PNIPU

– Рождаются они в летней мезосфере, где температура опускается до –120°C. Такой холод возникает из-за двух причин. Во-первых, мощные восходящие потоки поднимают теплый воздух вверх: при подъеме газ расширяется и охлаждается. Во-вторых, на этой высоте воздух настолько разрежен, что почти не удерживает тепло — оно уходит в космос. Зимой воздушные потоки меняют направление, этот слой прогревается, и облака перестают появляться, – делится эксперт в области астрономии ПНИПУ Евгений Бурмистров.

Видимость этого события заметно различается в зависимости от того, где находится наблюдатель. В северных широтах – например, в Москве, Санкт-Петербурге, на Урале и в Сибири – облака появляются в разгар летнего сезона. Лучше всего они будут заметны на небе в конце июня и начале июля, ориентировочно через 30-60 минут после захода Солнца или за полчаса-час до рассвета.

Это красивое и многим известное явление, но с ним связано немало любопытных фактов.

Вода из метана: биосферный источник космических облаков

Неожиданным источником влаги для серебристых облаков служит метан — тот самый газ, который используется в бытовых плитах. Его также выделяют болота и мусорные свалки, где органика разлагается без доступа кислорода, рисовые поля, которые, по сути, являются теми же заболоченными территориями, а также домашний скот — в особенности коровы и овцы, в чьей пищеварительной системе это соединение вырабатывают особые микроорганизмы. Поднимаясь вверх, он достигает разреженных и холодных верхних слоев атмосферы, где под действием солнечного ультрафиолета распадается на части, образуя воду, а затем – крупицы льда.

– Парадокс в том, что в приземном слое атмосферы, где мы живем, этот газ работает как парник – он задерживает тепло, не давая ему уходить в космос. Однако в мезосфере это соединение, напротив, помогает тепловому излучению быстрее уходить в космическое пространство и тем самым охлаждает воздух. То есть вещество не только снабжает влагой ледяные кристаллы, но и само создает необходимый для их появления холод. За последние 150 лет содержание метана в воздушной оболочке планеты выросло, и спутники зафиксировали: серебристые облака стали возникать чаще и светиться ярче. Поэтому ученые считают их природным индикатором уровня этого газа, – отмечает ученый Пермского Политеха.

В тысячу раз тоньше волоса

Кристаллы льда в серебристых облаках имеют размер от 30 до 100 нанометров – это примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Диаметр отдельной ледяной частицы сопоставим с длиной световой волны – расстоянием, составляющим несколько стотысячных долей миллиметра, которое определяет цвет, видимый нашими глазами.

– Когда солнечный свет достигает таких малых частиц, возникает рэлеевское рассеяние: кристаллы отклоняют короткие синие и голубые лучи намного сильнее, чем длинные красные. Поэтому излучение облаков воспринимается как серебристо-голубое. Если бы ледяные крупицы были больше хотя бы в десять раз, все лучи отражались бы равномерно, и облака выглядели бы как белесое образование без характерного оттенка, – комментирует эксперт ПНИПУ.

Яркость серебристых облаков пульсирует в ритме вращения Солнца

Спутник AIM, запущенный специально для изучения мезосферы и серебристых облаков, обнаружил любопытную закономерность: частота появления и сила их свечения колеблются с периодом примерно в 27 суток. Это число приблизительно совпадает с полным оборотом Солнца вокруг собственной оси.

– На поверхности дневного светила существуют активные зоны – участки с повышенной температурой. Среди этого излучения особенно выделяется одна узкая и очень энергичная линия под названием Лайман-альфа. Когда эта активная зона обращена к Земле, в мезосферу попадает больше ультрафиолета, который запускает фотодиссоциацию – распад молекул воды. Количество влаги, служащей сырьем для ледяных кристаллов, уменьшается, и облака временно тускнеют, – объясняет Евгений Бурмистров.

Помимо 27-дневного ритма, на облака влияет и 11-летний цикл солнечной активности – периодическое изменение числа пятен и общего уровня излучения звезды: чем спокойнее Солнце и меньше активных зон, тем обильнее и ярче становятся серебристые облака.

В сто миллионов раз суше, чем воздух в Сахаре

Мезосфера, где парят серебристые облака, почти полностью лишена водяного пара. Это одно из самых обезвоженных мест на планете. Если взять одинаковые объемы, то влаги здесь примерно в 100 миллионов раз меньше, чем в приземном слое – тропосфере. Для сравнения: воздух над Сахарой содержит в десятки тысяч раз больше воды, чем этот слой на пике летнего сезона.

– Именно в этой сверхсухой среде возникают гигантские ледяные поля. Секрет кроется в том, что летом мезосфера промерзает до –120 °C: на этой высоте воздух разрежен настолько, что почти не задерживает тепло. При таком морозе даже малое количество водяного пара, которое еще есть в мезосфере, оказывается избыточным – удержать его в газообразном состоянии больше нечему, и он вынужденно начинает превращаться в лед. Так в практически безводном и очень сухом пространстве рождаются облака, которые протягиваются на тысячи километров и светятся в сумеречном небе, – комментирует ученый Пермского Политеха.

Один градус решает все

При экстремально низких температурах, которые держатся в летней мезосфере, способность воздуха удерживать невидимую влагу меняется очень резко. Достаточно охлаждения всего на один градус, чтобы предельное количество пара, которое еще может оставаться газом, снизилось на десятки процентов. Для сравнения: при привычном комнатном тепле такой же скачок потребовал бы похолодания на 10 и более градусов.

– Даже незначительное остывание, например, вызванное проходящей атмосферной волной, мгновенно переполняет воздух влагой, и ее избыток стремительно превращается в ледяные кристаллы. На глазах у наблюдателя буквально за несколько минут разворачивается обширное поле серебристых облаков. Так же быстро они способны исчезнуть, если температура несущественно повысится. Именно эта аномальная чувствительность к тепловым колебаниям делает серебристые облака столь изменчивыми, – делится эксперт ПНИПУ.

Серебристые облака представляют собой сложный природный индикатор, в котором сошлись земные и космические процессы. Биосферный метан, солнечное излучение, вращение звезды, экстремальный холод и микроскопические размеры ледяных кристаллов – все это работает как единый механизм, рождающий свечение на границе атмосферы и космоса. Именно поэтому наблюдение за этим явлением сегодня интересно всем, а не только ученым.

– Первые их представители были совершенно не похожи на тех ярких и крупных Махаонов или Аполлонов, которых мы вспоминаем, слыша слово «бабочка». Это были мелкие, невзрачные насекомые. Их гусеницы питались листьями или корнями растений, а взрослые особи либо тоже поедали зелень, либо жили столь недолго, что совсем не питались и потому имели недоразвитый ротовой аппарат. Такие примитивные бабочки сохранились до наших дней — это так называемые первичные зубатые моли с размахом крыльев всего от четырех миллиметров до полутора сантиметров, – делится ученый секретарь кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, ведущий инженер Мария Комбарова.

Настоящий расцвет бабочек начался в меловом периоде, когда появились цветковые растения.

– Вместо зеленых частей у культур возникли более питательные пыльцевые зерна, и насекомые переключились на них. Чтобы перенос пыльцы был эффективнее, цветы и бабочки стали приспосабливаться друг к другу: у растений развились нектарники с питательным сладким нектаром и ароматические железы, выделяющие запах для привлечения опылителей. У бабочек сформировались хоботки разной длины — одни могли достать нектар из глубоких нектарников, другие с коротким хоботком специализировались на небольших цветах, – рассказывает Мария Комбарова.

В итоге такого взаимного приспособления сейчас насчитывается до 175 тысяч видов бабочек, которых можно встретить практически в любой географической точке земного шара. И все это огромное разнообразие произошло от тех маленьких невзрачных предков.

Рисунок крыльев бабочки зависит от погоды и места жительства

Крылья одного и того же вида бабочки могут выглядеть совершенно по-разному в начале и в конце лета: такую зависимость от температур и осадков называют сезонным диморфизмом.

– В основе изменений окраски лежит выработка пигмента меланина. У человека он отвечает за цвет кожи, волос, радужки глаз, а у бабочки – за цвет рисунка. При низких температурах его синтез усиливается, что делает крылья более темными для лучшего прогрева на солнце, ведь черные оттенки притягивают его лучи. А при теплой погоде образование меланина, наоборот, снижается, и окраска светлеет, – объясняет Мария Комбарова.

Например, у бабочки Траурницы, распространенной почти во всех регионах России, в холодное дождливое лето крылья становятся почти черными с интенсивным темным рисунком, тогда как в жаркую солнечную погоду черный цвет может смениться на шоколадно-бурый, хотя вид остается тем же самым.

– Особого внимания заслуживает так называемый индустриальный меланизм, при котором бабочки приспосабливаются к жизни в городе. Например, Березовая пяденица– это светлая бабочка, которая маскируются от птиц набелой березе, но в промышленных городах их стволы темнеют из-за выхлопных газов и сажи. На таком фоне насекомое становятся легкой добычей, поэтому естественный отбор заставляет популяцию быстро темнеть: появляются особи, накапливающие много меланина и сливающиеся с загрязненным стволом дерева, – рассказывает Мария Комбарова.

Бабочка видит ультрафиолет – это помогает ей находить нектар

Зрение бабочки устроено иначе, чем у человека, и обладает уникальными особенностями.

– Ее огромные фасеточные глаза охватывают панорамный обзор почти на 360 градусов, позволяя видеть одновременно вперед, назад и в стороны, при этом бабочка хорошо воспринимает движущиеся объекты с расстояния до пяти метров. Если бы у нас были такие органы зрения, то они начинались бы от макушки и заканчивались бы на нижней челюсти. Но самое главное — бабочка видит в ультрафиолетовом спектре, что недоступно человеческому глазу. Именно эта способность помогает ей находить нектар: цветковые растения в ходе эволюции создали на лепестках невидимые для нас ультрафиолетовые «дорожки», указывающие, где расположены нектарники. Бабочка замечает эти ориентиры с достаточно большого расстояния – 2–3 метров, и точно садится туда, где ее ждет питательное вознаграждение, – говорит Мария Комбарова.

Прикосновение к крылу бабочки пережимает его сосуды

Прикосновение человека к крыльям бабочки может нанести ей серьезный вред.Обычно это объясняют тем, что таким образом человек стирает микроскопические чешуйки, которые нужны насекомому, чтобы обеспечивать стабильный полет, – без них легкое тело бабочки беспорядочно бросало бы из стороны в сторону. Однако здесь кроется лишь половина проблемы.

– Дело в том, что крыло пронизано тонкими сосудами, по которым течет гемолимфа — аналог крови у насекомых. Когда мы берем бабочку пальцами, эти хрупкие сосуды пережимаются, а то и рвутся, что приводит к нарушению циркуляции жидкости. Представьте, что вам очень сильно перетянули руку жгутом, так что туда перестала поступать кровь – именно это происходит с бабочкой, когда ее крылья задевает человек. Они перестают получать питание и не могут нормально функционировать. Кроме того, жилки выполняют роль ребер жесткости — при раздавливании этого каркаса крыло деформируется, и бабочка теряет способность полноценно летать. Особенно уязвимы свежевылупившиеся особи: их крылья сложены как скомканная бумага, и только после поступления в них гемолимфы они расправляются — любое вмешательство в этот момент может привести к необратимому повреждению и гибели, – предупреждает Мария Комбарова.

У бабочек есть вкусовые рецепторы на лапках

Вкусовые рецепторы у бабочек расположены на лапках, и это замечательное приспособление природы.

– Такая конструкция нужна вовсе не для того, чтобы пробовать нектар — источник сладкой пищи бабочка и так находит по ультрафиолетовым ориентирам на цветках. Главная функция этих рецепторов — мгновенная оценка листьев, на которые насекомое садится, чтобы отложить яйца. Ей важно за долю секунды определить, пригоден ли лист для гусениц: того ли он вида, достаточно ли молодой и сочный, не старый и не грубый, не поражен ли болезнями, – объясняет Мария Комбарова.

Ошибка здесь фатальна — потомство погибнет на неподходящем корме, поэтому природа сделала механизм предельно быстрым и точным.

– На лапках бабочки есть специальные микроскопические ямки с огромным количеством нервных окончаний. Как только насекомое касается поверхности, эти рецепторы мгновенно анализируют ее химический состав и отправляют сигнал в нервные узлы в головной части. Время реакции исчисляется миллисекундами — это связано с тем, что бабочка живет мало – в среднем от нескольких дней до четырех недель, у нее нет времени на раздумья, ей нужно быстро найти партнера, отложить яйца и завершить жизненный цикл, – рассказывает ученая ПНИПУ.

Человек даже самыми современными приборами не способен так молниеносно и точно провести химический анализ листа, как это делает бабочка одним лишь прикосновением лапки.

Бабочки не могут летать при температуре ниже 15°C

Если температура воздуха опускается ниже 15–20°C, бабочки действительно перестают летать, поэтому в прохладную погоду они сидят неподвижно, стараясь попасть под солнечные лучи.

– Причина такого поведения кроется в том, что бабочки — это холоднокровные насекомые, их обмен веществ напрямую зависит от температуры окружающей среды. При снижении тепла все биохимические процессы в организме замедляются, необходимые гормоны и активные вещества перестают выделяться в нужном количестве, мышцы теряют способность к эффективным сокращениям, и полет становится невозможным. Некоторые ночные виды могут разогревать себя за счет трепетания грудных мышц, что позволяет им летать даже в прохладе, но для большинства дневных бабочек единственный способ поднять температуру тела — это погреться в лучах солнца, расправив крылья. Оптимальный диапазон для активности обычно составляет около 23–24°C, тогда как при 14°C насекомые впадают в оцепенение, – объясняет Мария Комбарова.

Этот температурный порог напрямую влияет на выживаемость вида. В холодное, дождливое или пасмурное лето бабочки не могут летать, а значит, не способны искать нектар для пополнения энергии и влаги, находить половых партнеров для размножения и, самое главное, откладывать яйца на подходящие кормовые растения для гусениц. Таким образом, продолжительные периоды прохладной погоды резко снижают репродуктивный успех популяции и могут приводить к ее локальному сокращению или даже исчезновению в неблагоприятных климатических условиях.

В Индии ежегодно съедают около 20000 тонн бабочек

В культурах многих стран, особенно в Азии, Африке, Индии и даже Австралии, бабочки и их гусеницы являются обычным пищевым продуктом, признанным на государственном уровне.

– Только в Индии ежегодно употребляют около 20 000 тонн этих насекомых, а в Африке объемы, по оценкам, в несколько раз выше. Они считаются высокобелковой, легкоусвояемой пищей: в Таиланде жареных гусениц и их размолотый порошок добавляют в детские смеси и лечебное питание как обязательный компонент для прикорма с раннего возраста; в Китае гусениц, освобожденных от шелка после размотки коконов, в промышленных масштабах используют для приготовления омлетов, соусов и других блюд — это такой же привычный ингредиент, как для нас яйца или хлеб, – поделилась Мария Комбарова.

Такое использование насекомых — устойчивая традиция, обеспечивающая население доступным и питательным белком, особенно в регионах, где традиционное животноводство менее развито или дорого.

Когда вы резко поворачиваете голову, ваш внутренний орган равновесия (вестибулярный аппарат) сам заставляет глаза двигаться так, чтобы картинка перед вами оставалась чёткой — это как встроенный стабилизатор, а сам механизм называется вестибулоокулярный рефлекс. Но при некоторых болезнях он ломается: глаза не успевают подстроиться под поворот головы, изображение начинает «плыть», и человек чувствует головокружение. К таким патологиям относятся, например, вестибулярный неврит — это воспаление нерва, которое часто случается после гриппа или простуды, а ещё двусторонняя вестибулопатия, когда плохо работают оба вестибулярных аппарата сразу и болезнь Меньера, дающая приступы сильного головокружения вместе с шумом в ушах и снижением слуха.

Чтобы понять, насколько сильно нарушен тот самый рефлекс, который держит картинку чёткой при поворотах головы, врачи делают простой тест, который называется видео-импульсный тест поворота головы (ИТПГ). Пациента просят смотреть в одну точку, а доктор резко поворачивает его голову в стороны, проверяя, успевают ли глаза подстроиться. Специальная камера и датчики движения замеряют, не «плывёт» ли взгляд относительно поворота головы. Чем больше глаза отстают, тем серьёзнее проблема с вестибулярным аппаратом.

Важно, что этот же тест помогает врачам заподозрить и гораздо более опасное состояние — инсульт. Дело в том, что при нем вестибулоокулярный рефлекс часто остаётся нормальным, хотя у человека сильное головокружение. Если тест показывает, что рефлекс в порядке, а пациент жалуется на резкое головокружение, то возможно, дело не в вестибулярном аппарате, а в нарушении кровообращения в мозге, то есть в инсульте.

Проблема в том, что профессиональное оборудование для такого теста стоит от полутора миллионов рублей, оно зарубежного производства и доступно далеко не каждой поликлинике. К тому же разные марки этих приборов дают заметно различающиеся результаты. В одном исследовании одних и тех же пациентов проверили на нескольких системах, и оказалось, что показатели отличались в четыре раза. Получается, один и тот же пациент получает разные диагнозы — от лёгкого до тяжёлого, в зависимости от того, на каком аппарате его проверяют.  

Исследователи Пермского Политеха создали программу для обычного смартфона — без каких-либо дополнительных датчиков или навесного оборудования. Достаточно самого телефона, штатива, чтобы закрепить его перед пациентом, и приложения, которое разработали ученые. Оно обрабатывает видеопоток с камеры и с помощью специальных алгоритмов вычисляет положение головы с точностью, достаточной для медицинского применения.

— Прежде чем внедрять программу в реальную практику, нужно было убедиться, что алгоритмы работают правильно. На первом этапе мы провели испытания с участием добровольцев. Человек садился на стул, перед ним на штативе закрепляли смартфон, и он поворачивал голову влево и вправо, а телефон записывал видео — каждая запись длилась около минуты.  Чтобы оценить точность определения положения головы, нужно было с чем-то сравнить результат, поэтому на затылок участника крепили специальные эталонные датчики — небольшие устройства, которые очень точно измеряют повороты и резкие движения, и их данные использовали как образец, — объясняет Геннадий Мамыкин, аспирант кафедры «Прикладная математика» ПНИПУ.

Далее к видеозаписи применили несколько нейросетевых моделей, которые определяют положение головы, а затем очистили полученные данные от мелких помех — примерно так же, как в фоторедакторе убирают зернистость с фото.

— Всё это нужно, чтобы из видео получить точные числовые значения углов поворота головы в каждый момент времени. Поскольку модели уже обучили на больших массивах данных, на новых добровольцах они показали стабильно высокую точность. Результат превзошёл ожидания: лучшая комбинация алгоритмов дала ошибку измерений почти в семь раз точнее, чем требуется для постановки диагноза. Это значит, что результаты работы программы и алгоритмов на смартфоне очень близки к показаниям высокоточных эталонных датчиков, — рассказывает Владимир Первадчук, заведующий кафедрой «Прикладная математика» ПНИПУ, доктор технических наук.

Программа с высокой точностью отслеживает и положение головы, и движение зрачков. Погрешность для них составляет около трёх градусов — этого достаточно для уверенной диагностики. А значит, тест может стать доступным для районных поликлиник, небольших больниц и даже для выездной диагностики.

Уже сейчас разработку тестируют в одной из поликлиник Перми. Специалисты используют приложение в реальной практике, параллельно собирая базу данных — обезличенные результаты тестов пациентов с разными формами головокружений. Это в будущем позволит обучать и совершенствовать алгоритмы программы, делая диагностику ещё точнее.

– Миндалевидное тело, расположенное в височной доле головного мозга, непрерывно получает сигналы от всех органов чувств и оценивает их на предмет психоэмоциональной значимости, особенно в контексте безопасности. При внезапном стимуле, например, громком звуке или внезапном прикосновении, его нейроны резко активируются и посылают сигналы к ядрам ствола мозга и подкорковым структурам, которые регулируют дыхание, сердцебиение, мышечный тонус и движения глаз. В ответ они начинают активно выделять стимулирующие нейромедиаторы, чтобы быстро мобилизовать организм для немедленного действия «бей или беги», в том числе дофамин, – комментирует кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Валерий Литвинов.

Однако при панике он нужен не для удовольствия, а для усиления реакции избегания и обучения: он помогает мозгу быстро запомнить пугающую ситуацию (место, звук, контекст), чтобы в будущем распознавать её как опасную и избегать.

Нарушенный механизм торможения миндалины головного мозга – причина панических атак

Панические атаки могут возникать даже в те моменты, когда человеку ничего не угрожает. Это происходит из‑за ошибки в работе механизма оценки безопасности.

– Обычно миндалевидное тело активирует префронтальную кору, позволяющую рационально оценить реальность угрозы и при необходимости быстро остановить паническую реакцию. Однако здесь кроется парадокс — префронтальная кора способна генерировать реалистичные мыслительные образы, воспоминания, телесные ощущения, и ее сигналы могут восприниматься миндалиной как угроза, сопоставимая с физической опасностью извне. В результате попытка подавить тревогу через размышление «а что, если сейчас начнётся приступ?» нередко сама превращается в триггер, запуская новый цикл страха, – объясняет Валерий Литвинов.

Поэтому панические атаки возникают и при полном отсутствии внешнего вреда: достаточно внутреннего мыслительного образа, который мозг ошибочно маркирует как требующий немедленного реагирования.

Паника и тревога запускаются разными механизмами

За каждой из этих двух реакций стоит неодинаковый набор мозговых структур и механизмов.

По словам Валерий Литвинова, страх и его крайняя форма — паника, формируется в миндалевидном теле, которое отвечает за конкретные, объективированные угрозы (даже, если они предстают только в виде образов в голове) и запускает четкие программы избегающего поведения с физическими проявлениями – дрожью, потливостью, тремором. Тревога — более сложное явление, в ее формировании активно участвует кора головного мозга. На основе расплывчатых, но не оформленных в конкретную проблему, «недодуманных мыслей», проблем, раздумий о будущем рождается ощущение стресса, и лишь вторично оно запускает выработку нейромедиаторов, создающих неблагоприятный эмоциональный фон, но без выраженных физических симптомов.

Именно поэтому у человека может существовать генерализованная тревога без панических атак и наоборот.

Симптомы панической атаки легко спутать с инсультом

По словам старшего преподавателя кафедры «Социология и политология» ПНИПУ, когнитивно-поведенческого психолога Юлии Неверовой, телесные ощущения во время панической атаки могут быть обманчиво похожи на симптомы серьезных соматических заболеваний — гипогликемии, аритмии, инсульта, инфаркта или неврологических расстройств. Учащенное сердцебиение, одышка, головокружение, дрожь и чувство слабости встречаются при всех этих состояниях, поэтому самостоятельно отличить паническую атаку от реальной угрозы здоровью крайне сложно.

Особенно трудно это сделать, если приступ переживается впервые: мозг в состоянии страха склонен интерпретировать любой телесный сигнал как доказательство тяжелой болезни.

– В такой ситуации наиболее правильное решение — обратиться к врачу и пройти необходимое обследование, чтобы исключить органические нарушения сердечно-сосудистой, эндокринной или нервной системы. Если все показатели в норме, то можно с высокой вероятностью предположить, что причина неприятных ощущений кроется в проявлении тревожности, а именно в паническом расстройстве, – рекомендует Валерий Литвинов.

Затяжная паническая атака может длиться до часа – это опасно для психики

– Продолжительность классической панической атаки обычно не превышает получаса, поскольку этот процесс требует огромных энергозатрат от нервной системы и не может поддерживаться долго. Затяжным считается приступ, при котором интенсивные симптомы не стихают в течение 30–60 минут. Однако важно понимать: если он длится дольше часа, это, скорее всего, уже не паническая атака, а психоз, требующий экстренной госпитализации, – поделился Валерий Литвинов.

Основная опасность затяжных и частых панических атак заключается в негативных последствиях для психики и поведения.

– Хроническими состояниями, которые могут появиться после таких эпизодов, становятся различные зависимости, из-за того, что человек пытается «заглушить» приступы самостоятельно. Кроме того, возможно формирование невротизации — расстройства, при котором человек начинает избегать любых ситуаций, потенциально способных спровоцировать новый приступ, что серьезно ограничивает его повседневную жизнь и социальную активность, – предупреждает Валерий Литвинов.

Апноэ и изжога могут провоцировать панические атаки

Остановки дыхания во сне (апноэ), изжога и сердечная аритмия способны провоцировать ночные панические атаки как триггеры, запускающие реакцию на фоне уже существующего высокого психоэмоционального напряжения.

– У человека, находящегося в хроническом напряжении, порог восприятия любых стимулов значительно снижен, поэтому вместо спокойной обработки внутренних телесных сигналов, таких как внезапная остановка дыхания во сне, жжение за грудиной или перебои сердца, происходит резкий сброс накопившегося психоэмоционального заряда, что и проявляется в виде панической реакции, – рассказывает Валерий Литвинов.

Важно понимать, что апноэ или изжога сами по себе не являются истинной причиной панических атак — иначе все люди с этими заболеваниями страдали этими расстройствами. Ключевую роль играют именно сниженный порог восприятия и повышенная готовность мозга маркировать обычные сигналы как катастрофические. То есть одно и то же телесное ощущение у здорового человека останется незамеченным или вызовет лишь легкое беспокойство, а у предрасположенного к паническим атакам запустит полноценную бурную реакцию с учащенным сердцебиением, нехваткой воздуха и страхом смерти.

Панические атаки у женщин случаются в 4 раза чаще, чем у мужчин

Женщины действительно более подвержены паническим атакам, причем разница может достигать четырех раз по сравнению с мужчинами.

– Ключевыми причинами такой предрасположенности называют гормональные особенности — колебания уровня эстрогенов и прогестерона способны менять чувствительность нервной системы и тем самым снижать порог возникновения страха. Однако это не значит, что мужчины защищены от панических атак — генетическая предрасположенность, хронический стресс, недосып и психологические травмы провоцируют приступы у них в равной степени. Просто в силу социальных норм мужчины реже интерпретируют свои телесные симптомы как тревожные и, соответственно, реже обращаются за помощью, – объясняет Юлия Неверова.

Паническое расстройство может быть диагностировано и у детей, хотя встречается значительно реже, чем у взрослых.

– Чаще всего первые проявления наблюдаются у подростков начиная с 14 лет, в очень редких случаях — у детей с 10 лет. Причины возникновения паники в детском возрасте в целом те же, что и у взрослых, но с одной важной особенностью: скорее всего, их родители сами страдают различными тревожными расстройствами — ребенок может бессознательно перенимать паттерны поведения или реагировать на атмосферу в доме, – отмечает Юлия Неверова.

На здоровье человека одновременно влияет множество факторов: качество воздуха, состав питьевой воды, санитарно-гигиенические условия в помещениях и на рабочем месте. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, болезни, передаваемые через питьевую воду, ежегодно становятся причиной смерти около 1 миллиона человек, а загрязнение воздуха приводит примерно к 7 миллионам смертей. При этом в России более 4,8 миллиона человек (почти 35% всех работников) трудятся во вредных или опасных для здоровья условиях, что также влияет на развитие профессиональных заболеваний (тугоухости, хронического бронхита и других).

Для оценки рисков сегодня существуют различные рейтинги, шкалы опасности и классификаторы — например, индекс качества воздуха или классы вредности труда. Чтобы создать такие инструменты, используют статистику и машинное обучение. Однако эти методы только выдают цифру — вероятность заболевания, — но не объясняют, связано ли это со стажем работы, уровнем шума или химическим загрязнением. В результате специалисты не могут точно определить, на что именно воздействовать в первую очередь, чтобы устранить главный источник вреда.

Кроме того, различные факторы окружающей среды действуют не по отдельности, а комплексно. Заводы выбрасывают в атмосферу химические вещества, которые постепенно накапливаются в почве и воде. Каждое из таких загрязнений наносит вред организму, но при совместном влиянии их действие усиливается. Или другой пример: человек дышит грязным городским воздухом (пылью и выхлопными газами) и одновременно работает в тяжелых условиях, где на него постоянно действуют вибрация и шум. В итоге вероятность развития астмы, гипертонии и профессиональных заболеваний у него становится значительно выше. Именно поэтому оценивать каждый фактор по отдельности недостаточно — необходимо уметь рассчитывать их общий, совокупный эффект.

Все существующие инструменты оценки рисков призваны ответить на три ключевых вопроса: что именно влияет на здоровье, насколько сильно и что является источником опасности. Без таких оценок невозможно обоснованно проводить экологические и профилактические мероприятия: снижать выбросы предприятий, улучшать водоснабжение, уменьшать шум или модернизировать условия труда.

