С.В. Сурма, А.Л. Горелик, А.Г. Нарышкин, В.Е. Стефанов, Б.Ф. Щёголев АСИММЕТРИЯ ОБОБЩЕННОЙ МАГНИТОГРАММЫ ЧЕЛОВЕКА (С. 10-23)

С.В. Сурма *, А.Л. Горелик **, А.Г Нарышкин.**, В.Е. Стефанов ***, Б.Ф. Щёголев *, ****

АСИММЕТРИЯ ОБОБЩЕННОЙ МАГНИТОГРАММЫ ЧЕЛОВЕКА

*ФГБУН «Институт физиологии РАН им. И. П. Павлова»,

Санкт-Петербург, Россия;

**ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский психоневрологический институт им. В. М. Бехтерева» МЗ РФ,

Санкт-Петербург, Россия;

***ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет»,

Санкт-Петербург, Россия;

****Федеральный центр сердца, крови и эндокринологи

им. В.А. Алмазова, С.Петербург, Россия.

Pavlov Institute of Physiology Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia

Petersburg V.M. Bekhterev Psychoneurological Research Institute,

Saint-Petersburg, Russia

St. Petersburg State University, Saint-Petersburg, Russia

Federal Almazov North-West Medical Research Centre, Saint-Petersburg, Russia

 
 
АСИММЕТРИЯ ОБОБЩЕННОЙ МАГНИТОГРАММЫ ЧЕЛОВЕКА
С.В. Сурма, А.Л. Горелик , А.Г Нарышки, В.Е. Стефанов, Б.Ф. Щёголев
Существующая асимметрия биологических объектов распространяется не только на их структурную организацию и внешние формы проявления, но и на магнитные поля, которые они формируют вокруг себя. Регистрация таких полей позволяет неинвазивно и количественно оценить биомагнитную асимметричность и увязать ее с текущим состоянием биологического объекта. Предлагается оригинальный подход к возможному применению обобщенной магнитограммы человека в практической медицине для неинвазивной количественной оценки состояния здоровья. Данный подход привлекателен своей универсальностью, отсутствием какого-либо дополнительного внешнего воздействия на человека и, следовательно, отсутствием каких-либо последействий, а также своей мобильностью, быстрым получением результатов и комфортом для пациента.
Ключевые слова: биомагнетизм, медицинская диагностика, магнитограмма, асимметричность, регистрация биомагнитных полей.
 
 
ASYMMETRY OF COMMON HUMAN MAGNETOGRAM
S.V. Surma, A.L. Gorelik, A.G. Naryshkin, V.E. Stefanov, B.F. Shegolev
Current asymmetry of biological objects is not limited only to their structural organization and external manifestations, but also spread on the magnetic fields, they form around themselves. Registration of such fields would allow to quantify noninvasively the biomagnetic asymmetry and to link it to the current status of a biological object. An original approach to the possible use of the generalized person magnetogram in medical practice for noninvasive quantitative assessment of health status is suggested. This approach is attractive for its universality, absence of any additional external impact on human being, therefore absence of any aftereffects, as well as mobility, rapid results and comfort for the patient.
Keywords: biomagnetism, medical diagnostics, magnetogram asymmetry, registration of biomagnetic fields.

  http://dx.doi.org/10.18454/ASY.2016.26.1116

Введение

Асимметричность в живой природе констатируется как данность, обусловленная эволюцией, без конкретизации ее физических механизмов, и используется, в основном, как некоторая оценка индивидуальных особенностей биологического объекта.

Существующие многочисленные методы оценки асимметрии ориентированы в основном на выявление структурно-функциональных особенностей исследуемых областей (зон, органов и т.д.) в биологическом объекте. Именно последнее обстоятельство существенно ограничивает области применения «классических» методов оценки асимметрии, превращая их, по сути, в некоторый внешний активный фактор воздействия, реакцию биологического объекта на который потом и регистрируют. При этом, по умолчанию, подразумевается, что сам внешний фактор воздействия  не вызывает перехода биологического объекта в другое состояние или других отсроченных во времени последействий. Основанием для этого долгое время служили утверждения, что если внешние воздействия слабы по интенсивности или кратковременны, то они не оказывают никакого воздействия на биологические объекты. Однако это не так и многочисленные исследования в области воздействия слабых электромагнитных полей на биологические объекты это подтвердили. Примером могут служить труды международных конгрессов «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине», которые периодически проводятся в  Санкт-Петербурге.

