Магнитные поля являются постоянной и важной частью окружающей среды, основными компонентами которой являются постоянная часть геомагнитного поля, его колебания, вызванные магнитными бурями, и техногенные магнитные поля. Эти поля представляют собой магнитные поля чрезвычайно низкой частоты (<1 кГц). В исследовании дано общее описание основных воздействий магнитных бурь и антропогенных полей на живые организмы и краткое описание основных механизмов воздействия магнитных полей на живые организмы.

Ключевые слова: магнитобиология, геомагнитное поле, магнитные поля крайне низкой частоты, сердечно-сосудистая система, лейкемия.

Геомагнитное поле (ГМП) — глобальное векторное поле с индукцией 25–65 мТл в зависимости от близости Земли к магнитным полюсам, ГМФ состоит из постоянной и переменной компоненты. Изменение GMF по отношению к константам обычно не превышает 1–5 % и происходит за счет систем электрического тока в ионосфере Земли Даже на длительном промежутке времени (~10 лет) изменения индукции GMF не превышают 1–2 мТл. GMF играет важную роль в поддержании жизни на Земле, например, наряду с кислородом и водой, GMF выполняет несколько функций, обеспечивающих существование жизни на Земле: защищает атмосферу от потери кислорода, водорода и других легких элементов из-за солнечного ветра, сохраняет целостность озонового слоя. Он помогает поддерживать постоянный климат на Земле, служит проводниками для миграции птиц и животных, участвует в регуляции циркадных ритмов у растений и животных. Возможно, наличие ГМФ стало одним из условий наступления абиогенеза и появления «хиральной чистоты» живых существ.

Учитывая вышесказанное, магнитные поля (МФ) играют важную роль в жизни человека и других обитателей Земли. С 1980-х годов по настоящее время количество публикаций, посвященных изучению МФ, растет. За последние 10 лет значительно (в несколько раз) увеличилась доля работ, посвященных медицинским аспектам применения МФ и их биологическим эффектам.

В дополнение к GMF и его колебаниям, люди постоянно подвергаются воздействию городских MF, производимых электросетью и транспортом. Таким образом, биологические эффекты низкочастотных, изменяющихся во времени магнитных полей (TVMF) имеют важное значение.

Геомагнитные бури генерируют вариации индукции GMF с частотами от 0,00007 до 30 Гц в зависимости от широты и амплитуды изменений в диапазоне от 70 до 900 нТл, но часто они не превышают 200 нТл. Важно отметить, что несмотря на малые амплитуды, биологические эффекты магнитных бурь значительны. Возможное объяснение — относительно длительная выдержка (часы), но она не полная.

Помимо GMF, основным фоновым TVMF является поле, создаваемое линиями электропередачи, имеющими частоту 50 или 60 Гц и индукционную фазу от ~0,05 до ~2,6 мТл и выше. Работники промышленного производства и железнодорожного транспорта подвергаются воздействию индукционной ТВМФ мощностью 0,3–2,5 мТл. Индукция ТВМФ в непосредственной близости от высоковольтных линий электропередачи и трансформаторных подстанций составляет до 20 мТл для 380 кВт и 400 нТл для 15 кВт.

Работники полупроводниковых заводов подвергаются воздействию КНЧ-МФ с индукцией 15–35 мТл, вырабатываемой автомобильным транспортом и варьирующейся от 10–3 до 102 Гц в черте города. Примечательно, что в диапазоне частот 10−3−1 Гц ТВМФ, индуцированная индукцией от городского и транспортного транспорта, сильна (k = 8) с большей амплитудой изменения ГМФ во время магнитной бури.

Исследованию посвящено большое количество работ, в том числе посвященных биологическим эффектам ранних (1980–1990-е гг.) микроволн и электромагнитных волн 0,3–300 ГГц. Однако в данном случае используются кардинально иные методологические и метрологические подходы, а набор данных настолько велик, что достаточно подробно проанализировать эффекты низкочастотных (1 МГц) МФ в отдельно взятой статье не представляется возможным. Недавнее исследование показывает, что мобильные телефоны могут создавать магнитные поля чрезвычайно низкой частоты (ELF-MF) в диапазоне частот от 5 до 200 Гц. Магнитная индукция КНЧ-СЧ, возникающая при излучении мобильного телефона, может составлять до 70–80 мТл. Следовательно, понимание биологических последствий воздействия КНЧ-МФ имеет решающее значение для понимания долгосрочных последствий длительного использования мобильного телефона.

Основные области биологического воздействия магнитных бурь: Большое количество исследований, изучающих влияние нарушений GMF на организм человека, описывает воздействие на систему кровообращения. Это связано с несколькими причинами: обилием метаданных, технической возможностью отслеживания состояния (холтеровское мониторирование) и, возможно, гиперчувствительностью этой системы организма к нарушениям GMF. Эти воздействия можно сгруппировать по уровню организации: отдельные клетки крови, кровеносные сосуды, состояние сердца в норме и патологические состояния. Магнитные бури влияют на плазму крови. В частности, они увеличивают концентрацию тромбоцитов, протромбиновое время, агрегацию тромбоцитов и концентрацию фибриногена. С другой стороны, показано снижение количества базофилов и лейкоцитов во время магнитных бурь. Эффекты на молекулярном уровне включают снижение концентрации холестерина (при атеросклерозе) и повышение концентрации триглицеридов (у здоровых) в крови, гормона роста и пролактина. Магнитные бури влияют на микро- и макроциркуляцию в кровотоке.

Во-первых, нарушения GMF увеличивают скорость капиллярного кровотока и среднее время закрытия капилляров. Кроме того, магнитные бури влияют на динамику скорости капиллярного кровотока. Периодические колебания скорости микроциркуляции кожи являются чрезвычайно чувствительным признаком физиологического состояния организма в нормальных условиях, возрастных изменений и патологии. Воздействие на микроциркуляцию заключается в увеличении амплитуды колебаний скорости кровотока кожи в ответ на нарушения в магнитосфере. Показана достоверная корреляция колебаний микроциркуляции кожи с низкочастотными колебаниями индукции GMF на частотах ~0,01, ~0,03, ~0,1 и 0,3 Гц. Оценка степени корреляции между изменениями микроциркуляции в разных ритмах очень информативна. Такой подход может быть использован для неинвазивных методов диагностики и мониторинга развития сахарного диабета, бронхиальной астмы и других патологий. Использование корреляционного подхода для изучения колебаний микроциркуляции в различных ритмах во время магнитной бури может выявить новые аспекты физиологических эффектов слабых КНЧ-МФ в будущем.

Макроироценочные изменения зависят от изменений артериального давления, абсолютной частоты сердечных сокращений и вариабельности сердечного ритма. Магнитные возмущения и бури могут привести к увеличению среднесуточной частоты сердечных сокращений и уменьшению амплитуды вариабельности сердечного ритма, наблюдаемой в диапазоне низких частот (НЧ). Моделирование магнитной бури показало ослабление вариабельности сердечного ритма практически во всем диапазоне частот. Показана высокая корреляция параметров вариабельности сердечного ритма с индукционными колебаниями GMF и скоростью солнечного ветра. Значительные изменения вариабельности сердечного ритма в низкочастотном диапазоне могут свидетельствовать о развитии аритмий. Во время магнитной бури происходит повышение систолического и диастолического артериального давления. Скорее всего, это связано с учащением пульса. Годовая динамика случая церебральных и коронарных сосудистых нарушений одинакова, имеют колебательный, циклический характер. Они надежно коррелируют с активностью солнечных вспышек и динамикой геомагнитной активности. Частота инфаркта миокарда в значительной степени связана с геомагнитной активностью, в то время как инсульты головного мозга связаны с солнечной активностью. Повышенная нагрузка на сердце повышает риск обострения заболеваний сердечно-сосудистой системы: инфаркта миокарда, инсульта, желудочковой тахикардии и гипертонии у беременных. Концентрации гемоглобина и гематокрита не изменяются под воздействием геомагнитных бурь. Следовательно, увеличение нагрузки на сердечно-сосудистую систему во время магнитных бурь обусловлено не изменением кислородной емкости, а вязкостью, обусловленной изменениями системной свертываемости крови. Повышенная частота сердечных сокращений и артериальное давление призваны компенсировать скорость транспорта крови, что в свою очередь увеличивает риск сердечной недостаточности и смерти от этих заболеваний.

Обнаружена корреляция между частотой умеренных и тяжелых эпизодов мигрени и наличием и интегральной индукцией геомагнитных возмущений. Магнитные бури изменяют перераспределение активности частей вегетативной нервной системы: они увеличивают вклад парасимпатической части и уменьшают вклад симпатической части. Была выявлена связь между геомагнитными возмущениями и поведением и благополучием. Была показана связь между увеличением частоты сильных магнитных бурь и самоубийствами. В северных широтах (>80 нТл) высокие уровни фоновой геомагнитной активности значительно снижают суточный синтез мелатонина, который может нарушать циркадные ритмы.

Во время геомагнитных бурь изменяются многие факторы космического и земного происхождения. Помимо того, что заряженные частицы достигают поверхности Земли, известно, что изменения геомагнитного поля взаимодействуют с атмосферным давлением или электрическим полем. Однако эти геофизические параметры также изменяются независимо от геомагнитных возмущений. Например, эти изменения более выражены во время грозы. Поэтому в статье подчеркивается магнитная составляющая таких эффектов при описании магнитных эффектов магнитных бурь. Кроме того, имеются экспериментальные данные о точных магнитобиологических эффектах геомагнитных изменений при воспроизведении ранее зарегистрированной магнитной составляющей геомагнитной бури в лабораторных условиях.

Влияние факторов окружающей среды — магнитобиологические влияния зависят от многих факторов. Условно их можно разделить на две большие группы: физические и биологические. Среди физических факторов можно отметить зависимость эффектов ТВМФ от амплитуды и частоты, прямую зависимость от индукции и ориентации СЧ, векторную полярность электрической и интенсивности СЧ, амплитудную модуляцию. Описаны эффекты концентрации диатомовых водорослей A2(16)b(20u9)B(52)t(48 h) в окружающем растворе о выражении биологических эффектов поля на подвижность водорослей. Зависимость имела куполообразную форму с максимальной концентрацией 0,25 мМ. Отдельно можно отметить зависимость от времени воздействия и температуры окружающей среды. Различия в типе клеток, генетике и эпигенетике, исходном состоянии клеток и циклической фазе клетки могут зависеть от биологических факторов.

К воздействию некоторых физических факторов можно отнести микроволновое излучение. Несмотря на то, что данный обзор посвящен низкочастотным СЧ, в этом разделе мы позволяем упомянуть о биоэффектах микроволн, поскольку эффекты некоторых физических параметров излучения трудно визуализировать для низкочастотных СЧ. Например, для разных клеточных культур и разных штаммов Ecoli мы обнаружили корреляции эффектов, сходных с типом поляризации (круговая или линейная) или даже направлением поляризации (левая или правая).

Интересное явление удлинения резонансного пика магнитобиологических эффектов с увеличением силы излучения было обнаружено в другом исследовании и для миллиметровых полей. Для высокочастотных СЧ магнитные эффекты часто проявляются при модуляции сигнала по амплитуде или частоте. Было рассмотрено множество примеров моделирования, в основном с амплитудной модуляцией. Воздействие низкочастотной микроволновой модуляции приводило к изменениям в ЭЭГ человека.

Среди биологических факторов также можно отметить влияние исходного состояния биологического объекта. Например, величина и направление биологического облучения области частотой 50 Гц с различной амплитудой сильно зависели от исходного состояния хроматина лимфоцитов, которое также зависело от донора и температуры до и во время воздействия МФ. Описано возможное влияние эпигенетического профиля на магнитобиологическое воздействие. Известно, что эпигенетический профиль чувствителен к условиям окружающей среды. Воздействие низкочастотных МФ влияло на профиль гистонов и модификаций ДНК, которые являются стохастическими и проявляются в геномной зависимости от контекста. Еще одним примером зависимости биоэффектов от исходного состояния биологического объекта является логарифмическая или стационарная фаза роста клеток в культурах Эколи. Для микроволн, как уже упоминалось выше, воздействие низкочастотных полей также зависело от штамма бактерий. Также было обнаружено, что различия в воздействии зависят от продолжительности воздействия, плотности клеток и времени после воздействия.

Аннотация: КНЧ-МФ с частотой <1 кГц оказывают широкий спектр биологического воздействия на живые системы. Эти поля включают изменение GMF во время магнитной бури и фоновую TVMF, создаваемую электрооборудованием, транспортом и т. д. Среди основных последствий магнитных бурь для людей в первую очередь фиксируются изменения в сердечно-сосудистой системе. Антропогенные КНЧ-МФ влияют на функционирование сердечно-сосудистой системы, а также могут быть связаны с риском развития некоторых видов рака.

Литература:

1. Абдурахмонов С. А., Эсанов Ш. Ш., Улугбердыев А. Ш., Автоматизация процесса управления системой здравоохранения. Оптимизация управленческих решений в автоматизированных системах управления с использованием стилей линейного программирования. Молодой ученый. — 2024. — № 45 (544). — С. 16–18. — URL: https://moluch.ru/archive/544/119076/ (дата обращения: 15.11. -ISSN 2072–0297, 2024-yil.
2. Абдурахмонов С. А., Воздействие физических полей на биологические объекты. Молодой ученый. — 2024. — № 42 (541). — С. 46–47. — URL: https://moluch.ru/archive/541/118314/ (дата обращения: 02.11.2024). -ISSN: 2072–0297, 2024-yil.
3. Абдурахмонов С. А., Эсанов Ш. Ш., Medical Device Reliability and Measuring Instrument Specifications. Eurasian Journal of Engineering and Technology, Volume 34| October 2024. — ISSN: 2795–7640, 2024-yil.