Параметры космической погоды, способные влиять на здоровье человека
,
Институт космофизических исследований и аэрономии им. СО РАН
Якутск, Россия
*****@***ysn. ru
Абстракт. Космическая погода представляет собой состояние околоземного космического пространства. Воздействие на это состояние оказывает Солнце и космические лучи высоких энергий. Поскольку основной вклад в состояние космической погоды вносит именно Солнце, то изменения параметров солнечной активности, а также вызванные таким воздействием изменения геофизических параметров рассматривались в данном исследовании. В качестве показателя здоровья человека рассматривалось состояние сердечно-сосудистой системы человека групп добровольцев. Эксперимент проводился в рамках российско-украинского проекта «Гелиомед» (http://geliomed. immsp. ) [Вишневский и др. 2009]. Обнаружено, как непосредственное влияние электромагнитного излучения Солнца, так и опосредованное через геофизические параметры влияние параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля на состояние сердечно-сосудистой системы человека.
Key words: space weather, solar activity, solar wind, cardiovascular system of a human being, geophysical parameters, interplanetary magnetic field.
Введение
Известно, что изменение условий во внешней среде оказывает влияние на состояние здоровья человека. Сердечно-сосудистая система одна из первых включается в процесс адаптации к изменяющимся внешним условиям и поэтому является индикатором такого влияния.
Термин «космическая погода», введенный в употребление в последние годы, означает состояние околоземного космического пространства. Основное влияние на состояние околоземного космического пространства оказывает Солнце. А одной из фундаментальных проблем современной науки является выявление механизмов связи между активностью Солнца и функционированием различных объектов биосферы, включая человека.
Биологические объекты на Земле находится под постоянным воздействием факторов окружающей среды. Это широко известные метеорологические факторы и менее известные факторы электромагнитной природы. Из-за особенности топологии магнитной оболочки Земли изменения факторов, связанных с магнитным полем Земли, имеют наибольшую величину на высоких широтах. Поэтому в данной работе основное внимание будет уделено исследованиям в авроральных и субавроральных широтах.
Экспериментальные данные и методы регистрации
В качестве факторов космической погоды рассматривались параметры солнечной активности: электромагнитные волны (рентгеновского - и радио- диапазонов), заряженные высокоэнергичные частицы, солнечный ветер (скорость, концентрация и динамическое давление), межпланетное магнитное поле, а также геофизическая активность (геомагнитная возмущенность). В качестве параметров обычной приземной погоды использовались ежесуточные метеорологические данные (давление, температура, влажность и скорость ветра). Данные по космической и обычной земной погоде были получены из Интернета. Показателем сердечно-сосудистых заболеваний являлось количество вызовов скорой медицинской помощи г. Якутска с диагнозом: ГБ-гипертоническая болезнь; ГК-гипертонический криз; «Д-уч.» – больные, состоящие на диспансерном учете. Для определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека измерялся сердечный ритм добровольцев в Якутске и Тикси с помощью экспресс-кардиографа «Фазаграф».
Результаты и обсуждение
В ранее опубликованной работе [Самсонов и др., 2005] было показано, что за 2-4 суток до наступления геомагнитного возмущения на Земле наблюдается максимум числа вызовов скорой помощи по поводу сердечно-сосудистых заболеваний. Анализ данного факта позволил обнаружить, что этот максимум связан с моментом возмущения на Солнце. Тогда возник вопрос, какие параметры солнечной активности могут обеспечить быстрое (в течение суток) воздействие на человека на Земле. Такими параметрами могли быть электромагнитное излучение Солнца (распространяется до Земли за 8 мин) и протоны с энергией от 106 до более чем 109 эВ (распространяются до Земли от 15 мин до нескольких часов в зависимости от энергии).
C целью выявления конкретных физических параметров Солнечной активности, ответственных за появление максимумов в числе вызовов скорой помощи, было проведено сопоставление потоков солнечных энергичных протонов, а также электромагнитного излучения различных периодов (радиоизлучения и рентгеновского излучения) с медицинскими показателями. Все указанные параметры солнечной активности были обработаны методом наложения эпох. При этом, за нулевой день принимались даты, когда К-индекс геомагнитной возмущенности превышал величину в 30 единиц (24 события за 1992 г.). Обработанные данные солнечного электромагнитного излучения сравнивались с обработанными таким же образом данными числа вызовов скорой помощи к больным с сердечно-сосудистой патологией. В потоках энергичных протонов не было обнаружено наличие максимума в момент солнечного возмущения (за 2-4 суток до максимума в геомагнитном возмущении) и максимума через 2-4 суток после геофизического возмущения. В то же время в электромагнитном излучении Солнца, т. е. в интенсивности радиоизлучения с длиной волны в 10,7 см, а также рентгеновском излучении с длиной волны (0.5-8.0) нм, которые показаны на рисунке 1, были обнаружены особенности, совпадающие с изменениями числа вызовов скорой помощи к больным с сердечно-сосудистой патологией. Как видно из этого рисунка и в радиоизлучении и в рентгеновском излучении существует максимум, совпадающий с первым максимумом в медицинских показателях. Кроме того, в рентгеновском излучении присутствует максимум на третий день после геомагнитного возмущения, который совпадает со вторым максимумом в вызовах скорой помощи. Кроме того, в данных приземного атмосферного давления присутствуют оба максимума, совпадающие по времени с максимумами вызовов скорой медицинской помощи. Совпадение максимумов в числе вызовов скорой помощи с максимумами в электромагнитном излучении Солнца и максимумами в приземном атмосферном давлении потребовало выяснение вопроса о том, какой из двух факторов: космический или атмосферный (или они оба) влияют на состояние сердечно-сосудистой системы человека.
