Что же такое биополе? Каким путем может передаваться информация от одного биологического объекта к другому? Почему кожа видит? Что такое бесконтактный массаж?

С этими вопросами я обратился к директору Института радиотехники и электроники АН СССР академику Юрию Васильевичу Гуляеву и заведующему лабораторией радиоэлектронных методов исследования биологических объектов того же института доктору физико-математических наук Эдуарду Эммануиловичу Годику.

Для начала осудим этот весьма одиозный термин, который в свое время явился для физиков чем-то вроде «возмутителя общественного спокойствия»: биополе.

Действительно, когда тела взаимодействуют без видимого контакта, физики обычно говорят о полях. Каждому полю соответствует своя электрическая, магнитная и тому подобная сила. Однако и силы, и поля бывают только физические. Биологических сил в природе просто-напросто не существует…

По каким же каналам идет сегодня изучение физических полей человека и животных?

Надо сказать, что первые в нашей стране методы функциональной диагностики, позволяющие с помощью особо чувствительной аппаратуры улавливать излучаемые биообъектом, в частности человеком, сигналы и извлекать из них ценную информацию о физиологическом состоянии организма, родились, разумеется, не на пустом месте. Фрагментарно новая наука уже существовала.

В Горьковском научно-исследовательском радиофизическом институте под руководством члена-корреспондента АН СССР В. С. Троицкого разработаны высокочувствительные радиометры, регистрирующие радиотепловое излучение человека. В Институте атомной энергии им. Курчатова под руководством доктора технических наук

В. И. Ожогина изучаются магнитные поля мозга. В ИРЭ АН СССР под руководством академика Н. Д. Девяткова многие годы изучается воздействие сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных излучений на биологические объекты.

Ясно, что наибольший интерес представляют те поля, что способны в реальном времени поставлять информацию о состоянии сердца, легких, мышц и других органов в их функциональной динамике. Для исследования отобрано семь каналов. И хотя это число издревле относится к разряду магических, но, право же, нет ничего таинственного или мистического в самих этих достаточно хорошо изученных физиками электрическом и магнитном полях, в инфракрасном излучении с поверхности тела и в радиотепловом (СВЧ) излучении внутренних органов, а также в оптической хемилюминесценции и акустических сигналах. Седьмой канал химический, ведь биообъект в процессе жизнедеятельности создает свою газовую, аэрозольно-ионную атмосферу, также содержащую немало ценной информации о функционировании организма.

Существуют и другие поля у биообъекта, скажем, рентгеновское или жесткое гамма-излучение. Но они не столь информативны, вследствие чего и малопригодны для функциональной диагностики. Например, жесткое гамма-излучение, связанное с естественной радиоактивностью, период изменения которого составляет десятки лет, никак не может быть промодулировано физиологическими процессами организма.

 

Всевидящее тепловидение

Еще до начала исследований предполагалось, что один из самых информативных каналов связи биологических объектов находится в инфракрасном (ИК) тепловом диапазоне. Ведь теплокровное существо, как, впрочем, и любое нагретое тело, является источником равновесного электромагнитного излучения с максимумом интенсивности в среднем ИК-диапазоне. Именно здесь, на волне 8-14 мкм, находится так называемое «окно прозрачности» атмосферы, через которое наша планета «сбрасывает» в космос излишки энергии, получаемой от Солнца. И действительно, достаточно интенсивное, мощностью до 200–300 Вт, ИК-излучение человека способно «транслировать» информацию о распределении температуры на поверхности тела и о ее динамике на десятки метров, ибо атмосферой практически не поглощается.

Тепловизионные картинки самых различных тел, раскрашиваемые компьютерами в искусственные цвета, известны по крайней мере лет 20. Как они отличаются от термоизображений, получаемых сегодня в лаборатории радиоэлектронных методов исследования? Да примерно так же, как набор отдельных фотографий от мультипликационного фильма. До сих пор тепловидение было статичным.

Снимался кадр до лечения, затем после. Далее картинки сравнивались. Лишь взглянув с помощью теплового телевидения на биообъект как на качественно нестационарную систему, физики поняли, что до сих пор за кадром оставалось самое, пожалуй, интересное: наполненная событиями «внутренняя жизнь» организма, где «все течет и изменяется». Изменяется внешняя среда и учащается дыхание человека, изменяется период биений его сердца, кровь приливает к коже, и это мгновенно отражается на параметрах, излучаемых им полей. Чтобы диагностировать весь организм в его сиюсекундной «динамике», нужно учесть, что у дыхательной системы свой ритм, у терморегуляционной — другой, у сердечно-сосудистой — третий. Например, динамику дыхания можно описать тепловизионным фильмом, кадры которого отснимаются через 100 мс. За несколько секунд можно проследить изменение кровотока в течение дыхательного цикла, что во многих случаях позволяет, загодя, распознать симптомы надвигающегося заболевания сосудов.

Для тепловидения наиболее информативны открытые части тела — руки, лицо. Вот на экране цифрового дисплея серия термограмм, на которых запечатлен процесс дыхания человека. Компьютер пометил синим холодные, а красным горячие участки кожи, причем так, что различается тепловой контраст в 0,01 градуса. Хорошо видно, как в процессе дыхания — от выдоха до вдоха ноздри меняют окраску от оранжевой до фиолетовой. Причина простая: мы выдыхаем теплый воздух, а вдыхаем холодный.

Однако всевидящее око тепловизора подметило и нетривиальные детали. Отчего вдруг в момент выдоха кожные покровы лица приобретают голубоватый оттенок, остывают? Оказалось, это регистрируется спад давления крови в капиллярной сети в момент выдоха, характеризующий «качество» работы системы кровообращения.

Каким же образом расшифровываются заповедные тайны нашего организма? Записываются последовательно несколько сот термоизображений, отражающих один период дыхания. Далее с помощью специальных алгоритмов ЭВМ оконтуривает или выделяет разным цветом области, где сосуды характеризуются «однотипным» поведением. Таким образом и был впервые получен функциональный «портрет» системы, позволивший весьма детально оценить, где сосуды бодро откликаются на ритм дыхания, а где вяло, с опозданием. Его информационная значимость, как считают медики, может быть выше, чем у традиционной термограммы. Самое же главное заключается в том, что отклонения организма от нормы можно обнаружить до того, как в системе кровообращения возникают патологические изменения.

Но, строя динамичные ИК-термоизображения, удается зарегистрировать лишь те процессы, что происходят на поверхности тела, или, говоря точнее, в миллиметровом слое эпидермиса. А вот как оценить состояние внутренних органов? Ведь они в ИК-диапазоне «молчат», поскольку человеческое тело для инфракрасных волн непрозрачно.

 

Докладывает СВЧ-излучение

Быстро узнать температуру человека и в считанные секунды дать ответ — здоров он или заболел? — можно по каналу радиотеплового диапазона. Мозг, сердце, печень с глубины 5-10 см активно «сигналят» своим радиотепловым излучением о температурных и других жизненно важных ритмах организма. Характерная деталь: чем длиннее волны, тем с большей глубины приходит излучение. И наоборот, чем короче излучаемая волна, тем ближе к поверхности находится сигнализирующий орган.

Учтя эту тонкость и работая на более коротких волнах, исследователи прицельнее определяли параметры органа «излучателя», соответственно и его радиотепловой «портрет» получался более четким. Зато переходя на более длинные волны, удается, как уже говорилось, увеличить глубину зондирования. Компьютерная обработка приходящих с разных глубин сигналов уже сейчас позволяет воссоздать пространственную картину температурных полей организма.

Вдумаемся в этот факт, сулящий в самом недалеком будущем переворот в медицинской практике. Еще сегодня, ставя градусник под мышку больному, терапевт констатирует лишь «среднее» повышение температуры тела у своего пациента. А тут благодаря чувствительным радиометрам можно абсолютно точно указать температурящий орган.

Разумеется, чтобы уловить весьма слабый «огонек» сигнала, биообъект приходится ограждать от мощных «прожекторов» помех как природного, так и техногенного происхождения с помощью специальных экранированных камер. Для построения полной картины поля на входе измерительно-вычислительного комплекса устанавливается матричная система антенн-датчиков. Четыре чувствительных радиометра, каждый настроенный на одну из волн в диапазоне от 3 до 30 см, уверенно регистрируют температуру любой точки тела — от поверхности до четырехсантиметровой глубины.

