1.6. Космические факторы и их влияние на организм
К космическим обычно относятся те факторы, которые из Вселенной оказывают влияние на организм человека. Наиболее значительными из них являются космические лучи, солнечная активность и межпланетное магнитное поле. Так как эти факторы действуют на человека в основном через изменение электрического и магнитного полей Земли, в современной экологии целесообразно их рассматривать как гелиогеофизические.
Космические лучи – это галактические частицы, состоящие из протонов, электронов, ядер гелия, водорода и некоторых более тяжелых элементов, достигающие Земли со скоростью, близкой к скорости света. Эта скорость многократно возрастает в периоды солнечной активности. Космические лучи вызывают ионизацию атмосферы и формирование аэронов. Уровень космического излучения на поверхности Земли зависит от высоты местности и ее геомагнитной широты. Влияние космических лучей на организмы изучено сравнительно мало. Это обусловлено главным образом тем, что они действуют в комплексе. Существует гипотеза о возможном появлении в них фактора, меняющего свойства биологических систем (Гора Е. П., 1999). Однако известно, что с космическими излучениями сопряжена чувствительность к свету.
Рис. 5.
Кроме космических лучей, существует межпланетное магнитное поле плотностью 1—30 нТ2 (рис. 5).
Самым мощным источником различных форм энергии, оказывающих влияние на Землю, является Солнце. Солнечной активностью называют комплекс явлений, происходящих в атмосфере Солнца. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции, в результате которых возникают электромагнитные излучения широкого диапазона. Время от времени на его поверхности появляются очаги повышенной активности в виде пятен и протуберанцев. Совершаются мощные взрывы, которые сопровождаются выбросом элементарных частиц. Непрерывное расширение верхней части солнечной атмосферы сопровождается корпускулярным излучением. Скорость этого расширения по мере удаления от Солнца увеличивается. На расстоянии нескольких десятков солнечных радиусов расширение достигает 400 км/с. Это так называемый спокойный солнечный ветер. Он увлекает за собой магнитное поле Солнца, вытягивая его силовые линии. Солнечный ветер содержит небольшое количество энергии. Вместе с тем он играет значительную роль в передаче к Земле возмущений, обусловленных явлениями солнечной активности. Активность Солнца по отношению к Земле периодически изменяется. Различают циклы суточные, годовые, 5—6-летние, 11-летние, 80—90-летние и многовековые. Периоды максимальной активности приходятся на 7—17 лет, минимальной – на 9—14 лет.
Результаты многочисленных исследований показывают, что нервная система обладает наибольшей чувствительностью к изменению солнечной активности. Впервые это свойство было обнаружено А. Л. Чижевским, его наблюдения основывались на изучении величины электрических потенциалов кожи в периоды повышенной солнечной активности.
Обнаружена зависимость обострения таких заболеваний, как шизофрения, эпилепсии и маниакально-депрессивные состояния от солнечной активности (Сидякин В. Г., 1986).
Земля имеет постоянное магнитное поле, на которое накладываются периодические и случайные изменения. Полагают, что они обусловлены электрическими явлениями в атмосфере. Периодические изменения магнитного поля Земли могут быть связаны с солнечной активностью и иметь вековую, годовую, сезонную и суточную цикличность.
Переменные магнитные поля, возникающие вокруг Земли, получили название магнитных возмущений и магнитных бурь. Магнитные бури возникают в результате проникновения в атмосферу Земли летящих от Солнца со скоростью 1000–3000 км/с заряженных частиц (корпускул).
О влиянии магнитных бурь на состояние человека известно уже давно. Установлено, что при выполнении корректурных работ во время магнитных бурь увеличивается число ошибок, появление которых свидетельствует о преобладании возбудительного процесса в высших отделах мозга. Число ошибок еще более возрастает на 2-е сутки после смены знака геомагнитного поля. Показано, что во время геомагнитных возмущений даже у тренированных лиц отмечается резкое снижение краткосрочной памяти, снижение объема и интенсивности внимания вследствие уменьшения уровня активации головного мозга. Эти изменения более выражены у пожилых людей, а также у лиц, проживающих на Крайнем Севере. Значительные изменения функционального состояния ЦНС, по-видимому, являются причиной увеличения количества несчастных случаев и травм во время магнитных бурь. Полагают, что у человека в результате десинхронизации функций ЦНС могут усиливаться нервно-психические расстройства. Геомагнитные возмущения могут вызвать нарушения межполушарных отношений головного мозга с сопутствующей акцентуацией отдельных психических функций, а также рассогласование внутренних ритмов организма с ритмом внешней среды. Не исключено, что роль пейсмекера, действующего на человека при таких возмущениях, могут выполнять короткопериодические колебания поля Земли, которые затухают при изменении солнечной активности (Владимирский Б. М. [и др.], 1982).
Солнечная радиация, достигающая Земли, имеет сложный спектральный состав и оказывает выраженное биологическое действие на организм человека. Спектр Солнца представлен следующими видами излучений: инфракрасным (до 60 % общей энергии радиации), ультрафиолетовым (менее 0,5 %), ионизирующим и видимыми лучами (около 40 %). Гамма-рентген, коротковолновые ультрафиолетовые лучи полностью поглощаются атмосферой. Длинноволновое УФ-излучение достигает поверхности Земли.
Инфракрасные лучи. Инфракрасные (ИК) лучи были открыты Гершелем в 1800 г. Они имеют длину волны от 760 до 3000 нм, причем более длинные волны задерживаются атмосферой. Инфракрасные лучи, согревая почву, воздух, создают тепловой баланс и возможность жизни на Земле.
Действуя на организм человека, они оказывают тепловой эффект, ускоряют ферментативные и иммунобиологические реакции, ускоряют рост клеток и регенерацию тканей.
Длинные ИК-лучи задерживаются главным образом в эпидермисе кожи и вызывают нагревание ее поверхности, раздражают рецепторы (жжение). Инфракрасная эритема образуется за счет расширения капилляров кожи, не имеет четких границ (разлитая).
Короткие ИК-лучи обладают наибольшим биологическим эффектом, они проникают на глубину 2,5–4 см, вызывают глубокое прогревание, ускоряют биохимические, ферментативные и иммунные реакции, рост клеток и регенерацию тканей, усиливают ток крови, увеличивают температуру крови и лимфы.
В настоящее время большинство исследователей признает не только тепловое, но и фотохимическое действие ИК-лучей на организм. Отмечается поглощение ИК-лучей белками крови и активация ферментных процессов.
Общее действие ИК-лучей – нагревание с образованием выраженной разлитой эритемы с выделением физиологически активных веществ (например, ацетилхолина), которые поступают в кровоток и вызывают усиление обменных процессов в отдаленных от мест облучения тканях и органах. Общая реакция организма выражается в перераспределении крови в сосудах, повышении числа эозинофилов в периферической крови, повышении общей сопротивляемости организма.
Под действием инфракрасных лучей наблюдается: перераспределение крови, учащение пульса, повышение максимального и понижение минимального артериального давления, повышение температуры тела, усиление потоотделения. Рефлекторно увеличивается теплообразование в других органах, стимулируется функция почек, расслабляется мускулатура. В результате наблюдается ускорение регенеративных процессов, уменьшение болевых ощущений (Пивоваров Ю. П., 1999).
Видимые лучи. Видимые лучи Солнца имеют длину волны от 380 до 760 нм. Они создают наибольшую величину освещенности, несмотря на то что часть их рассеивается при отражении. Световой луч составляет спектр цветов, каждый из которых имеет свою длину волны.
Биологическое значение световой радиации для человека, прежде всего, состоит в возможности зрительных восприятий, что связано с механизмами фоторецепции. Световые лучи проникают в тело на глубину около 2,5 см. Они стимулируют биохимические процессы, увеличивают иммунную реактивность, способствуют образованию пигмента. Повышают возбудимость коры головного мозга, деятельность желез внутренней секреции, обмена веществ. При этом разные цвета видимого спектра оказывают различное влияние на нервно-психические процессы: красно-желтые цвета оказывают бодрящее действие (так, Жак Бенуа доказал, что красные и оранжевые лучи солнечного света стимулируют половые железы, вызывая ускоренное созревание гонад), сине-фиолетовые цвета оказывают успокаивающее действие и т. д. В. М. Бехтерев рекомендовал лиц с психическим возбуждением помещать в палаты, стены которых выкрашены в голубой цвет, а с психическим угнетением – в палаты с розовыми стенами. В настоящее время установлено, что окраска стен существенно влияет на работоспособность людей.
Одним из важнейших следствий периодического изменения освещенности является создание циркадных ритмов. Они способствуют чередованию активной деятельности и восстановительных процессов.
Ультрафиолетовые лучи впервые открыл Ritter в 1801 г. В зависимости от длины волны ультрафиолетовое излучение (УФ) делят на ближний диапазон (200–400 нм) и дальний, или вакуумный, – с длиной волн 10—200 нм.
В естественных условиях основным источником УФ-излучения является Солнце, в спектре которого до поверхности Земли доходят только волны ближнего диапазона, что связано с поглощением волн дальнего диапазона озоном и кислородом в атмосфере.
Условно весь ультрафиолетовый спектр, достигающий поверхности планеты делят на три области:
А – 400–320 нм (преимущественно эритемное и загарное действие);
В – 320–280 нм (преимущественно антирахитическое действие);
С – 280–200 нм (преимущественно бактерицидное действие).
Механизмы действия УФ на организм (Пивоваров Ю. П., 1999):
– непосредственное (физическое);
– гуморальное;
– рефлекторное;
– витаминизирующее.
Результатом физического воздействия УФ-лучей на кожу является, в первую очередь, повреждающее действие на клетку с денатурацией белков и последующим развитием местной реакции в виде эритемы. Эритема – асептическое воспаление со всеми признаками, характеризующими любой воспалительный процесс: покраснение, боль, припухлость и даже нарушение функций.
Гуморальное воздействие связано с появлением гистамина и гистаминоподобных веществ. Разрушение 1 мг белка сопровождается выходом 1 мкг гистамина. Гистамин является физиологическим антагонистом адреналина и норадреналина, таким образом гистамин стимулирует симпатико-адреналовую и гипофизарно-надпочечниковую системы, которые играют большую роль в приспособительных и компенсаторных реакциях организма.
В эксперименте доказано: УФ-излучение стимулирует симпатическую нервную систему, что может приводить к усилению выведения холестерина из организма. Кроме того, УФ-лучи изменяют прямую и непрямую возбудимость поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры. Так, наблюдается усиление моторики кишечника, спазм бронхов, сужение просвета сосудов.
Под действием УФ-лучей (290–313 нм) происходит образование витамина D из 7,8-дегидрохолестерина (провитамина D).
Можно с уверенностью сказать, что УФ-излучения, воздействуя на организм человека через кожный покров, нервно-гуморальные пути при умеренных воздействиях оказывают благотворное влияние.
Суммируя действие УФ-лучей, можно выделить их основные биологические эффекты воздействия:
1. Бактерицидное действие. Под влиянием прямых солнечных лучей гибнут многие микроорганизмы, бактерии и вирусы.
2. Загарное действие УФ-излучения связано с образованием пигмента меланина. Под влиянием кванта солнечной энергии с длиной волны от 280 до 400 нм тирозин превращается в меланин.
3. Эритемное действие. В случаях слабой пигментации УФ-радиация нарушает структуру нуклеиновых кислот, вызывает их гибель и гибель клеток покровного эпителия с последующим образованием эритемы или ожогов различных степеней.
4. Образование витамина D. Фотохимическая реакция осуществляется путем превращения провитамина в витамин D3, участвующий в фосфорно-кальциевом обмене.
5. В небольших количествах способствует репарации и регенерации поврежденной ткани.
6. Умеренное УФО повышает иммунобиологическую реактивность кожи и крови (происходит увеличение глобулиновой фракции крови и фагоцитарной активности лейкоцитов, увеличение количества эритроцитов и гемоглобина).
7. Характерно повышение тонуса центральной нервной системы и стимулирующее влияние на симпатическую нервную систему с последующей регуляцией холестеринового обмена.
8. Изменение активности эндокринной системы:
– стимулирующее действие на симпато-адреналовую систему (увеличение адреналиноподобных веществ и сахара крови);
– угнетение функции поджелудочной железы.
Наряду с положительным биологическим воздействием на организм УФ-лучей следует отметить и отрицательные стороны облучения. В первую очередь это относится к последствиям бесконтрольного загорания: ожоги, пигментные пятна, повреждение глаз. Особого рассмотрения заслуживает бластомогенное действие УФ-радиации, приводящее к развитию рака кожи. К бластомогенным относятся УФ-лучи с длиной волны 290–330 нм, особенно 301–303 нм. Чаще рак кожи развивается у людей со светлой кожей.
