Мозг в электромагнитных полях

Глава 5. Экологическое значение геофизических электромагнитных полей

Медицинская сторона экологического значения естественных ЭМП прежде всего находит выражение в корреляции между изменениями ЭМП и обострением различных заболеваний, хотя здоровые люди тоже небезразличны к этому фактору.

Среди анализируемых заболеваний первое место занимают сердечно-сосудистые, инфекционные, нервные и психические, а также глазные и другие заболевания.

Объединить довольно разрозненный материал о корреляции колебаний геофизических факторов с обострениями очень разнообразных заболеваний можно при учете влияния этих факторов (в частности, ЭМП) на регуляторные процессы организма. При таком допущении естественные ЭМП должны влиять и на регуляторные процессы здорового организма.

Было показано, что вегетативная нервная система практически здоровых людей и больных атеросклерозом чувствительна к воздействию геомагнитных возмущений. Однако реакции здоровых людей при малых и умеренных магнитных бурях заключались в усилении тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы. В то же время у большинства больных атеросклерозом, гипертонической или ишемической болезнью сердца наблюдалось усиление тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Клинические наблюдения показали, что такие вегетативные сдвиги могут в какой-то мере определять характер течения заболевания.

Интересно, что у некоторых здоровых людей (преимущественно у мужчин) также наблюдали преобладание тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, что может свидетельствовать о большей чувствительности мужского организма к ЭМП.

При анализе управляющих функций организма, т. е. нервной и гуморальной регуляции, у здоровых мужчин в возрасте 17—25 лет, проживающих в условиях Европейского Севера, выяснилась очень тесная связь между изменениями ГМП по К-индексу и колебаниями экскреции нейтральных 17-кетостероидов, а также с колебаниями температуры кожного покрова [Холодов, 1975].

Рис. 7. Корреляция знака межпланетного магнитного поля с показателями нервной деятельности

Обработка методом наложенных эпох границ секторов межпланетного магнитного поля (абсцисса — сутки после перемены знака поля) и психопатологического состояния в относительных единицах (ордината) у больных [Мансуров и др., 1975]

Перечисленные примеры показывают биотропность одного из параметров естественных ЭМП, а именно интенсивности. Учет этого параметра уже реализован практически.

В Ялтинском научно-исследовательском институте физических методов лечения и медицинской климатологии имени И. М. Сеченова Министерства здравоохранения УССР создан прибор — анализатор электромагнитных импульсов, возникающих во время гроз и магнитных бурь.

Полученная с помощью этого прибора информация дает возможность врачам заранее предсказывать развитие нежелательных реакций у пациентов в связи с резкими колебаниями ЭМП.

При анализе влияния естественных МП на биологические системы много внимания уделяется вектору МП в качестве основного биотропного параметра. Сюда относятся сообщения о возможной ориентации мигрирующих животных по ГМП [Ossenkopp, Barbeito, 1978; Gerisch, Becker, 1979], об ориентации частей растений в ГМП, об изменении видового состава глубоководной морской фауны при смене полярности геомагнитных полюсов. Как видно из приведенных фактов, в орбиту интересов биологов и медиков постепенно вовлекаются разные компоненты окружающего нашу планету МП, параметры которого в значительной степени определяются деятельностью Солнца. Известны многочисленные сообщения о корреляции солнечной активности с изменениями некоторых биологических процессов, о чем интересно писал известный гелиобиолог A. Л. Чижевский [1973].

Первые публикации о наличии корреляции между переменой знака межпланетного магнитного поля и некоторыми биологическими процессами появились только в 1975 г. и связаны они с именем геофизика С. М. Мансурова (рис. 7).

За последние годы увеличилось число указаний на связь между изменениями межпланетного магнитного поля (МПМП) и деятельностью различных биологических систем. Сюда следует отнести сообщения о корреляции указанного астрофизического параметра с нейропсихическими расстройствами, с обострением нейровегетативных заболеваний, с изменением порога слияния частоты световых мельканий у здоровых людей в условиях Антарктиды, с вариациями интенсивности роста различных клеточных структур в отдельных пунктах Сибири [Казначеев и др., 1981].

Следует заметить, что увеличение числа публикаций о корреляции изменений секторной структуры МПМП с биологическими процессами еще не решает важного вопроса, связанного с механизмом такой корреляции.

Не исключено прямое влияние перемены знака МПМП на функции биообъекта, что показано в экспериментах со слабыми и сверхсильными искусственными МП. Недавно появилось интересное сообщение о том, что биотропность вектора МП сохраняется только до определенной величины индукции МП (около 0,5 мТл), а при увеличении интенсивности этот параметр перестает влиять на биологическую реакцию.

Высказывается предположение, что вариация вектора МП может влиять на изменение структуры и энергии электронного облака гипотетической биомолекулы. Конечно, такой подход требует дополнительных экспериментальных и теоретических исследований.

Более привлекательной считается гипотеза опосредованного влияния смены знака МПМП на биосистемы через изменение интенсивности низкочастотных пульсаций ГМП. Но эта гипотеза также нуждается в теоретической поддержке со стороны общей магнитобиологии, поскольку смена знака МПМП сопровождается ослаблением пульсаций ГМП, а биологическое действие ослабленных МП изучено еще очень слабо. Показано, что к ослабленным МП наиболее чувствительны эмбриональные стадии организма млекопитающих и микроорганизмы, но именно эти объекты еще не стали предметом пристального внимания со стороны исследователей, изучающих биологическое действие межпланетного МП.

Гипотеза опосредованного механизма биологического действия МПМП характеризуется чрезмерной широтой, поскольку включает в себя анализ параллельных изменений геофизических факторов не только электромагнитной природы (хотя и их число еще четко не определено), но и звуковой, радиоактивной и т. п.

Важно заметить, что отмеченные две гипотезы (прямого и опосредованного биологического действия МПМП) не обязательно исключают друг друга. Для оценки вклада разных механизмов в осуществление сложных процессов взаимодействия биосферы с окружающей средой требуются значительные усилия различных специалистов. Однако роль вектора ГМП более четко выявляется при изучении ориентации животных.

Традиционно уже более 100 лет обсуждается проблема геомагнитной ориентации при анализе дальних миграций птиц. Приводятся обычно данные поведенческого плана, полученные в полевых или экспериментальных условиях. За последнее десятилетие появилось большое количество статей в СССР, США и ФРГ, свидетельствующих о многофакторном характере процесса ориентации, о включении геомагнитной ориентации при отсутствии других указателей, об исчезновении ориентации в случае помещения птицы в экранированное пространство. Отмечали нарушение ориентации у голубей и у чаек во время магнитных бурь. Нам неизвестны нейрофизиологические исследования механизма восприятия птицами естественных ЭМП.

Больше в этом отношении повезло рыбам, ориентацию которых в ЭМП изучали не только методами наблюдения поведенческих реакций, но и нейрофизиологическими.

Импульсную электрическую активность нейронов акустико-латеральной области мозга морского ската регистрировали при воздействии МП на рыбу. Характер реакции на изменение МП отчетливо зависел от вектора. Одна группа нейронов реагировала возбуждением на южное направление МП и торможением на северное, а другая группа нейронов отвечала противоположным образом. Реагировали только те нейроны, которые были связаны с электрорецепторной системой [Броун и др., 1977].

Зависимость направленности нейронального ответа от стороны расположения нейрона связывают с билатеральной симметрией ампул Лоренцини. Этому обстоятельству придают важное биологическое значение, поскольку таким образом создается определенная мозаика процессов возбуждения и торможения, позволяющая отличать МП от других раздражителей. Пороговым изменением МП для нейрональных ответов явилось 0,08 мТл/c, что свидетельствует о возможности восприятия ГМП электрорецепторами электрических рыб.

При изучении ориентации насекомых в ГМП, как и при изучении ориентации птиц, использовали в основном поведенческие методики. Так же обстояло дело и при изучении ориентации в ЭМП моллюсков, червей и одноклеточных.

Подытоживая обширный материал по ориентации животных во времени и пространстве с помощью естественных ЭМП, мы можем заключить, что эти факты можно считать установленными, но нейрофизиологический механизм их реализации установлен только для электрических рыб.

Накапливающиеся материалы имеют прямое отношение к проблеме «биологических часов», а вернее, к зарождающейся хронобиологии и потому должны изучаться в более широком плане.

В любом экспериментальном исследовании влияния искусственного ЭМП на различные биологические системы мы используем его как инструмент, изменяющий состояние биологического материала. Здесь нужно сделать акцент на том, что в таких исследованиях мы узнаем не только о новых свойствах ЭМП (его способность оказывать биологическое действие), но и новые свойства самой биологической системы, на которое это действие направлено. Существует мнение, что эта сторона является наиболее важной. Можно напомнить, что большинство биологических процессов основано на химических реакциях. Химические свойства веществ в конечном итоге объясняются взаимодействием атомных ядер и электронов.

Принципы химии определяются более фундаментальными науками: электродинамикой и квантовой механикой. Соответственно электрические и магнитные поля служат экспериментальным инструментом для получения информации об основных явлениях. Однако очень трудно создать ЭП атомных размеров, если среда является проводником I и II рода. С другой стороны, МП не подвергается влиянию среды, с которой мы обычно сталкиваемся в химических и биологических системах, и, таким образом, идеально соответствует целям глубокого проникновения в основные биологические процессы.

При общей характеристике исследований по биологическому действию ЭМП следует отметить преобладание эмпирических подходов к решению сложных задач, которые требуют многодисциплинарного решения при коллективном участии многих специалистов. Иными словами, проблемы первичных механизмов биологического действия ЭМП должны решаться в первую очередь. Здесь необходимо учитывать, что ЭМП могут влиять не только прямо на биологические структуры, но и на окружающие их компоненты, и прежде всего на водные растворы [Классен, 1978]. Не перечисляя всех возможных первичных механизмов биологического действия ЭМП, нужно подчеркнуть, что, обладая проникающим действием, ЭМП могут служить удобным инструментом исследования фундаментальных свойств биосистем. Важно изучать не только первичные механизмы, но и способы реализации биологического действия ЭМП на разных уровнях организации биосистемы.

Конечную задачу электромагнитной биологии можно определить как изучение возможности управления деятельностью биологических систем разного уровня организации с помощью изменения параметров воздействующего ЭМП. Эта задача является кибернетической по своей сущности и потому требует точного знания параметров управляющего фактора (ЭМП) и параметров управляемой системы (биообъект). Последнее мы узнаем при учете достижений всего комплекса биологических наук, но оценку степени биотропности отдельных параметров ЭМП может дать только электромагнитная биология.

Широкие проблемы физиологического действия ЭМП, намеченные еще в начале этого века В. Я. Данилевским, в наше время могут быть разрешены благодаря успехам радиоэлектроники и вычислительной техники, а также благодаря совершенствованию методов биологического эксперимента.

Таким образом, практическая, как и теоретическая, актуальность изучения биологического действия ЭМП с каждым днем увеличивается. Предпринято много усилий для создания национальных программ в этой области исследований. За последние десятилетия электромагнитная биология прошла большой путь до признания за ней важной роли в системе биологических наук. Необходимо расширять исследования в этой перспективной области, повышать их методический уровень, чтобы глубже понять биологическое действие одного из важнейших факторов среды. Такое расширение неизбежно приводит к вовлечению новых объектов и методов в изучение биологического действия ЭМП.

Применение в последние годы сверхчувствительных магнитометров позволило обнаружить слабые ферромагнитные включения вначале у бактерий, потом у моллюсков, у пчел и у голубей. Появились сообщения, что такие включения можно обнаружить в головном мозгу дельфина. Поскольку поиски своеобразного «компаса» в различных биосистемах непрерывно расширяются, мысль о возможности биологического действия естественных МП становится привычной, а механизм этого действия ясным с физической точки зрения.

То обстоятельство, что некоторые бактерии синтезируют ферромагнитные включения, образуя новое для биологов внутриклеточное образование, «магнитосому», свидетельствует об экологической значимости ГМП.

В конце главы хочется отметить, что естественные ЭМП могут менять поведение различных представителей животного мира. Однако такие факты требовали экспериментальных подтверждений в строго контролируемых условиях. Кроме того, гигиенический и терапевтический подходы к оценке биологического действия ЭМП указывали на заинтересованность нервной и эндокринной систем в осуществлении реакций организма на ЭМП. Все это подчеркивает актуальность изучения поведения экспериментальных животных в различных ЭМП.