Влияние атмосферного давления на живые организмы сообщение: Как от атмосферного давления зависит живые организмы живущие на земле?

(Выставлены экспонаты).

1. Как действует мыльница на присосках?
2. Принцип действия вантуза.
3. Почему с помощью пластмассовых крышек можно закрыть герметично банку?
4. Автопоилка (самодельный прибор демонстрируется учащимся).
5. Пылесос.

Руководитель НИИ: Для чего же нужно наблюдать за изменением атмосферного давления? Об этом следующее сообщение.

Сотрудник 3 группы: Атмосферное давление о многом может поведать. Прежде всего, оно помогает предсказывать погоду. А ее знание необходимо людям разных профессий — летчикам, агрономам, радистам, полярникам, медикам, ученым. Если атмосферное давление повышается, то погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом; если резко падает, то можно ожидать появления облачности, насыщения воздуха влагой. Понижение давления летом предвещает похолодание, зимой – потепление. Объяснить это можно примерно так.

Атмосферное давление увеличивается, если будут происходить перемещения масс воздуха вниз (нисходящие потоки). Опускается с больших высот сухой воздух, поэтому погода будет хорошей, без осадков. Понижается же атмосферное давление при восходящих потоках воздуха. Вверх поднимается воздух, обильно насыщенный водяными парами. Вверху он охлаждается, что приводит к появлению облачности, выпадению осадков – погода при этом ухудшается. Резкие изменения атмосферного давления могут привести в медленное и плавное колебательное движение поверхность воды в бухте или в большом заливе и даже целого района моря; иногда они способны вызвать шторм и в океане.

Библиотекарь делает обзор книг и статей по данному вопросу.

Руководитель НИИ: Итак, можно подвести итог нашей конференции. Из сообщений следует, что достигнуты определенные успехи в изучении данного вопроса. Теперь мы переходим к следующему этапу наших исследований: «Способы определения атмосферного давления».

Исследование фона низких и умеренных уровней геомагнитной активности

Эффекты небольших колебаний атмосферного давления (APF) в двух диапазонах периодов, которые в основном связаны с дальним инфразвуком (3–120 с) и внутренними гравитационными волнами (120–120 с). 1200 с) на поведение человека, связанное с возникновением травм, с интервалом в один год. Особый интерес вызывает анализ комбинированных эффектов APFs и геомагнитной активности (GMA), относимых к низким и умеренным уровням.Связь между ежедневным количеством аварийных транспортных событий из-за спортивных травм (EEI) и среднесуточными интегральными амплитудами APF в двух диапазонах (DHAI и DHAG, соответственно) вместе с планетарным геомагнитным индексом Ap анализируется с использованием регрессионных моделей на основе по категоризации. Как показано, высокий уровень DHAI является довольно сильным метеоротропным фактором, имеющим отношение к увеличению частоты спортивных травм. Высокий DHAG имеет противоположный смысл на фоне низкого DHAI, способствуя снижению числа EEI.Рассмотрение комбинированных эффектов APF и GMA показывает, что отрицательные эффекты высокого DHAI более выражены в сочетании с низким уровнем Ap. Результаты обсуждаются с точки зрения необходимости дальнейших медико-метеорологических исследований с использованием баз данных наиболее нарушенных геофизических условий.

1. Введение

Многочисленные исследования в области медицинской метеорологии показывают, что резкие суточные колебания атмосферного давления (AP) являются важным метеоротропным фактором, оказывающим неблагоприятное воздействие на здоровье и различные виды человеческой деятельности.Однако другим биоэффективным физическим характеристикам АП уделяется недостаточное внимание.

Известно, что различные атмосферные явления заставляют давление колебаться в очень широком диапазоне периодов. Особый интерес представляют метеоротропные особенности колебаний атмосферного давления (ФДД) в инфразвуковом диапазоне частот (0,003 Гц < f <1 Гц), связанные с естественными шумами в атмосфере [1–3]. Самым мощным источником НПФ в штормовую погоду являются хаотические турбулентные потоки воздуха, вызванные сильным ветром [4, 5].Помимо акустических волн, создаваемых сжимаемостью воздуха, внутренние гравитационные волны (ВГВ), генерируемые вертикальной стратификацией плотности, вносят значительный вклад в атмосферный шум. Их периоды у поверхности Земли находятся в пределах от минуты до нескольких часов [2, 4, 6]. Ниже частоты 0,003 Гц атмосферные волны преобразуются в почти чистый ВГВ. Считается, что ВГВ с периодами от 1 до 40 минут имеют отношение к реакциям человека [7]. Различное количество источников генерирует ВГВ на более низких уровнях атмосферы, включая конвективную и фронтальную активность, сдвиг ветра и топографию.Суровые погодные условия, такие как фронтальная активность, муссоны, грозы и ураганы, а также более интенсивные погодные явления (тайфуны, торнадо, циклоны и т. Д.) Сопровождаются генерацией акустических и акустико-гравитационных волн.

Важной особенностью APF является то, что они проникают в здания [3, 7] и, следовательно, могут быть причиной симптомов погодной чувствительности не только на открытом воздухе, но и в помещении. Когда-то Мезерницкий [8] подчеркивал, что быстрые «микропульсации» атмосферного давления способны самым худшим образом воздействовать на человеческий организм.Неблагоприятное воздействие инфразвуковых волн, вызванных сильной штормовой активностью, на отдельные виды человеческого поведения, в частности рост числа автомобильных аварий, сообщили Грин и Данн [1].

Также предполагалось, что повышенный уровень тревожности у людей с психическими расстройствами увеличивает количество самоубийств, а более частые случаи сердечной аритмии в дни с сильным ветром, вероятно, по крайней мере частично, связаны с некоторой биологической реакцией на ветер. -генерированные быстрые возмущения атмосферного давления [2, 9, 10].Влияние горных ветров на умственную деятельность человека, характеризуемую такими параметрами, как время реакции и / или продолжительность активного внимания, а также косвенные признаки, такие как поведение, приводящее к дорожно-транспортным происшествиям, рассматривалось в ряде исследований [11–13]. ]. Ли и Гарравей [14] обнаружили значительное влияние силы ветра на риск спортивных травм.

Наше предыдущее исследование выявило метеоротропные эффекты высокого APF в дальнем инфразвуковом диапазоне у людей с заболеваниями системы кровообращения [3].Целью этого исследования является изучение того, может ли высокий APF в дальнем инфразвуке и в диапазоне периодов IGW влиять на поведение человека, связанное с возникновением травм. Выбрана спортивная деятельность, так как это область с высоким риском травм из-за чрезвычайного внутреннего напряжения, превышающего пределы человеческих возможностей. Таким образом, возможные отношения APF в двух диапазонах периодов (3–120 с и 120–1200 с) с ежедневным количеством аварийных транспортных событий из-за спортивных травм (EEI) анализируются с учетом смешивающего воздействия основных метеорологические параметры.Кроме того, проверена возможная связь эффектов АПП со скоростью ветра. Особый интерес вызывает анализ комбинированных эффектов APF и геомагнитной активности (GMA), поскольку появляется все больше свидетельств, указывающих на биологические эффекты геомагнитных условий.

