Влияние электромагнитных излучений

Электромагнитное поле (ЭМП) – физическое поле движущихся электрических зарядов, в котором осуществляется взаимодействие между ними. Частные проявления ЭМП – электрическое и магнитное поля. Поскольку изменяющиеся электрическое и магнитное поля порождают в соседних точках пространства соответственно магнитные и электрические поля, эти оба связанных между собой поля распространяются в виде единого ЭМП. ЭМП характеризуются частотой колебаний f (или периодом T = 1/f), амплитудой Е (или Н) и фазой φ, определяющей состояние колебательного процесса в каждый момент времени. Частоту колебаний выражают в герцах (Гц), килогерцах (1 кГц = 10³ Гц), мегагерцах (1 МГц = 10⁶ Гц) и гигагерцах (1 ГГц = 10⁹ Гц). Фазу выражают в градусах или относительных единицах, кратных р. Колебания электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое ЭМП, распространяются в виде электромагнитных волн, основными параметрами которых являются длина волны (λ), частота (f) и скорость распространения v. Формирование волны происходит в волновой зоне на расстоянии больше λ от источника. В этой зоне Е и З изменяются в фазе. На меньших расстояниях – в зоне индукции – Е и Н изменяются не в фазе и быстро убывают с удалением от источника. В зоне индукции энергия попеременно переходит то в электрическое, то в магнитное поле. Здесь раздельно оценивают Е и Н. В волновой зоне излучение оценивается в величинах плотности потока мощности – Вт/см². В электромагнитном спектре ЭМП занимают диапазон радиочастот (частота от 3 x 10⁴ Гц до 3 x 10¹² Гц) и подразделяются на несколько видов.

В экстремальных условиях, в частности в условиях космического полета, источником ЭМП различных характеристик становится радио– и телевизионная аппаратура.

В основе биологического действия ЭМП на живой организм лежит поглощение энергии тканями. Его величина определяется свойствами облучаемой ткани или ее электрическими параметрами – диэлектрической постоянной (е) и проводимостью (σ). Ткани организма в связи с большим содержанием в них воды следует рассматривать как диэлектрики с потерями. Глубина проникновения ЭМП в ткани тем больше, чем меньше поглощение. При общем облучении тела энергия проникает на глубину 0,1–0,001 λ. В зависимости от интенсивности воздействия и экспозиции, длины волны и исходного функционального состояния организма ЭМП вызывают в облучаемых тканях изменения с повышением или без повышения их температуры.

• При воздействии ЭМП сверхвысокочастотного диапазона (микроволны) на экспериментальных животных выявлено две группы эффектов –тепловые, сопровождающиеся повышением температуры тела, и нетепловые – без общей температурной реакции организма. Тепловые эффекты наблюдаются при достаточно интенсивных воздействиях (условно выше 10 мВт/см²). По мнению большинства американских исследователей, термический эффект является единственным механизмом биологического действия микроволн. Отечественные исследователи признают существование специфического нетеплового действия. Эти эффекты наблюдаются при плотности потока мощностью меньше 10 мВт/см².

1. При очень интенсивных воздействиях микроволн с тепловымиэффектами, т. е. повышением температуры тела на 4–5 °C, у лабораторных животных развивается характерная реакция: резкое учащение дыхания и сердцебиения, нарушение сердечного ритма, повышение артериального давления, генерализованные судороги. При достижении критического уровня температуры тела животное погибает. При несмертельных тепловых воздействиях наблюдаются изменения разных систем организма. В определенной последовательности развиваются характерные изменения неврологического и вегетативного статуса. Отмечаются разнообразные изменения биоэлектрической активности мозга, не всегда четко связанные с характером и интенсивностью воздействия. На этом фоне изменяются реакции мозга на световые, звуковые и вестибулярные раздражения; обнаруживается резкое угнетение условно-рефлекторной деятельности. Существенно, что нарушения высшей нервной деятельности могут возникать у потомства при облучении самцов или беременных самок. Наблюдаются изменения кровообращения и дыхания, направленные на усиление теплоотдачи – резкое учащение дыхания, сердечного ритма, расширение кожных сосудов и сосудов внутренних органов. При менее интенсивных и более длительных воздействиях артериальное давление после кратковременного повышения снижается, урежается сердечный ритм, возникают экстрасистолия и изменения на ЭКГ. Имеются данные о нарушении нейрогуморальной регуляции вегетативных функций. При облучении области живота возникают язвы желудка, тонкого и толстого кишечника. У собак отмечается угнетение секреторной функции желудка и мочеотделения. В реакцию на микроволновое воздействие вовлекаются железы внутренней секреции – кора и мозговой слой надпочечников, щитовидная железа, половые железы, гипофиз, о чем свидетельствуют изменения содержания гормонов в биологических средах, некоторые функциональные пробы, морфологические данные. Изменения половых желез приводят к нарушению функции размножения.

Изменяется морфологический состав периферической крови и костного мозга. Снижается содержание эритроцитов, отмечается лейкопения или нейтрофильный лейкоцитоз, лимфоцитопения, эозинопения. Эффекты хронических воздействий микроволн неоднозначны. После длительных воздействий микроволн учащались случаи лейкозов.

Разнонаправленные изменения претерпевал процесс свертывания крови.

Определенные сдвиги отмечаются в обмене веществ. Снижается интенсивность окислительных процессов и связанный с ними энергетический метаболизм. Изменения углеводного обмена выражаются в повышении уровня сахара в крови, сдвиге сахарной кривой вправо, снижении уровня фосфора и молочной кислоты в крови. Нарушается белковый обмен – повышается содержание альфа-, бета– и гамма-глобулинов в сыворотке крови, а также обмен нуклеиновых кислот, электролитов, витаминов.

Имеются указания на нарушения тканевой проницаемости, в частности гематоэнцефалического барьера, с которыми связывают изменения функции мозга при микроволновых воздействиях. При интенсивных, преимущественно локальных, облучениях глаз возможно образование катаракт.

2. Воздействие микроволн нетепловой интенсивности вызывает реакции тех же систем организма, что и тепловые воздействия. Однако эти реакции, как правило, остаются в пределах физиологических колебаний, выявляются преимущественно при хронических воздействиях.

Сведения о влиянии микроволн на организм человека получены, главным образом, при обследовании контингентов лиц, работающих в условиях воздействия ЭМП. Установлено, что наиболее чувствительны к воздействию нервная и сердечно-сосудистая системы. Обнаруживаются изменения эндокринной системы, обменных процессов, функции почек, желудочно-кишечного тракта, системы крови, органа зрения. Ряд исследователей предложили классификации сверхвысокочастотных поражений по основному клиническому синдрому и длительности контакта с источниками излучения. Однако изменения, наблюдаемые при воздействии на организм человека микроволн низкой интенсивности, неспецифичны, они являются адаптивными и укладываются в рамки физиологических колебаний. Кроме того, неубедительна связь некоторых симптомов с воздействием ЭМП, поскольку в производственной обстановке человек подвергается одновременно воздействию комплекса факторов.

В настоящее время введены нормативы, регламентирующие уровни микроволновых воздействий. Различные принципиальные подходы к механизму действия микроволновых излучений обусловливают различия в предельно допустимых уровнях воздействий, принятых в различных странах. В нашей стране в диапазоне сверхвысоких частот они составляют 10 мкВт/см², в США в качестве базовой нормативной величины принята 10 мВт/см².

Влияние на организм низкочастотных ЭМП изучено значительно меньше. Известно, что воздействие ЭМП частотой 1-350 Гц влияет на нервную систему. В эксперименте наблюдаются маловыраженные и нестойкие нарушения двигательно-пищевых условных рефлексов, главным образом в виде растормаживания дифференцировок, торможения выработанного у животных инструментального навыка и условно-рефлекторной реакции активного избегания у мышей в Т-образном лабиринте.

В зависимости от условий воздействия изменения биоэлектрических процессов в мозге характеризуются десинхронизацией биотоков коры больших полушарий, появлением медленных высокоамплитудных колебаний, либо увеличением числа медленных волн и веретён или увеличением частоты и амплитуды биопотенциалов, иногда появлением эпилептиформных разрядов. Воздействие импульсным ЭМП вызывает у кошек дремотное состояние или сон, проявление на ЭКГ веретён или синхронизированной медленной активности. При воздействии низкочастотных ЭМП отмечается реакция сердечно-сосудистой системы и дыхания: урежение дыхания, снижение АД, урежение сердечных сокращений, а также отклонение электрической оси сердца влево, увеличение систолического показателя, желудочкового комплекса и интервала Q-T, снижение вольтажа зубцов Р и R на ЭКГ.

Наблюдаются усиление прямых и рефлекторных парасимпатических влияний на сердце и изменения функции эндокринных желез. Гематологические сдвиги выражаются в увеличении числа эритроцитов в крови и содержания в них гемоглобина, умеренном увеличении числа ретикулоцитов, преимущественно нейтрофильном лейкоцитозе. При хронических воздействиях отмечаются сдвиги в системе свертывания крови – подавление тромбопластической и повышение антикоагуляционной активности крови, увеличение содержания фибриногена в крови. Изменяется обмен углеводов, белков, нуклеиновых кислот, азота. В зависимости от частоты ЭМП увеличивается или уменьшается содержание сахара в крови, изменяется гликолитическое превращение углеводов в некоторых органах. Снижается общее содержание белка в сыворотке, альбумина и глобулина (без изменений альбумино-глобулинового коэффициента). При локальных воздействиях увеличивается сосудисто-тканевая проницаемость.

