The Effect of Synchronizing the Human Heart Rhythm with Geomagnetic Field Variations: Are There Distinguished Frequencies?

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Ongoing research continues to explore the phenomenology of the effect of synchronization between oscillations of a human resting heart rate and variations of the geomagnetic field in the period range 3–40 minutes. A total of 508 experiments have been conducted for the period 2012–2023 (each experiment lasted 100–120 minutes) to monitor the minute indicators of heart rate for three healthy women (55, 45, and 30 years old). 328, 113, and 67 measurements were made, respectively. The results indicate that, for each of these three volunteers, approximately 60% of the experiments yielded a wavelet spectrum of heart rate values that closely resembled the spectrum of synchronous variations of at least one of the horizontal components of the geomagnetic field (X or Y). Additionally, within the investigated frequency range of 3–40 minutes, three subbands were identified and in these sub-bands, the degree of synchrony of oscillations was maximal: 3.5 minutes, 10–12 minutes and 33–36 minutes. It can be concluded that the effect of biogeosynchronization is not uniformly implemented over the entire range from 3 to 40 minutes, but it is mainly evident in these sub-bands.

About the authors

T. A Zenchenko

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences; Institute of Space Research, Russian Academy of Sciences

Email: zench@mail.ru
Pushchino, Russia; Moscow, Russia

N. I Khorseva

N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

A. A Stankevich

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia

References

  1. Gray L. J., Beer J., Geller M., Haigh J. D., Lockwood M., Matthes K., Cubasch U., Fleitmann D., Harrison G., Hood L., Luterbacher J., Meehl G. A., Shindell D., van Geel B., and White W. Solar influences on climate. Rev. Geophys., 48 (4), (2010). doi: 10.1029/2009rg000282
  2. Price C. ELF electromagnetic waves from lightning: The Schumann resonances. Atmosphere, 116 (7), (2016). doi: 10.3390/atmos7090116
  3. Anagnostopoulos G., Spyroglou I., Rigas A., PrekaPapadema P., Mavromichalaki H., and Kiosses I. The sun as a significant agent provoking earthquakes. Eur. Phys. J. Spйc. Top., 230, 287–333 (2021). doi: 10.1140/epjst/e2020-000266-2
  4. Turner L. R., Barnett A. G., Connell D., and Tong S. Ambient temperature and cardiorespiratory morbidity: a systematic review and meta-analysis. Epidemiology, 23 (4), 594–606 (2012). www.jstor.org/stable/23214303
  5. Kenney W. L., Craighead D. H., and Alexander L. M. Heat waves, aging, and human cardiovascular health. Med. Sci. Sports Exerc., 46 (10), 1891–1899 (2014). doi: 10.1249/MSS.0000000000000325
  6. Patrakeeva V. P. and Basova E. E. Effects of low temperatures on the formation of adaptive reactions: a review. Int. J. Biomed., 8 (2), 95–101 (2018). doi: 10.21103/Article8(2)_RA1
  7. Palmer S. J., Rycroft M. J., and Cermack M. Solar and geomagnetic activity, extremely low frequency magnetic and electric fields and human health at the Earth’s surface. Surv. Geophys., 27, 557–595 (2006). doi: 10.1007/s1071 2-006-9010-7
  8. Бреус Т. К., Бинги В. Н. и Петрукович А. А. Магнитный фактор солнечно-земных связей и его влияние на человека: физические проблемы и перспективы. Успехи физ. наук, 186 (5), 568–576 (2016).
  9. Cornelissen G., Tarquini R., Perfetto F., Otsuka K., Gigolashvili M., and Halberg F. Investigation of solar about 5-month cycle in human circulating melatonin: Signature of weather in extraterrestrial space? Sun Geosph., 4, 55–59 (2009).
  10. Cornelissen G., Halberg F., Sothern R. B., Hillman D. C., and Siegelova J. Blood pressure, heart rate and melatonin cycles synchronization with the season, earth magnetism and solar flares. Scr. Med., 83, 16–32 (2010).
  11. Zenchenko T. A. and Breus T. K. The possible effect of space weather factors on various physiological systems of the human organism. Atmosphere, 12, 346 (2021). doi: 10.3390/atmos12030346
  12. Андронова Т. И., Деряпа Н. Р. и Соломатин А. П. Гелиометеотропные реакции здорового и больного человека (Медицина, Л., 1982).
  13. Колесник А. Г., Побаченко С. В. и Соловьев А. В. Оценка сопряженности показателей ЭЭГ мозга с параметрами фоновых инфразвуковых колебаний давления по данным мониторинговых исследований. Геофизические процессы и биосфера, 12 (1), 70–80 (2013).
  14. Горго Ю. П. и Дидык Л. А. Особенности влияния сверхнизкочастотных колебаний атмосферного давления на сердечную деятельность и умственные нагрузки человека. В сб. Тез. междисциплинар. семинара «Биологические эффекты солнечной активности» (Пущино, 2004), сс. 28–29.
  15. Cherry N. Schumann resonances, a plausible biophysical mechanism for the human health effects of Solar. Natural Hazards, 26, 279–331 (2002). doi: 10.1023/A:1015637127504
  16. Cifra M., Apollonio F., Liberti M., Garcia-Sanchez T., and Mir L. M. Possible molecular and cellular mechanisms at the basis of atmospheric electromagnetic field bioeffects. Int. J. Biometeorol., 65, 59–67 (2020). doi: 10.1007/s00484-020-01885-1
  17. Колесник А. Г., Бородин А. С., Колесник С. А. и Побаченко С. В. Резонансный механизм солнечно-земных связей. Изв. высших учебных заведений. Физика, 46 (8), 23–30 (2003).
  18. Птицына Н. Г., Виллорези Дж., Дорман И., Юччи Н. и Тясто М. И. Естественные и техногенные низкочастотные магнитные поля как факторы потенциально опасные для здоровья (обзор). Успехи физ. наук, 168 (7), 768–791 (1998).
  19. Anagnostopoulos G., Basta M., Vgontzas A., Rigas A., Vassiliadis V., Baloyannis S., and Koutsomitros T. Differential effects of earthquakes on patients with bipolar disorder versus schizophrenia: Findings from Crete, Greece, 2008–2010. Psychiatriki, 30, 193–203 (2019) doi: 10.22365/jpsych.2019.303.193
  20. Белишева Н. К., Жиров В. К. и Вашенюк Э.В. Реакции растения maranta leuconeura «fascinator» на солнечные протонные события, связанные с наземным увеличением нейтронного счета. В сб. Тез. междисциплинар. семинара «Биологические эффекты солнечной активности» (Пущино, 2004), с. 45.
  21. Papailiou M.-C., Ioannidou S., Tezari A., and Mavromichalaki H. Geomagnetic and cosmic ray activity effect on heart rate during the solar cycle 24. Atmosphere, 15 (2), 158 (2024) doi: 10.3390/atmos15020158
  22. Dorman L. I., Iucci N., Ptitsyna N. G., and Villoresi G. Cosmic rays as indicator of space weather influence on frequency of infract myocardial, brain strokes, car and train accidents. In Proc. 27th Int. Cosmic Ray Conf. (Hamburg, Germany, 2001), p. 3511.
  23. Papailiou M., Mavromichalaki H., Kudela K., Setetiarova J., Dimitrova S., and Giannaropoulou E. The effect of cosmic ray intensity variations and geomagnetic disturbances on the physiological state of aviators. Astrophys. Space Sci. Trans., 7, 373–377 (2011). doi: 10.5194/astra-7-373-2011
  24. Vencloviene J., Tamosiunas A., Radisauskas R., Luksiene D., Vaiciulis V., Bernotiene G., and Bobak M. The influence of the North Atlantic Oscillation index on arterial blood pressure. J. Hypertens., 37, 513–521 (2019). doi: 10.1097/hjh.0000000000001929
  25. Владимирский Б. М., Волынский А. М., Виноградов С. А., Бродовская З. И., Темурьянц Н. А., Ачкасова Ю. Н., Розенберг В. Д. и Челкова Ж. Д. Экспериментальное исследование влияния электромагнитных полей сверхнизкой частоты на теплокровных животных и микроорганизмы. В кн. Влияние солнечной активности на атмосферу и биосферу Земли (Наука, М., 1971), сс. 224–233.
  26. Темурьянц Н. А., Макеев В. Б. и Малигина В. Ш. Влияние слабых магнитных полей ультранизких частот на инфрадианную ритмику симпатоадреналовой системы крыс. Биофизика, 37 (4), 551–553 (1992).
  27. Pishchalnikov R. Y., Gurfinkel Y. I., Sarimov R. M., Vasin A. L., Sasonko M. L., Matveeva T. A., Binhi V. N., and Baranov M. V. Cardiovascular response as a marker of environmental stress caused by variations in geomagnetic field and local weather. Biomed. Signal. Process. Control, 51, 401–410 (2019). doi: 10.1016/j.bspc.2019.03.005
  28. Крылов В. В., Осипова Е. А., Панкова Н. А., Таликина М. Г., Чеботарева Ю. В., Изюмов Ю. Г., Батракова А. А. и Непомнящих В. А. Влияние временного смещения суточной геомагнитной вариации на эмбрионы плотвы rutilus rutilus l. Сравнение с эффектами имитации геомагнитных бурь. Биофизика, 62 (4), 825–832 (2017).
  29. Белова Н. А. и Леднев В. В. Активация и ингибирование гравитропической реакции растений с помощью слабых комбинированных магнитных полей. Биофизика, 45 (6), 1102–1107 (2000).
  30. Агаджанян Н. А. и Власова И. Г. Влияние инфранизкочастотного магнитного поля на ритмику нервных клеток и их устойчивость к гипоксии. Биофизика, 37 (4), 681–689 (1992).
  31. Темурьянц Н. А. Влияние слабых электромагнитных полей сверхнизкой частоты на морфологию и некоторые показатели метаболизма лейкоцитов периферической крови. Дис. … канд. мед. наук (Симферополь, 1972).
  32. Elhalel G., Price C., Fixler D. and Shainberg A. Cardioprotection from stress conditions by weak magnetic fields in the Schumann resonance band. Sci. Rep., 9, 1645 (2019). doi: 10.1038/s41598-018-36341-z
  33. Цимбалюк О. В. и Мартынюк В. С. Влияние магнитного поля крайне низкой частоты на вызванную К+-деполяризацией и ацетилхолином сократительную активность интестинальных гладких мышц. Физика живого, 19 (1), 20–24 (2011).
  34. Cornelissen G., Halberg F., Gheonjian L., Paatashvili T., Faraone P., Watanabe Y., Otsuka K., Sothern R. B., Breus T., Baevsky R., et al. Schwabe’s ~10.5- and Hale’s ~21-year cycles in human pathology and physiology. In Long- and Short-Term Variability in Sun’s History and Global Change, Ed. by W. Schroder (Bremen, Germany, 2000), pp. 79–88.
  35. Halberg F., Cornelissen G., Otsuka K., Watanabe Y., Katinas G. S., Burioka N., Delyukov A., Gorgo Y., Zhao Z., Weydahl A., Sothern R. B., Siegelova J., Fiser B., Dusek J., Syutkina E. V., Perfetto F., Tarquini R., Singh Rh. B., Rhees B., Lofstrom D., Lofstrom P., Johnson P. W., and Schwartzkopff O. Cross-spectrally coherent ~10.5- and 21-year biological and physical cycles, magnetic storms and myocardial infarctions. Neuroendocrinol. Lett., 21 (3), 233–258 (2000).
  36. Бреус Т. К. и Рапопорт С. И. Магнитные бури – медико-биологические и геофизические аспекты (Советский спорт, М., 2003).
  37. Poskotinova L., Krivonogova E., Demin D., and Zenchenko T. Differences in the sensitivity of the baroreflex of heart rate regulation to local geomagnetic field variations in normotensive and hypertensive humans. Life, 12, 1102 (2022). doi: 10.3390/life12071102
  38. Побаченко С. В., Колесник А. Г., Бородин А. С. и Калюжин В. В. Сопряженность параметров энцефалограммы мозга человека и электромагнитных полей шумановского резонатора по данным мониторинговых исследований. Биофизика, 51 (3), 534–538 (2006).
  39. Timofejeva I., McCraty R., Atkinson M., Joffe R., Vainoras A., Alabdulgader A., and Ragulskis M. Identification of a group’s physiological synchronization with Earth’s magnetic field. Int. J. Environ. Res. Public Health, 14 (9), 998 (2017). doi: 10.3390/ijerph14090998
  40. Alabdulgader A., McCraty R., Atkinson M., Dobyns Y., Stolc V., and Ragulskis M. Long-term study of heart rate variability responses to changes in the solar and geomagnetic environment. Sci. Rep., 8 (1), 2663 (2018). doi: 10.1038/s41598-018-20932-x
  41. Максимов А. Л., Волков А. И., Савинцева А. А., Шабанов Г. А., Лебедев Ю. А. и Рыбченко А. А. О резонансном взаимодействии шумановских биосферных частот и ритмов головного мозга человека. В сб. Тезисы VI Международного Конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения» (Санкт-Петербург, 2012), с. 168. www.biophys.ru/archive/congress2012/proc-p168.pdf
  42. Бреус Т. К., Гурфинкель Ю. И., Зенченко Т. А. и Ожередов В.А. Сравнительный анализ чувствительности различных показателей сосудистого тонуса к метеорологическим и геомагнитным факторам. Геофизические процессы и биосфера, 9 (2), 23–36 (2010). doi: 10.1134/S0001433810080050
  43. Крылов В. В., Осипова Е. А., Панкова Н. А., Таликина М. Г., Чеботарева Ю. В., Изюмов Ю. Г., Батракова А. А. и Непомнящих В. А. Влияние временного смещения суточной геомагнитной вариации на эмбрионы плотвы rutilus rutilus l. Сравнение с эффектами имитации геомагнитных бурь. Биофизика, 62 (4), 825–832 (2017).
  44. Зенченко Т. А. и Бреус Т. К. Возможные причины нестабильности воспроизведения гелиобиологических результатов. Физика биологии и медицины, 1, 4–25 (2023). doi: 10.7256/2730-0560.2023.1.39903
  45. Зенченко Т. А., Медведева А. А., Хорсева Н. И. и Бреус Т. К. Синхронизация показателей сердечного ритма человека и вариаций геомагнитного поля в диапазоне частот 0.5–3 мГц. Геофизические процессы и биосфера, 12 (4), 73–84 (2013).
  46. Зенченко Т. А., Йорданова М., Поскотинова Л. В., Медведева А. А., Аленикова А. Э. и Хорсева Н. И. Синхронизации сердечного ритма человека с геомагнитными пульсациями РС5 на разных широтах. Биофизика, 59 (6), 1186–1194 (2014).
  47. Zenchenko T. A., Khorseva N. I., and Breus T. K. Long-Term Study of the Synchronization Effect between Geomagnetic Field Variations and Minute-Scale Heart-Rate Oscillations in Healthy People. Atmosphere, 15, 134 (2024). doi: 10.3390/atmos15010134
  48. Зенченко Т. А., Медведева А. А., Потолицина Н. Н., Паршукова О. И. и Бойко Е. Р. Соотношение динамики минутных колебаний пульса и биохимических показателей крови здоровых лиц с геомагнитными пульсациями Рс5-6. Биофизика, 60 (2), 385–394 (2015).
  49. Samson J. C., Harrold B. G., Ruohoniemi J. M., Greenwald R. A., and Walker A. D. M. Field line resonances associated with MHD waveguides in the magnetosphere. Geophys. Res. Lett., 19, 19441–19444 (1992). doi: 10.1029/92GL00116
  50. Ziesolleck C. W. S. and McDiarmid D. R. Statistical survey of auroral latitude Pc5 spectral and polarization characteristics. J. Geophys. Res., 100 (10), 19299–19312 (1995). doi: 10.1029/95JA00434
  51. Shaffer F. and Ginsberg J. P. An Overview of Heart Rate Variability Metrics and Norms. Front. Public Health, 5, 258 (2017). doi: 10.3389/fpubh.2017.00258
  52. Shaffer F., McCraty R., and Zerr C. A healthy heart is not a metronome: An integrative review of the heart’s anatomy and heart rate variability. Front. Psychol., 5, 1040 (2014). doi: 10.3389/fpsyg.2014.01040
  53. Gmitrov J. Baroreceptor stimulation enhanced nitric oxide vasodilator responsiveness, a new aspect of baroreflex physiology. Microvasc. Res., 98, 139–144 (2015). doi: 10.1016/j.mvr.2014.11.004
  54. Goodman L., Alexander D. M., Fleming D. G. Oscillatory behavior of respiratory gas exchange in resting man. IEEE Trans. Biomed. Eng., 13 (2), 57–64 (1966). doi: 10.1109/tbme.1966.4502407
  55. Usuda N., Shirakawa K., Hatano K., Abe M., Yunoki T., and Yano T. Coherence between oscillations in the cardiorespiratory system and tissue oxygen index in muscle recovering from intensive exercise in humans. Physiol. Int., 106 (3), 261–271 (2019). doi: 10.1556/2060.106.2019.25

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies