Сатурация артериальной крови кислородом и ее динамика в соответствии с электромагнитным состоянием окружающей среды

Проблематика. Відомо, що напруженість геомагнітного поля різко змінюється під час глобальних магнітних збурень, які визначаються як магнітні бурі. Це пов’язано зі зміною сонячної активності, яка впливає на параметри сонячного вітру і стан магніто­сфери. Цей ланцюжок фізичних процесів з їх походженням на Сонці має назву космічна погода. Важливим є розуміння впливу космічної погоди на навколишнє середовище і біосферу. Зокрема, низькочастотна динаміка геомагнітного поля, яка пов’язана з умовами космічної погоди, видається цілком імовірним фактором, що впливає на стан людини і біологічних об’єктів під час магнітних бур. Мета. У роботі досліджується динаміка величини сатурації артеріальної крові киснем з урахуванням екстремальної космічної погоди при виникненні магнітних бур. Методика реалізації. Експериментальна установка для вимірювання величини відносної концентрації оксигемоглобіну в артеріальній крові (сатурації артеріальної крові киснем) являє собою спеціалізований пульсоксиметр-спектрофотометр. Виміри проводились за допомогою пульсоксиметричного датчика, що покриває першу фалангу пальця, а лазерне випромінювання спрямовувалось на другу фалангу. Як джерело електромагнітного випромінювання використовувався He-Ne-лазер із довжиною хвилі 632 нм. Значення геомагнітного поля з високим часовим розділенням (1 с) отримані в Гурбанівській геомагнітній обсерваторії (Словацька Республіка). Наднизькочастотні складові геомагнітного поля (0,1, 0,5, 0,01, 0,05, 0,001 і 0,0001 Гц) одержані за допомогою програмного пакета “Seewave-1.7.6”. Дані про магнітні бурі за 2015 рік були отримані з файлу Кіотського геомагнітного центру, в якому вказані дати й амплітуди магнітних бур на Землі. Результати. Було проаналізовано такі величини: середня величина сатурації артеріальної крові киснем у стані спокою, розмах коливань величини сатурації, зміни середньої величини сатурації під дією лазерного випромінювання. Моніторинг проводився щодня з 30 березня по 25 травня 2015 р. для групи з 33 осіб. За наявності збурень магнітного поля Землі середнє значення величини сатурації артеріальної крові киснем у стані спокою в 29 осіб із 33 становило 93,9 ± 0,9 %, розмах коливання величини сатурації становив 1,25 ± 0,24 %, а зміна середньої величини сатурації артеріальної крові киснем під дією лазерного випромінювання була 2,34 ± 0,41 %. У 4 досліджуваних розмах значень сатурації артеріальної крові в спокої не відрізнявся від випадку незбуреного геомагнітного поля. Висновки. Результати дослідження параметрів крові, а саме величини сатурації (і отже, оксигенації) артеріальної крові та її динаміки, обумовленої впливом лазерного випромінювання у випадку як незбуреного, так і збуреного геомагнітного поля, можна узагальнити таким чином: зниження оксигенації крові в разі порушення геомагнітного поля (умови магнітної бурі) цілком очевидне, хоча необхідні більш детальні статистичні дослідження поряд з біофізичними поясненнями; присутність кількох людей у спостережуваній групі, які мають постійний розмах величини сатурації артеріальної крові киснем, є, на нашу думку, одним із факторів, що пояснює різну частоту нападу кліщів на різних людей, хоча необхідні суворі медичні та епідеміологічні дослідження; динаміка зменшення величини сатурації артеріальної крові киснем під дією лазерного випромінювання у осіб, які мають чутливість до випромінювання, може буди показником ступеня впливу збурень геомагнітного поля.Background. As widely known, the geomagnetic field intensity does change abruptly during global magnetic disturbances specified as magnetic storms. Those are due to the changing solar activity influencing solar wind parameters and the state of the magnetosphere. This chain of physical processes with their origin in the Sun is described as the space weather. To understand the space weather effects in the environment is most important since those are related to the biosphere as well. Namely, the low-frequency geomagnetic field dy­namics, linked with space weather conditions, seems to be a quite probable factor influencing both the pathological and functional state of a human being and biological objects, in general, during magnetic storms. Objective. In this study, the dynamics of an oxygen saturation parameter in human arterial blood is analyzed with regard to extreme space weather when magnetic storms occur. Methods. Experimental setup for measuring changes of the relative concentration of oxyhemoglobin in arterial blood (saturation of arterial blood with oxygen), is a pulse oximeter-spectrophotometer. Measurements were carried out using pulse-oximetry sensor covering the first phalanx of a finger, and laser radiation was directed to the side of the second phalanx. The He-Ne laser with a wavelength of 632 nm was used as a source of electromagnetic radiation. Observational values of the geomagnetic field with a high-time resolution (1-sec) are obtained from the midlatitude Hurbanovo Geomagnetic Observatory (Slovak Republic). Deviations/oscillation ranges regarding the average value were calculated at all frequencies, and low pass filter was applied from the "Seewave-1.7.6" package (F-filter) for frequencies of 0.1, 0.5, 0.01, 0.05, 0.001, and 0.0001 Hz. The data on magnetic storms for 2015 were derived from the file of Kyoto Geomagnetic Center which indicated the dates and the amplitudes of magnetic storms on the Earth. Results. The following variables were analyzed: the average arterial oxygen saturation at the patient’s rest, peak-to-peak value of saturation, changes in the average oxygen saturation under laser radiation. A group of 33 persons was daily monitored from March 30, 2015, to May 25, 2015. In the presence of Earth's magnetic field disturbances, the average value of arterial oxygen saturation at the state of rest in 29 persons out of 33 was 93.9 ± 0.9%, peak-to-peak value of oxygen was 1.25 ± 0.24%, and the change in the average arterial oxygen saturation under laser radiation made up 2.34 ± 0.41%. In 4 persons under study the peak-to-peak value of saturation at rest did not differ from the case of the undisturbed geomagnetic field. Conclusions. The results of this study of some blood parameters, namely the oxygen saturation (and oxygenetion) value of the arterial blood and its dynamics due to exposed laser radiation in case of both the undisturbed and disturbed GMF, can be summarized as follows: the decrease of the blood oxygenation in case of the disturbed GMF (magnetic storm conditions) is quite apparent although more detailed statistical investigations along with biophysical explanations are needed; the presence of some experimentees in the observed group who have constant sweep of arterial blood oxygen saturation is, in our opinion, an aspect to explain the different frequency of tick attacks on various people although strict medical and epidemiological investigations are needed; the dynamics of the decrease of oxygen saturation in the arterial blood of human beings exposed to laser radiation, in persons with sensitivity to radiation, may be an indicator of the degree of influence of perturbations of the geomagnetic field.Проблематика. Известно, что напряженность геомагнитного поля резко изменяется во время глобальных магнитных возмущений, определяемых как магнитные бури. Это связано с изменяющейся солнечной активностью, влияющей на параметры солнечного ветра и состояние магнитосферы. Эта цепочка физических процессов с их происхождением на Солнце называется космической погодой. Важным является понимание влияния космической погоды на окружающую среду и биосферу. В частности, низкочастотная динамика геомагнитного поля, связанная с условиями космической погоды, представляется вполне вероятным фактором, влияющим на состояние человека и биологических объектов во время магнитных бурь. Цель. В данной работе исследуется динамика величины сатурации артериальной крови кислородом с учетом экстремальной космической погоды при возникновении магнитных бурь. Методика реализации. Экспериментальная установка для измерения величины относительной концентрации оксигемоглобина в артериальной крови (сатурации артериальной крови кислородом) представляет собой специализированный пульсоксиметр-спектрофотометр. Измерения проводились с помощью пульсоксиметрического датчика, покрывающего первую фалангу пальца, а лазерное излучение направлялось на вторую фалангу. В качестве источника электромагнитного излучения использовался He-Ne-лазер с длиной волны 632 нм. Значения геомагнитного поля с высоким временным разрешением (1 с) получены в Гурбановской геомагнитной обсерватории (Словацкая Республика). Сверхнизкочастотные составляющие геомагнитного поля (0,1, 0,5, 0,01, 0,05, 0,001 и 0,0001 Гц) получены с помощью программного пакета “Seewave-1.7.6”. Данные о магнитных бурях за 2015 год были получены из файла Киотского геомагнитного центра, в котором указаны даты и амплитуды магнитных бурь на Земле. Результаты. Были проанализированы следующие величины: средняя величина сатурации артериальной крови кислородом в состоянии покоя, размах колебаний величины сатурации, изменения средней величины сатурации под действием лазерного излучения. Мониторинг проводился ежедневно с 30 марта по 25 мая 2015 г. для группы из 33 человек. При наличии возмущений магнитного поля Земли среднее значение величины сатурации артериальной крови кислородом в состоянии покоя у 29 человек из 33 составляло 93,9 ± 0,9 %, размах колебания величины сатурации составил 1,25 ± 0,24 %, а изменение средней величины сатурации артериальной крови кислородом под действием лазерного излучения составило 2,34 ± 0,41 %. У 4 исследуемых размах значений сатурации артериальной крови в покое не отличался от случая невозмущенного геомагнитного поля. Выводы. Результаты исследования параметров крови, а именно величины сатурации (и значит, оксигенации) артериальной крови и ее динамики, обусловленной воздействием лазерного излучения в случае как невозмущенного, так и возмущенного геомагнитного поля, можно обобщить следующим образом: снижение оксигенации крови в случае нарушения геомагнитного поля (условия магнитной бури) вполне очевидно, хотя необходимы более подробные статистические исследования наряду с биофизическими объяснениями; присутствие нескольких людей в наблюдаемой группе, которые имеют постоянный размах величины сатурации артериальной крови кислородом, является, по нашему мнению, одним из факторов, объясняющих различную частоту нападения клещей на разных людей, хотя необходимы строгие медицинские и эпидемиологические исследования; динамика уменьшения величины сатурации артериальной крови кислородом под действием лазерного излучения у лиц, которые имеют чувствительность к излучению, может быть показателем степени влияния возмущений геомагнитного поля