Электромагнитный фон и частота спонтанных абортов в

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 350
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
Электромагнитный фон и частота спонтанных абортов в
популяции человека в Томске
Евдокимов Е.В. ([email protected]) (1), Большаков М.А. (1) , Карташев А.Г.
(3), Куровский А.В. (1), Мельникова А.В. (1), Минайчева Л.И. (2),
Назаренко Л.П. (2), Шаповалов А.В. (1)
(1)Томский государственный университет
(2) ГУ НИИ медицинской генетики Томского научного центра СО РАМН
(3)Томский университет систем управления и радиоэлектроники
Введение
Техногенные физические поля являются существенным экологическим фактором для
человеческой популяции в каждом многонаселенном городе. Среди них электромагнитные
излучения (ЭМИ) представляют особый интерес вследствие особой проникающей
способности, распространенности их использования и, соответственно, роста интенсивности
электромагнитного фона, особенно с повсеместным развитием сотовой связи [1 – 6].
Здоровье популяции во многом определяется эмбриональным развитием особей,
подверженность которого действию ЭМИ становится общепризнанной [7 – 10]. Эти эффекты
проявляются в увеличении доли различных аномалий хода эмбриогенеза вплоть до
остановки развития и спонтанных абортов и недостаточно изучены [9, 10].
В нашей работе мы исходим из концепции нелинейного характера хода эмбриогенеза
человека. Как показал еще в 1952 г. А.Тьюринг [11], морфо- и эмбриогенез можно
моделировать системой уравнений в частных производных, описывающих взаимодействие
активаторов и ингибиторов конкретных биохимических процессов, участвующих в делении
и гибели клеток и формировании морфологического паттерна. Эта модель была поддержана
ведущими математиками, работающими в области биологии: Р.Тома [12] и Г.Хакеном [13].
Характерной особенностью этого класса моделей морфогенеза является наличие
бифуркаций, ветвлений, хода развития. Данную особенность в явном виде в биологических
терминах описал К.Уодингтон в своей концепции эпигенетических ландшафтов, когда ход
эмбриогенеза ветвится в зависимости от факторов среды [14], которая была подтверждена в
ряде изящных экспериментов.
Согласно данной концепции
эмбриогенез представляет собой нелинейный
динамический процесс, который в ходе своего развития претерпевает точки неустойчивости
(точки бифуркаций), в которых он может ветвиться. Таких точек, по современным
математическим моделям [15], может быть достаточно много. Тогда процесс эмбриогенеза
необходимо описывать ветвящимся деревом, на концах ветвей которого будут расположены
различные формы (типы) фенотипов рождающихся организмов. Для популяции данный
подход предполагает образ реки, исходящей из одного источника (генетически однородная
популяция) и ветвящейся в устье. Достаточно большая часть ветвей эмбриогенеза ведут в
«тупики», не дающие жизнеспособных особей, что выражается в увеличении процента
пренатальной гибели особей, т.е. спонтанных абортов (применительно к человеку). Данный
эффект можно назвать эпигенетическим ветвлением, который является, на наш взгляд, одним
из основных источников фенотипического разнообразия в популяции, распределение
которого, как показано нами, подчиняется полиномиальному распределению [16].
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 1
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
По определению точки бифуркаций характеризуются крайней чувствительностью к
внешним воздействиям, формируя так называемые критические периоды. Поэтому при
действии внешнего фактора на популяцию, постоянной составляющей которой является
эмбриогенез (морфогенез), можно ожидать увеличение ее фенотипического разнообразия и
увеличение пренатальной гибели на различных стадиях.
Ранее нами было показано [17], что в исследуемой популяции человека г.Томска
особо подвержены воздействию ЭМИ женщины старше 30 лет, вынашивающие
беременность, причем эффект ЭМИ проявлялся в изменении спектра вероятности
спонтанных абортов в зависимости от времени прерывания беременности, что
свидетельствует о наличии особых точек бифуркаций эмбриогенеза, чувствительных к ЭМИ.
Целью данной работы было приложение этого подхода к популяции человека в
г.Томске, когда исследуемым фактором являлся электромагнитный фон, создаваемый
передающими теле- и радиостанциями, а также базовыми станциями сотовой связи. В
качестве исходной информации использовались статистические данные родильных домов,
генетической клиники ГУ НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН и данные Томской
санэпидстанции по электромагнитному фону. Настоящая публикация является первой
частью нашей работы. В ней главным анализируемым показателем служила вероятность
спонтанных абортов, тупиковых ветвей дерева ветвления хода эмбриогенеза, а также
временной интервал реализации данных эффектов. Во второй части мы предполагаем
исследование эффектов электромагнитного фона на проявление врожденных пороков
развития.
Методика
Действующий фактор. Электромагнитные данные. Электромагнитный фон г.Томска
определялся для высокочастотного электро-магнитного излучения (ЭМИ) в диапазоне 30
МГц – 300 ГГц с делением на интервалы частот 60 – 90, 90 – 120, 120 – 150, 150 – 180, 180 –
210, 210 и более мГц. С целью пространственного распределения источников указанных
ЭМП построена электронная карта г.Томска с координатной сеткой в 400 м и
соответствующей элементарной анализируемой ячейкой. С использованием данных
электромагнитной лаборатории санэпидемнадзора на электронную карту были нанесены
фиксированные источники ЭМИ, антенны. Для каждого источника в базу данных внесены
амплитудно-частотные характеристики источников с учетом непрерывного режима работы в
дневное время суток. Для оценки уровня потока мощности ЭМИ в каждой пространственной
ячейке города на высоте 1м использовались расчетные данные, при этом ЭМИ
представлялось как суперпозиция полей от всех излучателей. С целью унификации
параметра для всех диапазонов характеристики ЭМИ были представлены (расчетным путем
и отдельными прямыми измерениями) в единицах плотности потока мощности ЭМИ. Далее
определялся средний поток мощности излучения ЭМИ для каждой улицы (участка улицы) и
вносился в базы данных параметров популяции человека г.Томска. Подробная информация
об измерениях и расчетах приведена в публикации [18].
Характеристики объекта. Эпидемиологические данные. Объектом изучения
являлась популяция человека г. Томска в период 1985 – 2004 гг. В настоящее исследование
включены данные о женщинах с невынашиванием беременности (самопроизвольные
выкидыши, замершие беременности, анэмбрионии), обратившиеся в поликлиническое
отделение генетической клиники ГУ НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН для
обследования и уточнения диагноза. По показаниям в семьях были проведены
дополнительные исследования, в том числе цитогенетическое исследование плодного
материала. Созданная база данных содержит следующие сведения о женщинах: фамилия,
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 2
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
имя, отчество, адрес места жительства, возраст, срок, на котором произошло прерывание
беременности, причина прерывания, результат цитогенетического исследования (кариотип
плода). Из исследования исключены семьи с невынашиванием беременности, где супруги
имели сбалансированные транслокации. Общий объем выборки составляет 1994 случая,
которые в среднем равномерно распределены по районам г.Томска. Это позволяет нам
охарактеризовать наше исследование как выборочное эпидемиологическое.
Затем с целью классификационного и географического анализа эффектов ЭМИ
(радио- и телесигнал, а также сотовая связь) данные из построенных баз были
сгруппированы по улицам (участкам улиц) г.Томска на период интенсивного развития
данных источников излучения (1998-2004 гг.). Оценки вероятности спонтанных абортов для
каждой улицы (участка) проводились по архивно-статистическим базам родильных домов
г.Томска на основе соответствующего количества родов всего за интересующий нас период,
1998-2004 гг.
Статистический анализ полученных баз данных проводился в пакете «Statistics for
Windows». Особое внимание было уделено устойчивости
статистических оценок
вероятности спонтанных абортов в зависимости от числа рождений на анализируемой улице
(участке). В ходе предварительного анализа нами было установлено, что устойчивые оценки
можно получать при объеме числа рождений на улицу (участок) не меньше 200 за указанный
период. Именно это множество улиц (участков) стало выборкой для корреляционного
анализа эффектов ЭМИ.
Дополнительно, в рамках поставленной цели, анализ проводился по параметрам «срок
прерывания беременности» и «возраст матери» для выявления точек бифуркации
(критических периодов) и «мишеней» действующего фактора.
Результаты и обсуждение
1. Характеристика данных в целом по городу без учета исследуемых факторов.
Первый наш результат – распределение вероятности спонтанных абортов по улицам
г.Томска без учета действия факторов представлен на рис.1.
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 3
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
Рис.1. Распределение вероятности спонтанных абортов по улицам г.Томска
Как видно, оно очень неоднородно, оценки вероятности спонтанных абортов по
улицам статистически значимо отличаются в разы со средним значением показателя 2,1%.
Есть улицы, на которых этот показатель равен 0 – 1%, однако, есть и улицы, где он равен 4 –
7%. При этом неблагоприятные улицы могут соседствовать с благоприятными. Такая
неоднородность по улицам города для столь важного процесса, как рождение детей, требует
пристального внимания.
Эти результаты подтверждаются данными по оценке вероятности врожденных
пороков развития (ВПР), которые измерялись для каждой улицы (участка) независимо от
вероятности спонтанных абортов. Для примера приведен график зависимости между
данными показателями для женщин, желающих иметь ребенка, возраст которых меньше 30
лет (рис.2).
Рис.2. Корреляция между вероятностью спонтанных абортов и ВПР для каждой улицы для
женщин моложе 30 лет
Коррелляция между данными показателями составляет величину R = 0,25 при уровне
статистической значимости p = 0,012. Таким образом, мы должны признать, что различие
улиц г.Томска по количественным параметрам нарушений хода эмбриогенза человека – это
статистически значимый факт. Мы полагаем, что данный результат, возможно, будет
справедливым для любого города с населением порядка 0.5*106 и выше.
2. Действие ЭМИ. Следующий этап нашего анализа – каков вклад электромагнитного
фона в вариацию вероятности спонтанных абортов по улицам (участкам) в г.Томске. С этой
целью мы проанализировали оценки вероятности спонтанных абортов на каждой улице
(участке) в сопоставлении с соответствующими значениями средних потоков мощности
ЭМИ.
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 4
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
Первый уровень анализа – как соотносятся оценки вероятности спонтанных абортов и
плотности потока мощности ЭМИ в различных частотных интервалах в зависимости от
регионов г. Томска, инструмент анализа – корреляционные диаграммы. Нами были
исследованы все планируемые интервалы частот и построены соответствующие графики.
Общее количество статистически независимых построенных диаграмм – 20. Оказалось, что
для диапазона частот 30 – 210 мГц зависимость имеет один общий характер. Типичный
результат представлен на рис.3.
Рис.3. Типичная зависимость вероятности спонтанных абортов от плотности потока
мощности ЭМИ. Для примера приведен график для интервала частот ЭМИ 180-210 мГц.
Как видно, после некоторого интервала интенсивности потока мощности, который мы
определяем как порог реакции, наблюдается линейное повышение вероятности спонтанных
абортов в зависимости от логарифма плотности потока мощности ЭМИ. Для интервала
частот 30 – 210 мГц этот порог составляет одну и ту же величину – 0,00001 мкВт/см2 . Этот
результат является общим для всех построенных диаграмм в данном диапозоне частот и
статистически значим (p<0,001). Возможно подпороговые значения интенсивности ЭМИ для
ряда улиц изначально были измерены СЭС г.Томска неточно или такие воздействия по
степени своей незначимости влияния не интегрируются на уровне эмбриогенеза.
В диапазоне 210 и более мГц паттерн завимости меняется: увеличение сменяется на
уменьшение. Особенно это проявляется у женщин старше 30 лет, рис.4.
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 5
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
Рис.4. Зависимость вероятности спонтанных абортов от плотности потока мощности ЭМИ в
интервале частот более 210 мГц для женщин старше 30 лет
Порог воздействия здесь значимо уменьшается в среднем до величины, находящейся в
интервале 5*10-10 – 5*10-7 мкВт/см2. Этот паттерн также статистически значим (p<0,001).
Для определения общей картины эффектов ЭМИ в исследуемом диапазоне частот мы
измерили коэффициенты корреляции зависимости вероятности спонтанных абортов от
интенсивности потока мощности на сверхпороговом линейном участке зависимости во всех
изучаемых частотных интервалах. Результат оказался различным для женщин разных
возрастов. На рис. 5а представлена данная зависимость для женщин старше 30 лет. Рис. 5б
отражает ее же для женщин младше 30 лет.
Рис.5а
Рис.5б
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 6
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
Рис.5. Зависимость уровня связи вероятности спонтанных абортов от эффектов ЭМИ
различных частотных диапазонов. 5а – для женщин старше 30 лет, 5б – для женщин младше 30 лет.
Звездочками * обозначен уровень значимости коэффициента корреляции: * –p<0,05, ** – p<0,01,
*** – p<0,001, **** – p<0,0001
Обращает на себя внимание, что обе независимо измеренные кривые имеют общее
свойство – смену знаков реакции при росте частоты ЭМИ, однако очевидна существенно
более выраженная реакция у женщин старше 30 лет, так, уровень значимости реакции на
ЭМИ частотой 120 мГц у них поднимается до p<0,0001.
Объяснение обнаруженной зависимости, по-видимому, можно найти в известной
теории Симонова о фазах реакции организмов на возрастающий стимул [19]: при малых
интенсивностях ожидается превентивное, компенсаторное уменьшение реакции по
сравнению с контролем, при больших – деструктивное увеличение. Сравнение величин
плотности потока мощности для радио-телевизионных сигналов и излучения в частотном
интервале «сотовой связи» на рисунках 3 и 4 подтверждают данное предположение: на
интервале 10-7 – 10-4 мкВт/см2 наблюдается уменьшение частоты спонтанных абортов, а
далее – увеличение.
Естественно предположить, что кажущийся «положительный» эффект уменьшения
вероятности спонтанных абортов при увеличении плотности потока мощности сигнала
сотовй связи является компенсаторным и на самом деле отражает начавшийся процесс
адаптации популяции к новому фактору, ЭМИ сотовой связи. Возможные негативные
последствия такой адаптации – предмет дальнейших исследований.
3. Анализ эффектов ЭМИ в зависимости от сроков прерывания эмбриогенеза.
Главная идея анализа – в точках бифуркации должна повышаться вероятность аномального
хода эмбриогенеза, регистрируемого как, спонтанный аборт.
Первая бифуркация эмбриогенеза, по нашему мнению – это первое деление зиготы.
Во время этого процесса возможны нарушения расхождения хромосом по своим
последствиям извстные как синдром Дауна и т.д. Эта бифуркация достаточно легко
регистрируется инструментально. В наших наблюдениях мы не обнаружили никакого
эффекта ЭМИ на этот процесс, несмотря на достаточный по объему статистический
материал (p<0,001).
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 7
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
Дальнейший анализ предполагал изучение
спектра спонтанных абортов в
зависимости от сроков прерывания беременности.
Из литературы известны следующие критические периоды в эмбриогенезе человека:
1-2 недели после оплодотворения, 4-7 недели и 18-22 недели [20]. На наш взгляд эти данные
достаточно приближенно отражают реальную картину, тем более, что первый период, 1-2
неделели, как правило, не регистрируется. Возможна более подробная детализация этих
бифуркационных точек. По нашим данным, второй и третий известные критические периоды
дискретизируются на более локальные временные точки.
Рис.6. Гистограмма распределения частоты прерывания беременности в зависимости от срока
прерывания
На рис.6 приведена гистограмма распределения частоты прерывания беременности в
зависимости от срока прерывания по всей нашей выборке. Как видно, кривая имеет
локальные максимумы, расположенные в точках 6, 8, 10, 12 и далее недель. Наш подробный
анализ подобных гистограмм отдельно для каждого возраста женщин и для каждого года
наблюдений (их оказалось более 30-ти) показал, что расположение данных максимумов
неслучайно, и мы можем фиксировать по крайней мере 4 минорных критических периода: 56, 8, 10, 12-13 недель, в которые значимо увеличивается вероятность спонтанного аборта.
Если данные результаты отражают наличие минорных бифуркаций хода эмбриогенеза
и они по разному реагируют на ЭМИ, то мы можем ожидать изменение распределения
сроков прерываний беременности в зависимости от плотности потока мощности ЭМИ.
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 8
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
Рис.7. Гистограммы распределения сроков прерывания беременности для женщин старше 30
лет для низко- (7а) и высоко- интенсивных ЭМИ (7б) в интервале частот 90-120 мГц
Проведенный анализ подтвердил наше предположение: ЭМИ в самом деле меняют
это распределение, но только для женщин старше 30 лет, у более молодых данного эффекта
не наблюдается. На рис.7а и 7б приведены гистограммы подобных распределений для ЭМИ
в диапазоне 90-120 мГц для низкой (0-2*10-3 мкВт/см2) и высокой (>2*10-3 мкВт/см2)
плотности потока мощности. Как видно, уменьшаются частоты прерываний беременности в
сроки 6-8 недель и возрастают частоты на сроках 9-10, 12, 16 недель. Данные изменения
статистически значимы по критерию Манна-Уитни (р<0,01). Аналогичные сдвиги
распределений наблюдаются во всех диапазонах частот ЭМИ, в том числе и для сигналов
сотовой связи. Здесь надо отметить, что именно после 30 лет у женщин чаще отмечается
наличие хронических заболеваний (сердечно-сосудистых, эндокринных и др.), и как
следствие, нарушение репродуктивной функции.
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 9
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
В данной работе мы специально не анализируем возможные физические механизмы
наблюдаемых эффектов, уделяя все внимание нелинейным бифуркационным подходам к
изучению данных эффектов.
Таким образом, резюмируя первую часть нашей работы, мы можем утверждать:
обнаружен статистически значимый эффект влияния электромагнитного фона г. Томска на
проживающую в нем популяцию человека. Эффект выражается в увеличении вероятности
спонтанного прерывания беременности в зависимости от плотности потока мощности ЭМИ
на интервале частот 30-210 мГц, в более высоком частотном интервале наблюдается
обратный эффект. Особочувствительными к действию ЭМИ являются женщины старше 30
лет.
Работа была выполнена при финансовой поддержке гранта РГНФ №04-06-00377а.
Литература
1. Григорьев Ю.Г., Степанов В.С., Григорьев О.А., Меркулов А.В. Электромагнитная
безопасность человека. М.: РНКЗНИ, 1999, с.145.
2. Gandhi O.P., Ed., Special issue on biological effects and medical applications of
electromagnetic energy, Proc. IEEE, vol. 68, p. 1980.
3. Eleanor R. Adair, Brenda L. Cobb, Kevin S. Mylacraine and Sharon Kelleher. Human
exposure at tow radio frequencies (450 and 2450 MHz): similarities and differences in
physiological response. // Wiley-Liss. - 1999. – p. 20.
4. Григорьев Ю. Г., Васин А.Л., Шафиркин А.В. Биоэффекты хронического воздействия
электромагнитных полей радиочастотного диапазона малых интенсивностей
(стратегия нормирования). – //Радиационная биология. Радиоэкология. 2003 . Т. 43, N
5. - С. 501-511.
5. Григорьев Ю. Г. Влияние электромагнитного поля сотового телефона (к оценке
опасности по критерию смертности). – //Радиационная биология. Радиоэкология.
2003. Т. 43. № 5. С. 541-543.
6. Григорьев Ю.Г. Сотовая связь и здоровье: медико-биологические и социальные
аспекты. М: изд. АЛЛАНА, 2004, с.12-65.
7. Большаков М.А., Евдокимов Е.В., Миненко О.В., Плеханов Г.Ф. // Радиационная
биология. Радиоэкология. 1996. Т.36. Вып. 5. С. 676 – 680
8. Большаков М.А., Князева И.Р., Линдт Т.А., Евдокимов Е.В.// Радиационная биология.
Радиоэкология. 2001. Т.41. Вып. 4. С. 399-401.
9. Григорьев Ю.Г., Степанов В.С. . // Радиационная биология. Радиоэкология. 1998. Т.38.
Вып. 2. С. 223-231.
10. Blaasaas K. G., Tynes T., Irgens Å., Lie R. T. Risk of birth defects by parental occupational
exposure to 50 Hz electromagnetic fields: a population based study. // Occup. Environ. Med.
2002. V. 59. P. 92–97.
11. Turing A.M. The chemical theory of morphogenesis. Phil.Trans.Roy.Soc.237, 32, 1952.
12. Thom R. A mathematical approach to morphogenesis:archetypal morphologies. In
Heterospecific Genome Interaction. Wistar Institute Symp. Monograph 9 Wistar Inst.Press.
Tel Aviv, 1969.
13. Хакен Г. Синергетика. - М.:Мир, 1980.
14. Уодингтон К.Х. Основные биологические концепции. - На пути к теоретической
биологии. 1. Пролегомены. М.: 1970. С.11-38.
15. Crampin E., Hackborn W., Maini P.K. Pattern formation in reaction-diffusion models with
nonuniform domain growth.– Bull. Math. Biol. 2002. V. 64. P.747-752.
Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 10
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/038.pdf
16. Евдокимов Е.В. К вопросу о популяционной динамике систем с бифуркациями в ходе
индивидуального развития. – // Проблемы экологической безопасности и
природопользования в Западной Сибири. Труды томского государственного
университета. 2004, Том 267, с.41-47.
17. Евдокимов Е. В., Большаков М. А., Карташев А. Г., Куровский А. В., Мельникова
А.В., Минайчева Л. И., Назаренко Л. П., Шаповалов А. В. Электромагнитный фон и
частота спонтанных абортов, а также врожденных пороков развития человека в
Томске. // Сборник научных докладов VI Международного. Симпозиума по ЭМС и
электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, Россия, 21 - 24 июня 2005. С. 304-307
18. Бобраков С.Н., Карташев А.Г. Электромагнитная составляющая современной
урбанизированной среды. – //Радиационная биология. Радиоэкология. 2001. Т.41. №6.
С. 706-711
19. Симонов П.В. Три фазы в реакциях организма на возрастающий стимул. М.: 1962.
20. Тератология человека: Руководство / Под.ред. Г.И.Лазюк. – М.: Медицина, 1991. 478с.