Экология и безопасность жизнедеятельности / Polikarpov - Meteotropniye reakcii sedrechno-sosudistoy sistemi 2005

Л.С. ПОЛИКАРПОВ А.В. ЛАПКО И.И. ХАМНАГАДАЕВ Р.А. ЯСКЕВИЧ

МЕТЕОТРОПНЫЕ РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ И ИХ ПРОФИЛАКТИКА

3

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕДИЦИНСКИХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРА

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КРАСНОЯРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

ИНСТИТУТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Л.С. ПОЛИКАРПОВ А.В. ЛАПКО И.И. ХАМНАГАДАЕВ Р.А. ЯСКЕВИЧ

МЕТЕОТРОПНЫЕ РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ И ИХ ПРОФИЛАКТИКА

Ответственные редакторы Член – корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор В.Т. Манчук

доктор медицинских наук, профессор В.И. Прохоренков

НОВОСИБИРСК "НАУКА"

2005

4

УДК 612.17:613.1 + 616.Н (-17) + 681.513 ББК 51.1(2)2 + 26.234.6

П50

Метеотропные реакции сердечно-сосудистой системы и их профилактика /Л.С. Поликарпов, А.В. Лапко, И.И. Хамнагадаев, Р.А. Яскевич, – Новосибирск:

Наука, 2005. – 196 с. ISBN 5-02-032444-2

В монографии анализируется влияние метеогелиофизических факторов и загрязнений окружающей среды на здоровье человека. Разработана доступная для широкого круга читателей методика прогноза последствий такого влияния на осложнение заболеваний сердечнососудистой системы. Для повседневного практического использования предлагаются наборы прогнозных таблиц и медицинские рекомендации корректировки метеотропных реакций организма в конкретных климатических условиях.

Книга предназначена для врачей-кардиологов, врачей-терапевтов, климатологов, экологов и специалистов в области кибернетики, а также студентов медицинских вузов и университетов.

Табл. 20. Ил. 18. Библиогр.: 235 назв.

РЕЦЕНЗЕНТЫ доктор медицинских наук, профессор М.М. Петрова

доктор медицинских наук, профессор Э.В. Каспаров

Утверждено к печати Научно-исследовательским институтом медицинских проблем Севера СО РАМН

Книга издана при финансовой поддержке Фонда Науки администрации Красноярского края

Без объявления	© Л.С. Поликарпов, А.В. Лапко, И.И. Хамнагадаев, Р.А. Яскевич, 2005
ISBN 5-02-032444-2	© Российская академия медицинских наук, 2005

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Фундаментальной основой профилактического направления медицины является экология человека, характеризующая общие закономерности взаимоотношений природы и общества и определяющая динамику здоровья человека на организменном и популяционном уровнях в конкретных социальногигиенических и климатических условиях. Особенно важное значение эффективные методы и средства профилактики заболеваний приобретают в районах Севера и Сибири в связи с их интенсивным освоением. Действие экстремальных факторов в данном регионе обусловливает несвойственные в обычных условиях состояния функциональных подсистем, закономерности их развития, специфику лечения заболеваний. В подтверждение можно привести высказывание А.Л. Чижевского [1976]: "Несомненно, что резкие изменения любого из метеорологических элементов могут оказать губительное действие на организм, нарушая устойчивое равновесие физико-химических процессов и, тем самым, помогая ослаблению резистентных сил организма и способствуя инвазии".

Всуровых климатических условиях Севера и Сибири сердечнососудистая система (как высокореактивная) одна из первых включается в приспособительные реакции. Появляющиеся сердечно-сосудистые заболевания сказываются на производительности труда и трудоспособности, служат одной из причин отрицательного миграционного потока и дестабилизации населения. Проблема прогноза метеотропных осложнений заболеваний сердечно-сосудистой системы – одна из актуальных при решении задач диспансеризации населения.

Сложность закономерностей взаимосвязей в системе "человек – окружающая среда" и значительный уровень априорной неопределенности требуют проведения популяционных обследований и широкого использования современных математических средств их анализа, основанных на идеологии системного подхода.

Предлагается единая научно-методическая основа решения проблемы: от исследования влияния метеофакторов на развитие осложнений заболеваний сердечно-сосудистой системы до их количественного прогноза. В качестве математического обеспечения разработана новая информационная технология, что повышает эффективность подхода.

Впервой части монографии приводятся сведения о механизме метеотропных реакций сердечно-сосудистой системы и их особенностях в экологических условиях Сибири и Севера. Во второй – рассматриваются проблемы биоритмологии, показывается необходимость учета ее закономерностей при прогнозе и профилактике заболеваний.

