Метеотропные реакции – это физиологические реакции организма человека на влияние собственно метеорологических факторов. Здоровые люди легко переносят изменения погоды, адаптивные физиологические механизмы позволяют им приспосабливаться без заметных расстройств к любым метеоусловиям, вместе с тем снижение эффективности этих механизмов приводит к возникновению различных патологических реакций. В большинстве случаев они непродолжительны и сопровождаются такими симптомами, как головные боли, раздражительность, повышенная возбудимость, бессонница, депрессия, ревматоидные боли и др. Развитие таких ответных реакций на влияние погоды чаще всего обозначают как метеочувствительность. Во многих исследованиях показано, что существует достоверная связь между обострением ряда патологических состояний и изменениями погодных условий [1–3].
В большинстве публикаций выделяются следующие основные погодные факторы, оказывающие влияние на здоровье человека: температура окружающей среды, влажность воздуха, атмосферное давление, скорость ветра, солнечная активность, геомагнитная активность и атмосферное электрическое поле [4, 5]. Помимо этих факторов анализируется влияние сезонов года и состояния окружающей среды [6]. Несмотря на многолетнюю историю изучения метеочувствительности, физиологические механизмы воздействия погоды на человека остаются не до конца ясными. Наиболее изучены механизмы влияния на организм человека температуры окружающего воздуха.
На увеличение температуры окружающей среды реагируют тепловые терморецепторы кожи, импульсы от них поступают в центры терморегуляции, расположенные в гипоталамусе, которые в свою очередь запускают каскад реакций, индуцирующих кожную вазодилятацию и потоотделение. Возрастание кожного кровотока увеличивает теплоотдачу во внешнюю среду и обеспечивает потовые железы кислородом и жидкостью для выделения пота. Потоотделение – это самый эффективный механизм срочной адаптации к высокой температуре окружающей среды, который позволяет за счет интенсивного испарения пота с кожи (до 3 кг/ч) значительно увеличить выделение тепла из организма. Однако с потом, помимо воды, организм теряет и электролиты (до 10–30 г хлористого натрия в день), что индуцирует интенсивный переход жидкости в кровяное русло для компенсации потери на потоотделение. Перераспределение жидкости стимулирует почки к усилению ретенции солей и воды. Дилатация кожных сосудов (прежде всего открытие артериовенозных анастамозов) обуславливает реакции, индуцирующие увеличение объема циркулирующей крови, при этом в норме артериальное давление не изменяется или несколько снижается, а частота сердечных сокращений увеличивается. Кровоток во внутренних органах (печень и почки) может снижаться [7].
При недостаточности адаптационных механизмов, направленных на поддержание объема плазмы крови и ее электролитного состава, или при интенсивном и длительном потоотделении наблюдается уменьшение объема циркулирующей крови и существенное снижение артериального давления. В связи с этим при срочной адаптации к повышению температуры основная нагрузка ложится на сердечно-сосудистую систему, которая, при наличии функциональных нарушений может не справляться с возросшими потребностями. Поэтому в жаркую погоду, особенно в периоды «волн жары» (нескольких последовательных аномально жарких дней), в наибольшей степени страдают пациенты с болезнями системы кровообращения, адаптивные резервы у которых оказываются недостаточными.
Кроме того, перераспределение крови, направленное на значительное увеличение кожного кровотока и уменьшение кровотока во внутренних органах – органах с высоким уровнем обменных процессов, с одной стороны, приводит к увеличению теплоотдачи с поверхности тела, а с другой – к уменьшению теплопродукции внутренними органами при их сниженном кровоснабжении. Вместе с тем уменьшение кровотока в органах с высоким метаболизмом, особенно у больных с атеросклерозом или заболеваниями печени и почек может индуцировать их гипоксию. Во многих исследованиях показано, что при напряженной адаптации, видимо, вследствие возникающей гипоксии индуцируется окислительный стресс [8–11], который характеризуется накоплением высокотоксичных продуктов свободнорадикального окисления в крови и тканях вследствие усиленного генерирования активных форм кислорода (АФК) и/или подавления активности утилизирующих АФК антиоксидантных ферментов. В исследовании М.Д. Смирновой с соавторами [9] отмечено, что летняя жара провоцирует развитие окислительного стресса у 2/3 больных сердечно-сосудистыми заболеваниями. У них увеличивается содержание продуктов перекисного окисления липидов в отсутствие изменений активности фермента, утилизирующего активные формы кислорода [10]. Кроме того, у этих же пациентов отмечена большая частота развития сердечно-сосудистых осложнений, включая гипертонические кризы, по сравнению с пациентами с большей активностью антиоксидантной системы. При этом показано, что использование антигипоксантов и антиоксидантов позволяет улучшить переносимость летней жары пациентами с сердечно-сосудистыми заболеваниями [11].
На снижение температуры окружающей среды ниже комфортной реагируют холодовые терморецепторы кожи, импульсы от них поступают в центр терморегуляции в гипоталамусе, который, в свою очередь, запускает каскад реакций, индуцирующих кожную вазоконстрикцию и увеличение теплопродукции. Основное увеличение теплопродукции достигается за счет сократительной деятельности мышц (дрожь и терморегуляционный мышечный тонус), разобщения окисления и фосфорилирования, а также снижения эффективности клеточных насосов (АТФаз), что стимулируется норадреналином и тиреоидными гормонами и сопровождается увеличением потребления кислорода и энергетических субстратов. При длительной адаптации к холоду увеличивается количество и активность митохондрий для обеспечения возросшего потребления АТФ. Подробный анализ основных механизмов адаптации к холоду сделан в обзоре [12]. Органами, дающими основной вклад в теплопродукцию при адаптации человека к холоду, являются скелетные мышцы и, в меньшей степени, печень. Увеличение активности митохондрий при холодовой адаптации приводит к усилению генерации активных форм кислорода, поскольку митохондрии являются одним из основных источников АФК в физиологических условиях. На уровне организма систематическое холодовое воздействие вызывает стимуляцию собственных защитных ресурсов посредством усиления окислительных процессов, которые, в свою очередь, инициируют активацию антиоксидантной системы и повышают общую устойчивость организма к стрессовым факторам различной природы. Однако при недостаточности адаптационного потенциала, например при болезнях системы кровообращения, усиление кровотока для обеспечения кровоснабжения активно работающих (производящих тепло) органов лимитируется сердечно-сосудистой системой, недостаточный ее потенциал может обуславливать гипоксию и чрезмерное увеличение АФК. Мобилизация антиоксидантной системы при этом также может быть недостаточной, что в свою очередь будет приводить к окислительному стрессу, усилению перекисного окисления липидов и обострению заболевания. Во многих исследованиях показано, что окислительный стресс является этиологическим и патогенетическим фактором риска развития заболеваний сердечно-сосудистой системы [13, 14].
Среди неблагоприятных погодных факторов, помимо жаркой и холодной погоды, выделяют значительные колебания атмосферного давления [15, 16], которые обычно связаны с крупномасштабными (синоптическими) циркуляционными процессами в атмосфере. В ходе этих процессов изменяется вся совокупность метеорологических элементов. В весенний период наблюдаются наибольшие различия между дневными и ночными значениями атмосферного давления, и потенциальная зависимость обострения некоторых болезней системы кровообращения от резкого изменения атмосферного давления, видимо, может объяснить выявленный в исследовании K. Beseoglu с соавт. [17] весенний максимум смертности и количества обострений сосудистых заболеваний.
Еще одним погодным фактором, который, по мнению некоторых исследователей, оказывает существенное влияние на метеочувствительных людей, является влажность атмосферного воздуха [18–20]. P. Dilaveris с соавторами [18] установили, что среднемесячная смертность от инфаркта миокарда в Афинах является линейной функцией от среднемесячной относительной влажности (связь положительная) c максимальными значениями в зимние месяцы и минимальными в летние. Вместе с тем в средиземноморских странах высокая относительная влажность воздуха регистрируется в зимний период, а выявленная в работах [19] закономерность отражает установленный во многих исследованиях факт более высокой смертности зимой. При этом в странах с более холодным климатом в зимний период, когда наибольшее количество обострений болезней системы кровообращения, регистрируются низкие значения относительной и абсолютной влажности. В работах Б.Т. Величковского [20] показано, что значительное снижение абсолютной влажности воздуха в зимний период, обусловленное очень низкими значениями температуры атмосферного воздуха, приводит к снижению эффективности газообмена кислорода в органах дыхания. Кроме того, дыхание сухим воздухом может индуцировать повышение сосудистого сопротивления.
Разными исследователями было отмечено, что метеотропные реакции могут возникать за несколько дней до наступления неблагоприятных погодных условий. Это может быть обусловлено тем, что существенному изменению земной погоды обычно предшествуют изменения солнечной активности и сдвиги магнитной напряженности Земли.
В последние десятилетия был проведен ряд специальных исследований, направленных на анализ влияния космической погоды (гелио- и геомагнитной обстановки) на состояние здоровья.
Для характеристики солнечной активности обычно используют число Вольфа – индекс, характеризующий пятно-
образовательную деятельность Солнца. Для характеристики геомагнитной обстановки используют X-,Y- и Z-компоненты вектора напряженности магнитного поля Земли, а также индексы геомагнитной активности, характеризующие вариации магнитного поля Земли. Резкие изменения параметров геомагнитного поля Земли обычно называют геомагнитными возмущениями или бурями.
