8

Власні фізичні поля організму людини

Навколо будь-якого тіла існують різні фізичні поля, що визначаються процесами, які відбуваються всередині нього. Не є в цьому сенсі виключенням і людина.

Фізичні поля, які генерує організм в процесі функціонування, називають власними фізичними полями організму людини.

Численні фізичні методи дослідження організму людини, що використовують реєстрацію власних фізичних полів людини, дозволяють отримати інформацію про процеси в організмі, яку не можна отримати іншими способами. Електрокардіографія - типовий тому приклад.

1. Види фізичних полів тіла людини та їх джерела.

Навколо людини існують електромагнітні та акустичні поля. Можна виділити основні 4 діапазони електромагнітного випромінювання і 3 діапазони акустичного випромінювання, в яких сьогодні ведуться дослідження:

1) Електромагнітні поля: Е - електричне поле, В - магнітне, НВЧ - надвисокочастотні електромагнітні хвилі дециметрового діапазону, ІЧ - електромагнітні хвилі інфрачервоного діапазону, видиме - оптичний діапазон випромінювань.

2) Акустичні поля: НЧ - низькочастотні коливання, КАЕ - кохлеарна акустична емісія, УЗ - ультразвукове випромінювання.

Електромагнітні поля. Діапазон власного електромагнітного випромінювання обмежений з боку коротких хвиль оптичним випромінюванням. Більш короткохвильове випромінювання (включаючи рентгенівське і γ-кванти) не зареєстровано. З боку довгих хвиль діапазон можна обмежити радіохвилями довжиною близько 60 см.

У порядку зростання частоти діапазони електромагнітного поля включають в себе:

1) низькочастотне електричне (Е) і магнітне (В) поле (частоти нижче 10³ Гц);

2) радіохвилі надвисоких частот (НВЧ) (частоти 10⁹ - 10¹⁰ Гц і довжина хвилі поза тілом 3-60 см);

3) інфрачервоне (ІЧ) випромінювання (частота 10¹⁴ Гц, довжина хвилі 3-10 мкм);

4) оптичне випромінювання (частота 10¹⁵ Гц, довжина хвилі 0,5 мкм).

Такий вибір діапазонів обумовлений не технічними можливостями сучасної електроніки, а особливостями біологічних об'єктів та оцінками інформативності різних діапазонів для медицини.

Джерела електромагнітних полів різні в різних діапазонах частот. Низькочастотні поля створюються головним чином при протіканні фізіологічних процесів, які супроводжуються електричною активністю органів: кишечником (~ 1 хв), серцем (характерний час процесів 1 с), мозком (~ 0,1 с), нервовими волокнами (~10 мс). Спектр частот, відповідних цим процесам, обмежений зверху значеннями, що не перевищують 1кГц.

У надвисоких частотах і інфрачервоному діапазонах джерелом фізичних полів є теплове електромагнітне випромінювання.

Щоб оцінити інтенсивність електромагнітного випромінювання на різних довжинах хвиль, тіло людини, як випромінювач, можна моделювати як абсолютно чорне тіло, яке як відомо, поглинає все падаюче на нього випромінювання і тому володіє максимальною випромінюючої здатністю.

Випромінююча здатність тіла ε_λт - кількість енергії, яка випускається одиницею поверхні тіла в одиницю часу в одиничному інтервалі довжин хвиль з усіх напрямків - залежить від довжини хвилі λ, і абсолютної температури тіла Т.

Ця функція має максимум на довжині хвилі λ_m=hc/5кТ, що при температурі людського тіла Т=310 К становить близько 10 мкм. Тому ІЧ-випромінювання тіла людини вимірюють тепловізорами в діапазоні 3-10 мкм, де воно максимальне.

Акустичні поля.

Діапазон власного акустичного випромінювання обмежений з боку довгих хвиль механічними коливаннями поверхні тіла людини (0,01 Гц), зі сторони коротких хвиль ультразвуковим випромінюванням, зокрема, від тіла людини реєстрували сигнали з частотою близько 10 МГц.

У порядку зростання частоти діапазони акустичного поля включають в себе:

1) низькочастотні коливання (частоти нижче 10³ Гц),

2) кохлеарну акустичну емісію (КАЕ) - випромінювання з вуха людини (близько 10³ Гц),

3) ультразвуковое випромінювання (1-10 МГц).

Джерела акустичних полів в різних діапазонах частот мають різну природу. Низькочастотне випромінювання створюєься фізіологічними процесами: дихальними рухами, биттям серця, потоком крові в кровоносних судинах і деякими іншими процесами, що супроводжуються коливаннями поверхні людського тіла в діапазоні 0,01 - 10³ Гц.

Це випромінювання у вигляді коливань поверхні можна зареєструвати контактними, або безконтактними методами, однак його практично неможливо виміряти дистанційно за допомогою мікрофонів. Це пов'язано з тим, що йдучі з глибини тіла акустичні хвилі практично повністю відбиваються назад від межі поділу «повітря - тіло людини» і не виходять назовні. Коефіцієнт відбивання звукових хвиль близький до одиниці через те, що щільність тканин тіла людини близька до густини води, яка на три порядки вище густини повітря.

Однак у всіх наземних хребетних існує спеціальний орган, в якому здійснюється акустичне узгодження між повітрям і рідким середовищем, - це вухо. Середнє і внутрішнє вухо забезпечують передачу майже без втрат звукових хвиль з повітря до рецепторних клітин внутрішнього вуха. Відповідно, в принципі, можливий і зворотний процес - передача з вуха в навколишнє середовище - і він виявлений експериментально за допомогою мікрофона, вставленого у вушний канал.

Джерелом акустичного випромінювання мегагерцевого діапазону є теплове акустичне випромінювання - аналог відповідного електромагнітного випромінювання. Воно виникає внаслідок хаотичного теплового руху атомів і молекул людського тіла. Інтенсивність цих акустичних хвиль, як і електромагнітних, визначається абсолютною температурою тіла.

Розглянемо кожен вид фізичних полів, що створюються тілом людини, окремо.