The contribution of weather factors to seasonal variations in oxygen partial density in different climatic zones

Cover Page

Cite item

Abstract

Background: Currently, there is growing concern about changes in the oxygen content in the surface air layer. There are weather classifications where the determining meteotropic effect affecting human health is the value of oxygen partial density, but among these types of weather, hyperoxia situations are not considered, although in a number of studies attention has been drawn to the negative impact on human health of high oxygen content in inhaled air. Taking into account the combination of periodic and aperiodic components of weather factors, it seems relevant to assess their intraannual variations in different climatic zones and determine their contribution to the formation of seasonal rhythms of partial oxygen density.

Aim: To assess the contribution of weather factors of the subarctic and subtropical climatic zones to the seasonal dynamics of the partial oxygen density in the atmospheric air.

Materials and methods: Wavelet analysis was used for mathematical analysis of weather changes. Signal analysis was performed in the plane of wavelet coefficients (scale–time–level). The statistical significance of rhythms was estimated by multiple (5000) random permutations of the levels of the original time series.

Results: In the Subarctic region, the annual rhythm of partial oxygen density is modulated by the insertion intra-annual rhythms of weather factors, in the subtropics, the rhythm of partial oxygen density is determined by constant low-amplitude rhythms of weather factors. The population of the North is exposed to hyperoxia during the five winter months and hypoxia in the summer. In the Limpopo province of South Africa, hypoxia occurs during the wet season (November to May), which, according to the medical weather classification, requires medical supervision.

Conclusion: Considering the presence of aperiodic components in the dynamics of weather factors, mathematical data processing requires the use of methods that evaluate changes in the spectral composition of a time series over time. We recommend supplementing medical weather classifications with such items as "hyperoxic day" and "hyperoxic" weather type.

About the authors

Oleg N. Ragozin

Khanty-Mansiysk State Medical Academy; Nizhnevartovsk State University

Email: oragozin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5318-9623
SPIN-code: 7132-3844

Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

Russian Federation, Khanty-Mansiysk; Nizhnevartovsk

Ivan V. Radysh

Peoples' Friendship University of Russia

Email: iradysh@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0939-6411
SPIN-code: 4780-5985

MD, Dr.Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Livhuwani Muthelo

University of Limpopo

Email: livhuwani.muthelo@ul.ac.za
ResearcherId: AHC-1001-2022

PhD

South Africa, Polokwane

Elena Yu. Shalamova

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Email: selenzik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5201-4496
SPIN-code: 8125-9359

Dr. Sci. (Biology), Associate Professor

Russian Federation, Khanty-Mansiysk

Andrey B. Gudkov

Northern State Medical University

Email: gudkovab@nsmu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5923-0941
SPIN-code: 4369-3372

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Arkhangelsk

Elina R. Ragozinа

Khanty-Mansiysk State Medical Academy

Email: elinka1000@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0199-2948

Postgraduate Student

Russian Federation, Khanty-Mansiysk

Irina А. Pogonysheva

Nizhnevartovsk State University

Author for correspondence.
Email: severina.i@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-5759-0270
SPIN-code: 6095-8392

Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

Russian Federation, Nizhnevartovsk

References

  1. Bobrovnitskiy IP, Yakovlev MYu, Fesyun OA, Evseev SM. Main aspects of the influence of meteorological and heliogeophysical factors on the human body. Russian Journal of Rehabilitation Medicine. 2021;(2): 40–46. EDN: OKPRST
  2. Prilipko NS, Bobrovnitskiy IP. Improvement of the regulatory and legal framework in the system of organization and provision of medical care for patients with environmentally caused diseases. Russian Journal of Environmental and Rehabilitation Medicine. 2022;(1):1–30.EDN: SUFXPL
  3. Nagornev SN, Frolkov VK, Khudov VV. The influence of extreme climatogeographical factors of the arctic zone of the russian federation on the functional state of indigenous and newly-arrived population. Russian Journal of Environmental and Rehabilitation Medicine. 2022;(2):53–69. EDN: LEUALA
  4. Vasil'ev DYu, Babkov OK, Kochetkova ES, Semenov VA. Wavelet and cross-wavelet analysis of the sums of atmospheric precipitation and surface air temperature in European Russia. Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya geograficheskaya. 2017;(6):63–77. doi: 10.7868/S0373244417060068 EDN: ZVFRHJ
  5. Aghajanyan NA, Radysh IV. Biorhythms, habitat, health. Moscow: RUDN; 2013. 362 p. (In Russ.)
  6. Gudkov AB, Mosyagin IG, Ivanov VD. Characteristics of the phase structure of the cardiac cycle in recruits of the Navy training center in the North.Military Medical Journal. 2014;335(2):58–59. (In Russ.) EDN: SXFGJN
  7. Chashchin VP, Gudkov AB, Chashchin MV, Popova ON. Predictive assessment of individual human susceptibility to damaging cold exposure. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2017;24(5):3–13. doi: 10.33396/1728-0869-2017-5-3-13 EDN: YNGENT
  8. Gudkov AB, Popova ON. External human respiration in the European North. Arkhangelsk: Publishing house of the Northern State Medical University; 2012. 251 p. (In Russ.) EDN: QKUPDZ
  9. Kuzmenko NV, Galagudza MM, Fedorenko AA, et al. Seasonal dynamics of cardiovascular events in the Russian Federation. Russian Journal of Cardiology. 2024;29(6):20–30. doi: 10.15829/1560-4071-2024-5773 EDN: KYZRXI
  10. Ginzburg AS, Vinogradova AA, Fedorova EI, et al. Oxygen in the atmosphere of large cities and people breath problems. Geophysical Processes and Biosphere. 2014;13(2):5–19. EDN: SCKXXN
  11. Zamolodchikov DG. The lack of oxygen: myth or reality? Use and Protection of Natural Resources of Russia. 2005;(3):122–132. EDN: REXOLP
  12. Grigoriev II, Paramonov IG, Ten MM. A brief guide to making medical forecasts. Moscow: Hydrometeoizdat; 1974. 14 p. (In Russ.)
  13. Petrov VN. Features of influence of oxygen' partial density gradient in the air on the health status of populations living in the arctic zone of the russian federation. Herald of the Kola Science Centre of RAS. 2015;(3):82–92. EDN: VBAYNZ
  14. Aghajanyan NA, Chizhov AYa. Hypoxic, hypocapnic, hypercapnic conditions. Moscow: Medicine; 2003. 212 p. (In Russ.) EDN: QLEQMZ
  15. Ginzburg AS, Vinogradova AA, Lezina EA, Pomelova MA. Changes in oxygen content in urban air under the influence of natural and anthropogenic factors. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics. 2023;59(4):437–449. doi: 10.31857/S0002351523040065EDN: YNGQLA
  16. Ragozin ON, Bochkarev MV, Kosarev AN, et al. Program for the study of biological rhythms by the method of wavelet analysis. Certificate of state registration of a computer program No 2014611398 / 03.02.2014. (In Russ.)
  17. Malla S. Wavelets in signal processing. Moscow: Mir; 2005. 672 p. (In Russ.)
  18. Ovcharova VF, Butyeva IV, Shveinova TG, Alyoshina TP. Specialized weather forecast for medical purposes and prevention of meteopathic reactions. Problems of Balneology, Physiotherapy and Exercise Therapy. 1974;(2):109–19. (In Russ.)
  19. Nikberg II, Revutsky EL, Sakali LI. Human heliometeotropic reactions. Kiev: I'm healthy; 1986. 144 p. (In Russ.)
  20. Ragozin ON, Tatarinzev PB, Pogonysheva IA, et al. Corrections for geographical differences in photoperiod in time-series analysis. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2023;30(2):139–149. doi: 10.17816/humeco117532 EDN: VVYOJA
  21. Novikov IYa, Stechkin SB. Fundamentals of the theory of bursts. Russian Mathematical Surveys. 1998;53(6):1159–1231. doi: 10.1070/rm1998v053n06ABEH000089 EDN: EJDBAP
  22. Mach WJ, Thimmesch AR, Pierce JT, Pierce JD. Consequences of hyperoxia and the toxicity of oxygen in the lung. Nurs Res Pract. 2011;2011:260482. doi: 10.1155/2011/260482
  23. Zhuravlev AI, Zubkova SM. Antioxidants. Free radical pathology, aging. Moscow: Belye Alvy; 2014. 304 p. (In Russ.)
  24. Zhuravlev AI. Quantum biophysics of animals and humans. Moscow: BINOM; 2011. 398 p. (In Russ.) EDN: QKTOKZ
  25. Dolgikh VT, Govorova NV, OrlovYuP, et al. Pathophysiological aspects of hyperoxia in anesthesiologist-reanimatologist's practice. General Reanimatology. 2017;13(3):83–93. doi: 10.15360/1813-9779-2017-3-83-93 EDN: YYVPHX
  26. Orlov YuP, Govorova NV, Lukach VN, et al. Hyperoxia in the ICU and what has changed in 100 years in the tactics of using oxygen in medicine: a review. Annals of Critical Care. 2022;(2):80–94. doi: 10.21320/1818-474X-2022-2-80-94 EDN: CRDEJI
  27. Glazachev OS, Smolensky AV, Dudnik YeN, et al. Periodic hypoxic-hyperoxic training in the rehabilitation of sportsmen with the chronic hyper-training syndrome (a pilot study).Exercise therapy and Sports Medicine. 2010;(2):19–25. EDN: MUIWDJ
  28. Feofanova TB. The method of interval hypoxic-hyperoxic training as a rehabilitation option for patients after Covid-19. In: Integration of science and society in modern socio-economic conditions. Moscow; 2021. Р. 27–29. (In Russ.) EDN: SLCEFF
  29. Arkhipenko YuV, Sazontova TG. The effect of adaptation to different oxygen levels on physical endurance, free radical oxidation and urgent response proteins. The Russian Conference "Hypoxia: mechanisms, adaptation, correction". Pathogenesis. 2008;(3):44–45. (In Russ.)
  30. Ulashchik VS. Active oxygen species, antioxidants, and the action of therapeutic physical factors. Problems of Balneology, Physiotherapy, and Exercise Therapy. 2013;90(1):60–69. EDN: PYASAR

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Dynamics of the partial oxygen density in Khanty-Mansiysk and Polokwane: the abscissa axis is the value of the partial oxygen density (g/m3), the ordinate axis is months and seasons.

Download (451KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».