Геофизические процессы и биосфера: статья

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА КОГНИТИВНЫЕ ФУНКЦИИ КУРСАНТОВ ВОЕННОГО ВУЗА
К.И. ПАВЛОВ1
А.В. СЫРЦЕВ1
В.Н. МУХИН2
А.Н. АРХИМУК1
Е.А. МИХЕЕВА1
С.В. НИКОЛАЕВА1
Н.М. АНДИЕВА1
В.Г. КАМЕНСКАЯ3
М.И. ПЕТРЕНКО1
1 Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия им. адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова»
2 Институт экспериментальной медицины
3 Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 18
Номер: 3
Год: 2019
Страницы: 5-28
УДК: 57.045
DOI: 10.21455/GPB2019.3-1
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: экологическая физиология, экологические факторы, когнитивные функции, ЭЭГ, биоэлектрическая активация коры, вариабельность сердечного ритма, фотоплетизмография, сосудистый тонус
Аннотация: Актуальность изучения влияния экологических факторов на когнитивные функции человека и их электрофизиологические проявления обусловлена недостатком современных экспериментальных исследований в этой области. Цель работы - изучить влияние сезонных изменений метеорологических и космофизических факторов на когнитивные функции и оценить их электрофизиологические проявления. Исследования проводились в военно-морском институте (г. Санкт-Петербург) в осенне-зимний и весенний периоды. В качестве испытуемых выступали 81 курсант первого курса. Снятие электроэнцефалограммы, регистрация показателей вариабельности сердечного ритма и кардиоваскулярных характеристик сердечно-сосудистой системы проводились одновременно с предъявлением психофизиологических проб в осенне-зимний и весенний периоды. Установлено, что в осенне-зимний период при более высоких солнечной активности, скорости ветра, общей облачности и низких температурах у курсантов происходит смещение баланса нервных процессов в сторону торможения, снижение эффективности произвольного внимания и пространственной ориентации, понижается продуктивность решения арифметических задач. При этом отмечаются разнонаправленные изменения биоэлектрической активности сенсомоторной коры правого и левого полушарий головного мозга в зависимости от вида функциональных проб, а также снижение вариабельности сердечного ритма и сосудистого тонуса.
Список литературы: Агаджанян Н.А., Власова И.Г., Ермакова Н.В., Торшин В.И. Основы физиологии человека. М.: РУДН, 2005. 408 с.

Артемова А.А., Романов Б.В., Григорьев П.Е. Влияние геомагнитной возмущенности на качество выполнения дельфинами поставленных задач // Таврич. мед.-биол. вестн. 2016. T. 19, № 4. С. 6-12.

Баевский Р.М., Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) // Вестн. аритмологии. 2001. № 24. С. 65-87.

Баевский Р.М., Берсенев Е.Ю., Орлов О.И., Ушаков И.Б., Черникова А.Г. Проблема оценки адаптационных возможностей человека в авиакосмической физиологии // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2012. Т. 98, № 1. С. 95-107.

Белишева Н.К., Мартынова А.А., Соловьевская Н.Л., Пряничников С.В., Завадская Т.С., Мегорский В.В. Связь параметров межпланетного магнитного поля и солнечного ветра в области полярного каспа с психофизиологическим состоянием жителей арх. Шпицберген // Вестн. КНЦ РАН. 2018. Т. 4, № 10. С. 5-24.

Блакидная П.А., Смышляев С.П., Атласкин Е.М., Шаарийбуу Г. Модельное исследование влияния солнечной активности на газовый состав и тепловой режим атмосферы // Уч. зап. Рос. гос. гидромет. ун-та. 2010. № 12. С. 25-36.

Власова С.П., Ильченко М.Ю., Казакова Е.Б., Калакутский Л.И., Комарова М.В., Лебедев П.А., Лебедева Е.П., Максимова Л.Н., Соболева Е.В. Дисфункция эндотелия и артериальная гипертензия. Самара: ООО «Офорт», 2010. 192 с.

Гинзбург А.С., Виноградова А.А., Фёдорова Е.И., Никитич Е.В. Содержание кислорода в атмосфере крупных городов и проблемы дыхания // Геофизические процессы и биосфера. 2014. T. 13, № 2. C. 5-19.

Дещеревский А.В., Сидорин А.Я. Исследование значимости корреляции электрической активности рыб и электротеллурического поля // Биофизика. 2004. Т. 49, вып.4. С. 715-722.

Зенков Л.Р., Ронкин М.А. Функциональная диагностика нервных болезней: Рук-во для врачей. 5-е изд. М.: Медпресс-информ, 2013. 488 с.

Зенченко Т.А., Медведева А.А., Потолицына Н.Н., Паршукова О.И., Бойко Е.Р. Соотношение динамики минутных колебаний пульса и биохимических показателей крови здоровых людей с геомагнитными пульсациями РС5-6 // Биофизика. 2015. Т. 60, № 2. С. 385-394.

Каменева Е.Г., Софронов Г.А., Жирков А.М. Роль погодных факторов в изменении психофизиологического состояния здорового человека и больного ИБС при воздействии Солнца // Мед. акад. журн. 2014. Т. 14, № 1. С. 66-73.

Кануников И.Е., Белов Д.Р., Гетманенко О.В. Влияние геомагнитной активности на электроэнцефалограмму человека // Экология человека. 2010. № 6. С. 6-11.

Конрадов А.А., Коломийцев О.П., Иванов-Холодный Г.С., Петров В.Г. Периодика в динамике авиационных катастроф и ее связь с солнечной активностью // Биологические эффекты солнечной активности. Пущино, 2004. С. 48-49.

Кузьменко Н.В., Плисс М.Г., Рубанова Н.С., Цырлин В.А. Влияние магнитной бури на параметры гемодинамики и вариабельность сердечного ритма у нормотензивных крыс линии Wistar // Трансляционная медицина. 2017. Т. 4, № 1. С. 49-54.

Марков А.Л., Солонин Ю.Г., Бойко Е.Р. Влияние метеорологических параметров на вегетативную регуляцию ритма сердца у жителей Европейского Севера: Индивидуальный контроль // Вестн. Твер. гос. ун-та. Сер. Биология и экология. 2018. № 1. С. 21-29.

Михайлов А.И., Шилов Г.В., Шалимов П.М. Мониторинг воздействия гелиофизических факторов на здоровье, безопасность и надежность, профессионального функционирования человека в аэронавтике и других системах экстремального риска // Биологические эффекты солнечной активности. Пущино, 2004. С. 36-37.

Мосягин И.Г. Стратегия развития морской медицины в России на период до 2020 года и дальнейшую перспективу // Морская медицина. 2015. Т. 1, № 1. С. 10-19.

Мухин В.Н., Яковлев Н.М., Клименко В.М. Связь вариабельности сердечного ритма с уровнем активации лобной коры // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2011. Т. 97, № 11. С. 1281-1288.

Мухин В.Н., Павлов К.И., Абдурасулова И.Н., Клименко В.М. Факторы солнечной активности стимулируют локомоторное и ориентировочно-исследовательское поведение крыс // Геофизические процессы и биосфера. 2017. T. 16, № 4. С. 56-66. https://doi.org/10.21455/GPB2017.4-5

Нагорский П.М., Зенченко Т.А., Пустовалов К.Н., Черепнев М.С., Яковлев Г.А., Яковлева В.С. Влияние города (техносферы) на вариации электрофизических и радиационных величин // Вестн. КРАУНЦ. Сер. Физ.-матем. науки. 2017а. № 4 (20). С. 64-75.

Нагорский П.М., Зенченко Т.А., Пустовалов К.Н., Черепнев М.С., Яковлева В.С. Об искажении вариаций геофизических величин при исследовании биологических объектов // А.Л. Чижевский. Вклад в науку и культуру: Материалы I Междунар. науч.-практ. конф., посвященной сохранению творческого наследия и развитию идей A.Л. Чижевского. 2017б. С. 93-95.

Новик О.Б., Смирнов Ф.А. Геомагнитная буря уменьшает когерентность электрических колебаний головного мозга при работе на компьютере // Биофизика. 2013. Т. 58, № 3. С. 554-560.

Павлов К.И., Каменская В.Г. Влияние геокосмических и метеорологических факторов на психологические и психофизиологические характеристики перцептивно-моторных реакций и распознавания символов у девушек с разным уровнем ювенильности // Сознание и физическая реальность. 2013. Т. 18, № 5. С. 21-29.

Павлов К.И., Мухин В.Н., Каменская В.Г., Клименко В.М. Зависимость уровня активации коры головного мозга женщин от различных экологических факторов // Геофизические процессы и биосфера. 2015. T. 14, № 4. С. 22-36.

Павлов К.И., Сырцев А.В., Мухин В.Н., Архимук А.Н., Михеев А.В., Копытова Ю.С., Хамитова Е.А., Сысоев В.Н., Петренко М.И. Определение информативности электрофизиологических показателей для оценки военно-профессиональной адаптации курсантов военно-морского института // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2019. Т. 53, № 3. С. 57-66.