Однако у классических методов есть серьезные ограничения. Статистика хорошо работает только с «идеальными данными» — полными, без пропусков, собранными по единым стандартам. В реальном здравоохранении и экологии — это редкость, информации часто не хватает. Машинное обучение и нейросети могут рассчитать вероятность конкретной болезни, но не объяснят, связана ли она со стажем работы, с уровнем вибрации или с шумом. А в охране здоровья нужна именно причина, чтобы понять, на что воздействовать.

Ученые Пермского Политеха разработали уникальную математическую модель, которая позволяет оценивать совокупный риск от нескольких факторов одновременно и определять главный источник опасности. Проверка на реальных данных показала, что точность прогнозов достигает 92–95%. Модель официально утверждена Роспотребнадзором и рекомендована к практическому применению.

В основе разработки лежит «нечеткая логика», которая, в отличие от обычных математических моделей, способна понимать не только цифры, но и расплывчатые, качественные оценки — например, «давление повышено» или «шум умеренный». Одно и то же числовое значение может быть вредным в одних условиях и допустимым в других. Поэтому исследователи создали модель, которая сама определяет, насколько то или иное значение соответствует категориям «низкий», «средний», «повышенный», «высокий» уровень опасности.

– Модель работает следующим образом. Сначала она оценивает все исходные данные: замеры загрязняющих веществ в воздухе (пыль, диоксид азота, формальдегид, бензол и другие), показатели качества питьевой воды (железо, хлориды, нитраты, бактерии), физические факторы (шум, вибрация), а также данные о стаже работы, возрасте, условиях труда и учебы. Эти сведения берутся как из открытых источников, так и в ходе натурных наблюдений. После этого, учитывая совместное воздействие вредных условий, она выдает оценку — число, которое затем переводится в шкалу «низкий», «средний», «повышенный», «высокий» риск, – рассказала Анна Савочкина, заместитель декана по учебной работе факультета прикладной математики и механики, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры «Высшая математика» ПНИПУ.

Для проверки модели ученые собрали реальные показатели качества питьевой воды одного из регионов России за несколько лет: запах, цвет, содержание алюминия, марганца, хлоридов. Модель на основе полученных сведений рассчитала совокупный риск: за три года он снизился с «повышенного» до «среднего» уровня.

– Это изменение совпало с экспертными оценками санитарных врачей, которые на основе тех же данных о качестве воды сделали аналогичный вывод. Средняя погрешность в результатах составила около 5–7%. Таким образом, модель подтвердила свою способность правильно оценивать общий риск даже при большом количестве цифровых и качественных показателей. Существующие методы при этом позволяют оценить каждый показатель отдельно (например, превышение марганца или хлоридов), но не дают вывод по качеству воды в целом, – добавила Анна Савочкина.

Сама модель устроена так, что способна учитывать любые факторы из любых сред одновременно. Это значит, что ее можно применить для комплексной оценки загрязнения воздуха, воды и вредных условий труда вместе — и получить совокупный риск для здоровья.

Классические статистические методы показывают точность на уровне 75–89%. Машинное обучение способно достигать 85–96%, но работает как «черный ящик» — выдает цифру риска, не объясняя его причин. Точность прогнозов новой модели составляет 92–95%. Но главное преимущество в том, что она не просто выдает число, а показывает вклад каждого фактора.

На основе разработки ученые создали четыре программных комплекса: для оценки эффективности воздухоохранных мероприятий, для оценки мероприятий по повышению качества питьевой воды, для анализа влияния условий в образовательных учреждениях на здоровье школьников и для прогнозирования профессиональных рисков. Разработку официально утвердил Роспотребнадзор и рекомендовал к практическому применению надзорными органами.

Математическая модель является универсальной, и ее можно применять для многих других задач, связанных с оценкой рисков в условиях неполных или неточных данных. Например, с ее помощью можно оценивать риски от шума в жилых районах, анализировать качество продуктов питания, прогнозировать последствия химических аварий и на этой основе планировать профилактические мероприятия на конкретной территории.

Ржаной квас готовят путем заваривания ржаного солода, муки или сухарей: их заливают кипятком и настаивают, затем добавляют сахар и дрожжи, дают перебродить несколько часов, после чего разливают по бутылкам и отправляют на дозревание в холод на несколько дней. Этот напиток имеет характерный кисловатый вкус, насыщенный хлебный аромат и цвет от золотистого до темно-коричневого.

– Он содержит витамины группы B, E, C, K, а также микроэлементы: железо, кальций, магний, фосфор, калий. Белок ржаной муки включает незаменимые аминокислоты, которые не синтезируются в организме, лизин и треонин, – рассказывает ассистент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Никита Фаустов.

Такой продукт, приготовленный методом естественного брожения, является не просто освежающим напитком, но и ценным продуктом для здоровья.

– Он стимулирует пищеварение, повышает аппетит и улучшает обмен веществ. Благодаря наличию пробиотиков, образующихся в процессе ферментации, квас благотворно влияет на микрофлору кишечника. Железо в составе помогает предотвратить анемию, калий и магний поддерживают работу сердца и сосудов, а фосфор с кальцием укрепляют кости и зубы. Незаменимые аминокислоты лизин и треонин, поступающие из белка ржаной муки, участвуют в построении тканей, синтезе ферментов и антител, поддерживая иммунитет и рост клеток. Рекомендован он здоровым взрослым людям, а также тем, кто ведет активный образ жизни, для восполнения водно-солевого баланса, – говорит профессор кафедры безопасности жизнедеятельности ПНИПУ, доктор медицинских наук, профессор Нина Вишневская.

Однако ржаной квас имеет ряд строгих противопоказаний.

– Его категорически не рекомендуется употреблять при гастрите с повышенной кислотностью, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, так как органические кислоты могут вызвать обострение. Также напиток противопоказан при циррозе печени, желчекаменной болезни, панкреатите из-за нагрузки на поджелудочную железу, – предупреждает Нина Вишневская.

Овсяный квас

– Этот напиток готовят путем заваривания овсяных хлопьев или цельного зерна крутым кипятком, добавления сахара и источника закваски – изюма, ржаного хлеба или меда, после чего смесь оставляют бродить на 1–4 дня в тепле. Во время этого процесса из зерен в жидкость попадают витамины группы B, Е, клетчатка и минералы: калий, магний, фосфор, железо, цинк и кремний, – отмечает Никита Фаустов.

В отличие от ржаного, овсяный имеет более мягкий, нежный вкус и часто используется как основа для лечебных напитков.

– Его рекомендуют в качестве общеукрепляющего и восстанавливающего средства: после антибиотиков, химиотерапии, при физическом истощении и нарушениях сна, а также для нормализации работы желудочно-кишечного тракта при отсутствии аппетита. Беременным он может помочь при токсикозе и отеках, но только после консультации с врачом, – делится Нина Вишневская.

Однако домашний напиток может быть опасен для некоторых людей из-за бактерий Bacillus cereus, которые попадают в него из почвы через овсяные хлопья.

– Они образуют споры, не погибающие при кипячении, и при длительном нахождении в тепле выделяют токсины. В небольшой концентрации они не должны навредить взрослым здоровым людям, но у пациентов с ослабленным иммунитетом, заболеваниями ЖКТ в острой фазе и детей до 5 лет они могут вызвать тяжелую инфекцию, сопровождающуюся рвотой и диареей, – предупреждает Нина Вишневская.

Поэтому овсяный квас не рекомендуется готовить в домашних условиях – лучше купить пастеризованный вариант в магазине, который подвергают тепловой обработке при 95–100°C. В нем будет меньше полезных микроэлементов, так как они разрушаются под действием высоких температур, зато он станет безопасен.

Фруктово-ягодный квас

Для получения этого напитка ягоды или фрукты разминают, заливают водой, добавляют сахар и кипятят, затем остужают и вносят дрожжи или закваску. Смесь оставляют бродить в тепле на 1–2 дня, после чего процеживают, разливают по бутылкам и убирают в холодильник на дозревание на 2–3 суток.

– Самыми полезными считаются квасы из черной смородины, клюквы, облепихи и малины. Они богаты витаминами C и K и антиоксидантами. Среди фруктовых особенно ценят яблочно-грушевый: в нем много калия, который укрепляет сердце, а также пектина и органических кислот, необходимых для хорошей работы ЖКТ, – отмечает Нина Вишневская.

У этого продукта также есть некоторые противопоказания.

– Такой квас, в отличие от других видов, часто содержит значительно больше сахара, так как фрукты и ягоды сами по себе богаты глюкозой. Кроме того, готовый напиток является высокоуглеводным. Все это делает его особенно опасным для диабетиков – даже небольшой стакан способен вызвать резкий скачок уровня сахара в крови, потому что, растворенный в напитках, он всасывается практически моментально. Продукт также не рекомендован детям до 6 лет и людям с хроническими заболеваниями ЖКТ, так как высокая кислотность раздражает их уязвимые стенки желудка, – объясняет Нина Вишневская.

Белый квас

Этот напиток известен с глубокой древности, например, есть раннее упоминание о белом квасе в «Повести временных лет».

– Его готовят на основе пшеничного солода, который смешивают с мукой, заваривают крутым кипятком, затем держат в тепле, разводят водой, добавляют закваску – дрожжи или сусло, и оставляют бродить на несколько дней, – рассказал Никита Фаустов.

Позже темный ржаной квас вытеснил белый, и его рецепт был почти утерян. Лишь в 1990-х годах технологи восстановили его по рассказам старожилов в этнографических экспедициях по деревням Центральной России.

– Белый квас полезен прежде всего тем, что в отличие от других видов практически не вызывает брожения в кишечнике, а его низкая кислотность и мягкий вкус позволяют пить его даже людям с чувствительным желудком. Он богат витаминами группы B, витамином E, а также содержит уникальный набор свободных аминокислот, которые поддерживают соединительную ткань и суставы, что делает его особенно ценным для пациентов, восстанавливающихся после травм или страдающих болезнями опорно-двигательного аппарата. Также низкое содержание сахара и калорий позволяет включать его в диетическое меню. Поэтому его можно рекомендовать практически всем, кроме детей до 5 лет, беременных и кормящих, так как он все равно содержит небольшое количество спирта и может негативно повлиять на развитие ребенка, – отвечает Нина Вишневская.

Медовый квас

Для получения этого напитка смешивают мед, воду и дрожжи и оставляют их бродить на 1–2 дня, иногда добавляя лимонный сок для кислинки. От медовухи он отличается более короткой выдержкой, низкой крепостью 0,5–1,5% против 5–16% и обязательным использованием закваски.

– Теплый напиток помогает при заболеваниях верхних дыхательных путей и уменьшает воспаление в горле за счет высокого содержания витамина C. Дополнительно он работает как мягкое отхаркивающее средство из-за слегка раздражающего действия углекислого газа и органических кислот. Еще в нем есть антиоксиданты полифенолы, повышающие уровень «гормона счастья» серотонина в мозге – он показан людям с нервным истощением и синдромом хронической усталости. Также, в отличие от зерновых квасов, медовый не содержит глютена, что делает его более легким для пищеварения, – отмечает Нина Вишневская.

Однако он противопоказан людям с аллергией на продукты пчеловодства (пыльцу, прополис, мед), так как даже небольшая доза может вызвать крапивницу или отек Квинке.

– Аллергия на мед часто связана с растительными белками пыльцы, входящей в его состав, и может проявляться в виде зуда, сыпи, насморка, слезотечения, а в тяжелых случаях — удушья и отека гортани. Кроме того, из-за содержания активных продуктов брожения медовый квас не рекомендуется детям до 5 лет, беременным и кормящим женщинам, а также людям с сахарным диабетом, ожирением, панкреатитом и другими хроническими заболеваниями ЖКТ в стадии обострения, – говорит Нина Вишневская.

