Влияние космогеофизических факторов на живые организмы

Influence of Cosmogeophysical Factors on Living Organisms



С.И. Сороко
S.I. Soroko
soroko@iephb.ru
зав. лабораторией сравнительных эколого-физиологических исследований Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук, академик РАЕН, член-корреспондент РАН, лауреат Государственной премии СССР, доктор медицинских наук, профессор
Head of the Laboratory of Comparative Ecological and Physiological Studies, the Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Russian Academy of Sciences, full member of the Russian Academy of Natural Sciences, corresponding member of the Russian Academy of Sciences, Winner of the USSR State Prize, Doctor of Medicine, professor
Санкт-Петербург
St. Petersburg

Ключевые слова:

  • космическая биология
  • электромагнитные и корпускулярные излучения Солнца
  • солнечно-земные связи
  • космические ритмы
  • слабые и сильные взаимодействия
  • мозг
  • магнитные поля
  • Keywords:

  • space biology
  • electromagnetic and corpuscular Sun radiation
  • solar-terrestrial relation
  • cosmic rhythms
  • weak and strong interactions
  • brain
  • magnetic fields
  • В статье приведен обзор данных литературы и представлены результаты собственных исследований автора по изучению реакции организма человека и животных на воздействие гелиогеофизических и метеорологических факторов. Рассматриваются возможные нейрофизиологические, биохимические и молекулярные механизмы взаимодействия отдельных систем организма с физическими параметрами ионизирующих и проникающих излучений околоземного пространства. Значительное место уделено воздействию на организм резких возмущений геомагнитного поля (магнитных бурь). Показано, что реакции человека на воздействие природных факторов среды являются интегральным результатом, отражающим как прямое влияние на вегетативные процессы организма, так и опосредованное, через изменение центральных (мозговых) процессов их регуляции.

    We make a survey of published data and introduce the results of our own research concerning the response of the human body and animals to heliogeophysical and meteorological factors. Possible neurophysiological, biochemical and molecular mechanisms of interaction of organism systems with physical parameters of ionizing and penetrating radiation of near-earth space are considered. We pay special attention to the impact of geomagnetic disturbance (magnetic storms). We demonstrate that human reactions to natural environmental factors should be seen as an integral result, reflecting both a direct impact on the vegetative processes of the body, and indirect, via changes in the central (brain) processes of their regulation.

    Обзор статьи

    Биосфера Земли подвержена постоянному воздействию космических факторов, среди которых основное место занимают солнечная активность (электромагнитные излучения – видимый свет, ультрафиолетовое, радиоизлучение, рентгеновское и др.) и корпускулярное излучение (солнечный ветер, солнечные космические лучи от вспышек), а также состояние межпланетного магнитного поля, галактических магнитных полей и галактические излучения. Эти факторы наиболее выражены в полярных районах нашей планеты, что объясняется структурой геомагнитного поля Земли. В настоящее время в научной литературе накоплено много данных о влиянии на человека комплекса гелиокосмических факторов, однако биофизические и физиологические механизмы их воздействия на живые системы в большинстве остаются неясными и во многом противоречивыми. Это в полной мере относится и к влиянию на человека геомагнитной активности.
    Фоновые электромагнитные поля считаются одним из важнейших экологических параметров [10; 11; 21]. Имеется в виду постоянно существующий на поверхности Земли фон электромагнитных колебаний на частотах ниже 103 Гц (низкие и сверхнизкие частоты). Он формируется несколькими источниками: микропульсациями геомагнитного поля, очень низкочастотными излучениями магнитосферы, атмосфериками (низкочастотная часть спектра излучения молниевых зарядов). Напряжённость поля во всем этом диапазоне частот сильно варьирует в связи с солнечной активностью (рис. 1). Низкочастотные электромагнитные поля проникают с малым затуханием практически всюду – в почву, толщу воды, замкнутые помещения [2; 21].
    Имеются сложные взаимодействия солнечного ветра и межпланетного магнитного поля с магнитосферой, которые вызывают соответствующие возмущения ЭМП Земли.
    Любые изменения на Солнце, сопровождающиеся вариациями ионизирующего излучения, немедленно обнаруживаются во флюктуациях ГМП, даже 5-минутные акустические собственные солнечные колебания. Однако до сих пор считается, что эти флюктуации не имеют экологической значимости для живых организмов [10].
    Космогеофизические факторы, оказывая воздействие на биохимические параметры, могут модулировать функциональное состояние организма в целом. Электромагнитные поля, в том числе естественные (геомагнитные, ионосферные, межпланетные) в первую очередь воздействуют на молекулярные уровни организма. Они являются пусковыми для проявления макроэффектов. Влияние электромагнитных полей на биохимические процессы организма отражается в изменениях обмена (углеводного, белкового, азотистого, липидного и электролитного). При этом характер реакции может быть разнонаправленным в зависимости от параметров воздействия [37; 42; 64].

    Список использованной литературы

    1. Авакян С.В., Вдовин А.И., Пустарнаков В.Ф. Ионизирующие и проникающие излучения в околоземном пространстве. Справочник. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. 502 с.
    2. Авакян С.В., Воронин Н.А. Возможные механизмы влияния гелиогеофизической активности на биосферу и погоду // Оптический журнал. 2006. Т. 73. № 4. C. 78–83.
    3. Акоев И.Г., Каранова М.В., Кузнецова В.И., Коломыткин О.В. Действие СВЧ-поля на ГАМКэргические и ацетилхолинэргические системы синаптической передачи // Радиобиология. 1985. Т. 25. Вып. 3. С. 426–428.
    4. Антипов В.В., Давыдов Б.И., Тихончук В.С. Биологическое действие электромагнитных излучений микроволнового диапазона // Проблемы космической биологии. М.: Наука. 1980. Т. 4. С. 222.
    5. Артюхов В.Г., Ковалева Т.А., Шмелев В.П. Биофизика. Воронеж, 1944.
    6. Белишева Н.К., Попов Н.А., Петухова Н.В. Качественная и количественная оценка воздействия вариаций геомагнитного поля на функциональное состояние мозга человека // Биофизика, 1995. Т. 40. Вып. 5. С. 1005–1012.
    7. Белов Д.Р., Кануников И.Е., Киселев Б.В. Зависимость пространственной cинхронизации ЭЭГ человека от геомагнитной активности в день опыта // Рос. физиол. журнал им. И. М. Сеченова. 1998. Т. 84. № 8. С. 761–774.
    8. Бинги В.Н. Спиновые механизмы биологических эффектов слабых магнитных полей // Корреляции биологических и физико-химических процессов с космическими и гелиогеофизическими факторами: тезисы докл. 4-го Междунар. Пущинского симпозиума. Пущино, 1996. С. 124.
    9. Богданов А.А. Всеобщая организационная наука (тектология). Ч. III. М.–Л.: Книга, 1928.
    10. Владимирский Б.М. Солнечно-земные связи в биологии и явления захвата частоты // Проблемы космической биологии. 1982. Т. 43. С. 166–173.
    11. Владимирский Б.М., Норманский В.Я., Темурьянц Н.А. Космические ритмы в магнитосфере, атмосфере, среде обитания, био-, ноосферах, в земной коре. Симферополь, 1994. 176 с.
    12. Владимирский Б.М., Сидякин В.Г., Темурьянц Н.А., Макеев В.Б., Самохвалов В.П. Космос и биологические ритмы. Симферополь, 1995. 206 c.
    13. Воробейчиков В.М., Трошичев О.А., Горшков Э.С., Степанов В.В. Влияние гравитационных возмущений на поведение человека и высших животных // Проблемы Арктики и Антарктики. 2008. № 2. С. 125–132.
    14. Галкина Н.С., Ухов Ю.И. Гетерогенность реакций нейроцитов различных отделов головного мозга на многократное сверхвысокочастотное облучение // Невропатол. и психиатрия. 1979. Т. 79. № 7. С. 880.
    15. Гапонов-Грехов А.В., Рабинович М.И. Стохастические автоколебания в радиофизике, гидродинамике // Вестник АН СССР. 1980. № 10. С. 15.
    16. Горохов И.Е., Капылов А.Н., Михалев Е.С., Сташков А.М. Геомагнитные корреляции в модификации реактивности организма при действии ионизирующей радиации в летальных дозах // Корреляции биологических и физико-химических процессов с космическими и гелиогеофизическими факторами: тезисы докл. 4-го Междунар. Пущинского симпозиума. Пущино, 1966. С. 60.
    17. Григорьев П.Е. Вклад гелиогеофизических факторов в динамику психических состояний // Геофизические процессы и биосфера. 2008. Т. 7. № 3. С. 63–69.
