Магнитное поле. 
Место биофизики в естествознании

Магнитное поле тела человека создается токами, генерируемыми клетками сердца и коры головного мозга. Оно исключительно мало — 10 млн. — 1 млрд. раз слабее магнитного поля Земли. Для его измерения используют квантовый магнитометр. Его датчиком является сверхпроводящий квантовый магнитометр (СКВИД), на вход которого включены приемы и с катушки. Этот датчик измеряет сверхслабый магнитный поток, пронизывающий катушки. Чтобы СКВИД работал, его надо ох ладить до температуры, при которой появляется сверхпроводимость, т. е. до температуры жидкого гелия (4 К). Для этого его и приемные катушки помещают в специальный термос для хранения жидкого гелия — криостат, точнее, в его узкую хвостовую часть, которую удается максимально близко поднести к телу человека.

В последние годы после открытия «высокотемпературной сверхпроводимости» появились СКВИДы, которые достаточно охлаждать до температуры жидкого азота (77 К). Их чувствительность достаточна для измерения магнитных полей сердца.

Магнитное поле, создаваемое организмом человека, на много порядков меньше, чем магнитном поле Земли, его флуктуации (геомагнитный шум) или поля технических устройств.

Существуют два подхода к устранению влияния шумов. Наиболее радикальный — создание сравнительно большого объема (комнаты), в котором магнитные шумы резко уменьшены с помощью магнитных экранов. Для наиболее тонких биомагнитных исследований (на мозге) шумы необходимо с шикать примерно в миллион раз, что может быть обеспечено многослойными стопками из магнитомягкого ферромагнитного сплава (например, пермаллоя). Экранированная комната — дорогостоящее сооружение, и лишь крупнейшие научные центры могут позволить себе се сооружение. Количество таких комнат в мире в настоящее время исчисляется единицами.

Есть и другой, более доступный способ ослабить влияние внешних шумов. Он основан на том, что в большинстве своем магнитные шумы в окружающем нас пространстве порождаются хаотическими колебаниями (флуктуациями) земного магнитного поля и промышленными электроустановками. Вдали от резких магнитных аномалий и электрических машин магнитное поле хотя и флуктуирует со временем, но пространственно однородно, слабо меняясь на расстояниях, сравнимых с размерами человеческого тела. Собственно же биомагнитные поля быстро ослабевают при удалении от живого организма. Это означает, что внешние поля, хотя и намного более сильные, имеют меньшие градиенты (т.е. скорость изменения с удалением от объекта), чем биомагнитные поля.

Приемное устройство прибора со сквидом в качестве чувствительного элемента изготовляется так, что оно чувствительно только к градиенту магнитного поля, — в этом случае прибор называют градиометром. Однако часто внешние (шумовые) поля обладают все же заметными градиентами, тогда приходится применять прибор, измеряющий вторую пространственную производную индукции магнитного поля — градиометр второго порядка. Такой прибор можно применять уже в обычной лабораторной обстановке. Но все же и градиометры предпочтительно применять в местах с «магнитно-спокойной» обстановкой, и некоторые исследовательские группы работают в специально сооружаемых немагнитных домах в сельской местности.

В настоящее время интенсивные биомагнитные исследования ведутся как в магнитоэкранированных комнатах, так и без них, с применением градиометров. В широком спектре биомагнитных явлений есть много задач, допускающих разный уровень ослабления внешних шумов. [4].

Оптическое излучение тела человека надежно регистрируется с помощью современной техники счета фотонов. В этих устройствах используют высокочувствительные фотоэлектронные умножители (ФЭУ), способные регистрировать одиночные кванты света и выдавать на выходе кратковременные импульсы тока, которые затем считаются с помощью специальных электронных счетчиков.

Измерения, проведенные в ряде лабораторий, показали, что 1 см² кожи человека за 1 с спонтанно излучает во все стороны 6 — 60 квантов, главным образом, в сине-зеленой области спектра. Светимости различных участков кожи отличаются — наиболее сильное излучение исходит от кончиков пальцев, гораздо слабее, например, от живота или предплечья. Это свечение не связано с наличием загрязнений на коже и зависит от функционального состояния пациента, снижаясь в покое и повышаясь с ростом его активности.

Можно индуцировать свечение кожи, например, с помощью обработки ее перекисью водорода или воздействия на кожу предварительной засветкой. Сильное последействие — фосфоресценцию — вызывает излучение на длине волны 254 нм, соответствующее пику поглощения ДНК. Предварительная засветка вызывает рост свечения в тысячи раз, которое затем спадает во времени по сложной кинетической кривой с несколькими постоянными времени от единиц до десятков минут.

Оптическое излучение кожи не является тепловым. Интенсивность теплового излучения в оптическом диапазоне ничтожна — с 1 см² поверхности тела один квант в среднем может излучаться лишь за много секунд.

Наиболее вероятный механизм спонтанного свечения — это хемилюминесценция, вызванная перекисным окислением липидов, которое сопровождается появлением радикалов, т. е. молекул в возбужденном электронном состоянии. При взаимодействии таких молекул в определенном (малом) проценте случаев происходит излучение света. При индуцированном свечении возможны и другие механизмы, например, измерено излучение при активации определенных клеток крови — нейтрофилов, связанное с генерацией активных форм кислорода. [4].

Радиационный фон — ионизирующее излучение земного и космического происхождения, постоянно воздействующее на человека. Величина природного Р. ф. в определенных регионах Земли относительно постоянна. В понятие «радиационный фон» не входят местные радиационные загрязнения окружающей среды в результате деятельности человека, равно как и облучение на производстве или при рентгенодиагностике и других мед. процедурах.

Различают естественный, искусственный и технологически измененный естественный Р. ф. Естественный Р. ф. обусловлен источниками излучения природного происхождения — космическим излучением и излучением естественных радионуклидов земной природы. Технологически измененный Р. ф. формируется за счет природных источников ионизирующего излучения, напр. излучения рассеянных в окружающей среде естественных радионуклидов, извлеченных из недр земли вместе с полезными ископаемыми или содержащихся в стройматериалах. Искусственный Р. ф. — глобальное (по всему земному шару) загрязнение окружающей среды образующимися при расщеплении ядер урана и плутония искусственными радионуклидами — возник после начала испытаний ядерного оружия. Искусственный Р. ф. в масштабах земного шара в среднем составляет 1- 3% естественного радиационного фона.

Мерой Р. ф. на местности является мощность экспозиционной дозы (см. Доза ионизирующего излучения, Ионизирующие излучения, Радиационная безопасность). На территории СССР на местности (высота 1 м от поверхности земли) Р. ф. колеблется в пределах 5- 25 мкР/ч. В мед. практике Р. ф. оценивают по мощности поглощенной дозы в тканях организма, формируемой как внешним облучением, так и внутренним вследствие воздействия естественных радионуклидов, проникших в организм.

Влияние Р. ф. на здоровье человека полностью не выяснено. Характерные для Р. ф. малые дозы ионизирующих излучений не вызывают в состоянии здоровья человека выраженных, поддающихся объективной регистрации, сдвигов. Нек-рые специалисты указывают, что человек в процессе эволюции адаптировался к Р. ф. и он для него полностью безвреден. Однако большая часть исследователей исходит из того, что любую дозу ионизирующего излучения, в т. ч. образуемую за счет естественного Р. ф., нельзя считать абсолютно безопасной.