О сопряженности функционирования сердечнососудистой деятельности человека с вариациями инфразвукового фона окружающей среды

О СОПРЯЖЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕРДЕЧНОСОСУДИСТОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА С ВАРИАЦИЯМИ ИНФРАЗВУКОВОГО ФОНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Перечень факторов внешней среды, имеющих потенциальную возможность воздействия на биологические системы, постоянно расширяется с развитием технического и методического сопровождения научных исследований. Предположение о том, что вариации уровня акустических шумов атмосферы очень низкой частоты являются экологически значимым фактором окружающей среды, было впервые высказано Б. М. Владимирским (1974) [1]. В последующих работах Владимирский Б. М. (1995) относит инфразвуковые колебания к основным ритмозадающим факторам окружающей среды [2]. Автор так же предложил гипотезу о передаче эффектов воздействия солнечной активности на биосферу, посредством генерации инфразвука низкочастотными магнитными возмущениями.

Известно, что инфразвуковые колебания давления с интенсивностью значительно превышающей уровень естественного инфразвукового фона вызывают выраженные психосоматические реакции у человека [1]. При невысокой интенсивности инфразвукового воздействия у человека может развиться комплекс неприятных ощущений: головокружение, тошнота, затрудненное дыхание, боли в животе, чувство подавленности, страха. При более интенсивном воздействии инфразвуковыми волнами появляются ощущения сухости во рту и царапанья в глотке, кашель, удушье, беспокойство, повышенная раздражительность.

Длительное воздействие инфразвуком интенсивностью более 150 дБ может вызвать миокардиальный синдром, что проявляется приглушенностью сердечных тонов, урежением частоты и снижением силы сердечных сокращений. Как правило, эти симптомы возникают при действии инфразвуковых колебаний с уровнями звукового давления более 150 дБ, частотой 1−7 Гц и длительностью до 10 мин.

К сожалению, до настоящего времени нет четких экспериментальных доказательств биологической значимости фоновых инфразвуковых колебаний. В связи с этим, представляет интерес оценка сопряженности фоновых инфразвуковых колебаний давления и вариаций средней продолжительности RR-интервалов ЭКГ человека (mRR). Измерения фоновых инфразвуковых колебаний давления проводились инфразвукометрическим комплексом, разработанным и созданным в СФТИ [5]. В качестве анализируемого параметра использовалась амплитуда в полосе частот от 0.01 до 1.6 Гц. mRR человека оценивалось по данным суточного холтеровского мониторирования. В исследовании принимали участие 12 испытуемых в возрасте от 23 до 45 лет без нозологических нарушений сердечнососудистой системы. При проведении экспериментов все операторы находились в состоянии обычной активности, с ограничением на значительную физическую нагрузку. Регистрация параметров фоновых акустических колебаний и средней продолжительности кардиоинтервалов проводилась в режиме временной синхронизации с периода февраль-июнь 2000 г.

В качестве сопоставляемых параметров использовались временные реализации усредненных за пятиминутные интервалы наблюдений амплитуды фоновых инфразвуковых колебаний давления и mRR. Мера сопряженности исследуемых параметров оценивалась по виду кросскорреляционных функций. Это позволило получить значения коэффициентов корреляции и временной задержки между изучаемыми сигналами.

Значения доверительных границ для коэффициентов корреляции Пирсона вычислялись исходя из гипотезы о том, что изучаемые процессы независимы и их автокорреляционные функции при лаге больше 10 равны нулю [7]. Вероятность ошибки при определении доверительных интервалов составляла 5% (р < 0.05).

Во время анализа было выявлено существование высокой степени сопряженности суточных вариаций амплитуды фоновых инфразвуковых колебаний давления и mRR. В качестве иллюстрации на рисунке 1 представлена синхронная запись исследуемых переменных (оператор Б.А.).

биологический сопряженность инфразвуковой давление Учитывая, что рассматриваемые временные ряды представляют сумму суточного тренда и случайных вариаций (рис. 1.), из исходных реализаций на основе метода частотной фильтрация были выделены околосуточная (циркадианная) составляющая и остатки (флуктуации с периодом от 6 часов до 20 минут). После фильтрации исходных сигналов была проведена оценка сопряженности фоновых инфразвуковых колебаний давления и вариаций средней продолжительности RR-интервалов ЭКГ человека отдельно для циркадианных составляющих и для остатков.

Проведенный корреляционный анализ показал, что мера сопряженности суточных составляющих исследуемых процессов изменяется от 0.3 до 0.7. При этом величина временной задержки в среднем была равна нулю. В тоже время, оценки корреляции для остатков были значительно ниже при доминирующей величине коэффициента кросскорреляции равным -0.27 со средней нулевой задержкой реакции сердечнососудистой системы на вариации фоновых инфразвуковых колебаний. Отрицательная взаимосвязь исследуемых параметров в данном случае только декларируется, поскольку для ее аргументации необходимо проведение дальнейших экспериментальных работ.