    18. Губанов В.А., Захаров В.В., Коваленко А.Н. Введение в системный анализ. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988.
    19. Дмитриевский И.М. Магнитно-резонансный биофизический механизм слабых взаимодействий // Корреляции биологических и физико-химических процессов с космическими и гелиогеофизическими факторами: тезисы докл. 4-го Междунар. Пущинского симпозиума. Пущино, 1966. С. 132.
    20. Дорман Л.И. Космические лучи: состав, спектр, анизотропия и происхождение // Итоги науки и техники. Сер. Астрономия. 1988. Т. 33. С. 3–9.
    21. Дубров Ф.П. Геомагнитные поля и жизнь. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 175 с.
    22. Думанский Ю.Д., Сердюк А.М., Лось И.П. Влияние электромагнитных полей радиочастот на человека. Киев: Здоровье, 1975. 175 с.
    23. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С. [и др.]. Общая химия. Химия биогенных элементов / под ред. Ю.А. Ершова. М.: Высшая школа, 1993. 450 с.
    24. Жуковский А.П., Ровнов Н.В., Жуковский М.А. Структура воды и ее состояние в модельных системах и биологических объектах // Проблемы ноосферы и устойчивого развития: матер. 1-й междунар. конф. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1966. С. 155.
    25. Зубарев В.Е. Метод спиновых ловушек. М.: Изд-во МГУ, 1984.
    26. Зубрилов С.П. Физическая активация растворов. Л., 1989.
    27. Иванов И.И., Зарембский Р.А., Коровкин Б.ф. [и др.]. Введение в клиническую биохимию (основы патобиохимии) / под ред. И.И. Иванова. М.: Медицина, 1969.
    28. Казначеев В.П. Современные аспекты адаптации. Новосибирск: Наука, 1980. 191 с.
    29. Кешнер М.С. Шум типа 1/f // ТИИЭР. 1982. Т. 70. № 2. С. 60.
    30. Кисловский Л.Д. Реакции биологической системы на адекватные ей слабые низкочастотные электромагнитные поля // Проблемы космической биологии. М.: Наука, 1982. Т. 43. С. 148–166.
    31. Кисловский Л.Д. О роли воды в первичных механизмах воздействия гелиофизических факторов на простейшие модели живых систем // Электромагнитные поля в биосфере. М.: Наука, 1984. С. 240.
    32. Коган И.М. Сверхслабые взаимодействия – как проблема // Сверхслабые взаимодействия в технике, природе и обществе: тезисы докл. М., 1993. С. 5.
    33. Кузичева Е.А., Симаков М.Б., Малько И.Л. [и др.]. Абиогенный синтез и деструкция биологически важных молекул под действием вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения и заряженных частиц // Проблемы ноосферы и устойчивого развития: матер. 1-й междунар. конф. СПб.: Изд-во СПбУ, 1996. С. 178.
    34. Лобышев В.И., Шахлинская Р.Э. Рыжиков Б.Д. Вода как сенсор и преобразователь слабых полей электромагнитной природы // Корреляции биологических и физико-химических процессов с космическими и гелиогеофизическими факторами: тезисы докл. 4-го Междунар. Пущинского симпозиума. Пущино, 1966. С. 138.
    35. Мастихирн И.В., Николин В.П., Тесленко В.С. [и др.]. Повышение чувствительности опухолевых клеток к циклофосфану в результате ударно-волнового воздействия // Доклады АН. 1995. Т. 342. № 2. С. 262.
    36. Никольский Г.А., Шульц Е.О. Нестабильность спектральной солнечной радиации и трансформация оптических свойств атмосферы – фундаментальные факторы воздействия солнечной активности на биосферу // Корреляции биологических и физико-химических процессов с космическими и гелиогеофизическими факторами: тезисы докл. 4-го Междунар. Пущинского симпозиума. Пущино, 1966. С. 140.
    37. Новиков В.С., Сороко С.И. Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях. СПб.: Политехника-принт. 2017. 476 с.
    38. Павлова Г.Н., Музалевская Н.Н., Соколовский В.В. Влияние слабого переменного электромагнитного поля как активность ферментов энергетического обмена нервной ткани // Матер. 7-й нейрохимической конференции. Л., 1976. С. 151.
    39. Парфенов В.А., Парфенов В.А., Доронин В.Н., Тлеулин С.Ж., Намвар Р.А., Совенков В.М. Ритмы биоэлектрической активности мозга и ее корреляции с вариациями геомагнитного поля // Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов. Т. 2. Циклическая динамика в природе и обществе. М.: Мир, 1998. 432 с.
    40. Пасько О.А., Семенов А.В. О роли двойных электрических слоев во взаимодействии объектов живой и неживой природы // «Корреляции биологических и физико-химических процессов с космическими и гелиогеофизическими факторами: тезисы докл. 4-го Междунар. Пущинского симпозиума. Пущино, 1966. С. 143.
    41. Раевская О.С., Рыжиков Г.В. Динамика межполушарной асимметрии при изменении геомагнитного поля. // Физиология человека. 1984. Т. 10. № 3. С. 471–473.
    42. Рожков В.П., Трифонов М.И., Бекшаев С.С., Белишева Н.К., Пряничников С.В., Сороко С.И. Оценка влияния геомагнитной и солнечной активности на биоэлектрические процессы мозга человека с помощью структурной функции // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 2016. Т. 102. № 12. С. 1479–1494.
    43. Рубин А.Б. Лекции по биофизике. М., 1994.
    44. Руцай С.В. Действие дециметровых волн на восстановление условных рефлексов и содержание нуклеиновых кислот после разрушения сенсомоторной коры головного мозга // Вопр. курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры. 1987. № 5. С. 11.
    45. Сельков Е.Е. Математическое моделирование полиферментных систем // Биофизика сложных систем и радиационных нарушений. М.: Наука, 1977. С. 76.
    46. Семеняня И.Н. Проблема влияния космогеофизических факторов на формирование свойств развивающегося организма в период раннего онтогенеза // Авикосмич. и экологич. медицина. 1995. Т. 29. № 3. С. 8.
    47. Сороко С.И., Лушнов М.С. Влияние многолетних вариаций космических ритмов на биохимические параметры человека // Физиология человека. 2004. Т. 30. № 1. С. 89–101.
    48. Сороко С.И., Бекшаев С.С., Белишева Н.К., Пряничников С.В. Амплитудно-частотные и пространственно-временные перестройки биоэлектрической активности мозга человека при сильных возмущениях геомагнитного поля // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2013. № 4. С. 111–122.
    49. Степанюк И.А. Влияние слабых переменных магнитных полей на физико-химическую систему двойного слоя // Корреляции биологических и физико-химических процессов с космическими и гелиогеофизическими факторами: тезисы докл. 4-го Междунар. Пущинского симпозиума. Пущино, 1966. С. 148.
    50. Темурьянц Н.А., Владимирский Б.М., Тишкин О.Г. Сверхнизкочастотные электромагнитные сигналы в биологическом мире. Киев: Наук. думка, 1992. 187 с.
    51. Удальцова Н.В. Об отнесении макроскопических флуктуаций в водных растворах белков и других веществ к классу фликкер-шумов // Биофизика. 1982. Т. 27. № 3. С. 529.
    52. Физико-химические методы в токсикологии / под ред. К.Н. Зеленина. Л.: ВМедА, 1988.
    53. Холодов Ю.А. Мозг в электромагнитных полях. М.: Наука, 1982. 123 с.
    54. Холодов Ю.А., Лебедева Н.Н. Реакции нервной системы человека на электромагнитные поля. М.: Наука, 1975. 208 с.
    55. Холодов Ю.А., Шило М.А. Электромагнитные поля в нейрофизиологии. М.: Наука, 1979. 168 с.
    56. Шеповальников В.Н., Сороко С.И. Метеочувствительность человека. Бишкек: Илим, 1992. 248 с.
    57. Шноль С.Э. Влияние света и свойств внешней среды на амплитуду «конформационных» колебаний актомиозина // Биофизика. 1968. Т. 13. № 5. С. 853.
    58. Adey W.R., Bawin S.M. Brain interactions with weak electric and magnetic fields // Neurosci. Res. Program Bull. 1977. Vol. 15. № 1. P. 255–270.
    59. Adey W.R., Bawin S.B., Lawrence A.F. Effects of weak amplitude-modulated microwave fields on calcium efflux from awake cat cerebral cortex // J. Bioelectromagnetics. 1982. Vol. 3. P. 295–307.
    60. Barnothy M.F. Biological effects of magnetic fields. N.Y., 1964. P. 127–131.
    61. Bhashara D.S., Srivastava B.I. Influence of solar and geomagnetic disturbences on road traffic accidents // Bull. Nat. Geophys. Res. Inst. (India).1970. Vol. 8. № 1-2. P. 32–47.
    62. Belyaevn J.Y., Alipov Y.O., Shcheglov V.S., Lystov V.N. Resonanse effect of micriwaves on the genome conformational state of E. coli cells // Z. Naturforch. 1992. Vol. 47. № 7-8. P. 621.
    63. Cornélissen G., Halberg F., Sothern R.B., Hillman D.C., Siegelová J. Blood pressure, heart rate and melatonin cycles synchronization with the season, earth magnetism and solar flares // Scr. Med. (Brno). 2010. V. 83. № 1. P. 16–23.
    64. Foster R.G., Roenneberg T. Human Responses to the Geophysical Daily, Annual and Lunar Cycles. Review // Current Biology. 2008. Vol. 18. № 17. P. 784–791.
    65. Gmitrov Ju., Gmitrova A. Geomagnetic Field Effect on Cardiovascular Regulation // Bioelectromagnetics. 2004. V. 25. P. 92–103.
    66. Jakson D.F. Particles and tissue. Another aspect of heavy ion and pion physics // Phys. Bull. 1981. Vol. 32. № 2. P. 48.
    67. Musha T., Yamamoto M. 1/f-like Fluctuations of Biological Rhythm // Proc. 13-th Int. Conf. “Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations”. Palanga, Lithuania, 29 May-3 June 1995 / Ed. V. Bareikis, R. Katilius. Singapur; New Jersy; London; Hong Kong: World Scientific, 1995. P. 22.
    68. Oinuma S., Kubo Y., Otsuka K. ICEHRV Working Group. Graded response of heart rate variability associated with an alteration of geomagnetic activity in a subarctic area // Biomed. Pharmacotherapy. 2002. Vol. 56. № 2. P. 284–288.
    69. Shepard A.R., Eisenbud M. Biological effects of electric and magnetic fields of extremely low frequency. N.Y.: Univ. press, 1977. 213 p.
    70. Timashev S.F., Kostioutchenco I.G. Flicker-noise in solar and terrestrial processes // Proc. 13-th Int. Conf. Noise in Phisical Systems and 1/f Fluctuations. Palanga. Lithuania, 29 May-3 June 1995 / Ed. V. Bareikis, R. Katilius. Singapore; New Jersey; London; Hong Kong: World Scientific. 1995. P. 336.

    РФ, Ленинградская область, г. Гатчина, ул. Рощинская, д. 5 к.2