Медицинские информационные системы: многомерный анализ медицинских и экологических данных

На рис. 1.4 изображена динамика геомагнитных индексов АР_А и АР_03. Кривые идут практически параллельно, совпадают значения минимумов и максимумов. Максимальное значение индекса АР_А и индекса АР_03 наблюдается в начале 2004 года и составляет 35 нТл.

Рис. 1.4. Многолетняя среднемесячная изменчивость геомагнитных индексов АР_А и АР_03

Рис. 1.5. Многолетняя среднемесячная изменчивость геомагнитных индексов СР и С9

Временная изменчивость геомагнитных индексов СР и С9 представлена на рис. 1.5. Видно, что ход линий похож, максимумы и минимумы двух индексов наблюдаются в одни и те же периоды. Максимум приходится на начало 2003 года.

Далее, на рисунках 1.6–1.9, представлены временные спектры геомагнитных индексов, используемых в данной работе.

Рис. 1.6. Временной спектр геомагнитного индекса АР03

Рис. 1.7. Временной спектр динамики геомагнитного индекса АР_А

Рис. 1.8. Временной спектр динамики геомагнитного индекса С9

Рис. 1.9. Временной спектр динамики геомагнитного индекса СР

Периодичность повторения в 13 лет наблюдается у всех четырех индексов, но не имеет совпадений ни с одним видом летальностей пациентов стационаров Санкт-Петербурга, сведения о которых будут приведены в главе 10. Так же во всех спектрах геомагнитных индексов присутствует период в 6 месяцев, который совпадает с летальностью пациентов от инфекций, заболеваний легких и операционной и послеоперационной летальностью при операциях на грудной клетке (см. главу 10). Такие периодичности, как 22 и 19,5 месяца, наблюдаемые у спектров геомагнитных индексов АР03 и АР_А, имеют совпадения только со спектральной плотностью летальности в отделениях торакальной хирургии. Периодичность 8,7 месяца имеется у двух геомагнитных индексов из четырех, это индексы С9 и СР, и эта периодичность также совпадает только со смертностью больных в отделениях торакальной хирургии.

1.5. Характеристика метеофакторов

1.5.1. Метеорологические факторы и их влияние на организм человека

Человек, находясь в условиях естественной внешней среды, подвергается влиянию различных метеорологических факторов: температуры, влажности и движения воздуха, атмосферного давления, осадков, облачности, солнечного и космического излучений и т. д. Погодные факторы действуют на нас разными путями. На кожу воздействуют температура, влажность, ветер, солнечные лучи, атмосферное электричество, радиоактивность. Через легкие люди ощущают температуру воздуха, влажность, ветер, чистоту воздуха, его ионизацию. Свет, шум, запах, температура, химический состав воздуха влияют на разные сенсорные системы организма (зрительную, слуховую, тактильную, вкусовую, обонятельную). Для восприятия электромагнитных излучений, которые генерируются атмосферными процессами, у человека не существует каких-либо специальных рецепторов. Такие электромагнитные воздействия мы ощущаем практически всеми системами организма. Перечисленные метеорологические факторы в совокупности определяют погоду.

Каждый из этих факторов в отдельности может оказывать влияние на различные функции организма человека (например, ветер усиливает теплоотдачу, затрудняет дыхание, нарушая координацию дыхательных движений и их нормальный ритм). Но обычно отдельные функции организма зависят от совокупности нескольких погодных факторов, например на процесс терморегуляции воздействуют температура, влажность и скорость движения воздуха. Часто интенсивность биотропного воздействия обусловлена не столько абсолютной величиной метеоэлементов, сколько их временным градиентом – чем быстрее происходит количественное изменение того или иного фактора, тем меньше времени у организма для адаптации и тем острее его ответная реакция. Поэтому важное место в климатофизиологии занимает изучение воздушных фронтов, прохождение которых сопровождается резким изменением атмосферного давления, температуры воздуха, облачности, осадками и пр.

Влияние климатических факторов на состояние организма осуществляется рефлекторно через центральную нервную систему. В естественных условиях человек находится под одновременным воздействием многих природных факторов, создающих в совокупности понятие погоды. Наиболее болезненно переносятся периоды смены типов погоды, и чем контрастнее и резче эта смена, тем отчетливее выражены патологические метеотропные реакции организма.

Погода – это физическое состояние атмосферы в данном месте в определенный период времени. Многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером местности (рельеф, почва, растительность и т. д.), и связанная с ним циркуляция атмосферы создают климат.

Существуют различные классификации погод в зависимости от того, какие факторы положены в основу. С гигиенической точки зрения различают три типа погоды: оптимальный, раздражающий и острый.

– Оптимальный тип погоды благоприятно действует на организм человека. Это умеренно влажные или сухие, тихие и преимущественно ясные, солнечные погоды.

– К раздражающему типу относят погоды с некоторым нарушением оптимального воздействия метеорологических факторов. Это солнечные и пасмурные, сухие и влажные, тихие и ветреные погоды.

– Острые типы погод характеризуются резкими изменениями метеорологических элементов. Это сырые, дождливые, пасмурные, очень ветреные погоды с резкими суточными колебаниями температуры воздуха и барометрического давления.

Почти все люди в той или иной степени реагируют на изменение погоды. Такая реакция часто не осознается, однако почти у всех людей изменяются разные физиологические показатели. Резкие изменения метеорологической ситуации, вызванные прохождением фронтов, влияют на работу механизмов, регулирующих функции человеческого организма.

Хотя на человека влияет климат в целом, в определенных условиях ведущую роль могут играть отдельные метеорологические элементы. Следует отметить, что влияние климата на состояние организма определяется не столько абсолютными величинами метеорологических элементов, свойственных тому или другому типу погоды, сколько непериодичностью колебаний климатических воздействий, являющихся в связи с этим неожиданными для организма.

Метеорологические элементы, как правило, вызывают у человека нормальные физиологические реакции, приводя к адаптации организма. На этом основано использование различных климатических факторов для активного воздействия на организм с целью профилактики и лечения различных заболеваний. Однако под влиянием неблагоприятных климатических условий в организме человека могут происходить патологические сдвиги, приводящие к развитию болезней. Всеми этими проблемами занимается медицинская климатология.

Температура воздуха. Этот фактор зависит от степени прогревания солнечным светом различных поясов земного шара. Перепады температур в природе достаточно велики и составляют более 100 °C.

Температура воздуха является одним из самых метеопатических факторов. Изменение теплового режима атмосферы вызывает в первую очередь соответствующие изменения теплообмена человека с окружающей средой. В результате действия холода возникают ознобления, отморожения и создаются условия для возникновения или обострения заболеваний органов дыхания. Хроническое охлаждение организма понижает сопротивляемость к инфекционным болезням (Гора Е. П., 2007).

Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, приводит в действие систему физиологических механизмов.

Продолжительное пребывание в условиях высокой температуры воздуха вследствие нарушения условий теплоотдачи вызывает повышение температуры тела, учащение пульса, ослабление функционального потенциала сердечно-сосудистой системы, понижение деятельности желудочно-кишечного тракта и т. д. При этом такие условия провоцируют головную боль, общее плохое самочувствие, одышку, понижение внимания и координации движений, существенно снижается работоспособность. Так, работоспособность при 24 °C снижается на 15 %, а при 28 °C – на 30 % (http://meteo.com.ua/articles/36). На самочувствие организма в условиях высокой температуры сильно влияет влажность. Повышенная влажность в этом случае является дополнительным и крайне неблагоприятным фактором.

Для тех, кто страдает ишемической болезнью сердца и бронхиальной астмой, высокая температура воздуха является серьезным фактором риска еще и потому, что содержание кислорода в воздухе понижено, из-за чего все органы и ткани организма испытывают существенно более сильное кислородное голодание.

Влияние температуры воздуха на человека сильно зависит от времени года. Очень теплая погода, которая может быть вполне комфортной в весенние или осенние месяцы, в зимнее время будет неблагоприятно влиять на самочувствие. Неестественно теплая погода в зимний период способна привести к депрессии. А резкие переходы от слякотной теплой погоды к сорокаградусному морозу или, наоборот, жаре негативно влияет на здоровье человека и даже может спровоцировать обострение психических расстройств. Однако умеренные колебания температуры воздуха не вредны и могут рассматриваться как благоприятный фактор. Зона температурного комфорта для здорового человека в спокойном состоянии при умеренной влажности и неподвижности воздуха находится в пределах 17–27 °C (Гора Е. П., 2007).