Сильная положительная корреляция суточных вариаций mRR и амплитуды фоновых инфразвуковых колебаний свидетельствует в пользу предположения о ритмозадающей природе фонового инфразвука (табл. 1).

Таблица 1. Параметры кросскорреляционных функций для вариаций RR-интервалов ЭКГ и низкочастотных микропульсаций атмосферного давления.

К числу потенциально возможных экзогенных синхронизаторов биологических ритмов, кроме фоновых инфразвуковых колебаний, относятся метеорологические переменные, освещенность, ионизация низкочастотные электромагнитные поля и др. [2]. Б. М. Владимирский предложил гипотезу о передаче эффектов воздействия солнечной активности на биосферу, посредством генерации инфразвука [1] низкочастотными магнитными возмущениями.

Таким образом, определенный интерес представляет сравнение результатов работ, связанных с исследованиями реакций физиологических функций на динамику низкочастотного электромагнитного поля окружающей среды с полученными выводами относительно синхронизирующей роли фонового инфразвука.

Анализ литературных данных позволяет утверждать о наличии влияния низкочастотных электромагнитных колебаний на функциональное состояние организма человека. Так, в работе [3, 4] показано влияние суточных флуктуаций низкочастотных магнитных полей на циркадианную динамику RR — интервалов электрокардиограммы человека. При этом величина корреляционной связи данных параметров варьирует от 0.19 [3] до 0.7 [3, 4] в зависимости от выборки испытуемых и рассматриваемого параметра электромагнитного фона. Во всех работах в качестве характеристик электромагнитного фона использовались ортогональные компоненты вектора низкочастотного магнитного поля. Временная задержка воздействия данного физического агента, так же зависит от параметров выборки и характеристик низкочастотного магнитного поля и колеблется в диапазоне от 25 до 126 минут. Следует отметить, что все эксперименты проводились авторами в режиме синхронизированного во времени параллельного мониторинга характеристик состояния сердечно-сосудистой системы и низкочастотного магнитного поля [3−5]. Схожесть режимов проведения экспериментальных работ и параметров, используемых для оценки состояния сердечно-сосудистой системы, позволяют сравнивать оценки меры сопряженности, полученные для фоновых инфразвуковых колебаний и низкочастотных магнитных полей.

Сравнительный анализ коэффициентов корреляционной связи и задержек проявления эффектов воздействия акустических и магнитных колебаний на реакции состояния сердечно-сосудистой системы, дает основание предполагать о возможной взаимосвязи фоновых инфразвуковых колебаний и низкочастотных магнитных полей. Это так же предполагает потенциальную возможность взаимодействия этих факторов при передаче эффектов солнечной активности на биосферу.

Не выделяя данные факторы из совокупности параметров окружающей среды, влияющих на биологические системы, следует отметить многообразие существующих между ними взаимосвязей и, следовательно, комплексность воздействия на живые организмы.

В то же время нельзя отвергать независимость проявления эффектов воздействия фоновых инфразвуковых колебаний и низкочастотных магнитных полей на биологические объекты.

Авторы выражают благодарность сотрудникам отделения функциональной диагностики Областной клинической больницы г. Томска за помощь при проведении экспериментальных исследований.

Владимирский Б. М. Атмосферный инфразвук как возможный фактор, передающий влияние солнечной активности на биосферу//Известия крымской астрофизической обсерватории. 1974. T.42. C.190−194.

Владимирский Б. М. Сидякин В.Г., Темурьянц Н.А.и др. Космос и биологические ритмы. Симферополь. 1995. 210 с.

Бородин А.С., Зайцев Д. М., Колесник С. А. и др. Флуктуации естественного магнитного поля и системные реакции организма человека// Всеросс. Научно-техн. Конф. Экология-97. Тез. Докл., 1997. С 75−76.

Колесник А. Г. Электромагнитный фон и его роль в проблеме охраны окружающей среды и экологии человека // Известия вузов. Физика. 1998. № 8. С.102−112.

А.Л. Бардак, А. С. Бородин Сопряженность системных реакций сердечнососудистой системы человека с вариациями низкочастотных магнитных полей окружающей среды // Региональные проблемы экологии и природопользования: Материалы городской конференции молодых ученых и специалистов. 2000. С.63−65.

Соловьев А.В., Ручкин В. В., Падусенко В. Н. Комплекс инфразвукового мониторинга Окружающей среды. // Проблемы региональной экологии. Новосибирск: Изд-во Сиб. Отд. РАН. 2000. Вып.6. С.93−94.

Л. Закс Статистическое оценивание. М.: Статистика. 1976. 598 с.