ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОРГАНИЗМА И АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Любой живой организм — это динамическая система с большим числом параметров и внутренних процессов. В живом организме действуют факторы, которые направлены на сохранение целостности организма, его гомеостаза. Поддержка жизнедеятельности живого организма обеспечивается сложным механизмом управления. Клетка является основной структурно-функциональной единицей живого организма, начальным и конечным этапом реализации всех его биологических процессов. Поэтому все значимые изменения для живого организма начинаются и заканчиваются именно на клеточном уровне.

Регуляция жизнедеятельности организма осуществляется биохимическим и физическим путями. А для последнего из них основополагающее значение имеют электромагнитные явления. В клетках, и между ними происходит постоянный обмен с помощью электромагнитных волн как в здоровом состоянии, так и в случае болезни. Когда же на процессы управления организма действуют не свойственные ему колебания вредных веществ, возникают функциональные нарушения. Если регуляторная система организма не способна адекватно компенсировать эти нарушения, то это приводят к физическим проявлениям болезни.

Проанализировав большой экспериментальный материал и результаты применения теории информации в биологии, А.С. Пресман [4] предложил гипотезу о фундаментальной роли электромагнитных полей как носителя информации в живой природе. Главная идея гипотезы состоит в том, что, наряду с энергетическими взаимодействиями в биологических процессах, существенную роль играют информационные взаимодействия внутри организмов, между организмами, между организмами и внешней средой. Биологические эффекты, обусловленные этими взаимодействиями, зависят от внесенной в нее информации, а не от величины энергии, вносимой в систему. Сигнал, несущий такую информацию, вызывает только перераспределение энергии в самой системе и управляет процессами, которые в ней происходят. При высокой чувствительности систем, передача информации может происходить и при весьма малой энергии. При повторных слабых сигналов возможно накопление информации [4].

Согласно гипотезе А. Бецкого и И. Петрова [1] первичной мишенью для электромагнитного излучения (ЭМИ) является не собственно клетка организма, а водный матрикс организма. Выдвинута биоэнергетическая точка зрения на механизм взаимодействия ЭМИ мм-диапазона с биологическими организмами при особой роли двойного резонанса (при наличии модуляции мощности излучения). Т. е. при инициировании внешним биоинформационным сигналом энергетических процессов после такого воздействия происходит определенный терапевтический эффект (а именно, восстановительные процессы).

Ритмы функционирования структурных элементов живого вещества находятся в высокочастотном диапазоне 108—1015 Гц. Вероятно, это связано с эволюционным развитием всего живого на Земле за счет солнечной радиации, точнее, определенных ее спектров: ультрафиолетовых лучей (длина волн — 290—390 нм), видимых (390—760 нм), инфракрасных (760—1500 нм) и электромагнитных волн (1 см до 50 м).

Экспериментально определены приблизительные резонансные частоты некоторых структур живой клетки (в Гц): ядро соматической клетки — 9,55× 10¹²; соматическая клетка — 2,39× 10¹²; геном клетки человека — 2,5× 10¹³; хромосома интерфазная — 7,5× 10¹¹; хромосома метафазная — 1,5× 10¹³; ДНК — (2...9) × 10⁹; нуклеосома — 4,5× 10¹⁵; рибосомы — 2,65× 10¹⁵; митохондрии из клетки печени — 3,18× 10¹³; клеточные мембраны — 5× 10¹⁰; цитоскелет — 10⁸; эритроциты — (3,5...4,0) × 10¹⁰ [2].

Рабочие ритмы функциональных систем организма человека имеют низкочастотный диапазон — 0,4—8,2 Гц. Так, ритм электрического потенциала дыхания — 6,3—7,6 Гц; желудка и кишечника — 3,8—4,6 Гц; электрической активности нервно-мышечного элемента — 2,6—6,5 Гц; сердечных сокращений — около 3,2; ритмы управляющих сигналов головного мозга — 0,5—13 Гц.

Рассмотрим несколько аппараты, которые используют для диагностики заболеваний и оценки состояния здоровья. Так, анализатор — индикатор мм-сигналов «АИС-Лидо» предназначен для осуществления радиоволновой скрининга-диагностики заболеваний путем исследования сигналов, которые излучают биологически активные точки (БАТ) для определения отклонений от структуры сигналов, принятых за относительную норму. Принцип действия «АИС» основан на анализе модуляции принимаемого КВЧ-блоком сигнала с последующим синхронным детектированием в НЧ-блоке для получения уровней напряжения пропорциональных радиояркостной температуре обследуемого пациента. Полученные данные позволяют уточнять диагноз, а также корректировать способы лечения.

В основе информационной радиоволновой диагностики лежит наличие собственных электромагнитных полей тканей организма, параметры которых изменяются при патологии. Спектры сигналов клеток, обладающих патологией, отличаются от спектров здоровых клеток. В процессе диагностики происходит выделение модуляционной частоты из спектра принятой от живого объекта волны, ее анализ позволяет оценить состояние метаболизма и получить информацию о состоянии внутреннего органа, который связан с определенной акупунктурной точкой.

Частотные составляющие спектра информационных сигналов нормально функционирующих органов и систем, расположены в области частот десятых — сотых долей герц. Так, если при диагностике от органа (или системы) регистрируемый сигнал находится в области частот 0,06 Гц — это говорит о функциональном характере нарушений метаболизма клетки; в области частоты 0,11 Гц — начальные стадии нарушения; в диапазоне 0,15—0,5 Гц — более глубокие нарушения метаболизма клеток.

Рассмотрим еще один диагностический медицинский прибор — «Емиграф», который представляет собой высокочувствительный приемник с линзорупорной антенной. Прибор настроен на частоту приема 60 ГГц (длина волны 5 мм), выбранную по принципу максимального поглощения на ней излучения молекулой кислорода. Известно, что нормально функционирующая клетка отличается от раковой сниженным содержанием кислорода [6]. Регистрация электромагнитных сигналов осуществлялась в 15 строго определенных точках тела пациента (бесконтактно по двум каналам ортогональной поляризации), соответствующих проекциям органов и тканей.

Проведенные А.С. Поздновым с соавторами (2009), исследования касались определению решающих правил при анализе спектра ЭМИ, регистрируемого с помощью «Эмиграфа» у пациентов с гистологически подтвержденным диагнозом на начальной стадии рака молочной железы. Авторами были выявлены частотные характеристики БО применительно к диагностике онкологических заболеваний [3]. Излучение человека носит шумовой характер с низкочастотной модуляцией, обусловленной собственной ритмикой биологического объекта (БО). Авторами был разработан оригинальный метод выявления частотных характеристик сигнала в сильном шуме, суть которого заключается в совместном использовании гипотез о взаимосвязи и идентификации функции кросскорреляции. Метод не требует больших временных затрат даже при работе с большими выборками. Таким образом, проведенные авторами исследования доказывают, что диагностический прибор «Эмиграф» позволяет в экспресс-режиме (и при массовых медицинских обследованиях) с высокой степенью достоверности обнаружить наличие рака молочной железы у женщин на ранних стадиях [3].

Приведенные литературные данные свидетельствуют о перспективности дальнейшего изучения корреляции параметров биоэлект­рического поля с течением нормальных и патологических процессов в организме человека. А результаты проведенных научных иссле­дований, в будущем могут стать основой для разработки и создания бескон­тактных, быстродействующих, простых в эксплуатации методов и приборов для диагностики состоя­ния организма. Данные исследования приводят нас также к выводу, что устройства КВЧ-диагностики должны иметь крайне высокую точность измерений, особенно высокие требования предъявляются к собственным шумам таких измерительных приборов, которые могут смазать диагностическую картину, полученную от слабых сигналов организма человека.

В проводимой нами магистерской работе была поставлена задача спроектировать КВЧ-составляющую измерительного прибора, а собственно антенно-усилительный тракт. В качестве антенны было решено использовать матрицу патч-антенн покрывающих требуемый диапазон частот. Была использована разработка в области создания крайне высокочастотных патч-антенн [7] (рис. 1).

Рисунок 1. Архитектура, параметры, функциональные секции КВЧ патч-антенны

В программной среде AWR Design Environment 9 была построена диаграмма направленности для спроектированной антенны на средней частоте в 55 ГГц изображенная на рис. 2.

Рисунок 2. Нормированая диаграма направленности основного лепестка КВЧ патч-антенны

В качестве усилительной части был выбран малошумящий усилитель КВЧ диапазона фирмы Anritsu 1GG6-8070 на GaAs структурах, параметры которого позволят усилить высокочастотный сигнал до уровней достаточных для его проеобразования и обработки. Усилитель в работе был так же смоделирован, но в упрощенном виде.

Показаны перспективы использования интегральных микросхем, что начали появляться совсем недавно, в такого рода медицинских приборах, как диагностические анализаторы человеческого излучения. Эти элементы показаны, как не уступающие иным аналогам, но позволяющие уменьшить итоговую стоимость приборов, повысить автоматизированость производства и простоту сборки.

Список литературы:
1.    Бецкий О.В. Распределение электромагнитных полей миллиметрового диапазона в модельных и биологических тканях / О.В. Бецкий, И.Ю. Петров // ДАН СССР. — 1989. — № 1. — С. 230—236.
2.    Илларионов В.Е. Медицинские информационно-вол-новые технологии. — М.: ВЦ МК «Защита». — 1998. — 52 с.
3.    Позднов А.С., Давыдова В.О., Кошеленко В.А., Макурина Е.Н. Метод обнаружения и анализа собственного электромагнитного излучения человека в миллиметровом диапазоне длин волн // Журнал радиоэлектроники. — 2009. — № 10.
4.    Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа. — М., Наука, 1968. — 310 с.
5.    Пронина Е.А., Шуб Г.М. Влияние электромагнитного излучения на бактериальные клетки / Е.А. Пронина, Г.М. Шуб // Бюллетень медицинских интернет-конференций. — 2012. — Вып. 6, том 2. — 5 с.
6.    Dische S. Hypoxia and local tumour control. Part 2. // Radiotherapy and Oncology. — 1991. — Vol. 20, Suppl. 1.
7.    Tran D., Haider N., Valavan S.E., Lager I.E., Szilagyi A., Yarovyi O. and L. Ligthart P. Chapter 8. Architecture and Design Procedure of a Generic SWB Antenna with Superb Performances for Tactical Commands and Ubiquitous Communications // Ultra Wideband — Current Status and Future Trends. — 2012 (http://dx.doi.org/10.5772/48487).