Изменения геомагнитных условий (ГМУ), несомненно, влияют на живые организмы [1].  Каждая клетка биологической системы, встроенная в магнитные поля Солнца и Земли, постоянно подвергается воздействию их флуктуаций, охватывающих широкий диапазон частот [2].

В последние годы выполнены исследования, изучающие связь магнитной активности с биологическими системами различных живых организмов. Они иллюстрируют влияние геомагнитной и Солнечной активности на различные физиологические ритмы, а также возможную синхронизацию между ними, например, воздействие геомагнитных возмущений на функции сердца и вегетативной нервной системы (ВНС) [3]. Подобные эффекты возникают, когда физиологические системы человека подвергаются различным изменениям в геомагнитной динамике. Резонансы силовых линий геомагнитного поля, а также резонансы Шумана, возникающие в пространстве между поверхностью Земли и ионосферой, создают диапазон резонансных частот, которые непосредственно перекрываются с частотами человеческого мозга, ВНС и сердечно-сосудистой системы. Ритмы, вырабатываемые мозгом и сердцем, сильнее подвержены влиянию изменений геомагнитных условий, чем другие физиологические системы, изученные до сих пор [4].

С помощью искусственного моделирования геомагнитной бури показано, что геомагнитная активность может вызывать значительный сердечно-сосудистый ответ [5]. Более того, имеются данные, позволяющие предположить наличие связи между кратковременными геомагнитными возмущениями и числом смертей от сердечно-сосудистых заболеваний и инфаркта миокарда [6].

Наряду с этим, изменения геомагнитного поля (ГМП) могут модифицировать функциональное состояние сердечно-сосудистой системы (ССС), связанное с физиологическим процессом старения [7].

В ближайшем будущем открывается перспектива полетов в дальний космос, но остается открытым вопрос: как при межпланетном перелете редукция ГМП, которое в космосе в 10³–10⁵ раз меньше, чем ГМП Земли, будет влиять на физиологические системы человека? Кроме того, ГМУ станут неотъемлемой частью комплекса факторов, воздействующих на космонавтов в длительных межпланетных миссиях, за пределами магнитного поля Земли, и адаптация организма человека к ним будет затрагивать регуляторные процессы в различных физиологических системах.

Исследования, проведенные на животных, демонстрируют влияния сниженного ГМП на организм млекопитающих. После трехчасового пребывания мышей в ГМУ (коэффициенты ослабления ГМП 80–120, 300 и 1000 раз) были обнаружены нарушения циркуляции лимфы и крови. После шести часов экспозиции в ГМУ наблюдали изменения в структуре кардиомиоцитов. Активировался лизис миофибрилл в саркоплазматическом ретикулуме, саркоплазматического матрикса и матрикса митохондрий. Наблюдали также разрушение крист в митохондриях и увеличение везикул в гладком и шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. В ГМУ нарушался или полностью подавлялся процесс биосинтеза белка в кардиомиоцитах. Все вышеописанное указывает на перестройки ультраструктурного уровня, сходные с апоптозом.

В исследованиях с участием человека влияние ГМП на тонус сосудистой стенки неоднократно подтверждали [8–11]. Его изменения, независимо от других геомагнитных климатических факторов, модулируют изменения артериального давления (АД). Было замечено, что геомагнитные бури, создаваемые солнечными вспышками [9], разбалансирующие адаптивные механизмы и вызывающие тяжелые адаптивные стрессовые реакции, влияют на механизмы регуляции ССС. Это проявляется в снижении вариабельности сердечного ритма (ВСР) и кровотока, повышении агрегационной активности тромбоцитов, коагуляции и вязкости крови даже у здоровых людей [11, 12].

После изменения магнитной или солнечной активности физиологические процессы происходят с задержкой. Это явление называется «фазой задержки» и длится от нескольких часов до 2–3 дней после изменения ГМП [10, 12, 13]. Отмечено, что сердечно-сосудистые заболевания значительно снижают чувствительность субъектов к изменениям ГМП, что может привести к критическим нарушениям здоровья [14].

Показано, что ГМУ влияют на капиллярный кровоток, артериальное давление и частоту сердечных сокращений (ЧСС), повышают активность парасимпатического сегмента регуляции сердечного ритма [15].