Книга посвящена в основном формализации проблемы исследования и прогнозирования метеотропных осложнений сердечно-сосудистых заболеваний

сиспользованием методологии системного подхода и теории статистических решений. С этих позиций разработаны алгоритмы прогнозирования уровней осложнений гипертонической болезни, стенокардии по данным метеофакторов. Применение математических методов не обязательно связано с открытием ка- ких-то новых сведений, не имеющихся в исходных статистических данных об

6

исследуемой системе, их значимость состоит в дальнейшем развитии эвристических функций – указывать направления и давать средства для познания еще неизвестного, стимулировать появление новых идей для медико-биологических исследований.

Книга выполнена на основе результатов совместных исследований ГУ НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН, Института вычислительного моделирования СО РАН (Красноярск), Красноярской государственной медицинской академии и Красноярского государственного технического университета в рамках программы "Здоровье человекав Сибири".

Математические средства прогнозирования метеотропных реакций сер- дечно-сосудистой системы разработаны в рамках гранта РФФИ № 03-01-00081, а информационное обеспечение создано при поддержке гранта РГНФ № 03-05- 12012в.

7

ГЛАВА 1 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОСВЯЗИ ОРГАНИЗМА

ЧЕЛОВЕКА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ

Прежде чем перейти к анализу метеотропных осложнений заболеваний сердечно-сосудистой системы, рассмотрим некоторые теоретические основы экологии человека. Далее в главе приводятся общие сведения о влиянии солнечной активности на состояние организма и его функциональных подсистем. Особое внимание уделяется существующим системам классификации погод и количественным характеристикам их изменчивости, имеющим важное значение при организации медико-экологических исследований.

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

Здоровье человека – одно из важнейших условий его всестороннего, гармоничного и свободного развития, которое зависит от состояния окружающей среды (климатических особенностей, биогеохимических параметров, уровня загрязнения атмосферы и др.). Организм человека постоянно находится в тесной и прямой зависимости от указанных факторов, и резкое их изменение оказывает непосредственное влияние на его регуляторные системы.

Здоровье, как правило, определяется производственными отношениями и социальными условиями жизни. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает, что здоровье – это не только отсутствие болезней и физических дефектов, но и состояние полного физического, душевного и социального благополучия. Развитие урбанизации определило как образ нашей жизни, так и возможности изменения человеком окружающей среды, режим его питания, состав питьевой воды. До сих пор нет единого мнения о характере влияния цивилизации на состояние здоровья человека.

Воздействие окружающей среды на организм человека приводит к ответному напряжению его различных функциональных систем. Индивидуальные свойства организма и его защитные реакции на влияние экстремальных факторов отражают в первую очередь наследственно-конституциональные особенности организма.

Под экологией понимают динамическую взаимосвязь биологического сообщества со средой, в которой оно находится. Приспособления, необходимые для успешного существования организма в определенных условиях, называются адаптацией. Приспособляемость – свойство не только каждого из индивидуумов, образующих группу, но и всей группы в целом. Экологическое взаимодействие складывается:

1)из биологических процессов, влияющих на жизнедеятельность, рост и формирование членов группы;

2)из небиологических процессов, которые принимают форму культурных, технических и общественных реакций со стороны группы.

Адаптация – двухсторонний процесс. С одной стороны, это изменение абиотических и биоптических компонентов среды, направленных на удовле-

8

творение требований организма, с другой – изменение физиологических и социальных функций, необходимых для того, чтобы удовлетворить требования окружающей среды.

Бьюз [Bews, 1973] окружающую среду подразделяет на следующие категории:

1)физическая (климат, геологическая структура, почвенные условия);

2)живая (растения и животный мир), зависящая, в свою очередь, от физической окружающей среды;

3)социальная (общество, человек);

4)физико-химическая, или, так называемая, внутренняя. Взаимодействие организма с окружающей средой протекает в двух главных направлениях. Одно из них касается тех биохимических изменений в организме человека, которые обозначены требованиями среды или возникают в процессе взаимодействия человека со средой. Второе направление – биологические реакции, специфичные для данного индивидуума и определяемые данным частным генотипом. Такие реакции и признаки могут быть свойственны лишь немногим индивидуумам.

Кеннон [Cannon,1929] указал на значимость постоянства внутренней среды организма. На основе физиологических исследований он установил взаимосвязь неблагоприятных воздействий различных вредных факторов на организм

иего способность сохранять нормальное состояние, на чем основана концепция адаптации.

Бьюз [Bews,1973] отметил, что цель и значение адаптации состоят в сохранении биологического гомеостаза, который в определении Кеннона представляет совокупность устойчивых состояний, поддерживаемых в организме. Гомеостаз включает два взаимосвязанных процесса – достижение устойчивого равновесия и саморегуляцию. В физиологическом смысле его следует рассматривать как сохранение того постоянства внутриклеточных условий, которое необходимо для жизни организма. В растущем организме роль морфогенетического гомеостаза сводится к ограничению возможных путей роста по определенным каналам. Любая угроза, связанная с нарушением гомеостатического уровня, порождает компенсаторные процессы, направленные на нейтрализацию такой угрозы и стабилизацию внутренних параметров в пределах нормы.

Поддержанию гомеостаза способствуют различные виды общественной и технической деятельности, дающие возможность приспособиться к окружающей среде и подчинить ее своим потребностям. Необходимо помнить, что небиологические факторы – организация разделения труда, нравы и обычаи общества – также служат биологическим целям. Существует генетический гомеостаз, обеспечивающий генотипический сдвиг в случае изменения окружающих условий.

Климатические условия на земном шаре весьма неодинаковы, но благодаря наличию определенных приспособлений человек способен находиться в разнородной среде. Как и у животных, организм и тело человека чувствительны ко многим элементам, которые в совокупности определяют климат местности. Эта чувствительность и способность к соответствующим реакциям отвечают

9

условиям поддержания гомеостаза. Система терморегуляции в условиях сильного холода или жары способна поддерживать температуру в относительно узких пределах. Повышенные требования к организму предъявляют не только тепловые факторы и низкое барометрическое давление на больших высотах, но и воздействие коротковолновой радиации.

Изучение экономической и видовой специфичности регуляции сердечной деятельности под влиянием электромагнитных волн, полей сверхвысоких частот показало, что в ходе онтогенеза степень возрастания частоты сердечных сокращений на микроволновое облучение уменьшается. Изменение сердечной деятельности при микроволновом облучении отражает общие закономерности регуляции этой системы, сложившиеся в ходе эволюционного развития животного мира.

Климат представляет собой сезонное изменение условий погоды в данной местности. Полное описание состояния атмосферы, определяющей погоду и климат, должно включать сведения о температуре и влажности воздуха, скорости и направлении ветра, величине и характере облачности, числе солнечных дней, дозе теплового излучения, количестве осадков в виде дождя и снега, а также ряде других параметров. Оценка климата, в котором живет человек, учитывает микроклимат одежды, производственных и жилых помещений, а также географический. Уайнер [1979] выделяет три типа адаптивных приспособлений человеческого организма:

1)специализированные физиологические и анатомические адаптивные реакции, в основе которых лежат особенности генотипа;

2)общие физиологические приспособления, связанные с функцией терморегуляторной, метаболической и циркуляторной систем (обеспечивают возможность жить и работать в самых разнообразных условиях температурной среды). Способность к таким приспособлениям – свойство, получившее наибольшее развитие у человека. Действия приспособлений могут быть как кратковременными, так и длительными;

3)культурные и социальные приспособления, связанные с обеспечением человека жильем, одеждой, теплом, системой вентиляции. Приспособления культуры к биологическим потребностям (а также к потребности, связанной с питанием) закреплены обычаями.

Об эффективности указанных приспособлений можно судить на основании биологических критериев. Эффективная адаптация человеческого организма к климату необходима для обеспечения состояния комфорта, выполнения физической работы (без повышенной утомляемости) и создания условий ее развития.

Успешное изучение современных проблем медицины с учетом сложности физиологических процессов обусловлено использованием математических средств анализа. Это способствует расширению возможностей раскрытия механизмов взаимодействия организма человека и внешней среды, а также практического применения получаемых результатов.

Если системе в состоянии равновесия сообщить небольшой импульс, то в ней возникнут затухающие колебания либо уход от равновесия начнет увели-

10

чиваться, пока вся система не будет совершенно изменена. Первое состояние системы будет устойчиво, второе неустойчиво. С подобными состояниями различных физических систем мы постоянно сталкиваемся при изучении явлений природы, начиная от астрономических систем и кончая атомными. Для явлений органической жизни также нет абсолютного исключения из общих правил природы. Больной организм можно рассматривать до некоторой степени как систему, выведенную из состояния устойчивого равновесия. Для этой системы достаточно небольшого импульса извне, чтобы неустойчивость постепенно или даже сразу увеличилась до уровня гибели организма. Импульсом, направленным на организм извне, могут быть резкие изменения метеорологических и геофизических факторов, среди которых не следует упускать из виду (как это обычно делалось до сих пор) электрические и магнитные элементы.

1.2. СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ И МЕТЕОТРОПНЫЕ РЕАКЦИИ

Изучению роли солнечной активности в биосфере посвящено много различных работ как в России, так и за рубежом. Астрофизиками и астрономами показано, что Солнце представляет собой рядовую звезду Галактики и вращается как твердое тело. Один оборот относительно точки Земли с географической широтой 17° Солнце совершает за 27,275 сут. Время оборота на той же широте Солнца относительно звезд 85,38 сут. Силовые линии солнечного магнитного поля уносятся от Солнца солнечным ветром. Это и есть межпланетное магнитное поле, которое состоит из нескольких секторов или областей, направленных преимущественно к Солнцу или от него вдоль архимедовой спирали, образующейся в результате вращения Солнца [Мансуров, 1969; Андронова и др., 1982]. Солнечный ветер под воздействием магнитного поля Земли отклоняется к ее полюсам, и образуется магнитосфера. Солнечный ветер непостоянен, его характеристики зависят от активности Солнца. В понятие солнечного цикла входят периодические изменения интенсивности проявления солнечной активности. При этом средняя продолжительность отдельных циклов солнечной активности колеблется от 7,5 до 16 лет и характеризуется наличием солнечных пятен.

Поверхность Солнца находится в "кипящем" состоянии с освобождением накопившейся энергии. Периодически на ней появляются устойчивые участки с несколько меньшей температурой, которые кажутся темными на ярком фоне; они получили название солнечных пятен. Для учета изменяющегося количества введено понятие "числа Вольфа" (или относительного цюрихского числа солнечных пятен W). Число Вольфа – довольно субъективный индекс, поэтому нельзя придавать ему большого значения. По мнению В.И. Русанова [1982], полученные связи реактивности больных атеросклерозом с числом Вольфа должны рассматриваться как случайные совпадения. Наблюдается более высокий уровень корреляции между реактивностью организма человека и изменчивостью погоды по сравнению с динамикой солнечной активности. Солнечные пятна являются гигантскими электромагнитами, и пока единственным их физическим показателем служит суммарная магнитная напряженность. Как считает В.И. Русанов [1982], солнечная активность влияет на человекане прямо, а опо-

11

средованно, через макроциркуляционные процессы и подстилающую поверхность.

При изучении биотропности действия солнечной активности нужно обращать внимание на радиоизлучение. Для этой цели исследователи используют

вкачестве индекса солнечной активности величину 10–сантиметрового излучения Солнца.

Необходимо учитывать показатели геомагнитного поля Земли, которые составляют величины горизонтальной (H), вертикальной (Z) напряженностей, и индекс геомагнитной возмущенности (К). Значения К оцениваются по девятибалльной шкале, каждому баллу которой соответствует амплитуда колебаний, составляющих геомагнитное поле Земли за трехчасовой промежуток с поправкой на спокойную суточную вариацию. В последнее время часто используется линейный индекс, получаемый на основании трехчасового планетарного показателя К.

Постоянно возникает вопрос, какие системы человеческого организма наиболее чувствительны к внешнему воздействию среды? Французские исследователи отдавали предпочтение электрическим токам и магнитным полям, пронизывающим земную поверхность и атмосферу в дни прохождения пятен через центральный меридиан Солнца. Такие исследователи, как Сарду и Фор увеличение числа внезапных смертельных случаев и появление резких обострений в течении болезни объясняли влиянием электрических факторов, излучаемых солнечными пятнами. Указанные факторы вызывают резкие пароксизмы

внервных аппаратах, регулирующих жизненные процессы. В последующем они пришли к заключению: почти все случаи прохождения пятен через центральный меридиан Солнца совпали с обострениями заболеваний; количество случаев, когда такого соотношения не наблюдалось, равно лишь 15 %. Это исключение А.Л. Чижевский [1976] объяснял малыми размерами пятен и недостаточно близким их расположением относительно солнечного экватора, чтобы их излучение могло охватить всю Землю. Однако периоды прохождения пятен через центральный меридиан Солнца достаточно точно сопровождаются случаями ухудшения. Для обоснованных выводов необходимо принимать в расчет не только день прохождения пятна через центральный меридиан Солнца, но и дни до и после прохождения. Магнитные пертурбации следуют обычно через два дня после прохождения пятен, а между тем различные пароксизмы обострения заболевания или катастрофы часто случаются за два дня до этого.

Опыт французских исследователей обогатился в период, когда солнечные пятна появились в большом количестве и большого размера. В эти годы метеотропные реакции настолько увеличились, что иногда наблюдались случаи внезапной смерти. Интересны предсказания прохождения солнечных пятен по усилению и учащению метеотропных реакций у людей с различными заболеваниями. Отмечена зависимость между возникновением различных по тяжести метеотропных реакций и изменениями в функциях нервно–психического аппарата. В частности, частота убийств, самоубийств, эпилептических припадков зависит от солнечных пятен и факелов при коэффициенте корреляции в пределах 0,47–0,54. Естественно, нелепо считать причиной подобных явлений солнечную

12