Гак впервые в мире были получены динамические радиотепловые карты, скажем, брюшной полости, карты радиояркостной температуры головного мозга и т. д.

 

В волнах электрического и магнитного полей

«Человек — это хрупкий сосуд, наполненный драгоценной влагой жизни», — говорили встарь. «Наше тело — это сосуд с влагой электрохимической», — перефразировали поэтичное утверждение древних радиоэлектронщики, имея в виду, что в человеке, как в батарейке, постоянно циркулируют электрические 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.

 

Сейсмичны ли недра биообъекта?

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.

 

Осторожно, заряжено!

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.

 

«Аура» звука, света и атмосферы

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 позволяет контролировать темп биохимических процессов, быстро определять степень поражения кожи при ожогах и ряде заболеваний.

О человеке, неожиданно испытавшем волнение, в народе метко говорят, что он «неровно дышит». Правда, лишь скрупулезный физико-химический анализ облачка выдыхаемого газа позволил в полной мере «раскрыться» этому, может быть, одному из самых информативных химических каналов человека. Подобно любому космическому объекту, создающему вокруг себя особенную, только ему присущую атмосферу, биологический объект также существует, как бы погруженный в среду газов, аэрозолей, ионов. Ведь что представляет собой, скажем, выдох? Это смесь из нескольких сот химических компонентов — от углекислого газа и азота до аммиака и ацетона, каждый из которых как бы заключает в себе отголоски тех сложнейших биохимических процессов, что обеспечивают существование человека. Скажем, по соотношению выдыхаемых углекислого газа и кислорода — они замыкают длинную цепочку биохимических превращений — судят об общей энергопродукции биообъекта.

Поскольку в процессе метаболизма человек постоянно испаряет воду во внешнюю среду (примерно пол-литра в сутки), а также микроскопические количества газов, аэрозолей, ионов, изменение состава атмосферы вокруг биообъекта оценивают с помощью лазерно-оптических методов. При этом с высокой точностью измеряют коэффициент преломления, проводимость и другие параметры.

Тем самым еще один способ позволяет охарактеризовать состояние капиллярного кровотока и других жизненно важных систем, поскольку, например, «транспортировка» воды через кожу, напомним, непосредственно связана с тонусом артерий: чем больше крови поступает в капиллярную сеть, тем интенсивнее идет испарение влаги.

 

Почему кожа «видит»

Итак, расшифровывая, как распределяются в пространстве и во времени все цвета «радуги» физических полей человека, узнают о тончайших, протекающих в организме процессах. Но вот вопрос, вокруг которого больше всего сломано копий (и который, кстати, послужил одной из причин возникновения нового направления научных исследований): каким образом поле одного биообъекта в принципе может влиять на состояние другого?

Суть феномена заключена в следующем. Мощность теплового излучения, исходящего от пальцев руки человека, достигает 10 Вт/см2. А поверхность нашей кожи начинает давать физиологический отклик на тепловой поток, как только его величина превышает 10-14 Вт/см2. Выходит, что любой человек излучает окрест себя тепловой поток, в 100 раз более мощный, чем пороговая чувствительность его кожи.

Вот перед нами на экране тепловизора термограмма спины человека. Через несколько минут после того, как над ней появляется рука — «излучатель», происходит покраснение, т. е. разогрев.

Тепловизор фиксирует что в результате перераспределения кровотока кожа разогрелась более чем на 2 градуса. Эксперименты показали, что при бесконтактном массаже отдельные участки разогреваются сильнее, так как величина разогрева зависит от манипуляции руки (т. е. от модуляции падающего на кожу теплового потока). Это можно назвать бесконтактным массажем.

Но вот интересный вопрос… Элементарный расчет показал, что излучаемого рукой тепла недостаточно для того, чтобы вызвать столь сильный нагрев тела. Выходит, организм, улавливая сравнительно слабый тепловой сигнал, как бы усиливает его…

При бесконтактном массаже слабое тепло движущейся руки, воспринимаемое чувствительными рецепторами кожи, стимулирует усиленный приток крови и приводит к интенсивному местному разогреву кожи в определенных областях (называемых зонами Захарьина-Геда), в которых, как известно, при заболевании соответствующего органа появляется повышенная чувствительность рецепторов. В отличие от этого обычная физиотерапия оперирует излучениями, интенсивность которых в тысячи раз превышает чувствительность рецепторов кожи. При этом происходит воздействие непосредственно на ткани биообъекта, которое «оглушает» чувствительные рецепторы. Это вызывает активное противодействие регуляторных систем организма. Скажем, если на кожу поступает сильный тепловой поток, то с ним включаются в борьбу теплозащитные силы организма, доступными им средствами пытающиеся остудить, предохранить от перегрева внутренние органы.