У восьми здоровых мужчин, находившихся в состоянии покоя, было проведено изучение гемодинамики методом непрерывного мониторирования показателей ССС (ЧСС, артериальное давление (АД), вегетативный индекс Кердо). Эксперимент проводили в течение восьми часов и в двух сериях наблюдений: в ГМУ (снижение индукции магнитного поля Земли в 1000 раз) и в условиях естественного магнитного поля Земли. Было выявлено снижение ЧСС (в среднем на 4 удара в мин) и АД по сравнению с контрольной группой.  Причем систолическое АД понизилось в среднем на 16 мм рт. ст., а диастолическое АД уменьшилось на 16 мм рт. ст. Вегетативный индекс Кердо, наоборот, при восьмичасовом пребывании в ГМУ возрастал на 20% [16].

По результатам клинического обследования, у лиц, работавших длительное время в условиях сниженного в 3–10 раз ГМП, было обнаружено развитие в ведущих системах организма функциональных изменений: синдрома вегетативно-сосудистой дистонии, нарушения процесса реполяризации миокарда, гипертонической болезни, дистонии мозговых сосудов с наличием регуляторной межполушарной асимметрии, достоверного увеличения биологического возраста на 4,2 года по сравнению с календарным [17].

В связи с этим целью нашего исследования был анализ системных изменений в ССС, которые обусловлены механизмами, лежащими в основе формирования вариабельности сердечного ритма и отражающими регуляторный компонент этой физиологической системы, а также биоэлектрических процессов в сердечной мышце в условиях снижения МП различной кратности.

ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные исследования были проведены в 2023 г. на стендовой базе по моделированию магнитных полей «Арфа» ГНЦ РФ — ИМБП РАН, входящей в состав уникальной научной установки «Медико-технический комплекс для отработки инновационных технологий космической биомедицины в интересах обеспечения орбитальных и межпланетных полетов, а также развития практического здравоохранения» (рис. 1).

Конструкция системы моделирования магнитных полей «Арфа» и ее технические характеристики описаны ранее [18].

Циклограмма исследования представляла собой рандомизированное слепое четырехсерийное исследование. Перед началом каждой серии проводили фоновые исследования. Первая сессия — 8-часовое пребывание испытуемого в установке (утро–день), далее 3-часовой контролируемый перерыв. Вторая сессия — испытуемый находился в установке 8 ч (ночное время — сон), далее снова 3-часовой контролируемый перерыв. Третья сессия — испытуемого помещали в установку на 8 ч (дневное время) и далее выполняли исследования в периоде последействия в течение 3 ч (рис. 2).

В ходе экспериментального воздействия были проведены четыре 37-часовых серии, которые включали в себя фоновые исследования, нахождение в условиях ГМУ и периоды последействия. В ГМУ ГМП снижали в 350, 650 и 1000 раз, а также была серия плацебо. Экспериментальное воздействие и плацебо были рандомизированы. Для адаптации испытуемого к неизвестным ему условиям пребывания в установке «Арфа», гипокинезии, а также методикам экспериментальной программы с каждым из них предварительно проводили 4-часовую тренировочную серию. Доброволец находился в установке «Арфа» в положении сидя с ограничением движений (не наклоняясь, не двигая руками в различных осях, не вставая).

В эксперименте с ГМУ участвовало 6 мужчиндобровольцев в возрасте от 26 до 37 лет, рост — 178 ± 7 см, вес — 76,5 ± 15,5 кг, индекс массы тела — 24,77 ± 2,99), у которых непрерывно в течение 32 ч регистрировали электрокардиограмму (ЭКГ). Критерии включения: все добровольцы прошли медицинское обследование и были допущены к участию в экспериментальных исследованиях врачебно-экспертной комиссией ГНЦ РФ — ИМБП РАН. Помимо прохождения врачебно-экспертной комиссии, за двое суток до начала АНОГ проводили медицинский осмотр, на основании которого испытуемые были допущены ответственным врачом к участию в экспериментальных исследованиях. Использовали регистратор ЭКГ «Космокард» (ГНЦ РФ — ИМБП РАН; Россия), разработанный для проведения исследований на Международной космической станции. ЭКГ регистрировали с размещенных на груди четырех электродов. Анализировали запись II отведения. Предварительно полученный ЭКГ-сигнал редактировали с использованием визуальных проверок и ручной коррекции отдельных интервалов RR. После этого он был обработан с использованием программного обеспечения «Иским-6» (ООО «Институт внедрения новых медицинских технологий «Рамена»; Россия).