Подзноева З.Л. Влияние техногенных и природных факторов на организм человека (обзор) // Экология промышленного производства. 2010. № 2. С. 31-35.

Поскотинова Л.В., Григорьев П.Е. Зависимость типологических особенностей вегетативных реакций здоровых лиц от фоновых показателей гелиометеофакторов // Экология человека. 2008. № 5. С. 3-8.

Программно-методическое обеспечение объективный психологический анализ и тестирование «Эгоскоп»: Метод. справ. в 2 т. М.: НПКФ «Медиком МТД», 2014. Т. 1. 261 с.

Птицына Н.Г., Копытенко Ю.А., Исмагилов В.С., Коробейников А.Г. Электромагнитная безопасность электротранспортных систем: Основные источники и параметры магнитных полей // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 2 (84). С. 65-71.

Рожков В.П., Белишева Н.К., Мартынова А.А., Сороко С.И. Психофизиологические и кардиогемодинамические эффекты гелиогеомагнитных и метеорологических факторов у человека в условиях Заполярья // Физиология человека. 2014. Т. 40, № 4. С. 51-64.

Сидорин Д.И. Динамика концентрации углекислого газа в воздухе и ее влияние на когнитивную способность школьников // Геофизические процессы и биосфера. 2015. Т. 14, № 2. С. 67-80.

Склярова Е.А., Чередниченко И.В. Негативное влияние техногенного общества на психоэмоциональное состояние человека // Всероссийская научно-практическая конференция «Проблема человека в современной философии техники», г. Ростов-на-Дону, 29 марта 2018 г. Ростов Н/Д, 2018. С. 159-161.

Смышляев С.П., Галин В.Я., Зименко П.А., Кудрявцев А.П. Моделирование влияния изменений спектральных потоков солнечной радиации, вызванных солнечной активностью, на содержание атмосферного озона // Метеорология и гидрология. 2005. № 8. С. 25-37.

Сороко С.И., Бекшаев С.С., Белишева Н.К., Пряничников С.В. Амплитудно-частотные и пространственно-временные перестройки биоэлектрической активности мозга человека при сильных возмущениях геомагнитного поля // Вестн. СВНЦ ДВО РАН. 2013. № 4. С. 111-122.

Спивак А.А., Локтев Д.Н., Рыбнов Ю.С., Соловьев С.П., Харламов В.А. Геофизические поля мегаполиса // Геофизические процессы и биосфера. 2016. Т. 15, № 2. С. 39-54.

Сысоев В.Н., Ганапольский В.П., Мясников А.А., Благинин А.А., Сильников М.В., Шабанов П.Д. Физиология военного труда: Учеб. пособие. СПб.: Любавич, 2011. 456 с.

Тягунов Д.С. Распределение техногенного магнитного шума низких частот по площади крупного промышленного города // Геофизические процессы и биосфера. 2017. Т. 16, № 4. С. 21-27. https://doi.org/10.21455/GPB2017.4-2

Урбах В.Ю. Математическая статистика для биологов и медиков. M.: Изд-во АН СССР, 1963. 322 с.

Хампель Ф., Рончетти Э., Рауссеу П., Штаэль В. Робастность в статистике: Подход на основе функций влияния. М.: Мир, 1989. 512 с.

Хаснулин В.И., Хаснулина А.В., Безпрозванная Е.А. Асимметрии функциональной активности полушарий мозга и обеспечение эффективной адаптации к геоэкологическим факторам высоких широт // Мир науки, культуры, образования. 2011. № 2. С. 308-311.

Холлендер М., Вулф Д. Непараметрические методы статистики / Пер. с англ. Д.С. Шмерлинга; науч. ред. Ю.П. Адлера, Ю.Н. Тюрина. М.: Финансы и статистика, 1983. 518 с.

Хорсева Н.И. Возможность использования психофизиологических показателей для оценки влияния космофизических факторов // Геофизические процессы и биосфера. 2013. Т. 12, № 2. С. 34-56.

Цыганков К.В., Григорьев П.Е. Влияние гелиогеофизических факторов на латерализацию инсультов головного мозга // Асимметрия. 2009. Т. 3, № 4. С. 56-79.

Шеповальников В.Н., Сороко С.И. Метеочувствительность человека. Бишкек: Илим, 1992. 247 c.

Яценко М.В., Кайгородова Н.З. Влияние погодных условий на показатели умственной работоспособности и биоэлектрическую активность головного мозга студентов // Вестн. КемГУ. Сер. Биологические, технические науки и науки о Земле. 2017. № 1. С. 31-36.

Яценко М.В., Кайгородова Н.З., Казин Э.М., Федоров А.И. ЭЭГ-корреляты влияния эндогенных и экзогенных факторов на умственную работоспособность студентов // Физиология человека. 2018. Т. 44, № 6. С. 36-48.

Armour J.A., Ardell J.L. Peripheral autonomic neuronal interactions in cardiac regulation // Neurocardiology. N.Y.: Oxford Univ. Press, 1994. P. 219-244.

Babayev E.S., Allahverdiyeva A.A. Geomagnetic storms and their influence on the human brain functional state // Revista CENIC Ciencias Biológicas. 2005. V. 36, especial is. P. 38-45.

Belov D.P., Getmanenko O.V., Kiselev B.V. Biphasic response of the human nervous system to geomagnetic storms studied by EEG // Ross. Fiziol. Zh. im. I.M. Sechenova. 2001. V. 87, N 3. P. 296-313.

Belov D.R., Kanunikov I.E., Kiselev B.V. Dependence of human EEG spatial synchronization on the geomagnetic activity on the day of experiment // Ross. Fiziol. Zh. im. I.M. Sechenova. 1998. V. 84, N 8. P. 761-74.

Breus T.K., Gurfinkel Yu.I., Zenchenko T.A., Ozheredov V.A. Comparative analysis of different vascular tone sensitivity parameters to meteorological and geomagnetic factors // Izvestiya Atmospheric and Oceanic Physics. 2010. V. 46, N 8. P. 965-972.

Critchley H.D., Corfield D.R., Chandler M.P., Mathias C.J., Dolan R.J. Cerebral correlates of autonomic cardiovascular arousal: a functional neuroimaging investigation in humans // J. Physiol. 2000. V. 523, N 1. P. 259-270.

Dimitrova S. Influence of local geomagnetic storms on arterial blood pressure // Bioelectromagnetics. 2004. V. 25. P. 408-414.

Dimitrova S. Cosmic rays variations and human physiological state // Sun and Geosphere. 2009. V. 4, N 2. P. 79-83.

Dimitrova S., Angelov I., Petrova E. Solar and geomagnetic activity effects on heart rate variability // Natural Hazards. 2013. V. 69, N 1. P. 25-37.

Doronin V.N., Parfentĕv V.A., Tleulin S.Zh., Namvar R.A., Somsikov V.M., Drobzhev V.I., Chemeris A.V. Effect of variations of the geomagnetic field and solar activity on human physiological indicators // Biofizika. 1998. V. 43, N 4. P. 647-653.

Gurfinkel Y., Breus T., Zenchenko T., Ozheredov V. Investigation of the effect of ambient temperature and geomagnetic activity on the vascular parameters of healthy volunteers // Open J. Biophysics. 2012. V. 2. P. 46-55.

Lacey B.C., Lacey J.I., Obrist P.A., Black A.H., Brener J., Dicara L.V. Studies of heart rate and other bodily processes in sensorimotor behavior // Cardiovascular psychophysiology: Current issues in response mechanisms, biofeedback, and methodology. Chicago: Aldine, 1974. P. 538-564.

Mahinrad S., Jukema J.W., van Heemst D., Macfarlane P.W., Clark E.N., de Craen A.J., Sabayan B. 10-second heart rate variability and cognitive function in old age // Neurology. 2016. V. 86, N 12. P. 1120-1127.

Mahinrad S., van Heemst D., Macfarlane P.W., Stott D.J., Jukema J.W., De Craen A.J., Sabayan B. Short-term heart rate variability and cognitive function in older subjects at risk of cardiovascular disease // J. Hypertens. 2015. V. 33. P. 33-40.

Markov A.L., Zenchenko T.A., Solonin Iu.G., Boĭko E.R. Vulnerability to atmospheric and geomagnetic factors of the body functions in healthy male dwellers of the Russian North // Aviakosm. Ekolog. Med. 2013. V. 47, N 2. P. 29-33.

McCraty R., Shaffer F. Heart rate variability: New perspectives on physiological mechanisms, assessment of self-regulatory capacity, and health risk // Glob. Adv. Health Med. 2015. V. 4, N 1. P. 46-61.

McCraty R., Atkinson M., Stolc V., Alabdulgader A.A., Vainoras A., Ragulskis M. Synchronization of human autonomic nervous system rhythms with geomagnetic activity in human subjects // Intern. J. Environ. Res. Public Health. 2017. V. 14, N 7. P. 770-773.

Motta E., Gołba A., Bal A., Kazibutowska Z., Strzała-Orzeł M. Seizure frequency and bioelectric brain activity in epileptic patients in stable and unstable atmospheric pressure and temperature in different seasons of the year a preliminary report // Neurol. Neurochir. 2011. V. 45, N6. P. 561-566.

Mulligan B.P., Hunter M.D., Persinger M.A. Effects of geomagnetic activity and atmospheric power variations on quantitative measures of brain activity: Replication of the Azerbaijani studies // Advances in Space Res. 2010. V. 45, N 7. P. 940-948.

Muthukrishnan S.P., Gurja J.P., Sharma R. Does heart rate variability predict human cognitive performance at higher memory loads? // Indian J. Physiol. Pharmacol. 2017. V. 61, N 1. P. 14-22.

Otsuka K., Cornelissen G., Halberg F. Heart rate variability reflecting the dynamics of solar activity // Chronomics and continuous ambulatory blood pressure monitoring. 2016. P. 405-428.

Otsuka K., Cornélissen G., Weydahl A., Holmeslet B., Hansen T.L., Shinagawa M., Kubo Y., Nishimura Y., Omori K., Yano S., Halberg F. Geomagnetic disturbance associated with decrease in heart rate variability in a subarctic area // Biomed Pharmacother. 2001. V. 55, N 1. P. 51-56.

Ozheredov V.A., Chibisov S.M., Blagonravov M.L., Khodorovich N.A., Demurov E.A., Goryachev V.A., Kharlitskaya E.V., Eremina I.S., Meladze Z.A. Influence of geomagnetic activity and earth weather changes on heart rate and blood pressure in young and healthy population // Intern. J. Biometeorol. 2017. V. 61, N 5. P. 921-929.

Pavlov K.I., Mukhin V.N., Kamenskaya V.G., Klimenko V.M. Dependence of cerebral-cortex activation in women on environmental factors // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2016. V. 52, N 7. P. 737-744.

Pishchalnikova R.Y., Gurfinkelbc Y.I., Sarimova R.M., Vasindf A.L., Sasonkoef M.L., Matveevaa T.A., Binhia V.N., Baranove M.V. Cardiovascular response as a marker of environmental stress caused by variations in geomagnetic field and local weather // Biomed. Signal Proces. and Control. 2019. V. 51. P. 401-410.

Ptitsyna N.G., Villoresi G., Dorman L.I., Iucci N., Tyasto M.I. Natural and man-made low-frequency magnetic fields as a potential health hazard // Phys. Usp. 1998. V. 168, N 7. P. 767-791.

Rozhkov V.P., Belisheva N.K., Martynova A.A., Soroko S.I. Psychophysiological and cardiohemodynamic effects of solar, geomagnetic, and meteorological factors in humans under the conditions of the arctic region // Human Physiology. 2014. V. 40, N 4. P. 397-409.

Rohzkov V.P., Trifonov M.I., Bekshaev S.S., Belisheva N.K., Pryanichnikov S.V., Soroko S.I. Estimation of the effects of geomagnetic and solar activity on the human brain bioelectrical processes with structural function // Ross. Fiziol. Zh. im. I.M. Sechenova. 2016. V. 102, N 12. P. 1479-1494.

Sargolini F., Fyhn M., Hafting T., McNaughton B.L., Witter M.P., Moser M.-B., Moser E.I. Conjunctive representation of position, direction, and velocity in entorhinal cortex // Science. 2006. V. 312, N 5774. P. 758-762.

Saroka K.S., Caswellac J.M., Lapointeac A., Persinger M.A. Greater electroencephalographic coherence between left and right temporal lobe structures during increased geomagnetic activity // Neurosci. Let. 2014. V. 560. P. 126-130.

Sasonko M.L., Ozheredov V.A., Breus T.K., Ishkov V.N., Klochikhina O.A., Gurfinkel Y.I. Combined influence of the local atmosphere conditions and space weather on three parameters of 24-h electrocardiogram monitoring // Intern. J. Biometeorol. 2019. V. 63, N 1. P. 93-105.

Vodolazhskaia M.G., Vodolazhskiĭ G.I., Naĭmanova M.D., Roslyĭ I.M. The influence of geophysical factors on the parameters of human electroencephalogram // Biofizika. 2010. V. 55, N 3. P. 544-551.

Vodolazhskiĭ G.I., Vodolazhskaia M.G. Weather sensitivity of healthy organism // Aviakosm. Ekolog. Med. 2013. V. 47, N 2. P. 3-8.

Wölk C., Velden M. Revision of the baroreceptor hypothesis on the basis of the new cardiac cycle effect // Psychobiology: Issues and applications. Amsterdam: Elsevier Sci. Publ., 1989. P. 371-379.