2. Материалы и методы

2.1. Данные о НПФ и соответствующих природных физических переменных

Исследование проводилось в г. Киев (Украина). Непрерывные измерения атмосферного давления каждые 0.5 с стандартным высокочувствительным (1 Па) микробарометром (Атмосфера-1, Производственный научно-технический кооператив «Добрый шлях») на открытом воздухе в тот же годичный период (с 1 июля 2005 г. по 30 июня 2006 г.), что и в нашем предыдущем исследование [3], представляют собой базу данных для анализа. Спектральные параметры APF и среднечасовая интегральная амплитуда (HA) в двух диапазонах периодов (HAI: 3–120 с и HAG: 120–1200 с) рассчитывались с помощью специальной компьютерной программы, разработанной нами с использованием программного обеспечения Matlab. Согласно известным определениям [4, 6, 9], периоды APF связаны, в первую очередь, с дальним инфразвуком в первом диапазоне (далее I-диапазон) и с IGW во втором диапазоне (затем G-диапазоне).

Трехчасовые метеорологические данные о температуре, относительной влажности, скорости ветра и атмосферном давлении были получены от Киевской геофизической обсерватории. Данные о планетарной геомагнитной активности (Ap-индекс) доступны в Интернете (World Data Center for Geomagnetism, Kyoto).

2.2. База данных по спортивному травматизму, ее обработке и статистическому анализу

База данных по суточному количеству EEI по правилам кодирования ICD-10 получена от Киевской станции экстренной помощи и медицины катастроф.База данных включает только общее количество EEI, связанных с профессиональным и любительским спортом, независимо от вида спортивной деятельности или степени тяжести травм.

При предварительной обработке годовой базы данных EEI все праздничные дни были исключены из данных. Поскольку данные об EEI и атмосфере за несколько дней были недоступны, всего для анализа было использовано 345 дней, когда имело место 1533 EEI. Число EEI оказалось больше по субботам, чем в другие дни недели, хотя значительная разница для EEI была выявлена ​​только между субботой и средой (<0.05). Эффект дня недели контролировался фиктивными переменными.

Число EEI летом было значительно меньше, чем для других сезонов года (<0,00001), для которых числа EEI сопоставимы. Уменьшение числа EEI летом, по-видимому, связано с особенностями социального расписания (т. Е. С сезоном отпусков, когда занятия любительским спортом и школьными видами спорта сведены к минимуму). Число последовательных дней в течение года (ND) было включено в модель в качестве потенциальной смешивающей переменной для контроля временного тренда годовой модели EEI.Введенная переменная ND позволяет учитывать не только эффекты сезонных изменений естественных физических условий среды, но и особенности социального фона (например, обязательные расписания, характерные для занятий спортом, летнего отдыха и т. Д.).

Число EEI было связано со средним дневным значением HAI (DHAI) и HAG (DHAG). Поскольку APFs причинно связаны с турбулентностью, индуцированной ветром, был проведен дополнительный анализ возможной связи эффектов DHA со скоростью ветра (WV).Возможная связь между EEI и геомагнитной активностью (GMA), а также комбинированные эффекты APF и GMA были изучены с использованием суточного планетарного геомагнитного Ap-индекса [15]. Этот параметр широко используется в биомедицинских исследованиях. Согласно предыдущим исследованиям, Ap-индекс является эффективным параметром психофизиологических и вегетативных реакций человека [16–18]. С другой стороны, индекс Ap считается подходящим критерием для определения степени GMA в средних широтах, описывая спокойный (0

Среднесуточные значения температуры, относительной влажности и атмосферного давления рассматривались как потенциально искажающие метеорологические переменные.

Полиномиальное приближение использовалось для визуальной оценки функциональной формы взаимосвязи между EEI и независимой переменной. Модели регрессии, основанные на категоризации [3, 20], были применены для изучения отношений EEI с независимыми переменными.Преимущество такого подхода перед параметрической регрессией заключается в возможности выявить пороговые эффекты, в то время как строгое предположение о взаимосвязях не требуется. Сначала значения независимых переменных были разделены на квартили. Если достоверно разные значения EEI выявлялись только между двумя группами квартилей, то значения независимых переменных разделялись только на две категории. Из-за восприимчивости категориальных методов к изменению границ категорий количество дней для этих двух категорий было определено как n1 и n2 соответственно, как только проверенная граница между ними выявила наиболее значительную разницу для номер EEI.Непараметрические процедуры сглаживания (метод Лесса) использовались для устранения (пошаговым образом) искажающих паттернов переменных в данных EEI.

Все независимые переменные, а также номер EEI обычно не распределяются. Поэтому применялись непараметрические оценки (критерий Манна-Уитни U и критерий ранговой корреляции Шермана). Статистический анализ выполнялся с помощью Matlab 6.6 (Curve Fitting Toolbox), Statistica 6 и MS Excell.

3. Результаты

3.1. Естественные физические характеристики

Описательная статистика переменных DHA, WV и Ap (таблица 1) указывает на умеренный уровень атмосферной активности в течение анализируемого годичного интервала. Этот интервал также соответствует низкой солнечной активности, что приводит к более низким уровням GMA, измеряемым значением Ap.

Согласно расчетам, корреляция между годовыми профилями DHAI и значениями DHAG высока (𝑟 = 0.7, 𝑃 <0,000001). Существуют также значительные сезонные различия в уровнях как DHAI, так и DHAG, поскольку они значительно выше зимой и весной по сравнению с летом и осенью (<0,0009 и <0,05 для DHAI и DHAG, соответственно). Между тем, значения DHAI и DHAG для лета и осени сопоставимы (то же самое верно для зимы и весны).

Годовая динамика DHAI и DHAG выявила выраженную корреляцию с WV (<0,00001), которая была выше для DHAI (𝑟 = 0.72), чем для DHAG (= 0,49). Это связано с более выраженными причинно-следственными связями между WV и APF в I-диапазоне их периодов, чем в G-диапазоне. Однако соотношение DHA и Ap довольно слабое (= -0,16, 𝑃 = 0,003 и 𝑟 = -0,14, 𝑃 = 0,008 для DHAI и DHAG, соответственно).

3.2. Связь между EEI и естественными физическими переменными

Полиномиальный график (рисунок 1 (a)) показывает нелинейное увеличение числа EEI по всем дням исследуемого интервала, если они отсортированы по значениям DHAI в возрастающем порядке (см. Также график значений DHAI, показанных аналогичным образом на (Рисунок 1 (b)).Число EEI оказалось значительно больше в четвертом квартиле DHAI (с наивысшими значениями DHAI) по сравнению с тремя другими квартилями (равно 0,0002, 0,008 и 0,02 для первого, второго и третьего квартилей соответственно). Сами цифры EEI для этих трех квартилей сопоставимы (> 0,13). Пороговый эффект DHAI считался реалистичным, поскольку значительная разница была обнаружена только на границе между двумя группами квартилей: четвертой и тремя другими.Таким образом, все дни были разделены на две категории, которые определялись как низкий уровень DHAI и высокий уровень DHAI (таблица 2).

После ступенчатой ​​корректировки четырех потенциальных смешивающих переменных (ND, температура, относительная влажность и атмосферное давление), число EEI оставалось значительно выше в дни с высоким уровнем DHAI по сравнению с днями с низким DHAI- категория (Таблица 2), указывающая на независимый вклад высокого DHAI в увеличение числа EEI.Однако величина эффекта (определяемая как процент относительного увеличения EEI при сравнении этих двух категорий) высокого DHAI уменьшилась более чем в два раза из-за сопутствующих эффектов этих четырех переменных. Фактически, размер эффекта составляет 29,6% (95% ДИ: от 25,6 до 32,8) и 12,7% (от 8,3 до 16,4) для необработанных и скорректированных данных соответственно.

DHAG не обнаружил влияния на взаимосвязь между EEI и DHAI. Фактически, высокий размер эффекта DHAI после дополнительной корректировки для DHAG остался более или менее таким же, с 11.7% (от 7,8 до 15,5).

При применении того же анализа к переменной DHAG не было обнаружено значимой связи между EEI и DHAG для необработанных данных и данных, скорректированных для четырех переменных. Однако связь очевидна после корректировки либо для DHAI, либо для четырех переменных и DHAI. Соответствующие графики для числа EEI, скорректированного для DHAI или для четырех переменных и DHAI (как полиномиальная функция), и значений DHAG, полученных аналогичным образом (как в случае для DHAI, рисунки 1 (a) и 1 (b)) представлены на рисунках 2 (а) и 2 (б) соответственно.Число EEI значительно меньше в дни с высоким DHAG, чем в дни с низким DHAG (Таблица 2). Процентное уменьшение числа EEI после корректировки для четырех переменных и DHAI составляет -9,3% (от -7,2 до -11,7).

Возможное искажающее влияние высокого уровня DHAI на соотношение EEI и DHAG было доказано повторными расчетами после удаления всех дней с высоким DHAI из данных. Значительное снижение числа EEI (<0,034) в дни с высоким DHAG (CI: 2,94–3,85 Па, n 2 = 45) по сравнению с днями с низким DHAG (CI: 1.73–1,84 Па, n 1 = 209) было подтверждено еще до внесения поправки на DHAI. Величина эффекта высокого DHAG после корректировки для четырех переменных и DHAI составляет -15,7% (от -9,7 до -22,7). Похоже, что высокий уровень DHAG благоприятен для уменьшения числа EEI в дни с низким DHAI (не в дни, когда отрицательные эффекты DHAI сильны и преобладают).

В дни с высоким DHAI значения WV также были очень высокими (CI: 3,02–3,38 м / с, n 2 = 91) при сравнении с этими (CI: 1.83–2,04 м / с, n 1 = 254, 𝑃 <0,000001) в дни с низким DHAI. Следовательно, повышенное число EEI может быть связано как с высоким WV, так и с высоким DHAI. Фактически, это увеличение оказывается незначительным (> 0,13) после поправки на WV, что указывает на связь между WV и высокими эффектами DHAI. Эти результаты соответствуют высокой корреляции между этими двумя атмосферными переменными из-за их причинно-следственных связей, упомянутых выше.

Существенная, хотя и менее выраженная корреляция между DHAG и WV также упоминалась выше.Однако эффект высокого DHAG (при корректировке на высокий DHAI) оказывается независимым от WV, поскольку он остается значительным (<0,01) после корректировки на WV.

Тот же анализ, что и для DHA, был применен к переменной Ap, и он показал, что связь между EEI и Ap также является нелинейной, что подразумевает пороговый эффект более высоких значений Ap. Выявлена ​​достоверная разница в количестве EEI между двумя категориями значений Ap. Первая категория (CI: 5.00–5.65, n 1 = 253) соответствует двум самым низким степеням GMA (тихий и неурегулированный), при этом все значения Ap меньше 12. Следовательно, эта категория определяется как низкая Ap. Такие значения преобладают на примерно 3/4 анализируемого интервала. Более высокие значения Ap во второй категории (CI: 19,40–26,25, n 2 = 92) соответствуют в основном третьей степени GMA (активным геомагнитным условиям), которые не превышают 30. Поскольку это значение принято считать умеренным. активности [15], эта категория фактически относится к умеренной Ар.Тем не менее, некоторые более высокие значения (упомянутые выше), включая две наибольшие магнитуды (101 и 102), немного превышающие степень сильных штормовых условий, относятся к этой категории. Эффект умеренного Ap на число EEI оказывается противоположным эффекту высокого DHAI. С другой стороны, это похоже на эффект высокого DHAG. Для необработанных данных число EEI значительно снижалось (ДИ: 3,34–4,43, = 0,013) в дни с умеренным Ар по сравнению с днями (ДИ: 4,36–5,03) в дни с низким Ар, с величиной эффекта умеренного Ар. быть −17.4% (от -11,9 до -23,4). Это уменьшение может быть связано с сопутствующими эффектами четырех потенциальных смешивающих переменных, поскольку оно было более выражено для исходных данных, чем после корректировки для этих четырех переменных (𝑃 = 0,037, размер эффекта: -10,0% (от -6,4 до -13,9) ).

Что касается возможных комбинированных эффектов переменных DHA и Ap, высокие уровни DHAI (= 91) и высокие уровни DHAG (= 131) чаще наблюдались в сочетании с низкими значениями Ap (= 76 и 𝑛 = 102, соответственно). Между тем, умеренные значения Ap (= 92) в основном сопровождались низкими DHAI и DHAG (= 77 и 𝑛 = 63, соответственно.). Слабая обратная корреляция между Ap и DHAG, а также между Ap и DHAI упоминалась выше.

Согласно этим комбинациям, увеличение числа EEI, выявленное в дни с высоким DHAI, может быть связано с комбинированными эффектами высокого DHAI и низкого Ap. Точно так же комбинированные эффекты умеренного Ap и низкого DHAI могут быть ответственны за снижение числа EEI, наблюдаемое в дни с умеренным Ap. Фактически, эти комбинированные эффекты подтверждаются тем фактом, что увеличение числа EEI в дни с высоким DHAI после дополнительной корректировки для Ap, а также уменьшение числа EEI в дни с умеренным Ap после дополнительной корректировки для DHAI становится меньше. значительный (𝑃 = 0.047 и 𝑃 = 0,045 соответственно). Более значительное увеличение числа EEI показано в дни с одновременно высоким DHAI и низким Ap, особенно по сравнению с комбинацией умеренного Ap и низкого DHAI (= 78, <0,005). В такие дни процентное увеличение составляет 20,2% (с 20,0 до 20,9) после корректировки четырех переменных и DHAG.

Между тем, высокий DHAG и умеренный Ap, которые способствовали снижению числа EEI, регистрировались в основном в отдельные дни. Следовательно, это снижение оказывается не менее значительным в дни с умеренным Ар после дополнительной корректировки на DHAG (<0.026), а также в дни с высоким уровнем DHAG после дополнительной корректировки для Ap (при контроле высоких эффектов DHAI <0,012), что указывает на независимость друг от друга эффектов этих двух переменных.

4. Обсуждение

Результаты этого исследования предоставляют новые доказательства метеротропных эффектов высоких APF в далеком диапазоне частот инфразвука, а именно их значимость с точки зрения повышенного риска спортивных травм. Более того, новая информация о чувствительности человека к APF с периодами внутренних гравитационных волн (G-диапазон) получена с использованием базы данных по спортивным травмам.

Согласно нашему анализу, разумно разделить все дни изучаемого годичного интервала на две категории с низким и высоким DHAI, причем их подинтервалы встречаемости составляют примерно 3/4 и 1/4 всех рассматриваемых дней, соответственно. Увеличение числа EEI было зарегистрировано для высокого уровня DHAI. Однако, несмотря на довольно широкий диапазон низких значений DHAI, число EEI остается низким без значительных изменений, что указывает на адекватную адаптацию людей к таким низким уровням APF в I-диапазоне, как к обычному и обычному атмосферному шуму.Между тем, высокий APF в I-диапазоне является довольно сильным атмосферным фактором, приводящим к дополнительной нагрузке на механизмы адаптации человека. Как следствие, вероятен сбой адекватной поведенческой реакции во время занятий спортом, что приводит, например, к увеличению числа EEI. Нелинейная связь между EEI и DHAI, проявляющаяся пороговым эффектом для высокого DHAI, очевидна. Аналогичная связь была обнаружена между DHAI и событиями аварийного транспорта, кодируемыми как заболевания системы кровообращения, в предыдущем исследовании [3].Следовательно, высокий уровень DHAI, по-видимому, является своего рода предиктором увеличения числа чрезвычайных ситуаций из-за травм, а также заболеваний системы кровообращения.

Отношения EEI и DHAG оказались противоположными отношениям EEI и DHAI. Такая особенность эффектов для двух частотных диапазонов, вероятно, связана с частотно-зависимой чувствительностью человека, в результате чего возникает особый отклик. В соответствии с этим, APF с большими периодами, как в G-диапазоне, является скорее более слабым физическим фактором, чем APF в I-диапазоне с той же амплитудой.Похоже, что более высокий уровень DHAG оказывает активирующее и мобилизирующее действие, ведущее к более успешным спортивным результатам, и, как следствие, имеет место снижение числа EEI. Однако высокий положительный эффект DHAG не может происходить в условиях высокого DHAI, когда механизмы адаптации уже перенапрягаются этим дополнительным физическим фактором окружающей среды. Как выяснилось, сильный эффект DHAI преобладает и даже искажает соотношение EEI и DHAG. Это причина того, что высокий эффект DHAG определяется только в дни с низким DHAI или после корректировки переменной DHAI.

Интересны также возможные ассоциации влияния APF на число EEI с WV, поскольку сильная ветровая турбулентность является основным источником APF. Механизмы влияния сильного ветра на здоровье и поведение человека неизвестны. Некоторые авторы считают, что неблагоприятные последствия сильного ветра для здоровья человека связаны с негативным воздействием сопутствующих факторов окружающей среды, таких как температура окружающей среды, атмосферное давление, концентрация положительных ионов и т. Д. [21]. Наш анализ дает очевидную связь между высокими эффектами DHAI и WV, включая очевидное соответствие высокого DHAI и высокого WV, что подтверждает предположение о том, что высокие APF являются общим физическим агентом, провоцирующим биологический ответ на эти два атмосферных фактора.

Что касается реакции человека, то другие естественные физические переменные окружающей среды (например, вариации магнитного, электрического и гравитационного полей) могут способствовать комбинированному воздействию. А именно, переменная GMA, связанная с параметрами здоровья и поведения человека, изучается недавно [17, 19, 22]. Согласно их заключениям, адаптация здоровых людей к нормальным умеренным условиям GMA очевидна, хотя чрезвычайно высокие или чрезвычайно низкие уровни GMA вызывают неблагоприятные последствия для людей. Однако комбинированные эффекты GMA и APF, которые представляют собой изменчивый фон окружающей среды как на открытом воздухе, так и в помещении, ранее не рассматривались.

Изученный интервал соответствует низкой солнечной активности, и, как и следовало ожидать, GMA не выражена. Фактически преобладают в основном дни, соответствующие двум нижним градациям значений Ар. Между тем, категория умеренных значений Ap в основном соответствует третьей градации GMA, обозначенной как активное геомагнитное состояние (16

Согласно ряду исследований, только чрезвычайно высокие GMA, такие как условия сильной магнитной бури, представляют собой реальный риск неблагоприятных психофизиологических и вегетативных реакций здоровых людей.Однако в этом исследовании отсутствовали данные о высоких уровнях GMA. Помня о подавляющем воздействии сильных магнитных бурь [22], можно только предполагать, что одновременное влияние высоких APF и сильных магнитных бурь может вызвать неблагоприятные последствия для здоровья и поведения человека. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования с использованием данных в интервалах высокой солнечной активности, а также данных, собранных в высокоширотных регионах, где условия GMA наиболее нарушены.

Считается, что естественный АПФ может воздействовать на человеческий организм через ухо [1].Некоторые авторы предположили, что особая область (а именно pars flaccida) в барабанной перепонке, содержащая эластиновые волокна, на самом деле является сенсорным механизмом колебаний давления в среднем ухе [23, 24]. В пользу этой точки зрения, экспериментальные исследования на животных продемонстрировали механические реакции pars flaccida в ответ на очень небольшие изменения давления в среднем ухе, а также на небольшие колебания давления в далеком инфразвуковом диапазоне [25, 26].

