Соотношение эффектов синхронизации вариаций геомагнитного поля с колебаниями сердечного ритма и параметров его вегетативной регуляции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Вариации геомагнитного поля являются важным экологическим фактором, оказывающим серьёзное влияние на самочувствие и функциональное состояние человека, в первую очередь на сердечно-сосудистую систему. В то же время остаются неясными не только биофизический механизм такого влияния, но и его феноменологическая картина на разных пространственно-временных масштабах. В данной работе продолжено исследование обнаруженного нами ранее эффекта синхронизации колебаний сердечного ритма человека в покое с вариациями геомагнитного поля в миллигерцовом диапазоне частот (периоды 3–40 мин; эффект биогеосинхронизации).

Цель. Оценка вклада регуляторных влияний вегетативной нервной системы при формировании реакции частоты сердечных сокращений организма человека на вариации геомагнитного поля.

Материалы и методы. В течение 2012–2024 гг. проведено 673 эксперимента по регистрации кардиоинтервалограммы в покое у восьми практически здоровых волонтёров (1-я группа, многократные регистрации каждого испытуемого длительностью 100–120 мин) и в группе из 39 человек (2-я группа, однократные регистрации длительностью 60 мин). Сравнивали частоту возникновения эффекта биогеосинхронизации ежеминутных временны́х рядов частоты сердечных сокращений и временны́х параметров варибельности сердечного ритма. Использованы методы кросскорреляционого анализа и вейвлет-анализа.

Результаты. Распределение процента случаев синхронизации параметров частоты сердечных сокращений и варибельности сердечного ритма с компонентами вектора геомагнитного поля, полученное в целом по всей выборке экспериментов, при использовании корреляционного метода анализа даёт для частоты сердечных сокращений значение 32%, а для показателей вариации сердечного ритма — 9–17%, то есть различия составляют два раза и более. По критерию сходства вейвлет-спектров эффект синхронизации по частоте сердечных сокращений наблюдается в 40% случаев, по параметрам варибельности сердечного ритма — в 24–28%. Выборочные распределения, полученные индивидуально для каждого волонтёра 1-й группы и совокупно для всех волонтёров 2-й группы, показали сходные результаты.

Заключение. Эффект биогеосинхронизации проявляется в динамике показателя частоты сердечных сокращений статистически значимо чаще (p <0,001), чем в динамике параметров варибельности сердечного ритма, как при рассмотрении результатов многократных индивидуальных наблюдений, так и при анализе группы волонтёров.

Об авторах

Татьяна Александровна Зенченко

Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук; Институт космических исследований Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: zench@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0520-2029
SPIN-код: 8974-6685

д-р биол. наук, канд. физ-мат. наук

Россия, 142290, Московская обл., Пущино, ул. Институтская, д. 3; Москва

Лилия Владимировна Поскотинова

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. акад. Н.П. Лаверова Уральского отделения Российской академии наук

Email: liliya200572@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7537-0837
SPIN-код: 3148-6180

д-р биол. наук, канд. мед. наук, доцент

Россия, Архангельск

Наталия Игоревна Хорсева

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук

Email: sheridan1957@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3444-0050

канд. биол. наук

Россия, Москва

Тамара Константиновна Бреус

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: breus36@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4057-0844
SPIN-код: 1267-8561

