БИОФИЗИКА, 2008, том 53, вып.6, c.1129-1137
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.3
РЕГУЛЯЦИЯ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ЧЕЛОВЕКА С ПОМОЩЬЮ КРАЙНЕ СЛАБЫХ ПЕРЕМЕННЫХ
МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
© 2008 г. В.В. Леднев, Н.А. Белова, А.М. Ермаков, Е.Б. Акимов*, А.Г. Тоневицкий*
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино, Московской области;
E-mail: belovanat@mail.ru
*
ФГУВсероссийский научно—исследовательский институт физической культуры и спорта, 105005, Москва
Поступила в редакцию 10.09.08 г.
Изучено влияние крайне слабых переменных магнитных полей различных типов с амплитудами < 2 мкТл на вариабельность сердечного ритма человека. Экспонирование добровольцев проводилось в катушечной системе большого объема (2x2x2 м), обеспечивающей воздействие однородного по амплитуде крайне слабого переменного магнитного поля на все тело испытуемого. Впервые показано, что воздействие этого поля на человека позволяет как повышать, так и понижать величину стресса у человека. В частности, поле, настроенное на спины ядер водорода (амплитуда - 1,6 мкТл, частота - 76 Гц), вызывает понижение величины стресс-индекса Баевского, в то время как поле, настроенное на магнитные моменты, обусловленные орбитальным движением электронов в некоторых атомах (амплитуда - 0,192 мкТл, частота - 3000 Гц), индуцирует повышение стресс-индекса Баевского. Результаты данной работы позволяют объяснить возможные причины неблагоприятного воздействия крайне слабых переменных магнитных полей некоторых типов техногенного и природного происхождения на сердечнососудистую систему человека.
Ключевые слова: вариабельность сердечного ритма, крайне слабые переменные магнитные поля, физический и эмоциональный стресс, стресс-индекс Баевского.
Принято считать, что система кровообращения является наиболее чувствительным индикатором адаптационной реакции организма человека на стрессорные воздействия внешней среды [1-3]. Воздействие стресс-факторов сопровождается изменением ряда параметров, характеризующих вариабельность сердечного ритма (ВСР), т.е. изменение длительности Я-Я-интервалов в последовательных циклах сокращений сердца за определенный промежуток времени.
Согласно данным эпидемиологических исследований, повышенная интенсивность магнитных полей промышленных частот (50 - 60 Гц) на рабочих местах технических сотрудников электрических компаний коррелирует с повышенной смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний, обусловленных аритмией и острым инфарктом миокарда [4]. Именно эти заболевания связаны с изменением контроля ритма сердца со стороны вегетативной нервной системы.
Сокращения: КС ПеМП - крайне слабые переменные магнитные поля, ВСР - вариабельность сердечного ритма, TP(total ро-wer) - суммарная мощность спектра, SI (stress тёех) - стресс-индекс.
Большой резонанс вызвало недавнее сообщение о влиянии переменных магнитных полей на ВСР у новорожденных детей, помещенных в инкубаторы; при этом магнитное поле с частотой 50 Гц и амплитудой ~ 1 мкТл индуцируется электромотором, обеспечивающим прокачку воздуха через инкубатор [5].
В ряде работ приведены данные, свидетельствующие о значительной корреляции смертности среди лиц, страдающих от сердечно-сосудистых заболеваний, с активностью природных магнитных пульсаций типа Рс1 (рика1;юп соп1;тиош 1, частота пульсаций - 0,2 - 5,0 Гц, амплитуда - десятки - сотни пТл) [6-9].
Данные лабораторных исследований по влиянию переменных магнитных полей на ВСР человека весьма противоречивы [10-19]. Это объясняется, главным образом, использованием совершенно различных типов полей в экспериментах и отсутствием какого-либо обоснования для применения полей конкретных типов. В связи с этим, мы предприняли изучение влияния крайне слабых переменных магнитных полей (КС ПеМП) (к которым мы произвольно относим поля с амплитудами < 2 мкТл) на относительно простые тест-системы с целью оп-
ределения параметров полей, обеспечивающих их наибольшую биологическую активность. Наиболее детально мы изучили влияние КС ПеМП на регенерацию ампутированной головной части планарий (0\татАа И^рпа) и грави-тропический изгиб в сегментах стеблей льна (¿¡пит Ывппё) [20-24].
Согласно полученным нами данным [20-23]:
1) величина биологического эффекта или биотропность КС ПеМП определяется величиной параметра уВас/, где у - гиромагнитное отношение магнитного момента данного типа, Гц/мкТл, являющегося первичной мишенью КС ПеМП; ВАс - величина магнитной индукции, мкТл; / - частота, Гц; максимальная величина биоэффектов достигается при значении параметра уВ ас// = 0,9;
2) настройка КС ПеМП на первичные мишени различных типов может индуцировать биоэффекты противоположного знака, например, активацию или ингибирование скорости пролиферации (или дифференцировки) клеток, скорости гравитропической реакции в растениях [20-23].
Соответственно, мы предположили, что КС ПеМП могут как увеличивать, так и снижать стресс у человека (в известных нам публикациях магнитные поля рассматриваются исключительно как фактор стресса). Для проверки этого предположения мы исследовали влияние КС ПеМП на вариабильность сердечного ритма добровольцев, помещенных в катушечную систему большого объема, обеспечивающую воздействие однородного по амплитуде переменного магнитного поля на все тело испытуемого. Результаты этого исследования представлены в данной работе.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В экспериментах приняли участие 25 добровольцев, из них 17 мужчин и 8 женщин в возрасте от 19 до 40 лет.
Протокол эксперимента. Определение параметров ВСР проводили в изолированной комнате с 9.00 до 13.00 и с 15.00 до 18.00 в положении сидя. В большинстве опытов время аккомодации испытуемого (к переходу из положения стоя в положение сидя) составляло 10 - 20 мин. Магнитное поле включали после окончания периода аккомодации. Время экспонирования испытуемого в магнитном поле составляло 15 - 40 мин. В некоторых случаях проводили запись параметров ВСР в течение 5 - 15 мин после выключения поля.
Запись и анализ вариабельности сердечного ритма проводили с использованием программно-аппаратного комплекса «Варикард» типа 2.51 (фирма «РАМЕНА», Рязань), рекомендо-
ванного к использованию в медицинской практике решением Комитета по новой медицинской технике МЗ РФ. Расчет параметров BCP проводили на основе 5-минутных массивов R-R-интервалов, не содержащих артефактов. Результаты воздействия КС ПеМП на вариабильность сердечного ритма оценивали, используя стандартный набор общепринятых параметров, характеризующих статистические и спектральные характеристики динамического ряда кардиоин-тервалов [2,3] и, в первую очередь, стресс-индекс Баевского, SI (Stress Index), суммарную мощность спектра вариабельности сердечного ритма, TP (Total Power), и отношение средних значений низкочастотной и высокочастотной компонент BCP, LF/HF (Low Frequ en су/High Freque^y).
Величина SI (усл. ед.) вычисляется по формуле [2]: SI = А /2-М0-Х, где М0 - мода (мс) т.е. наиболее часто встречающаяся в данном динамическом ряде величина кардиоинтерва-лов; А - амплитуда моды кардиоинтервалов, т.е. число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, выраженное в процентах к объему выборки; X = Xmax - Xmin - вариационный размах (мс) или разность максимального и минимального значений кардиоинтервалов в исследуемом ряде кардиоинтервалов.
Как известно, усиление симпатической регуляции во время психических или физических нагрузок (стрессов) сопровождается стабилизацией ритма, уменьшением разброса длительности кардиоинтервалов и увеличением количества однотипных по длительности интервалов (рост А). Соответственно, форма графика распределения кардиоинтервалов (вариационной пульсограммы, гистограммы) изменяется - наблюдается сужение гистограммы с одновременным ростом ее высоты. Количественно это может быть выражено отношением высоты гистограммы к ее ширине. Эти изменения в форме гистограммы и отражает стресс-индекс Баевского, SI.
Спектральные характеристики. При коротких (5 мин) записях интервалов у взрослых испытуемых выделяют три основные спектральные компоненты, соответствующие высокочастотному, HF (High Freque^y), 0,4 - 0,15 Гц (2,5 - 6,6 с), низкочастотному, LF (Low Frequ-e^y), 0,15 - 0,04 Гц (6,6 - 25,0 с) и очень низкочастотному, VLF (Very Low Frequency), 0,04 - 0,015 Гц (25,0 - 66,0 с) диапазонам. Суммарная мощность спектра, TP (мс2), или суммарный абсолютный уровень активности ре-гуляторных систем определяется как сумма мощностей в вышеописанных диапазонах.
По данным спектрального анализа вычисляется и ряд других показателей, включая индекс вагосимпатического взаимодействия
ЬР/НР, отражающий величину относительной активности подкоркового синаптического нервного центра. Природа отдельных спектральных компонент рассматривается в работах [1-4].
Магнитные поля. Для экспонирования всего тела испытуемого в переменном магнитном поле мы сконструировали «магнитный куб» -систему из четырех квадратных катушек с длиной стороны, равной 2 м, расположенных на поверхности воображаемого куба (конфигурация Мэррита) [24]. Создаваемое магнитное поле было ориентировано вертикально, т.е. перпендикулярно полу, и составляло угол, равный примерно 30° с направлением вектора геомагнитного поля. Каждая из двух внутренних катушек содержала по 36 витков медного провода диаметром 0,5 мм, а две внешние - по 85 витков. Внутри куба было установлено деревянное кресло; соответственно, испытуемый находился в магнитном поле в положении сидя. Величина магнитной индукции переменного магнитного поля в объеме, занимаемом телом испытуемого, была одинаковой в пределах, по крайней мере, 3 %. Для питания «магнитного куба» использовали генератор стандартных сигналов Г3-112. При создании переменных магнитных полей низких частот (10 - 3000 Гц) на 1 В подаваемого на «магнитный куб» переменного напряжения получали амплитуду переменного магнитного поля, равную 0,675 мкТл, т.е. передаточный коэффициент построенного нами «магнитного куба» равнялся 0,675 мкТл/1 В. В данном случае 1 В - среднеквадратичное значение, измеряемое вольтметром.
При исследовании возможного влияния
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.