токи. Растекаясь по всему телу, они выходят на его поверхность, содержат в себе ценную информацию о глубинных, происходящих в органах физиологических процессах. Стоит, скажем, «забарахлить мотору» — и, записывая электрокардиограмму, специалисты без особого труда определят по ее стесанным зубцам или растянутым пикам не в унисон «стучащий узел».
Впрочем, сколь бы ни было информативно электрическое поле, наружу оно выносит весьма огрубленную из-за неоднородности среды информацию о породивших их источниках.
Дело в том, что, изучая электрические поля, можно судить о физиологическом состоянии биообъекта лишь опосредованно — по измененным токам. При этом высокопроводящие ткани организма, частично экранируя низкочастотные электрические поля, искажают содержащуюся в них полезную информацию.
Однако поставив один заслон — электрический — на пути исследователей, природа в то же время сама позаботилась об обходном — магнитном — варианте. Человеческое тело, будучи диамагнитным по природе, абсолютно прозрачно (кстати, одежда тоже) для магнитных полей. Поэтому, регистрируя картину магнитных полей около человека, можно с высокой точностью определять, скажем, область патологии в миокарде или в мозге.
Факт этот удивителен хотя бы уже тем, что если б кто-нибудь лет 15–20 назад сказал, что удается «регистрировать» магнитные поля человека, физики отнеслись бы к подобному сообщению скептически. Еще бы, ведь для этого нужна аппаратура, способная реагировать на миллиардную долю эрстеда. Это в миллиарды раз меньше напряженности магнитного поля Земли.
Тем не менее сегодня в лаборатории эта сложнейшая научно-техническая задача решена с помощью магнитометрической системы, включающей сверхпроводящий квантовый интерферометр (СКВИД) и трехкомпонентную систему Гельмгольца, служащую для подавления внешних магнитных помех; исследователям удалось снять динамические магнитные карты сердца и мозга. Детально воспроизводится процесс распространения по миокарду электрического возбуждения.
Магнитокардиограмма гораздо полнее электрической рассказывает о мельчайших подробностях работы сердечной мышцы, с высокой точностью указывает пораженную область.
Обычная электрокардиограмма снимается с помощью электродов, прикрепляемых к телу пациента. А можно ли записать электросигналы сердца, органов дыхания, мышц, не увешивая человека присосками электрических «пиявок»? Оказывается, для этого достаточно пациента поместить в экранированную от внешних полей клетку Фарадея, а антенны-зонды направить на исследуемый орган.
Детальные электрометрические измерения выявили, что вокруг человека возникают в сотни раз более мощные поля, чем те, что создаются его внутренними электрохимическими «генераторами». Весьма интенсивным источником излучения оказалась кожа. Точнее сказать, электрические заряды, накапливающиеся в роговом слое ее эпидермиса (РСЭ). Природу появления кожного заряда мы обсудим ниже, а пока отметим, что биение сердечной мышцы, перемещение диафрагмы при дыхании, толчки крови при движении по крупным сосудам — все эти механические сотрясения организма заставляют колебаться заряженную поверхность РСЭ. В этой сейсмической активности биообъекта проявляется действие его многочисленных физиологических механизмов.
Расшифровывая, как на баллистограмме изменяется электрическое поле, промодулированное ритмами сердца, легких и других органов, можно уверенно судить о наиболее характерных для организма временных ритмах. На этом принципе создан стенд для исследования дыхания маленьких детей — его чувствительные датчики, не тревожа малышей, чутко реагируют на сейсмичность их грудной клетки при дыхании.
Записывая частотные спектры мышечных вибраций — микротремор мышц — скажем, у операторов, работающих на конвейерных линиях, специалисты подметили, что, когда в нем появляются «всплески» высоких частот, это служит предвестником назревающего эмоционального стресса. Отсюда рекомендации производственникам: перевести оператора на другое рабочее место, изменить психологический климат в коллективе и т. д.
