Физические поля в организме человека и возможности медицинской диагностики

ЧОУ ВПО «Северо-Кавказский институт бизнеса, инженерных и информационных технологий»

Лабинский филиал

 

Экономический

Факультет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

по предмету:  Концепции Современного Естествознания

 

на тему: Физические поля в организме человека и возможности медицинской диагностики.

 

            

 

 

 

 

 

Подготовила Михайлова Анастасия Витальевна

Студент  группы 12-ЗЭ (С)

Проверил   ___________оценка___________

Подпись__________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                               

Содержание

                                                                                                         Стр.

Введение                                                                                             3

 

1.  Виды физических полей  в организме человека                  5

             

    1.1.Электромагнитные поля                                                        5

   

    1.2. Акустические поля                                                                6

 

    1.3. Природа биомагнитных полей                                             7

   

    1.4. Магнитные поля внутренних  органов, кожи, глаз             8

 

    1.5.Нейромагнитные поля                                                            9

 

    1.6. Радиоволны сверхвысоких  частот                                       9

   

2. Возможности медицинской диагностики                             10

   

    2.1. Магнитокардиография                                                          10

 

    2.2. СВЧ-радиометрия                                                                 11

 

    2.3.Инфракрасное  излучение                                                      11

 

    2.4. Оптическое излучение                                                          13

 

    2.5.Ультрозвуковое излучение                                                    13

 

Заключение                                                                                      15

 

Литература                                                                                        16

 

 

 

 

 

 

 

Введение

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 целостная динамическая самоуправляемая система, стабильность  которой обеспечен одновременным и 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. 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  диагностики как основы профилактической медицины, в том числе разработки соответствующей аппаратуры. Этими вопросами интенсивно занимаются многие ученые у нас в стране и за рубежом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  Виды физических  полей  в организме человека

 

1.2.Электромагнитные поля

  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  волны, носящие ритмический характер, с частотой 9-10 Гц и потенциалом около 45 мкВ. Характер этих волн меняется в зависимости от бодрствования или сна. 

Диапазон собственного электромагнитного излучения ограничен  со стороны коротких волн оптическим излучением, более коротковолновое излучение – включая рентгеновское и кванты – не зарегистрировано. Со стороны длинных волн диапазон можно ограничить радиоволнами длиной около 60 см. В порядке возрастания частоты выделим четыре диапазона электромагнитного поля:

1) низкочастотное электрическое  и магнитное поле (частоты ниже 103 Гц);

2) радиоволны сверхвысоких  частот  (частоты 109 – 1010 Гц и длина волны вне тела 3-60 см);

3) инфракрасное излучение (частота  1014 Гц, длина волны 3-10 мкм);

4) оптическое излучение (частота 1015 Гц, длина волны порядка 0,5 мкм).

Такой выбор диапазонов обусловлен не техническими возможностями современной  электроники, а особенностями биологических  объектов и оценками информативности  различных диапазонов для медицины. Чтобы оценить интенсивность электромагнитного излучения на разных длинах волн, тело человека, как излучатель, можно с достаточной точностью моделировать  абсолютно черным телом, которое, как известно, поглощает все падающее на него излучение и поэтому обладает максимальной излучающей способностью. Излучательная способность тела – количество энергии, испускаемой единицей поверхности тела в единицу времени в единичном интервале длин волн по всем направлениям – зависит от длины волны и абсолютной температуры тела.

 

1.2.Акустические поля

 Одним из физических полей окружающей нас среды является акустическое поле, представляющее собой области разрежения и сжатия, распространяющиеся в веществе в виде волн: в воздухе, воде, твердых телах и в живых организмах.

В порядке возрастания  частоты три диапазона акустического поля включают в себя:

1) низкочастотные колебания (частоты  ниже 103 Гц);

2)  акустическую эмиссию  - излучение  из уха человека ( ~103 Гц);

3) ультразвуковое излучение  (~ 1-10 МГц).

В настоящее время  в организме фиксируются следующие источники акустических волн в основном звукового диапазона:  
1. Меридиан сердца и корреспондируемый им орган сердце, сосудистая система, а также эмоциональная сфера обладают акустическим давлением, развиваемым сердцем на поверхности тела человека;  
2. Меридиан легких — система органов дыхания (4,5-2,8 Гц);  
3. Меридиан желудка и поджелудочной железы — пищеварительный тракт (4-5 Гц).  
Каждый внутренний орган или ткань человеческого организма имеют собственную частоту колебаний. Размах амплитуды, если орган работает в пределах нормы, незначителен. При заболевании эта частота колебаний смещается: чем больше отклонение, тем тяжелее протекает заболевание. 

Эти колебания  можно зарегистрировать контактными, либо не контактными методами, однако его практически невозможно измерить дистанционно с помощью микрофонов. Это связано с тем, что идущие из глубины тела акустические волны практически полностью отражаются обратно и не выходят наружу в воздух из тела человека. Коэффициент отражения звуковых волн близок к единице из-за того, что плотность тканей тела человека близка к плотности воды, которая на три порядка выше плотности воздуха. Однако у человека существует  специальный орган, в котором осуществляется хорошее акустическое согласование между воздухом и жидкой средой, - это ухо. Среднее и внутреннее ухо обеспечивают передачу почти без потерь звуковых волн из воздуха к рецепторным клеткам внутреннего уха. Соответственно, в принципе, возможен и обратный процесс – передача из уха в окружающую среду – и он обнаружен экспериментально с помощью микрофона, вставленного в ушной канал. Источником акустического изучения мегагерцового диапазона является тепловое акустическое излучение – полный аналог соответствующего электромагнитного излучения. Оно возникает вследствие хаотического теплового движения атомов и молекул человеческого тела. Интенсивность этих акустических волн, как и электромагнитных, определяется абсолютной температурой тела. 

 

1.3.Природа биомагнитных полей

Магнитные поля живого организма  могут быть вызваны тремя причинами. Прежде всего, это ионные точки, возникающие вследствие электрической активности клеточных мембран (главным образом мышечных и нервных клеток). Другой источник магнитных полей-мельчайшие ферромагнитные частицы, попавшие или специально введенные в организм. Эти два источника создают собственные магнитные поля. Кроме того, при наложении внешнего магнитного поля проявляются неоднородности магнитной восприимчивости различных органов, искажающие наложенное внешнее поле.  Магнитное поле в двух последних случаях не сопровождается появлением электрического, поэтому при исследовании поведения магнитных частиц в организме и магнитных свойств различных органов применимы лишь магнитометрические методы. Биотоки же, кроме магнитных полей, создают и распределение электрических потенциалов на поверхности тела. Регистрация этих потенциалов уже давно используется в исследованиях и клинической практике - это электрокардиография, электроэнцефалография и т.п. Казалось бы, что их магнитные аналоги, т.е. магнитокардиография и магнитоэнцефалография, регистрирующие сигналы от тех же электрических процессов в организме, будут давать практически аналогичную информацию об исследуемых органах. Однако, как следует из теории электромагнетизма, строение источника тока в электропроводящей среде (организме) и неоднородность самой это среды существенно по-разному отражаются на распределении магнитных и электрических полей: некоторые виды биоэлектрической активности проявляют себя   в электрическом поле, давая слабый магнитный сигнал, другие - наоборот. Поэтому есть много процессов, наблюдение которых магнитографически предпочтительнее. Магнитография не требует прямого контакта с объектом, т. е. позволяет проводить измерения через повязку или другую преграду. Это не только практически удобно, но и составляет принципиальное преимущество перед электрическими методами регистрации данных, так как места крепления электродов на коже могут быть источниками медленно меняющихся контактных потенциалов. Подобных паразитных помех нет при магнитографических методах, и потому магнитография позволяет, в частности, надежно исследовать медленно протекающие процессы (на сегодняшний день с характерным временем в десятки минут).                                                                              Магнитные поля быстро ослабевают при удалении от источника активности, так как являются следствием сравнительно сильных токов в самом работающем органе, в то время как поверхностные потенциалы определяются более слабыми и «размазанными» токами в коже. Поэтому магнитография более удобна для точного определения (локализации) места биоэлектрической активности. 
И, наконец, индукция магнитного поля как вектор характеризуется не только абсолютной величиной, но и направлением, что также может давать полезную дополнительную информацию. 
Не следует полагать, что электро- и магнитографические методы конкурируют между собой. Наоборот, именно их комбинация дает наиболее полную информацию об исследуемых процессах. Но для каждого из методов есть области, где применение какого-либо одного из них предпочтительнее.

