Космические факторы и биологические ритмы человека

COSMIC FACTORS AND HUMAN BIOLOGICAL RHYTHM S

Bochkarev Michail, MD, Ph.D, Almazov National Medical Research Center, St. Petersburg, Russian Federation

Summary . A non-systematic review on possible mechanisms of the influence of cosmic factors (solar wind speed, geomagnetic storms, lunar cycle) on biological rhythms and human health is presented. Among the few non-invasive and accessible for daily mass monitoring of physiological indicators are blood pressure and pulse, as well as heart rate variability (HRV). The effects of cosmic factors include their changes, as well as decreased levels of melatonin and worse sleep patterns. The main synchronizer of circadian (daily) rhythms in the human body is the sleepwake rhythm and lighting. Self-assessment affect of various factors on health is possible when using applications that collect data on space, weather factors and lifestyles with an assessment of their impact on heart rate variability.

Биологическая ритмичность – фундаментальное свойство всех живых систем, обеспечивающее приспособление организма к внешней среде. На человека в естественной среде обитания влияют экологические факторы среды обитания – электромагнитные колебания, освещение, радиация, атмосферное давление и т.д. Временная периодичность внешней среды может быть различной - от десятилетий до дней и минут. В группе низкочастотных [Т (период) > 3 суток] выделяют макроритмы, связанные с циклами солнечной активности, их периоды - от 2 до 35 лет. Среднечастотные ритмы: (Т от 30 мин. до трех суток): ультрадианные (30 минут - 20 часов), циркадианные (околосуточные, 20 - 28 час.), инфрадианные (28 часов - 3 суток). Высокочастотные ритмы (T < 30 минут) - частота дыхания (1/10-1/20 минуты) и частота сердечных сокращений (1/60-1/80 м-1), электрическая активность головного мозга и многие другие. Параметрами оценки биологических ритмов являются амплитуда - величина отклонения от среднего, акрофаза - время максимального значения, МЕЗОР (среднее значение или уровень) и период - длительность ритма. Космические факторы оцениваются по следующим показателям: индексы интенсивности магнитного поля Земли, атмосферное давление, температура, индекс космических лучей, интенсивность радиоизлучения Солнца на длине волны 10,7 см. Периодичность влияния космических факторов составляет до нескольких десятилетий, поэтому эффекты возможно оценить по длительному мониторированию следующих параметров: частота сердечных сокращений и вариабельность сердечного ритма, артериальное давление, температура тела, а также частота обострений заболеваний и вызова скорой медицинской помощи. Для оценки этого влияния Рагульская М.В. предлагает распределенный мониторинг, который позволяет разделить локальные (метеопараметры, длину светового дня, местные экологические и социальные факторы) и общепланетарные факторы (собственно космическую погоду) [1]. Распределенный мониторинг позволяет определить, чем в действительности определяются сезонные обострения хронических заболеваний: перестройкой атмосферных параметров окружающей человека среды при переходе зима-лето или повышением геомагнитной активности в периоды равноденствия. Взаимодействие солнечного ветра и магнитного поля Земли обуславливает квазипериодические 11-летние циклы солнечной активности, и генерирует кратковременные геомагнитные бури, влияющие на процессы в организме человека. Исследования Рагульской М.В. показали, что реакция здорового организма на космогеофизические вариации состоит из трех фаз: фазы активации и синхронизации, фазы переструктурирования и фазы релаксации [2]. Мишенью десинхронизации во второй фазе становится любой больной орган, чье время релаксации не соответствует общему времени релаксации организма. А реакция сердца является запаздывающей на сутки по сравнению с симпато-адреналовой системой. Поскольку геокосмофизические факторы являются факторами естественной синхронизации внутренних ритмов, магниточувствительными являются все, причем наиболее ярко все 3 фазы адаптивной реакции выражены именно у здоровых людей 25–45 лет. Данные длительных мониторингов свидетельствуют, что массовая популяционная реакция здоровых людей начинается за 1 сутки до начала магнитной бури, в течение 1–2 суток от начала геоэффективной солнечной вспышки. Авторы предлагают проводить не менее 55 ежесуточных измерений для одного обследуемого, чтобы оценить влияние космобиогеофизических факторов. Результаты многолетних измерений относительно здоровым добровольцем 6 раз в день в течение 40 лет оральной температуры, артериального давления, частоты сердечных сокращений, оценки уровня настроения и активности показали незначительное влияние геомагнитной активности и скорости солнечного ветра на систолическое артериальное давление и и более выраженное - на настроение и активность [3].

Чем ближе к Полярному полюсу, тем более выраженный эффект могут оказывать геомагнитные влияния. Влияние космических факторов на циркадианные ритмы оценивалось по эффектам на мелатонин - основной их синхронизатор. Так, в исследовании Weydahl, et al., 2000 [4] выполненном на 70гр С.Ш. в зимний период среди здоровых доровольцев было показано, что амплитуда уровня мелатонина в слюне негативно коррелирует с уровнем геомагнитной активности, и при уровне более 8 нанотесл (нТ)/3ч снижает его концентрацию. Оценка у этой же группы добровольцев вариабельности сердечного ритма по холтеровскому мониторированию в течение 7 дней показала снижение ультра-низкой и очень низкой частоты в ответ на высокую геомагнитную активность [5]. При ретроспективном анализе показателей у космонавтов в 1990-1994гг показано, что во время геомагнитных бурь происходит снижение на 30% вариабельности сердечного ритма, по сравнению со спокойным геомагнитным фоном.

Основным циркадианным ритмом у человека является ритм сна-бодрствования, период ритма в среднем составляет 24,2ч. Это у части людей приводит к отходу ко сну в более поздние часы и им приходится настраивать свой ритм, смещая внутренние часы назад. Время начала секреции мелатонина смещается под действием некоторых факторов, основным из которых является освещение, а при его отсутствии - время физической активности, приема пищи, температура и социальная активность. При отходе ко сну примерно через 2 часа после начала секреции мелатонина, уменьшении интенсивности освещения, нарастании сонливости, снижении температуры тела, наступает оптимальное время для засыпания. Если время воздействия этих факторов меняется, то меняется время сна и бодрствования. Например, позднее яркое вечернее освещение смещает время секреции мелатонина на более поздние часы, что приводит к трудностям засыпания в желаемое время.

Наличие трудностей засыпания, а также сонливость днем могут рассматриваться как проявления десинхронизации циркадианных ритмов [6]. Исследования влияния лунных циклов на показатели сна у здоровых добровольцев по данным полисомнографии и оценки уровня мелатонина в разные фазы лунного цикла выявило, что во время полнолуния ухудшается сон: увеличивается длительность засыпания на 5 минут, уменьшается продолжительность сна на 20 минут, на 30% снижается представленность 3 стадии NREM-сна (глубокий сон) и увеличивается 2 стадия NREM-сна (поверхностный сон), снижается качество сна и уровень мелатонина [7]. Такие изменения характеристик сна незначительны для относительно здорового человека, обычно не оказывают весомого влияния на состояние здоровья и могут кратковременно повышать сонливость, снижать работоспособность.

Чтобы самостоятельно оценить какие факторы и в каком обьеме влияют на здоровье и самочувствие, разработано множество приложений, которые показывают прогноз космической погоды, такие как “Магнетолог”, “Geomagnetic Storms”, “Space Weather”, Сайт Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН: информация о текущей активности Солнца - поток радиоизлучения 10,7 см, усредненный планетарный А-индекс и Кр-индекс (в натотеслах) и прогноз магнитных бурь. Влияние на здоровье возможно оценить по приложениям замеряющим ВСР. Если ранее для оценки ВСР требовался электрокардиограф, то сейчас в спорте применяются датчики сердечного ритма. Существует множество приложений для оценки ВСР - Sleeptracker 24/7, Runtastic Heart Rate Monitor, Elite HRV, HRVTraining, Welltory и др. Наиболее продвинутое из этих приложений – Welltory предлагает измерение ВСР по фотоплетизмографии (измерение кровенаполнения и пульсации сосудов на пальце) через камеру телефона с подсветкой вспышкой телефона в течение 1 или 5 минут. Авторы этого подхода показывают высокую точность подхода на основании 200000 измерений - 1,5% артефактов при высоком качестве сигнала и 6,4% при низком качестве сигнала [8]. Приложение пересчитывает результаты ВСР в виде понятных уровней стресса и энергии, а также позволяет привязать данные более 200 гаджетов и приложений с оценкой образа жизни (физической активности, сна, питания), работоспособности и т.д.

Заключение. Данные многолетних наблюдений свидетельствуют о синхронизации космических факторов с биологическими ритмами человека. Современные технологии позволяют каждому пользователю мобильных телефонов отследить индивидуальное влияние этих факторов на свое состояние здоровья.