Теперь вернемся к причинам появления заряда на коже человека. Измерив электрическое сопротивление рогового слоя эпидермиса, физики получили невероятные на первый взгляд величины — каждый квадратный сантиметр кожи имеет сопротивление от нескольких миллиардов до сотен миллиардов ом! Правда, и получить эти результаты удалось далеко не сразу. Для этого молодой ученый, недавний выпускник Московского физико-технического института (МФТИ), а ныне один из ведущих сотрудников лаборатории, Рамиль Мусин провел фундаментальные исследования электрических свойств кожи (кстати, недавно он блестяще защитил кандидатскую диссертацию с непривычным не только для МФТИ названием «Электрические свойства эпидермиса»). Он и его коллеги разгадали и тайну огромного сопротивления РСЭ, и принцип возникновения мощных квазистатических полей человека.
Их источник — порождаемый трением трибоэлектрический заряд (от греческого «трибо» — трение), скапливающийся на коже, точнее сказать, в ее РСЭ толщиной два-три десятка микрон. В зависимости от сопротивления диэлектрика заряд медленно, примерно от 10 с до 15 мин, стекает в глубь тела.
С чем же связано столь значительное, в несколько сот и даже тысяч раз, изменение электрического сопротивления РСЭ? Прежде всего с диффузией воды (причем непосредственно через кожу, а не через потовые железы) в процессе регулирования температуры тела.
Сколь ни удивительно, но этот механизм биологической терморегуляции, «включая» который организм может сбросить в окружающее пространство до 15 Вт своей тепловой мощности, по физической сущности схож с… отпотеванием глиняного кувшина, наполненного водой и выставленного под лучи жаркого солнца. С одной лишь разницей: охлаждение запотевшего сосуда определяется только температурой окружающего воздуха, а транспортировка жидкости через кожу — тонусом расположенных в коже кровеносных сосудов. Чем сильнее они наполняются кровью, тем интенсивнее испаряется влага через РСЭ. Заряд, естественно, станет стекать быстрее, а напряженность электрического поля при этом снизится. Если проследить затем, как распределяются в пространстве силовые линии поля, можно извлечь богатейшую информацию о тонусе капиллярной сети и даже о психофизиологическом состоянии объекта.
Так несложная задачка о глиняном кувшине и тонусе капиллярных сосудов открывает весьма перспективный путь к дистанционному электрометрическому контролю жизненно важных функций как человека, так и животных.
Известно, что наш организм шумит, не замолкая ни на минуту. Шуршат сокращающиеся мышцы, шумит бегущая по сосудам кровь, «постукивают» работающие каждый в своем ритме внутренние органы. Поскольку человеческое тело более чем на 2/3 состоит из воды, оно «прозрачно» для акустического, в том числе акустотеплового, излучения. Следовательно, о температуре внутренних органов можно судить не только по электромагнитным полям (радиотепловому излучению), но и по акустическим сигналам. Разница в том, что поскольку акустическая волна намного короче тепловой, то соответственно ее разрешающая способность намного выше.
Правда, акустическое излучение, имея сравнительно небольшую мощность, позволяет оценивать температурный контраст с меньшей точностью. Но зато оно приходит с большей глубины. Получается, что глубинная акустическая термография в ряде случаев эффективнее радиотермографии. Да, особенно когда приходится зондировать высокотемпературные воспаления или опухоли, расположенные на большой глубине (до 10 см).
Следуя поговорке, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать», посмотрим на себя невооруженным взглядом. Оказывается, в оптическом диапазоне (а если говорить точно, то и в прилегающем к нему ближних инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах) можно и без всяких приборов наблюдать свечение кожи — кистей рук, полости рта, щек и т. д. Разумеется, заниматься самосвечением в задачу нашего организма не входит, поэтому мощность этого «паразитного» свечения крайне слаба: несколько фотонов в секунду на каждый квадратный сантиметр поверхности (что дает 10-18- 10-17 Вт/см2). Природа свечения — хемилюминесценция, характеризующая темп биохимических процессов в тканях. Ее интенсивность зависит от функционального состояния человека, от насыщения его тканей кислородом. Задержка дыхания (гипоксия), наложение жгута на руку ослабляют ее свечение, скажем, после снятия жгута наблюдалось в течение суток неожиданное явление: осцилляция (увеличение и уменьшение) яркости с 5-минутным периодом. Прикладное значение метода велико: он