Влажность воздуха. Зависит от присутствия в воздухе водяных паров, которые появляются в результате конденсации при встрече теплого и холодного воздуха. Абсолютной влажностью называют плотность водяного пара или его массу в единице объема.

Переносимость человеком температуры окружающей среды зависит от относительной влажности. Относительная влажность воздуха – это процентное отношение количества содержащихся в определенном объеме воздуха водяных паров к тому их количеству, которое полностью насыщает этот объем при данной температуре.

При одной и той же температуре изменение содержания водяного пара в приземном слое атмосферы может оказать значительное воздействие на состояние организма. Одновременное повышение температуры и влажности воздуха резко ухудшает самочувствие человека и сокращает возможные сроки пребывания его в этих условиях (при этом происходит повышение температуры тела, учащение пульса, дыхания, появляются головная боль, слабость, понижается двигательная активность) (Гора Е. П., 2007). Большая влажность воздуха усиливает неблагоприятное воздействие как высоких, так и низких температур. При повышении влажности воздуха, препятствующей испарению с поверхности тела человека, тяжело переносится жара и усиливается действие холода. При теплой или холодной погоде с высокой влажностью становится труднее дышать, появляется кашель, обостряются бронхолегочные заболевания. Продолжительное пребывание людей в условиях высокой влажности и температурных перепадов понижает сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям, а также к ревматизму, туберкулезу (http://meteo.com.ua/articles/36). Неблагоприятное действие сухого воздуха проявляется только при относительной влажности менее 10 % и выражается в ощущении сухости во рту, горле, носу. Больные, страдающие бронхиальной астмой, чувствуют себя значительно хуже. В общем же влияние очень сухого воздуха на физиологические процессы не столь опасно, как влажного.

Умеренная влажность воздуха обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма. У человека она способствует увлажнению кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. От влажности вдыхаемого воздуха в определенной мере зависит поддержание постоянства влажности внутренней среды организма. Сочетаясь с температурными факторами, влажность воздуха создает условия для термического комфорта или нарушает его, способствуя переохлаждению или перегреванию организма.

Влажность воздуха играет роль в поддержании плотности кислорода в атмосфере, влияет на тепловой обмен и потоотделение.

При падении температуры воздуха относительная влажность растет, а при повышении – падает. В сухой и жаркой местности днем относительная влажность составляет от 5 до 20?%, в сырой – от 80 до 90 %. Во время выпадения осадков она может достигать 100 %.

Воздух считается сухим при влажности до 55?%, умеренно сухим – при 56–70?%, влажным – при 71–85?% и очень влажным (сырым) – выше 85?%. Влажность воздуха в сочетании с температурой может оказывать существенное влияние на организм. Наиболее благоприятным сочетанием для организма являются условия, при которых относительная влажность равна 50 %, а температура – 16–18 °C (http://domkurorta.ru/climatology). При повышении влажности воздуха, препятствующей испарению, тяжело переносится жара и усиливается действие холода. Холод и жара в сухом климате переносятся значительно легче, чем во влажном.

Границами, в пределах которых тепловой баланс человека в покое поддерживается уже со значительным напряжением, считают температуру воздуха 40 °C и влажность 30 % или температуру воздуха 30 °C и влажность 85 %.

Движение воздуха (ветер). Неравномерное прогревание различных участков земной поверхности приводит к перемещению воздушных масс. Холодные и тяжелые массы воздуха непрерывно вытесняют более теплые и легкие, создавая ветер. Скорость или сила ветра измеряется узлами, баллами и метрами в секунду.

Потоки воздушных масс, формирующиеся в разных регионах, могут захватывать с собой различные микроорганизмы (вирусы и бактерии), пыльцу растений, биологические молекулы в составе аэрозолей и переносить их на далекие расстояния. Все эти факторы могут оказывать определенное воздействие на людей, особенно если организм человека ранее не сталкивался с такими явлениями. В результате этого могут наблюдаться вспышки инфекционных заболеваний вирусной и бактериальной природы. Такие биотические факторы могут приводить к особенно серьезным проблемам с самочувствием у аллергиков и астматиков, потому что пыльца растений и аэрозоли, содержащие вещества биологического происхождения, могут провоцировать приступы аллергии и бронхиальной астмы.