Мы предполагаем, что АПФ также может влиять на внутреннее ухо.Передача давления из наружного слухового прохода во внутреннее ухо хорошо изучена в отоларингологии. В частности, установлено, что существует линейная зависимость между амплитудами периодических изменений давления во внутреннем ухе и наружном слуховом проходе как минимум в пределах +/- 200 мм вод. Ст. ( ≈ 2000 Па) [27]. Некоторые авторы считают, что существует путь, по которому изменения давления передаются от среднего уха к внутреннему уху и влияют на активность отолитовых рецепторов.Эта активность, следовательно, влияет на скорость возбуждения вестибулярных афферентных волокон и нейронов вестибулярного ядра [28].

Также показано, что вестибулярная активность зависит от скорости изменения давления окружающей среды в среднем ухе. Он больше при более высоких скоростях изменения давления [29]. Возможно, выявленные в настоящем исследовании различные эффекты высоких АПФ в двух частотных диапазонах в той или иной степени связаны с этой особенностью вестибулярного ответа.

Вестибулярные реакции на APF были предложены в предыдущих экспериментальных исследованиях с использованием реплицированных колебаний атмосферного давления в инфразвуковом диапазоне частот.Компанец [30] задокументировал вестибуло-вегетативные расстройства и статокинетическую нестабильность в популяции авиаторов после часового воздействия колебаний давления в барометрической камере. В соответствии с этим в следующем исследовании сообщалось о повышении частоты сердечных сокращений в группе здоровых добровольцев после 15–30 минут воздействия имитируемых квазихаотических колебаний атмосферного давления [2]. Можно также предположить, что ухудшение параметров внимания при экспозиции колебаний давления, выявленное в обоих этих исследованиях, связано с влиянием восходящих вестибулярных волокон на ретикулярные активирующие системы ствола мозга и кору.

Высокие APF при неблагоприятных погодных условиях обычно сохраняются в течение многих часов и даже нескольких дней. Такое долгосрочное влияние высокого APF на вестибулярную систему может привести к вегетативным и двигательным расстройствам и способствовать неудачным спортивным результатам, что может привести к травмам.

В заключение, настоящее исследование предоставляет доказательства того, что APF в обоих частотных диапазонах является малоизвестным фактором, влияющим на реакцию человека на погодные условия. Похоже, что высокий уровень DHAI является сильным метеоротропным фактором, связанным с повышенным числом EEI, тогда как высокий уровень DHAG является адекватным для адаптации человека.Мы предполагаем, что противоположный смысл взаимосвязи DHAI и DHAG с числом EEI, выявленный в исследовании, по крайней мере частично, является результатом зависимости пороговой чувствительности человека и адаптационной способности от частотных диапазонов APF.

Полученные результаты подчеркивают важность более точного и детального анализа одновременного и комплексного влияния метеорологических и геофизических переменных, таких как APF в обоих диапазонах периодов и GMA. В частности, комбинированные эффекты DHAI и DHAG изменяют результирующий результат.Фактически, высокие неблагоприятные эффекты DHAI оказывают искажающее влияние на отношения между EEI и DHAG. Между тем, низкий GMA усугубляет неблагоприятные эффекты высокого DHAI, способствуя большему увеличению числа EEI. Согласно нашему анализу, существует значительная взаимосвязь между сильным ветром и высокими эффектами DHAI, чего нельзя сказать о сильных эффектах DHAG.

Это только поисковое исследование, ограниченное однолетним периодом с низкими уровнями GMA и географической зоной (Киевская область) с умеренными атмосферными условиями, где преобладает тихая или слегка ветреная погода.Следующим шагом является расширение анализа на более длительный период, включая временные интервалы с условиями сильной геомагнитной бури и сильными атмосферными возмущениями, а также другие географические районы для получения данных о высоких уровнях APF и штормовых уровнях GMA.

Благодарности

Это исследование было поддержано Программой НАТО «Безопасность через науку», грантом на сотрудничество № 98376, средствами Университета Антверпена (BOF-NOI) и Украинско-словацким совместным исследовательским проектом № 7-0810.Авторы выражают благодарность А. В. Вершигору и В. Т. Ерыгиной (Киевская станция экстренных служб и медицины катастроф) за предоставление данных о происшествиях на транспорте.

Атмосфера | Науки о Земле

Атмосфера Земли представляет собой тонкий слой газов и крошечных частиц, вместе называемых воздухом. Мы больше всего осознаем воздух, когда он движется и создает ветер. Все живые существа нуждаются в некоторых газах в воздухе для жизнеобеспечения. Без атмосферы Земля, вероятно, была бы просто еще одной безжизненной скалой.

Атмосфера Земли, наряду с обилием жидкой воды на поверхности Земли, является ключом к уникальному месту нашей планеты в Солнечной системе. Многое из того, что делает Землю исключительной, зависит от атмосферы. Давайте рассмотрим некоторые из причин, по которым нам повезло с атмосферой.

НЕОБХОДИМО ДЛЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Без атмосферы Земля была бы больше похожа на Луну. Атмосферные газы, особенно диоксид углерода (CO ₂ ) и кислород (O ₂ ), чрезвычайно важны для живых организмов.Как атмосфера делает жизнь возможной? Как жизнь меняет атмосферу?

В процессе фотосинтеза растений используют CO ₂ и создают O ₂ . Фотосинтез отвечает за почти весь кислород, который в настоящее время содержится в атмосфере. Создавая кислород и пищу, растения создали среду, благоприятную для животных. При дыхании животные используют кислород для преобразования сахара в пищевую энергию, которую они могут использовать. Растения также дышат и потребляют некоторые из производимых ими сахаров.

ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ЖИЗНЬ
Озон представляет собой молекулу, состоящую из трех атомов кислорода (O ₃ ). Озон в верхних слоях атмосферы поглощает высокоэнергетическое ультрафиолетовое (УФ) излучение , исходящее от Солнца. Это защищает живые существа на поверхности Земли от наиболее вредных лучей Солнца.Без озона для защиты на Земле могли бы жить только простейшие формы жизни.МОДЕРИРУЕТ ТЕМПЕРАТУРУ ЗЕМЛИ
Наряду с океанами, атмосфера поддерживает температуру Земли в приемлемом диапазоне. Парниковые газы улавливают тепло в атмосфере, помогая снизить глобальные температуры. Без атмосферы, содержащей парниковые газы, температура на Земле была бы низкой ночью и палящей днем. Важные парниковые газы включают двуокись углерода, метан, водяной пар и озон.

Атмосферные газы

Часть того, что находится в атмосфере, не является газом. Частицы пыли, почвы, фекалий, металлов, соли, дыма, золы и других твердых веществ составляют небольшой процент атмосферы.Частицы служат отправными точками (или ядрами) для конденсации водяного пара и образования капель дождя. Некоторые частицы являются загрязнителями, которые обсуждаются в главе «Действия человека и атмосфера».

На больших высотах атмосферное давление ниже и воздух менее плотный, чем на больших высотах. Если ваши уши когда-либо «хлопали», значит, вы испытали изменение давления воздуха. Молекулы газа находятся внутри и снаружи ваших ушей. Когда вы быстро меняете высоту, например, когда самолет снижается, ваше внутреннее ухо сохраняет плотность молекул на исходной высоте.В конце концов молекулы воздуха внутри вашего уха внезапно проходят через небольшую трубку в ухе, чтобы уравновесить давление. Этот внезапный порыв воздуха ощущается как ощущение хлопка.

Хотя плотность атмосферы меняется с высотой, состав остается неизменным с высотой, за одним исключением. В озоновом слое на высоте от 20 до 40 км над поверхностью концентрация молекул озона выше, чем в других частях атмосферы.

Слои атмосферы

Атмосфера слоистая, что соответствует тому, как температура атмосферы изменяется с высотой.Понимая, как температура изменяется с высотой, мы можем многое узнать о том, как устроена атмосфера. В то время как погода имеет место в более низких слоях атмосферы, интересные вещи, такие как красивое полярное сияние, происходят в более высоких слоях атмосферы.

Почему поднимается теплый воздух? Молекулы газа могут свободно перемещаться, и если они не удерживаются, как в атмосфере, они могут занимать больше или меньше места.

• Когда молекулы газа холодные, они медлительны и не занимают столько места.При том же количестве молекул в меньшем пространстве и плотность воздуха, и давление выше.
• Когда молекулы газа теплые, они энергично движутся и занимают больше места. Плотность и давление воздуха ниже.

Более теплый и легкий воздух обладает большей плавучестью, чем более холодный воздух над ним, поэтому он поднимается вверх. Затем более холодный воздух опускается вниз, потому что он плотнее, чем воздух под ним. Это конвекция, которая была описана в главе «Тектоника плит».

Самым разительным свойством, изменяющимся с высотой, является температура воздуха.В отличие от изменений давления и плотности, которые уменьшаются с высотой, изменения температуры воздуха нерегулярны. Изменение температуры с расстоянием называется температурным градиентом .

Атмосфера делится на слои в зависимости от того, как температура в этом слое изменяется с высотой, то есть температурного градиента слоя. Температурный градиент каждого слоя разный. В одних слоях температура увеличивается с высотой, а в других — уменьшается. Температурный градиент в каждом слое определяется источником тепла слоя.Большинство важных процессов в атмосфере происходит в двух нижних слоях: тропосфере и стратосфере.

Иногда бывает температура , инверсия , температура воздуха в тропосфере увеличивается с высотой, и теплый воздух располагается поверх холодного. Инверсии очень стабильны и могут длиться несколько дней или даже недель. Они образуют:

• Над сушей ночью или зимой, когда земля холодная. Холодная земля охлаждает воздух, который находится над ней, делая этот низкий слой воздуха более плотным, чем воздух над ним.
• Рядом с побережьем, где холодная морская вода охлаждает воздух над ней. Когда этот более плотный воздух движется вглубь суши, он скользит под более теплым воздухом над землей.

Озоновый слой чрезвычайно важен, потому что газообразный озон в стратосфере поглощает большую часть вредного ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца.Благодаря этому озоновый слой защищает жизнь на Земле. Ультрафиолетовый свет высокой энергии проникает в клетки и повреждает ДНК, что приводит к их гибели (что мы знаем как сильный солнечный ожог). Организмы на Земле не приспособлены к сильному ультрафиолетовому излучению, которое убивает или повреждает их. Без озонового слоя, отражающего ультрафиолетовое и ультрафиолетовое излучение, самая сложная жизнь на Земле не прожила бы долго.

МЕЗОСФЕРА
Температуры в мезосфере убывают с высотой. Поскольку в мезосфере мало молекул газа, способных поглощать солнечное излучение, источником тепла является стратосфера внизу.Мезосфера очень холодная, особенно в ее верхней части, около -90 градусов по Цельсию (-130 градусов по Фаренгейту).

Воздух в мезосфере имеет чрезвычайно низкую плотность: 99,9% массы атмосферы находится ниже мезосферы. В результате давление воздуха очень низкое. Человек, путешествующий по мезосфере, получит серьезные ожоги от ультрафиолета, поскольку озоновый слой, обеспечивающий защиту от ультрафиолета, находится в стратосфере ниже. Для дыхания кислорода почти не было. Что еще более странно, кровь незащищенного путешественника закипает при нормальной температуре тела из-за очень низкого давления.

Когда массивные солнечные бури вызывают перегрузку поясов Ван Аллена частицами, в результате возникает самая впечатляющая особенность ионосферы — полярных сияний . Частицы вращаются по спирали вдоль силовых линий магнитного поля к полюсам. Заряженные частицы возбуждают молекулы кислорода и азота, заставляя их загораться. Каждый газ излучает свет определенного цвета.

Не существует реальной внешней границы для экзосферы , самого внешнего слоя атмосферы; молекулы газа в конце концов становятся настолько редкими, что в какой-то момент их больше нет. За пределами атмосферы — солнечный ветер. Солнечный ветер состоит из высокоскоростных частиц, в основном протонов и электронов, быстро движущихся от Солнца.

Атмосферная энергия, температура и тепло

• Длины волн, которые могут видеть люди, известны как «видимый свет». Эти длины волн кажутся нам цветами радуги.Какие объекты излучают видимый свет? Два включают Солнце и лампочку.
• Самые длинные волны видимого света кажутся красными. Инфракрасные волны длиннее видимого красного. Змеи могут видеть инфракрасную энергию. Мы ощущаем инфракрасную энергию как тепло.
• Длины волн короче фиолетового называются ультрафиолетовыми.

Можете ли вы представить себе объекты, которые, кажется, излучают видимый свет, но на самом деле нет? Луна и планеты не излучают собственный свет; они отражают свет Солнца. Отражение — это когда свет (или другая волна) отражается от поверхности. Albedo — это показатель того, насколько хорошо поверхность отражает свет. Поверхность с высоким альбедо отражает большой процент света. Снежное поле имеет высокое альбедо.

Следует помнить один важный факт: энергию нельзя создать или уничтожить — ее можно только изменить из одной формы в другую. Это настолько фундаментальный факт природы, что это закон: закон сохранения энергии.

Например, при фотосинтезе растения преобразуют солнечную энергию в химическую энергию, которую они могут использовать.Они не создают новой энергии. При преобразовании энергии часть почти всегда становится теплом. Легко переносится тепло между материалами, от более теплых предметов к более холодным. Если больше не будет нагреваться, в конечном итоге весь материал достигнет одинаковой температуры.

• Температура измеряет, насколько быстро колеблются атомы материала.
• Тепло измеряет общую энергию материала.

Что имеет более высокую температуру, а какая — более высокую: пламя свечи или ванна с горячей водой?

• Пламя имеет более высокую температуру, но меньше тепла, потому что горячая область очень мала.
• Ванна имеет более низкую температуру, но в ней гораздо больше тепла, потому что в ней гораздо больше колеблющихся атомов. Ванна имеет большую общую энергию.

ТЕПЛО
Тепло поглощается или высвобождается, когда объект меняет состояние или переходит из газа в жидкость или из жидкости в твердое тело. Это тепло называется скрытой теплотой . Когда вещество меняет состояние, скрытое тепло выделяется или поглощается. Вещество, изменяющее свое материальное состояние, не меняет температуры.Вся высвобождаемая или поглощенная энергия направляется на изменение состояния материала.

Например, представьте кастрюлю с кипящей водой на плите: температура воды 100 градусов по Цельсию (212 градусов по Фаренгейту). Если увеличить температуру конфорки, в воду поступает больше тепла. Вода остается при температуре кипения, но дополнительная энергия идет на превращение воды из жидкости в газ. Чем больше тепла, тем быстрее вода испаряется. Когда вода превращается из жидкости в газ, она забирает тепло.Поскольку при испарении уходит тепло, это называется испарительным охлаждением. Испарительное охлаждение — недорогой способ охлаждения домов в жарких и сухих помещениях.

Вещества также различаются по удельной теплоемкости , количеству энергии, необходимому для повышения температуры одного грамма материала на 1,0 градус Цельсия (1,8 градуса F). Вода имеет очень высокую удельную теплоемкость, а это значит, что для изменения температуры воды требуется много энергии. Сравним, например, лужу и асфальт. Если вы идете босиком в солнечный день, что бы вы предпочли пройти — по мелкой луже или по асфальтовой стоянке? Из-за своей высокой удельной теплоемкости вода остается более холодной, чем асфальт, даже несмотря на то, что она получает такое же количество солнечного излучения.

Энергия Солнца

Земля постоянно пытается поддерживать энергетический баланс с атмосферой. Большая часть энергии, достигающей поверхности Земли, исходит от Солнца. Около 44% солнечного излучения находится в длинах волн видимого света, но Солнце также излучает инфракрасные, ультрафиолетовые и другие длины волн. При совместном рассмотрении все длины волн видимого света кажутся белыми. Но призма или капли воды могут разбить белый свет на волны разной длины, так что появляются отдельные цвета.

Из солнечной энергии, которая достигает внешней атмосферы, ультрафиолетовые волны обладают наибольшей энергией. Только около 7 процентов солнечной радиации приходится на ультрафиолетовые волны. Эти три типа:

• UVC: ультрафиолет с наивысшей энергией, вообще не достигает поверхности планеты.
• UVB: вторая по величине энергия, также в основном задерживается в атмосфере.
• UVA: наименьшая энергия, проходит через атмосферу на землю.

Остающееся солнечное излучение — это самая длинноволновая часть инфракрасного излучения.Большинство объектов излучают инфракрасную энергию, которую мы ощущаем как тепло. Некоторые длины волн солнечного излучения, проходящего через атмосферу, могут быть потеряны, поскольку они поглощаются различными газами. Озон полностью удаляет UVC, большую часть UVB и часть UVA из падающего солнечного света. Кислород, углекислый газ и водяной пар также отфильтровывают волны некоторых длин.

Теплообмен в атмосфере

Тепло движется в атмосфере так же, как оно движется через твердую Землю (глава «Тектоника плит») или другую среду.Далее следует обзор того, как тепло течет и передается, но применительно к атмосфере.

Излучение — это передача энергии между двумя объектами с помощью электромагнитных волн. Тепло излучается от земли в нижние слои атмосферы.

В схеме проводимости тепло перемещается из областей с большим количеством тепла в области с меньшим количеством тепла при прямом контакте. Более теплые молекулы быстро вибрируют и сталкиваются с другими соседними молекулами, передавая свою энергию. В атмосфере проводимость более эффективна на более низких высотах, где плотность воздуха выше; передает тепло вверх туда, где молекулы расходятся дальше друг от друга, или переносит тепло вбок от более теплого места к более прохладному, где молекулы движутся менее энергично.

Теплообмен при движении нагретых материалов называется конвекцией . Тепло, исходящее от земли, вызывает в атмосфере конвекционные ячейки.

ТЕПЛО НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
Около половины солнечной радиации, попадающей в верхнюю часть атмосферы, отфильтровывается, прежде чем достигнет земли. Эта энергия может поглощаться атмосферными газами, отражаться облаками или рассеиваться. Рассеяние происходит, когда световая волна ударяет частицу и отскакивает в другом направлении.

Около 3% энергии, падающей на землю, отражается обратно в атмосферу. Остальное поглощается камнями, почвой и водой, а затем излучается обратно в воздух в виде тепла. Эти инфракрасные волны могут быть видны только инфракрасными датчиками. Поскольку солнечная энергия постоянно проникает в атмосферу Земли и на поверхность земли, становится ли планета горячее? Ответ — нет (хотя следующий раздел содержит исключение), потому что энергия с Земли уходит в космос через верхние слои атмосферы.Если количество, которое выходит, равно количеству, которое входит, то средняя глобальная температура остается неизменной. Это означает, что тепловой баланс планеты сбалансирован. Что произойдет, если энергии поступит больше, чем уйдет? Если уходит больше энергии, чем входит?

Сказать, что тепловой баланс Земли сбалансирован, игнорирует важный момент. Количество поступающей солнечной энергии на разных широтах разное). Как вы думаете, куда попадает больше всего солнечной энергии и почему? Где остается меньше всего солнечной энергии и почему? Разница в солнечной энергии, получаемой на разных широтах, вызывает атмосферную циркуляцию.

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ
Исключение из того, что температура на Земле находится в равновесии, вызвано парниковыми газами.Но сначала необходимо объяснить роль парниковых газов в атмосфере. Парниковые газы нагревают атмосферу, улавливая тепло. Часть теплового излучения от земли задерживается парниковыми газами в тропосфере. Как одеяло на спящем человеке, парниковые газы действуют как изоляция для нашей планеты. Потепление атмосферы из-за изоляции парниковыми газами называется парниковым эффектом . Парниковые газы — это компонент атмосферы, который регулирует температуру Земли.Парниковые газы включают CO2, h3O, метан, O3, оксиды азота (NO и NO2) и хлорфторуглероды (CFC). Все это нормальная часть атмосферы, кроме ХФУ. В таблице ниже показано, как каждый парниковый газ попадает в атмосферу естественным образом.

Различные парниковые газы по-разному удерживают тепло.Например, одна молекула метана улавливает в 30 раз больше тепла, чем одна молекула CO ₂ . Одна молекула CFC-12 (разновидность CFC) улавливает в 10600 раз больше тепла, чем одна молекула CO ₂ . Тем не менее, CO ₂ является очень важным парниковым газом, потому что его гораздо больше в атмосфере.

Деятельность человека значительно повысила уровни многих парниковых газов в атмосфере. Уровни метана примерно в 2 1/2 раза выше в результате деятельности человека. Углекислый газ увеличился более чем на 35%.ХФУ появились совсем недавно.

Как вы думаете, что произойдет при повышении уровня парниковых газов в атмосфере? Больше парниковых газов задерживает больше тепла и нагревает атмосферу. Увеличение или уменьшение содержания парниковых газов в атмосфере влияет на климат и погоду во всем мире.

атмосферное давление — Студенты | Britannica Kids

Атмосфера, окружающая Землю, имеет вес и давит на все, что находится под ней. Вес воздуха над определенной областью поверхности Земли называется атмосферным давлением.Это важный фактор, влияющий на погоду и климат Земли. Атмосферное давление можно измерить с помощью прибора, называемого барометром, поэтому его также называют барометрическим давлением. Обычно он измеряется в миллибарах (мб) или килопаскалях (кПа).

Атмосферное давление изменяется на разных высотах. Наибольшее давление наблюдается на уровне моря и уменьшается с высотой. Воздух тяжелее всего на уровне моря, потому что молекулы воздуха сжимаются весом воздуха над ними. Чем дальше от поверхности Земли, тем легче воздух становится, поскольку молекулы воздуха разделяются большим пространством.По мере уменьшения веса воздуха уменьшается и давление воздуха. На уровне моря атмосферное давление составляет около 1000 мбар (100 кПа). На вершине горы. Эверест — высота 29 032 фута (8,85 км) — давление падает примерно до 300 мбар (30 кПа). На высоте 31 миля (50 км) воздух настолько разрежен, что оказывает давление всего 1 мбар (0,1 кПа). Даже на высоте 5000 футов (1500 метров) атмосферное давление достаточно низкое, чтобы вызвать у некоторых людей горную (высотную) болезнь и другие серьезные физические проблемы.

Неравномерный нагрев Солнцем вызывает разницу в атмосферном давлении Земли. Эти перепады давления влияют на движение атмосферы, поскольку воздух перемещается из областей с высоким давлением в области с низким давлением. В результате получается ветер, который очень сильно влияет на погоду и климат.

Метеорологи отслеживают изменения давления как один из признаков приближающихся погодных изменений. Падение давления обычно указывает на приближающуюся ненастную погоду. Повышение давления обычно указывает на приближение или продолжение ясной погоды.На погодных картах точки равного давления соединены изогнутыми линиями, называемыми изобарами.

Понижение барометрического давления вызывает активацию нейронов в верхнем вестибулярном ядре у мышей

Abstract

Предполагается, что изменения погоды, сопровождающиеся снижением атмосферного давления, вызывают метеоропатию, то есть боль, связанную с погодой. Ранее мы сообщали, что поведение крыс, связанное с невропатической болью, усугубляется снижением барометрического давления и что этот эффект устраняется поражениями внутреннего уха.Эти результаты предполагают, что механизмы, которые увеличивают активность вестибулярных нейронов, могут быть параллельны тем, которые способствуют возникновению метеоропатии. Однако остается неизвестным, активируют ли изменения барометрического давления активность вестибулярных нейронов. Чтобы решить эту проблему, мы использовали экспрессию белка c-Fos в качестве маркера нейронной активации. Самцов и самок мышей помещали в климатическую камеру, и барометрическое давление снижали на 40 гПа с 1013 гПа на 50 мин (стимуляция LP). Общее количество c-Fos-положительных клеток в вестибулярных ядрах подсчитывали с двух сторон после стимуляции LP.Мы также записали на видео поведение мышей и рассчитали общую оценку активности во время стимуляции LP. Стимуляция LP привела к значительной экспрессии c-Fos в верхнем вестибулярном ядре (SuVe) самцов и самок мышей. Эффект стимуляции LP на общую оценку активности не наблюдался. Эти данные показывают, что отдельные нейроны в SuVe отвечают на стимуляцию LP. Подобные механизмы могут способствовать возникновению метеоропатии у людей.

Образец цитирования: Сато Дж., Инагаки Х., Кусуи М., Йокосука М., Ушида Т. (2019) Снижение барометрического давления вызывает активацию нейронов в верхнем вестибулярном ядре у мышей.PLoS ONE 14 (1): e0211297. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0211297

Редактор: Чан-Цин Гао, Центральный Южный университет, Третья больница Сян Я, КИТАЙ

Поступила: 7 ноября 2018 г .; Одобрена: 10 января 2019 г .; Опубликовано: 25 января 2019 г.

Авторские права: © 2019 Sato et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в рукописи и ее файлах с вспомогательной информацией.

Финансирование: Эта работа была поддержана грантом Университета Чубу (30AM17) (https://www3.chubu.ac.jp/main/english/) и Японским обществом содействия науке (JSPS). KAKENHI (номера грантов 235 и 15K08206) (http://www.jsps.go.jp/english/) JS. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Долгое время считалось, что изменения погоды могут вызывать эпизоды метеоропатии, такие как головная боль и другие формы хронической боли [1–6]. Метеорологические факторы, влияющие на боль, включают атмосферное давление, влажность, ветер, осадки и температуру [6–9]. Ранее мы продемонстрировали, что снижение барометрического давления (на 5–27 гПа ниже атмосферного давления; стимуляция LP) с использованием климатической камеры приводит к усилению связанного с болью поведения у крыс с хронической суженной травмой (CCI) [10] и крыс с моноартритом [11]. .Мы также сообщали, что вызванное LP усиление поведения, связанного с болью, исчезает после вызванного лекарством разрушения внутреннего уха у крыс CCI [12]. В другом исследовании мы внеклеточно регистрировали нервную активность в вестибулярных ядрах с помощью стеклянного микроэлектрода и изучали эффект LP (40 гПа / 8 мин) на нормальных анестезированных крысах. Семь из 20 зарегистрированных вестибулярных нейронов увеличивали частоту разряда при стимуляции ЛП [13]. Эти результаты предполагают, что барометрический датчик / сенсорная система, влияющая на ноцицептивное поведение во время LP у крыс CCI, расположена во внутреннем ухе.Однако неизвестно, активируют ли изменения барометрического давления активность вестибулярных нейронов у мышей. Если это так, то механизмы, которые увеличивают активность вестибулярных нейронов, могут быть параллельны тем, которые способствуют развитию метеоропатии. Чтобы исследовать эту проблему, в этом исследовании мы использовали экспрессию гена c-Fos непосредственного раннего развития в качестве маркера нейрональной активности в вестибулярных ядрах и обнаружили, что отдельные вестибулярные нейроны действительно реагируют на стимуляцию LP.

Материалы и методы

Животные