ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. В.І.ВЕРНАДСЬКОГО

Григор’єв Павло Євгенович

УДК 577.35:57.034:57.045

ЗВ’ЯЗОК ІНФРАДІАННОЇ РИТМІКИ ФІЗІОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ТВАРИН

З ВАРІАЦІЯМИ ГЕЛІОГЕОФІЗИЧНИХ ФАКТОРІВ

03.00.02 – біофізика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Сімферополь – 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Кримському державному медичному університеті ім. С.І. Георгієвського, Міністерства охорони здоров’я України, та у Таврійському національному університеті ім.В.І.Вернадського Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – кандидат біологічних наук, доцент

Мартинюк Віктор Семенович,

Таврійський національний

університет ім. В.І.Вернадського,

доцент кафедри фізіології людини

і тварин та біофізики

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Мірошниченко Микола Степанович,

Київський національний університет

ім. Тараса Шевченка,

завідувач кафедри біофізики

доктор фізико-математичних наук (Російська Федерація)

за спеціальністю 03.00.02 – біофізика

Володимирський Борис Михайлович,

НДІ “Кримська астрофізична обсерваторія”

Міністерства освіти і науки України,

провідний науковий співробітник

Провідна установа – Львівський національний університет

ім. Івана Франка, кафедра біофізики

та математичних методів у біології,

Міністерство освіти і науки України,

Львів

Захист відбудеться “05“ травня 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К52.051.04 у Таврійському національному університеті ім. В.І.Вернадського за адресою: пр. Вернадського 4, Сімферополь, 95007.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського національного університету ім.В.І.Вернадського за адресою: пр. Вернадського 4, Сімферополь, 95007.

Автореферат розісланий “02“ квітня 2005 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради К52.051.04 О.М. Чуян

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливим завданням біофізики є вивчення дії фізичних факторів на складні біологічні системи. Якість і тривалість життя залежать від процесів, що забезпечують регулювання параметрів організму та його адаптацію до довкілля. Одним з екологічно значимих факторів є природні електромагнітні поля (ЕМП), пов'язані з геліогеофізичними варіаціями. Є обґрунтованою гіпотеза щодо важливої сигнальної ролі природних ЕМП для складних біологічних систем (Володимирський Б.М. та ін., 1995). В останні десятиліття у зв'язку з технічним прогресом також істотно зросла інтенсивність електромагнітних полів техногенного походження у довкіллі (Григор'єв Ю.Г., 1994). Це є чинником ризику розвитку патологічних змін у клітинах організму (Nakagawa M., 1997). В обґрунтуванні Міжнародної наукової програми Всесвітньої організації охорони здоров’я з біологічної дії електромагнітних полів на 1996-2005 рр. відзначалося, що онкологічні захворювання, утрата пам'яті, хвороби Паркінсона й Альцгеймера, СНІД, синдром раптової дитячої смерті і багато інших патологій можуть загострюватися через вплив електромагнітних полів. У той же час, деякі електромагнітні поля широко використовуються в медичній практиці для лікування різноманітних захворювань (Чуян О.Н., 2004). Виразність та спрямованість біоефектів ЕМП залежать від їх параметрів і властивостей організму. Зокрема, поля різних інтенсивностей можуть викликати протилежні ефекти в ідентичних біосистемах (Готовський Ю.Ф., Перов Ю.В., 2000). У фізіологічних процесах організмів з різними індивідуальними властивостями спостерігаються по-різному направлені зсуви фізіологічних показників при впливі ЕМП з однаковими параметрами (Плеханов Г.Ф., 1990). Встановлена здатність електромагнітних полів змінювати часову організацію фізіологічних систем (Темур’янц Н.А., 1989). Існує гіпотеза, що фізіологічні процеси у широкому діапазоні періодів синхронізуються з варіаціями електромагнітних полів середовища, які зумовлені геліогеофізичними чинниками (Володимирський Б.М., 1982; Бреус Т.К., 2003). З геліогеофізичними параметрами пов'язані функціональні показники організму, циклічність епідемій і смертності (Володимирський Б.М., Темур’янц Н.А., 2000). Однак у геліобіологічних дослідженнях існує проблема невідтворюваності результатів (Жвірбліс В.Є., 1989). Це ускладнює встановлення універсальних закономірностей біоефектів геліогеофізичних факторів.

Таким чином, уточнення особливостей регулювання фізіологічних процесів геліогеофізичними факторами є актуальним завданням біофізики складних систем. Його вирішення стане внеском до забезпечення профілактики захворювань, здійснення прогнозу та корекції стану організму.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано в рамках теми науково-дослідних робіт кафедри медичної інформатики Кримського державного медичного університету ім.С.І.Георгієвського “Інформаційно-біотехнологічні підходи і методи модифікації, корекції і управління біологічними явищами в біосистемах” (№ держреєстрації 0100U002030, 2000-2005 рр.), а також у рамках наукової програми кафедри фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету ім.В.І.Вернадського “Особливості інфрадіанної ритміки фізіологічних процесів у щурів з різними індивідуальними особливостями і її зміни під впливом електромагнітного випромінювання надтовисокої частоти” (№ держреєстрації 0100U001372, 2002-2005 рр.)

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є визначення показників і особливостей зв'язку інфрадіанної ритміки фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями.

Для досягнення поставленої мети у ході досліджень за темою дисертаційної роботи ставилися і вирішувалися такі завдання:

1. Виявлення стійких періодичних складових в інфрадіанних спектрах фізіологічних процесів щурів з однаковими конституціональними особливостями і у спектрах геліогеофізичних варіацій в різних фазах багаторічних циклів сонячної та геомагнітної активності.

