ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 1, с. 82-94
УДК 612.0+577.1+572.02+577.41+577.49+55
ВЛИЯНИЕ МНОГОЛЕТНИХ ВАРИАЦИЙ КОСМИЧЕСКИХ РИТМОВ НА БИОХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕЛОВЕКА
© 2004 г. С. И. Сороко, М. С. Лушнов
Межинститутская лаборатория сравнительных эколого-физиологических исследований Института эволюционной физиологии и биохимии им.И.М.Сеченова РАН и Международного научно-исследовательского центра "Арктика" ДВО РАН, Санкт-Петербург Поступила в редакцию 11.04.2003 г.
Длительных многолетних наблюдений биохимических параметров человека, сопоставимых по продолжительности с 11-летним солнечным циклом, в научной литературе нами не обнаружено. В этой связи авторами были проведены исследования за 12-летний период, посвященные изучению флюк-туаций биохимических параметров крови и динамики гелиогеофизических факторов. Показано, что биохимическая система крови "откликается" на воздействие этих факторов. Исследования основаны на 443 пробах биохимических показателей и 4883 ежедневных измерениях гелиогеофизических параметров. Основные выводы работы свидетельствуют о том, что система биохимических показателей изменяется синхронно с изучаемыми воздействиями, что следует из одинаковых спектрально-временных гармоник и периодов упомянутых физиологических и физических процессов, включая суммарную корреляционную оценку (критериальную функцию) биохимических параметров, которая адекватно описывает функциональные изменения биохимической системы крови.
Вопрос об исследовании функционального состояния организма и его многопараметрическое моделирование при воздействии гелиогеокосмических факторов является одним из самых интересных в современной экспериментальной и клинической физиологии. Эта проблема приобретает большую значимость при изучении адаптивных приспособительных механизмов различных функциональных систем - лейкоцитарной, биохимической, электролитной, их динамических взаимоотношений и соотношений с параметрами солнечно-космических излучений, играющих роль первичных многофакторных водителей биоритмов и датчиков времени для систем организма [1, 2].
На сегодняшний день существует, с одной стороны, значительное количество экспериментальных исследований, посвященных влиянию электромагнитных и акустических полей на системы организма. С другой стороны, создание лабораторной модели, способной учитывать всю совокупность параметров внешней электромагнитной среды, в настоящее время представляется по оценкам специалистов крайне дорогостоящим и технически невозможным мероприятием [3]. Поэтому в науке благополучно "сосуществует" большое количество концепций и частных точек зрения относительно механизмов воздействия внешних гелиогеофизических, космических и метеорологических факторов на отдельные параметры биосферы и живых организмов. Кроме того, большая часть экспериментального материала получена при исследованиях отдельных параметров животных или человека и не учиты-
вает конкретных временных циклов и активности Солнца, а также не принимает во внимание системный многопараметрический характер получаемых изменений организма. Немногочисленны работы по динамическому моделированию совокупностей физиологических показателей с применением обобщенных системных оценок, в частности, в динамике, сравнимой по временным масштабам с 11-летними вариациями солнечной активности, космических излучений и флуктуа-циями ионосферы Земли [4]. Учитывая вышеприведенные доводы, представляется наиболее целесообразным проводить натурные наблюдения за изменениями систем организма под влиянием многопараметрической естественной кос-могелиофизической среды.
Исследование множества свойств различных явлений привело естествоиспытателей к необходимости системного подхода. Потребность в таком подходе при изучении целостного организма ощущалась исследователями давно. Термин "система" употребляется в том случае, когда подразумевается собранная вместе совокупность, упорядоченная и организованная, без четкого критерия этого объединения, упорядоченности, организованности. Системный подход исследований -следствие перемены теоретического подхода к пониманию изучаемых объектов [5, 6].
В литературе приводится много определений системы. Одно из них звучит так. Система - комплекс избирательно вовлеченных компонентов, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретают характер взаимосодействия компо-
нентов на получение фокусированного полезного результата. Результат функциональной системы является ее неотъемлемой частью [5]. Функциональная система - единица интеграции целого организма, складывающаяся динамически для достижения любой его приспособительной деятельности и всегда на основе циклических взаимоотношений избирательно объединяющая специальные центрально-периферические образования [7].
В нашем случае интересен вопрос воздействия космогелиогеофизических факторов на внутреннее взаимодействие (самоорганизацию) элементов функциональной биосистемы. Выдающуюся роль в возникновении теории самоорганизации сыграли труды В.И. Вернадского [8, 9]. Затем в 1954 г. Б. Фэрли и У. Кларк определили самоорганизацию в качестве "системы, изменяющей свои основные структуры в зависимости от опыта и окружения" [10]. Английский кибернетик У.Р. Эшби [6] одним из первых дал определение и сформулировал принципы самоорганизующейся динамической системы. В настоящее время благодаря работам немецкого физика Г. Хакена [11] проблему самоорганизации стали относить к разделу новой дисциплины - синергетике.
МЕТОДИКА
Наиболее близкими методами к системному подходу, способными описать экспериментальные данные, являются такие области знания как многомерная статистика и оптимизация. В настоящей работе за определение системы принято следующее. Система - множество элементов, характеризующихся связями друг с другом и дополнительным свойством - функцией, не совпадающей или не характеризующейся ни одним из свойств отдельного ее элемента [12].
Направление развития науки от многочисленных фактов и законов имеет тенденцию к централизации и сведению к одному или нескольким законам. Для естественных наук в центре стоит принцип оптимальности (экстремальности) - утверждение об экстремуме (минимуме или максимуме) некоторой величины (функционала или целевой функции). Поэтому вариационный принцип экстремума является одним из лучших методов моделирования биосистем [13].
Основные проблемы оптимальности организации биологических систем изложены в ряде работ [14, 15]. Проблема сводится к поиску функционала системы, экстремум которого соответствует поставленной задаче. А задача заключается в поиске соответствия теории и данных физиологических исследований при различных функциональных состояниях, когда оптимальные параме-
тры биосистемы доставляют экстремум определенного функционала [16].
М.В. Фролов [17] определяет функциональное состояние (ФС) как результат взаимодействия внешней среды и исходных свойств субъекта. Иначе ФС - совокупность признаков, свойств, функций и качеств субъекта, которые прямо или косвенно характеризуют ту или иную деятельность.
Эмпирический принцип напряжения и разба-лансировки корреляционных связей при различных функциональных состояниях систем известен в физиологии уже несколько десятилетий [14-16]. Однако среди множества оптимизационных методов, опирающихся на этот принцип, встречается довольно ограниченное число методик, способных давать индивидуальные статистические функциональные оценки системы (функционального множества биологических системных параметров).
Методический прием заключается в том, что для всей выборки биосистемы строится корреляционная матрица, которая подвергается специальному преобразованию с использованием процедуры ветвей и границ с выбором оптимального подмножества признаков и оценкой для каждого пациента критериальной функции (КФ) [18]. Метод основан на оценке некоторой монотонной функции - КФ от какого-либо биологического множества (А), такой, что, если существуют два подмножества А, и А, причем А, содержится в Aj, тогда C(A) < C(Aj) или C(A) = C(Aj), что означает свойство монотонности. Алгоритм построен на вычислении максимальной КФ на основе определенной квадратической формы и на поиске наибольшего набора из n переменных, максимизирующего КФ для всего подмножества, содержащего m признаков. КФ вычисляется через
T 1
квадратическую форму: C(Am)=(Xm) Sn (Xm), где Am - набор m переменных, Xm - вектор переменных (набор биопараметров - функциональная система конкретного индивида) и Sm - симметричная положительно определенная корреляционная
T
матрица размера m х m, символ Xm означает операцию транспонирования вектора, SпП - операцию вычисления обратной матрицы.
Эти статистические оценки, полностью покрывают (характеризуют) всю исследуемую функциональную систему по определению M.S. Ridout [19] и являются индивидуальными системными показателями. Они отражают системную организацию и указывают на различную степень закоррелированности (управляемости), гибкости ее реагирования и адаптивности.
Исходя из вышеприведенных фактов, можно сделать вывод о возможности оценки динамики
системы каждого пациента или испытуемого в течение практически любого периода, включая многолетние исследования. Эти системные показатели также можно включать в набор зависимых параметров при вычислениях множественных корреляций в качестве самостоятельных параметров. Динамика критериальной функции физиологических параметров, вычисленной на основе "внутренних" корреляций элементов биосистемы, может обнаружить определенную синхронность смещения всей системы регуляции с воздействующими факторами, переход ее на новый уровень функционирования. Это указывает на возможность существенных межсистемных ре-гуляторных сдвигов, что может привести к системному сдвигу функционального состояния организма от воздействия ионосферных параметров (ИП), космических лучей (КЛ) и солнечной активности (СА).
Таким образом, приведенный метод моделирования способен адекватно описать биологическую систему, поскольку содержит основные ее признаки: множество элементов, характеризующихся в данном случае корреляционными связями
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.