Т.К. Бреус - Институт космических исследований РАН

ИКИ РАН
Т.А. Зенченко
Характерные типы реакций на
действие обычной и космической
погоды
у здоровых людей и больных с
артериальной гипертензией
Таруса, май 2009
Работа выполняется в
сотрудничестве с
Россия:
Москва: Бреус Т.К., Мёрзлый А.М., Хорсева Н.И.
Гурфинкель Ю.И., Рогоза А.Н., Цагареишвили Е.В.,
Заславская Р.М., Рехтина А.Г., Баевский Р.М.
Калинкин А.Л., Рубинский Н.В., Григал П.П.
ИФПА УрО РАН: Поскотинова Л.В., Кривоногова Е.В.
Болгария, София, STIL-BAS: I.Stoilova, M.Jordanova,
T. Yanev, S. Dimitrova
Украина, Симферополь: Григорьев П.Е., Цандеков
П.А.
Постановка задачи




Работа Бинги по анализу возможных биофизических механизмов действия слабых и
сверхслабых магнитных полей на организм человека (УФН, 2003). Первичные
мишени – атомы конкретных веществ, спины атомов водорода, мембранные каналы,
и т.д. Первичные мишени могут быть любыми, но они одинаковы у всех людей.
Следовательно, магнитные поля либо действуют, либо нет, но на всех. Различие
заключается в работе компенсационных механизмов.
Поэтому есть две различные задачи, которые пересекаются незначительно –
биофизический механизм влияния факторов низкой интенсивности на биологические
системы и механизм компенсации организмом этого влияния. Первая задача –
фундаментальная, вторая – прикладная.
Слабые внешние факторы влияют на всех, но не все «болеют» ими. Нет
объективной грани между чувствительными и нечувствительными, реальное
распределение непрерывно, черту проводим мы сами, исходя из какой-то нулевой
гипотезы (например, p<0.05). Поэтому процент чувствительных людей будет
«плавать» во времени и пространстве (и в пространстве факторов).
Мы решаем эту задачу, применяя трафареты (или идеализации). Например,
«влияние магнитных бурь на сердечно-сосудистую систему». Важно понимать, что
реальная проблема шире любой идеализации.
Сердечно-сосудистая система человека чувствительна к
действию ГМА: у 85% больных, перенесших инфаркт миокарда
и страдающих стенокардией, во время геомагнитных бурь
выявлялись различные функциональные расстройства,
нарушения ритма сердца, подъёмы артериального давления,
уменьшение вариабельности частоты сердечных сокращений,
повышалась общесекреторная активность симпатоадреналовой
системы.
Показано, что именно на второй день после магнитной
бури образуются сгустки эритроцитов (сладжей) в капиллярах
и отмечается ухудшение кровотока, приводящие к развитию
тканевой гипоксии, ишемии. Стаз, остановка кровотока в
микрососудах может приводить к восходящему тромбированию
приносящих артериол, тромбозу, нарастанию коагуляционных
и антикоагуляционных эффектов и в итоге - к развитию и
прогрессированию стенокардии и инфаркта миокарда. (Ю.И.
Гурфинкель, В.В. Любимов и др., Биофизика, 1995 г.).
Анализ банков данных случаев обращения в Скорую
помощь [Т.К. Бреус и др.] и наблюдения за больными в
клиниках [Ю.И.Гурфинкель и др.] показали, что в популяции
можно наблюдать очень широкий спектр реакций организма на
действие геомагнитных бурь и возмущений
ИКИ РАН, 2009 год
Обоснование необходимости индивидуальной
оценки чувствительности
Практически все основные результаты о закономерностях
популяционного ответа на действие магнитных бурь были
получены на основании анализа многолетних банков данных
случаев обращения в службу скорой медицинской помощи.
Однако у данного подхода существуют принципиальные
недостатки и ограничения. Так, базы данных случаев обращения
в службу скорой медицинской помощи содержат в себе
неточности, которые не всегда можно отфильтровать – например,
несовпадение первоначального и окончательного диагнозов, или
неточное определение даты наступления заболевания, поскольку
подобные обращения не всегда следуют в тот же день.
Однако основным недостатком исследования таких
общепопуляционных закономерностей является слабая
применимость полученных результатов к каждому конкретному
человеку.
ИКИ РАН, 2009 год
Вопросы,
на которые не отвечают
популяционные исследования





Кто именно среагировал на действие бури, а кто нет? В чем
отличие между этими категориями больных?
Какой процент людей, у которых реакция на бурю была, но не
закончилась катастрофой (обращением в Скорую помощь), в чем
она выражалась?
Кому именно должна быть назначена дополнительная терапия в
дни бурь? Или всем пациентам с определенным диагнозом?
Сколько времени длится опасный период? Когда нужно начинать
и когда можно прекращать дополнительную терапию?
Какие бури наиболее опасны, зависит ли это от времени года или
сочетания других обстоятельств?
Возможный путь решения
проблемы

Цель нашей работы – разработка и тестирование методики
измерений и последующий статистический анализ, позволяющий
делать надежные персональные заключения о наличии
зависимости динамики показателей АД от метео- и геомагнитных
факторов. Сбор данных по такой унифицированной и
оттестированной методике позволит проводить отдельные
эксперименты в различное время, в разных географических
пунктах, на волонтерах разных возрастных групп. Затем эти
результаты будут сохраняться в единой базе данных, содержащей
анамнестическую информацию о волонтерах (пол, возраст, рост,
вес, наличие заболеваний, место проживания, представитель
коренного населения или приезжий, и т.д.), а также заключение о
зависимости или независимости их физиологических показателей
от действия внешних факторов. Такая база необходима как основа
будущих исследований общих закономерностей развития эффекта
метео- и магниточувствительности у отдельных людей.
Персональное заключение о наличии метео- и магниточувствительности по
определенному физиологическому показателю требует анализа достаточно
длинных временных рядов значений данного показателя у конкретного
человека.
Для выявления условий получения таких временных рядов в рамках настоящего
исследования решались следующие задачи:





выявление физиологических показателей организма наиболее адекватных для
мониторинга;
определение частоты и длительность измерений;
выбор индексов геомагнитной активности и метеорологических показателей для
сопоставления с полученными временными рядами измерений в зависимости
от географической широты;
выбор адекватных методов статистического анализа для исследования
временных рядов;
изучение особенностей применения предложенной методики при
исследованиях на разных географических широтах.
Ранжирование возможных
действующих факторов




Максимальный приоритет имеют социальные факторы (от
дефолтов и глобальных катастроф до семейных ссор и обильных
возлияний). Для учета данных факторов необходимо указывать в
базе данных мониторинга, в какие дни происходило действие.
Вторая группа – экологические факторы (загрязнение воздуха,
озон, наличие периодических или постоянных выбросов
предприятий).
Третья группа - метеорологические и геомагнитные факторы.
Частотная конкретизация. Процессы в организме идут на
различных частотах, от миллисекунд до месяцев и лет. В каком
частотном диапазоне корректно искать влияние слабых внешних
факторов? Метод – статистический, поэтому необходимо
предварительное ранжирование факторов. Ответ на этот вопрос
был дан в предыдущем докладе – от суток до недели.
Основные методические требования к
мониторингу артериального давления

Далее будут обоснованы следующие требования к мониторингу АД:
–
Измерения артериального давления при мониторинге должны
производиться минимум трижды с интервалом в 2-3 минуты между
последовательными измерениями с записью всех измеренных значений.
–
Для задачи выявления индивидуальной магниточувствительности
достаточна частота измерений АД один раз в сутки. Или измерения
производятся утром и вечером, но в этом случае ряды утренних и
вечерних значений АД анализируются независимо друг от друга.
–
Необходим предварительный анализ стабильности АД в течение часов
измерения. В случае нестабильности необходимо точное соблюдение
времени измерений.
Обоснование необходимости
трехкратных измерений АД
125
35
êî ëè÷åñòâî ñëó÷àåâ
ÑÀÄ, ì ì . ðò. ñò
120
115
110
105
ÑÀÄ-1
ÑÀÄ ñð
10
20
30
25
20
15
10
5
100
0
ÑÀÄ-1
ÑÀÄ ñð
30
40
í î ì åð èçì åðåí èÿ
50
60
0
90
95 100 105 110 115 120 125 130
ÑÀÄ, ì ì . ðò. ñò.
На рисунке справа – достоверность различий выборок однократных
измерений САД (красная линия) и среднего по трем измерениям (синяя
линия) составляет p<0.0001
Kì ñê (3÷)
5
160
150
4
140
3
130
2
120
110
1
100
0
90
28.11.05
29.11.05
30.11.05
01.12.05
02.12.05
03.12.05
ÑÀÄ, ì ì . ðò. ñò.
Обоснование необходимости
измерений раз в сутки
04.12.05
âðåì ÿ
Для задачи выявления индивидуальной магниточувствительности
частота измерений АД один раз в сутки не только достаточна, но и
необходима.
При более частых измерениях велика вероятность ошибочных выводов,
обусловленных циркадианными ритмами АД и К-индекса (бури обычно начинаются
ночью, но в данном случае следующие за ними понижения АД связаны со временем
суток, а не с ГМА).
Определение необходимой точности
времени измерений АД
140
140
ÑÀÄ
ÄÀÄ
ÀÄ, ì ì ðò ñò
ÀÄ, ì ì ðò ñò
120
120
100
100
80
80
60
60
22:00:00
06:00:00
14:00:00
âðåì ÿ ñóòî ê
22:00:00
6:00:00
14:00:00
âðåì ÿ ñóòî ê
Для каждого человека динамика изменений АД в течение суток носит
индивидуальный характер. В случае А после подъема наблюдается плавный
рост АД в течение нескольких часов, в случае Б – скачкообразный рост сразу
после подъема и стабильный профиль в течение нескольких последующих
часов. Для волонтера А время утренних измерений должно быть строго
постоянным, для Б такого жесткого требования нет.
Обоснование возможности мониторинга в случае
нестабильности утренних значений АД
Êì ñê ñóò
08:00
09:00
10:00
140
ÑÀÄ, ì ì . ðò. ñò.
ÑÀÄ, ì ì . ðò. ñò.
160
120
100
80
60
30
25
160
06:00
20
08:00
09:00
10:00
140
15
120
10
100
5
80
Âñ 27
27.11.05
Êì ñê ñóò
180
0
Âò 29
29.11.05
×ò
01
01.12.05
Ñá03.12.05
03
äàòà
äàòà
Каждая линия – значения САД, измеренные в постоянное время суток в течение семи
дней. Видно, что значения возрастают по мере удаления времени подъема, но
ежесуточная динамика остается сходной для измерений, выполненных после подъема.
Метеорологические и геомагнитные
данные
В качестве индексов геомагнитной активности (ГМА) были
использованы
суточные значения планетарных Кр (данные Интернет-сайта
http://www.sec.noaa.gov/ftpmenu/lists/geomag.html, сумма
трехчасовых значений за сутки)
В качестве метеорологических параметров использовались
трехчасовые данные:
 об атмосферном давлении (АтД);
 о температуре (Т),
соответствующие трехчасовым периодам измерений АД.
Данные получены с сайта http://meteo.infospace.ru/
Использование суточных
планетарных данных ГМА
40
Kp
Kmsk
30
35
30
25
20
20
15
10
10
0
01.01.07
01.02.07 01.03.07
01.04.07
01.05.07
01.06.07
01.07.07
5
01.08.07
Äàòà
Êì ñê
Êð-èí äåêñ
40
Динамика атмосферного давления
(значения за 3 часа и один раз в сутки)
в г. Москва, декабрь 2002 г
àòì . äàâëåí èå, ãÏ à
1040
1020
1000
980
960
01.12.02 05.12.02 09.12.02 13.12.02 17.12.02 21.12.02 25.12.02 29.12.02
âðåì ÿ, ñóò
Динамика температуры
(значения за 3 часа, в 9 утра и среднесуточные)
в г. Москва, декабрь 2002 г г
òåì ï åðàòóðà, Ñî
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
01.12.02 05.12.02 09.12.02 13.12.02 17.12.02 21.12.02 25.12.02 29.12.02
Выбор гелиогеофизических
показателей




