1. Введение

Практически вся энергия солнечных процессов отражается в спектральной солнечной светимости (Solar Spectral Irradiance, SSI). При этом излучения в диапазоне UVB (297-315 nm) запускают синтез в клетках кожи витамина D (VD) [1], [2], [3], регулирующего содержание Са2+, а также гормонов ренин-ангиотензиновой системы, оказывающими совместно с кальцием гипертензивный эффект [4], [5], [6]. Излучение диапазона UVA (315–400 nm) также регулируют артериальное давление человека, но, предположительно, через высвобождение оксида азота NО, вызывающего локальную вазодилатацию и системные эффекты [7], [8], [9]. Требования гомеостаза артериального давления включают разновременность действия факторов, оказывающих противоположные (+/-) влияния на сердечно-сосудистую систему, чему способствует ритмичность таких влияний. Роль ритмов солнечной активности (SА), особенно ультрациркадианных, в регуляции функциональной активности физиологических систем организма человека мало изучена. Особенно это относится к солнечным осцилляциям p-mods [10], [11], возникающим вследствие наложения большого числа волн в акустической зоне Солнца из-за действия газового давления и силы Архимеда. Наблюдения на спутнике «КОРОНАС-Ф» в 2001 г. показали, что осцилляции p-mods проявляются в амплитудном спектре SSI с максимумом на длине волны λ350 nm (рис.1) [12]. Остается неясным, могут ли этиосцилляции влиять на приповерхностное атмосферное давление (hPa) и на параметры активности сердечно-сосудистой системы человека. О вероятности существования p-mods в земной атмосфере следует отметить выводы в работе [13]. Эти осцилляции могут более четко проявляться в метеопараметрах приземной атмосферы, например, в приповерхностноом атмосферном давлении (hPa). Исследование данного вопроса проводилось в Антарктиде на ст.Новолазаревская, а такжев Арктике на НИС «Ледовая база Мыс Баранова» (арх.Северная Земля) [14].На рис.2 представлены периодограммы интенсивности λ304 nm, полученные по данным спектральных наблюдений на ст. Новолазаревская с помощью оптоволоконного спектрометра AvaSpec-2048 (www.avantes.com) в дни солнцестояния 20.12.2009 г. и 20.12.2011 г. На графиках красными прямоугольниками выделены участки с амплитудами «пятиминутных колебаний», которые доминируют на всех стадиях 11-летнего цикла СА, т.е. не зависят от деятельности СА.

2. Основные результаты

2.1. Временная характеристика NUV297-330 nm и приповерхностного атмосферного давления на ст.Новолазаревская (Антарктида) в дни солнцестояний с 2008 г. по 2018 г

Анализ спектров квадрата когерентности NUV297-330nm и приповерхностного атмосферного давления (hPa) на ст.Новолазаревская (Антарктида) проводился по данным наблюдений на спектрометре AvaSpec-2048 в дни солнцестояний 21.12. [15], [16]. Формат обработки данных:

- преобразование данных в среднеминутные значения стандартных отклонений (SD);

- спектральный и гармонический анализ;

- кросс-преобразование Фурье-методом квадрата когерентности;

- кросс-спектр, включающий кросс-периодограмму, кросс-амплитуду, фазу и квадрат когерентности (Cxy):

где Axy — кросс-амплитуда, GxиGy — уравнения гармоник.

Для устранения гармоник, снижающих амплитуду спектральной плотности высокочастотных вариаций, проводилось дифференцирование стандартных отклонений (SD). Погашение случайных шумов, влияющих на периодические циклы в Фурье, проводилось методом косинус-сглаживания. На рис.3 представлены спектры квадратов когерентности int297-330nm и hPa, полученные в дни солнцестояния 21.12.2008 г. (minSA), 21.12.2014 г. (maxSA) и 21.12.2018 г. (minSA). На графиках видно, что структура Cxy(t) характеризуется высокой амплитудой гармоник в интервале 3–10 мин. В меньшей степени выделяется категория флуктуаций 20–35 мин, возможно, генерируемая осцилляциями g-mods за счет внутренних гравитационных волн в недрах Солнца. На графиках выделена «пятиминутная» группа (желтый сектор), соответствующая максимальной амплитуде на частоте ~3.5mHz. На рисунке также видно, что в максимуме СА (2013–2015г.г.) значения Cxy составляют меньшие величины, чем в минимуме и на стадиях подъема-спада. Картина спектра когерентности UVB-UVA в Антарктиде схожа с Арктикой, что указывает на глобальный характер флуктуаций UVB-UVA. Например, на рис.4 представлены квадраты когерентности UVB и UVA с hPa на НИС «Ледовая база Мыс Баранова» (арх. Северная Земля) в летнее солнцестояние 21.06.2025 г. На графиках хорошо просматривается «пятиминутная группа», соответствующая флуктуациям на ст. Новолазаревская.В оценке связи UVB-UVA с hPa в летнее солнцестояние 21.06.2025 г. также установлена высокая отрицательная корреляция суточного хода. На рис.5 можно видеть идентичность распределений и детальное соответствие рядовэкстремуме (сектор полудня).

Влияние солнечных осцилляций, опосредованных приповерхностным атмосферным давлением, на параметры артериального давления иофтальмотонуса по данным наблюдений на НИС «Ледовая база Мыс Баранова» (арх. Северная Земля)

Учитывая роль силы тяжести в кровяном давлении и движении крови по сосудам, в качестве биомаркеров процессов, обусловленных колебаниями hPa, были выбраны параметры активности сердечно-сосудистой системы. Среди них систолическое (BPs) и диастолическое (BPd) артериальное давление, артериальный пульс (PS), а также зависящее от BРs внутриглазное давление (офтальмотонус, IOP). В измерениях принимал участие мужчина 35 лет без хронических заболеваний и вредных привычек. Измерения выполнялись с помощью тонометра A&D Medical UA и индикатора внутриглазного давления ИГД-02 ПРА diathera, позволяющего проводить неинвазивное измерение без контакта с роговицей. Измерения проводились с 20.01. по 18.04. 2017 г. в полуденном секторе с 13ч 00мин по 13ч 50мин с дискретностью 3-5 мин. Следовательно, ежедневно каждый параметр измерялся не менее 10 раз, что в итоге составило не менее 880 измерений. Для анализа облака данных применялась фильтрация методом T4253H (Statistica 6.0). В результате анализа средние значения биомаркеров составили: BPs~125мм.рт.ст.,BPd~78мм.рт.ст., PS~75уд./мин, IOP~14 мм.рт.ст. Для определения чувствительности биомаркеров к интервалу кульминации данные измерений преобразовывались в стандартные отклонения (SD). На рис.6 показаны распределения SDс применением фильтра T4253H.

Как видно на рисунке колебания Ps, Pd, и Pulse составляют ~10–12 мин, а IOP ~8–10 мин. На рис.7 представлено сопоставление IOP и BPs после исключения трендов, возможно обусловленных циркадным ритмом. Реакция Ps на кульминацию Солнца, как видно, проявляется выраженным эффектом – максимальной амплитудой со снижением к концу интервала. В заданном интервале суток также рассматривалось изменение hPa и BPs. На рис.8 представлено сравнение хода hPa и BPs. Можно допустить, что максимальное увеличение BPs в кульминации Солнца запускает ритмические изменения офтальмотонуса как следствие роста секреции внутриглазной жидкости и последующего её оттока. В период кульминации Солнца сопряжение максимальной амплитуды акрофазы ритма hPa и некоторого снижения амплитуды пятиминутных колебаний BPs предположительно связано с локальным ростом сосудорасширяющих эффектов NO и активных кислородных метаболитов, синтез которых в стенках сосудов обусловлен преимущественно UVA. Сохранение сниженной амплитуды по окончании периода кульминации Солнца указывает на справедливость такого предположения.

3. Заключение

Максимальная амплитуда систолического артериального давления на рис.6-8 соответствует моменту кульминации Солнца, что может быть обусловлено солнечным термическим приливом в атмосфере, который сопровождается нагревом озона (О3) в стратосфере и парами воды в тропосфере через поглощение фотонов UVB. Солнечный термический прилив определяет суточный и полусуточный ход приземной температуры воздуха, а также приземного атмосферного давления и имеет две основные гармоники — суточную (24 ч) и полусуточную (12 ч). Фаза суточной гармоники меняется с высотой. Из-за этого сдвига происходит быстрое затухание амплитуды. Полусуточная гармоника движется с возбуждающим нагревом синфазно и усиливается. Кроме того, существует два вида солнечного термического прилива: мигрирующий и немигрирующий. Первый следует за Солнцем на запад, а второй может стоять на месте, или может следовать на запад или на восток. Так как момент истинной кульминации Солнца в любой географической точке изменяется по уравнению времени, то максимальная амплитуда BPs может варьировать от +14 до -16 мин.

Большинство биоритмов после запуска достаточно быстро угасают, поэтому в механизмах многих ритмов присутствуют компоненты, направленные на сохранение и усиление соответствующего ритма. В наиболее важных для жизнедеятельности механизмах биоритмов, например, фотосинтезе, циркадианных ритмах жизнедеятельности и др., энергия колебаний UVB-UVA, в том числе p-mods, выполняет функции такого усилителя (рис.8) [17]. Кроме того, верхняя и нижняя кульминации Солнца (зенит и надир) через светочувствительные белки и другие вещества кожи [18], [19] могут служить репером — точкой отсчета для полупериодов циркадианного ритма.

The additional file for this article can be found as follows: