CC BY
140
УДК 574.2
ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА И БИОСФЕРЫ: КОМПЛЕКСНЫЙ МЕДИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
© 2005 г. Н. А. Агаджанян, О. И. Аптикаева,
A. Г. Гамбурцев, В. А. Грачев, Т. Б. Дмитриева,
Е. А. Жалковский, Ф. А. Летников, П. И. Сидоров,
B. А. Черешнев, Ф. Н. Юдахин
Здоровье людей и качество их жизни в значительной степени определяются состоянием среды обитания — окружающих природной, антропогенной и социальной сред. В то же время реакция на ее воздействия различных категорий населения (по полу, возрасту, генетическим признакам, профессии, месту жительства, социальным условиям, заболеваниям) может быть сугубо индивидуальной и непостоянной во времени.
Режимы изменений различных медицинских и других показателей зависят от множества факторов, большинство из которых являются результатом взаимодействия природных, технических и социальных систем. Исследование особенностей этих изменений, установление причинноследственных связей между явлениями, решение проблемы прогнозирования — все это требует усилий большого круга специалистов.
Связь фундаментальной науки немедицинского профиля с медициной осуществлялась издавна. Сейчас наращивание усилий в этом направлении особенно актуально. Это продиктовано увеличением и расширением техногенных воздействий на человека и окружающую его среду (более интенсивная эксплуатация глубинных недр, создание экологически все более опасных объектов, увеличивающаяся социальная нагрузка на население). Прошедшее в конце 2003 года общее собрание РАН и РАМН, посвященное теме «Наука — здоровью человека», убедительно показало необходимость междисциплинарных исследований, направленных на улучшение здоровья и качества жизни людей. В тезисах своего доклада президент РАМН академик В. И. Покровский (2003) пишет: «Принципиальные прорывы в медицине основывались всегда на фундаментальных разработках... Прогресс современной медицины также основывается на достижениях физики, химии, биологии, информатики.» В связи с этим становятся особо актуальными междисциплинарные работы, направленные на определение связей между прямыми и опосредованными воздействиями на биосферу и человека.
Цели этих междисциплинарных исследований заключаются в том, чтобы способствовать защите биосферы и человека, развитию цивилизации, укреплению здоровья и качества жизни людей путем прогнозирования неблагоприятных явлений в космосе, литосфере, атмосфере, гидросфере, антропосфере, социальной сфере; предотвращения катастроф и/или уменьшения ущерба от них, сбалансированного природопользования, не нарушающего гармонию природы и в то же время достаточно эффективного.
В связи со сказанным необходимо научиться проводить системные работы по комплексному космическому — геодинамическому — эколо-
Работа поддержана Программой президиума РАН «Фундаментальные науки — медицине» и грантом РФФИ № 04-05-65033.
В первой части статьи, которую мы планируем публиковать в трех номерах, обосновывается необходимость проведения системных работ по медико-экологическому мониторингу, обсуждается его концепция, определяется главная задача предстоящих исследований
— учет кооперативного, синергетического влияния земных, космических и техногенных полей на человека. Авторы касаются также вопроса влияния среды обитания на биосферу вообще и на здоровье и качество жизни человека в частности, знакомят читателей со своими формулировками свойств состояния объектов биосферы.
Ключевые слова: медико-экологический мониторинг, синергетика, биосфера, источники воздействия, реакция объекта.
гическому — социальному — медицинскому мониторингу (в дальнейшем для краткости будем такой мониторинг называть медико-экологическим). Это предусматривает комплексное многоплановое, междисциплинарное исследование развития и взаимного влияния процессов, происходящих во времени и пространстве.
Задачи нашей работы заключаются в следующем: 1) выявить и сформулировать закономерности динамики различных процессов, влияющих на организм человека, и медицинских показателей, выявить свойства временных вариаций состояния объектов биосферы; 2) обосновать и сформулировать концепцию медико-экологического мониторинга; 3) сделать обоснованные предложения относительно возможной практической постановки медико-экологического мониторинга; 4) сформулировать научные, медицинские, организационные, методические и информационные основы медико-экологического мониторинга.
В настоящей статье мы делаем попытку обозначить некоторые из основных направлений, необходимых для создания эффективного медико-экологического мониторинга. Основное в этой работе — показать необходимость исследования временного (и в некоторой степени пространственно-временного) аспекта проблемы вариаций медицинских показателей, а также влияющих на эти показатели и изменяющихся во времени параметров среды обитания человека. Важность поставленных задач определяется тем, что мы пока, к сожалению, слишком мало знаем о причинно-следственных связях как между самими параметрами, характеризующими среду обитания, так и между ними и изменениями медицинских показателей.
Эта проблема соответствует теме, обозначенной в тематическом справочнике РАН «Проблемы экологии» (2003): «Комплексное сопоставительное изучение протекания природных, антропогенных и социальных процессов в целях защиты биосферы и человека» (Тема 7.67.2, 1991 —2005 гг.). Обоснование постановки проблемы имеется в трехтомном «Атласе временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов» (Атлас. 1994; 1998; 2002) под общей редакцией академика Н. П. Лаверова и в решении двух межведомственных комиссий Совета безопасности Российской Федерации от 24 декабря 1997 года № 9. Это решение опубликовано в брошюре «О проведении эколого-медицинского мониторинга в регионах с неблагоприятной средой обитания» (М.: ОИФЗ РАН, 1998. 44 с.).
Материалы общего собрания РАН и РАМН от 2003 года показали, что постановка вопроса весьма своевременна. При подготовке настоящей статьи мы в большой степени опирались на результаты, опубликованные в Атласе. Представленные здесь работы положили начало междисциплинарным сопоставительным исследованиям динамики различных процессов в широчайшем временном диапазоне — от долей секун-
ды до сотен миллионов лет. Приведены многочисленные данные об изменчивости динамики различных природных, антропогенных и социальных процессов. И хотя поставленные вопросы частично нашли свое решение в его работах, они требуют более масштабных и детальных исследований и разработок.
В одной из своих последних работ академик Б. А. Рыбаков писал: «Двадцатый век сделал очень много для анализа в науке и подготовил материалы для творческого синтеза различных научных дисциплин. Разнообразные науки (иногда очень далекие друг от друга), будучи сопоставлены в своей результативной части, дают исключительно важные выводы. Представляется, что без такого синтеза люди XXI века не смогут справиться с новыми (старыми) задачами, возникающими перед человечеством — задачами экологии, природопользования, ликвидации возможности войн, борьбы с новыми болезнями, экономическими и другими проблемами» (Атлас. 2002. С. 66).
Над созданием Атласа работали более 300 специалистов из разных областей знаний. Среди них ведущие ученые страны, известные руководители-медики, такие, как Н. А. Агаджанян, О. Г. Газенко, Ф. И. Комаров, Т. Б. Дмитриева, Г. Г. Онищенко и другие. Авторы настоящей статьи имеют большой конструктивный опыт творческого содружества с медиками, продолжают с ними сотрудничать и планируют подготовить большую монографию, где рассмотрят ряд основополагающих вопросов, связанных с обозначенной выше проблемой.
Синергетика среды обитания человека
Термин «синергетика» был предложен в 1970-х годах немецким физиком Г. Хакеном. Он проистекает от греческого «8теще1а» — совместное действие, или учение о взаимодействии. В дальнейшем круг проблем, которые рассматривались в рамках синергетики, расширился, но в первую очередь исследовались общие подходы к изучению универсальных свойств, коллективных, кооперативных эффектов в открытых неравновесных системах и особенно процессы самоорганизации в них.
Человек представляет собой открытую динамическую неравновесную самоорганизующуюся систему, обменивающуюся веществом и энергией с окружающей средой. С точки зрения физики и электрохимии человек — это электролитическая батарея, состоящая на 70—75 % из электролита (кровь, лимфа, различные жидкости и т. д.). Человек в целом и его внутренние органы в отдельности генерируют электрические и электромагнитные поля, фиксируемые различными физическими методами (электрокардиограммы, энцефалограммы, томография, эффект Кирлиан и т. д.). Вторая половина XX века характеризуется многочисленными исследованиями по изучению воздействия физических полей различной природы на человека и другие биологические объекты.
Все физические поля, в которых функционирует человек, по своей природе можно разделить на три группы:
1. Космические — генерируемые главным образом Солнцем и, возможно, другими космическими объектами. Сюда же можно отнести и поля ионосферного происхождения.
2. Геомагнитные и геолого-геофизические — генерируемые геологическими телами, самой Землей и ее ядром. Наряду с громадным материалом, полученным в результате изучения физических полей данного типа, имеется немало работ по «исследованию» так называемых «геопатогенных зон», что в подавляющем большинстве случаев можно отнести к околонаучной деятельности.
3. Техногенные — генерируемые техническими объектами: источники электромагнитных излучений различной природы (радио- и телевизионные передающие устройства, электростанции, линии электропередач, токопроводящие системы, научное оборудование и т. п.).
На сегодняшний день ситуация такова: до стадии развития так называемой «техногенной цивилизации», а именно до начала XX века, на планете Земля наряду с глобальным геомагнитным полем существовали природные источники, аномальные по отношению к естественному фону в части генерации полей различной природы, — геологические тела (в первую очередь зоны глубинных разломов); ионосферные явления, связанные с деятельностью Солнца; другие явления планетарного характера — и человек в ходе эволюции приспособился к этим полям.
В начале XXI века ситуация кардинально изменилась. Развитие техногенной цивилизации и лавинное нарастание мощности электромагнитных систем передачи информации привело к тому, что между земной поверхностью и ионосферой сформировалось единое электромагнитное поле (резонатор), напряженность которого все время нарастает. Вблизи мощных, излучающих электромагнитную энергию устройств параметры поля увеличиваются еще на несколько порядков. В пределах мегаполисов и технополисов происходит возрастающая по мощности закачка в Землю электрической энергии, которая может трансформироваться в различные виды низкочастотных колебаний. В итоге формируются системы, в которых синергетические кооперативные связи на уровне взаимодействия полей различной природы очевидны, но до сих пор не изучены.
Геомагнитное поле Земли (ГМП) является средой обитания всех живых организмов. Человек с его развитым многофункциональным мозгом и тонкой организацией высшей нервной деятельности наиболее чутко реагирует на возмущения ГМП, особенно если эти возмущения осложняются воздействиями техногенных полей.
С точки зрения синергетики естественное геомагнитное поле с момента возникновения клетки явилось
тем информационно-энергетическим стационарным полем, в котором и происходили процессы жизнедеятельности. Недаром, по данным палеонтологов, явления инверсии магнитных полюсов приводили к катастрофическому вымиранию многих видов еще и потому, что ГМП являлось носителем информации об окружающем пространстве. Это качество потеряно человеком, но хорошо выражено у микроорганизмов, растений, птиц, рыб, обитателей морей и океанов и т. д. Таким образом, именно ГМП, в равной мере как и атмосфера Земли с высоким содержанием кислорода, является средой обитания человека, и длительное экранирование его от воздействия ГМП приводит к негативным, иногда необратимым, последствиям.
В контексте рассматриваемой проблемы особое значение приобретает вопрос о характере и степени взаимодействия ГМП с канальными полями естественной и техногенной природы и кооперативным, синергетическим воздействием их на человека.
Интенсивное развитие коммуникационных систем на базе радиоэлектроники (радиосвязь, радиовещание, телевидение, радиолокация и т. д.) обусловило стремительное возрастание плотности электромагнитной энергии и расширение частотного диапазона непосредственно в околоземном пространстве — среде обитания человека.
Мощность радиовещательных станций только коротковолнового (КВ) диапазона (1^30 МГц) за последние два десятилетия возросла почти в два раза и составляет более 150 МВт. Суммарная напряженность электромагнитных полей в радиодиапазоне на несколько порядков величины превышает напряженность аналогичных полей естественного происхождения. В еще большей мере возрастает напряженность электромагнитных полей в мегаполисах и технополисах, где размещены достаточно мощные радио- и телепередающие устройства, что в комбинации с маломощными, но многочисленными радиопередатчиками (включая и сотовую связь) создает локальные электромагнитные аномалии с высокой напряженностью электромагнитного поля.
Особую опасность представляет пространственная близость техногенных источников электромагнитных излучений и зон глубинных разломов, подпитываемых электрической энергией в пределах городов. В таких случаях взаимодействие полей этих двух источников может привести к возникновению самостоятельных пространственно-временных структур, генерирующих собственные поля совсем с другими частотными характеристиками.
Таким образом, в итоге мы приходим к необходимости качественной и количественной оценки взаимодействия в глобальном плане рассмотренных ранее естественных электромагнитных, магнитных и других полей с техногенными полями, создаваемыми человеческим сообществом. Особенно эта задача актуальна для многомиллионных городов, относимых к мегаполисам.
Актуальность поставленной проблемы возрастает в контексте современных представлений о человеческом организме как мультиосцилляторной системе с высокой степенью взаимной согласованности внешних ритмических факторов и внутренних биологических ритмов. Очевидно, что коль скоро существует связь между динамикой окружающего электромагнитного поля и ритмами человеческого организма, представляющего автоколебательную систему, то изменение динамических и энергетических параметров электромагнитного поля может привести к развитию необратимых явлений десинхронизации отдельных органов и рассогласованности биоритмов человека.
Человек представляет собой четко синхронизированную колебательную систему. Даже в течение суток у него чередуются два максимума и два минимума активности и все физико-химические процессы в организме свершаются в автоколебательном режиме, когда в суточном цикле синхронно меняется состав крови, функции внутренних органов, восприимчивость к лекарствам и ядам и т. д.
Наибольшую опасность для человека представляют ситуации проявления резонанса, что приводит в итоге к резкому усилению негативного воздействия, когда мощность резонатора многократно превосходит суммарный энергетический потенциал породивших его систем.
Многочисленные эксперименты, среди которых особо следует выделить исследования, выполненные под руководством Ю. А. Холодова, показали, что из всех систем организма нервная система является наиболее чувствительной к воздействию различных электромагнитных полей. Среди этих физических факторов низкочастотные поля стали предметом пристального внимания электромагнитобиологов в связи с их экологической и гигиенической значимостью.
Имеются сообщения о корреляции нервно-психических заболеваний с вариациями состояния геомагнитного поля, о наличии подаваемых в альфа-ритме мозга (8—14 Гц) своеобразных амплитудно-частотных окон чувствительности нервной системы к искусственным низкочастотным электромагнитным полям, о реакциях нервной системы на воздействие промышленных низкочастотных полей (50, 60 Гц).
Синергетические эффекты при взаимодействии космических, техногенных и геологических полей могут обусловить различные формы генерации и распространения волн:
— пространственно-временные диссипативные структуры — генераторы электромагнитных волн и физических полей;
— распространяющиеся возмущения в виде импульсов энергии;
— стоячие волны;
— квазистохастические волны;
— дискретные автономные источники импульсной активности.
В случае резонанса волновых характеристик этих систем с таковыми у человека (частота колебаний или
длина волн) не только происходит нарушение общего состояния человека как стационарной системы, стремящейся сохранить состояние гомеостазиса, но у ослабленного организма может проявиться «наркотическая» потребность в повседневной энергетической подпитке от внешнего источника.
Таким образом, с позиции самоорганизации воздействие полей на человека нужно рассматривать как один из факторов выведения его из состояния гомеостазиса. Реакция человеческого организма — это стремление сохранить состояние гомеостазиса, жестко запрограммированное за миллионы лет его развития. Исходя из этого, следует признать, что по отношению к ГМП человек является жестко запрограммированной консервативной системой с крайне незначительным «коридором» отклонения от состояния гомеостазиса, намного меньшим по отношению к другим жизненно важным параметрам, например содержанию кислорода в воздухе.
Анализ опубликованных работ по определению воздействия электромагнитных и низкочастотных колебаний (инфразвук) на человеческий организм приводит к одному убийственному выводу: все это в различной степени воздействует на кору головного мозга, влияет на высшую нервную деятельность, разрушает иммунную систему человека, особенно в детском возрасте.
В результате комплекса проведенных исследований возможна постановка вопроса о квотировании источников электромагнитной энергии в пределах мега- и технополисов для тех случаев, когда суммарная напряженность электромагнитных полей различной природы и прочих низкочастотных воздействий (например, инфразвука) достигает критических уровней. Главная задача предстоящих исследований — учет кооперативного, синергетического влияния земных, космических и техногенных полей на человека.
О концепции медико-экологического
мониторинга. Предмет исследований
и подход к решению проблемы
Концепция медико-экологического мониторинга должна представлять собой систему научно обоснованных взглядов, содержащих представления: о характере и закономерностях изменений состояния воздействующих систем, с одной стороны, и об испытывающих эти воздействия биосферы и человека во времени вследствие естественных, техногенных или социальных причин — с другой; о построении следящих систем наблюдений в разных пространственных и временных масштабах, способах сбора, обработки и анализа информации, вплоть до прогнозирования будущих состояний исследуемых систем и принятия решений с целью защиты биосферы и человека. Можно думать, что некоторые из этих составляющих в определенной степени продвинуты в исследованиях, которым посвящена настоящая статья.
Существуют различные толкования термина «мониторинг». Ю. А. Израэль (1988) пишет, что система
мониторинга — это универсальная информационная система, дающая достаточно полный набор данных о состоянии природной среды, оценок и прогнозов ее состояния, другими словами — это система слежения за состоянием природной среды, система наблюдения, анализа и прогноза состояния биосферы, позволяющая выявить тенденции в изменениях. Автор также отмечает, что данные мониторинга должны эффективно использоваться в управлении состоянием природной среды и экономикой. Существуют и такие определения, в которых это управление входит в систему мониторинга. При нашей постановке вопроса, когда в рассмотрение входят не только природные, но и социальные и медицинские показатели, круг исследуемых объектов, естественно, расширяется.
Техногенные и социальные нагрузки на биосферу и человека в последнее время все более усиливаются. Появляется большое число экологически опасных и хрупких объектов. Это заставляет проводить экологические, в том числе мониторинговые, исследования природных, технических и социальных систем в различных сочетаниях, совмещая их с мониторинговыми работами, связанными с жизнью и здоровьем человека. Система — это агрегат или собрание элементов, объединенных природой или человеком в единое и сложное целое. Природно-технические системы (ПТС) являются особо сложными (Осипов, 1988). Их можно рассматривать с двух точек зрения: 1) как объекты, оказывающие серьезное влияние на литосферу и подвергающиеся влиянию изменений в литосфере (например, месторождения углеводородов или гидроэлектростанции); 2) как объекты, в обычном состоянии мало влияющие на литосферу, но, будучи поврежденными в результате процессов в литосфере, способные привести к катастрофическим последствиям (например, трубопроводы, хранилища ядерных отходов).
Еще более сложными представляются системы, включающие не только природные, технические и природно-технические, но и социальные элементы, в том числе отдельно взятых людей и разные их сообщества, характеризующиеся разным уровнем состояния здоровья и качества жизни. Для рассмотрения функционирования элементов таких систем, взаимодействий между ними нужна организация серьезных комплексных мониторинговых работ, необходимы многолетние усилия больших коллективов ученых и практиков разных направлений. Своей статьей мы хотим показать, что такие исследования более чем необходимы и своевременны; еще раз попытаемся привлечь внимание научной общественности к важности проблемы, которая обсуждается по крайней мере с 1997 года (О проведении. 1998, 2000). Достаточно подробных междисциплинарных работ, опирающихся на экспериментальные измерения в разных сферах, очень мало, и мы попытались в какой-то мере восполнить этот пробел.
Основной подход к решению поставленной задачи состоит в том, чтобы с единых позиций на основе
современных моделей нелинейных открытых динамических диссипативных систем рассмотреть: 1) динамику процессов, протекающих в различных сферах, различных пространственных и временных масштабах и в различных условиях; 2) исследуемые объекты с двух точек зрения — как источник воздействия и как объект, реагирующий на них. Такой подход необходим для решения прогностических задач, так как он позволяет осуществить комплексный многофакторный анализ данных различных видов мониторинга и с единых позиций провести детальное рассмотрение совокупности вариации состояния естественных объектов, различных по природе, свойствам и масштабам.
О реакции биосферы и человека
на внешние воздействия
Коснемся вопроса о влиянии среды обитания на биосферу вообще и на здоровье и качество жизни человека в частности.
Материальные объекты так или иначе, прямо или опосредованно воздействуют друг на друга. Одни и те же воздействия могут приносить положительные или отрицательные для человека результаты. На биосферу, в том числе на человека, оказывают влияние природная, антропогенная и социальная окружающие среды. Их объекты взаимодействуют между собой, в результате возникают новые виды воздействия на человека. Рассмотрим источники этих воздействий.
Окружающая природная среда: электрические и магнитные поля, солнечная активность; гравитационные вариации; падение крупных метеоритов и астероидов; вариации атмосферного давления, изменения в озоновом слое, вариации содержания газов в атмосфере; выход газов из земных разломов, наводнения, заводнения, опустынивания, землетрясения, оползни и другие процессы.
Окружающая антропогенная среда: загрязнение и заражение биосферы; генерация электрических и магнитных полей; вибрации, акустическое излучение; аварии, катастрофы, в том числе на АЭС, высотных плотинах, продуктопроводах, химических и военных заводах, шахтах и рудниках, разрабатываемых месторождениях нефти и газа; техногенные катастрофы, наведенная техногенной деятельностью сейсмичность.
Окружающая социальная среда: экономика, политика, цивилизация, быт, ритмы жизни; государственная машина, пресса, администрация, общественное мнение, криминальные структуры, демографические тенденции, увеличение числа крупных городов, войны, революции, перестройки, массовые волнения.
Воздействия окружающей среды на человека могут быть (условно), с одной стороны, интенсивными и слабыми, а с другой — быстро и медленно протекающими. Эти качества могут проявляться в разных сочетаниях. Например, интенсивные и продолжительные воздействия на людей — это локальные войны. Интенсивные и кратковременные — это аварии, пожары, землетрясения, террористические акты и прочие чрез-
вычайные ситуации, в результате которых человек испытывает стресс, ведущий к тяжелым заболеваниям
— инфаркту, инсульту, психическим болезням и т. д. При этом не возникает сомнения в наличии причинноследственной связи между воздействием окружающей среды и реакцией объекта на это воздействие.
Воздействия могут быть также менее интенсивными и более продолжительными — химическое и радиоактивное заражения почв, воды и атмосферы, которые приводят к росту заболеваемости. В этом случае установить причинно-следственную связь сложнее, так как на реакции объекта могут сказаться и другие факторы. И наконец, могут иметь место синхронные изменения некоторых воздействующих факторов и поведения (реакции) объекта — воздействие солнечной активности, изменения атмосферного давления или других явлений. В этом случае причинно-следственные связи между воздействием окружающей среды и реакцией объекта на это воздействие установить трудно.
Вместе с тем реакция объекта на внешние воздействия во многом зависит от свойств самого объекта и может быть выражена в виде изменяющихся во времени трендовых, ритмических, импульсных или шумовых вариаций. Один и тот же объект среды в разные интервалы времени реагирует на одинаковые воздействия по-разному, при этом реакция может соответствовать одному из приведенных выше типов вариаций либо их комбинации. С другой стороны, однотипные объекты в одно и то же время по-разному могут реагировать на одни и те же внешние воздействия.
Исследуемые объекты рассматриваются нами как ансамбли динамических систем, которые характеризуются нелинейными свойствами — как стремлением к самоорганизации и образованию устойчивых структур, так и переходами от порядка к хаосу. Одной из особенностей упорядоченного состояния такой нелинейной системы являются ритмы; в период самоорганизации наблюдаются стабильные и продолжительные ритмы, при хаотизации они исчезают или перестраиваются. Такая система объединяет в себе глобальную устойчивость с локальной неустойчивостью, когда любое малое внешнее воздействие может вывести ее из равновесия и вызвать неадекватно сильную реакцию, сыграть роль спускового крючка (например, сход снежных лавин в результате незначительных внешних воздействий).
Важно отметить, что смены относительно упорядоченных и хаотических состояний также происходят то ритмично, то беспорядочно. Имеют место случаи, когда воздействие даже слабого одиночного импульса может перевести такую систему из одного режима в другой. Для многих систем трудно установить однозначные соответствия со свойствами внешнего фактора или найти значимые корреляции с его ритмами.
Ритмы и циклы являются характерными общими признаками природных и социальных процессов.
В естественных науках — астрономии, биологии, медицине, геологии, геофизике и т. д. — этим понятиям уделяется очень большое внимание. В 2002 году академик Д. В. Рундквист провел конференцию «Ритмичность и цикличность в геологии как отражение общих законов развития». Конференция прошла очень интересно и плодотворно. Она выявила разную трактовку понятий «ритм» и «цикл» разными авторами. Будем отталкиваться от общепринятых определений и изложим свое понимание вопроса.
Цикл (от греч. куИоэ, колесо) — последовательность процессов в некотором временном интервале, представляющая собой виток: зарождение — развитие — апогей — спад — завершение — снова зарождение. Это понятие используется применительно ко времени. Измеряется в единицах времени.
Ритм (от греч. ЛуШшоз, такт) — чередование каких-либо элементов временного ряда, происходящее с определенной последовательностью. Ритм характеризуется частотой или периодом в секундах, годах, миллионах лет... Это понятие применяется как ко времени, так и к пространству (тогда измеряется в сантиметрах, километрах и т. д.). Часто ритмические процессы имеют синусоидальную форму. Несмотря на вышесказанное, термин «цикл» часто употребляется в значении «ритм» или «период».
Цикличность — совокупность сменяющих друг друга циклов. Ритмическая цикличность, или ритмичность,
— это совокупность сменяющих друг друга одинаковых по продолжительности циклов. Примеры ярко выраженной ритмичной цикличности — суточный и годовой циклы, менее выражен цикл солнечной активности. Неритмическая цикличность — соответственно совокупность неодинаковых по продолжительности циклов. Пример неритмичной цикличности — демографические циклы (Атлас. 1998. С. 32—36) или циклы цивилизаций (Яковец, Гамбурцев, 1996), когда каждый последующий цикл короче предыдущего.
Одновременно существует множество ритмов в определенных иерархических соотношениях. Некоторые из них сильно выражены, мы к ним привыкли и считаемся с ними. Это суточный ритм — смены дня и ночи, сезонный — чередование времен года; у биологических систем — частота сердечных сокращений и т. д. Достаточно выражены также ритмы, связанные с солнечной активностью, с земными приливами и отливами. Сделаем маленькое пояснение. Речь здесь идет не о морских приливах и отливах, а о деформациях в твердой Земле при воздействии изменяющихся гравитационных сил от Луны и Солнца. Каждый день мы испытываем (но не замечаем) действия этих приливов и отливов — поверхность Земли испытывает деформации: она поднимается и опускается на величину до полуметра. Однако многие из ритмов в природных и социальных сферах выражены слабо и обнаруживаются лишь при специальном анализе. Некоторые из них настолько слабы, что многие исследователи оспаривают их существование. Оказа-
лось, что существуют процессы, происходящие почти одновременно, синхронно на всем земном шаре (по-видимому, они подчиняются единой причине, возможно, космического происхождения). Кроме того, в ряде случаев ритмы, присущие различным процессам, близки. Отсюда следует, что могут существовать процессы, имеющие причинно-следственные связи друг с другом, либо с неким иным, может быть, неизвестным нам процессом. При перестройках процессов могут возникать новые доминирующие ритмы, которых не было прежде. Суперпозиция ритмов обусловливает сложную форму временных рядов.
Имеющиеся материалы позволяют сделать ряд выводов об особенностях реакции различных объектов на внешние воздействия. В частности, это касается реакции людей на воздействия со стороны природной, антропогенной и социальной окружающих сред. Важно, что можно говорить о реакции отдельно взятых индивидуумов, как здоровых, так и больных, и о реакции групп людей, классифицированных по-разному; их реакция может отличаться.
Реакция людей (мы говорим здесь о негативной реакции) может быть следующая: изменения на генном уровне; рост заболеваемости и смертности, сокращение рождаемости и продолжительности жизни; ухудшение уровня и качества жизни; самоубийства; гибель и ущерб от катастроф; войны и революции; разрушение национальных богатств, производства, сельского хозяйства, науки, культуры.
Обнаружено, что разные контингенты пациентов реагируют на внешние воздействия неодинаково, а реакция одного и того же контингента на повторяющееся воздействие в разное время отличается. Исследования позволяют предположить, что одни контингенты больных (так же, как и отдельные индивидуумы
— не обязательно больные) больше реагируют на изменения солнечной активности, другие — на рост социальной и экономической напряженности, третьи
— вначале на первое, потом на второе из этих воздействий, четвертые — на различные проявления антропогенной нагрузки.
Во второй части статьи мы остановимся на результатах анализа динамики некоторых процессов, в том числе демонстрирующих изменчивость медицинских показателей во времени. Но вначале приведем сводку свойств временных вариаций процессов.
Свойства временных вариаций состояния
объектов биосферы
В течение многих лет проводятся исследования различных процессов и их развития во времени. Рассматриваются и анализируются временные ряды многих геофизических, геодезических, геохимических, космических параметров. Изучается реакция объектов биосферы (в том числе человека и групп людей) на воздействия внешних факторов (природных, антропогенных и социальных), которые носят глобальный или локальный характер.
На основании работ ученых разных специальностей и многих поколений, а также результатов собственных исследований нами сформулированы свойства вариаций состояния объектов биосферы, которые в кратком изложении можно выразить следующим образом.
1. Реакция объектов биосферы на внешние воздействия часто носит нелинейный характер, в частности, интенсивность и временная фаза реакции объекта не соответствуют параметрам внешних воздействий (например, системы, находящиеся в неустойчивом или критическом состоянии, реагируют на внешние воздействия аномально сильно).
2. Реакция биосферы и ее объектов на внешние воздействия носит избирательный характер, т. е. биосфера и ее объекты реагирует на все воздействия не одновременно, при этом чувствительность к воздействиям изменяется во времени. При достижении некоего критического состояния даже слабое воздействие может перевести систему в другой динамической режим или привести к неожиданному, быстро протекающему событию.
3. Один и тот же объект биосферы в разные интервалы времени может реагировать на одинаковые воздействия по-разному. А однотипные объекты в одно и то же время могут по-разному реагировать на одни и те же внешние воздействия.
4. Причины изменения реакции биосферы и ее объектов на воздействия обусловлены не только изменением характера воздействий, но и свойствами самих объектов. Это значит, что способность конкретного объекта воспринимать внешнее воздействие зависит от его внутреннего состояния в конкретный момент — от готовности, именно в данное время, откликаться на данное внешнее воздействие.
5. Изменения состояния объектов биосферы характеризуются различными типами временных вариаций
— трендовыми, ритмическими, импульсными и шумовыми, а также изменениями уровня. Структура наблюдаемых временных рядов, имеющая обычно сложную форму, обусловлена в основном суперпозицией доминирующих в этих рядах ритмов.
6. Величины ритмов варьируют в очень широких пределах. Одновременно существует множество ритмов (полиритмичность), находящихся в определенных иерархических соотношениях, однако в некоторые интервалы времени могут доминировать один из них или группа ритмов. Ритмы могут меняться по амплитуде, сменяться другими ритмами, исчезать. Можно сказать, что процессам свойственна переменная полиритмичность. Наиболее часто встречающиеся и известные ритмы — суточные и годовые, однако и они претерпевают изменения в интенсивности. Известны также ритмы, связанные с приливными явлениями, с солнечной активностью и др.
7. Биосфера и ее объекты проявляют стремление к самоорганизации и хаотизации. Самоорганизация проявляется в установлении стабильных и продол-
жительных ритмических изменений состояния среды, хаотизация — в усложнении характера ритмических изменений, вплоть до их исчезновения. Смены относительно упорядоченных и хаотических состояний также происходят то ритмично, то беспорядочно.
8. Каждый отдельно рассматриваемый объект биосферы в конкретном временном интервале имеет свои собственные режимы изменений. Индивидуальные черты протекающих в этом интервале процессов заключаются в различной интенсивности, размахе, продолжительности и степени упорядоченности наблюдаемых вариаций, наличии собственных ритмов. В то же время имеют место общие черты протекания процессов у разных объектов, в том числе разнородных и разномасштабных, находящихся в разных частях земного шара. Эти общие черты могут быть вызваны глобальными причинами.
9. Эффект воздействия на отдельно взятый объект часто характеризуется большей амплитудой, более контрастен и упорядочен, чем эффект воздействия на совокупность объектов, когда трудно установить однозначные соответствия или найти значимые корреляции между реакцией объектов и внешними факторами.
Оказалось, что перечисленные выше особенности присущи очень многим процессам. Временные ряды, полученные для процессов в атмосфере, гидросфере, литосфере, биоте, социосфере, обладают близкими особенностями, имея в то же время свои собственные черты.
HUMAN AND BIOSPHERIC HEALTH: COMPLEX MEDICAL-ECOLOGICAL MONITORING
N. A. Agadzhanyan, O. I. Aptikaeva,
A. G. Gamburtsev, V. A. Grachev, T. B. Dmitrieva,
E. A. Zhalkovsky, F. A. Letnikov, P. I. Sidorov,
V. A. Chereshnev, F. N. Yudakhin
In the first part of the article that we are planning to publish in three issues, the necessity of system works in medical-ecological monitoring is grounded, its concept is proposed, the main task of the coming studies — calculation of co-operative, synergic influence of earthly, space and technogenic fields on a human being — is defined. The authors also touch upon the issue of habitat influence on the biosphere in general and on human health and quality of life in particular, they inform the readers about their wordings of biospheric objects’ state properties.
Key words: medical-ecological monitoring, sinergetics, biosphere, sources of influence, object’s response.