Можно провести аналогию с гомеопатией, где для лечения применяются ничтожно малые дозы лекарств, которые в больших количествах подавляют собственные системы организма и потому способны вызвать в нем негативные явления, а в малых как бы с помощью слабого сигнала мобилизуют на борьбу с недугом его мощные защитные силы.

Ну а нельзя ли убедиться в том, что в бесконтактном массаже никакие иные поля и излучения, кроме инфракрасного, не участвуют? Оказывается, можно. Такой эксперимент, имеющий, кстати, помимо чисто научного, и большое мировоззренческое значение, был также поставлен. Суть его в том, что плечо испытуемого и руку испытателя разделяли стеклянной перегородкой, не пропускающей ИК-лучи. И что же? Кожа ничуть не реагировала на тепло руки (хотя сенсорный контакт с пациентом не нарушался). Когда же> тепловой экран убрали, но вместо руки поднесли к плечу нагретый предмет (колбу с водой), тепловизор четко заметил: есть эффект местного разогрева.

Доказательство того, что никаких иных, кроме чисто физических, полей в данном «феномене» не присутствует, налицо. Отсюда — совсем маленький шаг к разгадке возможной природы так называемого ясновидения — способности некоторых людей узнавать, что за фигура нарисована тушью на ватмане, вложенном в непрозрачный конверт, когда последний прикладывается ко лбу испытуемого.

Из-за различия теплового сопротивления чистых и закрашенных областей ватмана, при контакте ватмана через конверт с кожей лба возникает разница уходящих от лба тепловых потоков и связанный с этим местный «перегрев» кожи, повторяющий закрашенную фигуру. Прямые измерения с помощью тепловизионной системы показали, что этот перегрев, длящийся несколько секунд (пока не прогреется краска), достигает 0,1 градуса, что соизмеримо с термочувствительностью кожи лба отдельных людей. Ну а раз так, люди, способные ощущать малейшую разницу в тепловых потоках, в принципе могли бы по едва уловимому тепловому контрасту распознать контур фигуры, а при соответствующей тренировке — решать и более сложные задачи.

Разумеется, регистрация сигналов, свидетельствующих о том, как запускаются и действуют физиологические «механизмы» биообъектов, — это только начало работ по созданию дистанционных методов функциональной диагностики. Но и она уже существенно расширила наши представления о том, что такое человек. Расширило прежде всего физические границы человека: он, оказывается, «простирается» за пределами своей кожи в виде вполне материальной субстанции — физических полей.

«Человек — это Вселенная», — говорили древние, но лишь сверхчувствительные инструменты современной науки позволили воочию убедиться в справедливости этого образного сравнения и приступить к изучению «ближнего космоса» — человека. И поразиться: какие бездны открываются перед взором исследователя, лишь подступившего к краю этой Вселенной!

Между тем семь отобранных для пристального изучения полей уже сегодня позволили застолбить новые, доселе неведомые направления в науке, возникшей на стыке физики, радиоэлектроники, биологии, медицины. Эксперименты, в сущности, еще только разворачиваются, но и первые научные результаты, так сказать, попутно разоблачили целый ряд доморощенных спекуляций на темы «биополя». Тем самым наукой занята еще одна пустующая экологическая ниша, в которой пытались угнездиться темные силы мистицизма, спекулирующего на несовершенстве наших знаний о человеке, и шарлатанства, наживающегося на людских несчастьях и горе. Вот почему эта проблема имеет важное не только научное, но и мировоззренческое значение.

Перед учеными сейчас стоит задача: как можно быстрее превратить методы пассивного зондирования биообъекта в методы активной клинической диагностики. Это внесет существенный вклад не только в медицину, но и в сельское хозяйство. На фундаментальном уровне физиками такая возможность доказана. Дело за практиками — медиками, биологами, психофизиологами, биохимиками, ветеринарами.