Физические поля в организме человека

Среди внешних физических полей, оказывающих заметное влияние на живые организмы, можно также выделить геомагнитные пульсации и инфразвуковые волны []. Геомагнитные пульсации возникают в процессе взаимодействия магнитного поля Земли с потоками солнечной плазмы. Эти пульсации вызывают появление переменного электрического поля на уровне Земли. Амплитуды электрического поля геомагнитных пульсаций (около 50-60 В/м) сравнимы со средним значением градиента потенциала атмосферного электрического поля. Частоты пульсаций (0,005-5 Гц) оказались резонансными по отношению к характерным частотам биологических объектов, поэтому геомагнитные пульсации оказываются существенными для здоровья людей.

Другим весьма специфичным фактором воздействия на живые организмы являются инфразвуковые волны. Существует красивая легенда о «летучих голландцах» - кораблях, бороздящих моря и океаны без экипажей, которые могли покинуть их под воздействием инфразвука. Автору пособия также довелось испытать не очень приятные физиологические ощущения от инфразвука при встрече атомохода «Ленин» с всплывающей атомной подводной лодкой в Северном Ледовитом океане. Естественными источниками возникновения инфразвука являются области формирования циклонов. извержения вулканов, сильные грозы, взрывы метеоров, поверхность моря во время шторма и т.д.

Инфразвук может возникать и в результате человеческой деятельности: ядерные и просто большие взрывы, движения ракет, самолетов, подводных лодок, как уже упоминалось. Инфразвуковые волны распространяются на тысячи километров [] как бы по своеобразному волноводу. Это поле инфразвуковых и, более широко, электромагнитных инфраволн постоянно присутствует на Земле и может сильно возрастать (в десятки раз) при геомагнитных возмущениях.

Можно с уверенностью считать, что вся биосфера Земли вовлечена в поля различных колебательных процессов и в процессе эволюции приспосабливалась к этим условиям. Биоритмы внутренних полей взаимодействуют с внешними ЭМП, в том числе и с инфраволнами. Частоты электрической активности сердца, мозга и других органов лежат в том же диапазоне, что и частоты инфраволн. Было установлено влияние электромагнитных инфраволн на кальциевый обмен в клетках, изменение проницаемости мембран и электрической активности мозга, слипание эритроцитов и изменение многих биохимических процессов.

Это дает возможность предположить, что наличие всех этих полей могло быть одним из необходимых условий возникновения жизни на Земле. Известный специалист по изучению воздействия ЭМП на живые организмы Ю.А. Холодов красиво обобщил эти представления: «Как в плазме крови сохранились «воспоминания» о жизни в океане, так и в режиме некоторых биоэлектрических процессов слышатся отзвуки того электромагнитного «океана», в присутствии и участии которого зарождалась жизнь» []. Являясь фактором, сопутствующим эволюции биосферы, эти поля служат связующим звеном между физическими процессами в Космосе и явлениями, которые возникают в биосфере в ответ на изменения физической среды.

Ионизирующим электромагнитным излучением будут являться потоки ионов и заряженных частиц, а также фотонное излучение, гамма- и рентгеновское излучение. Ионизирующими эти излучения называются потому, что, проходя через среду, они вызывают ее ионизацию. Корпускулярное излучение - это a- и b-излучение, протонное, нейтронное, потоки многозарядных ионов и продуктов ядерных реакций деления. Гамма-излучение возникает при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц (например, электрона и позитрона). Рентгеновское излучение связано с тормозным (при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц) и характеристическим излучением (при изменении энергетического состояния внутренних электронов атома).

Все источники ЭМИ и ионизирующих излучений в целом разделяются на естественные и искусственные. К естественным относятся космические излучения Солнца, других космических объектов, a, b, g-излучения многочисленных радионуклидов, рассеянных в породах Земли, воде, воздухе и входящих в состав живых организмов. Совокупность всех этих излучений считается естественным (природным) электромагнитным и радиационным фоном. К искусственным относятся различные техногенные устройства, создающие те или иные излучения (ядерные реакторы, ускорители, гамма-установки, в том числе для медицинских целей, ядерные взрывы, выбросы АЭС, установки промышленного производства и использования радиоактивных изотопов, бытовая техника - телевизоры, компьютеры, волновые печи, сотовые телефоны, ЛЭП, радиопередающие устройства с излучающими антеннами и многое другое, что человек придумал для удобства своей жизни).

Особую опасность представляет ионизирующее излучение, которое живой организм (по крайней мере, человеческий), в отличие от ЭМИ, не ощущает своими органами чувств, и поэтому сам организм не может предупредить себя об опасности. Неприятно для организма и то, что доза суммарного облучения обладает кумулятивным эффектом. Ионизирующее излучение вызывает в тканях, клетках и жидких средах организма образование химически активных свободных радикалов, обладающих большой окислительно-восстановительной способностью.

Заметим, что в организме человека свободные радикалы содержат активный кислород, стремятся присоединиться к белкам и способствуют нежелательным биохимическим изменениям. Они как бы «разъедают» сердце и другие жизненно важные органы, как ржавчина железо. Как выяснилось в исследованиях С. Таддеи с коллегами из Пизанского университета в Италии, аэробические упражнения уменьшают выработку свободных радикалов. Активный образ жизни и регулярные тренировки предотвращают «заржавление» организма.

В этом случае кровяные артерии часто расширяются и сужаются («тренируются»!). Внутренний слой клеток (эндотелий), устилающий артерии, начинает выделять больше оксида азота, который регулирует сокращение сосудов и делает их более гибкими и пластичными. Возможно, в связи с этим образование свободных радикалов под воздействием ионизирующего излучения происходит меньше именно у людей, тренированных на большие аэробические нагрузки.

Основное радиационное воздействие состоит в нарушении физической регенерации клеток и тканей, изменении функции регуляторных систем, изменении иммунной и генной систем живого организма. Заметим, что никакой другой вид излучения (тепловое, электромагнитное и т.д.), поглощенного живым организмом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. А.Н. Павлов [] приводит расчет, согласно которому смертельная доза ионизирующего излучения для млекопитающих (500 рад) соответствует поглощенной энергии ~ 5 Дж/кг. Если эту энергию подвести к телу в виде тепла, то оно нагрелось бы едва ли на 0,001°С. Для сравнения - это тепловая энергия, заключенная в стакане горячего чая. Именно ионизация и возбуждение атомов и молекул среды обусловливают специфику действия ионизирующего излучения.

По вопросам воздействия ионизирующего излучения на живую и неживую природу за 50 лет (первый ядерный реактор был запущен Э. Ферми в 1942 г. под трибунами стадиона Чикагского университета в США) накоплен огромный фактический материал и опыт (к сожалению, и печальный) и имеется обширная литература, в том числе и справочники по нормам ионизирующего облучения. Укажем лишь небольшую часть из них для общего ознакомления [].

Что касается ЭМИ, то большинство физиологических расстройств организмов связано с воздействием этого излучения на процессы в объектах живой природы, поскольку клетки организмов в основном электрически поляризованы, а по нервным волокнам протекают биоэлектрические токи. Изменение параметров этих электрических процессов при изменении внешних полей и излучений и переводит биологические системы в новое качественное состояние. Среди всего спектра ЭМИ наибольший биологический эффект дают световой и радиоволновый диапазоны.

Учитывая наличие связи физиологических процессов в живом организме с формированием в нем динамических физических полей различной природы, создание общего биополя, естественно, следует ожидать взаимодействия, в том числе и резонансного, с внешними излучениями и полями. Наиболее взаимодействие внутренней и внешней среды организма проявляется для ЭМИ. Механизм образования и разрушения объемных электрических зарядов и биотоков обусловливает чувствительность живых организмов к амплитудно-спектральным изменениям ЭМИ.

Было установлено, что внешние ЭМП заметно влияют на нервную (особенно сильно в широком диапазоне частот слабых ЭМП) и кровеносную систему, на иммунитет, т.е. степень устойчивости функционирования организма, резко увеличивают время задержки реакции организма на любые внешние факторы. Чувствительностью к ЭМП обладают клетки и внутриклеточные элементы - мембраны, ядра и митохондрии, а также гипоталамус, который отвечает за регуляцию тонуса симпатической нервной системы, эмоциональной среды, формирование чувства голода, жажды, регуляцию сна []. Х. Дельгадо [] показал, что чувствительность в целом организма к слабым ЭМП является общебиологической закономерностью. Так, микроволновое излучение от ПК при работе от 2 до 6 ч в день (впрочем, как и бесконечное сидение перед домашним телевизором) вызывает в 55 раз чаще функциональные нарушения нервной системы, в 2 раза увеличивает сердечнососудистые заболевания, в 3 раза ухудшает состояние опорно-двигательного аппарата.

Особенно следует отметить воздействие на живые организмы миллиметровых волн [] и разработанной на их основе КВЧ-терапии, или так называемой волновой терапии. Это обусловлено совпадением их частот с биоритмами сердца, мозга человека и мембран его клеток. Миллиметровые волны сильно поглощаются в среде и в организм человека проникают лишь на 300-500 мкм. Поэтому их воздействие проявляется через рецепторные и особенно биологически активные точки кожи.

Из биологии человека известно, что практически любой внутренний орган связан с определенными точками на поверхности тела. Воздействуя тем или иным способом на них, можно влиять на здоровье человека. В настоящее время метод волновой терапии считается весьма перспективным, особенно в случае комплексных заболеваний, и практически может быть использован для лечения многих болезней и даже борьбы со старостью.

Признаками старости могут быть многие проявления, в частности состояние кожи и ее обезвоживание. Миллиметровые волны увеличивают ее гидратацию, благотворно влияют на нервную и иммунную системы, опорно-двигательный аппарат. Ожидается, что этот метод в целом поможет организму усилить его адаптивность и перейти на другой функциональный уровень, когда повышаются его возможности в борьбе с болезнями и старостью. Образно говоря, человек должен понимать воздействия на него, и легче всего это сделать на естественном для его организма языке миллиметровых волн.

Остановимся еще на одном способе электрического воздействия атмосферного воздуха - методе аэроионизации, разработанном А.Л. Чижевским []. Этот процесс связан с образованием легких отрицательных аэроионов, которые передают свой заряд кислороду. Созданное им устройство практически ионизирует воздух и образует ионы кислорода, по терминологии Чижевского - «аэроионы». Уже через пять минут работы «люстры Чижевского» количество отрицательно заряженных аэроионов в воздухе увеличивается с 50 - 100 в 1 до 10000. Эти аэроионы способствуют увеличению в коже газообмена и нормализации потенциала биологически активных точек, ускорению окислительно-восстановительных реакций и улучшению состояния сосудов.

Влияние легких аэроионов на рецепторы кожи способно изменить тонус центральной нервной системы и повысить биоэнергетику организма в целом. При этом электростатические системы кожи и крови непрерывно обмениваются своими электрическими зарядами, восстанавливая биоэнергетический потенциал и обмен веществ. Эффект аэроионизации особенно усиливается при использовании лазерной терапии. Квантовая энергия, являясь мощным биостимулятором, регулирует биохимические реакции на фоне насыщения тканей отрицательно заряженным кислородом.

Известны случаи воздействия изменений магнитных полей в геопатогенных зонах Земли (Курская магнитная аномалия, на Алтае, Саянах, в Узбекистане, в так называемой Пермской зоне и других подобных районах) на организм человека: в крови увеличивалось содержание лейкоцитов, снижалась частота сердечных сокращений, уменьшалась амплитуда сигнала ЭКГ, ухудшались память, реакция, внимание, наступало обострение многих хронических болезней. Отмечалось влияние смены знака в межплазменном магнитном поле Земли (ММП) на физиологические и психологические процессы: в отрицательных областях поля хуже делятся бактерии, ухудшается психическое состояние, чаще инфаркты у людей и т.д.

На большом статистическом материале также показано, что изменение состояния ММП в год рождения человека и год, предшествующий этому событию, заметно влияет на изменение роли левого или правого полушарий мозга в психической деятельности человека, образование логического или образно-интуитивного типа мышления, изменение числа левшей и правшей и т.д. []. Экспериментально обнаружено влияние ЭМП на процессы мышления: в случае недостатка или избытка электромагнитных колебаний определенной частоты наблюдалось ухудшение работы мозга человека.

Существенно влияние не только естественных источников ЭМП, но и техногенных ЭМП. Уже 10 лет назад выработка электроэнергии во всем мире составляла около Дж, что сопоставимо с энергией, выделяемой в результате сейсмических процессов на Земле за год. Линии электропередачи (ЛЭП) и всевозможные устройства радиосвязи также непосредственно влияют на биоту и здоровье людей. Энергия, выделяемая в радиодиапазоне в результате деятельности человека, сейчас становится сравнимой с энергией Солнца в видимом диапазоне спектра. Таких примеров влияния внешнего ЭМП на организм можно привести достаточно много, изучение этих процессов интенсивно продолжается во всем мире.

Нам же для общего понимания проблемы достаточно осознания реального факта воздействия внешних физических полей на живой организм, их взаимодействия с внутренними полями и возможности получения и управления информацией этого взаимодействия. В частности, практически все виды ЭМП могут быть использованы для диагностических и лечебных целей. Общим физическим принципом такого лечения, по-видимому, можно считать концентрацию энергии на основных органах и тканях. Более подробную информацию по всем затронутым вопросам можно получить в имеющейся биологической и медицинской литературе.

Физические поля биологических объектов, мнение Гуляева Юрия Васильевича и Годика Эдуарда Эммануиловича.

Вокруг любого биологического объекта в процессе его жизнедеятельности возникает сложная картина физических полей. Их распределение в пространстве и изменение во времени несут важную биологическую информацию, которую можно использовать, в частности, в целях медицинской диагностики.

Прежде всего сформулируем, о каких полях идет речь.

Естественно, что биологический объект, как любое физическое тело, должен быть источником равновесного электромагнитного излучения. Для тела с температурой около 300 К такое тепловое излучение наиболее интенсивно в инфракрасном диапазоне волн. В этом диапазоне биологический объект, например человек, излучает очень большую мощность - свыше 10 мВт с квадратного сантиметра поверхности своего тела, т.е. в целом более 100 Вт. Это излучение далеко уходит от человека, попадая в «окно» прозрачности атмосферы (длина волны 8-14 мкм).

Следует подчеркнуть, что нас интересуют не сами по себе электромагнитные излучения биологических объектов, а возможность переноса по этим каналам информации, связанной с работой внутренних органов. Например, инфракрасное излучение промодулировано физиологическими процессами. которые задают распределение и динамику температуры поверхности тела.

Следующий канал (диапазон волн) - радиотепловое излучение, несущее информацию о температуре и временных ритмах внутренних органов человека. Так, в дециметровом диапазоне волн удается регистрировать сигналы с глубины до 5-10 см. На более коротких волнах глубина, с которой получается информация, уменьшается, однако улучшается пространственное разрешение. По радиотепловым изображениям на различных длинах волн с помощью достаточно сложной цифровой обработки можно восстановить пространственное распределение температуры в глубине биообъекта.

Низкочастотные электрические поля (с частотами до 1 кГц) связаны, как правило, с электрохимическими (в первую очередь транcмембранными потенциалами, отражающими функционирование различных органов и систем биообъекта (сердца, желудка и др.). К сожалению, низкочастотные электрические поля практически полностью планируются высокопроводящими тканями биообъекта. Это затрудняет решение обратных задач по определению источников таких полей на основе измерений электрического потенциала вблизи поверхности тела.

На тех же частотах должны наблюдаться и магнитные поля, связанные с токами в проводящих тканях, сопровождающими физиологические процессы. Для магнитных полей (в отличие от электрических) ткани биологического объекта не являются экраном, поэтому, регистрируя магнитные поля, можно с большей точностью локализовать их источники. Это, в частности, представляет большой интерес для исследования деятельности мозга. Сейчас работы такого рода, сулящие большие перспективы для медицинской диагностики, стали широко развиваться и мировой пауке.

Если говорить о более высоких частотах, то в оптическом, ближнем инфракрасном и ближнем ультрафиолетовом диапазонах должны наблюдаться сигналы биолюминесценции, обусловленной протекающими и организме биохимическими реакции. Это слабое свечение тоже весьма информативно: оно позволяет контролировать темп биохимических процессов.

Наш организм хорошо прозрачен для акустических волн с частотами до нескольких мегагерц. В связи с этим исключительно интересно изучение собственных акустических сигналов, выходящих из глубины организма. Такие исследования включают прослушивание организма в инфразвуковом диапазоне, дающее важную информацию о механическом функционировании внутренних органов, мышц и т.д. Высокочастотные акустические сигналы (в том числе шумового характера) могут быть связаны с возможными источниками на клеточном и молекулярном уровнях. Принципиально важна возможность локализации источников акустического излучения с достаточно высоким пространственным разрешением, так как длина акустической волны намного меньше, чем электромагнитной той же частоты.

Наконец, помимо названных каналов, важны измерения состава и физико-химических характеристик среды, окружающей биологический объект. В процессе метаболизма биологический объект вносит в нее возмущения - изменяет газовый и аэрозольный состав, концентрацию ионов. При этом изменяются проводимость и диэлектрическая проницаемость, коэффициент преломления среды.

Изучение физических полей биообъектов методологически очень близко к пассивному дистанционному зондированию Земли, атмосферы и т.д. В применении таких методов накоплен большой опыт. Нет необходимости объяснять, сколь важную информацию о структуре и функционировании объекта они дают.

С точки зрения дистанционного зондирования биологические объекты имеют ряд принципиальных отличий от обычных физических объектов. Состояние биообъекта существенно нестационарно. По этой причине картину его физических полей можно изучать лишь путем привязки к быстро меняющемуся психофизиологическому состоянию организма, для чего одновременно с физическими измерениями физиологи должны регистрировать различные физиологические параметры биообъекта. Кроме того, любой биообъект - динамическая саморегулирующая система, поэтому в картине его физических полей должны существенно проявляться характеристики регуляторных систем гомеостаза, исследование которых также невозможно без тесного сотрудничества с физиологами.

Эти отличия выдвигают специфические требования к аппаратуре. Из-за нестационарности биообъектов необходимо регистрировать сигналы по многим каналам одновременно, включая электрофизиологический контроль. Для получении пространственной структуры поля в каждом канале необходимо использовать матричный или сканирующие антенны. Аппаратура должна быть достаточно быстродействующей, чтобы успевать регистрировать сигналы в динамике, т.е. быстрее, чем изменяется состояние объекта. Практически во всех каналах необходимо тщательное экранирование от помех.

Наша задача состоит не в разработке принципиально новой аппаратуры, а в применении современной техники дистанционного зондирования в целях исследования биологических объектов и, главное, в создании методики таких исследований. Как правило, технику приходится модернизировать с учетом особенностей биологического объекта, разрабатывать отдельные элементы и узлы. При этом используется богатый опыт, накопленный при разработке разнообразных датчиков физических полей (полупроводниковых, сверхпроводниковых, фотоэмиссионных и др.), а также аппаратуры для пассивного зондирования.

К настоящему времени создана аппаратура для исследования электрических полей биологического объекта. 13 электрически экранированной комнате (клетке Фарадея) дистанционно регистрируется электрокардиограмма. Для этого достаточно поднести руку к антенне - потенциальному зонду - на расстояние до 10 см.

Дистанционно (на расстояниях до 2 м) регистрируются так называемые баллистограммы. Работа внутренних органов (например, легких, сердца и др.) вызывает сотрясения поверхности грудной клетки, отражающие механические ритмы, свойственные этим органам. А поскольку на поверхности тела всегда есть статический заряд, то он, двигаясь вместе с грудной клеткой, приводит к появлению на потенциальном зонде значительных электрических сигналов.

Наша аппаратура дистанционно регистрирует и более тонкие сигналы - микротремор мышц (миограмму), вариации поля поверхностного заряда, связанные с изменениями электрических параметров кожи. Совместно с медиками начаты исследования возможностей использования этих сигналов для дистанционной медицинской диагностики.

На основе тепловизорной системы и специализированного микропроцессора для обработки изображений создан комплекс аппаратуры, регистрирующий инфракрасное излучение в диапазонах 3-5 и 8-14 мкм. Комплекс позволяет получать термограммы биообъекта с высокой чувствительностью (0,05 К).

Следует отметить, что в медицине тепловидение пока используется односторонне. Термограммы, как правило, сравнивают с некими установленными ранее нормалями и по наличию отклонений фиксируют патологию.

Мы подошли к делу иначе. Поскольку биологический объект, как уже говорилось, это прежде всего саморегулирующаяся система, изображение, получаемое по любому каналу, должно содержать информацию о регуляторных системах. Температура биологического объекта - это параметр, регулируемый системами гомеостаза. Поэтому была поставлена цель увидеть в пространственной структуре термограммы и ее временной динамике проявления этих систем и определить их характеристики. Мы ожидали, что после внешнего воздействия (нагрева или охлаждения участка тела) температура будет возвращаться к исходному значению с характерным для работы следящей системы перерегулированием. Разработаны программы цифровой обработки термограмм, позволяющие построить графики релаксации температуры для любой из 128х128 точек, описывающих термограмму, а также очертить области с одинаковой динамикой.

И действительно, удалось установить, что в термограмме человека наряду с областями, где температура релаксирует монотонно, есть также области, охваченные активным регулированием.

Такой подход позволяет уже на данном этапе oxарактеризовать точки или области точек, ведущие себя однотипно, некими функциональными параметрами, т.е. характерной постоянной времени, сигналом рассогласования.

Страницы: 1, 2, 3