Физические поля и излучения функционирующего организма человека

«Объединение естествознания на физической основе - новый этап познания живого».

М.В. Волькенштейн

«Думать, что природа относится к человеку лучше, чем к капусте - значит тешить свой рассудок забавными представлениями».

Ростан. Сирано де Бержерак

Вопрос о существовании физических полей разной природы в живых организмах представляет интерес не только с точки зрения раскрытия сущности физики живого, но и в связи с взаимодействием их с полями окружающей среды и влиянием гелио- и геофизических факторов на жизнедеятельность организма. Как мы уже теперь представляем, человеческий организм - это динамическая самоуправляемая целостная система, гомеостаз (стабильность) которой обеспечен одновременным и когерентным (согласованным) функционированием как отдельных органов, так и распределенных физиологических систем - обращения крови, метаболизма, нейрорегуляции и др.

Живые объекты буквально погружены в незримый океан различных физических полей, как внешних, так и вырабатываемых самим организмом. Можно в шутку сказать, что мы находимся в «электромагнитном бульоне», и непрерывное и нормальное функционирование систем живого организма отражается в сложной картине физических полей и излучений, исходящих из него, а также в параметрических изменениях естественных фоновых полей и излучений, которые обычно окружают человека. Поэтому по картине физических полей можно судить о работе физиологических систем организма. Любой биологический объект в процессе своей жизнедеятельности генерирует излучения различной природы, которые, взаимодействуя с физическими полями внешней среды, обеспечивают живому организму необходимый ему обмен информацией. Визуализация полей и излучений из организма (сейчас в медицине уже используются рентгеновские, ультразвуковые и томографические методы, электрокардиография, электроэнцефалография и др.) позволяет «увидеть» динамику различных физиологических процессов и выявить нарушения в их работе.

Физиологическая информация заключена в пространственно-временном распределении сигналов, в их динамических изображениях. Поэтому можно образно сказать, что физические поля в человеческом организме - это «рабочий стук» физиологических процессов []. Любой функционирующий орган посылает информацию по многим каналам, одни отражают быстрые процессы (биоэлектрическая активность нейтронов, мышц), другие - медленные (микроциркуляция крови, обмен веществ и т.д.). Исследование и измерение характеристик этих «стуков» - сигналов для диагностики состояния организма - может дать большой объем информации.

Если поставить вопрос более широко, то это, по существу, применение физических методов исследования биополя. В общем смысле под биополем понимается совокупность физических полей, присущих объектам живой и неживой природы, с помощью которых осуществляются их взаимодействие и обмен энергией и информацией. Точные измерения и динамическое пространственно-временное картирование этих полей, излучений и изменений фона дают возможность развития и применения новых методов ранней неинвазионной диагностики как основы профилактической медицины, в том числе разработки соответствующей аппаратуры. Одними из основных и определяющих являются электромагнитные поля (ЭМП) и излучения (ЭМИ) живого организма. Это связано с возникновением, движением и взаимодействием электрических зарядов в живом организме в процессе его жизнедеятельности. Электрические поля существующих электрических зарядов возникают при работе сердца и токе крови в сосудах, при нервных и мышечных сокращениях, генерируются при работе митохондрий в клетках и т.д. и тем самым отражают физиологическую активность различных биологических систем. В соответствии с теорией Максвелла для определения электромагнитных полей биологических объектов необходимо знать обобщенную диэлектрическую проницаемость и проводимость в биологических тканях и жидкостях.

Собственное ЭМП человека влияет на окружающую среду и может изменить энергию и направление движения свободных электронов, попадающих в область действия этого поля. Электрические явления характеризуются определенными последовательностями электрических импульсов и характерными ритмами. В каждом органе возникают свои специфические электрические колебательные процессы. В мозгу, находящемся в состоянии активности, регулярно проявляются a- волны, носящие ритмический характер, с частотой 9-10 Гц и потенциалом около 45 мкВ. Характер этих волн меняется в зависимости от бодрствования или сна.

Биоритмы проявляются на всех уровнях организации живой материи, от внутриклеточного до биосферы в целом Практически все виды деятельности организма - прием пищи и питья, дыхания и другие физиологические процессы - носят циклический автоколебательный характер.

Биологические ритмы физиологической функции настолько точны, что их часто называют «биологическими часами». Основной механизм этих часов в клетке - биохимические колебательные процессы. Можно отметить высокую степень временной упорядоченности процессов в живом организме и возможность синхронизации их под действием слабых внешних сигналов. В последнее время выяснилось, что существенное влияние на человеческий организм оказывают слабые поля, резонансные к ряду ритмов организмов, в частности на частотах 7 и 12 Гц. В целом гомеостаз живого организма обеспечивается когерентным взаимодействием всех колебательных процессов в нем и возможностью определенного резонанса биоритмов.

На мембранах клеток может возникать разность потенциалов (50-90 мВ для нервных и мышечных клеток) за счет разности концентраций ионов во внутриклеточной и тканевой жидкости. При толщине клеточной мембраны ~ 10 нм напряженность возникающего на ней поля составляет ~ В/см, что всего лишь в 100 раз меньше напряженности, например, в атоме водорода и межатомных полей в полупроводниковом кристалле (~ В/см). Такие поля в последнем случае приводят к изгибу энергетических зон полупроводника и существенно влияют на энергетику кристалла []. Плотность электрической энергии в живой клетке ~

Поэтому величина мембранного потенциала сильно влияет на весь ход физико-химических процессов в мембране, а значит и в клетке. Можно также сказать, что энергия, запасенная в виде электромагнитного поля в мембранах как своего рода конденсаторах, играет большую роль в поддержании того устойчивого неустойчивого равновесия. Ее можно рассматривать как резерв той свободной энергии, которая необходима живому организму для функционирования и развития, наряду с энергией АТФ и перекисного окисления липидов. Процессы нервного и мышечного возбуждения связаны с изменениями потенциала и протеканием биотоков.

Следует также отметить, что биоток обусловлен не только движением электронов, но главным образом ионов, участвующих в биохимических реакциях живого организма. В связи с этим возрастает роль поляризации клеток и биополимерных молекул, а также структуры воды в метаболических процессах, причем избирательная проницаемость воды будет зависеть от состояния жидкости в различных системах биологического объекта.

Так же как и в общем спектре электромагнитных волн, в организме можно выделить излучения разной частоты. В спектре неравновесных излучений любого биологического объекта имеются электромагнитные излучения всех частот, в том числе и радиодиапазона (ВЧ, СВЧ, КВЧ). Так, сердце можно рассматривать как поляризационный генератор СВЧ-волн. В процессе сокращения в нем, как в пьезоэлектрике, возникают высокочастотные колебания. СВЧ-поля распространяются по кровеносным сосудам, как по диэлектрическим волноводам. Так как проводимость стенок невелика, поля могут выходить за стенки такого кровеносного волновода при сгибах сосудов или изменении их диаметра при образовании, например, холестериновых отложений.

Это «просачивание» поля наружу сосудов может приводить к возникновению электромагнитных волн во всем организме, в том числе стоячих волн. Есть предположение, что в рост человека укладывается одна длина такой волны, от сердца до пальцев - 1/2 волны, до головы - 1/4 волны. Имеются также сведения, что экстремумы в распределении электрических и магнитных полей соответствуют так называемым чакрам восточной медицины и представлениям йоги. Если учитывать, что размеры человеческого тела разные, то, как утверждают экстрасенсы, и чакры у каждого человека свои. Можно предполагать в связи с этим, что йогами неизвестно как, но была изучена структура электромагнитных полей человека.

На поверхности кожи тоже может возникать биопотенциал, который связан как с внутренними электрическим полями, так и с трибоэлектрическим зарядом, возникающим из-за трения эпидермиса кожи. Эти потенциалы также отражают физиологические процессы в организме и могут быть зафиксированы соответствующей физической аппаратурой. Например, в так называемых биологически активных точках (БАТ) наблюдается значительное усиление электрического поля. Это широко используется в методах акупунктуры и электроакупунктуры для воздействия на определенный орган или процесс в живом организме.

В точках, имеющих пониженное электрическое сопротивление и повышенную концентрацию нервных волокон и микроциркуляторных сосудов, усиливается поглощение энергии из внешней по отношению к организму среды, в частности усиливается поглощение кислорода. Образуется как бы энергетический канал от активных биологических точек до соответствующего внутреннего органа. Таким образом, инжекция электронов с острия хорошо проводящей иглы в начале канала при электроакупунктуре в найденной для каждого индивидуума своей биологической точке осуществляет окислительно-восстановительные процессы в конце его. Тем самым энергетические каналы координируют протекание окислительно-восстановительных процессов, перераспределяя потоки заряженных частиц в те органы, где проходят эти реакции, усиливающие процессы жизнедеятельности или замедляющие их. Заметим, что ускоряющиеся электроны создают дополнительное внутреннее ЭМП, которое может изменить биополе человека.

Так же как и в неживой природе, электрическое и магнитные поля живого организма взаимосвязаны. В крови животных и человека обнаружен биогенный магнетит, который, по-видимому, позволяет живому организму чувствовать изменения магнитного поля Земли. Магнитное поле, которое создается биологическим объектом, значительно слабее (в 10-100 тыс. раз) геомагнитного поля. Однако в живом организме оно меньше по сравнению с электрическим, поглощается за счет диамагнитных свойств тканей организма и дает больше непосредственной информации об активности мозга. Кроме того, на разработанных в ИРЭ суперпроводящем (чувствительный элемент которого охлажден до температуры жидкого гелия) квантовом интерферометре и градиентомере при хорошем подборе отношения сигнал/шум удалось снять магнитокардиограммы и магнитоэнцефалограммы, позволяющие получить информацию о магнитных полях сердца и мозга человека. Возникновение локальных магнитных полей может быть вызвано движением и взаимодействием электронов и ионов в структурах биологического объекта.

Другим важным излучением живого организма является тепловое. Мы уже знаем, что человеческий организм функционирует в довольно узком диапазоне температур (4-40°С) и чрезвычайно чувствителен к тепловому балансу внутри него (недаром мы так часто измеряем температуру при болезнях - это показатель состояния организма). Инфракрасное (ИК) тепловое излучение характеризует температуру организма через температуру кожи. Оно несет информацию о сети капиллярного кровотока, обеспечивающего терморегуляцию тела. Образно говоря, на поверхности человеческого тела непрерывно демонстрируются «ИК-фильмы», отражающие его функционирование и открывающие возможности раннего обнаружения функциональных (и потому еще обратимых) нарушений.

Методика использования ИК-излучения в сочетании с традиционными медицинскими исследованиями позволяет определить различные изменения в организме. Так, простой рефлекторный тест - задержка дыхания на вдохе - в норме вызывает охлаждение кистей рук, обусловленное спазмом сосудов и регистрируемое чувствительной ИК-аппаратурой. Известны ИК-термореакции сердца и печени на физическую нагрузку и прием сахара у пациентов со стенокардией и циррозом печени. Возможно использование термоэнцефалоскопии как метода ИК-визуализации функциональной динамики коры мозга. Это излучение наблюдается в диапазоне длин волн 3-14 мкм, интенсивность его ~, что для всей поверхности кожи составляет около 100 Вт. Оно поглощается в биологических тканях на глубине около 100 мкм.

В организме человека могут возникать и комбинированные излучения, например при взаимодействии электромагнитного излучения организма с его тепловым полем. Физиологическая активность любого внутреннего органа сопровождается выделением тепла и притоком крови и отражается в увеличении яркости его радиотеплового свечения.

В диапазоне 0,15-0,20 ГГц возможна генерация акустоэлектрических волн в белково-липидных мембранах, которые могут сильно изменить биохимические процессы в клетке. Низкочастотные акустические сигналы несут информацию о колебательных процессах таких внутренних органов, как легкие и сердце (акустические фононы и ультразвук). В диапазоне частот 1 до 10 МГц обычно ткани прозрачны для акустических волн, но интенсивность таких волн мала в полосе частот до 100 кГц. Длина волны в этом диапазоне около 1 мм, что в 10 раз меньше длины волны радиотеплового излучения.

Акустотепловое излучение в ультразвуковом (УЗ) диапазоне дает распределение температуры внутри тела с более высоким пространственным разрешением, чем радиотепловое, в связи со значительно меньшей длиной волны УЗ-излучения по сравнению с обычным ЭМИ. Радио- и акустотепловое излучение может быть использовано для исследования тепловой динамики внутренних органов.

Наблюдается также излучение в видимом диапазоне частот ЭМП, так называемая оптическая хемилюминесценция. Она дает информацию о насыщении тканей организма кислородом. Предполагается, что такого рода слабое свечение может дать представление об ауре человека. Разрешение такого излучения ~ 1000 фотонов с 1.

Таким образом, информацию о состоянии живого организма можно получить из пространственно-временного распределения сигналов от рассмотренных выше полей и излучений от биологических объектов, анализ которого позволяет проводить бесконтактную (неинвазивную) диагностику на ранних стадиях различных заболеваний.