Как и при анализе влияния факторов земной погоды, результаты исследования влияния космической погоды на состояние здоровья весьма противоречивы. Анализ баз данных обращений за экстренной медицинской помощью [21–23] и наблюдения за больными в клиниках [21, 24] показали, что имеется достаточно широкий спектр реакций организма на изменение космической погоды. В исследованиях Ю.И. Гурфинкеля с соавторами [24] показано, что после магнитной бури образуются сгустки эритроцитов (сладжей) в микрососудах и отмечается ухудшение кровотока, которое приводит к развитию ишемии. В исследовании [22, 23] была показана положительная корреляционная связь между количеством обращений за экстренной медицинской помощью пациентов с болезнями системы кровообращения и уровнем геомагнитной активности (ГМА) и отмечено, что эта связь более выражена в зимние месяцы. В других исследованиях показано увеличение количества обострений болезней системы кровообращения как при очень высоких, так и при очень низких уровнях ГМА [23]. Вместе с тем T. Messner с соавторами [25] не выявили достоверной статистической связи между геомагнитной активностью и количеством инфарктов миокарда в северных районах Швеции. При этом изменения геомагнитной активности в полярных районах наибольшие [26].
Механизмы действия геомагнитного поля и солнечной активности на организмы человека и животных не выяснены. Существенная проблема связана с парадоксальностью биологического действия слабых низкочастотных магнитных полей (каким является и геомагнитное поле), энергия которых много меньше характерной энергии биохимических превращений [27]. Тем не менее в биологических и медицинских исследованиях показано достоверное влияние слабых магнитных полей на организм человека [22, 27, 28]. В биофизических исследованиях наиболее часто обсуждаются гипотетические молекулярные механизмы магниторецепции, рассматривающие влияние магнитного поля на скорость реакций с участием спин-коррелированных пар радикалов; квантовые вращения молекулярных групп внутри белков, а также изменения свойств жидкой воды в магнитном поле [21, 27]. В медико-биологических исследованиях наиболее часто обсуждается роль мелатонина [21, 29]. В исследованиях, проведенных на людях в условиях Крайнего Севера, показана прямая корреляционная зависимость между колебаниями электромагнитного поля Земли (Kp–индекс) и суточным ритмом секреции мелатонина, определяемым по его концентрации в слюне [29]. В исследованиях под руководством С.И. Рапопорта [3, 23] было показано, что у пациентов с заболеваниями сердечно-сосудистой системы в периоды геомагнитных возмущений и магнитных бурь отмечается достоверное подавление продукции мелатонина. При этом добавление мелатонина (3–6 мг в 22.00) к традиционной терапии снижало риск развития сердечно-сосудистых осложнений.
Еще одним фактором, потенциально обуславливающим метеочувствительность организма, может быть изменение электрического поля атмосферы (ЭПА). В районах ясной безоблачной погоды ЭПА направлено вниз, к земле, и его напряженность составляет около 1 В/м. Основными источниками ионизации воздуха являются космические лучи и излучения радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и атмосфере. Электрические характеристики приземного ЭПА определяются различными процессами: интенсивностью ионизации и перемешивания атмосферы, загрязненностью и увлажненностью воздуха (туман, дождь, снег), температурой и давлением воздуха, временем суток и временем года и др. В циклонических условиях погоды появление слоистой облачности верхнего и более низких ярусов, а также конвективной облачности индуцирует кардинальные изменения приземного электрического поля. Как правило, происходит переполюсовка (инверсия), в ходе которой поле становится направленным вверх, к нижней кромке облаков. Напряженность поля может увеличиваться до 2000 В/м и выше. Атмосферные ионы различаются по химической природе входящих в них молекул, массой и подвижностью. Подвижность отрицательных ионов, как правило, больше, чем положительных [30]. У земной поверхности над сушей концентрация тяжелых ионов значительно больше, чем легких. Это обусловлено тем, что в результате нормальных процессов ионизации создаются лишь легкие ионы, а тяжелые ионы могут образовываться лишь в случае присоединения легких к частицам аэрозоля, концентрация которого в нижних слоях воздуха больше. При запыленности воздуха вследствие увеличения числа взвешенных в атмосфере частиц число легких ионов убывает, а число тяжелых возрастает. Кроме того, концентрации ионов могут меняться вследствие их переноса под действием электрических сил, а также диффузии от мест с большей концентрацией и их механического переноса с движущимися массами воздуха. Концентрация легких отрицательно заряженных аэроионов возрастает при прохождении теплых воздушных фронтов и снижается в холодных фронтальных массах воздуха. Летом лёгких ионов больше, чем зимой. Особенно их много после дождя. Во многих исследованиях показано, что увеличение концентрации легких отрицательных ионов положительно влияет на организм [31, 32]. Таким образом, изменение состояния электрического поля атмосферы может влиять на самочувствие людей посредством механизмов, обусловленных динамикой концентрации легких отрицательных аэроионов, вызванной собственно электрическими процессами в тропосфере или изменением концентрации аэрозолей в воздухе. Кроме того, поскольку при изменении абсолютной влажности и атмосферного давления ионизация воздуха также может меняться, то эти же механизмы могут в какой-то степени обусловливать и чувствительность к перепадам атмосферного давления и влажности.
В заключение необходимо отметить, что метео- и гелиогеофизические факторы вызывают ответные реакции в организме любого человека, однако их негативное влияние, которое обычно называется метеочувствительностью, в основном связано с пониженными адаптационными резервами организма.