Медицинские информационные системы: многомерный анализ медицинских и экологических данных
- -
- 100%
- +
Флуктуации СА, межпланетного МП модулируют спектр КЛ, достигающий земной поверхности (Гончарова Е. Е. с соавт., 1989). Изменения акустических шумов атмосферы очень низкой частоты (< 1 Гц) – инфразвуковых колебаний естественного происхождения связаны с СА, особенно тесная связь инфразвуков при полярных сияниях. Поэтому они являются передатчиком СА на биосферу, поскольку акустические волны биологически активны на естественных частотах порядка 0,01 Гц с амплитудой в районе 10 дин/см2. Такие воздействия имеют место при короткопериодичных колебаниях ГМП, сопровождающиеся атмосфериками на частотах 104 Гц. В спектре естественных инфразвуков атмосферы они занимают полосу от 16 Гц (слышимые) до 0,003 Гц (ниже этой частоты преобладают внутренние гравитационные волны. Они всегда присутствуют в атмосфере на частотах ниже 1 Гц, слабо затухают, могут распространяться за тысячи километров от источника (землетрясения, штормы). Обычный акустический фон имеет амплитуду около 1 дин/см2, что значительно меньше локальных флуктуаций при наличии ветра (Владимирский Б. М., 1974).
Данные о результатах анализа наблюдений о движениях газа на различных высотах атмосферы Земли говорят о существовании акустико-гравитационных волн в большом интервале высот – от поверхности Земли до верхней границы ионосферы, – сопровождающихся существенной вариацией электронной концентрации (до 2 порядков) (Григорьев Г. И., Докучаев В. П., 1978) с передачей флуктуаций ионосферного давления в толщу атмосферы (Алексеева Л. М., 1978). В авроральной ионосфере обнаружена генерация акустических волн (Raju D. G. et al., 1981).
Таким образом, выбранные в настоящей работе ионосферные параметры – критические частоты f0ES, f0F2, минимальная частота fmin, высота h'F слоя F, коэффициент M(3000)F2 – тесно связаны с широким кругом ионосферных процессов и довольно полно описывают ее состояние при минимальном наборе количества параметров, описывающих состояние ионосферы.
Прикладные антропогенные проблемы модификации ионосферы. 11 сентября 2005 г. на пленарном заседании Государственной думы рассматривался проект постановления «О потенциальной опасности для человечества продолжения США широкомасштабных экспериментов по целенаправленному и мощному воздействию на околоземную среду радиоволнами высокой частоты».
Речь шла об испытаниях по американской программе HAARP (ХААРП) – High Frequency Active Auroral Research Program (программа активного высокочастотного исследования авроральной области), которые проводятся под непосредственным руководством Пентагона. В рамках этой программы создано принципиально новое оружие – геофизическое, или, как его еще называют, плазменное. Возможный спектр его применения, по мнению специалистов, чрезвычайно широк – от противоракетной обороны до наступательного оружия. Но самое главное, ученые, знакомые с проблематикой, убеждены: даже испытания (не говоря уже о боевом применении) этого оружия способны привести к катастрофическим природным катаклизмам. Впрочем, все по порядку.
В начале ХХ века гениальный физик Никола Тесла разработал методы передачи электрической энергии через естественную среду на любое расстояние. Тщательная доработка этого метода привела к теоретическому обоснованию так называемого «луча смерти», с помощью которого электроэнергию можно отправлять в любых количествах на любое расстояние. Иначе говоря, были созданы основы принципиально новой системы вооружения, транслирующей энергию в атмосферу или через земную поверхность с фокусировкой ее в нужном районе земного шара.
Непосредственно проект ХААРП функционирует с 1960 года. С этого времени в его рамках стали проводиться электромагнитные трансляции различной интенсивности и сопутствующие эксперименты в США (Колорадо), Пуэрто-Рико (Аресибо) и в Австралии (Армидейль).
Излучение американской установки HAARP на Аляске (США) превышает мощность естественного излучения Солнца в диапазоне 10 мегагерц на пять-шесть порядков, то есть в 100 000 – 1 000 000 раз. Виктор Баранец 12 февраля 2004 г. (http://kp.ru/daily/23215/26591/) взял интервью у Владимира Ашуганова, генерал-майора, доктора технических наук, начальника подразделения НИИ Минобороны РФ: «У меня такое впечатление, что некоторые авторитетные ученые России принижают истинное значение ХААРП и даже называют его фантастикой дилетантов. Так вот слушайте. Когда в мире (в том числе и в СССР) появились сверхмощные локаторы, то выяснилось, что они способны “разогревать” ионосферу на определенных площадях. Нам удалось установить прямую связь этих разогревов с магнитными бурями и другими явлениями (их немало). Американцы тоже не спали. И когда и мы, и они поняли, какие тут возможности открываются (оборонные аспекты я тоже имею в виду), тут и начался бум… Он до сих пор продолжается.
Своим сверхмощным излучением HAARP воздействует прежде всего на ионосферу Земли. Это такой слой околоземного пространства, который заполнен активными ионизированными атомами. Понятно, что излучение, воздействуя на атомы, дает дополнительную энергию и их электронные оболочки увеличиваются.
Применение плазменного оружия способно привести к следующим эффектам:
– полностью нарушится морская и воздушная навигация;
– прекратится радиосвязь и радиолокация;
– выйдет из строя бортовая электронная аппаратура космических аппаратов, ракет, самолетов и наземных боевых систем;
– возникнут масштабные аварии в электросетях, на атомных станциях, нефте– и газопроводах;
– перестанет нормально функционировать психика людей и животных;
– возникнут тайфуны, бури, смерчи, наводнения».
1.4. Характеристика геомагнитного поля
Геомагнитные возмущения и бури могут быть вызваны сильными всплесками солнечного ветра. Когда всплеск солнечного ветра (чаще всего связанный с солнечными вспышками и извержениями корональных масс) достигает Земли, наблюдаются изменения магнитосферы, а геомагнитное поле Земли сильно флуктуирует. Длительные периоды геомагнитной активности известны как геомагнитные бури (сильные возмущения магнитного поля Земли).
Во время таких мощных геомагнитных бурь токи в магнитосфере быстро изменяются в ответ на изменения солнечного ветра. Эти токи генерируют свои собственные магнитные поля, которые складываются с магнитным полем Земли и приводят к возникновению геомагнитно индуцированных всплесков токов в почве, газопроводах, силовых и телефонных линиях. Возможны различные биологические эффекты, в частности, очень важные для людей на Земле и космонавтов, находящихся на орбите (Karl T., Thurber Ir. Солнечный ветер и магнитосфера Земли. http://www.bezumnoe.ru/journal/MEMFIS/comments4518.html).
Кроме магнитных бурь в околоземном пространстве могут возникать короткопериодические колебания ГМП, представляющие собой колебания от десятых долей секунды до нескольких минут. Они имеют периодический или нестационарный характер с вариациями амплитуд до нескольких порядков, от сотых долей нанотесла (гамма) до десятков нанотеслов (Шеповальников В. Н., Сороко С. И., 1992; Абдурахманов А. Б. с соавт., 1994). Такие колебания ГМП индуцируют в верхних слоях атмосферы электрические токи. Основная причина их – волновые процессы ионосферы, движения частиц, электрических полей, взаимодействие межпланетных магнитных полей. В магнитосфере эти явления сопровождаются низкочастотными электромагнитными колебаниями со звуковыми, «свистящими» эффектами (Оль А. И., 1971; 1973; Махотин Л. Г., 1984). Таким образом, на биосферу действуют в основном короткопериодические, сверхнизкочастотные ЭМП, ионосферные инфразвуковые колебания, радиоактивность, положительные радиоионы, ультрафиолетовые излучения – с длиной волны около 290 нм (Владимирский Б. М., 1980; 1982; Кобрин М. М., 1982).
В реальной природе имеет место комбинированное воздействие природных факторов, которые не строго периодичны (Richner H., Greber W., 1978). Поэтому, вероятно, на организм оказывают влияние именно эти первичные, фундаментальные физические факторы. ГМП имеет очень значительные функции и является естественным преобразователем и модулятором энергии космических излучений, которые обладают большой биотропностью (Дружинин И. П. с соавт., 1974; Колодуб Ф. А., 1984).
Вариации магнитного и электрического полей Земли тесно связаны с токами ионосферы. На них влияют солнечно-лунные, лунно-суточные и годовые ритмы. Особенно вариабельна величина горизонтальной составляющей ГМП. Преобразователями энергии космических лучей являются земное магнитное поле и ионосфера и слои высокой проводимости – волновод с основной частотной полосой в 7–8 Гц между поверхностью Земли и ионосферой (Арошидзе Г. М., 1971; Арошидзе Г. М. с соавт., 1971; 1977; Глушковский Б. И. с соавт., 1979).
Вариации магнитного и ЭМ полей Земли могут достигать существенных значений. Их переменные составляющие связаны с токами ионосферы. Здесь есть солнечно-лунные, лунно-суточные и годовые колебания. Существуют также короткопериодические колебания с периодами от десятых долей секунд до десятков минут. К-индексы тоже отражают геомагнитные возмущения. Особенно вариабельна величина горизонтальной составляющей (до десятков гамм: 1 гамм = 10–5 эрстед). Различают также 2 вида микропульсаций геомагнитного поля: устойчивые и иррегулярные (Владимирский Б. М., 1980; 1982; Кобрин М. М., 1982).
Наиболее вариабельна во время магнитных бурь горизонтальная составляющая ГМП, которая за короткий промежуток времени может изменяться на несколько десятков нанотеслов. Локальные возмущения зависят от географической широты и имеют уменьшающиеся значения по направлению от полюсов к экватору. ГМП модулирует граничный диапазон между микроволнами (менее 300 Мгц) и оптической частью световых волн (Антипов В. В. с соавт., 1980). Таким образом, в реальной жизни имеет место комбинированное воздействие природных факторов, которые не строго периодичны (Richner H., Greber W., 1978).
Описание состояния магнитного поля Земли в виде месячных обзоров является одной из оперативных форм представления данных геомагнитных обсерваторий. На основе месячных обзоров по сети обсерваторий составляются сводные таблицы К-индексов и данные о магнитных бурях, которые затем публикуются ИЗМИ РАН в сборнике «Космические данные. Месячный обзор» (1977–1988). В каждом выпуске приводятся сведения о суточных вариациях горизонтальной, вертикальной составляющих и склонении геомагнитного поля и К-индексах. В данной работе использованы табличные значения в гаммах горизонтальной и вертикальной составляющих и склонение (в десятых долях минуты). При статистических расчетах использовались среднесуточные табличные приращения параметров ГМП, в отличие от К-индексов, где изучались усредненные 3-часовые значения.
Под возмущенностью понимается отклонение среднечасового значения, выраженного в гаммах, от спокойного суточного хода. К-индекс представляет собой меру активности, возмущенности магнитного поля по горизонтальной составляющей Н. К-индекс отражает геомагнитную активность. К-индексы отражают локальную геомагнитную возмущенность, рассчитываются за 3 часа и тесно связаны с хромосферными вспышками (Дубров А. П., 1974). Одна из основных ее характеристик – синфазность, то есть свойство одновременного всемирного изменения, но могут быть и чисто локального характера. Сильные геомагнитные возмущения, продолжающиеся непрерывно более 6 часов, называют магнитными бурями. Выделяют 4 словесные градации магнитных бурь: очень большую, большую, умеренную, малую (Сизов Ю. П., 1977).
Для определения степени интенсивности магнитных бурь в таблице 1.2 приведены их амплитудные границы для г. Санкт-Петербурга и его окрестностей. Аналогичные показатели существуют и для обсерваторий мира, расположенных в других географических широтах: для северных широт – большие показатели амплитуд МП, для южных – меньшие. Амплитудные значения во время бури определяются последовательно для всех элементов D – склонения (ГМП_С), H – горизонтальной (ГМП_Г) и Z – вертикальной (ГМП_В) составляющих как разность между наибольшим и наименьшим значениями этих элементов и выражаются в гаммах. Солнечно-суточные вариации не учитываются. Максимумы и минимумы амплитуд по этим трем элементам достигаются в разное время. По локальным амплитудным значениям данной местности на основании таблицы 1.2 определяется характеристика бури по всем трем составляющим: горизонтальной, вертикальной и склонению. Средние показатели оцифрованных характеристик по трем составляющим ГМП являются совокупным описанием бури (Сизов Ю. П., 1977).
Таблица 1.2
Амплитудные границы магнитных бурь для г. Санкт-Петербурга
МП Земли обладает переменной частью, которая зависит от очень широкого спектра явлений, происходящих в околоземном и космическом пространстве. Переменное МП Земли разлагается на такие составляющие: S + L + DP + DR + DCF + DT, где S – регулярная часть от волнового излучения вариаций Солнца, ее источник – токи в Е-слое ионосферы, L – регулярная часть от лунноприливных явлений верхних слоев атмосферы Земли, DP – нерегулярная вариативная часть от солнечного ветра, генерирующего большие электрические токи в слое Е полярных зон ионосферы, DR – поле магнитосферного кольцевого тока, DCF – нерегулярная часть токов поверхности магнитосферы от взаимодействия с солнечным ветром, DT – нерегулярная часть токовых полей в хвосте магнитосферы.
Но эти составляющие не учитывают пульсаций и прочих предельно малых процессов. Поэтому магнитная буря и параметры ГМП D, H, Z отражают совокупные гелио-гео-космические и магнито-ионосферные взаимодействия. На принципе оценки разностей между возмущенным и спокойным ГМП в данной географической местности базируется метод определения геомагнитной активности, впервые описанный Бартельсом в 1939 году и названный 3-часовой 10-балльной системой К-индексов. Нижняя минимальная амплитуда соответствует К = 1 и является эквивалентом 3 гаммов напряженности МП (Сизов Ю. П., 1977).
Базой шкал К-индексов для планеты Земля определен масштаб обсерватории Нимегк (Германия) таким образом, что этот параметр должен быть сравним для любой географической широты. Максимум определен по соответствию предельно большой магнитной вариации и приравнивается к величине К-индекса, равной 9 баллам. Поэтому для г. Санкт-Петербурга соответствие амплитуд отклонений в целых числах гамм количеству баллов (К-индексов) выглядит согласно данным таблицы 1.3.
Таблица 1.3
Нижняя граница К-индексов и соответствующих амплитуд отклонений ГМП в гаммах для Санкт-Петербурга
В данной работе также использованы следующие индексы:
1) Ежемесячно означают Ap – Планетарную эквивалентную ежедневную амплитуду;
2) Ежемесячно означают ap, или Планетарную эквивалентную амплитуду для 00–03 периода времени;
3) Ежемесячно означают Cp, или Планетарная ежедневная характеристика числа – качественная оценка полного уровня магнитной деятельности в течение дня, определенного от суммы восьми ap амплитуд. Значения Ср разбиты на диапазоны, каждый из которых соответствует определенной величине С9 (0,0–0,1; 0,2–0,3; 0,4–0,5; 0,6–0,7; 0,8–0,9; 1,0–1,1; 1,2–1,4; 1,5–1,8; 1,9; 2,0–2,5)
4) Ежемесячно означают C9 – преобразование от 0 до 2,5 диапазона Cp индекса к одной цифре между 0 и 9.
Приписка p означает планетарный и определяет глобальный индекс магнитной деятельности. В настоящее время вклад в планетарные индексы вносят следующие 13 обсерваторий, которые лежат между 46 и 63 градусами северной широты и южной геомагнитной широты: Лервик (Великобритания), Эскдейлмьюир (Великобритания), Хартленд (Великобритания), Оттава (Канада), Фредериксбург (США), Meannook (Канада), Ситка (США), Эйруэлл (Новая Зеландия), Канберра (Австралия), Лово (Швеция), Брорфелд (Дания), Вингст (Германия), а также Нимекг (Германия).
Индекс колеблется от 0 до 400 и представляет собой значение коэффициента, преобразованного в линейный масштаб в гаммы (нанотеслы) – масштаб, который измеряет эквивалентную амплитуду нарушения станции, на которой K = 9, нижний предел 400 гамм.
На рис. 1.4 изображена динамика геомагнитных индексов АР_А и АР_03. Кривые идут практически параллельно, совпадают значения минимумов и максимумов. Максимальное значение индекса АР_А и индекса АР_03 наблюдается в начале 2004 года и составляет 35 нТл.
Рис. 1.4. Многолетняя среднемесячная изменчивость геомагнитных индексов АР_А и АР_03
Рис. 1.5. Многолетняя среднемесячная изменчивость геомагнитных индексов СР и С9
Временная изменчивость геомагнитных индексов СР и С9 представлена на рис. 1.5. Видно, что ход линий похож, максимумы и минимумы двух индексов наблюдаются в одни и те же периоды. Максимум приходится на начало 2003 года.
Далее, на рисунках 1.6–1.9, представлены временные спектры геомагнитных индексов, используемых в данной работе.
Рис. 1.6. Временной спектр геомагнитного индекса АР03
Рис. 1.7. Временной спектр динамики геомагнитного индекса АР_А
Рис. 1.8. Временной спектр динамики геомагнитного индекса С9
Рис. 1.9. Временной спектр динамики геомагнитного индекса СР
Периодичность повторения в 13 лет наблюдается у всех четырех индексов, но не имеет совпадений ни с одним видом летальностей пациентов стационаров Санкт-Петербурга, сведения о которых будут приведены в главе 10. Так же во всех спектрах геомагнитных индексов присутствует период в 6 месяцев, который совпадает с летальностью пациентов от инфекций, заболеваний легких и операционной и послеоперационной летальностью при операциях на грудной клетке (см. главу 10). Такие периодичности, как 22 и 19,5 месяца, наблюдаемые у спектров геомагнитных индексов АР03 и АР_А, имеют совпадения только со спектральной плотностью летальности в отделениях торакальной хирургии. Периодичность 8,7 месяца имеется у двух геомагнитных индексов из четырех, это индексы С9 и СР, и эта периодичность также совпадает только со смертностью больных в отделениях торакальной хирургии.
1.5. Характеристика метеофакторов
1.5.1. Метеорологические факторы и их влияние на организм человека
Человек, находясь в условиях естественной внешней среды, подвергается влиянию различных метеорологических факторов: температуры, влажности и движения воздуха, атмосферного давления, осадков, облачности, солнечного и космического излучений и т. д. Погодные факторы действуют на нас разными путями. На кожу воздействуют температура, влажность, ветер, солнечные лучи, атмосферное электричество, радиоактивность. Через легкие люди ощущают температуру воздуха, влажность, ветер, чистоту воздуха, его ионизацию. Свет, шум, запах, температура, химический состав воздуха влияют на разные сенсорные системы организма (зрительную, слуховую, тактильную, вкусовую, обонятельную). Для восприятия электромагнитных излучений, которые генерируются атмосферными процессами, у человека не существует каких-либо специальных рецепторов. Такие электромагнитные воздействия мы ощущаем практически всеми системами организма. Перечисленные метеорологические факторы в совокупности определяют погоду.
Каждый из этих факторов в отдельности может оказывать влияние на различные функции организма человека (например, ветер усиливает теплоотдачу, затрудняет дыхание, нарушая координацию дыхательных движений и их нормальный ритм). Но обычно отдельные функции организма зависят от совокупности нескольких погодных факторов, например на процесс терморегуляции воздействуют температура, влажность и скорость движения воздуха. Часто интенсивность биотропного воздействия обусловлена не столько абсолютной величиной метеоэлементов, сколько их временным градиентом – чем быстрее происходит количественное изменение того или иного фактора, тем меньше времени у организма для адаптации и тем острее его ответная реакция. Поэтому важное место в климатофизиологии занимает изучение воздушных фронтов, прохождение которых сопровождается резким изменением атмосферного давления, температуры воздуха, облачности, осадками и пр.
Влияние климатических факторов на состояние организма осуществляется рефлекторно через центральную нервную систему. В естественных условиях человек находится под одновременным воздействием многих природных факторов, создающих в совокупности понятие погоды. Наиболее болезненно переносятся периоды смены типов погоды, и чем контрастнее и резче эта смена, тем отчетливее выражены патологические метеотропные реакции организма.
Погода – это физическое состояние атмосферы в данном месте в определенный период времени. Многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером местности (рельеф, почва, растительность и т. д.), и связанная с ним циркуляция атмосферы создают климат.
Существуют различные классификации погод в зависимости от того, какие факторы положены в основу. С гигиенической точки зрения различают три типа погоды: оптимальный, раздражающий и острый.
– Оптимальный тип погоды благоприятно действует на организм человека. Это умеренно влажные или сухие, тихие и преимущественно ясные, солнечные погоды.
– К раздражающему типу относят погоды с некоторым нарушением оптимального воздействия метеорологических факторов. Это солнечные и пасмурные, сухие и влажные, тихие и ветреные погоды.
– Острые типы погод характеризуются резкими изменениями метеорологических элементов. Это сырые, дождливые, пасмурные, очень ветреные погоды с резкими суточными колебаниями температуры воздуха и барометрического давления.
Почти все люди в той или иной степени реагируют на изменение погоды. Такая реакция часто не осознается, однако почти у всех людей изменяются разные физиологические показатели. Резкие изменения метеорологической ситуации, вызванные прохождением фронтов, влияют на работу механизмов, регулирующих функции человеческого организма.
Хотя на человека влияет климат в целом, в определенных условиях ведущую роль могут играть отдельные метеорологические элементы. Следует отметить, что влияние климата на состояние организма определяется не столько абсолютными величинами метеорологических элементов, свойственных тому или другому типу погоды, сколько непериодичностью колебаний климатических воздействий, являющихся в связи с этим неожиданными для организма.
Метеорологические элементы, как правило, вызывают у человека нормальные физиологические реакции, приводя к адаптации организма. На этом основано использование различных климатических факторов для активного воздействия на организм с целью профилактики и лечения различных заболеваний. Однако под влиянием неблагоприятных климатических условий в организме человека могут происходить патологические сдвиги, приводящие к развитию болезней. Всеми этими проблемами занимается медицинская климатология.
Температура воздуха. Этот фактор зависит от степени прогревания солнечным светом различных поясов земного шара. Перепады температур в природе достаточно велики и составляют более 100 °C.
Температура воздуха является одним из самых метеопатических факторов. Изменение теплового режима атмосферы вызывает в первую очередь соответствующие изменения теплообмена человека с окружающей средой. В результате действия холода возникают ознобления, отморожения и создаются условия для возникновения или обострения заболеваний органов дыхания. Хроническое охлаждение организма понижает сопротивляемость к инфекционным болезням (Гора Е. П., 2007).
Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, приводит в действие систему физиологических механизмов.
Продолжительное пребывание в условиях высокой температуры воздуха вследствие нарушения условий теплоотдачи вызывает повышение температуры тела, учащение пульса, ослабление функционального потенциала сердечно-сосудистой системы, понижение деятельности желудочно-кишечного тракта и т. д. При этом такие условия провоцируют головную боль, общее плохое самочувствие, одышку, понижение внимания и координации движений, существенно снижается работоспособность. Так, работоспособность при 24 °C снижается на 15 %, а при 28 °C – на 30 % (http://meteo.com.ua/articles/36). На самочувствие организма в условиях высокой температуры сильно влияет влажность. Повышенная влажность в этом случае является дополнительным и крайне неблагоприятным фактором.