Т.К. Бреус Сердце- Сердце- как мишень для воздействия солнечной активности Пущино Апрель, 2004

Цели и задачи исследований Выявление мишени, на которую оказывает максимальное воздействие САВыявление мишени, на которую оказывает максимальное воздействие СА Подготовка банка соответствующих данныхПодготовка банка соответствующих данных Разработка методических подходов к решению проблемы;Разработка методических подходов к решению проблемы;

Материалы исследований Банк данных медицинской скорой помощи г.Москва за гг.: за гг.: 7 миллионов суточных вызовов скорой помощи по поводу 10 различных заболеваний и травм: 7 миллионов суточных вызовов скорой помощи по поводу 10 различных заболеваний и травм: инфаркты миокарда, гипертонические кризы инсульты, нарушения сердечного ритма внезапная смерть, автомобильные происшествия бронхиальная астма, уличные травмы, эпилепсия, общее число вызовов Банк данных показателей СА за гг К-индексы для г.Москва (Магнитная обсерватория в г. Красная Пахра, Моск.обл.) R(z) – числа ВольфаR(z) – числа Вольфа Кр- планетарный индекс ГАКр- планетарный индекс ГА F(10,7) – поток радиоизлучения – индекс волновой активности СолнцаF(10,7) – поток радиоизлучения – индекс волновой активности Солнца S - площадь солнечных пятенS - площадь солнечных пятен Bz – компонента ММПBz – компонента ММП

Сопоставление различных медицинских показателей с изменениями ориентации Bz-компоненты ММП –2–1B z > 1 nTB z < –1,5 nT+1+2 Инфаркты миокарда (N = ) Среднее100,3798, 0898,85101,69107,6194,13 SE 3,41 2,55 2,59 3,12 3,28 2,56 t0,10850,75290,44400,54172,31802,2930 P0,91430,45720,66010,59190,02720,0288 Внезапная смерть (N = ) Среднее102,1798, ,23103,0494,60 SE 2,08 2,24 1,93 2,52 2,02 t1,04520, ,63501,20362,6741 P0,30400,63770,98760,53010,23790,0119

Сопоставление различных медицинских показателей с изменениями ориентации Bz-компоненты ММП –2–1B z > 1 nTB z < –1,5 nT+1+2 Гипертонические кризы (N = ) Среднее99,31101,43100,2397,59101,7299,72 SE 3,14 1,97 2,45 2,21 2,33 1,69 t0,22040,72500,09401,09070,74080,1645 P0,82700,47390,92570,28380,46440,8704 Бронхиальная астма (N = ) Среднее101,1298,27100,8894,9499,82104,97 SE 3,13 1,63 2,90 2,20 2,89 t0,35821,05930,53871,74830,08061,7232 P0,72260,29760,59390,90030,93620,0948

Дни с аномальным числом вызовов Число вызовов B z, нТ B z max t = 2 B z max t = 3 B z max t =4 Максимальное число вызовов Минимальное число вызовов

Смертность от инфаркта миокарда ( случаев, Миннесота, гг-28 лет -средний график. Возрастание в максимуме СА– 220 ИФ). Слева - линейный тренд в исходных данных. Справа- сопоставление с числами Вольфа

Предложенная гипотеза Гелиогеомагнитные ритмы являются внешними датчиками времени биологических ритмов –– они завели «биологические часы» на ранней стадии эволюцииГелиогеомагнитные ритмы являются внешними датчиками времени биологических ритмов –– они завели «биологические часы» на ранней стадии эволюции «Сбои» гелиогеомагнитных ритмов- гелиогеомагнитные возмущения- должны вызывать реакцию адаптационного стресса у биологических объектов«Сбои» гелиогеомагнитных ритмов- гелиогеомагнитные возмущения- должны вызывать реакцию адаптационного стресса у биологических объектов Имеются «группы риска» - наиболее чувствительные к «сбоям» ритма внешнего синхронизатора - организмы с «поломками» адаптационной системы.Имеются «группы риска» - наиболее чувствительные к «сбоям» ритма внешнего синхронизатора - организмы с «поломками» адаптационной системы.

ВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА ГЕЛИОГЕОМАГНИТНЫХ РИТМОВ Спектрально-временная диаграмма вариаций магнитных полей на Солнце в области периодов менее 10 дней за годы. PR (%) – степень выраженности данного периода на уровне значимости P

Спектр вариаций Bz ММП за гг

Спектр вариаций Кр-индекса геомагнитной активности за гг. Спектр вариаций Кр-индекса геомагнитной активности за гг.

Спектрально-временная диаграмма чисел Вольфа (а) и F 10,7 см (б).

ФИЗИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ – СТОХАСТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС Переход под действием шума + периодический сигнал подпорогового уровня в бистабильной системе Время перехода = exp ( V/D) D- интенсивносский ть шума

Отклик системы на разной интенсивности шум Оптимальная интенсивность шума – когда время перехода равняется половине периода слабого периодического возмущения: = Т/2

Проверяемая гипотеза Синхронизация гелиогеомагнитными сигналами (шум + периодические колебания) биологических ритмовСинхронизация гелиогеомагнитными сигналами (шум + периодические колебания) биологических ритмов Реакция адаптационного стресса у биологических объектов, вызванная «сбоями» гелиогеомагнитных ритмовРеакция адаптационного стресса у биологических объектов, вызванная «сбоями» гелиогеомагнитных ритмов Существование и свойства «групп риска» - наиболее чувствительных к «сбоям» внешних ритмов (организмов с «поломками» адаптационной системы).Существование и свойства «групп риска» - наиболее чувствительных к «сбоям» внешних ритмов (организмов с «поломками» адаптационной системы).

Результаты анализа данных по инфарктам миокарда (а) и инсультам (б) методом наложения эпох за 156 недель ( ).

Клетки Около-полунедельные ритмы уединенной клетки миокарда крысы ( p

Органы и системы Органы и системы Околосуточные и околонедельные ритмы содержания гормона мелатонина в эпифизе крыс-самок Мелатонин – биохимический ключ биологических часов, адаптоген, влияет на Са+ каналы клеточных мембран, антиоксидант и иммуномодулятор Мелатонин – биохимический ключ биологических часов, адаптоген, влияет на Са+ каналы клеточных мембран, антиоксидант и иммуномодулятор Другие исследования: Другие исследования: Продукция мелатонина эпифизом цыплят (745 особей) Bolliet V., Halberg et al. 1994Продукция мелатонина эпифизом цыплят (745 особей) Bolliet V., Halberg et al Циркуляция кортизола в крови, вариации артериального давленияЦиркуляция кортизола в крови, вариации артериального давления

Мониторирование детей раннего возраста Спектры данных непрерывного мониторирования ЧСС (слева) и ДКД (справа) младенца от момента рождения и до 26 месяцев жизни. По оси ординат амплитуда ритма (удар/мин). По оси абсцисс частота (циклы/месяц) (внизу) и периоды в днях (вверху). Данные мониторирования с по разбиты на пять последовательных серий по четыре месяца

Ритмы pH крови младенца в первые недели жизни (Миннесота, США). Тонкая кривая – модель с периодами 28 и 178 час, дающая лучшее описание, чем жирная кривая, соответствующая 24 иТонкая кривая – модель с периодами 28 и 178 час, дающая лучшее описание, чем жирная кривая, соответствующая 24 и

СВАН-диаграмма частоты сердечных сокращений младенца (Москва – 46 детей)

Принципиальные выводы -Инфрадианные ритмы с периодами около 28; около 7 и около 3, 5 дня являются универсальными эндогенными ритмами биологических объектов сходными с инфрадианными гелиогеомагнтными ритмами. Гелиогеомагнитные ритмы захватываются биологическими объектами в онтогенезе, а не в филогенезе.То есть захват произошел не на генетическом уровне и передается от поколения к поколению. Тогда захват частоты должен проявляться от рождения (филогенез). На примере мониторирования детей, оказалось, что проходит 5 месяцев, прежде чем самый мощный суточный ритм захватывается их организмом (онтогенез).

СВЯЗЬ гелиогеомагнитных и медико- биологических РИТМОВ СВЯЗЬ гелиогеомагнитных и медико- биологических РИТМОВ Когерентность спектров Когерентность спектров Когерентность ежесуточных чисел инфарктов миокарда в Москве в гг. и Bz-компоненты ММП

Частотная зависимость коэффициента спектральной кросс-корреляции между К-индексом и ЧСС у ребенка

Недоношенные дети первых двух месяцев жизни Недоношенные дети первых двух месяцев жизни Место проведения исследований Институт Педиатрии РАМН (46 детей) Институт Педиатрии РАМН (46 детей) (Сюткина Е.В., Бреус Т.К., Пименов К.Ю.) (Сюткина Е.В., Бреус Т.К., Пименов К.Ю.) Спектры Фурье для 33 мониторингов СКД, ДКД, СКД, ЧСС Пример амплитудного спектра ЧСС и К-индекса

Эффекты биотропных геомагнитных возмущений Эффекты биотропных геомагнитных возмущений Фурье-спектры для ИФ (верхний график) и ИН (нижний график) Предварительно данные по ИФ и ИН очищались от периодических и случайных компонент

Фурье-спектры, рассчитанные для очищенных данных.

Число вызовов скорой помощи в Москве по поводу ИФ (вверху) и ИН (внизу) в гг. в дни высокой активности обозначенных на рисунке гелиогеофизических показателей. По оси ординат – число вызовов/день, темные треугольники – средние значения за те же дни. ВЫВОД: ВЫВОД: А а >60 – возрастание числа ИФ на 13% (~ 9 ) возрастание числа ИН на 7% (~4,5 ) возрастание числа ИН на 7% (~4,5 )

МИШЕНЬ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ СА- Сердце и сердечно-сосудистая система ( из 10 заболеваний и травм только инфаркты миокарда подвержены действию СА Наблюдается запаздывание эффекта воздействия геомагнитного возмущения на сутки

Эффекты геомагнитных бурь в «группах риска» 1 группа риска - больные ИБС и гипертонией Место проведения Клиника пропедевтики внутренних болезней ММА им.И.М.Сеченова (21 бол., 4 зд.) Кардиологический Научный Центр РАМН (4 бол. ИБС, 2 бол. с ГБ, 4 зд.) Городская Больница МПС 3 ( 141бол, 12 зд.)

Методы Скалярная электрокардиография Холтеровское мониторирование Изучение реологических показателей крови Исследования капиллярного кровотока Исследования психо-физического статуса Уровень секреции, инактивации и выведения гормонов систем адаптации Продукция гормона-эпифиза – мелатонина

Капиллярный кровоток у больного ИБС (54 г.) в спокойных геомагнитных условиях (слева) и на 2-ой день после геомагнитной бури (справа). Всего исследовано 82 больных ИБС (Гурфинкель Ю.И. и др.)

Мониторирование по Холтеру сердечного ритма и артериального давления у пациента с ИБС 47-и лет (всего мониторировано 65 человек).

Наличие адаптационного стресса Содержание свободного, связанного и суммарного норадреналина в моче больных ИБС и ГБ. (21 больной, 4 здоровых)

Содержание кортизола в моче больных ИБС и ГБ ( Повышение секреторной активности систем регуляции (общесекреторной активности симпато-адреналовой системы, глюкокортикоидной функции коры надпочечников) Содержание гормона эпифиза мелатонина в дневной порции мочи больных ИБС и ГБ 0)- геомагнитно-спокойные условия, (1) - возмущенные условия. (Рапопорт С.И. и Малиновская Н.К.) (Рапопорт С.И. и Малиновская Н.К.)