1.4. Магнитные поля внутренних органов, кожи, мышц, глаз

 Магнитные проявления биологической активности свойственны многим органам живых организмов. Установлено, что постоянные или колеблющиеся с периодом в несколько минут магнитные ноля характерны для желудка человека, причем вид сигнала явно определяется функциональным состоянием желудка. Сигналы различны до и после приема пищи, изменяются при приеме воды (натощак) или лекарства. Этот факт может в дальнейшем найти применение в диагностике желудочных заболеваний. Были обнаружены магнитные поля постоянных электрических токов в коже, появляющихся при прикосновении к покрывающему ее волосяному покрову. Обнаружение таких токов электрографически предельно затруднено из-за паразитных потенциалов, возникающих в местах крепления электродов и, кроме того, самим их закреплением - они давят на кожу. Измерены магнитные поля при сокращении скелетных мышц человека. Запись этих полей как функции времени называют магнитомиограммой (ММГ). В дополнение к высокочастотным компонентам, регистрируемым также и электромиографически, наблюдалась медленно меняющаяся составляющая ММГ, возникавшая при сокращении мышцы или при ее легком массаже. Такое магнитное поле свойственно мышцам ног и способно существовать около часа. Высказывалось мнение, что токи, вызывающие эти поля, играют важную роль в росте и регенерации конечностей, например в залечивании переломов кости. Известно, что глаз - источник довольно сильного электрического поля, так как работа сетчатки сопровождается возникновением потенциала до 0,01В  между передней и задней ее поверхностями. Это вызывает в окружающих тканях электрический ток, магнитное поле которого можно регистрировать в виде магнитоокулограммы (МОГ) при движении глаз и в виде магниторетинограммы (МРГ) при изменении освещенности сетчатки. Наблюдение и изучение магнитных полей глаза представляют собой интересную самостоятельную задачу. Вместе с тем оказалось, что индукция магнитного поля глаз существенно выше, чем магнитного поля мозга. Поэтому конфигурацию и другие характеристики этих полей необходимо знать, приступая к магнитографическим исследованиям мозга.

1.5.Нейромагнитные поля

Самые слабые биомагнитные поля, создаваемые организмом человека, порождаются активностью нервной системы, в т. ч. головного мозга. Уже первые магнитоэнцефалографические (МЭГ) исследования обнаружили заметное различие магнитных и электрических (электроэнцефалографических, ЭЭГ) данных. МЭГ-методы принципиально отличаются от ЭЭГ-методов тем, что датчики, фиксирующие магнитные  поля, не требуют крепления к голове, и поэтому их можно перемещать на требуемое расстояние. Распределение и временная зависимость МЭГ-сигналов прямо отражают внутреннюю биоэлектрическую активность мозга, практически не искажённую влиянием черепа и скальпа (как в случае ЭЭГ-сигналов). Из измеряемых биомагнитных сигналов большой интерес представляют так называемые  вызванные магнитные поля (ВМП), возникающие в результате активности мозга в ответ на события вне центральной нервной системы. Именно исследования ВМП показали, что магнитные данные более информативны, чем ЭЭГ, поскольку позволяют более точно устанавливать местоположение токовых источников сигналов и дифференцировать их по направленности биотоков. Нейромагнитные эксперименты с ВМП служат существенным дополнением  к электрографическим методам, включающим измерения с вживлёнными внутрь мозга электродами, а для исследования мозга здорового человека методика сквидмагнитометрии особенно перспективна.