Для анализа регуляторных процессов в ССС определяли и рассчитывали показатели ВСР, связанные с парасимпатическими или симпатическими модулирующими влияниями ВНС на синоатриальный (СА) узел. Оценку состояния механизмов регуляции кровообращения осуществляли на основе рекомендаций, разработанных Европейским кардиологическим и СевероАмериканским электрофизиологическими обществами [19]. Для оценки биоэлектрических процессов в миокарде использовали дисперсионное картирование ЭКГ (ДК ЭКГ), основанное на анализе микроколебаний, характеризующих электрофизиологические процессы в миокарде [20].

Статистический анализ массива полученных данных проводили с помощью пакета статистических программ STATISTICA 13.0 (IBM; США) с использованием методов кластерного и дисперсионного анализа [21].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для классификации в соответствии с преобладающим типом вегетативной регуляции активности СА узла был применен метод Варда (рис. 3). Проводили интегральный анализ всех зарегистрированных в эксперименте параметров ВСР. В результате были выделены две группы:

1. группа 1 — добровольцы, принимавшие участие в эксперименте с преобладанием парасимпатических модулирующих влияний (n = 4, добровольцы 1, 2, 4 и 5);
2. группа 2 — добровольцы, принимавшие участие в эксперименте с преобладанием симпатических модулирующих влияний (n = 2, добровольцы 3, 6).

С помощью кластерного и дискриминантного анализа были определены классификационные функции, в которые вошли наиболее информативные в условиях эксперимента показатели, отражающие баланс вегетативных влияний, в первую очередь, парасимпатическая активность и степень ее преобладания над симпатическим модулирующими вегетативными влияниями: ЧСС (физиологически отражает системный гомеостаз кровообращения), RMSSD (мс, квадратный корень из суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов, показатель парасимпатических влияний на ритм сердца), pNN50 (%, число пар кардиоинтервалов с разницей более 50 мс в процентах к общему числу кардиоинтервалов, отражает относительную степень преобладания парасимпатических модулирующих вегетативных влияний в ССС над симпатическими), SDNN (мс, стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов, показатель суммарного эффекта вегетативной регуляции кровообращения), HF (мс², мощность спектра высокочастотного компонента ВСР от суммарной мощности колебаний, характеризует парасимпатическую активность и степень ее преобладания над симпатической).

Динамика изменения этих показателей на разных этапах эксперимента представлена на рис. 4.

У добровольцев с парасимпатическими модулирующими влияниями параметры RMSSD и HF достоверно снижались по сравнению с серией плацебо во время всех сессий в условиях сниженного МП до 1000 раз, аналогичное снижение было отмечено в условиях до 650 и 350 раз (рис. 4).

У добровольцев с симпатическими модулирующими влияниями значения этих показателей повышались после 24-часового пребывания (сессия 3) в условиях сниженного до 650 раз МП. Однако стоит отметить, что в первые восемь часов пребывания в установке при 1000-кратной редукции МП в этой группе было обнаружено достоверное снижение данного показателя по сравнению с плацебо.

Показатели pNN50 и SDNN уменьшились у добровольцев с парасимпатическими влияниями на ритм сердца во 2-й и 3-й сессиях в условиях сниженного поля до 1000 и 650 по сравнению с плацебо, а у пациентов с симпатическими влияниями достоверное снижение значений этих показателей было обнаружено на протяжении всего пребывания в ГМУ, сниженных в 1000, 650 и 350 раз.

Динамика ЧСС (показателя, отражающего стабильность функционирования ССС на системном уровне) в группе добровольцев с парасимпатической модуляцией СА узла увеличивалась на протяжении всего экспериментального воздействия, не выходя за пределы нормальных физиологических значений. В группе с симпатической модуляцией было обнаружено достоверное увеличение данного показателя в условиях 1000-кратно и 350-кратно сниженного геомагнитного поля при 8-часовом (сессия 1) и 24-часовом (сессия 3) пребывании соответственно (рис. 5).

При анализе ДК ЭКГ было выявлено, что показатель, отражающий деполяризацию правого желудочка (G3), достоверно увеличивался на протяжении всей серии 650-кратно сниженного МП у добровольцев с парасимпатическими влияниями (рис. 6). В группе пациентов с симпатическими модуляциями на ритм сердца наблюдали его увеличение в условиях 1000-кратной и 350-кратной редукции МП.

Показатель G7 (симметрия деполяризации желудочков) у добровольцев с парасимпатическими влияниями достоверно увеличивался в сериях 1000-кратно и 650-кратно сниженного поля, у лиц с симпатическими модуляциями на ритм сердца также наблюдали его увеличение в серию 1000-кратно сниженного МП, однако его значения увеличивались и при 350-кратном снижении МП.

Что касается появления аритмий в ходе эксперимента, то их количество увеличивалось, о чем свидетельствуют значения Narr (%) — количественного показателя, характеризующего общее число аритмий. Его значения повышались в сериях сниженного до 1000 и 350 раз МП у добровольцев с парасимпатическими регуляторными влияниями. В группе пациентов с симпатическими регуляторными влияниями значения Narr увеличивались только к экспериментальной сессии, в которой МП снижалось в 1000 раз (рис. 7).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ВСР характеризует изменение временных интервалов между последовательными сокращениями сердца и служит важным показателем, отражающим динамику активности ВНС и ее влияния на систему кровообращения [22]. Паттерны, наблюдаемые в ВСР, показывают функциональное состояние созависимых регуляторных систем, которые работают в разных временных масштабах, чтобы адаптироваться к экологическим и психологическим проблемам. Более низкие степени вариации, скорректированной по возрасту ВСР, указывают на хронический стресс, патологию или недостаточное функционирование регуляторных систем в нервной системе и связаны со смертностью от всех причин, в то время как более высокая степень вариации указывает на устойчивость и способность к саморегуляции и адаптации к изменяющимся требованиям [23].

Поскольку у добровольцев с преобладанием парасимпатических влияний поддержание адаптационных процессов происходит за счет нервного контура регуляции, функционального резерва хватает для критических значений (воздействия сниженного МП до 1000 раз). У добровольцев с преобладанием симпатических моделирующих влияний поддержание приспособительных реакций осуществляется метаболическим регуляторным контуром. В этой группе реакция на воздействие сниженного МП достаточно выражена при пороге его снижения от 350 раз.

Достоверно изменяющиеся параметры ДК ЭКГ G3 и G7 входят в суммарный показатель G3+G4+G7, где G4 — показатель, отражающий деполяризацию левого желудочка, что может говорить о наличии ишемических нарушений: вероятности нарушения кровотока и перфузии миокарда [20].

Показатель, характеризующий количество аритмий, увеличивался у группы с преобладанием парасимпатической регуляции в ночную сессию при сниженном в 1000 раз МП, однако он был в пределах нормы (1–2%). Но при просмотре индивидуальных записей было обнаружено наличие желудочковых экстрасистол (ЖЭ) у одного добровольца, в условиях плацебо их не отмечали.

ЖЭ — наиболее распространенная форма желудочковой аритмии [24]. Было отмечено, что у пациентов без структурных заболеваний сердца ЖЭ может представлять собой так называемую «аритмическую» форму начала развития гипертонической болезни, различных клинических вариантов начала ишемической болезни сердца, миокардита, различных форм кардиомиопатии, инсульта и другой цереброваскулярной патологии, а также быть независимым предиктором формирования жизнеугрожающих желудочковых аритмий, фибрилляции предсердий и внезапной смерти [25].

Известно, что регистрация ЖЭ возрастает при органических заболеваниях сердца, сопровождающихся гипоксемией, поражением миокарда и повышением симпатоадреалового звена ВНС. Было отмечено, что в норме число ЖЭ утром выше, чем в ночное время суток. Было показано, что наличие ЖЭ в ночной период времени может быть связано с преимущественно ночным типом циркадианного распределения у больных синдромом сонного апноэ [26].

Колебания силы ГМП, приводящие к снижению ВСР и увеличению ЧСС, могут провоцировать сердечные аритмии [27]. Эта тенденция наиболее выражена в группе гипертоников [28]. Недавно было установлено, что повышенная активность ГМП в низкочастотных диапазонах связана с учащением случаев острой фибрилляции и трепетания предсердий [29]. По-видимому, более высокая интенсивность ГМП в низкочастотных диапазонах связана с возникновением аритмии, а в высокочастотном диапазоне — с ишемическими кардиальными событиями [30].

ВЫВОДЫ

Таким образом, в ходе эксперимента со снижением МП нами были получены уникальные данные о механизмах вегетативной регуляции кровообращения и биоэлектрических процессах в миокарде. Однако важное ограничение исследования — это относительно небольшое число его участников. Тем не менее один из пилотных экспериментов с влиянием ГМУ на физиологические процессы в организме человека на системном уровне, проведенный нами, имеет определяющее значение для разработки концепции последующих экспериментальных воздействий, связанных с редукцией МП для интересов космической физиологии и медицины. Сложность разработки такой концепции во многом определяется биоэтическими проблемами, связанными с исследованием малоизученных факторов (каким являются ГМУ) на организм человека.