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

Страница 1

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.

Популярные статьи:

Развитие взглядов на происхождение человека
Одна из интереснейших и сложнейших тем, изучаемых в курсе общей биологии, – происхождение человека. Где, когда и как возник род человеческий? Как он расселился по Земле? В прошлом веке в европейской культуре существовало два ответа: один ...

Факторы окружающей среды
- Температура окружающей среды - Сила тяжести (гравитация) - Уровень инсоляции (солнечная радиация) - Влажность - Газовый состав окружающего воздуха - Геомагнитные поля - Биологические факторы, внутривидовые и межвидовые взаимодейст ...

Бактерии, участвующие в маслянокислом брожении
К клостридиям относят большое количество видов бактерий, число которых постоянно возрастает. Это один из самых крупных родов среди эубактерий. Принадлежность к роду определяется на основании только трех признаков:1)способности образовыват ...