Свекольный квас

Такой напиток готовят, заливая сырую или слегка отваренную свеклу водой с сахаром и добавляя закваску и оставляя бродить при комнатной температуре на 2–4 дня, после чего процеживают и хранят в холодильнике.

– Свекольный квас богат кремнием, который стимулирует синтез коллагена, хлором, необходимым для образования соляной кислоты в желудке, марганцем, участвующем в формировании костной и соединительной ткани, и хромом – он регулирует уровень глюкозы в крови, – рассказал Никита Фаустов.

Этот продукт рекомендован людям с гипертонией и при похудении.

– Нитраты, содержащиеся в свекле, в процессе брожения преобразуются в оксид азота, который расширяет сосуды и снижает артериальное давление. Эффект может наступать уже через 20–30 минут после употребления. Для похудения квас полезен тем, что ускоряет метаболизм, выводит лишнюю жидкость и шлаки, а также благодаря низкой калорийности, около 30 ккал на 100 мл, и содержанию клетчатки, которая подавляет аппетит, – объясняет Нина Вишневская.

Однако при пониженном давлении его следует пить с осторожностью, а при обострении гастрита, язвы и мочекаменной болезни — исключить. Также перед употреблением стоит проконсультироваться с врачом, особенно если вы принимаете лекарства для разжижения крови или мочегонные препараты.

Как часто можно пить квас

– Здоровому взрослому человеку рекомендуется пить любой квас в количестве 200–500 мл (1–2 стакана) в день, лучше после еды, а не натощак.  В таком случае вы получите максимальную пользу и восполните водно-солевой баланс, что особенно важно в жару, так как нужные микроэлементы испаряются вместе с потом, – комментирует Нина Вишневская.

Превышение этой нормы может привести к вздутию живота, избыточному газообразованию, диарее из-за активных продуктов брожения и органических кислот; у людей с чувствительным желудком может развиться изжога.

Сколько можно хранить квас

– Живой домашний квас хранят в герметичной таре – стеклянных или пластиковых бутылках с плотной крышкой – при температуре +2…+6 °C в холодильнике не более 3–5 дней. После этого напиток может стать слишком кислым, а его полезные свойства — угаснуть, – отвечает Никита Фаустов.

Срок хранения магазинного пастеризованного кваса в закрытой заводской упаковке может варьироваться от 4–5 месяцев до 1 года в зависимости от производителя и типа тары. Однако после того как бутылка вскрыта, условия радикально меняются. В открытом виде пастеризованный квас необходимо хранить исключительно в холодильнике при температуре от +2 до +6°C. Его рекомендуют выпить в течение 1–2 суток. При комнатной температуре или длительном хранении в открытой бутылке напиток может испортиться из-за попадания микроорганизмов из воздуха, а также потерять свои вкусовые качества и газированность.

Гранулы активированного угля получают формованием пасты, представляющей собой композицию порошкообразного каменного угля и связующего. Десятилетиями в качестве такого компонента служила лесохимическая смола — побочный продукт переработки древесины. Однако в последние годы это сырье практически исчезло: его производство резко сократилось, и промышленности потребовалась замена.

В настоящее время в качестве перспективного и доступного для получения гранулированных активированных углей связующего начали использовать каменноугольные смолы, получаемые в процессе коксования каменных углей. Однако такое связующее имеет серьезный недостаток: слишком высокую вязкость, что не позволяет получать однородную пластичную пасту, необходимую для формования гранул. Они получаются неоднородными, с трещинами, что при термической обработке на последующих стадиях приводит к резкому снижению прочности получаемых гранул.

Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали новую композицию связующего на основе каменноугольной смолы с более низкой вязкостью. Использование разработанного связующего для получения гранулированных активированных углей позволило повысить сорбционную способность готового угля в 2,3 раза.

Все дело в специальной добавке к каменноугольной смоле — поверхностно-активном веществе (ПАВ). Введение ПАВ в состав смолы приводит к снижению вязкости связующего. В результате такое композиционное вещество равномерно пропитывает угольную пыль и способствует формированию однородной пластичной пасты.

Чтобы получить гранулированный активированный уголь, пыль со связующим сначала формуют в гранулы, а затем подвергают двухступенчатой высокотемпературной обработке. При первой стадии термообработки сырые гранулы подвергаются пиролизу в бескислородной атмосфере, при этом удаляются летучие компоненты, закладывается основа пористой структуры, увеличивается прочность гранул. На второй стадии происходит их активация при высокой температуре в окислительной среде. В результате образуется пористая структура гранул.

— Проблема в том, что при использовании обычной каменноугольной смолы возможно получить ГАУ с низкими показателями прочности и площадью поверхности не более 600 м2/г, что является недостаточным для глубокой очистки загрязненных сред. Но потенциал у материала гораздо выше: поры просто не успевают раскрыться, смола блокирует и препятствует их формированию. Наша добавка позволила поднять площадь до 1038 м2/г, то есть в 2,3 раза больше, чем была раньше, — рассказал Егор Першин, ассистент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ.

— Кроме того, мы научились управлять процессом активации. На лабораторной установке мы меняли два параметра: температуру от 800 до 900°C и время обработки от получаса до полутора часов. На обычной смоле без добавки эти настройки почти не влияли на результат — уголь получался примерно одинакового качества. С использованием композиционного связующего все иначе: более высокая температура и продолжительность процесса активации  позволили получать ГАУ с более развитой пористой структурой, — добавила Елена Фарберова, кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология».

Разработанная технология позволяет не только заменить дефицитные лесохимические смолы на доступное сырье, но и получить активированный уголь с большей площадью поверхности, чем при использовании обычной смолы без добавки. При этом меняя температуру и время активации, можно управлять формированием пористой структуры материала.