Введение

C точки зрения современных исследователей, влияние космической погоды на организм человека необходимо изучать для развития современной медицины и дальнейшего освоения внеземного пространства. Изменение условий гравитации, геомагнитной активности и солнечной радиации непосредственно влияют на системы человеческого организма. От этого зависит протекание физиологических процессов в экстремальных условиях.

Цель настоящей работы: проанализировать проведенные научные исследования, связанные с влиянием факторов космической погоды на здоровье человека, за последние пять лет для выявления спорных и малоизученных аспектов данной проблемы 

В 2021 году российскими учеными был проведен анализ исследований за последние 25 лет. Оказывается, факторы космической и земной погоды воздействуют на одни и те же системы организма и могут изменять действие друг друга, а одновременный учет этих факторов значительно улучшает определение гелиобиологического эффекта и его воспроизводимость. В лабораторных условиях были получены достоверные экспериментальные доказательства действия различных компонентов шторма. Экспериментально наблюдалась реакция биосистем на геомагнитные вариации без изменения среднего значения физиологического показателя: показан эффект синхронизации сердечного и мозгового ритмов с колебаниями геомагнитного поля (ГМП) на внутридневной шкале времени [1].

Исследование ученых из Китая показало, что ГМП жизненно важно для нормальной работы сердечно-сосудистой системы и гемодинамики, однако геомагнитное возмущение оказывает негативное влияние на здоровье человека.

На рисунке 1 показано, что геомагнитное поле защищает Землю от ионизирующего излучения, исходящего от солнечного ветра, который вызывает возмущение электрического и магнитного полей. Кратковременное геомагнитное возмущение регулирует вегетативную нервную систему (ВНС) и, как следствие, снижает вариабельность сердечного ритма. Возмущение геомагнитного поля (ВГМП) чрезмерно стимулирует систему магнитного восприятия в светочувствительных ганглиозных клетках сетчатки (ipRGCs) и влияет на циркадный ритм и секрецию мелатонина в эпифизе. ВГМП может изменять уровень токсичности загрязненного воздуха, что косвенно усиливает связь между ними и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Рисунок 1. Механистическая основа внутреннего геомагнитного поля и внешнего геомагнитного возмущения (GMD).

Геомагнитный шторм – серьезное нарушение магнитосферы Земли, которое вызвано обменом энергией между солнечным ветром и атмосферой Земли. Оно приводит к изменению токов, плазмы и полей в магнитосфере. Возмущение электрических и магнитных полей окружающей среды потенциально может влиять на ВНС и циркадный ритм. В периоды этих возмущений частицы, создаваемые солнечным ветром, могут вызывать ионизацию воздуха и создавать электрические токи, изменяющие химический состав окружающих аэрозолей. Выраженный эффект геомагнитных возмущений может усилить связь между загрязнителями воздуха и сердечно-сосудистыми заболеваниями, но магнитное поле Земли уменьшает этот негативный эффект [2].

В одном из следующих исследований обсуждается, как изменения солнечной активности могут влиять на биологические процессы, особенно связывая эти явления с различными проблемами со здоровьем, такими как сердечно-сосудистые заболевания, расстройства мозга, рак и влияние на рождаемость. В статье подчеркивается важность понимания космической погоды из-за ее потенциальных рисков как для здоровья человека, так и для технологий. В ней приводятся результаты международных исследований, которые предполагают увеличение госпитализаций по поводу сердечно-сосудистых заболеваний во время магнитных бурь, и отмечаются прямые последствия солнечной радиации для живых организмов (рис.2).

Рисунок 2. Данные электроэнцефалографии (ЭЭГ) при геомагнитных возмущениях и без них.

Авторы приходит к выводу, что мониторинг космической погоды имеет решающее значение для прогнозирования рисков для здоровья и смягчения потенциального ущерба для биологических систем. В целом, исследование вносит вклад в более широкое понимание того, как геомагнитные факторы могут влиять на здоровье человека и необходимость комплексных исследований этих опасностей [3].

В одном из исследований учёные обратили внимание на изменение уровня мелатонина и норэпинефрина, которые, в свою очередь, являются маркерами циркадного ритма (биоритма) человеческого организма. Было обнаружено, что изменения величины геомагнитного поля нарушают 24-часовой циркадный ритм секреции мелатонина, что приводит к негативным последствиям в виде снижения антиоксидантной способности организма. Влияние магнитных полей на эпифизарный мелатонин может потребовать стимуляции сетчатки светом. Перерезка зрительного нерва или полная темнота блокируют способность воздействия магнитного поля подавлять активность N-ацетилтрансферазы эпифиза и содержание мелатонина. Следовательно, световая активация фоторецепторов имеет важное значение для магниточувствительности. С другой стороны, несоответствие между эндогенными часами и паттерном активности мышей было рано отмечено после пребывания в структуре ГМП [4].