Ветер, являясь составной частью погоды, может оказывать значительное влияние на организм. Нормальными для человека считают условия, когда в области термического комфорта дует тихий и легкий ветер со скоростью 1–4 м/с (Гора Е. П., 2007).

Влияние ветра достаточно разнообразно. В холодную погоду ветер оказывает охлаждающее действие на организм человека, унося прогретые им прилегающие к телу слои воздуха и прижимая к нему все новые порции холодного. При прохладной погоде сказывается коварное свойство большой влажности воздуха. Если же при этом погода ветреная, то теплоощущение еще ухудшается, так как ветер все время относит от тела обогретые и просушенные слои воздуха и нагоняет новые порции влажного и холодного воздуха, что усиливает процесс дальнейшего охлаждения тела (http://meteo.com.ua/articles/36). Умеренный ветер при холодной погоде стимулирует увеличение теплообразования. Он бодрит здорового человека, способствует закаливанию организма.

Таким образом, различные скорости движения воздуха вызывают неоднозначные изменения жизненных функций организма.

Атмосферное давление. На уровне моря в среднем атмосферное давление составляет 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). Общее барометрическое давление распределяется между составляющими воздух газами в соответствии с их процентным содержанием. Каждый газ имеет свое парциальное давление, т. е. суммарное давление всех молекул данного газа в объеме.

Считается, что одно из наиболее сильных влияний на самочувствие человека оказывает атмосферное давление, которое характеризуется значительными непериодическими колебаниями. Сильными считаются межсуточные перепады давления 10–20 гПа и более, резкими – 8 – 10 гПа, умеренными – 8 гПа, слабыми – 1–4 гПа (http://meteo.com.ua/articles/36). Человек, как и любой другой организм, не чувствует этого давления, так как оно уравновешивается его внутренним давлением.

Давление играет важную роль в функционировании организма. Вследствие разности парциальных давлений в теле человека совершается газообмен. Вся система кровообращения работает по принципу разности гидростатических давлений, которые находятся в коррелятивных связях с внешним давлением. Меняющееся давление в придаточных полостях черепа способствует кровообращению в мозге. Изменения разности давлений между внешней средой и замкнутыми полостями тела сказываются на состоянии человека.

Перепады атмосферного давления вызывают ряд функциональных изменений в организме. Прежде всего они касаются сердечно-сосудистой системы. Так, в нормальных условиях при повышении барометрического давления снижается артериальное давление, возрастает частота сердечных сокращений. При понижении барометрического давления отмечаются противоположные сдвиги. Могут возникнуть признаки кислородного голодания.

Синоптическая ситуация влияет и на химический состав воздуха. Из всех химических факторов абсолютное значение для жизненных процессов имеет кислород. Изменение содержания кислорода влияет на течение многих биологических процессов. При изменении метеорологических условий объемное содержание кислорода, его парциальное давление изменяются незначительно, тогда как плотность колеблется в широких пределах и может характеризовать комплексное влияние этих метеорологических факторов на человека. На границе метеофронтов атмосферное давление может изменяться в течение суток на 5 – 10 мм, а весовое содержание кислорода в воздухе может колебаться от 5 до 15 г/?м

. Это достаточно сильные колебания. Снижение абсолютного содержания кислорода в воздухе вследствие вариаций давления и влажности может приводить к кислородной недостаточности в органах и тканях организма.

На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определенной местности, обычное, то есть характерное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия. Характер и величина функциональных нарушений, обусловленных воздействием атмосферного давления, зависит от величины (амплитуды) отклонений атмосферного давления и, главным образом, от скорости его изменения (http://meteo.com.ua/articles/36). Сбой в работе регуляторных систем организма происходит чаще всего при резких непериодических колебаниях атмосферного давления и, как правило, превышающих 1 мм рт. ст. за час. В таких случаях даже у практически здоровых людей падает работоспособность, ощущается тяжесть в теле, появляется головная боль.

По характеру метеотропного воздействия парциального давления кислорода выделяют 2 основных типа погоды: