INTRODUCCIÓN
En las estadísticas comparativas de la Actividad Solar, un indicador comúnmente
usado es el número de Wolf, pero otro indicador como es “la ocurrencia diaria de
eventos de alto nivel en rayos X, es muy útil pues informa sobre la componente
rápida de esta actividad. La ocurrencia de complejos eventos en el Sol, con
emisiones en diferentes bandas del espectro electromagnético y reforzamiento en
el flujo de partículas de baja energía eventualmente incluye la emisión de
partículas de alta energía. Estos eventos deben tenerse en cuenta para el
estudio de los posibles efectos del ambiente cósmico sobre nuestro planeta y sus
subsistemas., tan es así que los eventos solares están asociados a efectos en
los parámetros de la magnetosfera y la ionosfera terrestres, estos eventos son
los llamados Coronal Mass Ejections (CMEs).
El escenario cósmico entorno a la Tierra es complejo, por ejemplo, las emisiones
ultravioletas y los rayos X solares, arriban casi inmediatamente después de
fenómenos eruptivos en el Sol (CMEs) y las partículas cargadas arriban horas
después, provocando todas ellas un aumento en la ionización de la atmósfera de
la Tierra y cambiando las condiciones existentes en la biosfera y el equilibrio
del medio ambiente. Este fenómeno es de marcado interés cognoscitivo y operativo
para el diagnóstico y el pronóstico de la situación radiactiva.
Por otra parte los rayos cósmicos de una enorme energía y de no mucha intensidad
provenientes de todas partes del cosmos, inciden sobre la atmósfera de la Tierra
provocando una avalancha de partículas donde predominan los iones positivos, que
normalmente se registran al nivel del mar. Los eventos solares aumentan la
densidad del medio interplanetario y dan lugar al conocido efecto Forbush, pues
el medio interplanetario se hace menos transparente, disminuyendo el arribo de
rayos cósmicos.
El escenario cósmico resultante en el entorno a la Tierra presenta al paso de
los años a la actividad solar con un ciclo de unos 11 años, que a la vez modula
el arribo de los rayos cósmicos, ocurriendo la mayor incidencia de rayos
cósmicos en los años de mínima actividad solar. Este es el motivo por el cual en
trabajos anteriores que analizan posibles efectos de la actividad del Sol sobre
la Tierra , la periodicidad que se obtiene en las variables terrestres no es de
11 años sino de unos 5 años.
El estudio de la actividad solar, su acción geoefectiva y la predicción
operativa de la misma son de interés mayor en la Física Solar y sus
aplicaciones. Estos aspectos se encuentran en el centro de la atención de la
actividad humana y el interés por ellos crece con el desarrollo de la
civilización.
Se ha demostrado [Toledo, H, 1992; Quintana et al, 1996] que existe relación
entre las crisis de asma y los cambios climatológicos, pero estas relaciones no
siempre explican la ocurrencia de estas crisis, en particular no se ha tenido en
cuenta otros agentes del medio ambiente como es la variabilidad solar como parte
fundamental del estado del tiempo cósmico.
El objetivo de este trabajo es en la solución de problemas de tipo observacional
en el campo del estudio de la geoefectividad de la actividad solar sobre la
salud humana; en este caso de estudio en particular determinar posibles
relaciones entre las variables astronómicas-climatológicas y el
desencadenamiento de la crisis de asma en adultos.
MATERIALES Y METODOS
En este artículo nosotros hacemos un análisis simultáneo de la serie de tiempo
de valores diarios del número de Wolf, ocurrencia diaria de eventos en rayos X
de intensidad M y X; y el índice geomagnético Ap tomados de Solar Geophysical
Data Bulletin; además se tuvo en cuenta el nivel de intensidad de los rayos
cósmicos según esta misma fuente. En el caso de las crisis de asma se obtuvo la
información del número de pacientes de 15 a 64 años de edad que recibieron
tratamiento por asma (Datos de la Comisión Nacional de Asma) en el Hospital
"Calixto García" en Ciudad Habana de 1987 a 1990. Aquí se utilizó los
Procesadores Estadísticos el Statgraphics 2.1 y Origin 5.0
En los métodos de Reconocimiento de Patrones en la solución de problemas de tipo
observacional en el campo del estudio de la geoefectividad de la actividad solar
sobre la salud humana Los datos empleados en esta investigación corresponden al
año 1989 por ser el año de mayor actividad solar del ciclo 22. Las variables
astronómicas utilizadas en este estudio son el Número de Wolf (WOLF), Total de
rayos X (TOTAL_XM) y el Índice Geomagnético Ap (Ap) los cuales se tomaron del
Solar Geophysical Data Bulletin.
Las variables climatológicas que se incluyeron en este análisis son: la presión
atmosférica media (PNE), la temperatura media (TE), la humedad relativa media (HRE),
la tensión de vapor de agua media (TVE). Para todos ellos se tomó la media
diaria durante el periodo seleccionado en la Estación Meteorológica de Casa
Blanca.
Se obtuvo información sobre el número de pacientes de 15 a 64 años de edad que
diariamente recibieron atención médica por presentar crisis de asma bronquial
(A15_64) en el Hospital " Calixto García" en Ciudad de la Habana en el periodo
seleccionado según datos suministrados por la Comisión Nacional del Asma.
Con toda esta información se conformó una Base de Datos para facilitar el
trabajo de la investigación. De esta Base de Datos se extrajo la matriz de datos
observacionales con 300 individuos seleccionados aleatoriamente de los 365 días
del año. Esta matriz fue estandarizada para ser sometida a un estudio de
clasificación. Antes de pasar a la etapa de clasificación fueron seleccionadas
las variables astronómicas y climatológicas del conjunto de datos. No se tomó en
cuenta la variable A15_64 por ser la variable “dependiente”. Para realizar la
clasificación se utilizaron el sistema de Reconocimiento de Patrones SIRP y el
sistema de programas STATISTICA, siendo tomada como medida de semejanza la
distancia euclideana.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La figura 1 muestra un mayor número de crisis de asma en promedio durante poca
actividad solar y alto nivel de rayos cósmicos, que durante los años de alta
actividad solar y menor nivel de rayos cósmicos. El número de crisis comenzó a
descender cerca de marzo de 1988, presentando un mínimo en agosto de 1988,
cuando tienen lugar explosiones solares con poca emisión de partículas de alta
energía, pero que lanzan material suficiente al medio interplanetario, como para
provocar una disminución en el arribo de rayos cósmicos sobre la Tierra. [Del
Pozo et al, 2000]
Después en 1989 la curva de la figura 1 presenta un cambio en su comportamiento,
una subida y caída del número de crisis de asma caída y subida que son
significativamente similares en el asma y las curvas de ocurrencia de
explosiones solares en 1989, con un coeficiente de correlación de 0.9. Este
nuevo comportamiento puede ser debido a un factor anteriormente no presente:
· la ocurrencia de muchas y más intensas explosiones solares, que también
aumentan la densidad el medio interplanetario y provocan un menor arribo de
rayos cósmicos, pero estas explosiones ya presentan mayores niveles de
intensidad en la emisión de partículas cargadas de alta energía.
Por tanto puede considerarse la hipótesis:
“La acción de la actividad del Sol sobre el ambiente terrestre es la responsable
del comportamiento del número de crisis de asma en los años de alta actividad
solar (1989 y primera parte de 1990)”.
Buscando una corroboración independiente de esta hipótesis: se procedió a
determinar alguna otra evidencia sobre la existencia de un vínculo entre estos
fenómenos, por lo que fueron calculados los periodos estos índices de actividad
solar y magnética de todos los años en análisis y de cada año por separado. A
tal efecto se calculó el espectro de potencia de la Transformada Rápida de
Fourier (FFT).
El índice de eventos muestra que la mayor amplitud es 76 días en el periodograma
de 1989 (Figura 2a). Este período tuvo también una amplitud significativa para
todo el intervalo 1987-1990. Una periodicidad similar fue también encontrada por
[Ichimoto, K 1985] para los destellos H (alfa) de importancia 1,2 y 3 para el
ciclo solar 21. En el periodograma de 1989 el índice de asma también fue
encontrado un máximo característico con amplitud significativa en ese índice
corresponde a unos 76 días (Figura 2b)
En la Figura 3 muestra la variación en el tiempo de la diferencia entre 25 y 121
días de promedio móvil en escala de las crisis de asma, de los índices de
eventos en el Sol y asma para todo el período total usando la siguiente formula:
Las mayores amplitudes de las oscilaciones aparecen durante 1989. Esas
oscilaciones corresponden a los máximos de amplitud para unos 76 días de período
presentes en los periodogramas de 1989. Estas oscilaciones aparecen en noviembre
de 1988, primero en el índice de eventos, después de los primeros eventos
protónicos de poco nivel de este ciclo solar.
Es interesante notar que esas oscilaciones decrecen en amplitud en el índice de
asma, teniendo dos incrementos distintos de amplitud uno al comienzo y otro
mediados de 1989 respectivamente.
Estos tres efectos corroboran que la acción directa e indirecta de la actividad
el Sol esta presente en el desencadenamiento de las crisis de asma:
· El cambio en la tendencia a mediados de 1988 con la aparición de la actividad
del Sol
· La alta correlación positiva con el índice de eventos en alta actividad del
Sol y
· la aparición de las oscilaciones con el mismo período en ambos índices
(Figura. 4), que están presentes simultáneamente en la serie de tiempo del
promedio móvil de 25 días, el promedio deslizante se calcula por la fórmula
usando la siguiente formula:
Además en la (Figura 4) puede notarse que al primer máximo que aparece en la
curva del índice de eventos en la segunda mitad de 1988, lo preceden los cambios
en la tendencia y aparición de oscilaciones de mayor amplitudes de asma.
Como es conocido el desencadenamiento de las crisis de asma puede ser provocado
por diversos factores atmosféricos y medio ambientales, y como puede observarse
en las figuras 3 y 4, la amplitud de las oscilaciones que presentan las crisis
asmáticas en adultos con un período de aproximadamente 76 días, es comparable
con el valor medio de esta variable, lo que indica que la mayoría de los
asmáticos de este grupo de edades es sensible a los efectos de la acción
cósmica, bien por efectos cuasi directos de las radiaciones ionizantes y la
proliferación de partículas cargadas sobre el individuo sensible, así como
probablemente por la superposición de efectos que se trasmiten a través de
parámetros atmosféricos, también afectados por la acción cósmica, y que hacen el
papel de vías de acción indirectas.
Pasemos a analizar las evidencias de el desencadenamiento de un mayor número de
crisis de asma por la acción de las partículas cargadas de alta energía. Las
correlaciones cruzadas entre la variable del asma y la variable de eventos
solares para los meses de marzo y octubre de 1989 (Figura. 5), cuando se
registraron los mayores eventos de este ciclo solar muestran que:
· Podemos ver que la mejor correlación de las crisis de asma para este mes es en
el mismo día, es decir sin retardo apreciable. Esto corresponde con que los
eventos de Octubre fueron los de más rápida acción sobre la Tierra, pues se
produjeron en una ventajosa posición relativa respecto nosotros; los eventos
fueron observados al Oeste del meridiano central del Sol, los mayores de ellos
los días 19, 22 y 24 de octubre de enorme intensidad y energía del tipo Ground
Level Events.
· Sin embargo para los eventos de marzo de 1989 las condiciones fueron otras,
estos aunque muy potentes ocurrieron en posiciones desventajosas para la
propagación de las partículas cargadas hacia la Tierra, estos eventos ocurrieron
hacia el Este del meridiano central del Sol teniendo el valor máximo del arribo
de partículas un retardo de aproximadamente un día respecto a la ocurrencia del
evento en el Sol, sí observamos la correlación cruzada entre el asma y los
eventos, vemos que las crisis de asma presentan una mayor correlación con un
retardo de un día, es decir el asma se retarda igual que el arribo de partículas
de alta energía.
En las Técnicas de Reconocimiento de Patrones
De los siete métodos utilizados, se selecciono el método de Ward por ser
representativo del comportamiento promedio de los restantes métodos. Con la
Clasificación de la matriz por el método antes mencionado se obtuvo el siguiente
dendograma donde es posible apreciar la existencia de dos grandes grupos
perfectamente definidos para un nivel de interconexión de 70 (figura 6)
Fueron calculados los parámetros estadísticos que caracterizan el comportamiento
de las variables que forman cada grupo, lo que facilitó la interpretación de los
resultados.
El esquema de clasificación obtenido (figura 6) nos permite arribar a los
siguientes resultados:
Variables Climatológicas
1) En el Grupo 1 se observa que hay valores de temperatura media más bajos,
valores altos de presión atmosférica y valores bajos de Humedad Relativa Media
lo que representa un aumento en el número de casos de crisis de asma .
2)En el Grupo 2 se observa que hay valores de temperatura media más altos y
valores de Humedad Relativa media más altos lo que representa una disminución
del número de casos de asma.
Variables Astronómicas
1) En el Grupo 1 se observa que hay mayor número de eventos XM (Total_xm), hay
más radiación ionizante sobre la atmósfera y en los casos de mayor intensidad
GLE (Grant Level Events), las partículas llegan hasta la tierra provocando el
aumento de número de casos de crisis de asma.
2) En el grupo 2, como se trata del año 1989 (año más activo del ciclo 22),
donde hay ocurrencia de eventos menores que aunque no producen partículas
cargadas que puedan arribar a la superficie de la tierra, son capaces de
densificar el medio interplanetario y por tanto disminuir el arribo de las
partículas de los rayos cósmicos, lo que contribuye a la disminución del número
de casos de crisis de asma.
En el período estudiado, el aumento que se produce en el grupo 1 representa el
70 % de los casos reportados, la disminución en el grupo 2 representa un 45% de
los casos reportados.
También se calculó la matriz de semejanza entre las variables por los métodos
antes mencionado que se incluyen en el SIRP y se obtuvo que el mejor resultado
fue el obtenido por el método de Ward (figura 7).
Como ya se ha mencionado, en este estudio se ha considerado el año 1989, por ser
el de mayor actividad solar del ciclo 22, el esquema obtenido en la figura 2 nos
permite llegar a los siguientes resultados: que la variable A15_64 que
representa el número de casos de crisis de asma esta estrechamente relacionada
con la presión atmosférica y con los parámetros astronómicos Indice Geomagnetico
AP, Total_XM y el número de Wolf lo que nos permite afirmar la efectividad que
tiene la actividad solar sobre la salud humana.
CONCLUSIONES
Sí a lo anterior adicionamos el hecho, de que se presentan más crisis de asma
como promedio según se observa en la Figura. 1, en los años de mínima actividad
del Sol, cuando hay un arribo máximo de rayos cósmicos cuyos efectos llegan al
nivel del suelo, nos lleva a la hipótesis:
“Una de las acciones cósmicas sobre el asmático adulto tiene lugar a través de
la acción de los flujos de partículas cargadas que penetran en la atmósfera y
debido a sus efectos inmediatos sobre el individuo y el medio ambiente que lo
rodea”.
Lo anterior coincide con resultados de investigaciones sobre variables
atmosféricas y asma [Toledo H. 1990], en particular con las correlaciones
negativas con la humedad relativa, es decir cuando hay baja humedad hay más
crisis de asma, y todo el que ha trabajado en un laboratorio de electrostática
sabe que lo mismo ocurre con las cargas eléctricas, el día seco es el mejor para
que los objetos se carguen eléctricamente, lo que también incluye al polvo.
También se puede interpretar, que la sequedad del ambiente facilita la
proliferación del polvo, que se carga eléctricamente, en particular las
partículas de polvo de materiales aislantes como los plásticos y otras
sustancias orgánicas son las que con más facilidad se cargan. Mientras que en el
individuo la sequedad de la piel y/o las vías respiratorias, facilita la
acumulación de cargas sobre sus superficies. Es de notar que estos efectos casi
no se observan en los niños, los que poseen otras características de su piel con
una mayor transpiración.
La determinación de cuales y en que forma las variables atmosféricas pueden
servir de vías de acción sobre el asmático adulto ya se sale del marco de este
trabajo. No obstante esta combinación de acciones por diferentes vías sobre los
individuos sensibles, cada una de ellas con diferentes tiempos de retardo, y con
la conocida variabilidad propia de nuestra atmósfera por una parte, y la
variabilidad de las emisiones de los eventos solares, sobre todo de partículas
cargadas de alta energía por otra parte, parecen ser la causa de los continuos
corrimientos de fase entre las oscilaciones de la variable de eventos en el Sol
y las oscilaciones de los valores del número de crisis de asma , lo que parece
justificar porque este efecto se presenta ante nosotros como altamente complejo
y posiblemente no lineal. Parte de esta complejidad es debida a los rayos
cósmicos que aunque disminuidos y modulados en intensidad por la actividad solar
están presentes.
Sin embargo, esta complejidad no elimina las evidencias ya expuestas de la
influencia, que las variaciones de la actividad solar y el medio cósmico en
general pueden tener en pacientes asmáticos. Lo que evidencia el valor de
investigar no solo la amplitud de los índices de la acción cósmica, sino también
su variabilidad en lo que concierne a la salud humana y el medio ambiente
terrestre. Y en segundo lugar se abren más interrogantes que permiten avanzar en
la investigación de la física médica, hacia las posibles causas del
desencadenamiento de crisis asmáticas en algunos individuos.
Los resultados obtenidos en cuanto a las variables climatológicas muestran que
existe estrecha relación entre las crisis de asma y marcados cambios
climatológicos. En cuanto a las variables astronómicas hay que destacar que
cuando se producen determinadas explosiones solares, hay más radiación ionizante
sobre la atmósfera y las partículas llegan hasta la tierra provocando un
incremento en el número de casos de crisis de asma.
Se cumple el objetivo de mostrar la viabilidad práctica de estas técnicas al
haber considerado solamente el año 1989 el de mayor actividad solar en el ciclo
22, lo que nos permite continuar con la utilización de estas referidas técnicas
para otros años, correspondientes a otros niveles del estado del tiempo cósmico,
así como avanzar en el estudio de posibles retardos, efectos acumulativos y
determinación de las vías de acción en el medio ambiente terrestre.
Por tanto, este trabajo muestra la utilidad de los métodos de Reconocimiento de
Patrones en investigaciones que requieren un estudio de la relación entre las
variables dada su capacidad de determinar las posibles relaciones empíricas.
Entre estas interrogantes pueden considerarse:
· ¿Como las partículas cargadas que rodean al individuo provocan el disparo de
la crisis de asma?
· ¿Por que hay individuos sensibles a las partículas cargadas?, ¿Que sucede en
su organismo?.
· ¿Como afectan la piel estas cargas eléctricas?
· ¿Algún tejido entre la piel y los pulmones se vuelve eventualmente aislante al
paso de las cargas eléctricas?
· ¿Cuales son los valores de la capacidad eléctrica y otros parámetros en los
asmáticos adultos, entre la piel y las vías respiratorias cuando sienten que van
a caer en crisis?
· ¿Puede un eventual movimiento y acumulación de cargas eléctricas provocar la
afluencia de iones positivos de Hidrogeno (H+) hacia las vías respiratorias,
provocando una acción ácida irritante?
· ¿Puede este mismo movimiento y acumulación de cargas afectar la actividad de
los iones de Sodio Na+, potasio K+, u otros, y provocar la eventual caída del
tono muscular y el estado general, que precede las crisis?
· ¿Que tratamiento preventivo puede evitar las crisis?
· ¿Como influye esto en los niños que al llegar a los 14 ,15 años comienzan a
ser asmáticos?
Algunas recomendaciones de la práctica médica no contradicen los resultados
anteriores por ejemplo:
· Limpiar las superficies de polvo con un paño húmedo - Sí el polvo es sacudido,
esta acción mecánica tiende a cargar eléctricamente las partículas de polvo y a
la superficie golpeada; al pasar un paño húmedo se reducen las cargas eléctricas
sobre las superficies- Por tanto es recomendable pasar el paño húmedo varias
veces al día aunque no haya mucho polvo.
· Realizar el baño con agua fría - El agua caliente reduce notablemente el
contenido graso de la piel, la piel seca se carga eléctricamente con más
facilidad- Por tanto se puede recomendar adicionalmente el uso de jabón graso.
· No utilizar ropas de lana - En la práctica de la electrostática son empleados
por su efectividad la lana y el vidrio, para generar cargas eléctricas, pues al
frotarlos la lana se carga con carga positiva, y el vidrio con carga negativa.
Los flujos de partículas provenientes del cosmos chocan con los átomos de la
atmósfera produciendo una lluvia de iones positivos sobre la superficie de la
Tierra el mismo tipo de carga que acumula la lana- Además de la lana evitar el
contacto con otros objetos que se carguen positivamente.
La continuación de estas investigaciones combinando índices meteorológicos y
cósmicos, pueden también arrojar luz sobre los posibles mecanismos para la
interacción entre factores ambientales y la biosfera, las posibles vías de
acción, así como otras posibles patologías que puedan ser consideradas.
REFERENCIAS
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para optar por el grado científico de Doctor en Ciencias Médicas.
Figura 1. Indice diario de la ocurrencia de crisis de asma en adultos (15
a 64 años de edad) durante 1987 a 1990. Valores diarios del indice geomagnético
Ap, del número de Wolf y del índice de eventos (rayos X ). Estos valores fueron
convertidos para plotearlos en esta misma escala relativa del asma.
Figura 2 (a) Periodograma para 1989: Indice de la ocurrencia diaria de
rayos X
Figura 2 (b) Periodograma para 1989: Indice diario de la ocurrencia de
crisis de asma
Figura 3. Variación en el tiempo de la diferencia entre el promedio móvil de
25 y 121 días de los indices de asma y rayos X en escala relativa.
Figura 4 (a). Serie de tiempo de el promedio móvil de 25 días: Indice
diario de la ocurrencia de crisis de asma
Figura 4 (b). Serie de tiempo de el promedio móvil de 25 días: Indice
diario de la ocurrencia de rayos X.
Figura 5a Cross Correlación mes de Octubre 1989 (variable asmática con
total en rayos X)
Figura 5b Cross Correlación mes de Marzo de 1989 (variable asmática con
total en rayos X)
Figura 6 Esquema de clasificación obtenido por el método de Ward.
Figura 7 Matriz de semejanza obtenido por el método de Ward.
AUTORES
Valiente, J.F. *
Del Pozo, E.*
Batule, M.**
Toledo, H.***
Triolet, A**
Valiente, C.A.*v
* Instituto de Geofísica y Astronomía
Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente
** Comisión Nacional de Asma
Ministerio de Salud Publica
Hospital Universitario "Calixto Garcia"
*** Instituto de Medicina Tropical "Pedro Kouri"
*v Instituto Superior de Ciencias Medicas de La Habana
Hospital Universitario “ 10 de Octubre”
Key Words: Solar Variability, Sun-Biosphere, Solar Activity, Asthma, Cosmic
Rays, Non-linear effect.