2. Встановлення особливостей і показників зв'язку інфрадіанної ритміки фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями в різних фазах багаторічних циклів сонячної та геомагнітної активності під час експерименту, а також за період усього онтогенезу тварин.

3. Визначення особливостей зв'язку інфрадіанної ритміки фізіологічних процесів з геліогеофізичними варіаціями для організмів із різними конституціональними особливостями в умовах різноманітних впливів – епіфізектомії, змінного магнітного поля наднизької частоти і їхньої комбінації; гіпокінезії, надтовисокочастотного електромагнітного випромінювання та їхньої комбінації.

4. Виявлення біологічно значимих геліогеофізичних індексів у різних фазах багаторічних циклів сонячної та геомагнітної активності.

5. Визначення закономірностей зв'язку функціональної активності лімфоцитів із геліогеофізичними факторами.

Об’єктом дослідження є регулювання складних біологічних систем факторами зовнішнього середовища.

Предметом дослідження є зв'язок ритміки фізіологічних процесів у щурів із варіаціями геліогеофізичних факторів.

Методи дослідження. Експериментальні дослідження бактерицидних систем (пероксидаза, неферментні катіонні білки), гідролітичних ферментів (кисла фосфатаза, протеаза) у нейтрофілах периферійної крові, показників енергетичного обміну – загальні ліпіди, сукцинатдегідрогеназа (СДГ), -гліцерофосфатдегідрогеназа (ГФДГ) – у нейтрофілах та лімфоцитах периферійної крові проводилися стандартними цитохімічними методами; поведінкові реакції щурів досліджувалися за допомогою тесту “відкритого поля”.

Дослідження впливу електромагнітних полів надтовисокої частоти на зв’язок фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями виконувався за допомогою сертифікованого випромінювача.

Розробка комп’ютерної програми та проведення косинор-аналізу дозволило виявити спектри фізіологічних показників і спектри геліогеофізичних індексів. Застосування методу статистичних випробувань (метод Монте-Карло) для отримання статистичних оцінок ступені зв'язку спектрів фізіологічних і геліогеофізичних періодів забезпечило вірогідність одержаних результатів із похибкою не більше 0,01. Застосовування стандартних математичних та статистичних методик (методу накладених епох, кореляційного аналізу, статистичних критеріїв Вілкоксону) дало змогу провести оцінку статистичної значущості одержаних результатів.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Вперше зіставлена ритміка фізіологічних процесів ідентичних об'єктів із геліогеофізичними варіаціями в різних фазах багаторічних циклів сонячної та геомагнітної активності.

2. Визначено особливості регулювання ритміки фізіологічних процесів геліогеофізичними варіаціями в залежності від конституціональних особливостей організму.

3. Вперше досліджено вплив гіпокінетичного стресу, надтовисокочастотного електромагнітного випромінювання і їхньої комбінації; епіфізектомії, слабкого наднизькочастотного магнітного поля та їхньої комбінації на зв'язок ритміки фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями.

4. Встановлено ефект порушення синхронізації інтегральної ритміки організму з геліогеофізичними варіаціями при дії штучних електромагнітних полів, які характерні для техногенної компоненти довкілля.

5. Встановлено ефект засвоєння спектру геліогеофізичних варіацій за період всього онтогенезу тварин в інфрадіанній ритміці їх фізіологічних процесів.

6. Встановлено залежності активності сукцинатдегідрогенази і ?-гліцерофосфатдегідрогенази у лімфоцитах периферійної крові щурів від зміни знака міжпланетного магнітного поля та від геомагнітних збурень.

7. Вперше встановлено зв'язок біологічної значущості геліогеофізичних індексів з відношенням сонячної та геомагнітної активності, що має важливе значення для вирішення проблеми невідтворюваності результатів біологічних досліджень.

8. Встановлено зв'язок між активністю СДГ, ГФДГ у лімфоцитах і сонячною активністю.

Практичне значення результатів, одержаних у процесі виконання роботи

1. Розроблена комп’ютерна програма косинор-аналізу застосовується в дослідженнях ритміки різноманітних процесів.

2. Запропонований метод визначення ступеня зв'язку між фізіологічними і геліогеофізичними спектрами може бути використаний у хронобіологічних і хрономедичних дослідженнях.

3. Метод визначення стратегії підстроювання фізіологічної ритміки до геліогеофізичних варіацій можна застосовувати для виявлення ритмотипу організму.

4. За допомогою виявлених закономірностей зв'язку середньої активності дегідрогеназ із геліогеофізичними перемінними можна прогнозувати параметри енергетичного стану організму в діапазоні інфрадіанних та багаторічних періодів.

5. Дані щодо розвитку десинхронозу при впливі електромагнітних полів штучного походження на ритміку фізіологічних процесів можуть бути використані фахівцями санітарних і метрологічних служб при розробці відповідних норм параметрів випромінювання технічних пристроїв та здійснення контролю за довкіллям.

6. Одержані у дослідженні дані щодо показників і особливостей зв'язку фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями включені до лекційного курсу “Екологічна фізіологія” кафедри фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету ім.В.І.Вернадського, а також використовуються при проведенні наукової роботи студентського наукового товариства Кримського державного медичного університету ім.С.І.Георгієвського.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем самостійно розроблено методи аналізу зв'язку спектрів фізіологічних процесів зі спектрами геліогеофізичних варіацій, отримано необхідну частину експериментальних даних, проведено статистичний аналіз та узагальнення результатів. Програму косинор-аналізу розроблено спільно із науковим керівником, доцентом кафедри фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету ім.В.І.Вернадського Мартинюком В.С. та співробітником Кримського наукового центру НАН України і МОН України Зуєвим Н.Н. У працях, опублікованих у співавторстві, здобувачу належить: [1] – розробка схеми дослідження щодо зіставлення фізіологічних та геліогеофізичних спектрів тварин з однаковими властивостями у різних фазах циклу сонячної активності; статистичний аналіз, узагальнення результатів; [2-4] – розробка програми косинор-аналізу, методик зіставлення фізіологічних і геліогеофізичних спектрів, проведення статистичного аналізу, написання тексту статей; [5] – ідея дослідження біологічної значущості геліогеофізичних індексів за допомогою виявлення ступеня синхронізації з ними фізіологічних показників, математична обробка даних, аналіз, узагальнення результатів; [6] – дослідження ефектів впливу надтовисокочастотного випромінювання, гіпокінезії та їх комбінації на зв’язок фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями, дослідження показників поведінкових реакцій, функціональної активності лейкоцитів щурів; [7, 8, 10] – обґрунтування застосування методу накладених епох та статистичних критеріїв з метою отримання числових оцінок зв’язку фізіологічних і геліогеофізичних показників, проведення статистичного аналізу; [9] – проведення числового аналізу параметрів спектрів фізіологічних показників щурів, узагальнення результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи було представлено на таких конференціях і наукових семінарах: Третя Міжнародна науково-практична конференція “Наука и социальные проблемы общества: медицина, фармация, биотехнология” (Харків, 2003), Міжнародна Кримська конференція “Космос и биосфера” (Партеніт, 2003), Третя Міжнародна конференція ім. А.Г.Гурвіча “Biophotons and coherent systems in biology, biophysics and biotechnology” (Москва-Партеніт, 2004).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у 10 роботах, зокрема в 7 статтях фахових видань, затверджених ВАК України, 3 матеріалах і тезах наукових конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і містить 141 сторінку, з них 105 сторінок тексту, 18 рисунків, 24 таблиці. Список використаних джерел містить 165 назв на 19 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність проблеми дослідження зв’язку фізіологічних процесів із геліогеофізичними параметрами, сформульовано мету і завдання досліджень, наведено основні наукові результати та їх практичне значення.

У першому розділі зроблено огляд стану проблеми щодо досліджень впливу геліогеофізичних факторів на ритміку та динаміку фізіологічних показників. Наводиться стисла класифікація, критичний аналіз існуючих досліджень вітчизняних та зарубіжних авторів за даним напрямком, що дозволило виявити невирішені питання, визначити місце дисертаційної роботи у проблемі регулювання складних біологічних систем факторами зовнішнього середовища. Доведено необхідність зіставлення даних декількох розбіжних за часом серій вимірювань фізіологічних і геліогеофізичних показників, проведених у різних фазах багаторічних циклів сонячної та геомагнітної активності.

У другому розділі обґрунтовано вибір напрямку досліджень, розкривається загальна методика проведення дисертаційних досліджень. Доведено, що для встановлення параметрів зв’язку ритміки фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями потрібен аналіз даних у двох напрямках. По-перше, зіставлення ритміки фізіологічних процесів ідентичних за параметрами тварин із геліогеофізичними чинниками в періоди часу, які характеризуються різними показниками сонячної та геомагнітної активності. По-друге, аналіз зсувів параметрів зв’язку фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями за умов розмаїтих вихідних фізіологічних станів організму: інтактних тварин із різними типами рухової активності у тесті “відкритого поля” – низькою, середньою, високою; у щурів після операції епіфізектомії, під впливом слабкого змінного наднизькочастотного магнітного поля та їхньої комбінації; в умовах гіпокінетичного стресу, під впливом надтовисокочастотного електромагнітного випромінювання та їхньої комбінації. Вже було досліджено, що ці чинники суттєво впливають на ритміку фізіологічних процесів (Мартинюк В.С., 1992; Чуян О.Н., 1992; Шехоткін О.В., 1995), але досі не з’ясовано, чи можуть вони змінювати параметри зв’язку ритміки фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями.

З метою здійснення аналізу дисертанту було надано дані багатоденних вимірювань фізіологічних показників двох серій експериментів тривалістю 36 і 40 діб, проведених у різні роки співробітниками кафедри фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету ім. В.І.Вернадського. Третя серія експериментальних досліджень тривалістю 46 діб була здійснена за участю дисертанта. Схема досліджень наведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема різних серій досліджень, вихідні дані яких було проаналізовано у дисертаційної роботі. Умовні скорочення: К – контрольні групи; П – тварини під впливом слабкого змінного наднизькочастотного магнітного поля; Е – епіфізектомовані тварини; ГК – тварини в умовах гіпокінетичного стресу; НВЧ – тварини під впливом надтовисокочастотного електромагнітного випромінювання; НРА – низька рухова активність у тесті “відкритого поля”; СРА – середня рухова активність у тесті “відкритого поля”; ВРА – висока рухова активність у тесті “відкритого поля”.

У всіх серіях досліджень були використані тварини, близькі за віком, масою та конституціональними особливостями, відібрані у тесті “відкритого поля”, який дозволяє виділяти тварин зі схожими реакціями на дію різноманітних факторів (Маркель А.Л., 1982). У кожній групі було не менше 20 тварин, що забезпечило необхідний рівень статистичної вірогідності. Вимірювалися показники функціональної активності лейкоцитів та поведінкові реакції, які мають виражену ритмічну складову, підконтрольну епіфізу, і дають оцінку стану цілісного організму. Функціональна активність лейкоцитів оцінювалась за активністю бактерицидних систем (неферментні катіонні білки, пероксидаза), гідролітичних ферментів (кисла фосфатаза, протеаза), енергетичних систем (СДГ, ГФДГ, ліпідів) у нейтрофілах та лімфоцитах. Вказані компоненти визначались цитохімічними методами (Нарцисов Р.П., 1969; Ліллі, 1969; Шубіч М.Г., 1980; Sheehan H.L., Sforey G.W., 1947). Поведінкові реакції (вертикальна та горизонтальна рухова активність, кількість актів дефекації) досліджувалися за допомогою тесту “відкритого поля”.

Вплив магнітним полем з індукцією 5 мкТл та частотою 8 Гц здійснявся щоденно вранці по 3 години до вимірювань фізіологічних показників (Шехоткін О.В., 1995). Вплив НВЧ здійснювали щоденно вранці на потилично-комірну зону тварин за допомогою сертифікованого випромінювача з такими основними робочими параметрами: частота випромінювання – 42194±20 МГц, щільність потоку потужності – 0,1 мВт/см2. До всіх вимірювань, проведених на кафедрі фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету ім.В.І.Вернадського, здійснювався відповідний метрологічний контроль. У даному розділі дисертації обґрунтовується вибір геліогеофізичних індексів, які відображають природні варіації ЕМП, що надходять до середовища скрізь різні канали впливу сонячної активності – іоносферний та магнітосферний. Іоносферному каналу відповідають індекси сонячної активності – числа Вольфа (W) і потоку сонячного випромінювання з довжиною хвилі 10,7 см (F10.7), а магнітосферному – індекси геомагнітної активності Ap-, Kp-індекси та індекс знаку міжпланетного магнітного поля (ММП). Дані щодо цих індексів, а також дати змін знаку ММП, геомагнітних збурень було отримано з офіціальних відкритих для науковців Інтернет-каталогів науково-дослідницького інституту “ИЗМИРАН” Російської академії наук () та державної геофізичної дослідницької агенції США “NOAA” (). Для дослідження спектральних параметрів часових рядів показників було удосконалено алгоритм методу косинор-аналізу та розроблено комп’ютерну програму косинор-аналізу (рис. 2). Вона дозволяє знаходити періоди в ритміці показника, до яких функція косинусу вписується з найбільшою амплітудою та з найменшою похибкою (рис. 3). Це забезпечує вірогідність виявлення ритмічних складових у часових рядах показників. Розроблена програма дозволяє також одержувати числові оцінки фази коливання будь-якого періоду для групи рядів, зберігати результати в графічних або текстових файлах стандартних форматів Windows Bitmap та Windows Text відповідно. За розробленою методикою знаходили періоди спектрів інтегральної ритміки фізіологічних процесів (ІРФП) та спектрів інтегральної ритміки геліогеофізичних індексів (ІРГІ), для чого виділяли ті з них, що зустрічаються у 20-ти або більше відсотках випадків. З метою одержання числових оцінок зв’язку ІРФП з ІРГІ були введені параметри ступеня близькості періодів (СБП) та співвідношення кількості коротших до довших (СКД) фізіологічних періодів у порівнянні з найближчими за значеннями геліогеофізичними періодами. Для обчислювання ступеня близькості фізіологічних періодів до геліогеофізичних за розробленою методикою знаходили середню відстань між найближчими періодами цих спектрів; те ж саме робили за допомогою методу Монте-Карло для випадкових рядів періодів із таким же статистичним розподілом. Проводилося по 10000 статистичних іспитів у кожному випадку, що за формулою (Білоконь І.В., 2001) забезпечує точність оцінки на рівні вірогідності 0,01.

Рис. 2. Функціональна схема програми косинор-аналізу.

Рис. 3. Вивід даних на монітор персонального комп’ютера у програмі косинор-аналізу: зверху – вихідний часовий ряд; знизу – спектр цього показника з періодами, що вносять найбільш вагомий вклад у його ритміку.

Після цього одержували оцінку близькості емпіричних спектрів у відсотках відносно відстані періодів у змодельованих спектрах – показник СБП. Стосовно параметра СКД обґрунтовано, що за превалюванням коротших періодів в ІРФП відносно найближчого з періодів у ІРГІ, стратегія підстроювання ритміці організму до геліогеофізичних варіацій є “випереджальною”, за превалюванням довших періодів – “запізнілою”, а за їх балансом – “збалансованою”.

Дані досліджень за участю автора свідчать про чутливість організмів до геліогеофізичних факторів із найраніших стадій онтогенезу (Григор'єв П.Є., Хорсева Н.І., 2001; Григор'єв П.Є., Григор'єва О.В., 2002). Тому фізіологічна ритміка зіставлялася з геліогеофізичною ритмікою не тільки у період експериментів, а також у період всього онтогенезу тварин.

Для виявлення біологічно значимих геліогеофізичних індексів у різних фазах багаторічних циклів сонячної та геомагнітної активності порівнювалися фази інтегральної ритміки фізіологічних процесів із фазами геліогеофізичних індексів у періодах, які збігаються. Виявлялися кількості періодів, де синхронізація фізіологічних процесів із певними індексами була близькою до синфазної.

Закономірності зв'язку функціональної активності лімфоцитів із геліогеофізичними факторами визначалися за допомогою методу накладених епох (Гнєвишев М.Н., Оль А.І., 1982). Статистичний критерій Вілкоксона (Лапач С.Н. та ін., 2000) був використаний з метою одержання оцінки вірогідності зсувів показників СДГ і ГФДГ. Кореляційний аналіз застосовувався для вивчення співвідношень між дослідженими показниками дегідрогеназ і геліогеофізичних перемінних.

У третьому розділі розглядаються результати досліджень зв’язку фізіологічних процесів із геліогеофізичними показниками.

Було встановлено, що у всіх серіях вимірювань зберігаються стійкі періодичні складові фізіологічної та геліогеофізичної ритміки: 6,8-7,2; 8,4-8,8; 9,6-10,0; 13,0-14,6; 20,4-21,6; 22,6-23,8; 25,0-26,2 діб.

Деякі результати зіставлення фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями представлені на рис. 4. У інтактних тварин ступінь зв’язку ІРФП з ІРГІ за період онтогенезу залишається на високому рівні незалежно від фази циклу сонячної активності або від конституціональних властивостей щурів. Стратегії підстроювання ІРФП інтактних тварин до ІРГІ зберігаються у всіх серіях експериментів.

Між тим, є суттєва різниця в стратегіях підстроювання залежно від конституціональних властивостей тварин: у щурів з НРА спостерігається “запізніла” стратегія, з СРА – “збалансована”, з ВРА – “випереджальна”. При впливі змінного магнітного поля наднизької частоти стратегія підстроювання для всіх типів щурів стає “запізнілою”.

Рис. 4. Показники зв’язку ритміки фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями для різних груп тварин: а) ступінь близькості періодів (СБП) в інтегральній ритміці фізіологічних процесів (ІРФП) із інтегральною ритмікою геліогеофізичних індексів (ІРГІ) під час всього онтогенезу тварин і тільки у період експериментальних вимірювань; б) відповідні стратегії підстроювання ритміки організму до геліогеофізичних варіацій.

Умовні скорочення: СКД – співвідношення кількості коротших до довших фізіологічних періодів у порівнянні з найближчими геліогеофізичними періодами; К – контрольні групи; П – щурі під впливом слабкого змінного наднизькочастотного магнітного поля; Е – епіфізектомовані щурі; ГК – щурі в умовах гіпокінетичного стресу; НВЧ – щурі під впливом надтовисокочастотного електромагнітного випромінювання; НРА – низька рухова активність у тесті “відкритого поля”; СРА – середня рухова активність у тесті “відкритого поля”; ВРА – висока рухова активність у тесті “відкритого поля”.

Епіфізектомія повністю порушує синхронізацію ІРФП з ІРГІ за період експерименту, а стратегія підстроювання стає різко “випереджальною”. При впливі змінного магнітного поля наднизької частоти на епіфізектомованих тварин частково відновлюється синхронізація ІРФП з ІРГІ. У тварин у стані гіпокінетичного стресу суттєво посилюється синхронізація ІРФП з ІРГІ за період експерименту, а вплив електромагнітного випромінювання НВЧ порушує синхронізацію ІРФП з ІРГІ як у інтактних, так і у гіпокінезованих тварин.

У даному розділі також зіставляються фази періодів, які збігаються у фізіологічній ритміці та геліогеофізичних індексах у різних за часом серіях вимірювань. Визначено, що синхронізація фізіологічних процесів здійснюється переважно через той канал впливу сонячної активності на біосферу (магнітосферний чи іоносферний), який домінує у період здійснення вимірювань (рис. 5). Найтіснішій зв’язок (коефіцієнт лінійної кореляції Пірсона r = 0,99, p<0,05) виявлено між типом синхронізації і співвідношенням індексів F10.7 (сонячної активності) та Ар (геомагнітної активності).

Рис. 5. Відношення сонячної активності до геомагнітної (ліва шкала) і превалюючий тип синхронізації фізіологічних процесів з індексами сонячної чи геомагнітної активності (права шкала) у різних серіях вимірювань.

Далі наводяться результати щодо виявлення зв’язку функціональної активності енергетичних систем лімфоцитів (СДГ, ГФДГ) із геліогеофізичними перемінними. Було виявлено достовірну позитивну кореляцію між середньоарифметичними значеннями СДГ і F10,7-індексу сонячної активності (r=0,9998; p<0,012) та негативну кореляцію між середньоарифметичними значеннями ГФДГ і F10,7-індексу (r= – 0,9999; p<0,011) у різних за часом серіях досліджень (рис.6).

Доведено, що показники активності СДГ і ГФДГ є чутливими до геомагнітних збурень (рис. 7) та змін знаку міжпланетного магнітного поля (рис. 8). Протягом ±4 діб відносно дат цих подій спостерігаються протифазні співвідношення між активностями ферментів СДГ і ГФДГ: r = – 0,67, p<0,05 (для геомагнітних збурень); r = – 0,86, p<0,05 (для змін знаку ММП). Тенденції динаміки активності ферментів навколо дат геліогеофізичних подій є достовірними за критерієм Вілкоксона.

Рис.6. Зіставлення середньої активності сукцинатдегідрогенази (СДГ) й -гліцерофосфатдегідрогенази (ГФДГ) і лімфоцитах периферійної крові інтактних щурів зі середньою руховою активністю у тесті “відкритого поля” та F10.7-індексу сонячної активності в різних серіях вимірювань.

У четвертому розділі дисертації проведено аналіз та узагальнення результатів дослідження. На базі одержаних результатів обґрунтовується теза, що зв’язок фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями здійснюється за допомогою механізму синхронізації біологічної ритміки зовнішньою силою, якою є періодичні варіації слабких електромагнітних полів. Здатність організму переключати підстроювання ритміки процесів із природних на штучні поля свідчить про те, що слабкі електромагнітні поля змінюють часову організацію організму і викликають зовнішній десинхроноз, який може порушити нормальний стан організму.

Рис. 7. Середня активність сукцинатдегідрогенази (СДГ) і ?-гліцерофосфатдегідрогенази (ГФДГ) у лімфоцитах інтактних щурів із середньою руховою активністю в тесті “відкритого поля” відносно геомагнітних збурень.

Рис. 8. Середня активність сукцинатдегідрогенази (СДГ) і ?-гліцерофосфатдегідрогенази (ГФДГ) у лімфоцитах інтактних щурів із середньою руховою активністю в тесті “відкритого поля” відносно змін знаку міжпланетного магнітного поля.

Значна роль у підстроюванні ритміки фізіологічних процесів до зовнішніх датчиків часу належить епіфізу, оскільки у епіфізектомованих тварин повністю порушується синхронізація з геліогеофізичними варіаціями. Однак епіфіз не є єдиною структурою, що забезпечує підстроювання ритміки організму до довкілля, оскільки при регулярному впливі штучного магнітного поля спостерігається відновлення синхронізації ритміки організму з геліогеофізичними варіаціями якраз за відсутності епіфіза. За його присутності, навпаки, штучне магнітне поле наднизької частоти порушує синхронізацію організму з геліогеофізичними варіаціями. Таким чином, епіфіз є модулятором ритміки багатьох фізіологічних процесів і посередником між зовнішніми періодичними електромагнітними чинниками та ритмікою організму.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі подано нове рішення наукового завдання виявлення особливостей і показників зв'язку фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями. Це дозволяє розширити уявлення про роль слабких електромагнітних полів природного та штучного походження для складних біосистем. У дисертації новим є одержання числових показників синхронізації інтегральної ритміки фізіологічних процесів варіаціями геліогеофізичних факторів у інфрадіанному діапазоні періодів. Уперше досліджено вплив штучних електромагнітних полів на зв'язок фізіологічних процесів із природним електромагнітним фоном. Результати проведених досліджень підтверджено числовими оцінками.

Головні наукові і практичні висновки роботи є такими:

1. У результаті досліджень було визначено показники і особливості зв'язку інтегральної ритміки фізіологічних процесів з інтегральною ритмікою варіацій геліогеофізичних факторів за допомогою розробленої комп’ютерної програми косинор-аналізу, а також методик зіставлення спектрів часових рядів.

2. У спектрах інтегральної ритміки фізіологічних процесів інтактних щурів і спектрах інтегральної ритміки геліогеофізичних варіацій у різних фазах багаторічних циклів сонячної та геомагнітної активності зберігаються такі стійкі інфрадіанні складові: 6,8-7,2; 8,4-8,8; 9,6-10,0; 13,0-14,6; 20,4-21,6; 22,6-23,8; 25,0-26,2 діб.

3. Геліогеофізична ритміка засвоюється організмом протягом всього онтогенезу, починаючи із найраніших стадій розвитку.

4. Щурам із різними типами поведінкових реакцій у тесті “відкритого поля” притаманні такі стратегії підстроювання ритміки організму до геліогеофізичних варіацій: “запізніла” - у щурів із низькою руховою активністю, “збалансована” – у щурів із середньою руховою активністю, “випереджальна” – у щурів із високою руховою активністю. Щоденний по тригодинний вплив змінного магнітного поля з частотою 8 Гц та індукцією 5 мкТл нівелює розходження у стратегіях підстроювання фізіологічних процесів до геліогеофізичних варіацій.

5. У епіфізектомованих тварин відбувається зрив синхронізації фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями. Цей результат висвітлює роль епіфіза як посередника між ритмікою довкілля та організму. Щоденний тригодинний вплив змінного магнітного поля з частотою 8 Гц та індукцією 5 мкТл на епіфізектомованих тварин частково відновлює синхронізацію фізіологічних процесів з геліогеофізичними варіаціями.

6. Гіпокінезія призводить до гіперсинхронізації ритміки фізіологічних процесів з поточними геліогеофізичними варіаціями. При щоденному тридцятихвилинному впливі на гіпокінезованих тварин електромагнітного випромінювання частотою 42194±20 МГц, щільністю потоку потужності 0,1 мВт/см2 організм переключається на синхронізацію з цим сигналом замість синхронізації з геліогеофізичними варіаціями.

7. Синхронізація фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями реалізується через той канал їх дії на довкілля (іоносферний чи магнітосферний), активність якого превалює під час вимірювань. Цей результат вносить практичний внесок у вирішення проблеми невідтворюваності результатів біологічних досліджень.

8. Установлено пряму залежність між середніми значеннями активності СДГ і F10.7-індексу (r = + 0,99984; p=0,011) та зворотну залежність між середніми значеннями активності ГФДГ і F10.7-індексу в діапазоні багаторічних варіацій сонячної активності (r = – 0,99985; p=0,011). Геомагнітні збурення викликають превалювання активності ГФДГ над активністю СДГ, а зміна знаку ММП – превалювання активності СДГ над активністю ГФДГ. Виявлені закономірності можна використовувати для прогнозу стану організму.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С. Вариации индексов космической погоды и инфрадианные ритмы физиологических процессов у животных // Ученые записки Таврического национального университета им.В.И. Вернадского. Серия “Биология”. – 2003. – Т.16(55). – №4. – С. 43-49. (Особистий внесок здобувача полягає в розробці схеми дослідження щодо зіставлення фізіологічних та геліогеофізичних спектрів тварин з однаковими властивостями у різних фазах циклу сонячної активності; у проведенні статистичного аналізу, в узагальненні результатів).

2. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А. Инфрадианная ритмика физиологических показателей крыс с разными конституциональными особенностями и вариации космической погоды // Таврический медико-биологический вестник. – 2003. - №3. – С. 142-148. (Особистий внесок здобувача полягає в розробці програми косинор-аналізу, методики зіставлення фізіологічних та геліогеофізичних спектрів, у проведенні аналізу, у написанні тексту статей).

3. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А. Влияние переменного сверхнизкочастотного магнитного поля на синхронизацию ритмики физиологических процессов с электромагнитным фоном // Таврический медико-биологический вестник. - 2004. - №1. – С. 154-158. (Особистий внесок здобувача полягає в розробці програми косинор-аналізу і методики зіставлення фізіологічних та геліогеофізичних спектрів, у проведенні статистичного аналізу, у написанні тексту статей).

4. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А., Шехоткин А.В. Влияние эпифизэктомии на временную организацию физиологических показателей крыс // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия “Химия. Биология”. – 2004. - №1. – С. 127-135. (Особистий внесок здобувача полягає в розробці програми косинор-аналізу і методики зіставлення фізіологічних та геліогеофізичних спектрів, у проведенні статистичного аналізу).

5. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А. О зависимости биологической значимости различных индексов космической погоды от многолетних гелиогеофизических вариаций // Ученые записки Таврического национального универсиета им. В.И. Вернадского. Серия “Біологія”. – 2004. – Т.18(57). – №1. – С. 88-93. (Особистий внесок здобувача полягає в ідеї дослідження біологічної значущості геліогеофізичних індексів за допомогою виявлення ступеня синхронізації з ними фізіологічних показників, у проведенні математичної обробки даних, в узагальненні результатів).

6. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А., Чуян Е.Н. Особенности синхронизации физиологических процессов у крыс с вариациями космической погоды при гипокинезии и действии КВЧ-излучения // Проблемы, достижения и перспективы развития медико-биологических наук и практического здравоохранения. Труды Крымского гос. мед. ун-та им. С.И.Георгиевского. – 2004. – Т. 141. – С. 45-49. (Особистий внесок здобувача полягає в дослідженні ефектів впливу надтовисокочастотного випромінювання, гіпокінезії та їх комбінації на зв’язок фізіологічних процесів із геліогеофізичними варіаціями, у дослідженні показників поведінкових реакцій і функціональної активності лейкоцитів щурів).

7. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А. О связи активности дегидрогеназ с гелиогеофизическими факторами // Геофизические процессы и биосфера. – 2005. – Т.4, №1. – С. 71-75. (Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні застосування методу накладених епох і статистичних критеріїв з метою одержання числових оцінок зв’язку фізіологічних і геліогеофізичних показників, у проведенні статистичного аналізу).

8. Любарский А.В., Григорьев П.Е. Изучение влияния гелиогеомагнитных факторов на генетические проявления дезадаптации // Тези ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Наука і соціальні проблеми суспільства: медицина, фармація, біотехнологія”. – Харків. – 2003. – Ч.1. – С. 122. (Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні застосування методу накладених епох і статистичних критеріїв з метою одержання числових оцінок зв’язку фізіологічних і геліогеофізичних показників, у проведенні статистичного аналізу).

9. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А. Временная организация физиологических процессов в инфрадианном диапазоне ритмов у животных с разными конституциональными особенностями в норме и при действии магнитного поля крайне низкой частоты // Тезисы Международной Крымской конференции “Космос и биосфера”. – Партенит. – 2003. – С. 85-87. (Особистий внесок здобувача полягає в проведенні числового аналізу параметрів спектрів фізіологічних показників щурів, в узагальненні результатів).

10. Grigoriev P.E., Martynyuk V.S., Temuryants N.A. Heliogeophysical variables affect the infradian and long-term rhythmic of dehydrogenases // 3-rd Alexander Gurwitsch conference: Biophotons and coherent systems in biology, biophysics and biotechnology. – Moscow-Simferopol-Partenit. – 2004. – P. 42-43. (Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні застосування методу накладених епох і статистичних критеріїв з метою одержання числових оцінок зв’язку фізіологічних і геліогеофізичних показників, у проведенні статистичного аналізу).

АНОТАЦІЯ

Григор’єв П.Є. Зв’язок інфрадіанної ритміки фізіологічних процесів у тварин з варіаціями геліогеофізичних факторів – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. – Таврійський національний університет ім.В.І.Вернадського, Сімферополь, 2005.