д-р физ.-мат. наук

Россия, Москва

Список литературы

  1. Cornélissen G, Halberg F, Breus T, et al. Non-photic solar associations of heart rate variability and myocardial infarction. J Atmos Sol Terr Phys. 2002;64(s 5–6):707–720. doi: 10.1016/S1364-6826(02)00032-9
  2. Ozheredov VA, Breus TK, Gurfinkel YI, et al. Influence of some weather factors and geomagnetic activity on the development of severe cardiological pathologies. Biophysics. 2010;55(1):110–119. EDN: MVILUR
  3. Mavromichalaki H, Papailiou M, Dimitrova S, et al. Space weather hazards and their impact on human cardio-health state parameters on Earth. Nat Hazards. 2012;64:1447–1459. doi
  4. Vaičiulis V, Venclovienė J, Tamošiūnas A, et al. Associations between space weather events and the incidence of acute myocardial infarction and deaths from ischemic heart disease. Atmosphere. 2021;12(3):306. doi: 10.3390/atmos12030306
  5. Podolská K. Changes of circulatory and nervous diseases mortality patterns during periods of exceptional solar events. Atmosphere. 2021;12(2):203. doi: 10.3390/atmos12020203
  6. Rapoport SI, Bolshakova TD, Malinovskaya NK, et al. The magnetic storm as a stress factor. Biofizika. 1998;43(4):638–639. EDN: MPAGOR
  7. Khorseva NI. Possibility of using the psychophysiogical indices for the evaluation of the influence of cosmophysical factors (review). Geophysical Processes and Biosphere. 2013;12(2):34–56. EDN: RAGHTZ
  8. Gurfinkel YI, Ozheredov VA, Breus TK, Sasonko ML. The effects of space and terrestrial weather factors on arterial stiffness and endothelial function in humans. Biophysics. 2018;63(2):299–306. EDN: YRYXAH
  9. Dimitrova S, Stoilova I, Cholakov I. Influence of local geomagnetic storms on arterial blood pressure. Bioelectromagnetics. 2004;25(6):408–414. doi: 10.1002/bem.20009
  10. Ozheredov VA, Chibisov SM, Blagonravov ML, et al. Influence of geomagnetic activity and earth weather changes on heart rate and blood pressure in young and healthy population. Int J Biometeorol. 2017;61(5):921–929. doi: 10.1007/s00484-016-1272-2
  11. Zenchenko TA, Poskotinova LV, Rekhtina AG, Zaslavskaya RM. Relation between microcirculation parameters and Pc3 geomagnetic pulsations. Biophysics. 2010;55(4):646–651. doi: 10.1134/S000635091004024X EDN: NYMXXT
  12. Otsuka K, Yamanaka T, Cornelissen G, et al. Altered chronome of heart rate variability during span of high magnetic activity. Scripta medica (Brno). 2000;73(2):111–116.
  13. Otsuka K, Cornélissen G, Weydahl A, et al. Geomagnetic disturbance associated with decrease in heart rate variability in a subarctic area. Biomed Pharmacother. 2001;55(Suppl 1):51s–56s. doi: 10.1016/s0753-3322(01)90005-8
  14. Alabdulgade A, Maccraty R, Atkinson M, et al. Human heart rhythm sensitivity to earth local magnetic field fluctuations. J. Vibroeng. 2015;17(6):3271–3278.
  15. Vasin AL, Shafirkin AV, Gurfinkel YuI. Effect of artificial alternating geomagnetic field in the millihertz range on the heart rate variability indices. Aerospace and Environmental Medicine. 2019;53(6):62–69. doi: 10.21687/0233-528X-2019-53-6-62-69 EDN: RVCQVD
  16. Gmitrov J, Ohkubo C. Geomagnetic field decreases cardiovascular variability. Electro Magnetobiol. 1999;18:291–303. doi: 10.3109/15368379909022585
  17. Lednev VV, Belova NA, Ermakov AM, et al. Modulation of cardiac rhythm in the humans exposed to extremely weak alternating magnetic fields. Biophysics. 2008;53(6):648–654. doi: 10.1134/S0006350908060328 EDN: LLKJWB
  18. Pobachenko SV, Kolesnik AG, Borodin AS, Kalyuzhin VV. The contingency of parameters of human encephalograms and Schumann resonance electromagnetic fields revealed in monitoring studies. Biophysics. 2006;51(3):480–483. doi: 10.1134/S0006350906030225 EDN: LJPAJZ
  19. Timofejeva I, McCraty R, Atkinson M, et al. Identification of a group’s physiological synchronization with earth’s magnetic field. Int J Environ Res Public Health. 2017;14(9):998. doi: 10.3390/ijerph14090998
  20. Maksimov AL, Volkov AI, Savintseva AA, et al. About resonance interaction of Schumann’s biospherical frequencies and human brain rhythms. In: Abstracts of the VI International Congress "Weak and ultra-weak fields and radiations in biology and medicine". St. Petersburg; 2012. P. 168. (In Russ.) URL: www.biophys.ru/archive/congress2012/proc-p168.pdf
  21. Caswell JM, Singh M, Persinger MA. Simulated sudden increase in geomagnetic activity and its effect on heart rate variability: experimental verification of correlation studies. Life Sci Space Res. 2016;10:47–52. doi: 10.1016/j.lssr.2016.08.001
  22. Elhalel G, Price C, Fixler D, Shainberg A. Cardioprotection from stress conditions by weak magnetic fields in the Schumann resonance band. Sci Rep. 2019;9(1):1645. doi: 10.1038/s41598-018-36341-z
  23. Gurfinkel YuI, Vasin AL, Pishchalnikov RYu, et al. Geomagnetic storm under laboratory conditions: randomized experiment. Int J Biometeorol. 2018;62(4):501–512. doi: 10.1007/s00484-017-1460-8
  24. Zenchenko TA, Medvedeva AA, Khorseva NI, Breus TK. Synchronization of human heart-rate indicators and geomagnetic field variations in the frequency range of 0.5–3.0 mHz. Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2014;50:736–744. doi: 10.1134/S0001433814040094
  25. Zenchenko TA, Khorseva NI, Breus TK. Long-term study of the synchronization effect between geomagnetic field variations and minute-scale heart-rate oscillations in healthy people. Atmosphere, 2024;15(1):134. doi: 10.3390/atmos15010134
  26. Zenchenko TA, Jordanova M, Poskotinova LV, et al. Synchronization between human heart rate dynamics and Pc5 geomagnetic pulsations at different latitudes. Biophysics, 2014;59:965–972. doi: 10.1134/S0006350914060256
  27. Poskotinova L, Krivonogova E, Demin D, Zenchenko T. Differences in the sensitivity of the baroreflex of heart rate regulation to local geomagnetic field variations in normotensive and hypertensive humans. Life, 2022;12(7):1102. doi: 10.3390/life12071102
  28. Lukyanova SN. Neuroeffects of microwave EMF of non-thermal intensity and short exposure. Radiation biology. Radioecology. 2024;64(3):244–256. doi: 10.31857/S0869803124030026 EDN: MBQOJM
  29. Davis GE Jr, Lowell WE. Chaotic solar cycles modulate the incidence and severity of mental illness. Med. Hypotheses, 2004;62(2):207-214. doi: 10.1016/j.mehy.2003.11.006
  30. Baevsky RM, Ivanov GG, Chireikin LV, et al. Analysis of heart rate variability using various electrographic systems (methodological recommendations). Journal of Arrhythmology. 2002;(24):65–87. (In Russ.) EDN: HSPLXF
  31. Poskotinova LV, Krivonogova EV, Zenchenko TA, Demin DB. Features of synchronization of heart rate variability and local variations of the geomagnetic field component's in individuals with different blood pressure levels. In: Collection of scientific papers of the VI Congress of Biophysicists of Russia. Sochi; 2019. P. 364. (In Russ.) EDN: FOKRDR
  32. Zenchenko TA, Khorseva NI, Stankevich AA. The effect of synchronizing the human heart rhythm with geomagnetic field variations: are there distinguished frequencies? Biofizika. 2024;69(4):915–926. doi: 10.31857/S0006302924040221 EDN: NEXGFJ
  33. Poskotinova LV, Demin DB, Krivonogova EV, et al. Neurophysiological mechanisms of adaptation of Arctic residents with socially significant neurological and cardiovascular disorders and methods for correcting maladaptive disorders. FGBUN FITSKIA Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. No 122011900077-8. Research report. 2021. EDN: ZCSLCD
  34. Sonkodi B. LF power of HRV could be the Piezo2 activity level in baroreceptors with some Piezo1 residual activity contribution. Int J Mol Sci. 2023;24(8):7038. doi: 10.3390/ijms24087038
  35. Zhou Z, Martinac B. Mechanisms of PIEZO channel inactivation. Int J Mol Sci. 2023;24(18):14113. doi: 10.3390/ijms241814113
  36. Mamberger KK, Makedonsky DF, Rudenko MYu, Rudenko SM. Functional interconnection between sinoatrial node of right atrium and low-pressure baroreceptors in aorta. Izvestiya sfedu. Engineering sciences. 2009;(7):23–29 EDN: KVBCKP
  37. Li K, Shi Y, Gonye EC, Bayliss DA. TRPM4 contributes to subthreshold membrane potential oscillations in multiple mouse pacemaker neurons. eNeuro. 2021;8(6):ENEURO.0212-21.2021. doi: 10.1523/ENEURO.0212-21.2021
  38. Hu Y, Cang J, Hiraishi K, et al. The Role of TRPM4 in cardiac electrophysiology and arrhythmogenesis. Int J Mol Sci. 2023;24(14):11798. doi: 10.3390/ijms241411798
  39. Martinez-Banaclocha M. Ephaptic coupling of cortical neurons: possible contribution of astroglial magnetic fields? Neuroscience. 2018;370:37–45. doi: 10.1016/j.neuroscience.2017.07.072
  40. Suenson M. Ephaptic impulse transmission between ventricular myocardial cells in vitro. Acta Physiol Scand. 1984;120(3):445–455. doi: 10.1111/j.1748-1716.1984.tb07405.x
  41. Adams WP, Raisch TB, Zhao Y, et al. Extracellular perinexal separation is a principal determinant of cardiac conduction. Circ Res. 2023;133(8):658–673. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.123.322567

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Иллюстрация корреляционного метода оценки синхронизации физиологических показателей частоты сердечных сокращений (ЧСС), RMSSD, SI с вариациями X компоненты геомагнитного поля (ГМП): а — наложение исходных рядов физиологических показателей (красным) и горизонтальной компоненты ГМП по геофизической станции Борок (BOXX, синим); b — наложение отфильтрованных временных рядов; с — функции кросскорреляции между значениями физиологического показателя и вектора ГМП. Ks=−lg(p)*sign(r), где r — значение коэффициента корреляции Спирмена, p — уровень его статистической значимости. Красный пунктир соответствует граничному уровню статистической значимости p=0,0045 (|Ks|>2,35).

Скачать (387KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Иллюстрация метода сравнения вейвлет-спектров: слева — вейвлет-спектры временны́х рядов BOXX, частоты сердечных сокращений, RMSSD, SI; справа — результаты усреднения соответствующих рядов на ось ординат.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Суммарное распределение частоты встречаемости эффекта биогеосинхронизации частоты сердечных сокращений (HR) и параметров вариабельности сердечного ритма (ВСР) с каждой из горизонтальных компонент геомагнитного поля (GMF) по всей выборке экспериментов. а — кросскорреляционный метод анализа; b — метод сравнения вейвлет-спектров временны́х рядов. * p <0,05; ** p <0,01; *** p <0,001. Звездочки возле столбцов показателей ВСР обозначают уровень статистической значимости различий между частотами встречаемости эффекта синхронизации для HR и данного показателя ВСР с каждой из компонент GMF.

Скачать (103KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Выборочные распределения частоты случаев синхронизации показателей частоты сердечных сокращений (HR) и вариабельности сердечного ритма с компонентами геомагнитного поля для волонтёров 1-й группы согласно корреляционному методу. Обозначения как на рис. 3.

Скачать (272KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Выборочные распределения частоты случаев синхронизации частоты сердечных сокращений (HR) и показателей вариабельности сердечного ритма с компонентами геомагнитного поля для волонтёров 1-й группы согласно методу сравнения вейвлет-спектров. Обозначения как на рис. 3.

Скачать (349KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Выборочные распределения частоты случаев синхронизации частоты сердечных сокращений (HR) и показателей вариабельности сердечного ритма с компонентами геомагнитного поля для волонтёров 2-й группы: а — кросскорреляционный метод анализа; b — метод сравнения вейвлет-спектров временных рядов. Обозначения как на рис 3.

Скачать (83KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».