.2011	17	11	52	S	5191	0,0099	rec
8	06.04.2011	10	11	67	M	8022	0,0084	rec
9	08.04.2011	15	13	40	S	4436	0,0090	rec
10	11.04.2011	17	18	79	M	3930	0,0201	sp
11	19.0402011	23	11	42	M	3313	0,0127	sp

Класс бури определялся по амплитуде Dst-индекса – разнице от максимального значения индекса до минимального в главную фазу бури. Согласно [2, 3], по величине понижения Dst-индекса бури делятся на 5 классов: к малым (слабым) бурям относятся бури с амплитудой Dst от 31 до 50 нТл (small - S), к классу умеренных – от 51 до 100 нТл (moderate - M), к классу больших (сильных) – от 101 нТл до 150 нТл (big - B), к классу очень больших – от 151 до 200 нТл (very big - Vb), и бури с амплитудой более 200 нТл принято называть экстра- или супербурями (extra - Ex). За исследованный период были зарегистрированы 5 умеренных (M) и 6 малых (S) бури.

Деление геомагнитных бурь на спорадические и рекуррентные в определенной мере отражает источник, генерирующий их. Спорадические бури вызываются вспышечными потоками солнечного ветра, рекуррентные принято связывать с долгоживущими высокоскоростными потоками. В работе [4] предложено для определения типа бури использовать параметр β, который вычисляется по формуле: β = Δ Dst / Σ АЕ , где Σ АЕ – это сумма АЕ индекса за время главной фазы бури Δt, а Δ Dst – амплитуда Dst-индекса. Введение этого параметра обосновано тем, что эти индексы геомагнитного поля характеризуют поступление энергии из межпланетной среды вглубь магнитосферы за время главной фазы бури: ΣАЕ – в авроральную область, а ΔDst в экваториальную (кольцевой ток). Показано [4], что для двух типов бурь параметр β существенно отличается. Бури спорадического (вспышечного) типа имеют β < 0,0100, для рекуррентных бурь β > 0,0120. Таким образом, по значению β можно определить тип бури – спорадический (sp) или рекуррентный (rec). Подсчитанные таким образом величины ΣАЕ и β, а также тип бури приведены в трех последних колонках таблицы 1. В исследуемые интервалы времени было 6 спорадических бурь (3 малых и 3 умеренных) и 5 рекуррентных (3 малых и 2 умеренных).

Обсуждение результатов

Параметром, выбранным в данном исследовании, служит коэффициент симметрии Т-зубца электрокардиограммы (далее параметр Т). Величина или амплитуда зубцов – один из основных показателей, использующихся при расшифровке электрокардиограммы [5]. Вид зубцов и промежутков между ними зависят от того, как чередуются фазы возбуждения и расслабления в сердечной мышце. Зубцы появляются и растут в те моменты, когда определенные участки миокарда действуют, а другие находятся в покое. В норме зубец T кардиограммы положительный и асимметричный (имеет пологое восходящее и несколько более крутое нисходящее колено). Как показано в ряде работ, увеличение коэффициента симметрии Т зубца чаще всего показывает на различные нарушения в состоянии сердечной мышцы. Более подробно с методикой измерений параметра Т в данном эксперименте можно ознакомиться в работe [6].

Величина параметра Т меняется в пределах от 0,2 до более 3,0. На рисунке 1 для примера приведены измерения этого параметра для 13 добровольцев из ИКФИА (г. Якутск) с 1 марта по 29 апреля 2011 г. Как видно на рисунке, для некоторых испытуемых амплитуда колебаний этого параметра велика, для других достаточно мала. Предварительный анализ, показал, что пределы изменения средней величины пара-метра Т существенно зависят от возраста.

На рисунке 2 приведена диаграмма возраста участников эксперимента (левая шкала, столбцы и надписи) и соответствующие средние значения параметра Т (правая шкала, кривая). Можно считать, что имеется почти линейная зависимость этих двух величин.

Как уже отмечалось, параметр Т регулярно изменяется (рис. 1), причем конечно не все его возрастания обусловлены буревыми возмущениями. Для выявления связи его изменений с геомагнитными бурями подсчитано количество максимумов этого показателя в течение бурь двух типов – спорадических и рекуррентных – начиная с –2 дня до начала бури до +3 дня после минимума Dst-индекса. День минимума Dst считаем за 0 день бури. Результаты представлены на гистограмме (рис. 3). Как видно, во время спорадических бурь наибольшее количество максимумов параметра Т у испытуемых выявлен на 1-й день после минимума Dst-индекса. Для рекуррентных бурь наибольшее количество максимумов приходится на –2 день, т.е. люди начинают чувствовать приближение такой бури заблаговременно.

Для уточнения, какова связь изменения параметра Т с интенсивностью бурь, подобные гистограммы построены для малых и умеренных бурь (рис. 4).

Оказывается, рост параметра Т за 2 дня до начала бури имеется и для спорадических бурь малой интенсивности, хотя максимальные значения параметра Т приходятся на 1-й день после начала бурь как малой, так и умеренной интенсивности. Для рекуррентных бурь явно выраженный максимум за 2 дня до начала бури имеется для малых бурь, для умеренных небольшое возрастание заметно в 0 день бури.

Следует отметить, что геомагнитные бури не являются единственным фактором, вызывающим изменения параметра Т. У всех испытуемых в изменениях этого параметра наряду с максимумами, приходящимися на день, близкий к 0 дню бури (максимальному понижению Dst-индекса) имелись максимумы в геомагнитно спокойное время либо на фазе восстановления бури. Однако возрастания параметра Т, связанные с бурями, в среднем составляют более половины всех максимумов, причем у людей пожилого возраста такая связь проявляется более четко.

Выводы

Таким образом, проведенное сопоставление количества максимумов значений коэффициент симметрии Т-зубца электрокардиограммы у испытуемых (параметра Т) с геомагнитной обстановкой показало:

1. Показатели сердечной деятельности человека, в частности, коэффициент симметрии Т-зубца электрокардиограммы, имеет связь с геомагнитными бурями.

2. Во время спорадических бурь наибольшее количество максимальных значений параметра Т у испытуемых приходится на 1-й день после бури.

3. Для рекуррентных бурь максимум параметра Т приходится на 2 день до начала бури. В некоторой мере такое же возрастание имеет место и для слабых спорадических бурь.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 12-02-98508-р_восток_а.

Литература

1. Бреус Т.К. Влияние «космической погоды» на биологические объекты // Земля и Вселенная. – 2009, № 3. – С. 53-62.

2. Gonzalez,W. D., Joselyn J. A., Kamide Y., Kroehl H.W., Rostoker G., Tsurutani B.T., Vasyliunas V. M. What is a geomagnetic storm // J. Geophys. Res., 1994, 99(A4). – Р. 5771– 5792.

3. Ермолаев Ю.И., Ермолаев М.Ю. Статистические связи между солнечными, межпланетными и геомагнитосферными возмущениями, 1976–2000 // Космич. исслед. 2002, Т. 40, № 1. – С. 3–16.

4. Шадрина Л.П., Васильева В.Г. Численный параметр для определения класса геомагнитных бурь // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Вып. 112, изд. СО РАН, 2001. – С. 163-167.

5. Мурашко В. В., Струтынский А.В.. Электрокардиография. – М.: Медицина, 1991. – 288 с.

6. Маныкина В.И., Самсонов С.Н., Петрова П.Г., Стрекаловская А.А. Сердечно-сосудистые заболевания и гелиогеофизические возмущения // В сб. «Физика околоземного космического пространства». Труды БШФФ-2007. – С. 161-163.

7. Гурфинкель Ю.И. Ишемическая болезнь сердца и солнечная активность – М: ИИКЦ «Эльф-3», 2004. – 170 с.