Биометеорология человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Влияние естественных физических факторов

Влияние естественных факторов окружающей среды на здоровье и жизнедеятельности людей очевидно. Каждый метеорологический элемент (солнечная радиация, температура воздуха, облачность, осадки, влажность воздуха, атмосферное давление) имеет свое биологическое значение.

Из всего многообразия природных факторов, воздействующих на человека, можно выделить, по крайней мере, три основные группы: атмосферные или метеорологические; космические или радиационные; теллурические или земные. К атмосферным или метеорологическим факторам относятся температура и влажность воздуха, движение воздушных масс, атмосферное давление, состояние электрического и магнитного полей Земли. Значение первой группы факторов существенно, но при этом необходимо учитывать комплексность их влияния.

2. Ритмы жизненных процессов, влияние солнечной радиации на организм человека

Вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца вызвало сложные приспособительные реакции ритмического характера в мире живых организмов. Постоянное чередование дня и ночи наиболее устойчивый фактор окружающей среды. Реакция на продолжительность светлого и темного времени суток - важнейшее физиологическое приспособление организма, называемое фотопериодизм (светопериодизм). Годовой ход солнечной радиации определяет продолжительность дня, годовой ход температуры и особенности физиологических процессов. В светлое время суток, для большинства животных и человека, возрастает интенсивность обменных процессов, дыхания и увеличивается температура тела. В суточном ритме работает и вегетативная нервная система, регулируя деятельность внутренних органов. Анализ демографической статистики подтверждает, что наибольшая вероятность рождения или смерти приходится на темное время суток.

Всему живому, а в некоторой степени и неживой природе, присущи ритмические колебания. Биологические ритмы обусловлены экзогенными и эндогенными факторами. Природные ритмические процессы способны вызывать заметные изменения в живых организмах, провоцировать возникновение различных заболеваний. Но явные симптомы погодных заболеваний проявляются лишь в тех случаях, когда экзогенные факторы меняются резко, необычно. К экзогенным факторам суточного ритма относят вращение Земли, смену дня и ночи, колебания температуры. Подобная ритмичность свойственна и для многих функций организма. Так функции почек, секреция желудка характеризуются определенными суточными колебаниями. На существенную взаимосвязь биологических ритмов и метеобиологических факторов указывал Г. Хенчел (Ассман Д. 1966), исследуя суточные изменения реакций организма под влиянием экзогенных процессов, он показал, что максимум чувствительности приходится на вторую половину дня. Изучению влияния сезонов года на организм человека посвящены работы Б. Рудера (Ассман Д. 1966), который отметил, что некоторые заболевания характеризуются определенной зависимостью от сезонов года и назвал их сезонными. Одни из них с наибольшей частотой встречаются летом (заболевания кожи, ожоги, связанные с интенсивным воздействием УФ - излучения). Максимум других приходится на зиму (рахит, ангина, скарлатина). Хорошо известны и сезонные смены настроения, повышение половой активности и увеличение числа зачатий в это время. Весной наблюдаются более сильные колебания наполнения кожных капилляров, повышенная возбудимость вазомоторов кожи (Материалы международного конгресса Биометеорология человека 2000, Бюллетень ВМО 1997, Воронин Н.М. 1981, Кожин А.А. 1996, Климат и здоровье человека труды ВМО/ВОЗ/ЮНЕП 1988).

Основным источником поступления энергии на земную поверхность, под влиянием которой происходят различные физические процессы, является поток солнечной радиации. Это основная составляющая природной среды и один из важнейших климатообразующих факторов. Солнечная радиация - это сложный поток энергии, состоящий из потоков ультрафиолетового (290-400 нм.), видимого (400-760 нм) и инфракрасного (760-2600нм.) диапазона, биологическая активность которых и лечебное действие весьма различны.

В организме человека УФ излучение Солнца оказывает фотохимическое, бактерицидное, витаминообразующее, эритемное, пигментообразующее действия. От УФ излучения в течение нескольких минут гибнут многие микроорганизмы, бактерии и вирусы, что и используется для профилактики инфекций. Проникая в кожу всего на 0,5 мм, УФ излучение способно оказать местное и общее действие через нервные окончания, на лимфо и кровообращения в ней. Малые дозы УФ излучения способствуют физиологическому обновлению. Эритемные дозы УФ излучения активируют образование соединительной ткани, ускоряют эпителизацию кожи. Кроме того, УФ излучение оказывает явно выраженное влияние противовоспалительного действия, повышает фагоцитарную активность лейкоцитов крови. Под влиянием малых доз УФ увеличивается количество эритроцитов, возрастает содержание гемоглобина, повышается цветной показатель крови, увеличивается степень насыщения гемоглобина кислородом. Особого внимания заслуживает стимуляция иммунобиологической защиты организма под действием УФ излучения. Многократно отмечалось снижение неспецифического иммунитета зимой и повышение его летом, в период увеличения биологической активности УФ излучения Солнца. Установлено, что для нормальной жизнедеятельности организма человека необходима солнечная энергия в количестве 1/8-1/10 эритемной дозы в день (Поволоцкая Н.П., Скляр А.П. 1991) Малые дозы солнечной радиации возбуждают, а большие - угнетают процессы в коре головного мозга. В оптимальных дозировках солнечное облучение повышает умственную работоспособность, мышечный тонус и физическую выносливость. При недостатке солнечного излучения наступает "световое голодание", способствующее развитию ряда заболеваний, в том числе простудных, зачастую затрудняя лечение сердечно-сосудистых и легочных заболеваний. В результате солнечного голодания отмечается снижение трудоспособности, повышенная утомляемость, раздражительность, боли в мышцах, гнойничковые заболевания кожи и прочее. Но следует избегать избыточного УФ излучения, которое может привести к солнечному ожогу кожного покрова, появлению дерматитов, опухолей, аллергических реакций в виде кожной сыпи и экзем.

Солнечная радиация видимого диапазона, проникая в тело человека на глубину до 2,5 см, усиливает биохимические процессы, иммунобиологическую реактивность, фотореактивизацию, образование меланина, повышает свечение ткани. Она повышает возбудимость коры головного мозга, секрецию гипофиза и обмен веществ. Цвета, входящие в состав видимого спектра, влияют на нервно-психическую сферу. Фиолетовый и синий цвета несколько угнетают и способствуют сну, голубой - успокаивает, зеленый - индифферентен, однако может вызывать возбуждение пищеварения, ярко-желтый - раздражает, красный - возбуждает (Поволоцкая Н.П., Скляр А.П. 1991).

Солнечная радиация инфракрасного диапазона (ИК) вызывает ощущение тепла, проникая внутрь тела до 4-5 см, несколько ускоряя биохимические реакции, повышая биолюминесценцию, ускоряя ферментативные и иммунобиологические реакции, рост клеток, регенерацию ткани, усиливая ток крови, повышая температуру тела, понижая тонус скелетных и гладких мышц. Следовательно, для нормальной жизнедеятельности организма солнечная радиация необходима в оптимальных дозах, присущих отдельно взятому человеку, стимулируя сопротивляемость его организма к различным заболеваниям.

3. Влияние температуры воздуха и атмосферного давления

Биоклиматолог Н.Н. Галахов (1959) отмечал, "температура воздуха является синтетическим элементом, хорошо отражающим воздействие всех компонентов климатообразования: солнечной радиации, атмосферной циркуляции и подстилающей поверхности. Вследствие этого она … оказывает ведущее воздействие на темпы развития различных природных явлений" (Данилова Н.А. 1974, 1980). Температура воздуха определяется преимущественно солнечной радиацией. Различные условия её поглощения и отражения в дневное и ночное время определяют суточные колебания температуры, а в разные периоды года - сезонные колебания. Основная часть солнечной радиации поглощается поверхностью Земли и только незначительное количество лучистой энергии поглощается атмосферой, т.е. нагревание и охлаждение поверхности Земли зависит от того, что преобладает - поглощение или отражение радиации. Под действием термической конвекции происходит нагревание от Земной поверхности слоя воздуха толщиной около 1км, поэтому суточные колебания температуры воздуха имеют максимум не в 12 часов, когда максимальный приток лучистой энергии, а на 1-4 часа позже, т. е. в 13-16 часов. Соответственно и минимальная температура наблюдается не в полночь, а во время, предшествующее восходу. Сезонные колебания температуры характеризуются максимумом и минимумом спустя некоторое время после летнего солнцестояния (в июле) и зимнего (в январе), это обусловлено тем, что процесс конвекции требует достаточно большого времени.

Расчетные значения суточного, месячного и годового хода температуры воздуха получены на основании многолетних наблюдений за ней и характеризуют ритмические колебания, к которым человеческий организм приспособлен. Однако в реальности периодически происходят резкие нарушения ритмических колебаний температуры. Организм оказывается не подготовленным к ним, что нередко приводит к серьезным последствиям - заболеваниям, а иногда даже к летальному исходу.

В январе 1780 года в г. Санкт-Петербурге произошло резкое потепление: температура воздуха повысилась от - 43,6^оС до +6^оС. В результате только за одну ночь более чем 40 000 человек заболели гриппом. В 1932 г. в городе Санкт - Петербурге с июня по сентябрь стояла сильная жара, совершенно отсутствовали осадки, а больные сердечно-сосудистыми заболеваниями - "сердечники" чувствовали себя хорошо. В сентябре же наступило, похолодание при обильном количестве дождливых дней и ко всем этим больным вернулись их прежние недомогания (Ассман Д. 1966). Подобные явления наблюдались и в Ростовской области. Так, с 06. по 08 марта 1999 г. максимальная среднесуточная температура воздуха в Ростове-на-Дону составляла от + 17^оС до + 19^оС; а в последующие дни с 09. по 10 марта 1999 г. понизилась до 0^оС и даже отрицательных значений, что привело к резкому увеличению респираторных заболеваний. Все эти обстоятельства свидетельствуют о четко выраженной взаимосвязи между перепадами температуры воздуха и возникновением заболеваний. Изменение среднесуточной температуры воздуха на 1-2^оС считается слабым, на 3-4^оС - умеренным, более чем на 4^оС - резким (Ассман Д. 1966, Лиопо Т.Н., Циценко Г.В. 1971, Бокша В.Г. 1980, Беттен Л. 1985, Бюллетень ВМО 1999, Хрусталев Ю.П., Андреев С.С., Андриади Ю.Г. 2002). Температура воздуха в приземном слое интегрирует воздействие многих факторов и представляет собой наиболее биологически активный фактор окружающей среды. Ярко выраженное влияние температуры воздуха проявляется при достижении критических величин в виде теплового удара либо холодового дискомфорта. При температуре воздуха +35^оС и выше и относительной влажности более 75% резко возрастает вероятность теплового удара. Вследствие сильного потоотделения ткани организма оказываются обедненными солями и водой, как следствие увеличивается вязкость крови, затрудняя кровообращение. В результате ткани организма недостаточно снабжаются кислородом (кислородное голодание), резко увеличивается содержание углекислоты, т.е. наступает асфиксия. У человека изменяется цвет лица - появляется бледность, синюшность, возможны судороги, а от кровоизлияния в мозг или остановки сердца может наступить смерть. При наступлении отрицательных температур человеческий организм попадает в зону холодового напряжения - дискомфорта, но какое-то время еще способен бороться. Первая рефлекторная реакция (доставшаяся человеку от его далеких предков) на холодовой стресс - организм покрывается "гусиной кожей", т.е. вздыбливается "шерсть" для увеличения теплоизолирующего слоя, суживания сосудов и уменьшения оттока тепла. Затем наступает озноб, - непроизвольное сокращение мышц для выработки дополнительного тепла. При температуре тела 35^оС дрожь достигает максимума, при достижении 32^оС кожный покров синеет, тело начинает застывать и возможны галлюцинации, а при температуре тела 32^оС человек впадает в дремотное состояние, теряет сознание, артериальное давление падает. По А.П. Авцыну (Авцын А.П., 1972) первая стадия обморожения - озноб, характеризующийся синюшностью, отечностью кожи, зудом, болями. При второй стадии наблюдается повреждение поверхностного слоя кожи, появление пузырей, наполненных жидкостью, а в третьей и четвертой стадиях происходит отмирание мягких тканей и костей.

При определяющей значимости температуры воздуха влияющей на состояние организма человека, не следует забывать и другие метеорологические элементы, так как человеческий организм подвергается воздействию всего погодного комплекса одновременно. Например, давление воздуха характеризуется довольно сильными непериодическими колебаниями, которые связаны со сменой метеорологической ситуации. Перепады давления в среднесуточном ходе не превышают 1-2 гПа; колебания давления, обусловленные меняющимися синоптическими условиями, составляют от 10 до 20 гПа. Организм человека использует атмосферное давление: отрицательное внутреннее давление в суставных сумках приводит к повышению прочности суставных сочленений; отрицательное внутреннее давление в грудной клетке, возникающее во время вздоха, обеспечивает поступление воздуха в легкие; внешнее давление способствует выдоху. Вся система кровообращения находится в коррелятивных связях с атмосферным давлением.

Опытным путем Х. Юнгманн (H. Jungmann) (Ассман Д. 1966) доказал, что лишь при атмосферном давлении, соответствующем высоте 3000 м, у здоровых людей появлялись признаки регуляторных изменений - замедление пульса, увеличение объема дыхания. По классификации В.Г. Бокши суточные перепады давления в пределах 1-4 гПа - слабые, 5-8 гПа умеренные, 8-10 гПа резкие, 10-20 гПа сильные (Бокша В.Г. 1980).

По данным многочисленных исследований М. Плунгиана (Ассман Д. 1966) в дни с резкими перепадами давления у больных наблюдалось снижение кровяного давления. Особенно интенсивно реагируют на изменение атмосферного давления больные туберкулезом и атеросклерозом. В. Мёрикофер (Morikofer. W. 1950) продолживший исследования влияния атмосферного давления на человеческий организм, доказал, что колебания кровяного давления обусловлены воздействием меняющихся барических полей. Эксперименты Х. Виганда (Ассман Д. 1966) проведенные на абсолютно здоровых людях, показали, что при повышении атмосферного давления уменьшается число лейкоцитов в крови, а понижение приводит к их увеличению (за счет нейтрофилов). Им же была выдвинута гипотеза, что изменение атмосферного давления (понижение) приводит к возбуждению симпатической нервной системы, повышая восприимчивость к инфекционным заболеваниям, подавляя настроение, уменьшая работоспособность, способствуя обострению хронически заболеваний. Поэтому в биометеорологических исследованиях и прогнозах влияние атмосферного давления следует учитывать в комплексе со всеми остальными метеорологическими элементами, явлениями и крупномасштабными атмосферными процессами (Генезицкий А.Г., Михайлов Н.И. 1956, Ассман Д. 1966)

В настоящее время существует много гипотез биотропного влияния изменений атмосферного давления в приземном слое, одна из которых сводится к тому, что растворенный в крови кислород дифундирует в клетки со скоростью пропорциональной градиенту давления, который определяется внешним давлением, концентрацией кислорода в крови и использованием его тканями. Если же давление кислорода падает до критического давления интенсивность тканевого дыхания уменьшается, вызывая нарушения клеточного обмена (Исаев А.А. 2003).

4. Влияние влажности воздуха, облачности, осадков и ветра

Воздух считается насыщенным водяным паром если при определенной температуре он может содержать определенное количество водяного пара. С увеличением температуры количество водяного пара, насыщающего воздух, возрастает. Влажность воздуха характеризуется упругостью водяного пара (гПа) или относительной влажностью (%). В метеорологических сводках и в обиходе чаще используется величина относительной влажности воздуха - отношение парциального давления водяного пара при определенной температуре к давлению насыщенного пара при той же температуре.

При низкой относительной влажности воздуха (менее 20%) у людей появляются болезненные ощущения в верхних дыхательных путях, от 20 до 30% могут наблюдаться неприятные ощущения. Воздух считается сухим при относительной влажности до 55%, умеренно сухим - при 56-70%, влажным при - 71-85%, очень влажным (сырым) - выше 85%.

Влажность воздуха и, связанное с ней испарение, в значительной мере влияют на организм. Морозы с температурой воздуха - 40?С переносятся сравнительно легко в местности (Сибирь), где мала влажность воздуха, отсутствует испарение, охлаждающее кожу и при сильных морозах не бывает ветров (Кандор И.С. 1968, 1974). При жаре испарение защищает организм от перегрева, и поэтому высокие температуры переносятся легче при сухом воздухе. Влажная жара вызывает ощущение духоты и тяжести. Умеренная влажность способствует нормальной жизнедеятельности человека, обеспечивая увлажнение кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. Влажность воздуха в совокупности с температурой воздуха, оказывают ярко выраженное влияние на организм. Например, при полном штиле, температуре +17^оС, относительной влажности 100% тепловые ощущения человека такие же, как и при температуре +20^оС, влажности 60% и безветрии или при температуре +25^оС, влажности 20% и скорости ветра 1м/с.

Для человеческого организма оптимальными следует считать условия, при которых относительная влажность составляет 50%, а температура воздуха + 18^оС (Головина Е.Г., Русанов В.И. 1993, Исаев А.А. 2003). При понижении температуры ниже точки росы начинается конденсация водяного пара из воздуха, а в качестве ядер конденсации используются взвеси, находящиеся в воздухе. Ростовская область относится к регионам с интенсивно развитой промышленностью и сельским хозяйством, что обусловило большой уровень антропогенного загрязнения воздушного бассейна. В результате химического взаимодействия влаги, находящейся в воздухе, с токсичными взвесями и газами выпадают кислотные, токсичные осадки. Кроме того, ряд инфекционных заболеваний распространяется воздушно-капельным путем, поэтому во влажном воздухе опасность инфекции резко возрастает (Поволоцкая Н.П., Скляр А.П. 1991, Матюхин В.А., Разумов А.Н. 1999, Биология, под редакцией Ярыгина В.Н. 2003). Наиболее чувствительны к изменениям влажности люди, страдающие заболеваниями верхних дыхательных путей. При уменьшении влажности воздуха у них возникают ощущения сухости горла, царапанья, жжения, сжимания. Людям, с заболеваниями верхних дыхательных путей не рекомендуется постоянное проживание либо проведения отпуска в местностях, географические условия которых допускают резкие изменения влажности. Для здоровых людей повышенная влажность вызывает снижение настроения, головные боли, сонливость, боли в конечностях, повышенное сердцебиение, интенсивность негативных реакций находится в прямой зависимости от содержания водяного пара в воздухе.

Облачность оказывает влияние на интенсивность солнечной радиации, попадающей на поверхность Земли. Её принято измерять по 10 бальной шкале: 0 баллов соответствует полному отсутствию облачности, а 10 баллов - сплошной облачности. Изменение облачности влияет на биологические реакции, связанные с поступлением солнечной радиации. Аномальные по длительности (для конкретной местности) синоптические ситуации с низкой облачностью и продолжительными осадками (моросящие дожди) нарушают биологические ритмы организма, определяемые естественной освещенностью, способствуют возникновению заболеваний депрессивного характера и заболеваний нарушающих обменные процессы. Возможно появление редкой формы депрессии у людей по типу "зимней спячки", отягощающейся неконтролируемым аппетитом и заметным увеличением массы тела.

Атмосферные осадки играют положительную, санитарную роль: они очищают воздух от пыли, микробов. По данным А. Миссенарда (Missenard A. 1952), дождь не способствует распространению инфекционных заболеваний. Бактериологический анализ дождевой воды показал отсутствие в ней микроорганизмов. А. Миссенард отмечал что, в дождливое время года смертность обычно понижается, уменьшается число жалоб, связанных с метеорологическими условиями. Одновременно с выпадением осадков происходят изменения в электрическом, а, следовательно, и магнитном полях Земли, способствующие улучшению самочувствия (Биометеорология материалы международного конгресса 2000, Missenard A. 1952). Снег, как правило, благотворно воздействует на психически лабильных и чувствительных к метеорологическим факторам людей. Снежный покров предохраняет поверхностный слой Земли приземный и слой атмосферы от образования пыли, являясь источником охлаждения прилегающих к нему слоев воздуха. Биометеорологические исследования показали, что осадки в основном оказывают благоприятное воздействие на человека. (Биометеорология материалы международного конгресса 2000, Amelung W., Beciktr F. Und Stroder U. 1962, Missenard A. 1952).

Влияние ветра разнообразно: обычно при низких температурах воздуха ветер усиливает теплоотдачу, что может привести к переохлаждению организма. Зимой ветер понижает сопротивляемость организма, а летом - повышает. Сильный ветер оказывает давление на поверхностные ткани организма, затрудняя дыхание, вызывая утомление (Исаев А.А.2003).

Таблица 1. Ощущения человека при различных скоростях ветра (А.А. Исаев, 2003)

В.И. Русановым (В.И. Русанов 1981) предложен ряд динамических градаций скоростей ветра:

· 0-1м/с - слабо динамическая;

· 2-3 м/с - средне динамическая;

· 4-7м/с - сильно динамическая;

· 8-15м/с - крайне динамическая;

· более 15 м/с - экстремально динамическая (штормовая).

А.А. Исаевым (А.А. Исаев, 2003) в таблице приводятся данные об ощущениях человека при различных скоростях ветра.

Ветер один из ведущих факторов, участвующий в формировании реакций теплообмена и теплоощущений. Насыщенный влагой воздух, движущийся со скоростью 3 м/с, при температуре 20^оС, кажется таким же холодным, как и неподвижный воздух при температуре 14^оС. Статистические данные, приводимые Д. Ассманом (1966), показывают, что в холодное время года ветры приводят к увеличению смертности, а в теплое время года ветер способствует понижению смертности. Больные туберкулезом (по А. Миссенарду 1952) отличаются особенной чувствительностью к перемене ветра, при этом у них наблюдается резкая реакция со стороны кровяного давления.

Метеопатические реакции, вызванные ветром, называют анемопатиями. Наибольший метеопатический эффект вызывают фён, бора, итальянский сирокко. Влияние фёна выражается в появлении головной боли, беспокойства, чувства неуверенности и страха, депрессии, зудящих болей, мелькания в глазах, шума в ушах, головокружении, сердцебиений и понижения работоспособности. Заметно усиливается действие возбуждающих средств: кофе, алкоголя и никотина. Нередко воздействию фёна приписывают увеличение количества преступлений и самоубийств, несчастных случаев (коэффициент корреляции не определялся). Бора и сирокко оказывают сходное воздействие: появляется ощущение вялости, снижается работоспособность, возрастает немотивированная раздражительность. Противоположностью сирокко является трамонтана - северо-северо-восточный ветер, наблюдающийся на большей части Италии. Трамонтана поразительно сух. и свеж. и вызывает благотворную биологическую реакцию (большинство людей чувствует себя удивительно комфортно).

5. Влияние атмосферного электричества и геомагнитных полей

Электрическое поле в воздушном пространстве обусловлено электрическими зарядами поверхности Земли и атмосферы. Поверхность Земного шара имеет устойчивый отрицательный заряд, тогда как атмосфера в целом заряжена положительно. Стационарное электрическое поле вблизи поверхности Земли при ясной погоде обладает напряженностью около 130 В/м, причем наибольшие значения наблюдаются в средних широтах, а к полюсам и экватору они несколько понижаются. Напряженность электрического поля Земли меняется, причем изменения могут быть как регулярными (суточными и годичными), так и нерегулярными. Разность потенциалов между точками, отстоящими друг от друга на расстоянии человеческого роста, оказывается равной около 200В, но человек не ощущает этого напряжения (и его не поражает электрический ток) потому, что сам он является хорошим проводником электрического тока. Как и всякий проводник, находящийся в электрическом поле, человек искажает его, эквипотенциальные поверхности электрического поля огибают человека, и все точки его тела имеют одинаковый потенциал. Полный заряд Земли, как показали измерения, составляет примерно 6 105 Кл. Разность потенциалов между поверхностью Земли и верхними, положительно заряженными, слоями атмосферы достигает 400 000 В. (О.А. Барсуков, К.А. Барсуков 2003). В связи с тем, что атмосфера обладает проводимостью, то между ней и Землей течет ток (суммарное значение которого составляет 1800 А) с суточными вариациями. Максимум этого тока (примерно на 15% больше среднего) приходится на 19 часов по лондонскому времени и, что характерно, максимум достигается одновременно для всех точек Земли.

Электрические поля, проводимость, отрицательные ионы (разные по размерам) формируют основные электрические свойства атмосферы в ясную погоду. Барические системы, движение воздушных масс, ветры и турбулентность, распределение температуры и водяного пара в большей степени определяют электрические свойства тропосферы, влияя на распределение заряженных частиц и незаряженных аэрозолей, а также радиоактивных частиц земного происхождения. Это воздействие наиболее значительно в слое атмосферного обмена.

Важной составляющей электрического поля атмосферы служат ионы газов, входящих в состав воздуха (аэроионы). Источником ионизации атмосферного воздуха служит УФ составляющая солнечной радиации, естественные радиоактивные вещества, содержащиеся в земной коре, космические лучи, электрические разряды в атмосфере, кроме того, дополнительным источником ионизации служит газ радон (Rn).

Атмосферные ионы, электромагнитные импульсы (атмосферики) обладают биологическим воздействием, что обнаружено уже достаточно в работах А.Л Чижевского (1936). В воздухе больших городов и индустриальных районов преобладают тяжелые ионы. Чем чище воздух, тем больше в нем легких и средних ионов. Градиент напряженности в больших городах в 2-3 раза выше, чем в сельской местности, что объясняется, в первую очередь, большим загрязнением воздушного бассейна над городом. Градиент напряженности уменьшается с высотой, на высоте 150 метров, при ясном небе, он составляет всего 25В/м. Легкие ионы, под действием электрического поля перемещаются, причем отрицательно заряженные направляются вверх, а положительные - к поверхности Земли. Благодаря чему в атмосфере появляется вертикальный ток, сила которого составляет 2·10 -20 А/м². По данным Рейтера (1960), уравнивающий ток в атмосферного электричества на 1 м² поперечного сечения составляет 2·10 -18 А, что значительно меньше биотоков организма. Для количественной оценки ионизационного режима воздуха, с точки зрения его биологической активности, существует коэффициент униполярности ионов в воздухе - К. Он определяется как отношение количества положительных ионов (n+) к количеству отрицательных (n-) в 1 м³ воздуха.

К = ;

Причем чем этот коэффициент меньше, тем выше биологическая активность воздуха. Бузорини (1841) высказал гипотезу и отстаивал мнение, что живые организмы (человек и животное) в воздухе, имеющем положительный заряд, имеют большую потребность в кислороде, чем в нейтрально заряженном или заряженном отрицательно. Научные исследования в этом направлении были продолжены Шлиппом (1888), Шорером (1928, 1931) и успешно обоснованы Чижевским (1936). В зависимости от местных условий ионизационный режим воздуха колеблется в значительных пределах и определяется совокупностью многих физических условий и атмосферных процессов. В Кисловодске наибольшее количество легких отрицательных ионов отмечается при вторжении холодных (чистых) масс воздуха до 1200-2000 ионов/см³. В парке, при этом, коэффициент униполярности ионов достигает (достаточно часто) 0,5. А вот с приходом запыленных тропических воздушных масс количество отрицательных легких ионов падает до 400 ионов/см³, зато коэффициент униполярости возрастает до 2-4. Воздух, отрицательно ионизированный с низким коэффициентом униполярности, оказывает благоприятное воздействие на больных бронхиальной астмой, туберкулезом, сердечно-сосудистыми заболеваниями. Биологическое влияние электрически заряженных составных частей вдыхаемого воздуха бесспорно, однако свести биологическое воздействие погоды только к влиянию ионизации воздуха было бы неправильно.

В результате большого числа наблюдений А.Л. Чижевским установлено влияние на человека значений объемной плотности электрического заряда в приземном атмосферном воздухе. Наибольшая смертность людей приходится на 4 - 10 часов местного времени, т.е. когда отмечается максимум объемной плотности электрического заряда, и на 19-20 часов, когда наблюдается его минимум. При этом наибольшее число сердечных приступов и повышенная свертываемость крови наблюдается в 6-12 часов, т.е. с небольшим запаздыванием по фазе относительно изменения объемной плотности атмосферного электричества, что связано с последействием процессов, происходящих в организме человека. Работоспособность же человека достигает максимума после утреннего пика плотности заряда в 10-12 часов, спадая до минимума к 14 часам, и вновь достигает максимума к 16-18 часам. Следовательно, можно отметить, что максимальная работоспособность человеческого организма наблюдается после перехода плотности объемного заряда от экстремальных значений к среднесуточным. Эти эффек5ты объясняются изменением величины двойного электрического слоя в биомембранах, когда в них достигается состояние электрического пробоя. Кроме того, значительное отклонение плотности электрического заряда от средних значений приводит к нарушениям в передаче электрических импульсов по трасмембранным цепям, что для ослабленного организма может послужить толчком к резкому ухудшению состояния и даже к летальному исходу (О.А. Барсуков, К.А. Барсуков 2003).

В настоящее время не вызывает сомнения факт влияния гелиофизических возмущений на самочувствие человека. Установлено, что скоропостижные смерти, инфаркты, инсульты, обострения сердечно-сосудистых хронических заболеваний могут быть спровоцированы гелиофизической обстановкой (Биометеорология материалы международного конгресса 2000). При сопоставлении ежесуточных данных по реанимации (ИЗМИРАН, Москва, 1997-2000, Биометеорология материалы международного конгресса 2000) с параметрами окружающей среды обнаружено, что магнитные бури в сочетании с пониженным атмосферным давлением дают преобладание числа тяжелых инфарктов, вплоть до летального исхода, в клинической картине, например 28, 29 января 2000 г., сочетание резких изменений геомагнитного поля при повышенном атмосферном давлении привело к увеличению числа инсультов (Биометеорология материалы международного конгресса 2000).

Существование магнитного поля Земли объясняется наличием токов, кружающих в её жидком металлическом ядре. Магнитное поле Земли до высот равных примерно 3Rз (где Rз = 6380 км - радиус Земли) имеет дипольный характер, а на больших высотах - значительно более сложную структуру. Силовые линии магнитного поля сходятся на геомагнитных полюсах северном и южном, которые почти совпадают с географическими полюсами. Индуктивность магнитного поля Земли меняется от 35 мкТл на экваторе до 65 мкТл у полюсов. За счет исходящего от Солнца потока заряженных частиц (солнечного ветра со средней скоростью, вблизи Земли, - 400 км/с и средней плотностью - 10 частиц/см³) на расстоянии более 3Rз геомагнитное поле сильно искажается. Область занятая магнитным полем называют магнитосферой. Магнитосфера, не смотря на название, не сферична, а имеет форму капли и вытянута в сторону противоположную направлению на Солнце.

Магнитное поле Земли, как силовое поле, воздействует на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Горизонтальная составляющая постоянного магнитного поля Земли максимальна у экватора (0,3-0,4 Э), а вертикальная - у магнитных полюсов 0,6-0,7 Э). Переменные магнитные поля (вариации) получили название магнитных возмущений и магнитных бурь. Отмечаются небольшие суточные, сезонные, годовые и вековые вариации магнитного поля Земли, связанные с солнечной активностью и полусуточные изменения, связанные с влиянием Луны. Кроме того, отмечаются и короткопериодные микропульсации. Магнитное и электрическое поля влияют на фотосинтез, на движение простейших вдоль силовых линий, на поведение рыб. Отмечается влияние магнитного поля на свертываемость крови. По результатам исследований В.П. Каюдченко (1969) скорость осаждения эритроцитов (СОЭ) статистически достоверно повышается в, дни с повышенной напряженностью геомагнитного поля. Переменное магнитное поле напряженностью в 2500 Э вызывает видимое люминесцентное свечение ядер лейкоцитов периферической крови человека и животных. Предполагается, что при определенной интенсивности и длительности действия, электромагнитных полей преобладает не энергетическое, а сенсорное, информационное действие на организм. По некоторым исследованиям, порог восприятия переменных магнитных полей центральной нервной системой человека лежит ниже 0,001 Э (Тромпс 1969). Ю.Д. Сафонова с соавторами (1967) показала, что работающее сердце человека обладает магнитным полем. Коген (1972) подчеркивал, что магнитное поле сердца кружающеет одну миллионную часть постоянного магнитного поля Земли. Магнитное поле мозга человека в десять раз слабее магнитного поля сердца, причем частота электромагнитных колебаний мозга лежит в пределах от 0 - до 40 Гц. Установлено, что на солнечные возмущения, прежде всего, реагирует нервная система. В результате многочисленных наблюдений установлено, что при магнитных бурях увеличивается количество авиакатастроф, травматизма. Количество транспортных происшествий резко возрастает в дни, следующие за вспышками на Солнце. Во время "спокойного Солнца" магнитосфера пронизывается потоком горячего коронарного газа Солнца с примерно одинаковыми плотностью, температурой и скоростью движения - солнечным ветром. Вспышка на Солнце - мощнейший взрыв, вызывающий увеличение солнечной активности (солнечную бурю) и, как следствие, проявление всплеска рентгеновского и ультрафиолетового излучений, выброса плазмы (заряженных частиц), обладающей высокой энергией от единиц кэВ (килоэлектронвольт) до десятка ГэВ (гигаэлектронвольт). Энергия одной средней вспышки на Солнце примерно соответствует одновременному извержению 10 вулканов. В результате вспышки в солнечном излучении образуется (при сверхзвуковой скорости движении) ударная волна, опережающая плазменное облако, плотность и скорость движения которого в два раза превышает плотность и скорость плазмы при спокойном Солнце. Электромагнитное излучение при вспышке достигает Земли за время около 10 минут, не вызывая при этом заметных изменений в её магнитном поле. Магнитосферная буря начинается с приходом к Земле фронта ударной волны, деформации магнитосферы объединению магнитного полей магнитосферы и потока солнечной плазмы, сопровождающаяся взрывными процессами (магнитосферными суббурями) продолжительностью от 1 до 3 часов. Во время больших геомагнитных бурь в течение 1-2 дней могут наблюдаться сильные флюктуации магнитного поля Земли, составляющие 200-300 нТл на низких широтах и 1000 нТл на более высоких. К примеру, 13 марта 1989 года на ст. Ла Аквилла (42о северной широты) среднечасовые вариации поля были в 10 000 раз выше фоновых в частотном интервале 0,2-5 Гц, и в 3000-5000 раз на частотах менее 0,1 Гц. Во время этой же бури были потеряны (из-за нарушения радиосвязи) четыре навигационных спутника "транзит", т.е. магнитные бури оказывают влияние и на электронную технику. Порог чувствительности человеческого организма к для потока мощности геомагнитного поля составляет порядка 10-9 эрг/с см2 в расчете на одну клетку (по теоретическим оценкам И.Ф. Бутьевой и В.Ф. Овчаровой), а возмущенному полю соответствуют потоки мощности в 10-4-10-7 эрг/с см², что на 2-5 порядков превышает пороговую чувствтительность биологических рецепторов человеческого организма. Во время магнитных бурь меняются параметры атмосферного электричества, возбуждаются акустические колебания, за счет разогрева ионосферы токовыми системами и передачи тепловой энергии в атмосферу. Следствия магнитосферных и геомагнитных бурь проявляются в мощных полярных сияниях, ионосферных возмущениях, увеличивающихся потоках рентгеновского и УФ излучений, в появлении сверх низкочастотных электромагнитных колебаний.

К.Э Циолковским и В.И. Вернадским была впервые сформулирована идея о том, что человек и вся биосфера Земли представляют собой составную часть космического пространства, а А.Л. Чижевский собрал громадный статистический материал, подтверждающий эту взаимосвязь. Им убедительно доказана связь циклов солнечной активности с большими эпидемиями в различных местах Земли, со смертностью, с частотой эпилептических припадков, со статистикой инсультов. В своей книге "Земное эхо солнечных бурь" им убедительно доказано, что увеличение жестких холерных эпидемий идет параллельно с ростом интенсивности образования пятен на Солнце, а эпохи затишья эпидемий холеры совпадают с падением солнечной активности. В последние десятилетия проведено большое число работ по изучению влияния геомагнитных вариаций на здоровье человека. В совместных работах Санкт-Петербургского государственного университета, НИИ физики, ГГО им. Воейкова, Медицинского университета (СПб.) и Государственного электротехнического университета (СПб.) убедительно доказывается, что психо-эмоциональное состояние человека модулируется физическими факторами окружающей среды, зависящими от флуктуаций глобальных геокосмических факторов и определенных метеорологических условий. Когда параметры межпланетного магнитного поля (ММП) соответствуют низкому уровню геомагнитной активности (ГМА), вероятность психической неустойчивости или психо-эмоциональной лабильности в человеческом социуме повышается.

Однако здесь следует отметить, что ни изменения солнечной активности, ни крупномасштабных атмосферных процессов, ни изменения отдельных метеорологических элементов и погодных условий в реальном времени не являются причинами заболеваний человеческого организма, а выступают лишь как катализаторы, обостряя уже имеющиеся заболевания у хронически нездоровых людей и создавая реальные предпосылки нарушения физиологических систем регуляции у здоровых, готовя тем самым благоприятные условия возникновения заболеваний.

По результатам исследований к основным биотропным космо-геофизическим факторам можно отнести: космические, ультрафиолетовые, световые, тепловые, радиоволновые излучения, приходящие на Землю из космоса и звезд; метеорологические; химический состав воздушной среды; электрические, магнитные, гравитационные поля Земли; высоту местности над уровнем моря, ландшафтные зоны; сезонные и суточные ритмы. Гармония с этими процессами определяет прогрессивную направленность эволюционного развития человека на Земле, а рассогласование жизнеобеспечивающих процессов с пульсом биосферы и космоса - вызывает болезни, преждевременное старение, рождение больных детей, духовную и физическую деградацию человечества.

6. Влияние крупномасштабных атмосферных процессов

Для выявления метеопатических реакций обязательно необходимо учитывать крупномасштабные атмосферные процессы (Ассман Д. 1966), т. е. рассмотрение отдельных метеорологических элементов в отрыве от крупномасштабных процессов недостаточно для оценки биологического воздействия на живые организмы.

Интенсивное биотропное воздействие оказывают меридиональные синоптические процессы, которые можно разделить на два типа: тропический и полярный. Для примера анализ особенностей циркуляции воздушных масс над территорией Ростовской области позволяет отметить, что меридиональные синоптические процессы, характерные в осенний период, представлены на её территории прохождениями северо-западных "ныряющих циклонов", вызывающих не только резкую смену погоды, но и интенсивное биотропное воздействие на организм человека.

Умеренное и слабое биотропное воздействие характерно для зональных синоптических процессов, делящихся на две группы: западную и восточную ситуации. К примеру, в Ростовской области субширотная ориентация наиболее возвышенных участков (Донская гряда, Донецкий кряж, Сало-Манычская гряда), а наличие Манычской и Нижнедонской низменностей способствует формированию так называемого "ветрового коридора", удобного для западно-восточных вторжений отрогов Азиатского и Арктического антициклонов, Черноморской депрессии, Атлантических циклонов. Антициклонические синоптические процессы не оказывают биотропного воздействия, если они не сопровождаются образованием хорошо выраженных инверсий нисходящего скольжения. Наиболее сильные метеотропные реакции наблюдаются при меридиональных синоптических процессах тропического типа. Этим процессам характерна адвекция тропического воздуха на север, приводящая к трансформации воздуха до больших высот. Умеренное и слабое биологическое воздействие оказывают широтные метеорологические процессы (Мерков Б.П., Найшуллер М. 1985, Biometeorology 1962, Amelung W., Beciktr F. Und Stroder U. 1962, Missenard A. 1952, Ю.П. Хрусталев, С.С. Андреев, Ю.Г. Андриади 2002).

7. Метеотропность - признаки, реакции и состояния

Свойство живых организмов реагировать на изменения погодных условий называют метеотропностью. Здоровый человек, постоянно проживающий в данной местности, как правило, не реагирует на изменения погодно-климатических условий. Однако, если адаптационные механизмы его организма выполняют свои функции недостаточно эффективно, то и у здоровых людей могут наблюдаться метеотропные реакции в виде легкого дискомфорта, недомогания, ухудшения самочувствия. У метеочувствительных и у больных людей при изменении погодных условий возникают психоэмоциональные реакции, вызывающие изменения в физиологических процессах организма, ухудшение самочувствия, проявление клинических расстройств, обострение хронических заболеваний и даже смерть.

Наиболее подвержены влиянию погоды люди, страдающие:

· сердечно-сосудистыми заболеваниями - 82%;

· бронхолегочными заболеваниями - 68-72%;

· заболеваниями опорно-двигательного аппарата - 87%;

· психоэмоциональными нарушениями - 82-90%.

С достаточно большой достоверностью можно констатировать что, отдельные метеорологические условия являются причинами рассеяние концентрации внимания, снижения работоспособности и эмоциональной уравновешенности людей. К таким условиям можно отнести духоту, жару, штормовой ветер, перепады давления, температуры, низкую облачность, грозы, магнитные бури. Повышенная чувствительность людей к погодным изменениям называют метеолабильностью, а болезненные ощущения, возникающие под их воздействием - метеотропными (метеопатическими) реакциями.

Люди, обладающие повышенной болезненной чувствительностью к аномалиям погоды, - метеотропными больными.

По данным приводимым А.А. Исаевым (Исаев А.А., 2003) в условиях Центральной России среди практически здоровых людей метеолабильных (в зависимости от сезона) 25-45%, Среди взрослых больных - 55-70%, а среди больных детей - 40-60%.

Таблица 2. Метеотропные изменения, обострения (%) у больных и здоровых людей по сезонам в условиях Центральной Росси (Исаев А.А. 2003)

Метеопатические признаки можно классифицировать как:

1. предчувствие изменения погоды (субъективное);

2. жалобы людей на плохое самочувствие во время изменений погодных условий при отсутствии других причин;

3. неоднократное повторение метеореакций;

4. одновременные жалобы групп больных людей;

5. проявление симптомов интоксикации;

6. резкое ухудшение работоспособности, активности, самочувствия.

При обнаружении 3-х и более признаков из перечисленных выше пациент относится к категории повышенной метеочувствительности (метеолабильности).

Для оценки метеопатических реакций используются количественные клинические тесты:

1. индекс Керде используется для характеристики реакций вегетативной нервной системы

Ик = ;

где: АДмин - диастолическое (нижнее) артериальное давление;

ЧСС - число сердечных сокращений.

Считается, что положительные значения Ик отражают преобладание тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы, а отрицательные характерны для ваготонии, т.е. нестабильного состояния сосудов.

2. тест-индекс метеочувствительности Руддера

GM = ;

где: Kn - число зарегистрированных клинических ухудшений от погоды;

KN - общее число клинико-функциональных нарушений;

n - число дней с неблагоприятной погодой;

N - общее число дней наблюдений.

Значение GM > 1соотвествует наличию метеотропных проявлений.

3. Индекс сезонной заболеваемости и смертности.

GС = (dI / mI 365) / N;

где: dI - число смертных случаев в i -том месяце рассматриваемого года;

mI -число дней в месяце;

N - численность населения.

Проблема индивидуальной чувствительности человека к изменяющимся условиям среды обитания является важнейшей, но в то же время наименее изученной. Одни и те же погодные условия по-разному влияют на людей в зависимости от возраста, пола, состояния здоровья и других факторов. При детальном анализе воздействия отдельных метеорологических элементов на самочувствие людей П.Г. Мезерницким (1934) были разработаны карты пространственного распределения температуры, влажности, атмосферного давления. В результате было подтверждено, что простое суммирование отдельно действующих на человека метеорологических величин не идентично воздействию тех же величин, но в составе всего погодного комплекса. Для оценки взаимосвязи климатических условий и самочувствия человека карт пространственного распределения и данных о временном распределении отдельных метеорологических элементов недостаточно. Необходимо использовать различные комплексные метеорологические показатели (индексы), отражающие теплоощущения человека, определяющие зоны комфорта и дискомфорта, понимая под зонами комфорта такие зоны, где. окружающая среда не требует напряжения адаптационных механизмов человеческого организма. М.С. Горомосов (1963, 1972) рассматривает тепловой комфорт как комплекс метеорологических условий, при котором терморегулирующая система организма находится в состоянии наименьшего напряжения (физиологического покоя), а протекание всех остальных функций происходит на уровне, наиболее благоприятном для отдыха и восстановления сил.

Приняты оптимальные значения метеорологических параметров, обеспечивающих максимальный комфорт (данные приведены для средних широт): температура воздуха +18⁰С; относительная влажность 50%; скорость ветра 0 м/с; облачность 0 баллов; изменчивость давления 0 гПа/сутки; температуры воздуха 0⁰С/сутки. Вариации горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля (Н) Земли не более (2-12)•10-3 А/м за сутки; напряженность электрического поля Земли в пределах от 100 до 200 В/м. (Головина Е.Г., Русанов В.И., 1993, "Физические величины" 1991)

Большинство людей отмечают изменения в самочувствии, связанные с погодой. Возникновение погодных условий, не свойственных данной местности, определенному времени года, контрастные межсуточные изменения метеорологических элементов, приводят к наиболее раздражающим воздействиям. Метеочувствительность у городских жителей в 1,5-2 раза выше, чем у сельских жителей. Городские жители, как правило, проводят гораздо меньше времени на открытом воздухе, поэтому и менее адаптированы к воздействию метеорологических факторов, в результате у них ярче выражены метеопатические реакции, чему способствуют не только неблагоприятные погодные условия, но и загрязнение воздушного бассейна городов. Влияние погодных условий вызывает широкий диапазон ответных реакций, проявляющихся как в едва заметных нарушениях поведенческих реакций у практически здоровых людей так и тяжелых обострений сердечно-сосудистых и других заболеваний у людей с высокой метеочувствительностью. Смена погодных условий сама по себе не вызывает заболеваний, но провоцирует обострение уже приобретенных расстройств здоровья. Медицинская статистика подтверждает, что при резких колебаниях метеорологического режима количество инфарктов миокарда увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с периодом стабильной погоды; число приступов стенокардии в 3-4 раза больше при резкой смене погоды, чем в спокойную. Резкие колебания метеорологических элементов приводят к лабильности периферического сосудистого тонуса у больных атеросклерозом, усилению коагулирующих свойств крови. Более 70% больных с патологией органов кровообращения оказываются метеочувствительными, причем у 50% из них наблюдались ухудшения самочувствия, отрицательные сдвиги на ЭКГ и колебания артериального давления в периоды неблагоприятной погоды. Необходимо учитывать, что на человека влияет не только погодный режим, но еще и другие гео- и гелиофизические явления, оказывающие опережающее или отстающее по времени воздействие.

Факты "досрочной" (за несколько часов или даже суток) массовой реакции людей на магнитные возмущения многократно регистрировались. Чижевский считал это "явление в биосфере, происходящим под воздействием специфически биологически эффективного Z-излучения Солнца". Однако, как показали исследования О.В. Хабаровой (ИЗМИРАН), одним из факторов, ответственных за это явление могли быть изменения солнечного ветра, предшествующие геоэффективным высокоскоростным потокам. Ею установлено, что некоторым высокоскоростным потокам предшествуют интенсивные низкочастотные колебания плазменных параметров: от 10-2 до 10-4 Гц. Возможно, такая реакция объясняется совпадением частот вынужденных колебаний геомагнитного поля с собственными частотами человеческого организма (Биометеорология материалы международного конгресса 2000). Возникновение метеопатических реакций обусловлено как комплексным воздействием факторов окружающей среды, так и состоянием здоровья. Один и тот же тип погоды вызывает психологически разные реакции в зависимости от сезонов года. Дождь весной и осенью воспринимается совсем по-разному, температура воздуха + 10^оС летом воспринимается как холодная, а те же +10^оС зимой - как теплая, мягкая. По степени выраженности можно выделить метеочувствительность четырех типов (Поволоцкая Н.П., Скляр А.П. 1991)