CC BY
82
УДК 613Л3”324”:613Л63”324”
СРАВНЕНИЕ СЛУЧАЕВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ МЕТЕОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЗИМЫ СЕВЕРНЫХ И СРЕДНИХ ШИРОТ*
© 2011 г. 1,2Т. А. Зенченко, гА. М. Мёрзлый, 3Ю. Г. Солонин
1 Институт космических исследований РАН, г. Москва
2 Институт теоретической и- экспериментальной биофизики, г. Пущино, Московской обл.
3Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, г. Сыктывкар
Чувствительность сердечно-сосудистой системы человека к воздействию метеорологических факторов известна и систематизирована очень давно [4, 6, 19]. Известны эффекты влияния тепловых и холодовых «волн» на динамику заболеваемости и смертности от сердечно-сосудистых заболеваний [2, 3, 6, 9, 17, 20, 21]. Согласно [14], в климатических условиях Севера ключевым фактором оказывается средний уровень атмосферного давления. Однако в указанных работах исследовались в основном только эффекты, выявляемые на уровне популяций и приводящие к «катастрофическим» изменениям в самочувствии человека: средняя частота осложнений определенных заболеваний, случаев обращения в службу скорой помощи, количество смертельных случаев и т. д.
В то же время целью исследований эффектов влияния погоды на состояние здоровья и самочувствие человека должны быть не только популяционные прогнозы, но и оценка индивидуального риска развития функциональных нарушений и осложнений здоровья, в первую очередь — для пациентов с нарушениями функций сердечно-сосудистой системы. Особенно актуальной эта задача становится в современных условиях участившихся погодных аномалий.
Задача получения обоснованного персонального прогноза изменений важных физиологических показателей, (например, уровня артериального давления), обусловленных вариациями погодных условий, является очень многофакторной. Речь идет не только о катастрофических изменениях, приводящих к срыву адаптации и обострению заболевания, но и вариациях, находящихся в пределах индивидуальной нормы. Еще в 1992 году В. Н. Шеповальников и С. И. Сороко отмечали, что «индивидуальные особенности, характер и степень выраженности гелиометеотропных реакций, их роль в изменении психосоматического статуса, динамике адаптации и структуре заболеваемости до сих пор изучены недостаточно» [19. С. 7]. За прошедшие 20 лет ситуация практически не изменилась. В лабораторных и клинических экспериментах наблюдали значительные эффекты ответа различных систем организма человека и животных на изменение атмосферных и геомагнитных факторов, однако эти эффекты различались по знаку, амплитуде, времени развития ответной реакции [1, 4—7, 10, 15, 16, 19]. Эти результаты нельзя было обобщить из-за различий в методологии и локальных условиях проведения экспериментов, зачастую вообще не описанных в публикациях. В то же время вклад именно этих неконтролируемых факторов — геофизических, климатических, временных, социальнопсихологических и т. д. — не позволял применить закономерности, обнаруженные в одном регионе для одной группы волонтеров, к другой возрастной группе или другому региону.
* Работа поддержана грантом Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине».
Проанализирована динамика индивидуальных показателей артериального давления (АД) 16 человек среднего и старшего возраста, постоянных жителей Сыктывкара и Москвы, а также характер ее зависимости от вариаций атмосферных факторов во время зимнего периода наблюдений. Показано, что в условиях аномально суровой зимы, независимо от региона проживания, для всех испытуемых характерной является реакция повышения уровня АД при снижении значений температуры и относительной влажности ниже определенного порога. В то же время при наблюдении в относительно мягких условиях, близких к среднеклиматической норме, преобладает противоположная картина реакции показателей артериального давления на изменение атмосферных факторов. Высказано предположение, что степень экстремальности погодных условий в период проведения измерений может являться фактором, обусловливающим не только амплитуду, но и знак метеотропной реакции.
Ключевые слова: индивидуальная метеочувствительность, атмосферные факторы, географическая широта, артериальное давление.
Главным препятствием было отсутствие общих научно обоснованных требований к методике проведения эксперимента и анализа для оценки индивидуальной чувствительности организма, а также критериев обобщаемое™ результатов [18]. Какова минимально необходимая длительность и частота наблюдений для надежного выявления индивидуальной чувствительности к метео- и геомагнитным факторам? Зависит ли уровень метеочувствительности человека от сезона года? Какие именно внешние факторы необходимо учитывать при оценке реакции организма на погоду? Как искажает результат взаимосвязь между различными атмосферными показателями? При каких условиях результаты, полученные в средних широтах, применимы к условиям Севера, и наоборот? Какую роль в проявлении эффекта метеочувствительности играет возраст, пол человека, наличие у него заболеваний? И так далее.
Нами был предложен и разработан новый подход к решению этой задачи. Суть его заключается в том, что на первом этапе вывод о наличии или отсутствии у конкретного человека чувствительности к метеорологическим или геомагнитным факторам делается персонально, на основе результатов статистического анализа связи достаточно длинных временных рядов показателей его артериального давления (АД) с параметрами погоды и геомагнитной активности (ГМА).
Каждое такое отдельное заключение об уровне и характере индивидуальной чувствительности человека к факторам погоды с точки зрения классификации доказательной медицины является «описанием отдельного случая» [18]. Анализ большого объема литературных данных в области биоклиматологии и результаты собственных наблюдений позволяют нам высказать гипотезу, что полученные для каждого испытуемого знаки и величины амплитуд реакции являются не константами, а текущими значениями многопараметрической функции, зависящей от времени, географического положения и внешних условий проведения мониторинга, а также индивидуальных характеристик волонтера.
Задача восстановления полного вида такой функции является крайне сложной и трудоемкой. Однако ее решение возможно на основе анализа и обобщения большого числа таких персональных заключений, полученных с использованием единой унифицированной методики измерений и стандартного алгоритма анализа, и собранных в единую базу знаний. Такая база знаний позволяет производить сортировку по любому из включенных в нее параметров, формировать однородные когорты для выполнения исследований типа «случай-контроль» и в результате ранжировать параметры по степени их вклада в общий вид функциональной зависимости.
К моменту написания статьи сформированная одним из авторов (Т. А. Зенченко) база знаний содержала 230 персональных заключений о характере индивидуальной метео- и магниточувствительности добровольцев разного возраста, проживающих в
шести городах России, как здоровых, так и с диагнозом «артериальная гипертензия (АГ) 1-й и 2-й степени». Это позволило сформировать статистически значимые когорты для оценки значимости следующих параметров для проявления эффекта чувствительности к ГМА:
• пола и возраста волонтеров;
• фазы цикла солнечной активности;
• наличия у волонтера заболевания артериальной гипертензией.
В то же время объем статистики, представленной в базе знаний, пока не позволил доказательно ответить на вопросы об особенностях характерных реакций показателей АД на действие атмосферных факторов. Причина заключается в необходимости учета гораздо большего, чем в случае с ГМА, перечня факторов, которые, как было сказано выше, потенциально могут являться критериями исключения — климат региона наблюдения, сезон года, возраст, пол, медицинский статус волонтеров и т. д. — вследствие чего однородные по всем этим признакам выборки включают малое число случаев. Однако сравнительный анализ даже таких малых выборок позволяет уже на настоящем этапе высказать и провести первоначальную проверку гипотез о важности некоторых факторов, ранее не принимавшихся во внимание в медикоклиматологических исследованиях.
Целью данной работы было сравнительное исследование характера и амплитуд индивидуальных реакций жителей разных регионов на экстремальные изменения атмосферных факторов в зимний период, а также проверка высказанной нами гипотезы о том, что характер и амплитуда индивидуальных реакций зависит, в частности, от степени экстремальности текущих значений метеорологических показателей в период наблюдения.
Методы
Дизайн исследования. Исследование групп случаев индивидуальной чувствительности к метеорологическим факторам.
Волонтеры. Для оценки степени чувствительности к вариациям факторов погоды в экстремальных климатических условиях из сформированной базы знаний были выбраны все случаи, удовлетворявшие следующим критериям включения:
• постоянное проживание в том регионе, где был проведен мониторинг;
• наличие медицинского диагноза о заболевании АГ 1-й или 2-й степени;
• возраст не менее 45 лет;
• проведение измерений в зимнее время. Оказалось, что этим требованиям удовлетворяют
16 человек, из них четверо — жители северного региона (г. Сыктывкар) и 12 человек — жители Москвы. Волонтеры Сыктывкара проводили измерения в период с 01.11.2009 по 28.02.2010 года. Выбранные волонтеры Москвы все являлись пациентами НИИ кардиологии им. А. Л. Мясникова и проводили измерения в периоды 01.11.2001 — 15.03.2002 и 01.11.2002—15.03.2003 годов.
Характеристики групп волонтеров приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики групп волонтеров Сыктывкара и Москвы
Место и время проведения Число волонтеров Средний возраст, лет САДср, ДАДср,
измерении (мужчин+женщин) мм рт. ст. мм рт. ст.
Сыктывкар-2010 4 (1+3) 65,3±14,0 132±16,1 72,3±9,2
Москва-2002 6 (1+5) 58,2±9,9 138,1 ± 7,3 87,7±4,3
Москва-2003 6 (3+3) 62,5±5,7 140,7 ±11,6 82,4±7,5
Примечание. Данные приведены в формате «среднее значение ± среднеквадратичное отклонение».
Проведение измерений. Собственные показатели систолического (САД) и диастолического (САД) АД все испытуемые регистрировали трехкратно примерно в одно и то же время, дважды в день (утром и вечером), посредством электронного тонометра моделей UA-767 и UA-777 (A&D Company Ltd., Япония). Таким образом, для каждого испытуемого были получены четыре временных ряда ежедневных измерений (САД и ДАД, утренние и вечерние значения), каждый из которых потом анализировали независимо. Кроме того, в специальной графе примечаний испытуемые отмечали дни, в которые нарушался режим питания или отдыха, изменялось расписание приема медикаментов либо они испытывали сильное психоэмоциональное напряжение.
Особенностью предлагаемого метода оценки индивидуальной метео и магниточувствительности является многоступенчатая процедура предварительной обработки персональных временных рядов данных и анализа полученных результатов, понижающая риск получения статистически значимых, но практически не обоснованных выводов.
Так, например, при наличии во временных рядах данных долговременных трендов, которые потенциально могут быть объяснены изменением расписания приема гипотензивных средств, такой тренд исключался из временного ряда значений АД на предварительном этапе анализа. Например, в данном исследовании операция исключения экспоненциального тренда была применена к временным рядам АД волонтеров под номерами 12, 13 и 14 (г. Москва) (что привело к уменьшению коэффициентов корреляции этих рядов с температурой, но не исключило полностью эффекта).
Метод оценки индивидуальной чувствительности к метеорологическим и геомагнитным факторам. Для оценки степени статистической связи между временными рядами физиологических показателей и атмосферными и геомагнитными факторами использовались стандартные статистические методы (корреляционный и однофакторный дисперсионный анализ) и их модификация — двумерный корреляционный анализ.
Расчеты производили посредством специально разработанного приложения в программной среде MathLab 7.0, включающего ряд стандартных встроенных функций и логически разветвленный алгоритм анализа. Так как длина временных рядов АД составляла не менее 38 значений, на начальном этапе корреляционного анализа для оценки нормаль-
ности выборочных распределений физиологических и соответствующих им атмосферных показателей использовали критерий Жарка-Бера (Jarque-Bera test). В случае отклонения нулевой гипотезы о нормальности распределения на уровне значимости p <
0,05 хотя бы для одного из тестируемых временных рядов далее использовали функции расчета коэффициента корреляции Спирмена (rs); в противном случае (неправомерности отклонения нулевой гипотезы о нормальности распределений) применяли соответственно функцию расчета линейного коэффициента корреляции Пирсона r
Поскольку временные ряды значений АД разных волонтеров имели различную длину, для возможности сопоставления характера и степени их зависимости от атмосферных факторов нами был введен показатель тесноты корреляционной связи К = sign(r) * (— log(p)), где r — коэффициент корреляции, р — его значимость. Такой показатель рассчитывался для каждой пары временных рядов «АД — атмосферный параметр». Преимущества такой формы представления результатов по сравнению с традиционной (значения г и р) заключаются в том, что данный показатель возрастает (а не уменьшается, как уровень значимости) при повышении степени корреляционной зависимости, а также сохраняет информацию о знаке корреляции.
Целью применения метода однофакторного дисперсионного анализа являлась оценка величины изменения среднего значения АД при значениях атмосферного параметра выше и ниже некоторого порогового значения. Поскольку в значительном числе случаев выборочные распределения АД не подчинялись условию нормальности, во всех случаях был использован критерий Вилкоксона для оценки значимости различия медиан двух выборок. Если значения медиан были различны на уровне значимости p < 0,05, была рассчитана величина А амплитуды среднего изменения уровня АД под действием данного внешнего фактора, равная разности медиан двух выборок.
Для сравнения относительных вкладов двух внешних факторов (например, RH и Т) в вариации уровня АД с учетом их взаимосвязи одним из авторов (Т. А. Зенченко) был разработан способ визуализации получаемых результатов, названный «методом компасных диаграмм» [13]. Для этой цели для ряда значений АД длины n строится два вектора синхронных им значений RH и Т, а затем множество линейных комбинаций этих двух векторов вида:
П П
Щ = Т 008(1
где каждый из векторов Т и 1?Н нормирован к виду «ш = 0, о = 1», а \ изменяется от 0 до 35. При I = 0 и I = 18 вектор Ц1) параллелен вектору Т, при I = 9 и I = 27 — вектору ИН. Далее рассчитывается коэффициент корреляции (линейный или ранговый, в зависимости от свойств рядов) временного ряда АД с каждым из 36 векторов Ц1). Тот вектор Ь(1)тах, корреляция АД с которым будет наибольшей, можно рассматривать как проекцию вектора значений АД на гиперплоскость параметров Т и КН.
Если вектор Ц0тах расположен параллельно вертикальной или горизонтальной оси, можно говорить о том, что основной вклад вносит только один из двух анализируемых внешних факторов. Если вектор Ц0 близок к биссектрисе любого из координатных углов, вклад двух факторов является сопоставимым. При этом направления
0о и 90° означают положительную корреляцию, 180° и 270о — отрицательную. В случае взаимной независимости двух внешних факторов, вклад которых необходимо сравнить, максимум функции обычно отчетливо выражен, и можно оценить их относительный вклад.
В случае зависимости между параметрами (например, Т и НН) компасная диаграмма имеет смысл только на участках выборки, где знак корреляции между факторами сохраняется постоянным (например, в зимний или летний период), причем из-за тесной связи между временными рядами показателей погрешность определения доминирующего фактора резко возрастает. На диаграмме это проявляется как значительное уширение максимума длины вектора, когда в большом диапазоне углов проекции имеют близкую длину.
В результате каждое персональное заключение содержало следующую информацию:
1. Анамнестическая информация (пол, возраст, вес, рост, медицинский статус, диагноз, назначенная терапия).
2. Период и место проведения наблюдений.
3. Для каждого из четырех временных рядов АД и каждого из 4 внешних факторов, входящих в стандартную процедуру анализа (атмосферное давление, относительная влажность, температура, уровень геомагнитной активности ГМА):
• значение показателя тесноты корреляционной связи К;
• время развития реакции (в сутках) — экстремум показателя К (при условии р < 0,05 или, соответственно, |К| ^ — к^ш(0,05) в диапазоне временных сдвигов от — 1 до +3 сут. относительно момента измерения АД); в случае отсутствия в данном диапазоне значений К, удовлетворяющих этому условию, рассчитывали величину К для синхронных измерений АД и атмосферного фактора;
• средняя амплитуда реакции на данный фактор А (в мм рт. ст.);
• направление (угол) максимальной проекции L(i) на гиперплоскости попарных комбинаций геомагнитных и метеорологических параметров.
Данные по суточным значениям уровня планетарной геомагнитной активности (ГМА), выражаемой Кр-индексом (сумма восьми трехчасовых значений), были получены с Интернет-сайта ftp://ftp.ngdc.noaa. gov/STP/GEOMAGNETIC_DATA/lNDICES/KP_AP.
Значения метеорологических показателей — температуры (Т), относительной влажности (Relative Humidity, RH) и атмосферного давления (Р) — в Сыктывкаре и Москве за 1999—2011 годы получены с сайта http:// meteo.infospace.ru. Единичные пропуски трехчасовых значений были заполнены посредством процедуры линейной интерполяции, после чего были вычислены среднесуточные значения всех трех атмосферных параметров.
Результаты
Анализ среднесезонных значений метеорологических и геомагнитных показателей в Сыктывкаре за 1999—2011 годы показал, что зима 2009/ 2010 года оказалась экстремальной по всем четырем проанализированным факторам. Наблюдались самые низкие для данной местности за 12 последних зим среднесезонные значения температуры (Т2010 =
— 17,1 °С, Тср = ( — 12,5 + 3,1) °С) и относительной влажности воздуха (RH2010 = 73,7 %, RHcp = (80,6 ± 2,8) %), а также самые высокие значения атмосферного давления (Р2010 = 1 009 мБар, Рср = (999,8 + 5,6) мБар). Эту ситуацию иллюстрирует рис. 1 А, показывающий соотношение зарегистрированных средне-сезонных показателей Т и RH для зимних периодов 1999—2011 годов. Видно, что по показателям температуры и относительной влажности зима 2009/ 2010 года (на рис. 1А «2010») значительно отличается от значений всех других лет.
Рис. 1В показывает распределение аналогичных параметров для Москвы. Видно, что характеристики, наиболее близкие к сезонным показателям погоды Сыктывкара по критерию экстремальности среднесезонных значений температуры (Т2003 = -9’5 °С- ТсР = (~5-8 ± 2-5) °С) и
относительной влажности (RH2003 = 76,2 %, RHcp = (83,5 + 3,3) %) за 12 лет, наблюдались в Москве зимой 2002/2003 года. Значения атмосферного давления в 2003 году также были достаточно высокими, но не экстремальными (Р2003 = 1 000,1 мБар, Рср = (996,5 ± 4,3) мБар). В то же время показатели зимы 2001/2002 года («2002» на рис. 1В) были близки к среднестатистическим для данного региона (Т2002 = -5,4 °С, RH2002 = 83,5 %,
Р2оо2= "ЗЛ мБар).
Три выбранных сезона кардинально различались и по среднесезонным суточным значениям Кр-индекса: зимой 2002/2003 года данный показатель был близок к десятилетнему максимуму (Кр = 20,41), в 2001/2002 году Кр = 15,35, а зимой 2009/2010 года наблюдался абсолютный минимум за рассматриваемый период (Кр = 5,77). Оценка зависимости показателей АД от Кр-индекса входит в стандартный алгоритм анализа, однако сравнение чувствительности к уровню ГМА не входило в задачу данной работы, поэтому результаты оценки вклада этого фактора далее не рассматриваются.
На рис. 2А на примере результатов волонтера 1 (г. Сыктывкар) проиллюстрирована динамика изменений суточных значений САДу и относительной влажности воздуха. Видно, что в динамике значений САДу и ИН согласуются как медленные волны, так и быстрые вариации на временах порядка частоты измерений, т. е. суток. Так как приведенные временные рады значений САДу и ИН не противоречат гипотезе о нормальности распределений (соответственно р = 0,176 и р = 0,183 по критерию Жарка-Бера),
RH, %
в данном случае была рассчитана функция кросскорреляции Пирсона (и соответствующие значения показателя К) в диапазоне сдвигов от —6 до +6 сут. (рис. 2В). Абсолютный экстремум функции кросскорреляции (гр = —0,243, р = 0,008, К = —2,109) соответствует одним суткам запаздывания реакции САДу относительно моментов понижения относительной влажности.
На рис. 2С приведены выборочные распределения значений САДу волонтера 1, которые наблюдались
RH, %
86
84
82
80
78
76
74
72
2001_ 2011 ©
q 2008
2007 _
2002 q О 2000
® • 2009
О О О 2006 О 2005
2003 1999
О 2004
• 2010
-18
-16
-14 -12 -10
Татм,°С
Сыктывкар
-6 -10
-8 -7 -6 -5 -4
Татм, °С
Москва
Рис. 1. Диаграммы распределения среднесезонных значений температуры воздуха и относительной влажности в зимние периоды 1999—2011 гг. в Сыктывкаре и Москве
Рис. 2. А — иллюстрация динамики значений САД (утро) волонтера 1 г. Сыктывкара (мужчина, 70 лет) (серая линия, шкала слева) и относительной влажности в предыдущие сутки (черная линия, инвертированная шкала справа); В — значения показателей тесноты корреляционной связи САДу и ЯН при различных величинах сдвига между рядами; С — распределение выборочных значений САДу волонтера 1, наблюдавшихся при низких (ЯН < 70 %) и нормальных и высоких (ЯН > 70 %) значениях относительной влажности воздуха. Пояснения в тексте.
при значениях ЯН < 70 % и ЯН > 70 %. Медианы выборочных распределений САД равны 136,5 мм рт. ст. (ЯН < 70 %) и 128 мм рт. ст. (ЯН >70 %) соответственно, различия значимы на уровне р = 0,003 по критерию Вилкоксона. Таким образом, оценочная амплитуда изменений уровня утренних значений САД, обусловленных вариациями относительной влажности, в данном случае составляет А = 8,5 мм рт. ст.
Результаты корреляционного анализа для всех волонтеров представлены в табл. 2 и на рис. 3. Реакции уровня АД, наблюдавшиеся у остальных испытуемых Сыктывкара (волонтеры 1—4), имели тот же знак и время развития (синхронно или запаздывание на сутки), что и у волонтера 1. Для волонтеров Сыктывкара статистически значимая корреляция показателей АД с атмосферным давлением наблюдалась для 3 временных рядов из 16, с влажностью воздуха
— для 10 рядов (рис. 2А), с температурой — для 9 рядов (рис. 2В).
Значения амплитуд реакций, полученных в результате дисперсионного анализа, приведены на рис. 4. Сравнение рис. 3 и 4 показывает, что дисперсионный анализ является более чувствительным методом для оценки индивидуальной чувствительности показателей АД к внешним факторам, так как его результаты в большем числе случаев оказываются статистически значимыми.
Так, например, значимое различие выборочных распределений значений АД, полученных при значениях метеорологического параметра выше и ниже некоторого порогового значения (определяемого
индивидуально для каждого человека), у волонтеров Сыктывкара было получено в 12 случаях для зависимости от ЯН и 13 случаях для зависимости от температуры. Во всех случаях зависимости показателей АД волонтеров Сыктывкара от вариаций ЯН и Т, обнаруженных двумя методами статистического анализа, физиологическая реакция имела знак, противоположный направлению изменения атмосферного фактора (АД росло при понижении значений ЯН и Т).
У волонтеров Москвы, проводивших измерения в условиях аномально холодной и сухой зимы 2003 года (волонтеры 5—10), характер реакции АД на изменение температуры был аналогичным тому, что наблюдался у волонтеров Сыктывкара (рис. 3С, D, 4С, D): во всех статистически значимых случаях уровень АД повышался при понижении значений температуры. В случае реакции показателей АД на изменение относительной влажности характер был не столь однозначным (3 случая прямой реакции и 9 обратной), однако реакция повышения уровня АД при понижении влажности преобладает.
В группе волонтеров Москвы, проводившей наблюдения зимой 2001/2002 года в условиях, близких к климатической норме, отмечается качественно другая картина. Из шести волонтеров у пятерых показатели АД растут при повышении уровня относительной влажности и у четверых — при повышении температуры (рис. 4D, Е).
Двумерный корреляционный анализ также показывает, что тип реакции волонтеров Москвы
Рис. 3. Распределения показателей тесноты корреляционной связи К = sign(г) * (—1о^(р)) временных рядов АД волонтеров Сыктывкара и Москвы с параметрами относительной влажности (слева) и температуры воздуха (справа)
Примечания: по оси ординат - номер волонтера. Для каждого волонтера приведены значения К четырех временных рядов показателей АД (САД и ДАД, утренних и вечерних); вертикальный пунктир — границы, соответствующие р = 0,05 для двусторонней области.
Таблица 2
Значения коэффициентов корреляции (г) и значимости связи (р) показателей артериального давления с относительной влажностью и температурой
N ьу Ьв г (САДу- Ш) Р (САДу- Ш) Г (ДАДу- Ш) Р (ДАДу- Ш) г (САДв- Ш) Р (САДв- Ш) г (ДАДв- Ш) Р (ДАДв- Ш) г (САДу-Т) Р (САДу-Т) г (ДАДу-Т) Р (ДАДу-Т) г (САДв-Т) Р (САДв-Т) г (ДАДв-Т) Р (ДАДв-Т)
1 119 116 -0,2428 0,0078 -0,3217 0,0004 -0,0540 0,5645 -0,1617 0,0830 -0,0948 0,3052 -0,1916 0,0369 0,0458 0,6256 -0,0901 0,3363
2 119 119 -0,2065 0,0243 -0,0323* 0,7269 -0,2499* 0,0061 -0,0768* 0,4064 -0,2134 0,0198 -0,1220* 0,1862 -0,1977* 0,0311 -0,0991* 0,2836
3 108 106 -0,2130 0,0292 -0,3194 0,0008 -0,2359 0,0149 -0,3500 0,0002 -0,0393 0,6905 -0,3098 0,0011 -0,2496 0,0099 -0,4670 0,0000
4 125 128 0,0362* 0,6887 -0,2143* 0,0164 -0,1377* 0,1212 -0,1944* 0,0279 0,0234* 0,7954 -0,2745* 0,0020 -0,2147* 0,0150 -0,3034* 0,0005
5 85 66 -0,1063 0,3328 -0,2277* 0,0361 0,0274* 0,8272 -0,2470* 0,0456 -0,1109 0,3124 -0,1394 0,2034 -0,1833 0,1408 -0,1806 0,1467
6 116 91 0,1043* 0,2653 0,2119* 0,0224 -0,1844* 0,0801 -0,1551* 0,1421 -0,1001* 0,2852 -0,1463* 0,1170 -0,1394 0,1876 0,0046 0,9655
7 54 44 -0,2276 0,0978 -0,2847 0,0369 0,0219 0,8880 -0,0985 0,5245 -0,4166 0,0017 -0,3522 0,0090 0,1087 0,4824 0,1727 0,2623
8 89 86 -0,1091* 0,3090 -0,0542* 0,6141 0,0708* 0,5149 0,0302* 0,7815 0,1219 0,2553 0,1791 0,0932 0,0599 0,5815 0,0450* 0,6792
9 52 38 -0,1678 0,2345 -0,2213* 0,1148 -0,0383 0,8194 -0,0807 0,6301 -0,3540 0,0100 -0,3184* 0,0214 -0,3852 0,0169 -0,3839 0,0173
10 65 63 0,3550* 0,0037 -0,0888* 0,4816 0,1287* 0,3149 0,1887* 0,1386 -0,0487 0,6998 -0,3343 0,0065 -0,1363 0,2868 -0,0515 0,6884
11 115 116 -0,0609* 0,5179 -0,0881* 0,3491 -0,1541* 0,0987 -0,1912* 0,0398 0,0978* 0,2984 0,1198* 0,2021 0,0141* 0,8810 0,1133* 0,2259
12 107 102 0,0717* 0,4630 0,0957* 0,3267 0,1059* 0,2893 0,1425* 0,1532 0,3008* 0,0016 0,3596* 0,0001 0,3104* 0,0015 0,1101* 0,2705
13 84 83 0,0903* 0,4142 0,2568* 0,0184 -0,0636* 0,5677 -0,0548* 0,6228 0,0561* 0,6125 0,2102* 0,0549 0,0361* 0,7461 0,1023* 0,3575
14 90 95 0,2156* 0,0425 0,2190* 0,0392 0,3797* 0,0001 0,2674* 0,0088 -0,0355* 0,7410 0,1503* 0,1599 0,0492* 0,6357 0,0099* 0,9241
15 57 53 0,1371* 0,3093 0,0302* 0,8237 0,2819 0,0408 0,1721 0,2179 -0,3755* 0,0040 -0,2139* 0,1101 -0,2145* 0,1230 -0,1319* 0,3466
16 126 125 0,0115* 0,8982 0,0949* 0,2906 0,0255* 0,7780 0,0889* 0,3242 -0,0672* 0,4545 -0,1124* 0,2102 -0,2178* 0,0147 -0,2161* 0,0155
Примечания: N — номер волонтера (1 — 4 — Сыктывкар, 5—10 — Москва 2002/2003, 11 — 16 — Москва 2001/2002); Ьу и Ьв — количество точек измерений показателей артериального давления в утреннем и вечернем ряду данных кащдого волонтера; * — рассчитан коэффициент корреляции Спирмена, т. к. по крайней мере один из временных рядов не удовлетворял условиям нормальности распределения по критерию Жарка-Бера на уровне р < 0,05.
ю
Экология человека 2011.11 Циркумполярная медицина
2003 года ближе реакциям волонтеров Сыктывкара, чем реакциям московских волонтеров 2002 года.
Так, на рис. 5 приведены компасные диаграммы на плоскости І?Н—Т для одного и того же показателя — ДАДу волонтеров Сыктывкара (5А, В) Москвы-2003 (5С, И) и Москвы-2002 (5Е, Р). Выбраны были волонтеры, для которых обнаружена значимая корреляция. Тонкие стрелки обозначают соотношение параметров Т и ИН, при которых корреляция статистически значима на уровне р < 0,05, толстые — на уровне р < 0,01.
Из рис.5В видно, что для волонтеров Сыктывкара максимум проекции на гиперплоскость ЯН—Т вектора корреляции Ці) является очень пологим, так что зависимости АД от Т и ЯН для них неразличимы. Этот факт объясняется очень тесной взаимозависимостью между показателями ИН и Т в северных широтах: в период проведения мониторинга (01.11.2009—28.02.2010): гр(ИН—Т) = 0,761 (р = 10-14). Такая реакция характерна для всех показателей АД волонтеров 2,
3 и 4. В то же время у волонтера 1 (рис. 5А) показатели АД зависят только от относительной влажности (максимум проекции вектора Ці) параллелен оси 1?Н), однако тесная взаимосвязь между 1?Н и Т приводит к тому, что коэффициент корреляции ДАД с температурой также оказывается значимым (гр = —0,192, р = 0,037, см. табл. 2).
Для волонтеров Москвы-2003 более значимым является фактор температуры воздуха (рис. 5Э), и только для одного случая, ДАДу волонтера 7 (рис. 5С), наблюдается ситуация пологого максиму-
ма и значимости обоих коэффициентов корреляции (с ИН и Т). В остальных случаях действующий фактор определяется легко. Коэффициент корреляции между показателями ИН и Т в Москве в период 01.11.2002—28.02.2003 года был гораздо ниже, чем в Сыктывкаре в рассматриваемый период, и составил гб^Н-Т) = 0,372 (р = 2,8*10-5).
В группе волонтеров Москвы-2002 наблюдается корреляция показателей АД либо с ШТ, либо с Т, т. е. действующий фактор также всегда очевиден. Это согласуется с фактом более слабой (по сравнению с другими рассматриваемыми сезонами) взаимосвязи ме>вду ИН и Т в данный период: Г8(ИТ—Т) = 0,269 (р = 0,003). Кроме того, как уже было сказано, в подавляющем числе случаев знак реакции показателей АД в этой группе на изменение внешних факторов противоположен тем, что наблюдались в условиях экстремальной зимы как в Сыктывкаре, так и в Москве (2003).
Обсуждение результатов
Необходимо отметить, что по результатам проведенного анализа значимые изменения уровня АД, связанные с вариациями относительной влажности и температуры воздуха, обнаружены у всех 16 обследованных волонтеров.
Изменения показателей АД у четверых волонтеров Сыктывкара в ответ на изменения ИН и Т демонстрируют однотипный характер — наиболее неблагоприятными для самочувствия (по критерию уровня АД) являются условия низкой влажности (<70 %) в сочетании с низкой температурой. Эти результаты
Рис. 4. Амплитуды реакции показателей АД на изменение относительной влажности (слева) и температуры воздуха (справа)
Примечание. По оси ординат - номер волонтера. Для каждого волонтера приведены только случаи, для которых различие медиан выборочных распределений АД было значимо на уровне р < 0,05 по критерию Вилкоксона.
Рис. 5. Проекции вектора показателя ДАДу на гиперплоскость показателей НН и Т Примечание. Тонкие стрелки — р < 0,05, толстые стрелки — р < 0,01.Число в правом нижнем углу
вполне согласуются с общими представлениями о реакции сердечно-сосудистой системы и органов дыхания на действие метеорологических факторов в условиях Севера в зимний период. Известно, что даже при высоком содержании кислорода в воздухе характерным синдромом северных широт является развитие гипоксии, обусловленной снижением коэффициента использования кислорода в легких (вымораживание) [2]. Возможные механизмы возникновения гипоксии в условиях Севера обсуждаются, например, в работе [8]. Основной причиной наблюдаемых адаптационных изменений органов дыхания является «сочетанное воздействие низкой температуры атмосферного воздуха и низкого абсолютного содержания в нем водяных паров» [8]. Именно при таком сочетании внешних факторов наблюдались значимые изменения среднего уровня АД у всех испытуемых Сыктывкара в данной работе.
Реакции показателей АД у волонтеров Москвы-2002, проводивших наблюдения в относительно мягких погодных условиях, близких к климатической норме, также в подавляющем числе случаев согласованы между собой, но при этом противоположны по знаку реакциям, наблюдаемым у волонтеров в экстремальных условиях зимы северных широт.
О пятерых из шести волонтеров этой группы можно сказать, что у них наблюдается реакция повышения уровня АД при повышении температуры и относительной влажности. Известно, что такое сочетание атмосферных факторов (особенно в зимнее время) приводит к значительному понижению весового содержания кислорода в воздухе. Можно предположить, что
— номер волонтера.
стойкое «ускользание гипотензивного эффекта», наблюдаемое у данных пациентов в периоды повышения температуры, обусловлено повышением сосудистого тонуса для компенсации эффекта гипоксии.
Наиболее интересным является тот факт, что реакции волонтеров Москвы-2003, проводивших измерения в условиях экстремально холодной и сухой зимы 2002/2003 года, ближе по характеру к реакциям северной группы, чем к реакциям волонтеров Москвы-2002. Существует множество работ, в которых сравниваются средние по группам значения различных физиологических показателей у жителей северных и средних широт, при этом авторы подразумевают, что именно широтные различия являются определяющими. В нашей работе сравнение результатов этой третьей группы с двумя другими показывает, что в данном случае различие мест проведения мониторинга играет менее значимую роль, чем некоторый другой фактор, в качестве которого может выступать степень экстремальности текущих значений метеорологических параметров. Резонно предположить, что именно им объясняется тот факт, что реакции показателей АД московских волонтеров экстремально холодной и сухой зимы 2003 года оказались ближе по знаку характерным северным реакциям, чем реакциям аналогичной по возрасту и анамнезу группы московских волонтеров предыдущей, относительно мягкой, зимы 2002 года.
Таким образом, высказанная в начале данной работы гипотеза о том, что при оценке индивидуальной чувствительности человека к атмосферным факторам необходимо учитывать такой параметр, как степень отклонения среднесезонных значений основных погодных
параметров в период наблюдений от среднеклиматических для данного региона, подтверждается на основе анализа рассмотренной в работе выборки волонтеров.
К сожалению, представленный объем экспериментальной выборки (16 человек) недостаточен для оценки точного вклада данного фактора в характер наблюдаемых метеотропных реакций, но уже на его основе можно утверждать, что данный фактор необходимо рассматривать как возможный критерий исключения при проведении медико-климатических исследований. Проверить общность этого утверждения можно будет по мере накопления в базе знаний информации о новых случаях метеочувствительности в аналогичных условиях.
Выводы
В работе рассмотрены три группы случаев индивидуальных реакций показателей АД на вариации атмосферных факторов. Проанализированы длительные (от 2 до 4 месяцев каждый) временные ряды ежедневных измерений показателей систолического и диастолического артериального давления 16 лиц среднего и старшего возраста, имеющих диагноз «артериальная гипертензия 1-й и 2-й степени», постоянных жителей тех регионов, где проводились наблюдения (города Сыктывкар и Москва).
Применение методики оценки индивидуальной метео- и магниточувствительности для анализа результатов мониторинга показателей АД выявило, что в условиях аномально суровой зимы (Сыктывкар-2010 и Москва-2003) характерной является реакция повышения уровня АД при понижении температуры, а в Сыктывкаре — еще и относительной влажности ниже определенного порога (70 %). В то же время в относительно мягких условиях зимы, близких к среднеклиматической норме (Москва-2002), у волонтеров преобладает противоположный тип реакции, при котором статистически значимый рост показателей АД происходит при повышении относительной влажности и температуры.
Средние амплитуды изменения значений АД составляют при этом от 3 до 15 мм рт. ст. у разных испытуемых.
Полученные результаты позволили высказать гипотезу, что характер наблюдаемых физиологических реакций в значительной степени обусловлен степенью экстремальности значений атмосферных показателей в период проведения наблюдений, и данный фактор должен рассматриваться как возможный критерий исключения при проведении медико-климатологических исследований наряду с сезоном года и регионом проживания волонтеров.
Авторы благодарят проф. А. Н. Рогозу за предоставленные данные мониторинга АД волонтеров Москвы.
Список литературы [References]
1. Agadzhanyan N. A., Makarova I.I. Vliyanie geomagnitnoi aktivnosti na kardiorespiratornuyu sistemu zdorovykh lits [Geomagnetic activity impact on cardiorespiratory system of healthy persons] // Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya meditsina. 2001. N 5. S. 46—49. [in Russian]
2. Avtsyn A. P., Marachev A. G., Matveev A. N. Tsirkumpolyarnyi gipoksicheskii sindrom [Circumpolar hypoxic syndrome] // Vestnik AMN SSSR. 1979. N 6. S. 32-39. [in Russian]
3. Adaptatsiya k ekstremal'nym geofizicheskim faktoram
i profilaktika meteotropnykh reaktsii [Adaptation to extreme geographic factors and prevention of meteotropic reactions]: tezisy dokladov Regional'nogo simpoziuma, g. Novosibirsk, 1-3 noyabrya 1989 g. Novosibirsk, 1989. 91 s. [in Russian]
4. Andronova T. I., Deryapa N. R., Solomatin A. P. Geliometeotropnye reaktsii zdorovogo i bol'nogo cheloveka [heliometeotropic reactions of healthy and sick persons]. L.: Meditsina, 1982. 247 s. [in Russian]
5. Andrushchenko A. A., Katyukhin V. N., Kostryukova N. K. i dr. Povyshennaya geliogeomagnitnaya aktivnost' kak faktor riska arterial'noi gipertenzii u zhitelei Severa [High heliogeomagnetic activity as arterial hypertension risk factor in northeners] // Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologii. 2007. T. 14, N 1. S. 65-67. [in Russian]
6. Assman D. Chuvstvitel'nost' cheloveka k pogode [Human weather sensitivity]. L.: Gidrometeoizdat, 1966. 245 s. [in Russian]
7. Breus T. K., Rapoport S. I. Magnitnye buri. Mediko-biologicheskie aspekty [Magnetic storms. Medical-biological aspects]. M.: Sovetskii sport, 2003. 186 s. [in Russian]
8. Velichkovskii B. T. Prichiny i mekhanizmy snizheniya koeffitsienta ispol'zovaniya kisloroda v legkikh cheloveka na Krainem Severe [Reasons and mechanisms of reduction of oxygen use coefficient in human lungs in Far North] // Biosfera. 2010. T.1, N 2. S. 213-217. [in Russian]
9. Gavronskii S. S., Martynyuk P. G. Vliyanie meteorologicheskikh faktorov na chastotu i tyazhest' gipertonicheskikh krizov [Impact of meteorological factors on frequency and severity of hypertensive crises] // Vrachebnoe delo. 1982. N 2. S. 52-53. [in Russian]
10. Deryapa N. R., Ryabinin I. F. Adaptatsiya cheloveka v polyarnykh raionakh Zemli [Human adaptation in Earth polar regions]. L.: Meditsina, 1977. 218 s. [in Russian]
11. Zenchenko T. A., Merzlyi A. M., Poskotinova L. V. Metodika otsenki individual'noi meteo- imagnitochuvstvitel'nosti organizma cheloveka i ee primenenie na razlichnykh geograficheskikh shirotakh [Method of assessment of human individual meteo- and magnetic sensitivity and its application in different geographic latitudes] // Ekologiya cheloveka. 2009. N 10. S. 3-11. [in Russian]
12. Zenchenko T. A. Metody analiza vremennykh ryadov dannykh v zadache kompleksnoi otsenki meteo- i magnitochuvstvitel'nosti organizma cheloveka [Methods of analysis of data time series in complex assessment of human meteo- and magnetic sensitivity] // Ekologiya cheloveka. 2010. N 2. S. 3-11. [in Russian]
13. Zenchenko T. A., Rekhtina A. G., Khorseva N. I. i dr. Sravnitel'nyi analiz chuvstvitel'nosti razlichnykh pokazatelei gemodinamiki zdorovykh lyudei k deistviyu atmosfernykh faktorov v usloviyakh srednikh shirot [Comparative analysis of sensitivity of different indices of hemodynamics of healthy persons to effect of atmospheric factors in conditions of middle latitudes] // Geofizicheskie protsessy i biosfera. 2009. T. 8, N 4. C. 61-76. [in Russian]
14. Katyukhin V. N. Arterial'naya gipertenziya na Severe
[Arterial hypertension in the North]. Surgut: SurGU, 2000. 132 s. [in Russian]
15. Kozyreva L. I., Sidorina N. A. Vliyanie dinamicheskikh protsessov v atmosfere na zdorov'e cheloveka. [Impact of atmospheric dynamic processes on human health] // Geofizicheskie protsessy i biosfera. 2008. T. 7, N 3.
S. 37-54. [in Russian]
16. Nikberg I. I., Revutskii E. L., Sakali L. I. Geliometeotropnye reaktsii cheloveka [Human heliometeotropic reactions]. Kiev: Zdorov'e, 1986. 144 s. [in Russian]
17. Revich B. A., Shaposhnikov D. A. Klimaticheskie usloviya, kachestvo atmosfernogo vozdukha i smertnost' naseleniya g. Moskvy v 2000-2006 gg. [Climatic conditions, atmospheric air quality and population mortality in Moscow in 2000-2006] // Klimat, kachestvo atmosfernogo vozdukha
i zdorov'e moskvichei / pod red. B. A. Revicha. M.: Adamant, 2006. S. 102-140. [in Russian]
18. Fletcher R., Fletcher S., Vagner E. Klinicheskaya epidemiologiya: osnovy dokazatel'noi meditsiny [Clinical epidemiology: principles of evidence-based healthcare]. M.: Mediasfera, 1998. 350 s. [in Russian]
19. Shepoval'nikov V. N, Soroko S. I. Meteochuvstvitel'nost' cheloveka [Human meteosensitivity] / otv. red. V. A.Yakovlev; AN Respubliki Kyrgyzstan, In-t fiziologii i eksperimental'noi patologii vysokogor'ya. Bishkek: Ilim, 1992. 247 s. [in Russian]
20. Linares C., D az J. Impact of high temperatures on hospital admissions: comparative analysis with previous studies about mortality (Madrid) // The European Journal of Public Health. 2008. Vol. 18., N 3. Р 317-322.
21. Knowlton K., Rotkin-Ellman M., King G., et al. The 2006 California Heat Wave: Impacts on hospitalizations and emergency department visits // ISEE/ISEA. 2008. Conference Abstracts. P. 918.
COMPARISON OF CASES OF HUMAN PERSONAL METEOSENSITIVITY IN EXTREME WINTER CONDITIONS OF NORTHERN AND MIDDLE LATITUDES
1,2Т. А. Zenchenko, *А. М. Merzly, 3Yu. G. Solonin
1Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow,
2Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Moscow Region 3Institute of Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Syktyvkar, Komi Republic, Russia
The dynamics of individual blood pressure parameters (BP) of 16 older persons living in Syktyvkar and Moscow and its dependence on atmospheric factor variations during the winter period have been analyzed. It has been shown that under conditions of the abnormally severe winter, regardless of the region of residence, all the subjects were characterized by the reaction of increased blood pressure as well as the decrease of temperature and relative humidity lower than a certain threshold. At the same time in conditions of the relatively mild winter being close to the climatological norm, a quite different pattern of the blood pressure reactions was observed. It has been suggested that the extremeness of weather conditions during the measurements could contribute not only to the amplitude but also to the character of the meteotropic reaction
Keywords: blood pressure, meteosensitivity, atmospheric factors, latitude
Контактная информация:
Зенченко Татьяна Александровна — кандидат физикоматематических наук, ст. научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, ст. научный сотрудник Института космических исследований РАН,
Адрес: 117997, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32
E-mail: [email protected]
