БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 2, с. 385-394
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.4
СООТНОШЕНИЕ ДИНАМИКИ МИНУТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПУЛЬСА И БИОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КРОВИ ЗДОРОВЫХ ЛЮДЕЙ С ГЕОМАГНИТНЫМИ ПУЛЬСАЦИЯМИ Pc5-6
© 2015 г. Т.А. Зенченко* **, А.А. Медведева*, Н.Н. Потолицына***, О.И. Паршукова ***, Е.Р. Бойко ***
*Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино Московской области, ул. Институтская, 3;
**Институт космических исследований РАН, 117997, Москва, ул. Профсоюзная, 84/32;
*** Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, 167982 ГСП-2, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул Первомайская, 50 E-mail: zeneh@mail.ru Поступила в p едакцию 10.02.14 г.
После доработки 24.10.14 г.
П роведено четыре эксперимента по длительному синхронному мониторингу минутных значений пульса и биохимических показателей крови у четырех практически здоровых добровольцев (женщины). Длительность каждого эксперимента 90 мин, регистрацию электрокардиограммы производили непрерывно, частоту забора проб крови - р аз в две минуты. В венозной крови определяли текущие концентрации трийодтиронина, кортизола, глюкозы, стабильных метаболитов оксидов азота (NOA). Обнаружена синхронность колебаний уровней кортизола и свободного трийодтиронина в крови всех четырех волонтеров, а также присутствие в спектрах этих биохимических показателей периодов 7-8 и 15-17 мин. Выявлено наличие периодов в спектрах NOA, равных 7, 13 и 25-30 мин. Показано, что динамика вариаций сердечного ритма в наибольшей степени определяется ритмами колебаний уровня NOx в крови, а периоды в вейвлет-спектрах этих физиологических показателей у всех четверых волонтеров близки к периодам спектров синхронных им вариаций вектора геомагнитного поля в частотном диапазоне 0,5-3,0 мГц. Результаты исследования указывают на оксид азота и его метаболиты в крови как на биохимический фактор, с высокой вероятностью участвующий в развитии процесса тонкой «подстройки» организма к вариациям геомагнитного поля и обеспечивающий синхронизацию вариаций сердечного ритма и геомагнитных колебаний в геомагнитно спокойных условиях.
Ключевые слова: солнечно-биосферные связи, синхронизация ритмов, геомагнитные пульсации Рс5, вариации сердечного ритма, биохимические показатели крови.
Ранее нами было показано, что минутные колебания значений частоты сер дечных сокра -щений (Ч CC) здорового человека, находящегося в покое, в значительной степени синхр они-зованы с колебаниями вектора геомагнитного поля (ГМП) в частотном диапазоне 0,5-3,0 мГц (или с пер иодами 5-30 мин) [1-3]. Этот эффект наблюдался в 60% экспериментов, пр оведенных с одним и тем же волонтер ом в Москве (Ро ссия) и при измерениях в группе из 30 здоровых волонтеров [1]. Данный частотный диапазон в геомагнитном поле соответствует геофизическим пульсациям (Pulsation Continuous) Рс5
Сокращения: ЧСС - частота сердечных сокращений, ГМП - геомагнитное поле, Т3 - трийодтиронин, ЭКГ -электрокардиограмма.
(150-600 с) и Рс6 (>600 с). Эти пульсации присутствуют в магнитосфере практически постоянно и, в отличие от других типов геомагнитных пульсаций, хар актеризуются значительными амплитудами, достигающими в авроральных широтах 30-100 нТл, а во время сильных геомагнитных возмущений - 300-600 нТл [4].
В работе [1] проводили наблюдения за здоровыми людьми, организм которых обладает хорошими адаптационными резервами, и наблюдаемая реакция на вариации вектора ГМП в диапазоне Рс5-Рс6 не выводила измеряемые показатели за пределы физиологической нормы. Однако для лиц с некоторыми нарушениями сердечно-сосудистой системы, такими как нестабильность функции синусового узла, наличие внешнего фактора, влияющего на динамику ге-
нерации сер дечного импульса, может представлять опасность, увеличивая риск возникновения мигр ации сердечного водителя ритма и развития фибрилляции. Таким образом, исследование механизма синхронизации сердечного ритма с геомагнитными пульсациями Рс5-Рс6 имеет практическую значимость, поскольку дает возможность продвинуться в решении кр айне важной медицинской задачи, а именно в профилактике возможных сердечно-сосудистых катастроф, обусловленных вариациями геомагнитной активности.
Помимо этого, обнаруженный эффект биогеомагнитной синхр онизации может оказаться эффективным инструментом для решения одной из фундаментальных пр облем гелиобиофизики, а именно выявления конкретных физиологических механизмов реакции биосистем на вариации геомагнитного поля.
Сердечный ритм и его динамика - удобные для р егистрации, однако очень сложные в интерпретации интегральные параметры, управляемые целой совокупностью внутренних р егу-лятор ных факторов. Чтобы построить рабочую биофизическую модель развития реакции ор га-низма на изменение спектра вариаций ГМП, необходимо понять, какие из физиологических механизмов, управляющих динамикой сердечного ритма в данном частотном диапазоне, оказываются чувствительными к вариациям ГМП. К числу таких факторов потенциально могут быть отнесены как интракардиальные процессы (например, генерации и проведения электрического импульса по различным участкам миокарда), так и экстракардиальные, например колебания уровня гормонов в крови или возбуждения-тор можения р азличных отделов вегетативной нер вной системы.
В работе [1] на основании анализа 60-ти экспериментов мы показали, что значения длительностей интер валов PQ и QRS обнаружива -ют синхронизацию с вар иациями вектора ГМП в значительно меньшем числе случаев, чем показатель ЧСС и тесно связанный с ним показатель длительности QT-интеpвала. Таким образом, был сделан вывод, что наблюдаемая чувствительность сердечного ритма с вариациями ГМП обусловлена, скорее всего, экстракар-диальными механизмами.
К сожалению, нам не удалось найти в литературе не только экспериментальных, но и сколько-нибудь подробных теоретических данных о том, какими нейрогуморальными механизмами может регулироваться ритмичность изменения ЧСС в покое в миллигерцовом диапазоне частот. Все существующие упоминания относятся к значительно большим временам
наблюдений [5-7]. Единственное упоминание о существовании возможных периодических колебаний концентрации адреналина, норадрена-лина и 17-оксикортикостероидов в диапазоне 7-9 мин [8,9] было основано на результатах непр ямых экспериментов [10], и, к сожалению, их можно р ассматривать только как гипотезу. В то же вр емя эти результаты позволили нам предположить, что в значениях других биохимических показателей крови, оказывающих влияние на сердечный ритм, также могут наблюдаться периодические колебания в данном частотном диапазоне.
В настоящее время получены доказательства непосредственного влияния гормонов щитовидной железы на сердечную мышцу. Так, на мембране миокардиальных клеток были обнаружены рецепто ры для тиреоидных гормонов и ка-техоламинов. Рецептор ы тир еоидных гормонов также были идентифицированы на участках-активаторах тяжелых цепей миозина, Са-АТФазе саркоплазматического ретикулума, Ка,К-АТФ-азе, являющихся важными регуляторами сердечных сокращений [5].
Считается, что одним из первых проявлений воздействия тиреоидных гормонов на сердечно-сосудистую систему у больных людей и животных в эксперименте является снижение общей сосудистой сопр отивляемости. Она может понизиться (на 50-70%), соответственно увеличивая приток крови к мышцам, кожным покровам, сердцу и почкам. Таким образом, воздействие гормонов щитовидной железы может быть как прямым, так и опосредованным через адренергические рецепторы, поскольку в-адре-нергические эффекты усиливают обусловленное тиреоидными гормонами снижение системной сосудистой резистентности и повышают сердечный выброс [7].
Тиреоидные гормоны сами по себе являются вазодилататорами, непосредственно воздействующими на гладкомышечную ткань сосудистой стенки, а также могут влиять на клетки эндотелия, вызывая высвобождение вазоактив-ных соединений, в частности оксида азота (N0) [7].
Еще одним метаболитом, влияющим на показатели Ч СС, является кортизол, гор мон, вырабатываемый корой надпочечников. Уровень кортизола растет при стрессовых ситуациях, способствует повышению уровня глюкозы в крови, стимулируя процессы глюконеогенеза, повышает потребление глюкозы в клетках центральной нервной системы, оказывает анаболический эффект на метаболизм.
Ранее было показано, что реакция организма кардиологических пациентов на действие магнитных бурь проявляется, в том числе, в изменении секреции кортизола - во вр емя магнитной бури его уровень повышался [11,12]. Таким обр азом, вопр ос о возможном участии данного гор мона в формировании физиологического ответа организма на изменение возму-щенности магнитного поля уже рассматривался в литературе, однако в указанных работах речь шла о сравнении однокр атно измеренных средних уровней синтеза данного гор мона в геомагнитно спокойное и возмущенное время.
В последнее время в литературе активно рассматривается физиологическая роль оксида азота. Этот метаболит синтезируется группой ферментов NO-синтаз, особенно эндотелиаль-ной NO-синтазой, и играет важную роль в регуляции функции эндотелия, контроле артериального давления и Ч CC. Показано, что NO -основной эндотелиальный фактор релаксации, поддерживающий нормальный тонус сосудистой стенки за счет расслабления гладкомы-шечной мускулатуры со судов. Функция NO также заключается в угнетении пролиферации гладкомышечных клеток, уменьшении агрегации тр омбоцитов и замедлении адгезии лейкоцитов к эндотелию [13]. При низком уровне NO в крови развивается спазм сосудов, в том числе и коронарных, что может приводить к развитию артериальной гипертензии, тахикардии, тромбозу сосудов.
Таким образом, среди биохимических агентов, влияющих на показатели сердечного ритма, нами были отобраны уровни секреции тр ийод-тиронина (Т3), кортизола, глюкозы, а также стабильных метаболитов оксида азота (NOA). Целью данной работы было получение ответов на следующие вопросы.
Наблюдаются ли in vivo в крови здорового человека, находящегося в покое, периодические колебания уровней секреции перечисленных выше биохимических показателей?
Если данные ритм
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.