Космос - как он на нас влияет

На картинке показаны города из которых приехали участники международной космической конференции, на которой мы встретились с героями нашего интервью — представителем Европейского Космического Агенства( Belgian Institute for Space Aeronomy) доктором Нормой Кросби ( Norma B. Crosby) и с доктором биологичеких наук, заведующей лабораторией Института космических прооблем (ИКИ РАН) Тамарой Константиновной Бреус — организатором Международной конференции «Влияние космической погоды на человека — в космосе и на Земле»

https://www.youtube.com/embed/srCl3lWWVnQ

Материалы по конфернеции

Космическая погода и ее влияние на человека

Термин космическая погода(Space Weather)  получил широкое распространение в 90-х годах ХХ  века. Он охватывает наиболее важные аспекты  раздела научных знаний о солнечно-земных связях – совокупности взаимодействия гелио- и геофизических  явлений. Эта наука занимается исследованиями влияния  солнечной активности через межпланетную среду на Землю: ее магнитосферу, ионосферу, атмосферу.

Строго говоря, к космической погоде относится динамическая(с характерными  временами  — сутки и менее) часть солнечно-земных связей: вариации магнитосферы, ионосферы и атмосферы, индуцированные солнечной активностью. По аналогии с земными процессами более стационарная (устойчивая)  часть  солнечно-земных связей называется космическим климатом.

В практическом применении к тематике космической погоды относят прогноз солнечной и геомагнитной активности, исследования воздействия солнечных факторов на технические системы и земную биосферу, включая человеческую популяцию.

Основоположником гелиобиологии стал наш соотечественник А.Л.Чижевский. Им был собран,  обработан и интерпретирован богатейший статистический и  экспериментальный материал, позволивший  сделать вывод о существовании  внешних факторов воздействия на Землю, связанных со свойствами околоземного пространства  в целом и процессами на Солнце, вызывающими глобальные изменения  в биосфере. Чижевским отмечалась, в том числе, выраженная цикличность различных погодных аномалий с периодами, близкими к 11- и 22- летним периодам солнечной активности. Эта цикличность отражалась и на объектах живой природы.

Фактически Земля со своим магнитным полем расположена в солнечной короне и непрерывно обдувается потоком  ионизированных корпускул-частиц испаряющейся короны, называемым солнечным ветром.(в основном это протоны-ядра водорода). Поскольку данный поток постоянно изменяется (атмосфера Солнца «дышит“ вследствие идущих внутри него термоядерных реакций), то это приводит к возмущениям земного магнитного поля и ионосферы – магнитным и ионосферным бурям.

Вместе с тем перепады потока электромагнитного излучения Солнца даже во время сильных вспышек составляют менее одной тысячной солнечной постоянной, то есть, казалось бы, они слишком  малы, чтобы непосредственно изменить, например, тепловой баланс атмосферы Земли. Однако пятна на Солнце, солнечные вспышки  и магнитные бури – не единственные проявления активности Солнца. Это и излучения в видимом свете, ультрафиолете, рентгене, гамма-лучах, потоки энергичных частиц, и они то ослабляются, то усиливаются.

Биологические объекты за время своей  эволюции должны  были адаптироваться к этим ритмам и интегрировать их периоды во временную структуру своих клеток, органов и организмов в целом, преобразовав в эндогенные, т.е. собственные ритмы, в принципе синхронизированные с внешними ритмами среды обитания, так же как суточные ритмы освещенности и температуры, обусловленные вращением Земли, образовав всем хорошо известные биологические ритмы, например,  сна и бодрствования. Возмущения, генерированные солнечной активностью, нарушают обычное течение этих собственных ритмов и создают десинхронизацию с внешними условиями или адаптивную стресс-реакцию.Такая реакция подобна тому, что испытывает человек при трансконтинентальных перелётах, когда сбиваются суточные(циркадианные)ритмы.

В сущности, реакция человека на возмущения в среде обитания- не что иное как сбой в механизмах согласования ритмов всех уровней его организма. Основной мишенью воздействия при этом оказываются сердце, сердечно-сосудистая и нервная системы: изменяется частота сердечных сокращений, возникают аритмии, происходят скачки артериального  давления, увеличивается вязкость  крови, агрегация эритроцитов, наблюдается замедление  кровотока в капиллярах. Фактически наблюдаются реакции по типу адаптационного стресса и изменения сосудистого тонуса, по характеру сходные с реакцией на метеорологические изменения. Особенно неприятны эти эффекты в том случае, если они накладываются на изменения метеорологической обстановки. Геомагнитные бури, например, сказываются на выработке организмом гормона мелатонина – регулятора суточных ритмов сна и бодрствования.

Мнение о зависимости самочувствия от магнитных бурь уже твердо устоялось в общественном сознании. Сегодня оно подтверждается и статистическими, и клиническими исследованиями. По степени чувствительности организмов к метео- и электромагнитным воздействиям человеческий организм  реагирует с соотношением 9:6:4 на атмосферную температуру, магнитные возмущения и атмосферное давление соответственно. Установлено также, что число обострений сердечно-сосудистых заболеваний явно возрастает после магнитной бури.   “Солнечные» эффекты магнитных бурь заметно наблюдались у космонавтов, адаптационная система которых перенапряжена действием многих других факторов, связанных с полетом.

Однако с точки зрения академической науки доказательств воздействия на человека возмущений в среде обитания собрано еще недостаточно. Кроме того, в человеческом организме пока не обнаружен какой-либо орган или тип клеток, претендующих на роль  достаточно чувствительного приемника геомагнитных возмущений. В качестве альтернативного механизма воздействия  магнитных бурь на живой организм нередко рассматривают инфразвуковые колебания с частотами менее одного герца. То есть частотами, близкими к собственной частоте многих внутренних органов человека.

В последние тридцать лет представление ученых о  влиянии космической погоды на состояние здоровья человека существенно выросло. Оно опиралось в том  числе на исследования, выполненные в космосе с помощью пилотируемых орбитальных станций  и автоматических космических аппаратов, а также на наземные наблюдения  и эксперименты, имитирующие многофакторные условия в космическом пространстве.

Эта междисциплинарная область знания, несомненно, нуждается в широком обмене мнениями между специалистами разного профиля и определении основных направлений дальнейших исследований. Насколько жизнь на Земле и здоровье человека зависят от Солнца? Что происходит с климатом планеты и как на него влияет космос? Можно ли предугадать катастрофы и погодные катаклизмы?

Ведущие российские и зарубежные специалисты собрались в Москве,чтобы попытаться найти ответы на эти и многие другие вопросы  на Международной конференции«Влияние космической погоды на человека в космосе и на Земле», организованной Институтом космических исследований РАН.

На конференции будут обсуждаться такие аспекты как:

— космическая погода и ее роль в формировании свойств окружающей среды;

— физические факторы и их эффекты(солнечная и геомагнитная активность, межпланетные возмущения, галактические космические лучи и т.д.);

— космическая погода и здоровье человека на Земле, лабораторные исследования и натурные наблюдения, комбинированное воздействие космической и земной погоды на биологические объекты  здоровых и больных людей; группы риска; биотропность космической погоды и ее роль в выживании человека;

— оценка и пути снижения рисков заболеваний, обусловленных влиянием погодно-климатических и экологических факторов в условиях изменяющегося климата;

— космическая погода и здоровье людей в космосе; здоровье людей в стрессовых условиях, связанных с невесомостью и другими факторами(возросшей радиацией, ослаблением влияния магнитного поля Земли, длительной изоляцией в ограниченном пространстве станции и т.д.);

— наземные лабораторные исследования.

В работе Конференции принимают участие  многие известные российские и зарубежные ученые:  академики РАН: Г.С.Голицын,  А.И.Григорьев, Л.М.Зеленый; профессора – Ж.Корнелиссен, Лари Битти, Илан Ротс(США), Куниаки От и Иошихико Ватанаве (Япония),  Норма Кросби (Бельгия) и др.

Большое число приглашенных докладов позволит составить цельное представление о проблеме и узнать, насколько далеко продвинулись учёные в понимании механизмов  воздействия космической погоды на Землю и  земную биосферу, на каких направлениях исследований следует сосредоточить усилия  и какие новые задачи, научные и технические,предстоит решить в ближайшем будущем.

Запланированы публичные лекции по тематике конференции. Например: лекция летчика-космонавта, Героя СССР, профессора О.Ю.Атькова —«Человек в длительном космическом полете», о собственном опыте восьмимесячного пребывания в космосе.

Сейчас Солнце вступило в новую фазу  своего активного состояния. Пик этой фазы  придется на 2012 и последующие за ним годы. И уже сегодня взрывы и вспышки на Солнце происходят все чаще. Звездные катаклизмы, а Солнце — ближайшая к нам звезда, отражаются на Земле.

Пресс-служба ИКИ РАН

http://www.ecolife.ru/infos/news2/7305/

Почему космическая погода влияет на наше самочувствие?

Т.К. Бреус

ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук, руководитель секции гелиобиологии проблемного совета «Солнце – Земля» РАН

«Кризис миновал…»

До недавнего времени ученые считали, что в иерархии биологических ритмов живых существ Земли именно суточные ритмы являются ведущими. Предполагалось, что возникли они на ранних стадиях существования организмов под влиянием суточных ритмов температуры и освещенности, связанных с вращением Земли, а затем закрепились эволюционно на всех уровнях сложных биологических систем – от клеточного до организменного.

Некоторые из них, к примеру, инфрадианные(протекающие с периодичностью < 28 дней и > 28 часов; репродуктивный, или менструальный, цикл женщины, шестидневный цикл физической и умственной активности человека) были известны еще в античные времена как ритмы обострений различных заболеваний. На практике, эмпирически, с ними знакомы и современные врачи.

Примечание. В Миннеаполисе применялись специальные медикаменты, препятствующие отторжению, но их действие только изменило амплитуды, но не подавило соответствующую ритмику.

Практически до конца ХХ века среди специалистов бытовало мнение, что выявленные биологические ритмы«имеют социальное происхождение». Лишь немногие ученые сомневались в этой установке. Так, в 1965 г. впервые был отмечен эндогенный (внутреннего происхождения) характер околонедельных и полунедельных биологических ритмов. Ф. Халберг сообщил коллегам об обнаруженном им свободном течении биоритмов и о том, что их период несколько отличается от точного периода социальной недели – семи дней.

В самом деле, медикам известно, что у пациентов с тяжелыми заболеваниями(или, например, перенесших операцию по трансплантации органов) есть так называемые ритмы кризисных дней, свободно текущие, синхронизирующиеся не с социальной неделей, а с началом заболевания или днем проведения операции. Это и означает, что они встроены во временную структуру организма и являются эндогенными биологическими ритмами. Но если этот момент был очевиден, то вопрос «какой внешний фактор может задавать ритмы этих периодов?» оставался без ответа. Вот и считали, что причиной существования биологической недели является прежде всего внутренняя эволюция, т. е. завершение за недельный период интеграции каких-то внутренних процессов, но не адаптацию к внешним ритмам.

Лишь в 1980-х годах было высказано предположение, что ритмы электромагнитных полей(ЭМП) в среде обитания биологических объектов могли быть таким внешним синхронизатором, сформировавшим эндогенную инфрадианную и ультрадианную ритмику (меньше 24 часов) биологических объектов.

Справедливости ради следует отметить, что в формировании эндогенной ритмики с периодами около 27-28 дней и их гармониками могли играть важную роль и другие факторы, например, слабые гравитационные ритмы, порождаемые воздействием Луны(также имеют около 27-дневную периодичность). Эти стабильные «лунные» ритмы, интегрированные во временную структуру живых объектов, составили, по-видимому, фоновые эндогенные колебания, на которые накладывались ритмы естественных ЭМП сходных периодов.

Однако слабые естественные электромагнитные поля содержат более широкий спектр периодов. И живым организмам необходимо было адаптироваться к их воздействию, иначе десинхронозы(изменение различных физиологических и психических функций организма в результате нарушения ритмов его функциональных систем) – потенциальная опасность для выживания.

Временная структура биологических ритмов разнообразна. Помимо долгопериодических ритмов в спектрах колебаний ЭМП есть еще и очень низкочастотные компоненты. Они чрезвычайно близки к ритму сокращения сердечной мышцы или к различным ритмам мозга(таким как α-, β-, θ-ритмы). Гелиогеофизические ритмы таких частот возникают при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферой Земли. Они существуют при определенных условиях во время геомагнитных возмущений, в том числе магнитных бурь, возникают вследствие захвата молниевых разрядов в волновод, образованный ионосферой и поверхностью Земли (шумановские резонансы). Как и долгопериодические ритмы, они исходно представляют собой электромагнитную среду обитания биологических объектов и потому могли участвовать в формировании их эндогенной ритмики.

За последнее время было проведено множество исследований по выявлению биологических ритмов инфрадианных периодов на всех уровнях биологических систем: от клетки до организменного уровня. Их данные показывают, что существование ритмов периодов, соответствующих периоду собственного вращения Солнца и его гармоник, – универсальный закон биологии.

Физика и биология эффектов ЭМП

На протяжении цикла солнечной активности происходит синхронное изменение амплитуды вариаций околонедельных гелиогеофизических и биологических ритмов. И синхронность вариаций в цикле солнечной активности – ключевой аргумент их связи.

Выдвинутая концепция адаптационных причин формирования биологической ритмики предполагает и существование«групп риска», в которых проявляется наибольшая чувствительность к возмущениям (сбоям ритмов) естественных ЭМП из-за неустойчивого состояния системы. В их создании исследователям помог опыт врачей скорой помощи. Ученые взяли данные банка вызовов скорой помощи Москвы за три года (1979-1981) по поводу 10 различных заболеваний и травм (всего 6 млн показателей). Оказалось, что одной из основных мишеней для гелио-геомагнитных возмущений является сердечно-сосудистая система. Достоверное возрастание числа вызовов скорой помощи во время сильных планетарных магнитных бурь (с индексом АА > 60) происходило как раз в группе больных инфарктом миокарда (рост на 13% в группе из 80 тыс. пациентов). Причем в этой главной группе риска во время геомагнитного возмущения у 85% больных, перенесших инфаркт миокарда и страдающих стенокардией (172 человека), наблюдались различные функциональные расстройства сердечного ритма, в то время как у 60% здоровых людей (58 человек) хоть и были отмечены функциональные расстройства сердечного ритма, но они были выражены существенно слабее, чем у больных, и не требовали специальной терапии.

Специалисты также отметили, что во время геомагнитного возмущения примерно у 80% больных и 30% здоровых людей возрастала вязкость крови, замедлялся капиллярный кровоток и наблюдалась агрегация эритроцитов.* [* Умеренная агрегация эритроцитов, т. е. образование конгломератов разной величины и плотности, является нормальным физиологическим процессом. Однако ее увеличение приводит к нарушению транспорта кислорода и гипоксии.] У здоровых людей и больных молодого возраста после солнечной бури эти эффекты быстро проходили.

Исследования также показали, что геомагнитные возмущения серьезно влияют на состояние нервной системы: меняется состояние симпатического отдела вегетативной нервной системы, основная функция  которого – приспособление к изменяющимся условиям внешней среды. Происходят изменения гормонального статуса организма, в частности, ученые отмечают, что как у здоровых, так и у больных людей в этот период заметно повышается уровень гормона стресса – кортизола, вырабатываемого корой надпочечников. Наблюдается повышение выброса адреналина (активация симпато-адреналовой системы обеспечивает быстрые адаптивные изменения в обмене веществ, направленные на мобилизацию энергии; обусловливает приспособительные реакции организма, особенно в экстремальных условиях нарушения гомеостаза). Ну и конечно же геомагнитные бури сказываются на выработке организмом гормона мелатонина – регулятора суточных ритмов и сна.

«Сердечные» эффекты магнитных бурь у пациентов с инфарктами достоверно наблюдались в НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова. В другой, гораздо более здоровой “группе риска», у космонавтов (49 человек), адаптационная система которых перенапряжена действием иных факторов, связанных с полетом (например невесомости), во время геомагнитного возмущения также достоверно наблюдались реакции типа адаптационного синдрома. Изменялась частота сердечных сокращений, происходила опасная стабилизация сердечного ритма, возникала аритмия, изменялся сосудистый тонус, причем особенности этих реакций зависели от исходного состояния организма космонавтов – длительности полета и условий посадки на Землю.

Возмущенное светило

Наше светило возмущается не одинаково. И у геомагнитных возмущений самые разнообразные характеристики: по интенсивности, спектральному составу и т. д. Какой же из факторов оказывает биологическое действие – становится биотропным агентом?

Чтобы установить действующий фактор, было проведено(и эти работы продолжаются) много лабораторных и эпидемиологических исследований. Данные однозначно говорят о том, что у людей, находящихся в электромагнитных полях низкой и очень низкой частоты, изменяется частота сердечных сокращений, причем настолько, что может приводить к внезапной смерти от аритмии и к развитию инфаркта миокарда.

Исследователи, установив, что сердце является мишенью для воздействий ЭМП, высказали предположение, какие именно полосы частот могут быть биотропными агентами магнитных бурь. В их список попали геомагнитные пульсации Рс1(частоты 0,5-2 Гц), совпадающие с основными ритмами сердца, а также полоса (где-то здесь должно быть обозначение Pс2) частот 6-16 Гц в диапазоне частот α- и β-ритмов головного мозга (шумановские резонансы) и наконец пульсации типа Рс3 с периодами 20-40 с (такие квазипериоды были также замечены в ритмах сердечной деятельности).

Первые исследования роли Рс1-пульсаций в качестве биотропного агента были проведены в конце 2004 г. К слову, пульсации типа Рс1 характерны для восстановительной и начальной фазы магнитной бури и могут одновременно охватывать многие географические долготы.

Колебания имеют вид отдельных волновых пакетов длительностью 0,3-1,0 мин с повторением через 1-4 мин. Общая длительность серий от минуты до нескольких часов. Данные скорой помощи(по Москве и Болгарии) показывают очевидную высокую корреляцию (R = 0,84) между числом инфарктов миокарда в нашей столице и общей смертностью от инфаркта в Болгарии. Это может свидетельствовать о наличии глобального внешнего фактора, оказывающего негативное влияние на сердечно-сосудистую систему больных.

Установлено, что в 70% случаев дней с аномально большим числом инфарктов миокарда в Москве отмечалось появление геомагнитных пульсаций типа Рс1. Вероятность появления таких дней вдвое превышает вероятность их случайного совпадения. Обнаружена корреляция сезонного хода смертности от инфаркта миокарда за 25 лет и длительности геомагнитных пульсаций типа Рс1.

Чем ответить человеку?

Если существование биологических эффектов слабых переменных ЭМП в настоящее время уже не вызывает сомнения, то остается нерешенной основная проблема гелиобиологии и магнитобиологии: каков реальный физический механизм эффектов столь слабых полей, энергия которых на много порядков меньше, чем энергия собственных тепловых шумов биологических объектов?

В формировании магнитобиологического эффекта участвуют процессы разных уровней организации живых систем. Понятно, что и специалисты разных областей относятся к проблеме этого поиска по-разному. Медики ищут органы и физиологические процессы, чувствительные к электромагнитным полям, биологи исследуют клеточные и внутриклеточные структуры, формирующие отклик биологических систем на скрещенные постоянные и переменные электромагнитные поля, биохимики ищут биохимические реакции, которые могли бы зависеть от этих полей, биофизики пытаются выделить магниточувствительные молекулярные структуры.

Однако первичные процессы взаимодействия магнитного поля с электронами, атомами и молекулами биологических объектов – это прежде всего процессы физические. Заряженные частицы живой материи, участвующие в биофизических и биохимических процессах, являются, по-видимому, посредниками в передаче электромагнитных сигналов на следующий биохимический уровень. Регуляция активности белков ферментов осуществляется биофизическим механизмом с участием ионов и молекул-посредников, приводящих к смещению равновесия процессов обмена веществ. Видимо, именно с этого уровня можно наблюдать действие магнитного поля по изменению концентрации продуктов метаболизма.

Какие же специализированные биологические магниторецепторы участвуют в этих процессах? Обнаружены биомагнетиты – кристаллы, способные намагничиваться, у некоторых бактерий, птиц, приматов и у человека вблизи клиновидной кости в черепе и в надпочечниках.

Исторически первым предложенным механизмом биологических эффектов ЭМП был вращательный момент этих кристаллов в магнитном поле и связанное с ним давление на соседние ткани. Этот механизм, по-видимому, объясняет«хоминговые» эффекты* [* От англ. home – «дом». Способность птицы найти свой «дом», гнездовую территорию без участия зрения и слуха.], обнаруженные у некоторых птиц и позволяющие объяснить ориентацию по магнитному полю, но не решает нашей проблемы. Судите сами: одноклеточные организмы не содержат магнетитов, но при этом реагируют на электромагнитные поля, причем их реакция носит сложный нелинейный характер и зависит от параметров поля. Более того, биомагнетиты и клетки имеют различный масштаб, и нужен еще механизм, посредством которого энергия магнитной частицы большого масштаба может быть перенесена на молекулярный уровень.

(Окончание следует.)

Космические лучи - в организме человека и в навигаторе спутника

Космические лучи в равной степени повреждают и человеческий организм и полупроводниковый прибор, но воздействия распределены неравномерно – они локализуются в определенной зоне поверхности планеты.  Над Землей существуют места, где сбои в оборудовании спутников практически неизбежны.   В тоже время эксперименты на крысах показывают неадекватность их поведения спустя три месяца после облучения тяжелыми частицами. Вопрос – будут ли адекватны космонавты во время длительного полета — например полета на Марс? Ведь облучение практически неизбежно!

Предлагаем вашему вниманию доклад Михаила Игоревича Панасюка — директора НИЯФ МГУ   (Научно-исследовательский институт ядерной физики):

https://www.youtube.com/embed/a5DWAuqaZXM