Неионизирующие излучения электромагнитного диапазона

НЕИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ДИАПАЗОНА

Введение

Электромагнитные излучения (ЭМИ) представлены спектром частот, который охватывает очень широкий диапазон.

К ионизирующим ЭМИ относят гамма- и рентгеновское излучения, а к неионизирующим ЭМИ — более низкочастотные (и, соответственно, более длинноволновые): ультрафиолетовое (УФ); оптическое (видимый свет); инфракрасное (ИК); гипервысокочастотное (ГВЧ); сверхвысокочастотное (СВЧ) или микроволновое (МКВ) и радиочастотное (РЧ) излучения (табл. 1).

Следует отметить, что границы диапазонов по частотам (длинам волн) и энергиям квантов приняты условно, так как упомянутые диапазоны перекрываются друг с другом и фактически не имеют четких границ. В зависимости от длины волны (частоты) излучения, а следовательно, и энергии кванта, существенно меняется проникающая способность и характер взаимодействия ЭМИ с биологическими объектами. Интерес специалистов физических, биологических и медицинских специальностей к ЭМИ оформился в виде таких научных разделов как радиационная биология ионизирующих излучений, фотобиология, которая изучает воздействие излучений УФ-, оптического и ИК-диапазонов, и радиационная биология и биофизика неионизирующих ЭМИ.

Таблица 1

Особенности биологического действия

Куда бы человек ни попал на Земном шаре, он всегда будет находиться в одной из трех электромагнитных обстановок:

Экологически чистые условия по ЭМП или оптимальные условия с максимальными показателями жизнедеятельности - это случай, когда человек располагается вдали от созданных им самим источников излучения и находится под воздействием только естественных ЭМП. Для этого, как минимум, надо выехать из населенных пунктов и отказаться от любой электроники и электроэнергии.

Если человек попадает в замкнутые пространства, ограниченные металлом или железобетоном (здания, кабины механизмов и салоны транспорта, специальные помещения), то он будет полностью или частично закрыт или, как говорят, экранирован от естественных ЭМП - это гипогеоэлектромагнитные условия. Доказано, что такие условия вредны для человека.

Длительное пребывание животных в условиях экранирования приводит к необратимым изменениям в их организме. Резко нарушаются физиолого-биохимические свойства, нарушение морфологии и функционирования внутренних органов, наблюдается атипичный рост клеток и тканей, преждевременная смерть.

Однако чаще всего мы находимся в условиях электромагнитного загрязнения, которые характерны тем, что к ЭМП естественного происхождения добавляются ЭМП, создаваемые самим человеком. Их называют антропогенными ЭМП.

Варианты воздействия ЭМП на биоэкосистемы, включая человека, разнообразны: непрерывное и прерывистое, общее и местное, комбинированное от нескольких источников и сочетанное с другими неблагоприятными факторами среды и т.д.

 На биологическую реакцию влияют следующие параметры ЭМП:

• интенсивность ЭМП (величина)

• частота излучения

• продолжительность облучения острое или хроническое

• модуляция сигнала

• сочетание частот ЭМП

• периодичность действия.

Сочетание вышеперечисленных параметров может давать существенно различающиеся последствия для реакции облучаемого биологического объекта

 

Совокупность симптомов, возникающих при воздействии ЭМП, классифицируют как специфический симптомокомплекс, который иногда называют «радиоволновой болезнью».

Ее тяжесть находится в зависимости от интенсивности ЭМП, длительности воздействия, биологической активности различных диапазонов частот, внешних условий, а также от функционального состояния организма, его устойчивости к воздействию электромагнитных полей, возможности адаптации.

Радиоволновая, или микроволновая, болезнь - развивается при остром и хроническом воздействии на незащищенных людей электромагнитных излучений 0,3-300 ГГц, (УВЧ, СВЧ, ВЧ-диапазонов) выше допустимых пределов

Острые поражения человека ЭМИ возникают в чрезвычайных ситуациях (аварии, грубое нарушение техники безопасности), когда интенсивность излучения значительно превышает 10 мВт/см ².

Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная (изменение гормонального статуса) и репродуктивная (физические дефекты плода). Эти системы организма являются критическими. Реакции этих систем должны обязательно учитываться при оценке риска воздействия ЭМП на население.

Электромагнитные поля могут быть особенно опасны для детей, беременных (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков и людей с ослабленным иммунитетом.

