Экология
региональное природопользование

Жизнедеятельность

Биологическое действие неионизирующих ЭМИ

В спектре ЭМИ биологическим действием обладают все виды излучений. Вначале рассмотрим неионизирующие излучения.

Излучение каждого из диапазонов ЭМИ на первый взгляд обладает своей сферой действия, не имеющей тесной связи со сферами действия других диапазонов. Однако способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное постоянство состава и свойств (гомеостаз) подразумевает, что любые изменения в организме, в различных его системах, состоящих из функционально связанных между собой элементов, не могут быть изолированными, то есть изменения одних функций должны вызывать изменения других. Если говорить о клетках, элементы которых участвуют в выполнении различных функций, то на них существенное влияние оказывают излучения всех диапазонов ЭМИ.

При взаимосвязанном возбуждении в организме колебаний различных диапазонов неионизирующих излучений (СВЧ, КВЧ, ИК, оптического, УФ) биологические результаты воздействия должны иметь много общего. Основной чертой является острорезонансный характер биологического отклика организма на действие всех диапазонов неионизирующих когерентных излучений. Например, известно наличие множества резонансов мембран, смещенных друг относительно друга по частоте, причем каждой Резонансной частоте соответствует свой характер биологического Действия. Резонансный характер биологического действия зафиксирован в КВЧ (миллиметровом), оптическом и УФдиапазоне излучений, причем в последних двух случаях показана многократная острая зависимость биологического эффекта от частоты с помощью узкополосных фильтров.

Изучение роли неионизирующих излучений в функционировании клеток приводит к выводу, что их роль сводится в основном к поддержанию или восстановлению гомеостаза, поскольку на функционирование клеток, не имеющих нарушений, излучения практически не влияют, а при наличии нарушений подбор соответствующей резонансной частоты ускоряет протекание провесов устранения нарушения. При этом процесс восстановления клетки может контролироваться побочной реакцией, например Миссией фотонов УФизлучения из клетки в процессе ее облучения. Широкое использование в медицине лазеров оптически диапазона, основанное на резонансных явлениях с восстанови0 тельными процессами в организме, позволяет успешно лечить ря желудочнокишечных, сердечнососудистых, глазных и других за болеваний, причем именно резонансность процессов делает лече ние неионизирующими излучениями высокоэффективным без какихлибо рецидивов заболевания, как это наблюдается при дикаментозном лечении тех же заболеваний.

Для УФ и оптического диапазонов размер клетки по сравнению с длиной волны достаточно велик, например клетки диаметром 5 мкм превышает длину волны приблизительно в 30 раз. Однако «антенные системы» клеток, создаваемые с помощью КВЧдиапазона, могут достаточно эффективно направлять волны оптического и УФдиапазонов на значительные расстояния при приемлемых потерях в плотности потока без утраты когерентности этих волн. Так, в 1990 г. А.Г. Гуревич впервые опубликовал обнаруженное явление влияния живых организмов друг на друга с помощью излучаемых ими волн УФдиапазона, причем отражение или поглощение этих излучений нарушало это взаимодействие.

Действие на человека ультрафиолетовой составляющей солнечного излучения (280—400 нм) приводит к образованию витамина D, обеспечивающего усвоение и обмен организмом кальция и фосфора, активизирующих работу большинства ферментов и витаминов.

Биологическим регулятором количества образующегося витамина D служит загар, являющийся индивидуальной реакцией человека на выделение окрашенного меланина. Однозначной корреляции уровня загара и степени биологической защиты организма в настоящее время не установлено. Однако при длительном бесконтрольном воздействии ультрафиолетового излучения (УФИ) кожа человека утолщается и высыхает, при этом создается возможность образования предраковых кератоз, склонных к злокачественному разрастанию. Особенно биологически опасным является избыток УФИ зоны «В» (280—320 нм), который, помимо кожных заболеваний, приводит к ослаблению иммунитета человека (повышению вероятности сердечнососудистых заболеваний, токсическому и канцерогенному эффекту, глазным заболеваниям, почечной недостаточности и др.). Естественно, что контроль за биологически активным УФИ является одной из важнейших задач радиационной экологии.

В основе биологического действия электромагнитного излучения оптического диапазона лежит процесс фотовозбужденй электронных и колебательных уровней энергии атомов и молекул, в результате чего существенно изменяется их реакционная способность. Последующие эффекты определяются фотохимическими реакциями с участием возбужденных частиц. При этом наблюдаются или полезно приспособленные механизмы (фотосинтез, зрение и др.), или различные нарушения, связанные с фотоокислением, фотоинактивацией, фотодеструкцией.