Солнечная активность – числа Вольфа,
радиоизлучение на длине волны 10.7см.
Гелиосферные показатели – скорость и плотность
солнечного ветра, компоненты межпланетного
магнитного поля, секторные границы ММП
Геомагнитные показатели – характеристики
уровня ГМА (Кр, Dst, AE, локальные К-индексы,
ULF-индекс, РС-пульсации), вторичная
нейтронная компонента ГКЛ.
Шумановские резонансы.
1200
1000
800
600
400
200
0
5
10
15
20
25
30
ï åðèî ä, ñóò
ñï åêòðàëüí àÿ ì î ù í î ñòü, óñë. åä.
ñï åêòðàëüí àÿ ì î ù í î ñòü, óñë. åä.
Характерные частоты геомагнитных
и метеорологических факторов
600
Êð-èí äåêñ
Ê ì ñê
500
400
300
200
100
0
5
10
15
20
ï åðèî ä, ñóò
25
30
Фазы основных периодов
атмосферного давления и ГМА
Медицинские данные
В работе использованы данные мониторинга АД, полученные по
описанной выше методике у следующих групп волонтеров:
У 33-х пациентов с артериальной гипертонией 1-2 степени в НИИ
Кардиологии им. А.Л.Мясникова (Москва) на фоне гипотензивной
терапии. Мониторирование проводили индивидуально, в течение трех
месяцев (в период с 2001 по 2003 гг.). Всем больным назначалась
терапия индапамидом-ретард (арифон-ретард 1,5 мг, Сервье,
Франция) однократно утром, при недостаточности гипотензивного
эффекта через 4 недели к терапии присоединялся периндоприл
(престариум, Сервье, Франция) в дозе 2-4 мг однократно утром. Таким
образом, анализируемые больные разделились на две группы: 1-я
группа – «достаточна монотерапия» и 2-я – «необходима
комбинированная терапия».
1.
2.
У 17 здоровых волонтеров (возраст от 18 до 20 лет) в течение
трех месяцев в г. Симферополь, февраль-май 2008 г.
У 25 здоровых добровольцев (возраст 41±5.7 лет) в Москве,
Симферополе, Архангельске, Ростове-на-Дону, 2007-2008 гг.
1. Характерные типы реакции
Женщина, 68 г, АГ 2 степени, длительность 2 года, пациент
кардиологического центра им. А. Мясникова.
назначалась терапия индапамидом-ретард (арифон-ретард 1,5 мг, Сервье,
Франция) однократно утром.
SBP, Hg mm
170
SBP
160
150
140
130
120
110
30.10.01
19.11.01
09.12.01
29.12.01
18.01.02
07.02.02
date
960
SBP
atm. pressure
160
980
150
140
1000
130
120
1020
110
30.10.01
19.11.01
09.12.01
29.12.01
18.01.02
07.02.02
Atmospheric pressure, mb
SBP, Hg mm
170
SBP, Hg mm
170
960
ÑÀÄ
àòì î ñô åðí î å äàâëåí èå
160
980
150
140
1000
130
120
1020
110
30.10.01
19.11.01
09.12.01
29.12.01
18.01.02
07.02.02
date
Atmospheric pressure, mb
date
500
SBP
Kp (-2)
400
150
300
140
200
130
120
100
110
0
30.10.01
19.11.01
09.12.01
29.12.01
18.01.02
Kp-index
160
07.02.02
date
p<0.01
p<0.05
0.2
0.0
p<0.05
-0.2
p<0.01
-0.4
-15
-10
-5
0
5
10
15
shift, days
0.1
0.0
-0.1
-0.2
p<0.05
p<0.01
-0.3
-0.4
-15
-10
-5
0
5
10
15
shift, days
corr coefficient
with atm. pressure
0.4
corr. coefficient with GMA
SBP, Hg mm
170
0.4
0.3
0.2
corr coefficient with temp.
corr. coefficient with GMA
Типичные реакции здоровых волонтеров
на действие ГМА (слева) и температуры
(справа) (женщина, 19 лет)
p<0.01
p<0.05
0.1
0.0
-0.1
p<0.05
-0.2
-0.3
-0.4
-15
p<0.01
-10
-5
0
5
10
15
shift, days
0.1
0.0
p<0.05
-0.1
p<0.01
-0.2
-0.3
-15
-10
-5
0
5
10
15
shift, days
0.6
0.5
ÃÌ À
Àò.Ä
òåì ï åðàòóðà
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
çäî ðî âû å
áî ëüí û å ñ ÀÃ
ñëó÷àè ÷óâñòâèòåëüí î ñòè, %
ñëó÷àè ÷óâñòâèòåëüí î ñòè, %
Распределение чувствительности к
внешним факторам в группах здоровых
волонтеров и больных с АГ
0.6
çäî ðî âû å
áî ëüí û å
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
ÃÌ À
Àò.Ä
òåì ï åð.
Вывод: эффект метео и магниточувствительности наблюдается и у
больных с АГ, и у здоровых людей.
Принципиальное различие в амплитуде реакции
Встречаемость прямой и обратной реакции на
действие различных внешних факторов в
группах здоровых и больных людей
ГМА
здоровые
больные
Ат.Д
температура
Распределение по когорте
коэффициентов корреляции САД с ГМА
(для здоровых волонтеров, Болгария)
12
10
10
âñòðå÷àåì î ñòü
âñòðå÷àåì î ñòü
8
6
4
8
6
4
2
2
0
-2.0
0
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
êî ýô ô èöèåí ò êî ððåëÿöèè
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
êî ýô ô èöèåí ò êî ððåëÿöèè

Видно, что распределения КК во всех случаях являются симметричными и
хорошо аппроксимируются нормальным распределением со средним
значением, достоверно отличным от нуля.

Необходимо отметить, что не было получено ни одного достоверного
отрицательного коэффициента корреляции САД и ДАД с уровнем ГМА ни
при одной величине временного сдвига ни для одного пациента (что
выходит за рамки случайного распределения)…
2.0
Распределение коэффициентов
корреляции САД с ГМА
10
10
8
8
âñòðå÷àåì î ñòü
âñòðå÷àåì î ñòü
(по группе из 77 здоровых волонтеров, Болгария)
6
4
6
4
2
2
0
-2.0
0
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
êî ýô ô èöèåí ò êî ððåëÿöèè


1.5
2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
êî ýô ô èöèåí ò êî ððåëÿöèè
Если предположить, что некоторая часть людей популяции является
«магнитозависимой», в то время как остальные никак не реагируют на
изменение уровня ГМА, вид распределения должен быть другим:
несимметричным с максимумом на нуле (эта часть распределения
создается «магнитонезависимыми» членами популяции) и тяжелый хвост в
положительной области («магнитозависимые»).
Полученный вид распределения соответствует предположению, что
практически все члены популяции в той или иной степени чувствительны к
уровню геомагнитной активности
3. Методика мониторинга
психофизиологических
характеристик
Перечень параметров:
 простая и сложная зрительно-моторная реакция
(летчик, машинист ж-д транспорта, водитель автотранспорта,
операторы АС, РЛС и т.д.);




реакция на движущийся объект (летчик, машинист,
водитель автотранспорта, авиадиспетчер);
простая слухомоторная реакция (летчик, машинист);
устойчивость внимания (операторы АС, РЛС) ;
чувство ритма (операторы АС, РЛС) .
Пример мониторинга
Из анкеты
 Женщина, 1989 г.р. (19 лет), рост 159 см, вес 51 кг,
 хронических заболеваний - нет,
 проблемы с сердцем, сосудами, давлением – нет
 зависит ли самочувствие от погоды – иногда,
 от солнечных вспышек - нет
 от атмосферного давления – нет,
 от температуры - да, (улучшение самочувствия при
повышении температуры),
Пример мониторинга
устойчивости внимания
550
20
450
10
400
350
0
300
250
-10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
í î ì åð èçì åðåí èÿ
òåì ï åðàòóðà, Ñ
ÓÂ-èí äåêñ
î
500
ÄÀÄ (áåç òðåí äà)
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
18.02.08
ÓÂ
ÄÀÄ
40
20
0
-20
-40
03.03.08
17.03.08
31.03.08
14.04.08
28.04.08
âðåì ÿ, ñóò
ÓÂ-èí äåêñ, áåç òðåí äà
Динамика артериального давления
и устойчивости внимания
Предварительное заключение по
волонтеру
Средние значения АД 105/65 – пониженные. АД
повышается при повышении температуры.
 По анкете – показатель «самочувствие» улучшается при
повышении температуры.
 Психофизические показатели улучшаются при повышении
температуры.
 Степень статистической связи «психофизика-АД» значимо
выше, чем «психофизика-температура».
_________________________________________
 Для сравнения другой волонтер: средние значения АД
115/75, АД повышается при повышении температуры,
самочувствие ухудшается, психофизические показатели
ухудшаются.

4. Другие методы неинвазивного мониторинга
физиологических показателей




Лазерная доплеровская флоуметрия показатели микроциркуляции крови
(совместно с ГКБ №60, г. Москва,
Р.М.Заславская, А.Г. Рехтина).
Кардиовизор – дисперсионное картирование
сердца (Г.Г.Иванов, прибор «Экосан»).
ВСР - показатели вегетативной регуляции
(Р.М. Баевский, прибор «Экосан»)
Тонокард – измерение СРПВ (Ю.И.
Гурфинкель).
Результаты по СРПВ.
Взаимозависимость между показателями функции
эндотелия и гемодинамики по результатам анализа трех
волонтеров.
СРПВ
14
СРПВ
12
10
8
6
4
2
0
100
110
120
130
140
150
– независимый показатель,
не наблюдается корреляции с АД
(а также – с ИК). Для основного
волонтера (188 точек) – СРПВ
отрицательно коррелирует с ИК.
Дельта СРПВ и дельта
амплитуды – показатели,
зависящие от АД, дельта СРПВ –
отрицательно, дельта амплитуды –
положительно.
70
60
Результаты анализа СРПВ
40
30
20
10
е
Ещ
.5
13
.5
12
.5
11
.5
5
9.
10
5
5
7.
8.
5
0
6.
Kp-index, mean value
30
SRPV<8.5
SRPV>8.5
25
frequency
Частота
50
20
15
10
5
0
100
200
Kp values
300
400
220
200
180
160
140
120
100
80
60
-8
-6
-4
-2
0
2
shift, days
4
6
8
Выводы
1.
2.
3.
4.
Гипотеза: вариации геомагнитной активности действуют
на всех, но не все реагируют.
Если уровень статистической значимости установить
p<0.05, то чувствительными к этим факторам являются
примерно 40-50% населения. На самом деле
распределение непрерывно. Чувствительность не зависит
(или крайне слабо зависит) от пола, возраста, индекса
массы тела. Немного коррелирует с уровнем АД.
Для решения задачи метео и магниточувствительности
необходим анализ особенностей метаболизма. Если
компенсаторный механизм не сработал, «прорвет» по тем
направлениям, где есть нарушения здоровья.
Потенциально опасными для самочувствия могут быть и
повышенные, и пониженные значения ГМА. Необходимо
переформатировать шкалу?
Спасибо за внимание!