При остром облучении пораженные предъявляют жалобы на общие симптомы: нарушение концентрации внимания, головные боли, слабость, потерю работоспособности, непреходящую усталость, приступы головокружения, плохой, поверхностный сон, потерю сил, снижение потенции, состояние внутреннего опустошения, нестабильность температуры тела, различные аллергические реакции.

Влияние на нервную систему

Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия ЭМ-излучения на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы, проявляющиеся прежде всего в виде вегетативных дисфункций неврастенического и астенического синдрома.

Лица, длительное время находившиеся в зоне ЭМ-излучения, предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна.

Влияние на иммунную систему

В настоящее время накоплено достаточно данных, указывающих на отрицательное влияние ЭМП на иммунологическую реактивность организма. При воздействии ЭМП нарушаются процессы иммуногенеза, чаще в сторону их угнетения. Установлено также, что у животных, облученных ЭМП, изменяется характер инфекционного процесса - течение инфекционного процесса отягощается.

Возможно развитие аутоиммунных реакций, связанных не столько с изменением антигенной структуры тканей, сколько с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных тканевых антигенов.

Влияние ЭМП высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на Т-систему клеточного иммунитета.

ЭМП могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляции аутоиммунной реакции в организме беременной самки.

Исследования в области теоретической дозиметрии показали возможность резонансного поглощения энергии ЭМИ в теле животных и человека в зависимости от частоты, ориентации относительно векторов электромагнитной волны, контакта с землей, которые были подтверждены экспериментально.

Помимо этого существуют максимумы поглощения энергии ЭМИ как в отдельных частях тела человека (голове, шее, верхних, нижних конечностях), так и в локальных областях внутри них, например, голове, которые также имеют резонансный характер Повышение температуры в местах с повышенной чувствительностью к теплу, например, внутри головы человека (гипоталамус) в результате резонансного поглощения энергии ЭМИ при облучении в диапазоне частот 750МГц-2,5ГГц может существенным образом повлиять на все процессы терморегуляции. Непредсказуемость возникновения «горячих пятен» в различных частях тела животного или человека в зависимости от параметров ЭМИ и условий облучения значительно затрудняет оценку и интерпретацию регистрируемых биологических эффектов.

Повышение температуры в биологическом объекте может явиться пусковым механизмом для различных реакций, уровень изменений которых, как уже упоминалось, зависит от терморегуляторных и метаболических характеристик. Структурно-функциональные особенности некоторых органов, обладающих слабой терморегуляторной системой, не способной достаточно эффективно отводить тепло, или характеризующихся повышенной чувствительностью к изменению температуры (например, хрусталик глаза) ставят их в разряд критических. Ускорение многих физиологических и биохимических процессов в организме в два и более раз в результате повышения температуры может привести к возникновению отчетливо выраженных, с одной стороны, ответных реакций. С другой стороны, проявление таких реакций может быть скрыто за счет работы системы температурного гомеостаза, в результате чего возможно формирование многих вторичных эффектов, различных по величине, направленности и характеру развития во времени.

Механические составляющие теплового действия. Впервые на роль механических явлений в биологическом действии ЭМИ, возникающих в процессе облучения, обратил внимание Э. Мут. В 1927 г. им была обнаружена способность коллоидных частиц под действием ЭМИ выстраиваться в цепочку в виде нити бус. Впоследствии это явление получило название эффекта образования «жемчужных нитей» («pearl-chain»).

Сам эффект образования «жемчужных нитей» заключается в следующем. Если взвешенные в водной среде и произвольно располагающиеся в ней микроскопические частицы (диаметр > 1 мкм) подвергнуть воздействию ЭМИ в диапазоне частот до 100МГц, то они будут выстраиваться по направлению вектора Е, образуя длинные одиночные или множественные цепи, состоящие из многих частиц в каждой цепи. При снижении интенсивности ЭМИ ниже пороговой или прекращении облучения, тепловое броуновское движение разрывает образовавшиеся цепи, ориентация нарушается, и частицы в среде вновь располагаются произвольно.

Механизм образования подобной структуры в электрическом поле, заключается в возникновении на одной стороне частицы между ее поверхностью и окружающей средой зарядов одного знака, а на противоположной стороне — другого. Такое распределение и ориентация по направлению зарядов приводит к образованию своего рода «индуцированного диполя» состоящего из частиц Способность зарядов следовать за изменениями электрического поля определяет ориентацию этого диполя, в результате чего две близко расположенные частицы притягиваются друг к другу, выстраиваясь в итоге по направлению силовых линий т.е. в основе лежат диполь-дипольные взаимодействия.

Шван, а также С. Такашима, обобщили различные виды механических эффектов, проявляющихся в результате воздействия ЭМИ на находящиеся в растворе клетки.

К механическим эффектам помимо образования «жемчужных нитей», также относятся: ориентация, движение (диэлектрофорез), деформация, разрушение, слияние, вращение, образование везикул и выпячиваний, течение протоплазмы клетки. Все эти явления возникают и наблюдаются только в условиях in vitro и при достаточно высоких интенсивностях ЭМИ, уровень которых не позволяет полностью избежать появления тепловых явлений, носящих локальный характер.

Нетепловая концепция.

Нетепловое действие для ЭМИ РЧ- и МКВ-диапазонов начинается с величин, являющихся минимальным порогом чувствительности для организма, который составляет около 10^-12Вт/м², максимальный порог находится в пределах от 10^-2 до 10^-1 Вт/м², а оптимальное значение — в области 10^-7-10^-бВт/м².

Основные особенности нетеплового действия заключаются в том, что конечный результат не находится в прямой зависимости от энергии действующего фактора — интенсивности ЭМИ. В таком действии ЭМИ различают несколько основных типов, среди которых можно выделить сигнальное, регулирующее и дестабилизирующее.

Сигнальное действие происходит при величинах ЭМИ, сопоставимых с уровнем естественных источников излучений, и воспринимается организмом как сигнал, несущий определенную информацию. Сигнальное действие ЭМИ наблюдается только у целостных организмов, причем преимущественно в поведенческих реакциях; оно характеризуется рядом особенностей.

Таким образом, сигнальное действие ЭМИ проявляется в изменении поведения животных (двигательная активность, ориентация в пространстве и времени), а у человека оно может проявляться в различных субъективных ощущениях. Это определяет способность организма воспринимать слабые сигналы ЭМИ из окружающей среды и, в соответствии с их значимостью, изменять регуляцию процессов жизнедеятельности. Наконец, само ЭМИ может служить раздражителем для выработки условных рефлексов как у животных, так и у человека.

Регулирующее действие наблюдается у биологических объектов различных уровней организации и характеризуется способностью изменять их функциональное состояние. Отличительная особенность регулирующего действия состоит в зависимости наличия самой ответной реакции, ее направленности (знака) и величины только от параметров действующего ЭМИ (вид модуляции и ее частота) и отсутствия прямой зависимости от интенсивности излучения.

Регулирующим действием объясняются отмечаемые во многих исследованиях зависимость некоторых биологических реакций от частоты модуляции ЭМИ. Этот тип действия ЭМИ является достаточно ограниченным по величине ответных реакций на облучение и может оказывать обратимое влияние на протекающие в организме процессы регуляции.

Дестабилизирующее действие заключается в увеличении среднестатистического отклонения (дисперсии) любого исследуемого показателя биологической реакции по сравнению с неподвергаемым облучению ЭМИ интактным объектом. Это является причиной часто встречающейся невоспроизводимости ответных реакций биологических объектов, которые наблюдаются при облучении ЭМИ низких (нетепловых) интенсивностей.

Список литературы

1. Кудряшов Ю.Б., Радиационная биофизика. Неионизирующие излучения, М., 2008

 

НЕИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ДИАПАЗОНА

Введение

Электромагнитные излучения (ЭМИ) представлены спектром частот, который охватывает очень широкий диапазон.

К ионизирующим ЭМИ относят гамма- и рентгеновское излучения, а к неионизирующим ЭМИ — более низкочастотные (и, соответственно, более длинноволновые): ультрафиолетовое (УФ); оптическое (видимый свет); инфракрасное (ИК); гипервысокочастотное (ГВЧ); сверхвысокочастотное (СВЧ) или микроволновое (МКВ) и радиочастотное (РЧ) излучения (табл. 1).

Следует отметить, что границы диапазонов по частотам (длинам волн) и энергиям квантов приняты условно, так как упомянутые диапазоны перекрываются друг с другом и фактически не имеют четких границ. В зависимости от длины волны (частоты) излучения, а следовательно, и энергии кванта, существенно меняется проникающая способность и характер взаимодействия ЭМИ с биологическими объектами. Интерес специалистов физических, биологических и медицинских специальностей к ЭМИ оформился в виде таких научных разделов как радиационная биология ионизирующих излучений, фотобиология, которая изучает воздействие излучений УФ-, оптического и ИК-диапазонов, и радиационная биология и биофизика неионизирующих ЭМИ.

Таблица 1