Взаимосвязь вариаций нарушений здоровья населения субарктического региона с гелиогеофизическими факторами и кислородным статусом приземного воздуха при различном уровне солнечной активности

Полный текст

ОБОСНОВАНИЕ

Организм человека постоянно находится в состоянии внешнего десинхроноза, то есть рассогласования по фазе собственных ритмов жизнедеятельности и ритмов датчиков времени [1]. Этот процесс может развиваться при изменениях гелиоклиматических факторов, при сменной работе, эмоциональном стрессе, развитии соматической и психической патологии [2].

В субарктических регионах, в связи с характерным гелиофизическим статусом циркумполярных областей, возникают условия для нарушения временнòй организации психофизиологических функций организма [3].

Во время солнечных вспышек наблюдается усиление волнового электромагнитного излучения во всем спектральном диапазоне, в межпланетное пространство выбрасываются мощные потоки заряженных частиц, энергия и скорость которых намного больше, чем у компонентов солнечного ветра [4], что изменяет световой и тепловой баланс, геомагнитную активность, влияет на погоду, кислородный статус и состояние биосферы [5]. До настоящего времени неясно, насколько длительность периода наблюдений влияет на выявление гелиоклиматических ритмов и вариаций нарушения здоровья при проведении экологического мониторинга, имеется ли их взаимосвязь. Важно установить, какова чувствительность групп заболеваний к гелиофизическим факторам и специфичность их развития и обострения. Необходимость комплексного анализа взаимодействия гелиоклиматических факторов и нарушений здоровья человека определяет актуальность данного исследования.

Цель исследования. Оценить стабильность временны̀х рядов нарушений здоровья населения Севера, линейную и фазовую синхронизацию с гелиогеофизическими факторами и кислородным статусом в зависимости от уровня солнечной активности.

 

Материалы и Методы

Информация об обращениях в службу «Скорой медицинской помощи» (далее – СМП) г. Ханты-Мансийска получена из электронной базы данных вызовов за 2001 и 2007 годы, в среднем за сутки по следующим классам, в соответствии с МКБ-10 [6]: некоторые инфекционные и паразитарные болезни (АВ); психические расстройства и расстройства поведения (F); болезни нервной системы (G); болезни системы кровообращения (I); болезни органов дыхания (J); болезни органов пищеварения (К); болезни мочеполовой системы (N); беременность, роды и послеродовый период (О); травмы и другие воздействия от внешних причин (ST). Для анализа ритмов используются абсолютная величина обращаемости в СМП. Относительная величина (на 1 тыс. населения) применяется при анализе процентного вклада нозологий при изменении СА. Показатель обращаемости также стратифицирован по полу.

Данные об относительном ежедневном числе солнечных пятен (число Вольфа — W) получены из общедоступных материалов Королевской обсерватории Бельгии (Брюссель)¹. Сравнивали показатели за 2007 г. — как один из наиболее спокойных периодов 23-го цикла солнечной активности (среднемесячный сглаженный минимум W составляет 2,2) и за 2001 г., характеризующийся высокой активностью Солнца (W — 180,3). Для оценки годовой динамики уровня солнечной радиации (СР, Вт/м²), планетарного магнитного индекса (Ар, нТл), локального индекса геомагнитной активности (К, баллы) использовали материалы Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации — Мирового центра данных².

Для расчета парциальной плотности кислорода (ППК, г/м³) (или весового содержания кислорода) использованы ежедневные среднесуточные значения температуры окружающего воздуха (Т^о, С), атмосферного давления (Р, мм рт. ст.) и относительной влажности (ϕ, %). ППК прямо пропорциональна атмосферному давлению за вычетом парциального давления водяного пара и обратно пропорциональна температуре воздуха: ППК = 83*(P – ϕ)/T. Наблюдается прямая корреляция ППК с парциальным давлением кислорода во вдыхаемом и альвеолярном воздухе в зависимости от физических характеристик [7].