• Одним из основных способов защиты от электромагнитных излучений (ЭМИ) является физическая защита. Обычно подразумевается два типа экранирования: экранирование источника (обычно излучающего радиоволны в эфир) от населенных пунктов или обслуживающих помещений; экранирование людей (групп или отдельных лиц) от источников ЭМИ. Во всех случаях используются радиопоглощающие или радиоотражающие материалы, конструкции, сооружения или естественные экраны (лесонасаждения, заглубление источников и т. д.). При выборе материалов обычно учитывают сквозное и дифракционное затухание. Последнее учитывается в создании экранов на открытой местности при экранировании от радиоизлучающих установок.

Искусственные и естественные лесонасаждения дают наибольшие величины затухания (3-10 дБ). Сквозное затухание увеличивается с ростом частоты поля, толщины и магнитной проницаемости материала. Нанесение тонких проводящих прозрачных пленок (в частности двуокиси олова) позволяет получить ослабление ЭМИ до 30 дБ.

Многие радиопоглощающие материалы, которые интенсивно используют с целью обеспечить «невидимость» (маскировку) летательного объекта, с успехом могут быть применены в системах коллективной защиты человека от крайне интенсивных ЭМИ. В практике защиты от ЭМИ используют также сетчатые экраны. Размер ячеек и толщина проволоки изменяются с длиной волны.

К индивидуальным средствам защиты относят различные виды одежды (костюмы, фартуки, шлемы, очки), созданные, как правило, на основе металлизированных материалов. Применение этой одежды целесообразно только в особых случаях и при ППЭ более 50 мВт/см² (ремонтная работа с наладкой и проверкой оборудования, аварийные ситуации, работа в мощном антенном поле и т. д.). При повседневной работе (ППЭ менее 10 мВт/см²) ее применение нецелесообразно, к тому же она стесняет движения, ухудшает тепловой режим человека и снижает работоспособность. Оценка экранирующих свойств радиопоглощающих и отражающих материалов – сложная задача. Это связано с различиями радиочастотных свойств стыков и различного рода конструктивных элементов, наличием неровностей, которые способствуют появлению резонансных явлений.

Организационные мероприятия защиты от ЭМИ включают чрезвычайно широкий круг вопросов, от технического обеспечения персонала дозиметрами до определения льгот по вредности. Прежде всего необходимо рациональное (с точки зрения безопасности) размещение излучающих объектов (РЛС, радиоэлектронные средства связи и т. д.), а также жилых объектов по отношению к источникам ЭМИ, коллективная и индивидуальная защиты и дозиметрический контроль.

Применительно к условиям профессиональной деятельности можно обозначить еще несколько организационных принципов радиационной безопасности.

1. Организация рабочего времени. Минимально возможный по времени контакт с ЭМИ.

2. Организация рабочего места. Нахождение в контакте с ЭМИ только по служебной необходимости; выполнение только того, что определено техническим или рабочим процессом; исключение влияния отражающих поверхностей и заземления оператора.

3. Организация работы при аварийной ситуации. Четкая регламентация по времени и пространству совершаемых действий. Часто аварийная ситуация может быть многофакторной: ЭМИ и ионизирующая радиация, электрически опасные ситуации и т. д. В этом случае должен выбираться главный фактор. В частности, из этих трех факторов ЭМИ РЧ (радиочастотные) менее опасный.

4. Летчики, инженеры, операторы и т. д. должны иметь ясное представление о границах вредного и невредного излучения. Для этого необходима недвусмысленная и объективная информация об абсолютно доказанных эффектах ЭМИ, а также о значении радиоизлучающих источников для безопасности полетов, эффективности пилотирования.

Особое внимание персонала, обеспечивающего безопасность работы с ЭМИ, должно быть обращено на случаи переоблучения, выяснение причин и клинических последствий. Широкое использование ЭМИ в технике, медицине и быту, неуклонный рост мощности источников вынуждают многих гигиенистов и экологов очень внимательно относиться к этому фактору внешней среды. Уместно подчеркнуть, что он не является для человека абсолютно чуждым. Так, естественный уровень ЭМИ в диапазоне 0,3-300 ГГц составляет около 30–50 мВт/м²: излучение Солнца – 0,08, Земли – ~ 3 и человека – ~ 30–40 мВт/м².

Люди должны знать о положительных и отрицательных последствиях применения ЭМИ, правильно представлять границы допустимого использования источников электромагнитных излучений, преступать которые нежелательно. Для этого необходимо понимание проблемы взаимодействия человека с электромагнитным фактором во всем его многообразии: биологическом, экологическом и социально-этическом.