движения зарядоносителей, присущего живому.
Далее, уже давно обнаружено резкое изменение сопротивления по
действием внезапных раздражающих факторов. Например, при испуге, резкой
вспышке света, взрыве сопротивление тела человека резко уменьшается. При
этом восстановление сопротивления к его первоначальному уровню происходит
довольно медленно, при этом наблюдается зависимость от характера
раздражения. Если бы тело человека обладало только ионной проводимостью
электролита, т.е. проводимостью, связанной с переносом вещества, то процесс
изменения электрического сопротивления проходил бы гораздо медленнее.
Быстрое изменение сопротивления может объясниться только наличием в
«суммарном» электрического сопротивлении сопротивления, обусловленного той
или иной электронной проводимости. Новые достижения электротехники
соответственно расширили возможности исследования «животного»
электричества. Итальянский физик Маттеучи, применив созданный к тому
времени гальванометр, доказал, что при жизнедеятельности мышцы возникает
электрический потенциал. Разрезав мышцу поперек волокон, он соединил
поперечный разрез ее с одним из полюсов гальванометра, а продольную
поверхность – с другим и получил потенциал в пределах 10 – 80 мВ. Значение
потенциала обусловлено видом мышц. Затем французский физик Пельтье
опубликовал результаты работы по исследованию взаимодействия биопотенциалов
с протекающим по живой ткани постоянным током. Оказалось, что полярность
биопотенциалов при этом меняется. Изменяются и амплитуды биопотенциалов, и
частоты возникающих импульсов.
На приведенных примерах легко увидеть, что все клетки, входящие в
состав организма, связываются между собой сетями электрических импульсов.
Биоэлектричество и ткани, органы
Электричество и кожа
Существование и развитие человека невозможно без непрерывного
взаимодействия с окружающей средой. Влияние внешней среды на человека
обычно рассматривается на примере действия электрического тока и магнитного
поля. Причем это не случайно. Энергия любого из этих факторов так или иначе
преобразуется в электрическую, которая, взаимодействуя с электричеством
человека, и обуславливает реакцию человека на действие внешнего фактора.
Преобразование энергии взаимодействующих факторов в электрическую
подчиняется определенной передаточной функции. Основные процессы
преобразования, описываемые передаточной функцией, происходят через кожу.
Кожа является источником информации о состоянии органов и тканей человека и
в то же время – первозащитной оболочкой человека от вредного воздействия
среды.
Кожа, осуществляющая столь сложную связь в системе среда – человек,
представляет собой трехкомпонентную структуру, образованную эпидермисом,
дермой и подкожной жировой клетчаткой, которые находятся в функциональном
разрезе. Самым тонким слоем является эпидермис. Несмотря на незначительные
размеры, он обладает наиболее ответственными функциями – защитной и
информирования о состоянии органов и тканей. Информация необходима для
саморегуляции ряда биофизических процессов в организме, прежде всего
тепловых и биоэлектрохимических.
Это плоский, тонкий, ороговевший слой. Представляет собой пограничную
часть с многообразными сложными барьерно-информативными функциями. Одна из
основных функций – защита от проникновения в организм чужеродных, не
свойственных ему микробов, аэрозольной пыли. Он способствует защите тканей
и органов от проникновения ультрафиолетового и коротковолнового
рентгеновского излучения. Структурные особенности эпидермиса обеспечивают
ему высокую упругость, эластичность. Он имеет большую механическую
прочность, что позволяет ему выдерживать большие механические нагрузки.
Обладая высокими регенерационными свойствами способен при повреждениях
быстро восстанавливаться. Благодаря удивительным и многообразным видам
электропроводимости он имеет исключительно высокую рецепторную защитную
способность.
Кожу многие ученые представляют как топографическую связь отдельных
участков эпидермиса со всеми органами человека. В эпидермисе находятся
акупунктурные зоны – точки и участки кожи, обладающие отличным от основного
состава эпидермиса значением проводимости. Значит, есть различие и в
свойствах этих точек. Через эти зоны в основном и осуществляется связь
эпидермиса с внутренними органами. Возникновение электрической цепи через
область эпидермиса в акупунктурных зонах может привести к смертельному
исходу даже при очень маленьком напряжении. В то же время очень
распространено воздействие на эти точки иглами с целью лечения или усиления
некоторых функций организма – иглотерапия.
Свойства кожи уникальны и удивительны. Уже давно было обнаружено, что
клетки чистой кожи убивают болезнетворные бактерии и микробы, попадающие на
ее поверхность на воздухе, и в то же время через мокрую кожу могут свободно
проходить эти же микробы. Чем это вызвано?
Эпидермис – поверхностный слой кожи относится к диэлектрикам,
обладающим огромным удельным сопротивлением, достигающим 1014 Ом и большим
значением диэлектрической проницаемости. Под влиянием разности температур
внутренних органов и окружающей среды возникает диффузия «электрического
газа». При прохождении газа через место ранения, обладающего высоким
удельным сопротивлением и большой диэлектрической проницаемостью,
появляется статическое электричество. Напряженность поля может достигнуть
десятка киловольт на 1 квадратный сантиметр. При такой напряженности
клеточные мембраны разрушаются и бактерии погибают. Для разрушения нейрона
или клетки достаточна электрическая энергия поля в пределах 10-20 Дж. Это
свидетельствует о том, что кожа является своеобразным электростатическим
фильтром, подобным электростатическому фильтру, применяемому в системах
жизнеобеспечения для замкнутых помещений, представляя собой стерилизатор.
Но все это происходит при условии, что сопротивление кожи поддерживается на
очень высоком уровне. При наличии воды на коже или повышенной влажности
кожи такое электростатическое поле возникнуть не может – нет и
«стерилизатора». Следовательно, электричество человека служит очень хорошим
стражем от поражения микроорганизмами – бактериями окружающей человека
воздушной среды.
Для стимуляции сердечной мышцы применяются специальные приборы –
электростимуляторы. Речь о них пойдет ниже. Для их питания можно применять
специальные аккумуляторы. Тогда необходимо вывести проводники через кожу –
для заряда аккумуляторов. Можно пользоваться и специальными батареями. Но
их нужно часто заменять. И то и другое очень неудобно. Поэтому ученые стали
искать новые источники энергии для стимуляторов. И нашли. Им оказалась…
кожа. Биоисточник, каковым является кожа, может генерировать токи
напряжением до десятков милливольт и даже больше. Такие биотоки конечно
малы. Но для работы стимуляторов нужна совсем небольшая мощность источника
питания. Поэтому даже такие напряжения оказываются достаточными. Возник
другой вопрос, – как осуществить съем энергии? Для этого был предложен ряд
способов. Биоэлектричество можно снимать непосредственно с кожи теми же
электродами, какие применяются для снятия электрокардиограмм. От
электродов, прилегающих к коже, посредством проводников электричество
подается к потребителю. Но осуществить подобное очень сложно: нужно
провести провода через кожу, следить, чтобы они не порвались при
выполнении какой-либо работы. Да и сила тока, снимаемого таким образом,
достигает всего нескольких десятков милливольт. Значительно удобнее
электроды, вживляемые непосредственно в кожу. Электроды выполняются из
платины, золота или титана. Напряжение при этом достигает 2 вольт.
Получаемая мощность вполне достаточна для описываемых целей.
Звук
Звук – одно из многочисленных явлений, характеризующих окружающую
среду, в которой возникла жизнь, существует живое, живет человек. В далекие
времена уходит начало изучения тайны звуков окружающего мира.
Но что такое звук? «По своей сущности физическая акустика – не что
иное, как часть учения о движении упругих тел», - писал Гельмгольц.
Следовательно, звук – то или иное состояние материи, вещества. Появление
звука, прежде всего, обусловлено веществом. В середине века ученые Гюкколь
и Кихер проводили серию интересных наблюдений, в ходе которых был сделан
вывод о возможности распространения звуков в абсолютном вакууме. Но
результаты опытов были очень неточными и поэтому неправильными, т.к. при
проведении работ ученые не смогли достичь полного удаления воздуха из-под
колпака, где был подвешен колокольчик. Но более убедительным оказался вывод
итальянского физика Больво, что распространение звука в вакууме невозможно.
Опыты Больво ознаменовали новый этап в изучении звука, начало новой науки –
акустики. Колебательные явления во внешней среде достигают биологического
приемника – уха различным путем. Большинство животных и человек
воспринимают колебания, передающиеся по воздуху.
Кроме непосредственного приемника звука – уха, в реакции человека на
звук участвуют все центральные системы и, прежде всего мозг. Разными путями
доходят до него звуки, и именно он выделяет то, на что нужно
непосредственно реагировать.
В действительности огромные области звуковых колебаний окружающей
среды человеком непосредственно как звук не воспринимаются. К ним относятся
ультразвуковые и инфразвуковые области, которые действуют на человека, но
не как звуковое восприятие среды, хотя человек способен, как это писал
Сеченов, улавливать самые быстрые переливы звуков, анализируя их в
определенном диапазоне по времени.
О том, что звуковое раздражение, восприятие звука сопровождается
электрическим сигналом, ученым стало известно давно. Также стало известно,
что длина и скорость распространения звуковых волн зависит от плотности
вещества, о чем и свидетельствует приведенные примеры. По мягким частям
тела человека и его костям его скелета звук распространяется по-разному. Но
роль электричества в скорости распространения звука по телу оставалась
неясной. Об этом речь пойдет позже.
Изучение звуковых колебаний и электрических полей началось с
эксперимента Вольта. Вольта в своих опытах пользовался своим источником
