Электромагнитное излучение

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Вторая  половина текущего столетия характерна широким использованием источников электромагнитного излучения (ЭМИ) в различных сферах хозяйственной  деятельности и в Вооруженных  силах. Большое распространение  на кораблях и в частях военно-морского флота получили генераторы СВЧ, применяющиеся  для радиосвязи, радиолокации и других целей. В этой связи многочисленные контингенты военных моряков в процессе испытания, ремонта, наладки и эксплуатации радиотехнических систем (РТС) могут подвергаться воздействию радиоволн сверхвысоких частот ("микроволн").

     Опасность такого облучения существует и для  личного состава соседних частей (кораблей). При соблюдении специалистами  условий эксплуатации радиотехнической аппаратуры, а личным составом техники  безопасности в период работы РТС  практически исключается неблагоприятное  влияние СВЧ-излучений на здоровье моряков. Однако при аварийных ситуациях  и при нарушении техники безопасности могут иметь место воздействия  СВЧ-электромагнитного поля, значительно  превышающие предельно допустимые уровни (ПДУ) облучения.

     В мировой литературе накоплены многочисленные данные о возможном неблагоприятном  влиянии ЭМИ радиочастотного  диапазона на живой организм. Эти  излучения являются мощным физическим раздражителем, который может привести к развитию функциональных и органических нарушений со стороны нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой, иммунной, кроветворной и других систем организма.

     ЭМИ могут усугублять уже имеющиеся  хронические заболевания или  служить фактором, способствующим возникновению  заболеваний другой этиологии.

Физическая  характеристика.

     В отличие от других факторов окружающей среды, ЭМИ как правило не являются сопутствующими в производственном процессе, а специально генерируются для достижения технологических задач и имеют большие радиусы распространения. СВЧ ЭМ-поле (микроволны) по принятой классификации относятся к той части спектра электромагнитных колебаний, длина волны которых колеблется от 1 мм до 1 м, а частота колебаний, соответственно, - от 300000 до 300 мГц.

     ЭМИ может быть непрерывным или прерывистым (импульсным). Последний режим позволяет  создавать значительную мощность в  каждом отдельном импульсе. Электромагнитное поле характеризуется векторами  напряженности электрического (Е) и  магнитного (Н) полей. При частоте  колебаний ниже 300 мГц в качестве характеристики ЭМ-поля принимается силовая характеристика - напряженность электрического поля, В/м или напряженность магнитного поля - А/м. При частоте колебаний выше 300 мГц поле оценивается энергетической характеристикой - плотность потока энергии (ППЭ), Вт/м кв. (или ее производными мВт/см2, мкВт/см2).

     Для количественной оценки поглощенной  энергии введено понятие удельной поглощенной мощности - УПМ (SAR - specific absorpion rate - американских авторов). Под УПМ понимается количество поглощаемой мощности приходящейся на единицу массы тела, то есть - это усредненная величина, характеризующая скорость поступления энергии СВЧ-поля в поглощающее тело и представляемая как мощность отнесенная к объему - Вт/м3(мВт/см3) или массе - Вт/кг (мВт/г). Установлено, что предельной для термо-регуляции человека является 4 Вт/кг, а ПДУ - 0,4 Вт/кг.

     Проблема  метрологической оценки поглощенной  человеком ЭМ мощности (и энергии) достаточно сложна. В настоящее время  аппаратура для измерений поглощенной  ЭМ мощности человеком, облученным СВЧ-полем  в свободном пространстве, пока еще  не разработана.

     Оценку  воздействия проводят по измеренной падающей на человека ППЭ и на ее основе методами математических моделей рассчитывают УПМ.

     Для измерений падающей мощности непрерывных  СВЧ-излучений используются отечественные  измерители типа ПЗ-9 и ПЗ-16, которые  также обеспечивают возможность  оценки средней мощнос-ти импульсных излучений.

Механизм  биологического действия.

     Известно, что эффект воздействия СВЧ ЭМ-поля на биологические объекты в известной  степени определяется количеством  проникающей в них и поглощаемой  ими электромагнитной энергии. Значительная часть энергии микроволн поглощается  тканями организма и превращается в тепло, что объясняют возникновением колебания ионов и дипольных  молекул воды, содержащихся в тканях. Наиболее эффективное поглощение микроволн  отмечается в тканях с большим  содержанием воды: кровь, тканевая жидкость, слизистая желудка, кишок, хрусталик  глаза и др.

     Нагрев  тканей в СВЧ-поле является наиболее простым и очевидным эффектом действия микроволн на организм человека. Положение максимума температуры, его удаление от поверхности тела зависит от проводимости среды, а, следовательно, и от частоты радиоволны, действующей  на ткань: с увеличением частоты (укорочением волны) максимум температуры приближается к поверхности.

     Принято различать тепловое действие микроволн - при ППЭ, превышающей 10 мВт/см2, и нетепловое - при ППЭ ниже 10 мВт/см2. Такое деление условно, так как в действительности имеет место и то и другое действие.

     Первичный механизм теплового действия изучен довольно обстоятельно. Обнаружено, что температурное распределение, которое устанавливается в живом организме под действием микроволн, зависит не только от длины волны, интенсивности излучаемой энергии (ППЭ) и продолжительности воздействия, но и от ряда других факторов, главными из которых являются теплообмен на поверхности нагреваемого объекта (естественное или принудительное охлаждение), тканевая структура объекта (однородность или слоистое строение), интенсивность кровоснабжения в нагреваемой области и др.

     Изучение  механизма нетеплового действия выдвигает гораздо более трудные  задачи. Само нетепловое или как  его называют специфическое действие не является столь бесспорным как тепловое действие микроволн. Специфическим нетепловое действие называют на основании предположения о существовании каких-либо первичных механизмов взаимодействия, специфических именно для ЭМИ СВЧ. Сказать что-либо вполне определенное о микроприроде специфического действия микроволн на основании имеющихся материалов трудно и, тем не менее, данные, подтверждающие действие СВЧ-поля без нагрева, существуют. Они были получены из наблюдений за реакциями целостных организмов на воздействие микроволн небольшой интенсивности.

     В настоящее время существует три  теории нетермического действия микроволн  на организм. Эффекты слабых полей  объясняют кооперативными процессами, основанными на резонансных взаимодействиях  биологических макромолекул. Считается, что ими являются белковые молекулы, входящие в состав мембраны.

     Нетепловые  резонансные эффекты миллиметровых  волн связывают с синхронизацией существующих в норме несфазированных колебаний множества осцилляторов живой клетки (например, колебания групп тема в молекуле гемоглобина эритроцита или колебания белковых молекул в мембране).

     Для объяснения нетермических эффектов можно привлекается теория Фрелиха, согласно которой при воздействии ЭМ энергии может произойти полярная перестройка биомолекул, способная дать на резонансной частоте колебания большой амплитуды за счет перекачки энергии (по аналогии с химическими лазерами).

     Точкой  приложения любого патогенного фактора  является система регуляции. Большинство  жалоб и объективных данных при  синдроме ЭМ воздействия укладывается в картину динамических нарушений  регуляторного звена.

     В обобщенном виде можно сказать, что  последствия ЭМИ-облучения проявляются: угнетением и истощением процессов  нервной и эндокринной регуляции; сдвигами в обмене веществ, угнетением синтетических процессов; снижением  неспецифической резистентности, ослаблением  иммунных процессов; снижением адаптации  к факторам окружающей среды.

     Следствием  перечисленного будут: повышение заболеваемости (общей, инфекционной, соматической), преморбидные состояния; отягощение имеющихся хронических заболеваний; функциональные расстройства в сердечно-сосудистой, кроветворной, генеративной и других системах организма; невротические расстройства; нарушение гормонального баланса, преждевременное старение организма; возможны онкогенные процессы и отдаленные последствия среди потомства. В ряде случаев влияние ЭМИ не проявляется какой-либо клинической картиной, но изменяет резистентность организма к иным факторам среды. Возможна кумуляция повреждающих эффектов, ведущая к срыву механизмов адаптации. Наиболее выраженные нарушения обнаруживаются при действии сверхвысоких частот; с понижением частоты при эквивалентной энергии излучения глубина ответных реакций уменьшается, но направленность их остается однотипной.

     В развитии патологического процесса при действии ЭМИ в его первой фазе отражаются приспособительные  реакции на основе усиления деятельности ЦНС, эндокринных желез и нейрогуморальной регуляции. Вторая фаза процесса - охранительная, сопровождающаяся снижением уровня деятельности различных систем и  постепенным истощением резервов. Для  третьей фазы характерно развитие декомпенсации - вегетативно-сосудистых кризов.

     В целом соматические последствия  радиоволнового воздействия с развитием  соответствующего синдрома можно трактовать как болезнь системы регуляции. В связи с отсутствием нозологической формы заболевания электромагнитной природы, при экспертизе профессиональных заболеваний следовало бы отдать приоритет наличию донозологического состояния как показателю нарушения нейроэндокринной регуляции, характерного для ЭМИ.

     Реакции организма при радиоволновых (как  и при многих других) воздействиях направлены на поддержание гомеостаза и являются суммой эффектов непосредственного  действия ЭМИ, реакций противодействия  этим эффектам и более медленных, но сильных репаративных процессов (как производного от глубины повреждения и компенсаторных возможностей организма). Все это и обусловливает неспецифичность картины расстройств ЭМ природы, и проявления болезни будут замаскированы признаками адаптивно-компенсаторного процесса. Поэтому предпатологическая оценка должна получить новый критерий - донозологические состояния, а в оценке профессиональной патологии важнейшее место следовало бы отдать показателю общей заболеваемости.

     Истощение регуляции, угнетение синтетических  и иммунных процессов в облученном организме в конечном итоге приведет к ослаблению его резистентности, повышенной общей и инфекционной заболеваемости и к другим, пока еще недостаточно подтвержденным, нарушениям здоровья. Пониженная адаптация облученного  организма к обычным факторам окружающей среды и производства также будет способствовать болезненным  реакциям организма на раздражители любой природы. Кроме того, ЭМИ  существенно изменяют характер и  силу ответной реакции организма.

Последствия влияния ЭМИ на организм человека.

     Первые  сведения о негативных последствиях радиочастотных облучений человека появились в 30-х годах. В годы второй мировой войны американскими исследователями проведен ряд работ в связи с жалобами личного состава кораблей на ухудшение здоровья при работе с РЛС, однако авторы не пришли к определенному выводу о клинической значимости микроволновых воздействий.

     В послевоенные годы клинические и  лабораторные исследования ЭМИ получили широкое распространение в России и за рубежом. Наибольший интерес  проявлялся к диапазону СВЧ в  связи с широким использованием источников этих частот и наибольшей биологической значимостью микроволн. Были выявлены повреждающее действие на ткани организма (чаще - хрусталик глаза, семенники) и функциональные расстройства важнейших систем организма - нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой, гематоиммунной.

     Проблема  хронического действия малых интенсивностей ЭМИ разрабатывалась в основном отечественными клиницистами. В исследованиях  выявилась отчетливая зависимость  от интенсивности и длительности воздействия излучения, однотипность симптоматики хронического действия ЭМИ  разных диапазонов, отсутствие специфической  картины расстройств. Выявилось  также различие в трактовке возникающих  расстройств, признание зарубежными  авторами лишь "тепловой" природы  нарушений в организме, что существенно  повлияло на экспертную оценку расстройств  в организме и даже на устанавливаемые  нормативы безопасности в различных  странах.

     Последствия острых интенсивных СВЧ облучений  человека. Известно, что при действии высоких ("тепловых") уровней ЭМИ  СВЧ-диапазона могут возникать  тяжелые патологические реакции  со структурными нарушениями: ожоги, катаракты  хрусталика, атрофия семенников, язвы желудка и кишечника и т.п., наблюдаемые в основном в эксперименте, поскольку человек может выйти  из интенсивно облучаемой зоны при  ощущении "жара", тепла, создаваемого электромагнитным полем. У человека наблюдались катаракты хрусталика, выраженные острые расстройства ЦНС, нарушения  слуха, слепота, вестибулярные расстройства. Гибели человека под влиянием ЭМИ  не описано, однако не отвергается роль интенсивного облучения техника  РЛС в развитии у него бурной картины  перитонита и язвенного поражения  кишечника, закончившихся смертью  этого человека.