3-я группа риска – космонавты Материалы 1) 32 виток КА «СОЮЗ» 30 космонавтов 2) сутки полета на станции «МИР» Буря – ЭО-21 (2 космонавта). Контроль – ЭО-6, 7 и 11 (4 космонавта) 3) 6-ой месяц полета на станции «МИР» Буря – ЭО-22 и ЭО-8 (4 космонавта). Контроль – ЭО-12 и ЭО-17 (2 космонавта) 4) Посадка на Землю Буря – ЭО-8 и ЭО –16 (3 космонавта). Контроль – ЭО-11 и ЭО-15 (3 космонавта)

Методы Холтеровское мониторирование и анализ динамического ряда кардиоинтервалов Методы оценки общих статистических характеристик (ЧСС, SDNN и т.д) Методы оценки связи между кардиоинтервалами- автокорреляционный метод Методы выявления скрытой периодичности – спектральный анализ Использовалось 20 из более 50 вычисляемых показателей комплексом программ «Контроль» (ИМБП + Клиника Бавария, Германия)

Среднесуточные значения показателей вариабельности сердечного ритма у космонавтов (30-32 сутки полета) ПоказателиКонтрольная группа КЭ ЭО-21 во время МБ БИ ЭО-21 между МБ HR61,36165,75769,053 * SDNN0,0760,056 #0,067 RMSSD43,20631,430 *38,221 * HF (%)13,81813,91910,640 * LF (%)41,28342,34946,525 # VLF (%)44,89843,73042,834 SI51,10183,951 *60,294 Narr4,2884,937 *9,691 * HFs0,4110,225 #0,308 LFs1,4530,875 #1,385 VLFs1,7190,928 #1,312 LFt13,76114,171 *14,046 * LFs/HFs4,2874,491 *5,288 *

СМЕЩЕНИЕ ВЕГЕТАТИВНОГО БАЛАНСА В СТОРОНУ УСИЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ СИМПАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Суточная динамика показателей вариабельности сердечного ритма у космонавтов контрольной группы

Специфическая реакция – активация барорефлекторного центра характерная для метеотропных реакций (изменения напряжения сосудистого тонуса)Специфическая реакция – активация барорефлекторного центра характерная для метеотропных реакций (изменения напряжения сосудистого тонуса) Неспецифическая реакция - активация симпатического отдела вегетативной нервной системы по типу общего адаптационного синдромаНеспецифическая реакция - активация симпатического отдела вегетативной нервной системы по типу общего адаптационного синдрома (увеличение частоты пульса, стабилизация сердечного ритма, снижение мощности спектра дыхательных волн, увеличение числа аритмий) (увеличение частоты пульса, стабилизация сердечного ритма, снижение мощности спектра дыхательных волн, увеличение числа аритмий)

Изменение вариабельности ЧСС – основной показатель, реагирующий на геомагнитную БУРЮ Здоровые люди 9 клинически здоровых людей (Япония, Норвегия) Изменение спектральной мощности в диапазонах частот VLF (6,5-333 сек), LF (

Вариации среднемесячных значений ЧСС и вариабельности ЧСС у здоровой женщины на протяжении цикла СА (измерения велись каждые 15 мин с 1986 по 1997гг.)

Патология сердечно-сосудистой системы Патология сердечно-сосудистой системы Уменьшение вариабельности сердечного ритма (SDNN) в связи с ИБС и под действием геомагнитных возмущений Исследование Сопоставление SDNN (%) по сравн. с контр. Группой (100%) P КН- коронарная недостаточность (Токио) 16 пациентов с КН по сравнению с 281 пац. без КН 80, 0 6,6 0,004 КН (Стокгольм)50 мужчин (40-65 лет) после ИФ со стенокардией по сравнению с 50 здоровыми мужчинами. 79,5 4,8 0,002 Здоровые люди в условиях космического полета 8 космонавтов во время магнитной бури и 41 космонавт в геомагно спокойных условиях 70,1 8,2 0,041

Наиболее биотропные вариации ЭМП Полоса 1-2 Гц - геомагнитные пульсации Рс1 - совпадающая с основными ритмами сердца полоса частот 6-15 Гц в диапазоне частот альфа и бета ритмов головного мозга (Шумановские резонансы) пульсации типа Рс3, с периодами 20-40с (такие квазипериоды были замечены в ритмах сердечной деятельности).

Теоретические модели и другие экспериментальные наблюдения В ряде теоретических моделей и экспериментальных результатов, у нас в стране [1-3], и на Западе[4], показано, что группа биологических «осцилляторов» - пульсирующие клетки сердца (пейсмекеры) могут спонтанно синхронизироваться и биться в унисон или внезапно остановить свой ритм под влиянием, например, электрических импульсов в узком диапазоне периодов – от 0,18 до 0,21 сек [4]. Возникающая при этом фазовая сингулярность может приводить к фибрилляции сердца, потере им насосных функций и, как следствие, плохому снабжению кровью мозга и внезапной катастрофе, вплоть до внезапной смерти. 1.Кринский И.М. Биофизика, 1974, Т.16, N8, С Балантер Б.И, Ханин М.А, Чернавский Д.С. М.Медицина, 1980, С Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Из-во «Наука»,1984, 304c. 4 Winfree A.T. Interdisciplinary mathematics. V. 12. Springer, p.

Другие данные В лабораторных и эпидемиологических исследованиях [1,2] показано, что экспозиция людей в электромагнитных полях низкой и очень низкой частоты сопровождается изменением вариабельности частоты сердечных сокращений, а именно, вызывает стабилизацию сердечного ритма, что приводит к внезапной смерти от аритмии и к развитию инфаркта миокарда. 1 Sastre A., Cole M.R., Graham C., Nocturnal exposure to intermittent 60 Hz magntic fields alters human cardic rhythms. Bioelectromagnetics N. 19. P. 98– Savitz, D.A., Liao D.P., Sastre A., Kleichner R.C. Kavet R. Manetic field exposure and cardiovascular disease mortality among electric utility workers. American Journal of Epidemiology N P. 135–142.

Экспериментальные исследования воздействия геомагнитных бурь на животных Материалы 240 кроликов-самцов породы шиншилла, (Каф. патологической физиологии Университета дружбы народов, 1980 и 1984 гг) Методы 5 животных, каждые 3 часа в течение трех дней в сентябре 1984 года и в марте 1980 г. Измеряли АКД, содержание жирных кислот в крови и кислотно-основное состояние крови. Затем животных забивали, и с помощью электронной микроскопии (ув ) исследовали клетки сердечной мышцы - кардиомиоциты.

Суточная изменчивость показателя сократительной функции сердца кролика в различные фазы геомагнитной бури (справа – главная фаза)

Характерный вид кардиомиоцита кролика во время главной фазы геомагнитной бури (внизу и вверху показаны различные участки клетки Нормальная ультраструктура кардиомиоцита кролика в период спокойной геомагнитной обстановки (те же участки клетки) Нормальная ультраструктура кардиомиоцита кролика в период спокойной геомагнитной обстановки (те же участки клетки). (Чибисов и др)

Материалы исследований Архивные данные Москва 7 млн. 10 заболеваний ИФ, ИН Миннесота ИФ и ВС Клинические исследования Москва Больные ИБС и ГБ 172 чел.; из них 65 - ЧСС и АД 82 – капилляр. и вязкость крови 25 гормоны Миннесота (архив) 397 чел. Здоровые люди 34 чел; из них - Москва - 16 Норвегия -8 Япония -2; США -8 чел. Дети Мониторирование – 238 чел. Животные 240 кроликов

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Показано, что основной мишенью для воздействия гелиогеомагнитной активности является сердце и сердечно-сосудистая система. - снижение вариабельности частоты сердечных сокращений у всех людей является основной реакцией на геомагнитные возмущения, лежащей в основе прогноза инфарктов и внезапной смерти (66 больных и 17 здоровых людей). ;

-гелиогеомагнитные ритмы захватываются биологическими объектами в онтогенезе, а не в филогенезе. - отсюда частое явление - эффект запаздывания воздействия геомагнитного возмущения на сутки -околонедельные ритмы играют ключевую роль в выживании биологических объектов ;

2.Имеются группы риска: - у 85% больных ИБС - расстройства сердечного ритма ишемического типа, аритмии и повышения артериального кровяного давления (65 больных); - у космонавтов (42 космонавта), у здоровых (16 человек) и у больных людей (172 чел.) – неспецифическая и специфическая реакции на воздействие геомагнитной бури. Неспецифическая реакция протекает по типу общего адаптационного синдрома. Специфическая реакция характерна для метеотропных реакций; 3. Под воздействием бури происходит десинхронизация биологических ритмов сердца у животных и существенное снижение его сократительной функции (240 кроликов).