Поэтому был проведен специальный эксперимент на группе добровольцев в Якутске и Тикси общей численностью 45 человек, у которых ежедневно снимались показания электрокардиограммы ЭКГ сердца с помощью экспресс-кардиографа «Фазаграф». В качестве показателя состояния сердечно-сосудистой системы человека использовался коэффициент симметрии Т-зубца КСТ электрокардиограммы. Возможность использования коэффициента симметрии Т-зубца в качестве показателя состояния сердечно-сосудистой системы человека показана в работах [Файнзильберг, 1998 и Вишневский и др., 2003].
Таким образом, на каждого пациента был получен индивидуальный ряд данных за период эксперимента с 5 октября по 30 декабря 2009 года.
На рисунке 2 представлены изменения КСТ в Якутске, а также параметры космической погоды: Кр-индекс геомагнитной возмущенности, В-полный вектор межпланетного магнитного поля, V-скорость солнечного ветра, n – концентрация частиц солнечного ветра, ρV2 – динамическое давление солнечного ветра.
Как видно из этого рисунка практически все максимумы и минимумы приведенных параметров совпадают по времени появления с такими же максимумами и минимумами в групповой реакции КСТ добровольцев в Якутске. Эксперимент в Тикси показал такие же результаты (рисунок не показан из-за ограниченности объема статьи).
Такое практически полное совпадение наблюдалось для половины групп добровольцев в Якутске (12 человек) и Тикси (10 человек). Другие половины добровольцев (11 человек в Якутске и 11 человек в Тикси) показали частичное совпадение КСТ с параметрами космической погоды, а у 1 человека не было никакого совпадения с КСТ. Наиболее лучшее совпадение наблюдается для КСТ с полным вектором межпланетного магнитного поля, динамическим давлением солнечного ветра и Кр-индексом геомагнитной возмущенности. К примеру, коэффициент корреляции между КСТ в Якутске и Кр-индексом составил 0,55, и это при том, что КСТ представляет собой не показатель одного человека, а усредненную величину (групповой параметр) половины добровольцев, участвующих в эксперименте.
Затем было проведено сравнение изменений состояния сердечно-сосудистой системы добровольцев с метеопараметрами. На рисунке 3 приведены изменения КСТ группы добровольцев в Якутске и метеопараметров: f% - влажность, V – скорость ветра, T – температура и P – давление приземной атмосферы. Как видно из этого рисунка наблюдается совпадение отдельных изменений каждого из метеопараметров с КСТ, что означает наличие в рассматриваемый период, в лучшем случае, лишь частичного влияния абсолютных значений метеопараметров на ССС человека. Эксперимент в Тикси показал такие же результаты (рисунок не показан из-за ограниченности объема статьи).
Таким образом, было показано, что состояние сердечно-сосудистой системы человека в проведенном эксперименте было связано, прежде всего, с параметрами космической погоды.
Выводы
Исследование связи параметров космической погоды с состоянием сердечно-сосудистой системой человека позволило обнаружить, что:
1. Динамика электромагнитных возмущений на Солнце (радио и рентгеновского излучений) совпадает с динамикой числа вызовов скорой помощи по поводу сердечно-сосудистых заболеваний, что указывает на возможное влияние электромагнитного солнечного излучения на наличие заболеваний сердечно-сосудистой системы человека;
2. Совпадение изменения параметров солнечного ветра, таких как плотность, скорость и динамическое давление солнечного ветра, а также полного вектора межпланетного магнитного поля и геомагнитной возмущенности с состоянием сердечно-сосудистой системой человека также указывает на влияние параметров космической погоды на состояние сердечно-сосудистой системы человека.
Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке РФФИ (гранты 12-05-98522 и 12-02-98508).
Литература
, , : 2003, Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 3. 3.
, , : 2009, Вестник новых медицинских технологий, 16, 241.
, , : 2005, Журнал неврологии и психиатрии им. . Инсульт, 14, 18.
: 1998, Управляющие системы и машины, 4, 40.