Электромагнитная природа элементов биологических объектов позволяет регистрировать их электрическую и магнитную активность в конкретный интервал времени. Но величина этой активности очень мала, поэтому необходимы либо очень чувствительные приборы, работа которых требует, в свою очередь, определенных внешних условий, например электрического или магнитного экранирования, либо «внешней  электрической или магнитной подсветки», существенно усиливающей реакцию биологического объекта. Но все это оказывает воздействие на сам биологический объект. Регистрация электрической активности предполагает непосредственный кожный контакт с электродами. Так было, например,  с электрокардиограммой (ЭКГ) и с электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Переход на регистрацию магнитной активности, соответственно, магнитокардиограмма (МКГ) и магнитоэнцефалограмма (МЭГ), обеспечил режим неинвазивности и позволил существенно расширить диапазон получаемой информации, но потребовал специализированное оборудование и определенные условия для его функционирования. Для регистрации активности отдельных элементов внутри биологических сред, например, коры головного мозга, методы нейровизуализации стали использовать методы компьютерной томографии (КТ) на основе рентгеновского излучения или магнитно-резонансной томографии (МРТ) с использованием сильных магнитных полей. В обоих случаях интенсивность дополнительного внешнего электромагнитного фактора на порядки превышала естественный геомагнитный фон и вызывала стрессовую реакцию биологического объекта, несмотря на кратковременность воздействия.

Кроме того, необходимо учитывать, что электромагнитные излучения различных частотных диапазонов имеют различный характер взаимодействия с конкретными биологическими средами. Так, ионизирующее излучение особо «чувствительно» при регистрации костной ткани или участков кальцификации вещества головного мозга, но малоинформативно в остальных случаях, например, при рентгенографии черепа. При нейровизуализации и идентификации структурных изменений головного мозга предпочтение отдается магнитно-резонансной томографии (МРТ), но индукция наводимого магнитного поля  может достигать нескольких единиц Тесла. Для сравнения индукция магнитного поля Земли на средних широтах составляет порядка 50 мкТл.

Таким образом, наличие внешнего активного электромагнитного фактора большой интенсивности, сопровождающего классические методы регистрации асимметрии биологического объекта, не может не вызывать определенные структурно-функциональные изменения в области регистрации и тем самым снижать достоверность получаемых результатов.

Цели и задачи

Чтобы избежать недостатков классических методов регистрации «внутренней» асимметрии, потенциально изменяющих текущее состояние биологического  объекта, необходимо свести к минимуму или полностью исключить дополнительные факторы внешнего воздействия. Поскольку речь идет о «внутренней» асимметрии, то такие факторы, по определению, должны иметь электромагнитную природу, обеспечивающую проникновение в биологические среды. Понятно, что к дополнительным факторам следует отнести не только повышение внешнего электромагнитного поля, но и его уменьшение, т.е. любые отклонения от естественного геомагнитного фона.

Таким образом, в качестве единственного и приемлемого внешнего фактора, не оказывающего искажающего воздействия на текущее состояние биологического воздействия, остается магнитное поле Земли, величина и частотные характеристики которого, с одной стороны, достаточны для обеспечения проникающего воздействия в биологические среды, а с другой стороны, являющиеся естественным электромагнитным фоном биосферы Земли.

При таком определении внешнего электромагнитного фактора основная задача будет сводиться не столько к регистрации суммарной реакции целостного организма, сколько в выделении и идентификации отдельных реакций конкретных элементов или подсистем биологического объекта.

Материалы и методы

Геомагнитное поле включает в себя статические и низкочастотные составляющие, обладающие большой проникающей способностью в биологические среды и являющиеся естественной магнитной средой для обитания человека. Магнитные поля с такими характеристиками достаточно легко регистрируются типовыми магнитометрами с датчиками на основе ферромагнетиков. Особые условия для эксплуатации таких измерительных приборов не требуются.

В основе предлагаемых измерений лежит основной принцип биомагнетизма – биологические объекты формируют вокруг себя такие магнитные поля, характеристики которых отражают текущее состояние самого биологического объекта (Холодов, Козлов, Горбач, 1987; Введенский, Ожогин, 1984). В практической медицине уже существуют целые самостоятельные направления, такие как магнитокардиография и магнитоэнцефалография, которые основаны на принципах биомагнетизма.

Однако следует отметить, что особенности работы магнитометров не позволяют регистрировать магнитные поля отдельного источника. Необходимая селекция может быть достигнута либо экранированием остальных магнитных полей, либо усилением регистрируемого магнитного поля путем приближения к его источнику. В первом случае общее экранирование будет влиять на состояние всего биологического объекта, что недопустимо по причине неизбежного искажения результатов. Во втором случае источник магнитного поля должен быть явно выделен среди остальных источников магнитных полей – либо своим пространственным расположением, либо характеристиками магнитного поля, например, наличием переменных составляющих определенного частотного диапазона. Именно эти критерии обусловили выделение таких органов, как головной мозг и сердце, в качестве объектов, регистрация и оценка деятельности которых возможна биомагнитным способом.

Наличие подобных физических и методологических ограничений не позволяло классическим образом использовать принципы биомагнетизма применительно к другим органам и всему человеческому организму в целом.

Нами был предложен другой способ (Сурма, Горелик, Стефанов, Щеголев,  2014), основанный на суммарной оценке магнитных полей на поверхности человеческого тела в определенных областях в зависимости от пространственной ориентации человека в геомагнитном поле. При этом каждая точка в выбранных областях оценивалась дважды: в направлении на север и на юг соответственно, т. е. линии индукции геомагнитного поля проходили сквозь тело человека сначала в одном, а затем в другом, прямо противоположном, направлении. При наложении результатов измерения оставались только биомагнитные составляющие. На данный способ регистрации был получен патент на изобретение (Сурма, Щеголев, Горелик, Стефанов, 2015).

Данный способ был применен для оценки асимметричности регистрируемых биомагнитных полей. Для этого были определены конкретные точки измерения, выбор которых осуществлялся на основе общеизвестных представлений о биоэлектрической активности отдельных органов и систем, а также – на представлениях о целостном организме как источнике электромагнитных излучений (Cohen, Paltit, Cuffin, Schmid, 1980; Годик,  Гуляев, 1991; Abd-Allah, 2006).

Измерения производились на 7 горизонтальных уровнях:

1. Общий уровень, расположенный прямо над головой;

2. Уровень головного мозга;

3. Уровень щитовидной железы (гортани);

4. Уровень сердца;

5. Уровень эпигастрия (желудок, желчные пути, головка поджелудочной

железы);

6. Уровень солнечного сплетения;

7. Уровень органов малого таза.

На каждом уровне располагалось 6 точек измерения: 3 спереди (одна осевая и две боковые) и 3 аналогичные точки сзади. Осевая точка использовалась для определения левой или правой асимметричности. Асимметричность определялась для двух плоскостей: передней (грудинной) и задней (спинной). Замеры индукции магнитного поля в указанных точках осуществлялись с помощью отечественного трехкоординатного магнитометра HB0302.1A (Россия) (0,1-100 мкТл) с разрешением 0,1 мкТл. Полученные данные сводились в унифицированную таблицу и соответствующим образом обрабатывались. Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием непараметрического критерия Уайта. Отличия считались достоверными при р<0,05. С целью достижения наглядности и информативности при представлении обобщенной оценки магнитобиологических характеристик результаты обработки измеряемых данных представлялись в графическом виде с использованием программных средств Microsoft Exsel.

 Апробирование предлагаемого способа регистрации асимметричности биомагнитных полей человека проведено в ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский психоневрологический институт имени В. М. Бехтерева» МЗ РФ. В измерениях принимали добровольное участие как клинически здоровые испытуемые разного возраста и пола, так и пациенты клиник института, имеющие определенные заболевания. Общее количество участвующих в измерениях составило 25 человек. Контрольную группу  клинически здоровых испытуемых составляли 10 человек (4 мужчин и 6 женщин в возрасте от 25 до 59 лет). В группу с диагнозом «Вегетативная дисфункция» входило 15 человек (3 мужчин и 12 женщин в возрасте от 21 до 68 лет). У всех пациентов отмечалась полиморфная соматическая симптоматика со стороны сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта, а также — негрубые психопатологические проявления в виде повышенного уровня тревожности и астено-невротического синдрома. При этом у троих пациентов был диагностирован ревмокардит в стадии ремиссии, у семерых — выраженные нарушения сна.

Повторные измерения у конкретных людей для оценки динамики имеющихся заболеваний и эффективности применяемых методов лечения в рамках конкретных исследований не проводились.

Измерения проводились на целостном организме бесконтактно, т. е. датчик магнитометра не касался поверхности тела и кожи. Измерения проводились в естественной среде – в помещении с наименьшим дополнительным искажением геомагнитного поля от металлоконструкций здания.

Целью измерений являлась оценка асимметричности биомагнитных полей на выделенных уровнях тела человека в зависимости от состояния его здоровья и ее динамика под влиянием конкретных нагрузок (приседания) и отдельных физиотерапевтических процедур (солевая микрополяризация).

Результаты и их обсуждение

На графиках, представленных ниже, приведены обобщенные характеристики магнитограммы асимметричности для здоровых людей (норма) и людей с определенными заболеваниями. По оси абсцисс отложены номера уровней, где осуществлялись измерения магнитного поля, а по оси ординат – результаты обработки полученных данных в мкТл. Измерения на каждом уровне показывали отклонения от осевых измерений на грудинной и спинной поверхностях и представлялись в виде величин, расположенных в соответствующих квадрантах. Первый квадрант был поставлен в условное соответствие с правой передней «четвертью» условного горизонтального «среза» на соответствующем уровне измерения. Второй квадрант соответствует левой передней четверти условного горизонтального среда. Третий и четвертый квадранты поставлены в соответствие задней левой и задней правой четвертям условного горизонтального среза. Таким образом, четыре измерения на каждом уровне позволяют судить об имеющейся внутренней асимметричности по двум условным координатным осям: «ось ширины» (влево-вправо) и «ось глубины» (грудь-спина).

Измерения проведены для двух различных пространственных положений человека: лицом на север и лицом на юг, в положении стоя, как в спокойном состоянии, так и с нагрузкой в виде приседаний.

На последних двух графиках приведены измерения биомагнитных полей после проведения процедуры солярной микрополяризации (воздействия сверхслабым постоянным током в 800 микроампер на проекционные зоны узлов солнечного сплетения, применяемого при различных видах дисфункции вегетативной нервной системы).

Проведенные таким образом измерения показали различную существующую биомагнитную асимметричность на выделенных уровнях и ее зависимость, как от состояния здоровья человека, так и от нагрузочных условий. Отличия являются достоверными (р< 0,05).

Surma_1_1_2016

Рис.1. Усредненное значение биомагнитной асимметричности здорового человека в покое (лицом на север). По оси абсцисс отложены номера уровней, где осуществлялись измерения магнитного поля, а по оси ординат – результаты обработки полученных данных в мкТл. Первый квадрант  поставлен в условное соответствие с правой передней «четвертью» условного горизонтального «среза» на соответствующем уровне измерения. Второй квадрант соответствует левой передней четверти условного горизонтального среда. Третий и четвертый квадранты поставлены в соответствие задней левой и задней правой четвертям условного горизонтального среза.

На графике, приведенном на рис.1, показано, что усредненное значение биомагнитной асимметричности здорового человека невелико и приходится на 4, 5 и 6 уровни. Положительное значение величины биомагнитной асимметричности  на этом графике соответствует превышению измеряемой величины относительно величины осевого измерения на соответствующем уровне. Показано, что биомагнитная асимметричность 1 квадранта положительна на 4, 5 и 6 уровнях измерений. Величины биомагнитной асимметричности остальных квадрантов отрицательные. Показано, что асимметричность по осям «глубины» и «ширины» различна, что отражает различие внутренних структур по этим осям.

Surma_2_1_2016

Рис.2. Усредненное значение биомагнитной асимметричности здорового человека в покое (лицом на юг).

График, приведенный на рис.2, показывает существующую усредненную биомагнитную асимметричность в условиях расположения человека лицом на юг. В этом случае порядок прохождения внешнего геомагнитного поля через внутренние органы в направлении оси «глубины» меняется на противоположный, что и отражается в небольших изменениях получаемых результатов.

Surma_3_1_2016

Рис.3. Усредненное значение биомагнитной асимметричности здорового человека после нагрузки (лицом на север).

На рис.3 приведены обобщенные графики усредненных значений асимметричности здоровых людей после совершения ими физической нагрузки в виде приседаний. Количество приседаний было определено на уровне 10 и было одинаковым для всех тестируемых. Показано, что величина биомагнитной асимметричности резко возросла в области сердца (квадранты 2 и 1 уровня 4) и солнечного сплетения (квадранты 1 и 2 уровня 5).

Surma_4_1_2016

Рис.4. Усредненное значение биомагнитной асимметричности здорового человека после нагрузки (лицом на юг).

На рис.4 дополнительно показано, что сердце и легкие (уровень 4) располагаются не симметрично относительно оси «глубины» и оси «ширины».

 Surma_5_1_2016

Рис.5. Биомагнитная асимметричность больного с диагнозом «Вегетативная дисфункция» в покое (лицом на север).

На рис.5 приведены графики величин биомагнитной асимметричности для людей с диагнозом «Вегетативная дисфункция». Показано, что основные изменения приходятся на 2 квадрант 4 уровня, т. е. область сердца.

Surma_6_1_2016

Рис.6. Усредненное значение биомагнитной асимметричности больного с диагнозом «Вегетативная дисфункция» в покое (лицом на юг).

График на рис.6 показывает резкое увеличение величины биомагнитной асимметричности в области солнечного сплетения для людей с диагнозом «Вегетативная дисфункция».

Surma_7_1_2016

Рис.7. Усредненное значение биомагнитной асимметричности больного с диагнозом «Вегетативная дисфункция» после нагрузки (лицом на север).

На рис.7 показано как меняется биомагнитная асимметричность для людей с указанными заболеваниями в условиях физической нагрузки (квадранты 1 и 2 уровней 4 и 5).

Surma_8_1_2016

Рис.8. Усредненное значение биомагнитной асимметричности больного с диагнозом «Вегетативная дисфункция» после нагрузки (лицом на юг).

На рис.8 показана резко увеличенная биомагнитная асимметричность на уровне солнечного сплетения (уровень 5).

Surma_9_1_2016

Рис.9. Усредненное значение биомагнитной асимметричности больного с диагнозом «Вегетативная дисфункция» после процедуры микрополяризации солнечного сплетения (лицом на север).

На рис.9 представлено изменение усредненной величины биомагнитной асимметричности больных людей с диагнозом «Вегетативная дисфункция» после выполнения процедуры солярной микрополяризации. Показано уменьшение величины биомагнитной асимметричности в области солнечного сплетения (уровень 5) и смена знака асимметричности для квадранта 1 уровня 4.

Surma_10_1_2016

Рис.10. Усредненное значение биомагнитной асимметричности больного с диагнозом «Вегетативная дисфункция» после процедуры микрополяризации солнечного сплетения (лицом на юг).

На рис.10 показано, как меняется усредненная величина биомагнитной асимметричности на уровне 5 в условиях, когда человек расположен лицом на юг.

Выводы    

Проведенные измерения показали потенциальную возможность использования обобщенной магнитограммы для количественной оценки асимметричности организма человека в зависимости от состояния его здоровья и ее динамику под влиянием конкретных нагрузок и физиотерапевтических процедур.

Информативность обобщенной магнитограммы достаточна для отражения индивидуальных особенностей конкретного человека, но общий характер ее изменения на выделенных уровнях у различных людей одной группы позволяет говорить о ее типовом характере в пределах выделенной группы (здоровые людей, больные с одним диагнозом).

Динамика магнитограмм полностью зависит от динамики структурных изменений внутри биологического объекта, поэтому такие магнитограммы можно отнести к средствам диагностики в реальном масштабе времени.

Предложенный способ формирования обобщенной магнитограммы может быть рассмотрен в качестве эффективного неинвазивного средства диагностического контроля текущего функционального состояния человека.

Авторы надеются на успешное продолжение работ, совершенствование методики и повышение точности оценки получаемых результатов.

Работа поддержана Санкт-Петербургским государственным университетом (проект 1.0.130 .2010)

 

Список литературы
  1. Введенский В.Л., Ожогин В.И. Магнитные поля человека // Сб. «Кибернетика живого: биология и информация».–М.: Наука.–1984.– С.117-130.
  2. Годик Э.Э., Гуляев Ю.В. Человек “глазами радиофизики” // Радиотехника.–1991.–№8.–С.51–62.
  3. Сурма С. В., Горелик А. Л., Стефанов В. Е., Щеголев Б. Ф. Обобщенная магнитограмма человека // Физические процессы в биологических системах: Материалы Всероссийской научной Интернет-конференции с международным участием.–Казань, 11 июня 2014 г.–С.87-96.
  4. Сурма С.В., Щеголев Б.Ф., Горелик А.Л., Стефанов В.Е. Патент на изобретение №2014147599 «Способ бесконтактного магнитометрического исследования физического состояния внутренних структур человека или животного». Зарегистрировано в Гос. реестре изобретений РФ  16 ноября 2015.
  5. Холодов Ю.А., Козлов А.Н., Горбач А.М. Магнитные поля биологических объектов // М.: Наука.–1987.–144 с.
  6. Abd-Allah M.A. Interaction of ELF Magnetic Fields with Human Body Organs Model Underneath EHV Transmission Lines // Power Systems Conference and Exposition, 2006. PSCE ’06. 2006 IEEE PES.
  7. David Cohen, Yoram Paltit, B. Neil Cuffin, Stephen J. Schmid. Magnetic fields produced by steady currents in the body // Proc. Natl. Acad. Sci.USA. Vol. 77, No. 3, pp. 1447-1451, March 1980. Biophysics.
 
 
Информация об авторах:
 
Сурма Сергей Викторович, канд. техн. наук, н.с. лаборатории информационных технологий и математического моделирования Института физиологии им. И. П. Павлова РАН, svs-infran@yandex.ru
 
Горелик Александр Леонидович, к. м. н., н.с. Отдела клинической и лабораторной диагностики, нейрофизиологических и нейровизуализационных исследований, заведующий кабинетом функциональной диагностики, ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский психоневрологический институт им. В. М. Бехтерева» МЗ РФ, Санкт-Петербург, Россия, algorelik@bekhterev.ru.
 
Нарышкин Александр Геннадьевич, доктор мед. наук, вед. н.с. Отделения нейрохирургии ФГБУ «Санкт-Петербургский научно-исследовательский психоневрологический институт им. В. М. Бехтерева» МЗ РФ, профессор кафедры неврологии, нейрохирургии и мед. генетики ФГБОУ ВПО «Северо-западный Государственный медицинский Университет им. И. И. Мечникова».
 
Стефанов Василий Евгеньевич, канд. биол. наук, доцент, зав. кафедрой биохимии биологического факультета СПбГУ.
 
Щёголев Борис Фёдорович, канд. хим. наук, с.н.с. лаборатории нейрогенетики Института физиологии им. И. П. Павлова РАН.
Комментарии и пинги к записи запрещены.

Комментарии закрыты.

Дизайн: Polepin