Опубликованные данные свидетельствуют о том, что электромагнитное поле является мощным физическим раздражителем, который может вызвать функциональные и органические нарушения всех систем организма. В связи с этим необходимо вести постоянный контроль за уровнем интенсивности полей от источников излучения, а также владеть методами математического расчета напряженности электромагнитного поля. Это имеет большое значение при выборе оптимальных гигиенических условий для размещения радиостанций вблизи населенных мест, организации санитарнозащитных зон для охраны населения от вредного воздействия полей. Принято биологические оценки проводить по электрической составляющей ЭМИ.

Правильно обоснованные ПДУ позволяют не только сохранить здоровье, но и обеспечить достаточно надежный уровень работоспособности, избежать ненужных психологических травм.

Длительное время большинство медикобиологических исследований касалось воздействия на людей полей сравнительно большой интенсивности с напряженностью ЭМП, измеряемой вольтами и десятками вольт на метр. Исследованиям подвергался персонал, непосредственно имеющий дело с передающей аппаратурой. Лишь в последние 10—15 лет обследованию стали подвергать людей, находящихся под воздействием полей сравнительно небольших напряженностей. Обнаружилось прежде всего, что это воздействие имеет кумулятивный (накопительный) характер. Выявлено также, что эти поля чаще всего воздействуют не непосредственно на органы и систему человеческого организма, а опосредованно, через нервную систему. Отмечено, что в диапазоне метровых волн возможны резонансные максимумы поглощения мощности, обусловленные соразмерностью тела человека с длиной волны, поэтому специальному исследованию подверглась реакция людей на слабые поля частот порядка 150 МГц. В сериях опытов Использовались напряженности поля 7—16 и 3—5 В/м. Опыты Продолжались 25—30 дней при ежедневном облучении по 30 мин. были выявлены заметные воздействия на симпатический отдел нервной системы, а через него на изменение функции периферийных сосудов, выражающееся в перестройке состояния периферического кровообращения, изменении пульса и температурной в кожи, скорости некоторых физиологических реакций.

Одно из средств защиты от вредного действия ЭМП — электромагнитное экранирование помещений, в которых находятся:
• источники ЭМП, вызывающие экологическое загрязнение;
• чувствительные измерительные приборы, на работу Кот0ч рых могут влиять внешние ЭМП.

Все многообразие действия электромагнитных экранов сводят к характерным случаям защиты от электрической или магнитной составляющей поля электромагнитных волн.

Если источником поля являются различные проводники, создающие электрические, емкостные связи, задача сводится к устранению или уменьшению этой электрической (емкостной) связи Если источником поля являются токонесущие цепи, в частном случае катушки, преобладающим является индуктивное влияние, то есть связь за счет магнитного поля. Оба источника таких полей создают «наводки» на соседние электрические цепи. Они в этих случаях становятся переизлучателями и создают вокруг себя вторичные поля или вызывают распространение высокочастотных колебаний по проводам на значительные расстояния.

Было показано, что в диапазонах радиочастот определяющей оценкой материала для электромагнитного экранирования является значение произведения проводимости материала на его магнитную проницаемость. Здесь главную роль играет поверхностный эффект, поскольку токи, протекающие в глубинных слоях толщи экрана, существенно меньше токов, наводимых в поверхностных слоях. Поверхностный эффект характеризуют глубиной проникновения 5, то есть глубиной, на которой наводимый внешним полем ток будет в 2,73 раза меньше тока в поверхностном слое.

Наряду с этим неконтролируемое воздействие как высокой средней, так и низкой интенсивности радиоволнового излучен^ на организм человека может привести к возникновению различных заболеваний. Например, наиболее биологически активное в радиодиапазоне сверхвысокочастотное излучение вызывает повреждение тканей глаза. Стее повреждения зависит от интенсивности излучения и длитеЛьности воздействия.

В общем случае реакция организма на ЭМИ радиодиапазона лдет до некоторого порогового значения плотности потока мощности. Начиная с порогового значения плотности потока мощносТи и до ее значений, вызывающих заметный нагрев тканей (превпиающий 0,1 °С), биологический эффект не меняется.

Источники, создающие в биосфере микроволновый фон (СВЧ ЭМИ малой интенсивности), подразделяют на две группы: естественные и искусственные.
К естественным относятся излучения Солнца, Луны, планет Солнечной ситемы, других космических объектов. Излучение Солнца с учетом центров активности (взрывы, вспышки) наблюдается на частотах 1; 2; 3; 9,5; 35 и 70 ГГц и может увеличивать общую интенсивность до 30 %. Интенсивность солнечного излучения связана с вращением Солнца (периодичность 28 суток) и периодичностью солнечной активности, составляющей примерно 11 лет. Средняя интенсивность других упомянутых источников излучений, как правило, на несколько порядков ниже, чем солнечная радиация.

СВЧ-излучение, в отличие от низкочастотного радиодиапазона, распространяется в пределах прямой видимости. На его распространение заметное влияние оказывает тропосфера, состоящая из смеси газов и паров воды. Дециметровые волны поглощаются в тропосфере слабо, а в сантиметровом и миллиметровом диапазонах наблюдаются значительные потери СВЧэнергии вследствие резонансного поглощения в парах воды на длинах волн 1.35; 1,5 и 0,75 см и в кислороде на 0,5 и 0,25 см. Интенсивность естественных радиоизлучений зависит от суточного вращения Земли: она максимальна в утренние часы и минимальна в ночные.

К искусственным источникам биологически активного СВЧ-излучения в основном относятся радиопередающие устройства с различными излучающими антеннами, характеризующимися своими диаграммами направленности, а также отдельные элементы электронной аппаратуры (технической, бытовой, медицинской).

Количественной характеристикой СВЧ-облучения является плотность потока мощности излучения с единицами измерения т/м2, мВт/см2, мкВт/см2. Если облучение проводится в СВЧ-тракте его интенсивность определяется удельной поглощательной мощностью в единице объема или массы объекта и выражается в Вт/м3 или Вт/кг. Дозу поглощения выражают через энергию адиооволн, которая поглощается единицей массы объекта (Дж/кг). Доля поглощенной СВЧэнергии и ее относительное распределение в различных тканях и органах зависят от формы и размеров объекта, его ориентации в поле, длины волны, электрических свойств тканей. В микроволновом диапазоне линейные размеру облучаемого объекта сравнимы с длиной волны или превышают ее. Количественной мерой поглощения служит отношение поглощенной в объекте мощности к общей мощности, падающей на его поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. В связи с тем что различные ткани организма обладают разной толщиной, диэлектрической проницаемостью и проводимостью, максимумы поглощения могут возникать и внутри объекта. Например, на частоте 918 МГц максимум поглощения для головы человека локализован в центральной области головы и составляет 0,458 мВт/см3 при плотности потока мощности облучения 1 мВт/см2.

Поглощенная мощность убывает с глубиной проникновения по экспоненциальному закону. Распространение ЭМИ в конкретных тканях сопровождает определенным затуханием, при этом амплитуды обеих компонуй поля уменьшаются в е раз, поэтому глубина проникновеня ЭМИ ткань в модельном варианте может достигать значительных личин.

Традиционно многие исследователи объясняли биологическое действие микроволн только наличием тепловых эффектов, которые возникают при интенсивности более 10 мВт/см2. Однако в последнее время обнаружено отчетливое действие на организм СВЧизлучений меньшей интенсивности, когда температура повышается несущественно. При этом важным является обнаружение частотных и энергетических окон при воздействии низкоинтенсивных модулированных электромагнитных полей на головной мозг. Наиболее отчетливые реакции клеток в мозговой ткани наблюдаются в случае модулирования СВЧ-полей диапазона 150—450 МГц частотами 1—20 Гц при интенсивности микроволн 0,1—1 мВт/см2, что соответствует наведенной в ткани мозга напряженности электрической составляющей 1—10 В/м. Одновременно обнаружен выход ионов кальция из мозговой ткани под влиянием модулированных микроволн.

В 1980 г. обнаружено, что СВЧоблучение эритроцитов крови человека с расстояния 5,7 мм при 30 °С вызывает утечку из клеток гемоглобина. Величина эффекта определяется плотностью потока излучения и длительностью воздействия. Обычное повыше^ температуры до 35 °С контрольных эритроцитов без СВЧоблучее ния не вызывает утечки гемоглобина. Отечественными учеными (Н.Д. Девятковым, М.Б. Голантом, Б.Н. Тарусовым, А.С. Персманом и др.) убедительно доказано, что действие различного час, тотного СВЧ-диапазона и интенсивности влияет на жизнедея, тельность практически всех органов человека, где происходи синтез и обмен химических элементов.

Разумное использование СВЧоблучения дает уникальные лечебные эффекты, которые не достигаются приемом даже сильнодействующих лекарств. Например, показано, что под действием микроволн сантиметрового диапазона мощностью 20—45 Вт (установка «Луч-58») и дециметрового диапазона мощностью 15—45 Вт (установка «Волна-2») у больных гипертонией первой и второй стадий (исследовалось 170 человек) практически исчезли: головные боли, головокружение, боли в области сердца, одышка. Максимальное давление снизилось на 27 ± Зммрт. ст., а минимальное — на 13 ± 2мм рт. ст. Одновременно отмечена четкая тенденция к нормализации деятельности сердца, исчезли признаки гипертрофии левого желудочка, изменения внутрижелудочковой проводимости и нарушения коронарного кровообращения. Облучение благоприятно отразилось на сократительной функции миокарда.

Очень малая энергия ЭМИ, необходимая для оказания существенного влияния на функционирование организмов, свидетельствует о том, что ЭМИ не случайный для живых организмов фактор, что сигналы ЭМИ вырабатываются и используются в определенных целях самим организмом, а внешнее облучение лишь имитирует вырабатываемые организмом сигналы. Проникая в организм, внешние излучения на определенных (резонансных) частотах трансформируются в информационные сигналы, осуществляющие управление и регулирование восстановительными или приспособительными процессами в организме.

Следует учитывать, что приспособительным может являтся не только лечебный процесс, но и развитие начавшегося заболевания. Само ЭМИ не вызывает какихлибо нарушений в тканях, ибо кванты его на два порядка меньше энергии слабых водородных связей, а его действие решающим образом зависит от исходящего состояния организма. Если в исходном состоянии некоторые функция организма ослаблена в несколько раз по сравнению нормой, то облучением ее можно поднять приблизительно в тоже число раз. На функционирование здорового организма то же СК мое облучение практически не действует. Специфика биологичесских систем заключается в том, что их различные подструктуры ), фиксирующие определенный вид бственных колебаний, строятся под влиянием соответствующе0 сигнала ЭМИ. Вполне возможно, что действие ЭМИ может содействовать генным перестройкам, изменяя характер прикреплеяйЯ ДНК к мембране и ассоциациям белков.

Внешние ЭМП радиодиапазона, и в частности СВЧизлучедие, помимо упомянутых выше информационных функций, действуют значительно эффективнее, чем тепловая энергия в тканях с большим содержанием воды (кровь, тканевая жидкость, мозг), лзменяя различные стадии структурных перестроек биотканей. Так, под действием СВЧ ЭМИ (2,45 ГГц) обнаружено увеличение катионной проницаемости мембран эритроцитов при комнатной температуре, в то время как в отсутствие СВЧ ЭМИ подобный эффект наблюдается только при температуре 37 °С.

Р.П. Либурди показал, что физикохимической основой этого эффекта является фазовый переход компонентов мембраны. Например, при облучении эритроцитов кролика (2,45ГГц, 60мВт/г, 30мин) вход ионов Na+ увеличивается на 100 % по сравнению с контролем при температуре фазового перехода эритроцитарной мембраны (17,719,5°С).

Тепловое влияние поля полностью исключается. Обогащение мембран холестерином увеличивает их текучесть и устраняет как фазовый переход, так и влияние микроволн, то есть имеется прямая связь между увеличением проницаемости, обусловленным действием поля, и структурой мембран при специфической температуре. Фазовый переход усиливает чувствительность мембран к полю. В процессе Перехода образуются уникальные белковолипидные кластеры, которое вытесняют полярные боковые цепи аминокислот на поверхность Мембран, что приводит к увеличению количества связанной примемРанной воды и усиливает поглощение энергии, одновременно увеличивс"отся пассивный (диффузионный) и активный транспорт (против родиента концентраций) ионов Na+.

Однако главной мишенью ЭМП, вероятнее всего, являются реце„ торы (концевые образования биологических волокон, воспринимав щих раздражения), функционирующие через систему посредников исполняющие роль приемных антенн, в которых заложены усилитель ные механизмы, а мембрана является полем действия.

Имеющаяся система взглядов на характер взаимодействия низкоинтенсивного СВЧизлучения с биологическими объектами только начинает формироваться. Она не является бесспорной, ц0 безусловно важна для понимания и управления процессами жизнеобеспечения.

<Методология диагностирования и лечения человека с помощию ЭМП
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2015 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru