ДИНАМИКА  ПОКАЗАТЕЛЕЙ  ФУНКЦИОНАЛЬНОГО  СОСТОЯНИЯ  МОЗГА  ЧЕЛОВЕКА  В  УСЛОВИЯХ  АНОМАЛЬНЫХ  ЗНАЧЕНИЙ  МАГНИТНОГО  ПОЛЯ

Соколов  Максим  Васильевич

студент  5  курса,  Кафедра  космической  физики  и  экологии,  Радиофизический  факультет,  Национальный  исследовательский  Томский  государственный  университет,  РФ/,  г.  Томск

Е-mail:  MaxS @sibmail.com

Побаченко  Сергей  Владимирович

научный  руководитель,  канд.  биол.  наук,  доцент,  Кафедра  космической  физики  и  экологии,  Радиофизический  факультет,  Национальный  исследовательский  Томский  государственный  университет,  РФ,  г.  Томск

Геомагнитные  аномалии  природного  характера,  расположенные  в  различных  регионах  мира,  существенно  влияют  также  на  здоровье  и  состояние  человека.  На  большом  статистическом  материале  показано,  что  именно  в  зонах  с  повышенной  интенсивностью  геомагнитного  поля  оно  является  одним  из  ведущих  экологических  факторов  риска  для  состояния  здоровья  [8;  6].  Так,  в  зонах  масштабных  геомагнитных  аномалий,  таких,  как  Курская  магнитная  аномалия  в  России,  где  напряженность  геомагнитного  поля  по  вертикали  превышают  среднемировые  значения  в  3—4  раза,  наблюдаются  повышенные  уровни  заболеваемости  населения  гипертонической  болезнью,  ревматизмом,  нервно-психическими  болезнями  по  сравнению  с  близлежащими  районами  вне  магнитной  аномалии;  существенно  выше  (в  1,5—9  раз)  заболеваемость  детей  по  различным  нозологиям.  Флуктуации  фоновых  магнитных  полей,  возникающие  в  периоды  магнитных  бурь,  либо  вызванные  тем  или  иным  техногенным  или  естественным  агентом,  также  могут  являться  причиной  выраженных  нарушений  функционирования  основных  регуляторных  систем  организма  человека,  таких,  как  нервная  и  сердечно-сосудистая  система,  что,  в  свою  очередь,  может  приводить  к  снижению  резистентности  организма  к  различным  заболеваниям.  Есть  весьма  убедительные  эпидемиологические  данные  по  повышению  уровней  госпитализаций,  вызванных  подобными  геомагнитными  условиями  [7;  9].

Как  известно,  именно  нервная  система  человека  крайне  чувствительна  к  изменениям  магнитного  поля,  как  природного  так  и  антропогенного  характера  [3;  5].  В  то  же  время,  данные  о  реакции  функциональных  систем  организма  человека  в  периоды  непосредственного  воздействия  вариаций  параметров  магнитных  полей  носят  относительно  фрагментарный  характер,  в  первую  очередь  это  относится  к  online-оценкам  функционального  состояния  мозга  человека.  Существует  ряд  работ,  связанных  с  оценками  параметрических  модификаций  характеристик  электрической  активности  мозга  (ЭЭГ)  человека  в  периоды  геомагнитных  возмущений  [1;  2;  4].  Фактически  же  результатов  исследований  показателей  ЭЭГ  мозга  человека  в  зонах  с  аномальными  значениями  магнитных  полей  нами  не  обнаружено.  В  связи  с  этим,  были  организованы  и  проведены  экспедиционные  исследования  динамики  показателей  функционального  состояния  мозга  человека  в  естественных  условиях  в  зоне  активного  геологического  разлома  с  аномальным  градиентом  магнитного  поля.  Данная  зона  была  обнаружена  в  эпицентре  мощного  землетрясения  (7,3  балла  по  шкале  Рихтера)  2003  года  в  окрестности  поселка  Бельтир  (Горный  Алтай).

Исследования  проводились  в  экспедиционном  режиме  в  Кош-Агачском  административном  районе  Республики  Алтай  (пос.  Бельтир)  с  1-го  по  3-е  августа  2013  года.  Каждый  из  волонтеров  во  время  мониторинга  проходил  по  одному  и  тому  же  маршруту  вдоль  активного  геологического  разлома  с  нахождением  в  магнитоаномальной  зоне  в  течении  15—20  мин.  Магнитоаномальная  зона  представляет  собой  глыбу  гнейсовых  пород.  В  связи  с  процессами  динамометаморфизма  домены  магнитосодержащих  минералов  в  ней  приобрели  четкую  ориентацию,  которая  и  обусловила  сильноградиентные  неоднородности  магнитного  поля  в  пределах  глыбы.  В  исследовании  принимали  участие  два  волонтера.  Производилась  круглосуточная  запись  параметров  ЭЭГ.  Кроме  того  были  проведены  контрольные  исследования  динамики  показателей  электрической  активности  мозга  человека  в  дали  от  геологического  разлома  в  окрестности  города  Горно-Алтайска.

Для  определения  изменения  характеристик  электрической  активности  головного  мозга  использовался  электроэнцефалографический  комплекс  «Энцефалан-ЭЭГР  -19/26»,  позволяющий  проводить  мониторинг  параметров  ЭЭГ  в  автономном  режиме.

Для  анализа,  в  контексте  настоящей  работы,  были  использованы  временные  ряды  амплитудных  значений  ЭЭГ,  которые  были  разбиты  на  семь  десятиминутных  интервалов:  два  интервала  соответствуют  времени  нахождения  волонтера  в  лагере  до  прибытия  в  аномальную  зону,  один  интервала  соответствует  времени  нахождения  волонтера  в  зоне  магнитной  аномалии  и  четыре  интервала  после  возвращения  в  базовый  лагерь.  Затем  для  каждого  интервала,  с  помощью  дискретного  Фурье-преобразования,  производился  расчет  спектральной  плотности  амплитуды,  для  диапазонов  частот  (0,3—4,0  Гц,  8,0—13,0  Гц),  по  всем  ЭЭГ  —  отведениям  для  всех  экспериментальных  серий.

Анализ  полученных  данных  по  динамике  изменения  спектральной  мощности  в  исследуемых  частотных  диапазонах  ЭЭГ  для  первого  волонтера  (МВ)  позволяет  заметить  наличие  следующих  закономерностей.  Как  видно  из  распределения  в  диапазоне  частот  0,3—4,0  Гц,  представленного  на  рисунке  1а,  в  интервал  времени  соответствующего  времени  нахождения  волонтера  в  лагере  до  прибытия  в  зону  магнитной  аномалии  уровень  спектральной  мощности  не  изменяется.  В  интервал  времени  соответствующий  пребыванию  волонтеров  в  зоне  магнитной  аномалии  (12:10  часов),  происходит  значимое  увеличение  значений  спектральной  мощности,  В  интервалы  времени  соответствующие  возвращению  волонтеров  в  лагерь,  значений  мощности  в  данном  частотном  диапазоне  снижается  до  исходного  уровня.  Оценка  усредненных  фиксируемых  амплитудных  значений  у  данного  волонтера  позволяет  констатировать  увеличение  в  2,77  раза  при  нахождении  в  аномальной  зоне.  Также  можно  отметить,  что  для  контрольного  исследования,  проведенного  на  базе  отдыха  в  окрестности  города  Горно-Алтайска,  в  данном  диапазоне  частот  не  происходит  значимого  увеличения  значений  спектральной  мощности  в  тех  же  интервалах  времени.  Таким  образом  можно  утверждать,  что  выявленная  реакция  не  является  нормальной  дневной  динамикой  показателей  ЭЭГ,  в  данном  случае  амплитудных  значений  спектральной  мощности  в  ∆-диапазоне  для  волонтера  МВ.

а)

б)

Рисунок  1.  (а,  б)  —  Распределение  значений  спектральной  плотности  амплитуды  по  19  отведениям  в  диапазоне  частот  0,3—4,0  Гц  (а)  и  8,0—13,0  Гц  (б)  для  волонтера  МВ

В  диапазоне  частот  8,0—13,0  Гц  также  наблюдается  значительное  увеличение  амплитудных  значений  (в  1,8  раза  относительно  фонового  уровня)  во  время  нахождение  волонтера  в  зоне  с  аномальным  градиентом  магнитного  поля  (рисунок  1б),  затем  также  происходит  снижение  уровня  до  исходного.  Значения  спектральной  мощности  для  контрольного  исследования  варьируются  в  пределах  фонового  уровня.  Таким  образом,  увеличение  амплитудных  значений  во  время  нахождения  волонтера  в  аномальной  зоне  в  данном  диапазоне  частот  также  не  является  нормальной  дневной  динамикой.

а)

б)

Рисунок  2.  (а,  б)  —  Распределение  значений  спектральной  плотности  амплитуды  по  19  отведениям  в  диапазоне  частот  0,3—4,0  Гц  (а)  и  8,0—13,0  Гц  (б)  для  волонтера  АВ

У  второго  волонтера  (АВ)  наблюдается  схожая  реакция  активации  в  дельта  (рисунок  2а)  и  в  альфа  (рисунок  2б)  диапазонах,  во  время  пребывания  волонтера  в  зоне  с  аномальным  градиентом  магнитного  поля  (13:50  часов).  Но  в  отличие  от  волонтера  МВ  у  волонтера  АВ  этот  эффект  проходит  с  большим  увеличением  амплитудных  значений  в  диапазоне  частот  0,3—4,0  Гц.  У  данного  волонтера  происходило  увеличение  фиксируемых  усреднённых  амплитудных  значений  в  среднем  4,52  раза  в  дельта  диапазоне  и  в  1,84  раза  в  альфа  диапазоне.

В  целом,  полученные  результаты  позволяют  констатировать,  что  при  попадании  человека  в  зону  с  аномальным  градиентом  магнитного  поля  у  него  наблюдается  значимое  повышение  амплитудных  значений  ЭЭГ  (в  2—3,5  раза  относительно  фонового  уровня)  для  основных  функциональных  частотных  диапазонов  (α,  ∆).  При  этом  волонтер  не  испытывает  никаких  субъективных  ощущений.  При  выходе  из  зоны  через  некоторое  время  показатели  возвращаются  на  исходный  уровень.

Список   литературы:

1.Белов  Д.Р.,  Гетманенко  О.В.,  Киселев  Б.В.  Двухфазная  реакция  нервной  системы  человека  на  геомагнитные  бури,  по  данным  ЭЭГ.//  Рос.физиол.  журн.  им.  И.М.  Сеченова.  —  2001.  —  Т.  87,  —  №  3.  —  С.  296—313. 

2.Белов  Д.Р.,  Кануников  И.Е.,  Киселев  Б.В.  Зависимость  пространственной  синхронизации  ЭЭГ  человека  от  геомагнитной  активности  в  день  опыта.//  Рос.физиол.  журн.  им.  И.М.  Сеченова.  —  1998.  —  Т.  84,  —  №  3.  —  С.  761—773.

3.Ораевский  В.Н.,  Бреус  Т.К.,  Баевский  Р.М.,  Рапопорт  С.И.,  Петров  В.М.,  Барсукова  Ж.В.,  Гурфинкель  Ю.И.,  Рогоза  А.Т.  Влияние  геомагнитной  активности  на  функциональное  состояние  организма  //  Биофизика.  —  1998.  —  Т.  43,  —  вып.  5.  —  С.  819—826.

4.Побаченко  С.В.,  Колесник  А.Г.,  Бородин  А.С.,  Калюжин  В.В.  Сопряженность  параметров  энцефалограммы  мозга  человека  и  электромагнитных  полей  шумановского  резонатора  по  данным  мониторинговых  исследований  //  Биофизика.  —  2006.  —  Т.  51,  —  вып.  3.  —  С.  534—538.

5.Bistolfi  F.  Extremely  low-frequency  pulsed  magnetic  field  sand  multiplesclerosis:  effects  on  neuro  transmissional  one  oral  soon  immunomodulation?  Building  a  working  hypothesis  //  Neuroradiol.  J.  —  2007.  —  №  20(6).  —  P.  676—693.

6.Chernykh  A.M.,  El'kin  A.I.,  Pozdeev  V.N.  Ecological  threat  for  human  health  during  the  electrical  and  anomalous  geomagnetic  fields'  influence  (review  of  the  literature)  //  Voen.  Med.Zh.  —  2005.  —  Vol.  326,  —  №  6.  —  P.  46—50.

7.Dennis  T.E.,  Rayner  M.J.,  Walker  M.M.  Evidence  that  pigeons  orient  to  geomagnetic  intensity  during  homing  //  Proc.  Biol.  Sci.  —  2007.  —  №  7,  —  Vol.  274(1614).  —  P.  1153—1158.

8.Zabroda  N.N.,  Artemenko  M.V.  Hygienic  characteristics  of  the  Kursk  magnetic  anomaly  area  and  morbidity  in  the  aboriginal  population  //  Gig.  Sanit.  —  2008.  —  №  5.  —  P.  35—38.

9.Wiltschko  R.,  Schiffner  I.,  Wiltschko  W.A  strong  magnetic  anomaly  affects  pigeon  navigation  //Journal  of  Experimental  Biology.  —  2009.  —  Vol.  212.  —  P.  2983—2990.