Для оценки временны́х рядов применяли вейвлет-анализ, который идентифицирует устойчивые циклические составляющие, отражающие долгосрочные глобальные явления, исключая кратковременные или местные события³. По результатам вейвлетного преобразования можно судить, как меняется спектральный состав временно̀го ряда со временем. Определяли средний уровень показателя (мезор, M±m), энергию ритма (эквивалент амплитуды) (усл. ед.), коэффициент вариации (C_V, %), коэффициент линейной синхронизации (r_s, усл. ед.), индекс синфазности (ИСФ, %).

РЕЗУЛЬТАТЫ

С 2001 по 2007 годы выявлен прирост среднегодового уровня (мезора), обращаемости в СМП, энергии колебаний общего показателя и по группам заболеваний. Вероятно, что подобная динамика объясняется социально-демографическими причинами, чем влиянием космофизических факторов (табл. 1). Так, прирост населения г. Ханты-Мансийска за период с 2001 по 2007 годы составил 56,2 % (с 40 455 до 63 200 населения), обращаемость в СМП выросла на 26%. В абсолютных числах отмечен рост обращаемости в СМП с 15 924 (2001 г.) до 20 141 (2007 г.) вызовов в год, тогда как относительный уровень (случаи на тыс. населения) несколько снизился - с 393,6 (2001 г.) до 318,6 (2007 г.).

Таблица 1

Мезор, энергия ритмов и коэффициент вариации обращаемости

в службу «Скорая медицинская помощь» в годы с разной солнечной активностью

 

Mesor, energy of rhythms and the coefficient of variation of calls to the emergency medical service in years with different solar activity

 

Вызовы СМП (случаи) Calls to the EMS (cases)	Мезор (М±m) Mesor (М±m)		Энергия (усл. ед.) Energy (conl. units)		Коэффициент вариации (CV), % Coefficient of Variation (CV), %
	2001	2007	2001	2007	2001	2007
Общие General	65,77±9,66	80,37±12,72	4 418,33	6 621,02	14,69	15,83
Мужчины Men	22,06±5,69	26,42±6,45	518,87	739,60	25,78	24,40
Женщины Women	25,36±6,02	34,58±8,03	679,62	1 260,20	23,75	23,23
AB	1,04±1,66	2,22±1,71	3,83	7,86	160,32	76,71
F	3,78±2,09	4,60±2,30	18,65	26,49	55,30	49,95
G	4,38±2,28	4,33±2,38	24,42	24,41	52,07	55,10
I	10,04±3,58	12,70±4,11	113,54	178,27	35,68	33,36
J	7,19±3,05	11,34±7,48	61,06	184,69	42,43	65,98
K	5,17±2,41	6,19±2,71	32,58	45,62	46,63	43,81
N	1,96±1,49	2,80±1,77	6,04	10,95	76,04	63,19
O	1,07±1,06	1,75±1,42	2,26	5,07	99,37	80,86
ST	9,01±3,55	8,99±3,65	93,73	94,22	39,46	40,57

 

В общей выборке степень рассеивания данных, выражаемая коэффициентом вариации (C_V) (табл. 1), является средней (10-20%), у мужчин и женщин – значительной (>20% и <33%) и не зависит от уровня СА. Согласно анализу обращений в СМП с учетом отдельных нозологических групп, временна̀я совокупность числа вызовов становится неоднородной при росте СА в случаях инфекционных и паразитарных заболеваний (АВ), при нарушениях психики (F), патологии мочеполовой системы (N), беременности, родов и их осложнений (O). Для некоторых групп болезней наблюдается обратный эффект, в виде консолидации временно̀го ряда (болезни органов дыхания (J)). Отчетливой реакции на изменение уровня СА временны̀х рядов болезней нервной системы (G), пищеварительного тракта (K) и сердечно-сосудистых заболеваний (I), а также частоты травм различной этиологии (ST) не наблюдается, хотя многими исследователями отмечается влияние активного солнца на эти кластеры нарушений здоровья [8; 9; 10; 11].

На следующем этапе исследования была проведена оценка линейной синхронизации временны̀х рядов общей и межполовой обращаемости в СМП с гелиогеофизическими показателями и ППК в годы с разной СА. В 2007 году выявляется умеренная положительная связь между обращаемостью (Случаи) и величиной ППК, которая соответствовала слабому уровню при повышении СА. Межполовые различия характеризуются снижением взаимосвязей обращаемости и ППК у женщин с умеренного до слабого (0,318 - 0,186) при росте СА. Изменение коэффициента линейной корреляции Случаи - ППК у мужчин при увеличении СА незначительны. В год активного Солнца ослабевает взаимосвязь колебаний обращаемости с динамикой количества солнечных пятен (W), уровнем солнечной радиации (СР) и локальным геомагнитным индексом (К) до уровня статистического шума (0,01-0,09) (табл. 2).

 

Таблица 2

Линейная синхронизация (r_s, усл. ед.) общей и межполовой обращаемости в службу «Скорая медицинская помощь» с гелиогеофизическими факторами и парциальной плотностью кислорода в годы с разной солнечной активностью

 

Linear synchronization (r_s, conl. units.) of overall and gender-specific calls to the emergency medical service with heliogeophysical factors and partial oxygen density in years with different solar activity

 

2001 г.	Случаи Cases	Мужчины Men	Женщины Women	Ap	W	СР SR	К	ППК POD
Случаи Cases	1,000	0,534	0,576	0,049	0,054	0,080	0,022	0,177
Мужчины Men	0,534	1,000	0,114	0,075	0,066	0,067	0,025	0,119
Женщины Women	0,576	0,114	1,000	0,090	0,089	0,143	0,073	0,186
Ap	0,049	0,075	0,090	1,000	0,150	0,088	0,029	0,034
W	0,054	0,066	0,089	0,150	1,000	0,058	0,045	0,073
СР SR	0,080	0,067	0,143	0,088	0,058	1,000	0,052	0,587
К	0,022	0,025	0,073	0,029	0,045	0,052	1,000	0,103
ППК POD	0,177	0,119	0,186	0,034	0,073	0,587	0,103	1,000
2007 г.	Случаи Cases	Мужчины Men	Женщины Women	Ap	W	СР SR	К	ППК POD
Случаи Cases	1,000	0,500	0,648	0,052	0,139	0,278	0,119	0,338
Мужчины Men	0,500	1,000	0,077	0,044	0,118	0,107	0,079	0,150
Женщины Women	0,648	0,077	1,000	0,088	0,080	0,299	0,050	0,318
Ap	0,052	0,044	0,088	1,000	0,081	0,049	0,108	0,027
W	0,139	0,118	0,080	0,081	1,000	0,132	0,242	0,105
СР SR	0,278	0,107	0,299	0,049	0,132	1,000	0,214	0,603
К	0,119	0,079	0,050	0,108	0,242	0,214	1,000	0,280
ППК POD	0,338	0,150	0,318	0,027	0,105	0,603	0,280	1,000

 

Для того, чтобы проанализировать взаимосвязь гелиофизических факторов и нарушений здоровья, необходимо обозначить, что такое синхронность и синфазность временны̀х рядов. Под синхронными колебаниями понимаются два процесса, у которых в каждый момент времени происходят одинаковые изменения, но присутствует определенный фазовый сдвиг. У синфазных процессов в каждый момент времени фазы совпадают. Синфазность 100% свидетельствует об одномоментности изменений, нулевое значение говорит о том, что колебания происходят в противофазе. В более сложных процессах, где присутствуют несколько колебаний (в нашем случае это постоянные и вставочные ритмы изучаемых показателей), можно вычислить долю синфазных компонент. Далее обозначим её как индекс синфазности (ИСФ, %).

При повышении СА наблюдается увеличение фазовой синхронизации общего показателя обращаемости в СМП (случаи) при увеличении числа солнечных пятен (W) и уровня солнечной радиации (СР); при этом синфазность обращаемости в СМП и с параметрами общепланетарной (Ар), локальной магнитной и парциальной плотности кислорода снижается (табл. 3).