Ученые, изучающие гелиогеофизические факторы вспомнили эксперимент немецких исследователей, которые в период с 1928 по 1932 годы собрали метеорологические данные и тысячи свидетельств о смерти. Они проанализировали 68 последовательных 27-дневных циклов вращения Солнца, сопоставив данные о смертности с количеством солнечных пятен и магнитными характеристиками. Они выявили четкие 27-дневные закономерности смертности от всех причин, а также от заболеваний нервной и сенсорной систем, самоубийств, сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний. Пик смертности от заболеваний нервной и сенсорной систем наступил раньше, а от респираторных заболеваний – позже, что может указывать на возможные дифференциальные эффекты космической и земной погоды в отношении самоубийств и других смертей, связанных с нервной и сенсорной системами, по сравнению со смертью от сердечных или респираторных заболеваний и общей смертности из-за различий в фазе 27-дневного цикла [5].

Исследование арабских ученых подтверждает, что за последние 20 лет были изучены взаимосвязи между космической погодой и здоровьем человека:

•       положительные корреляции существуют между заболеваниями нервной системы (например, депрессией и психическими заболеваниями) и геомагнитной активностью;

•       солнечные возмущения связаны со значительным увеличением числа госпитализаций из-за попыток самоубийства, убийств и дорожно-транспортных происшествий;

•       солнечная активность может способствовать развитию и быть пусковым механизмом обострения нервных и психических расстройств, таких как шизофрения, болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз [6].

Греческие ученые изучили влияние космической погоды, геомагнитной активности и космических лучей на здоровье сердца человека. Исследователи обнаружили, что частота сердечных сокращений увеличивается, а интервалы RR на электрокардиограмме (время между ударами сердца) изменяются больше при высоких уровнях геомагнитной активности и большом снижении интенсивности космических лучей. Однако. очень небольшие или минимальные изменения интенсивности космических лучей не влияют на динамику частоты сердечных сокращений (ЧСС). Исследование предполагает, что состояние сердечно-сосудистой системы человека чувствительно к изменениям физической активности окружающей среды и реагирует посредством изменений физиологических параметров [7].

Геомагнитные возмущения воздействовуют на «собственное магнитное поле» в красных клетках крови, и это может влиять на работу сердечно-сосудистой системы и на изменения психики организма человека. Геомагнитная обстановка непосредственно влияет на уровень продукции супероксидного радикала, а, как известно, основным источником супероксидного аниона в эритроцитах является неферментативное спонтанное окисление гемоглобина в метгемоглобин (рис. 3).

Рисунок 3. Схема генерации и нейтрализации супероксидного радикала и перекиси водорода в эритроцитах крови.

Это согласуется с концепцией В.П. Реутова, согласно которой Fe2+-содержащие белки являются мишенью действия геомагнитного поля. Умеренность выраженности корреляционной связи, вероятно, связана, во-первых, с тем, что в период исследования не было отмечено сильных магнитных бурь, а во-вторых, с индивидуальными особенностями добровольцев. Слабо выраженную взаимосвязь активности каталазы с геомагнитной обстановкой за несколько часов до забора биоматериала можно объяснить тем, что со стороны магнитного поля Земли нет прямого действия на генерацию пероксида водорода H2O2 в эритроцитах крови. Вместо этого обнаруживается только косвенное влияние через реакцию дисмутации, катализируемой супероксиддисмутазой (СОД), в результате которой происходит образование перекиси водорода, в соответствии с чем меняется и активность каталазы [8].

Атмосферные изменения могут вызвать перенапряжение и срыв адаптации, что способствует развитию реакций на геомагнитные возмущения. Мишенью этих реакций является сердечно-сосудистая система, реагирующая на изменения атмосферного давления, температуры, влажности, точки росы и геофизической активности. В работе была использована физическая нагрузка в виде тренировочных сборов на равнине, среднегорье и высокогорье в Кабардино-Балкарской республике на высотах 2000, 2500, 3000 и 3500 метров с контролем ЧСС, артериальное давление (АД) систолическое, АД диастолическое, АД среднее, длительности интервалов электрической и механической активности сердца. В сборах принимали участие 80 подростков 13-18 лет (на равнине и среднегорье), 40 спортсменов (в среднегорье) и 10 здоровых лиц (в высокогорье). Исследования показали различие длительности электрической и механической активности сердца, смещение акрофаз в 30-50% случаев, повышенный уровень АД систолического, АД диастолического, пульса и показателей активности сердца в ночное время у части обследуемых. Эти изменения обусловлены гипоксией, перенапряжением и переутомлением [9].

