Влияние гелиофизических и метеорологических факторов на экстракорпоральное оплодотворение

          Продолжительность светового дня  имеет не маловажное значение  в функционировании биологических  систем. Свет- это важнейший фактор среды обитания, выполняющий сигнальную функцию в управлении ритмами человека. Он - сильнейший регулятор физиологических функций, в том числе и размножения. У млекопитающих продолжительность светового дня влияет на сроки брачного сезона, плодовитость и сроки беременности. Дополнительное световое воздействие снижает смертность эмбрионов на стадии имплантации – т.е. в период прикрепления яйцеклетки к стенкам матки [15]. Свет способен внести и глубокие изменения в генетическую программу организма. Уже были проведены исследования  воздействия падающего потока света на открытые участки тела (на точки акупунктуры, о которых мы еще упомянем ниже) и механизма проникновения видимого света в организм человека [15].

Облачность оказывает  влияние на интенсивность солнечной  радиации, попадающей на земную поверхность. Аномальные по длительности синоптические  ситуации с низкой облачностью нарушают биологические ритмы организма  [12].

Глобальные и регионарные  условия радиационного режима во многом определяют циркуляционные процессы в атмосфере.

Биометеорологи для характеристики отдельных элементов климата, циркуляции атмосферы широко применяют методы комплексной метеорологии и климатологии, рассматривающие климат через режим погоды. Это объясняется тем, что средние величины отдельных элементов климата не дают реального представления о вариациях погоды, воздействиям которых постоянно подвергается человек.

Исследования показали [7], что сочетание внутрисуточных перепадов значений метеофакторов оказывает большее влияние на здоровье человека, нежели сочетание их абсолютных значений. Влияние отдельно взятых погодных факторов весьма незначительно. Это говорит о том, что организм человека и биосистемы в большей мере реагируют не на абсолютные величины, а на степень изменения метеофакторов, создающую дополнительную нагрузку к деятельности физиологических систем [13,18].

2. Методы оценки влияния метеорологического режима атмосферы на организм человека

 

Для оценки взаимосвязи погодных условий  и состояния биосистем существует множество различных показателей, например, эффективная, эквививалентно-эффективная и радиационно-эквивалентно-эффективная температура, а также показатель ЕТ.

Показатель  ЕТ (по А.Миссенарду), учитывающий влияние температуры, влажности воздуха и скорости ветра при оценке тепловой чувствительности человека:

 

,                         (1.1)

 

где     t - температура воздуха, ⁰С,

           ν -скорость ветра, м/с,

           f - относительная влажность, %.

Кроме выше перечисленных, биометеорологи используют еще десятки различных параметров, учитывающих воздействие различных метеорологических и актинометрических характеристик на организм человека [12,13].

Среди комплексных метеорологических  индексов широко известны индекс патогенности погоды (формула 1.2), индекс изменчивости погоды «момента» (формула 1.3), индекс суровости климата и др. [11].

А) Оценка степени раздражающего действия погодных факторов на человека показывает индекс патогенности метеорологической ситуации J (по В.Г.Бокша):

,                     (1.2)

где i( t ) =0.02 (18-t)² при t < 18 ⁰  C,

      i(t) = 0.2( t - 18)² при t > 18⁰ C,

n - облачность по гелиографу, ,

где S_м, S_ср - максимально возможная и фактическая продолжительность солнечного сияния,

t, f, v - соответственно среднесуточные значения этих метеоэлементов,

  межсуточная изменчивость атмосферного давления и температуры воздуха.

Индекс  патогенности J используется для определения степени раздражающего действия погодных факторов. Оптимальные значения метеорологических величин,  при которых возникает минимум метеопатических реакций: t = 18⁰ C, f = 50%,  v, n = 0, = 0.

     Б)  К – индекс изменчивости по В.И.Русанову, позволяющий произвести оценку изменчивости погоды за период (месяц, сезон), рассчитывается по формуле:            

 

                                              

,    %,                                                                 (1.3),

где Мк – число контрастных смен периодов с однотипной погодой,

N – число дней в рассматриваемом периоде.

 Ежедневная смена контрастной  погоды принята за 100 % изменчивость. При К = 0-20 % погода считается устойчивой, К= 21-35 – устойчивой, К=36-50 – изменчивой, К=50 % - сильно изменчивой.

      В) Для характеристики изменчивости погоды в некоторых районах, где атмосферные фронты вызывают резкие изменения погоды С. М. Чубинским [17] был рассчитан коэффициент изменчивости погоды определяемый как отношение числа дней с фронтами к общему числу дней в изучаемом периоде. В основу показателей положена сумма всех наблюдаемых за исследование фронтов, но, как известно, разные фронты на организм действуют по-разному, и активность их в зависимости от сезона года различия.

 

   2.3. Космическая погода и биосистемы

 

2.3.1.  Понятие  космической погоды

Под «космической погодой» понимают состояние околоземного космического пространства и Солнца в интересующей нас области (на Солнце, в солнечном ветре, магнитосфере, ионосфере или верхней атмосфере Земли) в данное время или за определенный временной интервал [18]. В 1995 г. рядом правительственных ведомств США была разработана программа, названная Национальной Программой «Космическая Погода» (National Space Weather Program, NSWP). Цели и задачи этой программы сформулированы в документе «Стратегический план Национальной Программы «Космическая Погода». В этом документе впервые дано определение понятия «космической погоды» как изменения условий на Солнце, в солнечном ветре, магнитосфере и ионосфере, которые могут повлиять на работу и надежность бортовых и наземных технологических систем и угрожать здоровью и жизни людей на поверхности Земли. В 1999 г. усилиями Европейского космического агентства была создана Европейская программа космической погоды. Существует национальная программа Японии, разрабатываются национальные программы России и Китая [20].

Нельзя утверждать, что жизнь  и деятельность человека являются автономными  процессами. Они, как и все другие процессы, протекающие  на поверхности  Земли, планеты, расположенной внутри короны Солнца, подвержены воздействию  излучения этой звезды, а также  воздействию собственно планетарных, земных «оболочек» – геомагнитного поля, ионосферы, атмосферы [19].

Таким образом, определяя понятие  окружающей человека среды, следует  выделить, по крайней мере, несколько  областей этой среды, именно: область, состояние которой определяется проявлениями активности Солнца, межпланетную область, область геомагнитного  поля, область ионосферы, область  атмосферы. Каждая из этих областей характеризуется  своими параметрами. Вариации этих параметров также не являются строго автономными. Вариации активности Солнца служат причиной вариаций других параметров межпланетной среды, а те в свою очередь, на параметры  атмосферы. Строго говоря, последовательность влияния одной области внешней  для человека среды на другую область  (вариации солнечной активности, межпланетного магнитного поля, геомагнитного поля, состояния нижних слоев атмосферы) не так очевидна  и недостаточно изучена [15, 21].

Исследования  показывают (в том числе и нашей лаборатории «Погода и человек»), что состояние биосистемы  изменяется под влиянием вариаций внешней среды [29,30,33]. Можно утверждать, что заметные возмущения окружающей биосистему среды отрицательно сказываются как на общем ее состоянии в целом, так и на функционировании отдельных элементов системы. Так, например, реакция организма человека на состояние внешней среды определяется реакцией конкретных систем организма, а именно на работе сердечно-сосудистой системы, центральной нервной системы и т.д. [22,23].

 

2.3.2. Параметры  солнечной активности

 

Для характеристики космической погоды используются различные гелиогеофизические индексы (некоторые упрощенные оценки тех или иных процессов при рассмотрении больших интервалов времени и для сравнения разнородных наблюдений).

Существенное  значение с точки зрения солнечно-земных связей придается процессам 11-летнего, 33-летнего и векового цикла [14]. Солнечным циклом (или циклом солнечной активности) называют периодические изменения интенсивности или числа различных проявлений солнечной активности. Период таких циклических вариаций составляет примерно 11 лет. Это средняя величина, хотя продолжительность отдельных циклов солнечной активности колеблется от 7,5 до 16 лет. При этом циклы могут различаться числом солнечных пятен более чем двое [25, 14].

Для отслеживания периодических медленных (не меньше нескольких дней) изменений солнечной  активности (СА) введены индексы  солнечной активности [27].Среди индексов солнечной активности наиболее употребительны числа Вольфа (используется для оценки солнечных пятен), радиопоток на волне 10,7 см (2800 МГц). В данной работе использован радиопоток на волне 10,7 см в силу его большей пригодности к исследовательской работе. Этот поток, во-первых, принимается постоянно, во-вторых, претерпевает меньшее количество флуктуаций, чем числа Вольфа.