Дисертаційну роботу присвячено визначенню показників та особливостей зв’язку фізіологічних процесів (ФП) щурів із варіаціями геліогеофізичних факторів (ВГФ), тісно пов’язаних із ритмікою електромагнітних полів довкілля. На основі вимірювань показників поведінкових реакцій, функціональної активності лейкоцитів за допомогою розробленої комп’ютерної програми косинор-аналізу, методик зіставлення спектрів ФП і ВГФ одержано результати, що доводять існування синхронізації фізіологічних процесів геліогеофізичними варіаціями як механізму зв’язку організму з електромагнітними чинниками. Встановлено, що ритміка природних електромагнітних полів засвоюється організмами починаючи із ранніх стадій розвитку. Тваринам із різними типами поведінкових реакцій властиві певні стратегії підстроювання ритміки організму до електромагнітного фону довкілля. В умовах регулярного впливу штучних електромагнітних полів на тварин порушується синхронізація ритміки організму з ВГФ, що є фактором ризику для розвитку патологічних змін стану організму. Вперше встановлено, що синхронізація ФП з ВГФ здійснюється через той канал дії сонячної активності (магнітосферний або іоносферний), який превалює під час вимірювань. Одержано нові дані щодо параметрів зв’язків функціональної активності енергетичних систем лімфоцитів з ВГФ в інфрадіанному та багаторічному діапазонах періодів. Встановлені закономірності можна використовувати для здійснення прогнозу стану організму.

Ключові слова: фізіологічні процеси, інфрадіанна ритміка, варіації геліогеофізичних факторів, синхронізація.

АННОТАЦИЯ

Григорьев П.Е. Связь инфрадианной ритмики физиологических процессов у животных с вариациями гелиогеофизических факторов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.02 – биофизика. – Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, Симферополь, 2005.

Диссертационная работа посвящена исследованию показателей и особенностей связи физиологических процессов (ФП) крыс с вариациями гелиогеофизических факторов (ВГФ), тесно связанных с ритмикой электромагнитных полей среды обитания. Сопоставлялись данные измерений физиологических процессов (поведенческих реакций и показателей функциональной активности лейкоцитов) с вариациями гелиогеофизических вариаций в трех различных по времени сериях. С помощью разработанной программы косинор-анализа и методик сопоставления спектров ФП и ВГФ получены результаты, которые указывают на явление синхронизации физиологических процессов гелиогеофизическими вариациями как механизм информационной связи организма с природными электромагнитными полями. В спектрах физиологических процессов интактных крыс и гелиогеофизических вариаций в разных фазах многолетних циклов солнечной и геомагнитной активности сохраняются следующие устойчивые периодические составляющие: 6,8-7,2; 8,4-8,8; 9,6-10,0; 13,0-14,6; 20,4-21,6; 22,6-23,8; 25,0-26,2 суток. Установлено, что гелиогеофизическая ритмика запечатлевается организмом на протяжении всего онтогенеза, начиная с самых ранних стадий развития. Крысам с разными типами поведения в тесте “открытого поля” присущи различные стратегии подстройки ритмики организма к ВГФ: “запаздывающая” – у крыс с низкой двигательной активностью, “сбалансированная” – у крыс со средней двигательной активностью и “опережающая” – у крыс с высокой двигательной активностью. Ежесуточное трехчасовое воздействие магнитного поля с частотой 8 Гц и индукцией 5 мкТл нивелирует различия в стратегиях подстройки ФП к ВГФ. У крыс с удаленным эпифизом происходит срыв синхронизации ФП с ВГФ. Этот результат по-новому подтверждает важную роль эпифиза как информационного посредника между средой и организмом. Ежесуточное трехчасовое воздействие магнитного поля с частотой 8 Гц и индукцией 5 мкТл на эпифизэктомированных животных частично восстанавливает синхронизацию физиологических процессов с гелиогеофизическими вариациями. Ограничение подвижности крыс приводит к гиперсинхронизации ритмики физиологических процессов с гелиогеофизическими вариациями, а ежесуточное тридцатиминутное воздействие на гипокинезированных крыс электромагнитного излучения с частотой 42194±20 МГц, плотностью потока мощности 0,1 мВт/см2 переключает организм на синхронизацию с этим сигналом вместо синхронизации с гелиогеофизическими вариациями. Синхронизация ФП с ВГФ реализуется через тот канал их действия на среду обитания (ионосферный или магнитосферный), активность которого преобладает во время измерений. В диссертационном исследовании установлена прямая зависимость между средними значениями активности СДГ и F10.7-индекса солнечной активности (r=+0,99984; p=0,011) и обратная зависимость между средними значениями активности ГФДГ и F10.7-индекса в диапазоне многолетних вариаций солнечной активности (r= – 0,99985; p=0,011). Геомагнитные возмущения вызывают преобладание активности ГФДГ над активностью СДГ, а смена знака ММП – преобладание активности СДГ над активностью ГФДГ. Выявленные закономерности можно использовать для прогноза состояния организма.

Ключевые слова: физиологические процессы, инфрадианная ритмика, вариации гелиогеофизических факторов, синхронизация.

ABSTRACT

Grygoriev P.Ye. The connection of the infradian rhythmic of the physiological processes in animals with the variations of heliogeophysical factors – Manuscript.

Thesis for a candidate degree of biological sciences in specialty 03.00.02 - biophysics. – V.I.Vernadsky Tavrida National University, Simferopol, 2005.

The thesis is dedicated to the problem of connection of physiological processes (PP) to the variations of the heliogeophysical factors (VHF), which are strongly related to the rhythmic of the environmental electromagnetic fields. On the base of the measurements of the behavior reactions and the functional activity of leukocytes with the help of the original program of the cosinor analysis and the methods of the comparison of PP and VHF spectra the numeric results were received. They prove the existence of the synchronization of PP with VHF as a mechanism of informational connection of the organism with the electromagnetic factors. The rhythmic of the electromagnetic environmental fields is imprinted in the organism since the very early stages of the development. The synchronization of PP with VHF is broken because of the influence of artificial electromagnetic fields. The synchronization of PP with VHF is realized through that channel of solar activity influence on