В работе ученых из Греции и Болгарии изучалась связь между изменчивостью сердечного ритма и явлениями космической погоды, такими как геомагнитная активность и космические лучи, с использованием большой медицинской базы данных с 2011 по 2018 год. Результаты указывают на значительное влияние интенсивности космических лучей и геомагнитной активности на ЧСС, что предполагает потенциальную связь между космической погодой и состоянием кардиоваскулярной системы человека. Исследование обнаружило неоднозначную корреляцию между ЧСС и космическими лучами, а также между ЧСС и индексом Dst (индекс характеризует развитие поля возмущений в периоды магнитных бурь: он представляет собой среднюю величину возмущения в часовом интервале, высчитанную по данным сети низкоширотных станций, разнесённых по долготе), что указывает на то, что геомагнитные возмущения и вариации космических лучей могут влиять на физиологическое состояние человека, и что высокая геомагнитная активность и сильные космические лучи могут снижать ЧСС [10].

Увеличение солнечной активности связано с уменьшением уровня витамина B12 и фолиевой кислоты в плазме у пожилых мужчин, но не с истощением витамина B6. Не было выявлено значимых связей между SWR (коротковолновое солнечное излучение) или геомагнитной активностью (индекс Kp) и витаминами B-комплекса. Ассоциации с IMF (межпланетное магнитное поле) и SSN (число солнечных пятен) были схожими при корректировке моделей с учетом SWR. Субъекты с высоким содержанием витаминов B-комплекса, вероятно, более подвержены пагубному влиянию солнечной активности. Ученые предполагают, что повышенные уровни витаминов B-комплекса, особенно из добавок, могут увеличить светочувствительность и фотодеградацию этих витаминов под воздействием электромагнитного излучения [11].

Специалисты из Чехии и Словакии исследовали, как меняется солнечная активность и как это влияет на три важных показателя в организме человека: проводимость кожи, электромиографию (ЭМГ) и соотношение брюшного и диафрагмального дыхания в общем объёме вентиляции лёгких. Эти исследования подтверждают, что изменения в геомагнитном поле, вызванные солнечной активностью, влияют на психофизиологические процессы в организме человека. Это, в свою очередь, отражается на психологии, поведении и процессе принятия решений. Эксперименты показали, что процессы на Солнце, во время которых Земля подвергается воздействию заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечный ветер), влияют на психофизиологические показатели организма [12].

Российские исследователи из Саратова и Якутска провели сравнительный анализ психологических особенностей жителей северных и средних широт, в зависимости от их психологической чувствительности к изменениям геомагнитных возмущений. В исследовании приняли участие добровольцы, проживающие в полярных (Тикси), субполярных (Якутск) и средних (Саратов) широтах. У них наблюдались как совпадающие признаки, так и признаки, зависящие от местонахождения в географических широтах. Так, например, у жителей полярных и приполярных широт, поведенческая сфера оказалась наиболее уязвимой (отсутствие конструктивных стратегий совладания со стрессом). Кроме того, их изменения в эмоциональной сфере способствовали проявлению агрессивности и подавлению эмоций на фоне общей собранности, целеустремленности и целостности личности. Независимо от места проживания, добровольцы, психологически чувствительные к изменениям гелиогеомагнитных факторов, были более конструктивны в эмоциональной сфере и наименее – в поведенческой, что дает основание утверждать, что в зависимости от факторов космической погоды поведение индивида является наиболее уязвимым [13].

В работе учёных из Великобритании и Литвы рассматривалась связь между ключевыми особенностями обмена веществ в организме человека и интенсивностью локального магнитного поля Земли. Известно, что низкочастотное магнитное поле стимулирует активность митохондрий в клетках. Это позволяет предположить, что при более сильном локальном геомагнитном поле (резонансные частоты) клетки будут эффективнее использовать кислород. В результате им потребуется меньше кислорода для поддержания клеточной активности. Исследование показало, что существует значительная обратная связь между потреблением кислорода и активностью локального геомагнитного поля. При этом скорость обмена веществ в состоянии покоя снижалась по мере увеличения мощности локального геомагнитного поля.

Рисунок 4. Схема влияния гелиогеофизических факторов на дыхательную систему человека.

На рисунке 4 видно, что солнечная и геомагнитная активность ослабляет функцию лёгких и усиливает воздействие загрязняющих частиц в окружающей среде. Исследование предполагает, что локальное магнитное поле Земли может положительно влиять на обмен веществ в организме человека. При более сильном локальном магнитном поле организм человека может эффективнее использовать кислород [14].

Исследование американских ученых показывает, что периоды интенсивной солнечной активности и геомагнитных возмущений ухудшают функцию легких. Загрязнение окружающего воздуха и солнечная радиация могут синергически способствовать снижению функции легких через биологические пути, включая повышенное системное воспаление, дисбаланс автономной нервной системы и сниженную секрецию мелатонина. Химические пути взаимодействия включают повышенное образование аэрозолей и изменение химического состава загрязняющих веществ в атмосфере [15].

Научные исследования давно показали, что магнитное поле влияет на вязкость крови. Во время магнитных бурь замедляется кровоток в сосудах, снижается сила сердечных сокращений, могут возникать нарушения ритма сердца. Из-за колебаний АД у человека часто появляются проблемы с дыханием и нарастающая головная боль. Недостаток кислорода в крови приводит к ряду неприятных ощущений. У человека могут возникнуть головокружение, боли в области сердца, потемнение в глазах, боли в суставах. У пожилых людей часто обостряются хронические заболевания. Всё это сопровождается упадком сил, снижением физической активности и рассеянностью внимания. У метеозависимых людей во время магнитных бурь могут возникать боли в крупных суставах. Это имеет как физическое, так и клиническое объяснение. У людей с заболеваниями суставов (артрозом или артритом) в период магнитных бурь состояние ухудшается. Это связано с тем, что при снижении внешнего (атмосферного) давления внутреннее давление в суставах увеличивается, что приводит к растяжению суставной капсулы и связок и усилению боли [16].

В результате исследования ученых из Санкт-Петербурга установлено, что наиболее изученным оказалось влияние космической погоды на нервную и сердечно-сосудистую системы, занявшие первое и второе ранговые места по количеству упоминаний в анализируемых статьях. На третьем ранговом месте оказалась репродуктивная система, на четвертом — упоминание о влиянии на пищеварительную систему и течение различных инфекционных процессов, на пятом — влияние на систему органов дыхания. Результаты работы научных исследований последних десятилетий свидетельствуют о возрастающей индивидуальной чувствительности человеческого сообщества к изменениям солнечной активности, атмосферной циркуляции, геомагнитной активности и другим факторам космической и земной погоды. Таким образом, проводимые научные исследования являются основой для разработки управленческих решений и мер профилактики, направленных на снижение заболеваемости и смертности среди населения, связанных с воздействием факторов космической и земной погоды [17].

Результаты исследований, которые демонстрируют обратную зависимость между уровнем витамина D и возникновением различных заболеваний, позволяют предположить, что солнечный свет благотворно влияет на здоровье благодаря этому витамину. Однако исследования добавок не подтверждают, что витамин D является причиной заболеваний. Это увеличивает вероятность того, что низкий уровень витамина D является причиной недостаточного пребывания на солнце, которое, в свою очередь, влияет на здоровье и может служить биомаркером других факторов. Хотя это пока не доказано, но оксид азота, который выделяется из кожи, является молекулой, заслуживающей дальнейшего изучения. Также нельзя исключать, что солнечный свет может оказывать прямое системное воздействие через клетки, переносимые кровью [18].

В процессе изучения поведения лабораторных крыс в условиях частичного экранирования магнитного поля было выявлено, что снижение интенсивности магнитного поля оказывает воздействие на функционирование центральной нервной системы высокоорганизованных животных. В частности, было зафиксировано, что у подопытных особей ускорился процесс формирования условного рефлекса активного избегания. Исследователи полагают, что это обусловлено изменениями в болевой чувствительности, вызванными воздействием гипомагнитной среды [19].

Исследования российских ученых показывают, что в осенне-зимний период возрастает частота обострений и смертность от сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний, включая субарахноидальные кровоизлияния и инфаркты миокарда, и снижается летом. Этот эффект более выражен у жителей умеренного климата, возможно, из-за недостаточной адаптации к погодным условиям, использования менее теплой одежды и плохо отапливаемых помещений в холодную погоду. В регионах с небольшими сезонными изменениями температуры и холодной зимой смертность зимой меньше. В Швеции повышение смертности наблюдается только в начале зимы из-за неполной адаптации организма после летнего периода. В северной Норвегии зимой регистрируется небольшое превышение смертности от сердечно-сосудистых заболеваний, вероятно, из-за лучшей адаптации к сезонным изменениям метеогелиогеофизических факторов. Однако исследования в России не выявили различий в риске смерти от сердечно-сосудистых заболеваний в зависимости от сезона [20].

Заключение

За прошедшие годы исследования в области космической погоды значительно продвинулись вперёд. Учёные выдвинули гипотезу о том, что действие факторов космической погоды может быть связано с возникновением сердечно-сосудистых, цереброваскулярных и психоэмоциональных расстройств. Однако, в этой области существует ряд спорных вопросов, требующих дальнейшего изучения. Например, необходимо дифференцировать влияние космических и земных факторов, учитывая сходство изменений в организме, а также исследовать воздействие их на разные группы людей в различных условиях. Кроме того, требуется разработка методов диагностики психологических отклонений на фоне влияния гелиогеофизических факторов. Изучение связи космической погоды и здоровья человека требует применения новых технологий для получения более детальной информации о состоянии организма в период гелиогеомагнитных возмущений.