Для отслеживания вспышечной компоненты солнечной активности, как правило, регистрируют количество вспышек в разных диапазонах излучения.

А именно:

1. оптический диапазон;

 Вспышка  в оптическом диапазоне, ее  называют «оптической» вспышкой (или тепловой) представляет собой  результат низкотемпературной солнечной  вспышки. Продолжительность такой  вспышки может составлять от  нескольких минут до нескольких  часов.

2. рентгеновский диапазон (вспышки этого диапазона образуются в результате высокотемпературной вспышки на Солнце), который делится на два поддиапазона – мягкое (излучения в полосе 0,1-0,8 нм) и жесткое рентгеновское излучение (λ ~ 0,01 нм). В каждом из них регистрируются вспышки. Жесткое рентгеновское излучение вспышки наблюдается в виде кратковременных импульсных всплесков нетеплового тормозного излучения (жесткая рентгеновская вспышка), вызываемых потоками энергичных электронов в фазе, предшествующей максимуму вспышки в мягком рентгеновском излучении. Продолжительность всплеска составляет от нескольких десятков секунд до нескольких минут. Источник импульсных всплесков жесткого рентгеновского излучения значительно меньше по размерам, чем мягкая рентгеновская вспышка.

Вспышки же в мягком рентгеновском диапазоне  более длительны (несколько часов). Исходя из порядка величины максимальной интенсивности вспышек в диапазоне мягкого рентгена принята их следующая классификация:

Индекс С соответствует слабой вспышке с потоком энергии (1 – 9) ∙10 ^-6 Вт/м² с, индекс М — потоку (1 – 9)∙ 10 ^-5 Вт/м²с, самым мощным эффектам соответствует индекс X >10 ^-4 Вт/м²с.

Вспышки в двух диапазонах (оптика  и мягкий рентген), как правило, наблюдаются одновременно. Это позволяет взять для исследования один из диапазонов. В данной работе рассмотрен мягкий рентгеновский диапазон, так как в отличие от вспышек оптического диапазона, вспышки этого диапазона классифицируются более точно, следовательно, более пригодны для исследования.

3. радиоизлучение (километровые радиоволны λ~1000 км).

К диапазону  очень длинных волн относят нетепловые импульсные кратковременные всплески излучения, генерированные энергичными  частицами (нетепловое тормозное излучение, синхронное излучение и т.д.) или  ударными волнами [27].

4. шумовые бури.

Наблюдается два типа шумовых бурь: бури I типа и бури в декаметровом диапазоне.

- Буря  I типа – одно из наиболее распространенных явлений в солнечном радиоизлучении. Активность бури  I типа обычно сосредоточена в полосе частот ~100 МГц метрового диапазона (300 – 50 МГц). Она представляет собой короткие всплески с небольшой шириной полосы (всплески I типа), которые обычно накладываются на фон медленно изменяющегося излучения. Длительность шумовых бурь обычно составляет от нескольких часов до нескольких дней [27].

- Бури  в декаметровом диапазоне обычно наблюдаются на частотах ниже примерно 40 МГц. Всплески в основном представляют собой декаметровые шумовые всплески III типа и III b. Характеристики бури меняются в зависимости от ее положения на диске.

Существует  довольно сильная корреляция между  появлением бурь I типа и бурь в декаметровом диапазоне. Вероятно, декаметровые всплески III типа иногда возникают из цепочки всплесков I типа [27].

5. шумовые  всплески.

- Всплески  I типа (шумовые всплески) – это коротко живущие узкополосные всплески, которые обычно наблюдаются в больших количествах во время шумовой бури на метровых длинах волн.

На частоте 700 МГц всплески продолжаются 0,3 – 0,7 с и имеют ширину полосы 3 – 5 МГц. Во время шумовых бурь часто наблюдаются цепочки всплесков I типа. Они содержат разное количество (от единиц до сотен) шумовых всплесков, образующих относительно узкополосные (5 – 15 МГц) дорожки. Часто наблюдается медленный дрейф этих дорожек, главным образом к более низким частотам.