НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ БИОМЕТЕОРОЛОГИИ

1
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ БИОМЕТЕОРОЛОГИИ
В процессе эволюции в организме животных и человека выработалась
способность приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям внешней
среды и нейтрализации ее неблагоприятного влияния. И.М. Сеченов (1952)
писал: «Организм без внешней среды, поддерживающей его существование
невозможен. Поэтому в научное определение организма должна входить
среда, влияющая на него, так как без последней существование организма
невозможно». К факторам внешней среды, обуславливающим нормальное
существование человека и животных, наряду с множеством других относится
и окружающая нас атмосфера. Среди ее физических характеристик
наибольшее значение для жизнедеятельности человека и животных имеют
метеорологические (погодные) факторы.
Изучение основных общебиологических и специфических механизмов
приспособления организмов к погодным условиям с целью разработки
комплексных
программ
метеочувствительности
укрепления
–
одно
из
здоровья
основных
и
уменьшение
социально
значимых
направлений медицины и биологии.
Как показали исследования, изменение свойств и характеристик
организма в процессе его взаимодействия с внешней средой обусловлено, в
первую очередь, переформированием регуляционных структур различного
уровня, начиная от систем целого организма и кончая внутриклеточными
системами. Новые характеристики взаимодействий в системе организм-среда
связаны не столько с формированием новых свойств, сколько с изменением
связи между уже имеющимися свойствами и качествами. Необходимость
знания
механизмов
биофизических
взаимосвязей
процессов,
а
гелиогеофизических
также
прогностических
явлений
и
параметров,
позволяющих предвидеть изменение состояния человека, обусловленного
воздействием
внешней
среды,
требует
проведения
комплексных
исследований. Следует отметить, что воздействие гелиофизических факторов
1
2
на организм происходит на фоне влияния метеорологических параметров или
через посредство последних.
Немного истории
Первые мысли о биологическом значении погоды встречаются уже в
трудах древних ученых Греции, Рима, Востока. В Древней Греции это труды
основоположника классической медицины Гиппократа (около 460-377 г. до
н.э.), который исследовал воздействие климата и погоды на организм и в
своих сочинениях дал этому объяснение. В своих семи книгах об
эпидемических заболеваниях описание каждой формы болезни он предваряет
рассмотрением
метеорологических
условий.
До
наших
дней
дошли
сочинения по биоклиматологии греческого врача Диокла из Кариста (4 век до
н.э.). Известный ритор и врач Древнего Рима Асклепий из Бифинии (около
130-91 г. до н.э.) придерживался мнения, что при кровопускании следует
учитывать природные условия, в частности погоду.
В Средние века познания древних греков, римлян и арабов в области
биоклиматологии проникли в Среднюю Европу благодаря монахам. Они
прилежно переписывали в своих кельях древние рукописи, изучали их,
приобретая среди прочего и знания по медицине. «Монашеская» медицина
составляла в то время основу врачебной науки Запада.
В рукописях IX в. упоминаются ранения, после излечения которых
сохраняются боли в плохую погоду. Великий философ и историк Лейбниц
(1646-1716) так же интересовался метеорологическими наблюдениями и
вместе с врачами предпринял статистическую обработку случаев расстройств
здоровья, обусловленных погодой.
В XVIII-XIX вв. стало известно об особом значении для организма
морского климата и его стали использовать в терапевтических целях. В 1906
г.
Дорно
(1865-1942)
обсерваторию.
Он
основал
считается
в
Давосе
физико-метеорологическую
основоположником
точных
медико-
метеорологических исследований. Значительные работы по радиационной
климатологии и исследования теплового баланса послужили новым толчком
2
3
в развитии биометеорологии. К началу ХХ в. помимо исследования лечебных
свойств различных климатов вновь занялись изучением влияния погодных
факторов на организм человека и животных. Однако причинно-следственные
отношения и механизмы чувствительности организмов к постоянно
изменяющимся условиям внешней среды, в том числе и метеорологическим,
еще далеки от своего окончательного решения.
Биометеорологический подход в науке о живом организме
Погода и климат существенно влияют на жизнедеятельность животных
и человека. С научной точки зрения эта проблема очень сложна. Считается,
что точно определить и рассчитать влияние погоды на организм невозможно.
Нельзя не принять во внимание и то, что компенсаторные механизмы
организма,
реагирующие
на
изменение
погоды,
всегда
бывают
комплексными. Погода – физическое состояние нижнего слоя атмосферы,
характеризующееся
комплексом
метеорологических
элементов,
одновременно наблюдаемых в том или ином пункте земной поверхности.
Такое определение относится к погоде момента. Но часто имеют ввиду
характер изменения физического состояния нижнего слоя атмосферы в
данном пункте в пределах большого промежутка времени, например суток.
Погода,
будучи
совокупностью
сложным
различных
явлением
свойств
и
природы,
характеризуется
признаков,
непосредственно
ощущаемых и наблюдаемых. Влияние погоды на живой организм по Х.
Кюглеру можно определить так: «Под влиянием погоды периодичное,
продолжительно нормальное течение жизненных процессов становится
апериодичным и краткосрочным». Н.Р. Деряпа (1983) считает, что феномен
гелиометеочувствительности, характерный для всех биологических систем,
включая человека, определяет сущность метеотропных реакций. Толчком для
развития данного научного направления послужили труды основоположника
отечественной гелиобиологии А.Л. Чижевского.
Организм тесно связан с окружающей его средой в широком смысле
этого слова, т.е., включая в это понятие все химические и физические
3
4
факторы среды и всю протяженность пространства от приземного слоя до
космоса. Будучи своеобразной и открыто-замкнутой системой организм
«отслеживает» небольшие изменения естественных физических полей,
воздействующих на него, ибо это - среда его обитания. Реакция на
космические факторы – интегральный результат сочетанного действия и
взаимоотношения двух систем – многообразных эндогенных процессов в
организме
и
сложносопряженных
связей
астро-гелио-геофизических
факторов, служащих синхронизаторами биологических функций. Даже
кратковременное действие физических факторов среды, в том числе и
климатических, оставляет после себя длительное последействие. При
повторном действии того же раздражителя последующее воздействие
наслаивается на затянувшееся последействие от предшествующего действия
раздражителя.
Климатические
факторы
влияют
практически
на
все
рецепторные приборы организма, вовлекая в реакцию самые различные
уровни структурно-функциональной организации, от молекулярных и
клеточных до организменных, от периферических нервных приборов до
психоэмоциональной сферы.
Особенность климатических факторов – их весьма сложная физикохимическая структура. Погодные влияния многообразны. Метеоэлементы,
формирующие тот или иной тип погоды, обладают специфичностью,
зависящей от его физико-химической природы. В каждом типе погоды
имеется ведущий агент, определяющий физиологическое действие, однако
формирование ответных реакций организма на действие комплексных
раздражителей, как правило, носит смешанный характер, а действие
специфического раздражителя не всегда выступает отчетливо. Большинство
биологических видов приспособлено не к конкретным значениям заданного
фактора, а к определенному интервалу его изменений в природе и их
временной функции.
Факторы окружающей среды двояким образом воздействуют на
организмы: своим наличием (независимо от количества), а также величиной
4
5
и
изменчивостью.
Метеочувствительность
–
это
зависимость
физиологического состояния организма (человека, животного, растения)
от погоды и отдельных метеорологических факторов (давления,
напряжения
магнитного
чувствительностью
к
поля
и
т.п.).
изменению
Организмы
с
метеофакторов
высокой
называют
метеочувствительными, с низкой – метеорезистентными. Считается, что
сферы воздействия погодных факторов на организм – кожа и граничащие с
внешней средой слизистые оболочки, верхние дыхательные пути, система
анализаторов. Причинно-следственные отношения метеотропных реакций и
условий внешней среды во многом не ясны. По мнению целого ряда
исследователей, метеотропные факторы нарушают равновесие процессов
ассимиляции и диссимиляции в организме.
Начальным местом приложения активно действующих элементов
погоды принято считать вегетативную систему. Элементы погоды изменяют
тонус симпатического и парасимпатического отделов за счет выработки
медиаторов адренергического и холинергического действия. Вероятно, в
системе «организм – физические факторы» один из доминирующих
механизмов
метеотропной
реакции
–
эффект
«захвата»
частоты
(принудительной синхронизации) биоритмов организма электромагнитным
полем и другими метеорологическими факторами внешней среды.
Исследование
междисциплинарная
космогелиогеофизических
проблема,
требующая
корреляций
–
сотрудничества
типичная
биологов,
медиков, физиков, геофизиков, биохимиков, врачей, математиков, химиков,
физиологов и психологов. По-прежнему остается актуальной задача
накопления достоверных данных о существовании таких корреляций.
Особенно это важно для медицины. И в этом случае эксперименты на
животных и растениях наиболее интересны.
Метеочувствительность некоторых врожденных и
приобретенных рефлексов, экспериментально зарегистрированная у крыс
5
6
В экспериментальных условиях на животных установлено, что
метеорологические факторы оказывают влияние как на врожденные
компоненты поведения (исследовательская и двигательная активность,
эмоции, так и на высшие, приобретенные свойства организма (например,
краткосрочная память). Остановимся на отдельных метеорологических
факторах и их воздействии на некоторые компоненты адаптивного
поведения.
Температура воздуха.
Суточные колебания
температуры имеют весьма существенное
значение для генезиса погод и климата, для жизнедеятельности растительных
и животных организмов. Температурные условия среды непосредственным
образом влияют на жизненные функции организмов, определяя их
активность и деятельность в различных возникающих ситуациях. Все
физиологические
процессы
организмов
находятся
под
воздействием
термических условий.
Двигательная активность. Двигательная активность, являясь одной из
сложных форм поведения организма, зависит от комплекса многообразных
факторов среды, а также внутренних стимулов, в том числе возникших в
процессе
эволюции.
По
нашим
данным,
понижение
температуры
окружающей среды ведет к увеличению двигательной активности животных.
Ориентировочно-исследовательская активность. По определению
П.В. Симонова (1986), исследовательское поведение относится к рефлексам
саморазвития. В настоящее время можно считать решенным вопрос о том,
что исследовательское поведение животных побуждается потребностью в
получении
информации.
Нами
установлено,
что
при
повышении
температуры окружающей среды исследовательская активность животных
снижается.
Эмоции. Значительную роль в организации адаптационного процесса
играют
эмоции
различного
биологического
качества:
позитивные
(умиротворение, спокойствие, эйфория) и негативные (страх, тревожность).
6
7
Эмоции здесь выступают как механизм, который оценивает опасность
возникающей ситуации. В наших экспериментах показано, что даже при
незначительном понижении температуры среды подопытные белые крысы
реже умывались и реже демонстрировали другие элементы груминга – ухода
за шерстным покровом. Это свидетельствует о снижении позитивного
эмоционального
фона,
преобладании
отрицательно
окрашенных
эмоциональных состояний.
Атмосферное давление.
Наиболее
существенный
фактор,
провоцирующий
развитие
метеопатических реакций – резкие межсуточные перепады атмосферного
давления, особенно в сторону его понижения. Давление меняется в
атмосфере чрезвычайно быстро в связи с непрерывным возникновением и
перемещением циклонов и антициклонов.
Исследовательская активность. Падение атмосферного давления
снижает
исследовательскую
активность
животных.
Это
выражается,
например, в том, что крысы реже принимают вертикальные стойки.
Эмоциональные
состояния.
Нами
получены
достаточно
однонаправленные сдвиги, свидетельствующие о том, что повышение
атмосферного давления ведет к подъему положительного эмоционального
состояния. И наоборот, при снижении давления наблюдается рост уровня
тревожности и страха, т.е. усиливается негативный эмоциональный фон. При
этом у животных регистрируется большее число уринаций и дефекаций, чем
при стабильном либо растущем атмосферным давлением.
Кратковременная память. Это оперативная память, обеспечивающая
выполнение
текущих
поведенческих
и
мыслительных
операций.
Кратковременная память – непременное свойство мозговых систем,
участвующих в вероятностном прогнозировании. В этом процессе память
удерживает след образа среды и программы предстоящего поведенческого
акта вплоть до его полной реализации. В наших опытах снижение
7
8
атмосферного давления ухудшало характеристики кратковременной памяти.
Об этом свидетельствовало снижение темпа и качества «работы» крыс в
условиях радиального лабиринта. Можно говорить, что снижение давления
приводит к ухудшению мнестических процессов, лежащих в основе
обучения.
Относительная влажность воздуха.
Двигательная активность. Влажность среды представляет собой
фактор, определяющий условия выживания. Она изменяется либо в суточном
цикле, либо в соответствии с атмосферными осадками, а тем самым меняется
и доступность отдельных биотопов. В условиях открытого поля с
повышением влажности подвижность животных активизировалась: они
пересекали большое количество линий, быстрее покидали исходный
центральный квадрат поля, по сравнению с теми крысами, которые
тестировались в условиях низкой влажности.
Ориентировочно-исследовательское поведение. Изменение влажности
окружающей среды неоднозначно воздействует на исследовательское
поведение животных, что допускает предположение о модулирующем
влиянии влажности на ориентировочно-исследовательский рефлекс. Во
всяком
случае,
повышение
влажности
активизировало
вертикальную
исследовательскую активность и неоднозначно влияло на горизонтальную
исследовательскую активность крыс.
Эмоции. У крыс в эксперименте повышение влажности окружающей
среды
приводит
к
притуплению
эмоциональных
реакций
любой
модальности. Стоит также отметить, что биотропность данного параметра
проявляется лишь тогда, когда значения относительной влажности достигают
70% и выше.
Кратковременная память. Рост относительной влажности в диапазоне
от 22% до 62% заметно оптимизирует процессы кратковременной памяти у
животных. Они реагируют не только на величину нарастания метеофактора,
но и на его абсолютные значения. При этом крысы в условиях радиального
8
9
лабиринта действуют безошибочно и быстро (увеличивается количество
правильных выборов и снижается время выполнения теста).
Направление и скорость ветра.
Ветер – важный абиотический фактор, существенным образом
формирующий условия жизни организмов, а также оказывающий влияние на
формировании погоды и климата.
Двигательная активность. Биотропность направления ветра по
отношению к двигательной активности проявляется тогда, когда ветер
меняет направление с юго-восточного на южный (происходит усиление
двигательной активности крыс). С ускорением ветра на фоне низких
температур крысы двигаются быстрее, их локомоции регистрируются чаще.
Данный факт подтверждает мнение, высказанное В.М.Медведевым (1982), о
том, что скорость ветра – не истинно адаптогенный фактор, поскольку, как
основной вид ответа, возникает сенсорное привыкание. Однако этот фактор
становится адаптогенным в комбинации с температурой.
Исследовательское и эмоциональное поведение. Ориентировочный
рефлекс и эмоциональные реакции чувствительны к направлению ветра лишь
в случае, если преобладают южные или юго-западные ветры. Происходит
изменение вертикальной и горизонтальной исследовательской активности, а
также проявлений эмоциональности. При других направлениях ветра данные
поведенческие параметры не меняются. Повышение скорости ветра
усиливает горизонтальную исследовательскую активность (крысы чаще
обнюхивают отверстия открытого поля). Это может свидетельствовать о
попытке скрыться от неблагоприятного фактора – включается так называемая
поведенческая адаптация.
Заключение
Как видно из изложенного, метеочувствительность проявляет себя как
универсальное биологическое свойство, поскольку реактивностью к погоде
обладает практически любая сомато-психическая функция: от самой простой
9
10
врожденной, до сложной, приобретаемой в течение всей жизни. Вот почему в
своих исследованиях биолог не должен забывать о так называемой
метеорологической поправке. По предварительным данным, влияние погоды
тем сильнее сказывается на физиологической функции, чем эта функция
сложнее и эволюционно прогрессивнее.
Литература
Андронова
Т.И.,
Деряпа
Н.Р.,
Соломатин
А . П . Гелиометеотропные
реакции здорового и больного человека. – Л.: Медицина,
А с с м а н Д . Чувствительность человека к погоде. – Л.: Гидрометеоиздат, 1966.
Б о к ш а В . Г . , Б о г у ц к и й Б . В . Медицинская климатология и климатотерапия. –
Киев: Здоровье, 1980.
Г р и г о р ь е в И . И . Погода и здоровье. – М.: Авиценна ЮНИТИ, 1996.
С е ч е н о в И . М . Физиология нервной системы//Избранные произведения. - М., 1952.
Т р о я н П . Экологическая биоклиматология. – М.: Высш. шк., 1988.
Ш н о л ь С . Э . 4-й Международный симпозиум «Корреляции биологических и физикохимических процессов с космическими и гелиогеофизическими факторами»//Биофизика. –
1998. – Т.43. - №4.
А.Н.СИЛАНТЬЕВ,
М.Г.ВОДОЛАЖСКАЯ,
Ставропольский государственный университет
10