Таблица 3

Динамика индекса синфазности (ИСФ, %) гелиогеофизических факторов

и обращаемости в службу «Скорая медицинская помощь» в годы с разной солнечной активностью

Dynamics of the synphase index (ISF, %) of heliogeophysical factors and the number of calls to the emergency medical service in years with different solar activity

 

	Случаи / W Cases / W	Случаи / СР Cases / SR	Случаи / Ар Cases / Ар	Случаи / К Cases / К	Случаи / ППК Cases / POD
2001	61,1	60,4	61,3	64,9	68,5
2007	57,4	55,6	64,3	66,2	77,2

 

Наблюдается выраженная синхронизация обращаемости в СМП с W и уровнем СР и десинхронизация нарушений здоровья и величины ППК с ростом СА с менее отчетливой реакцией изменение общепланетарной и локальной магнитной активности.

Обнаруженная динамика показателя общей обращаемости в СМП недостаточна для предметного прогнозирования ухудшения состояния здоровья населения. Исходя из этого, следующим этапом исследования явилась оценка фазового десинхроноза по динамике ИСФ гелиофизических факторов и отдельных нозологических групп.

При таком подходе были выявлены три типа реагирования: отсутствие реакции, повышение и снижение синфазности. Как оказалось, величина ИСФ нозологических групп, характеризующих психическую патологию и разнообразный спектр патологических состояний при беременности, родах и послеродовом периоде, не реагирует на изменения основных гелиофизических параметров (W и уровень СР) и их производных (Ар, К, ППК) (табл. 4).

Таблица 4

Динамика индекса синфазности (ИСФ, %) гелиогеофизических параметров

и нозологических групп в годы с разной солнечной активностью

Dynamics of the synphase index (ISF, %) of heliogeophysical parameters and nosological groups in years with different solar activity

 

ИСФ ISF	W		СР SR		Ар		К		ППК POD
	2001 г.	2007 г.	2001 г.	2007 г.	2001 г.	2007 г.	2001 г.	2007 г.	2001 г.	2007 г.
AB	61,9	60,9	63,1	62,0			64,6	62,1	66,1	65,2
					61,9	68,1
F	61,7	62,9	66,0	65,8	61,7	63,2	63,4	60,8	62,5	62,9
G			62,5	64,7					64,3	63,3
	67,0	62,4			67,0	62,3	67,1	62,5
I	61,5	62,9					66,8	66,0	68,5	70,5
			63,6	57,5	61,5	66,2
J					66,8	66,1
	66,8	57,7	59,7	51,2			61,9	71,1	68,3	78,9
K	65,2	64,6	62,2	59,9	65,2	66,8	64,9	63,5
									64,1	69,7
N	66,2	66,1	66,4	63,5			63,8	63,9	63,8	65,7
					66,2	61,1
O	66,6	63,5	66,0	65,0	66,6	63,1	66,4	62,7	65,6	62,1
ST			70,9	68,6			62,7	62,9	59,9	62,5
	59,3	65,3			59,3	64,2

 

Было обнаружено, что десинхронизация нарастает: - в группах нервных заболеваний (G) и патологии органов дыхания (J) при увеличении числа солнечных пятен (W); - в группах с патологией сердечно-сосудистой системы и органов дыхания при повышении солнечной радиации (СР); - в группах заболеваний нервной системы (G) при изменениях планетарной и локальной активности (Ар и К).

Наблюдается синхронизация колебаний окологодового количества солнечных пятен (W) с обращаемостью в СМП по поводу различного рода травм (ST). Растет взаимосвязь колебаний общепланетарной магнитной активности с обращаемостью по поводу инфекционных и паразитарных заболеваний (AB), сердечно-сосудистых заболеваний (I), травм (ST), усиливается согласованность временны̀х рядов локальной магнитной активности (К) и заболеваний органов дыхания (J). Повышается синхронизация вариабельности парциальной плотности кислорода (ППК) и динамики заболеваний органов дыхания (J) и органов пищеварения (К). Наиболее чувствительной к экзогенным факторам нозологической группой является патология органов дыхания, далее следуют нервные болезни, сердечно-сосудистые заболевания и травматизм. 

ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние космофизических факторов на состояние здоровья человека общепризнано [12]. Исследователи связывают возникновение острых и обострение хронических заболеваний с хромосферными вспышками [13], прохождением солнечных пятен через центральный меридиан [14].

Солнечная активность – процесс циклический, поэтому циклический же характер имеют и связанные с ней биофизические и социальные процессы. Цикличность признаётся важнейшим аспектом проявления биологической целесообразности и физиологической целостности организмов. Синхронность гелио-, гео- и биофизических процессов отражает единство организмов и среды, к изменениям которой они приспосабливаются. Получены сведения об окологодовой динамике физиологических показателей организма человека, которые связывают с колебаниями магнитной активности в различных широтах [15], различных компонентов солнечного ветра [16], о большей чувствительности к изменениям магнитной активности у мужчин [17]. Получены данные о чувствительности определенных нозологий к космофизическим факторам [5].

В нашем исследовании высокой солнечной активности обнаружена неоднородность годовых колебаний обращаемости в СМП при по поводу инфекционных заболеваний, психических расстройств, патологии органов дыхания, мочеполовой системы, вызовов акушерско-гинекологического и педиатрического кластера.

Предлагаются различные гипотезы влияния экзогенных факторов на здоровье, в том числе флуктуации приземного электромагнитного поля на здоровье [18]. Была предложена концепция влияния гелиомагнитных вариаций на ионы железа, входящие в состав гемоглобина и ферментов, участвующих в процессах окисления и восстановления, синхронизации внешнего магнитного поля и внутреннего диполя человека, участия магнитного поля в формировании и запуске оксидативного стресса и биоэнергетики клетки в цирка- и инфрадианном диапазоне [19]. Однако в обзорах, посвященных влиянию космофизических факторов на биологические объекты, отсутствуют примеры исследований опосредованного влияния факторов солнечной активности на кислородный статус приземного слоя воздуха.

Полученные нами данные свидетельствуют о выраженных взаимосвязях ППК и космофизических факторов и их динамики при изменении СА. Выявлена умеренная линейная синхронизация между обращаемостью в СМП по поводу ухудшения состояния здоровья и ППК, которая имела слабый уровень при повышенной СА. Межполовые различия характеризуются снижением взаимосвязей обращаемости и ППК у женщин с умеренного до слабого при росте СА.

В год активного Солнца взаимосвязь колебаний обращаемости с динамикой количества солнечных пятен (W), уровнем солнечной радиации (СР) и локальным геомагнитным индексом (К) снижается до уровня статистического шума.

При оценке фазового десинхроноза нозологических групп и экзогенных факторов выделены три типа реагирования.  Вариант с отсутствием реакции динамику СА наблюдали в отношении таких нозологий, как психопатология (F), патология беременности, родов (O).  В то же время, имеются литературные данные о том, что воздействию гелиогеофизических факторов подвержены 10-15 % от общего количества матерей и плодов [20]. Для психопатологии также отмечены выраженные сезонные корреляции с космофизическими факторами [18], в том числе и в высоких широтах [21].

Некоторые авторы [22] описывают феномен «затягивания» циклов биосистемы внешним колебательным процессом, например, 27-суточным ритмом вращения Солнца.

В нашем исследовании этому соответствовал второй вариант реагирования: наблюдалась синхронизация окологодовых вариаций травм и аварий (ST) и обострений патологии желудочно-кишечного тракта (К) с гелиомагнитными факторами. Это подтверждают результаты исследований других авторов [23]. При исследовании взаимодействия Солнца и биосистем также выявляются признаки десинхронизации [10].

В нашем исследовании десинхронизация окологодовых ритмов здоровья наблюдается только при оценке их взаимосвязи с общепланетарными параметрами, такими как W и Ар. При сравнении временны̀х рядов обращаемости, стратифицированной по нозологическим группам, с локальным магнитным индексом (К) и парциальной плотностью кислорода (ППК), рассчитанной для данных пространственно-временных координат, отмечается снижение фазового десинхроноза в виде увеличения индекса синфазности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При росте солнечной активности временна̀я совокупность вызовов СМП населения северного региона становится неоднородной в случаях инфекционных заболеваний, при нарушениях психики, патологии мочеполовой системы, беременности, родов и их осложнений. При болезнях органов дыхания наблюдается обратный эффект, в виде консолидации временно̀го ряда.

В год спокойного Солнца присутствует умеренная линейная синхронизация между обращаемостью в СМП и парциальной плотностью кислорода, которая имеет слабый уровень при повышенной солнечной активности. Межполовые различия характеризуются снижением взаимосвязей обращаемости и ППК у женщин при росте солнечной активности. Взаимосвязь динамики нарушений здоровья с такими космофизическими факторами, как число солнечных пятен, солнечная радиация, планетарная и локальная магнитная активность, в год активного Солнца уменьшается до уровня статистического шума.

При анализе доли синфазных компонент отдельных нозологических групп и экзогенных факторов, выделены три типа реагирования: синхронизация, десинхронизация и отсутствие реакции. Наиболее чувствительной к изменениям космофизических и погодных факторов нозологической группой у жителей Севера является патология органов дыхания, далее по убывающей: нервные болезни, сердечно-сосудистые заболевания и травматизм. Фазовый десинхроноз при повышении солнечной активности наблюдается между колебаниями общей обращаемости в СМП и вариабельностью парциальной плотности кислорода в приземном слое воздуха.

При сравнении временны̀х рядов обращаемости, стратифицированной по нозологическим группам, отмечается снижение фазового десинхроноза с локальными (К и ППК) факторами. Десинхронизация ритмов нарушений здоровья наблюдается при оценке их взаимосвязи с общепланетарными (W и Ар) гелиогеофизическими параметрами.

Учитывая цикличность изучаемых процессов информативными величинами для оценки влияния экзогенных факторов на нарушения здоровья могут выступать коэффициенты вариации, степень линейной синхронизации и уровень фазового десинхроноза сравниваемых временны̀х рядов.

 

 

¹ WDC-SILSO. Royal Observatory of Belgium, Brussels. Режим доступа: http://www.sidc.be/silso/datafiles Дата обращения: 17.03.2025.

² Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных. Режим доступа: http://meteo.ru Дата обращения: 17.03.2025.

³ Программа исследования биологических ритмов методом вейвлет-анализа. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014611398 от 03.02.2014.

Об авторах

Олег Николаевич Рагозин

Ханты-Мансийская государственная медицинская академия, Ханты-Мансийск, Россия

Email: oragozin@mail.ru
SPIN-код: 7132-3844
Scopus Author ID: 6507880447

Доктор мед. наук, профессор

Россия

Елена Юрьевна Шаламова

Email: selenzik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5201-4496
SPIN-код: 8125-9359
Scopus Author ID: 55773809000
Россия

Андрей Борисович Гудков

Email: gudkovab@nsmu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5923-0941
SPIN-код: 4369-3372

Ирина Александровна Погонышева

Нижневартовский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: severina.i@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-5759-0270
Scopus Author ID: 57194619104

кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии

Россия, 628605, Ханты-Мансийский автономный округ-Югра, город Нижневартовск, улица Ленина, д. 56.

Ливувани Мутэло

Email: livhuwani.muthelo@ul.ac.za
ResearcherId: AHC-1001-2022
ЮАР

Элина Разифовна Рагозина

Email: elinka1000@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0199-2948
SPIN-код: 7335-7635
Россия

Денис Александрович Погонышев

Нижневартовский государственный университет

Email: d.pogonyshev@mail.ru
SPIN-код: 6095-8392
Scopus Author ID: 57194619592

кандидат биологических наук, доцент 

Россия, 628605, Ханты-Мансийский автономный округ-Югра, город Нижневартовск, улица Ленина, д. 56.

Список литературы

Дополнительные файлы