1. Физические характеристики эмп

Электромагнитные поля являются видом материи и обладают массой и энергией, которые перемеща­ются в пространстве в виде электромагнитных волн. Они состоят из электрической (Е) и магнитной (Н) со­ставляющих, которые перпендикулярны друг к другу и направлению распространения. Основными пара­метрами электромагнитных волн являются частота (f), длина волн (\) и скорость распространения (с), кото­рые связаны между собой соотношением f = с/Х, справедливым для свободного пространства, где с = Зх10⁸ м/с (скорость света).

Частота обычно выражается в герцах (Гц), кило­герцах (кГц), мегагерцах (мГц) и гигогерцах (гГц), а длина волны — в километрах, метрах, дециметрах, сантиметрах и миллиметрах. Если скорость света вы­ражена в м/с, частота — в мГц, то длину волн в мет­рах можно определить по формуле: А. = 300/f.

В электромагнитной волне, распространяющейся от источника излучения, в зависимости от расстояния различают три условные зоны: ближнюю, промежуточ­ную и дальнюю. Ближняя — это зона не сформиро­вавшейся волны с неоднородной структурой электро­магнитного поля. Поэтому напряженность электричес­кой и электромагнитной составляющей должна оцени­ваться раздельно. Дальняя зона характеризуется сфор­мировавшейся электромагнитной волной, где соотно­шение между Е и Н постоянно (ЕВ/м =377 х Н ). Раз­меры этих зон зависят от типов антенн, длины волны излучения и площади раскрытия антенны.

К дальней зоне относится область, находящаяся на расстоянии от источника излучения более 2L^ /\, где L — максимальный линейный размер ис­точника.

Не менее важным для взаимодействия с биологи­ческими объектами является поляризация электро­магнитной волны, которую определяет положение векторов Е и Н в пространстве.

Энергия квантов электромагнитного поля в диапазоне частот от долей Гц до 300 ГГц достаточна низка и не способна вызывать ионизацию атомов или молекул веществ. Поэтому этот участок электромаг­нитных излучений относится к неионизирующим.

Интенсивность электромагнитного поля в диа­пазоне от долей Гц до 300 МГц оценивается раздельно по электрической составляющей Е в вольтах на метр (В/м) и по магнитной Н в амперах на метр (А/м).

136

В диапазоне частот от 300 мГц до 300 гГц интен­сивность электромагнитного поля оценивается плот­ностью потока энергии (ППЭ), единицей измерения которого является ватт на квадратный метр (Вт/м²) или (мВт/см², мкВт/см²).

Интенсивность магнитных полей измеряется так­же в теслах (Тл), милитеслах (мТл), микротеслах (мкТл) и нанотеслах (нТл).

Для передачи или приема информации несущую электромагнитную волну модулируют. Различают модуляцию амплитудную, частотную фазовую.

2. Биофизические механизмы взаимодействия эмп с биологическими объектами

Основываясь на общих принципах закона Grot-thuss-Draper, эффект взаимодействия ЭМП с биоло­гической средой зависит от поглощённой за опре­деленное время энергии поля, т.е. от дозы облуче­ния. В его основе лежит преобразование энергии поля в тепло, которое происходит по двум класси­ческим механизмам, определяемым диэлектрически­ми характеристиками биологического материала: ин-дуцирование токов и вращение/перемещение моле­кул.

Вопросы дозиметрии ЭМП очень сложны, т.к. ве­личина поглощенной энергии определяется не толь­ко интенсивностью и частотой поля, но и размерами, формой объекта, его расположением относительно Е и Н векторов, внутренней структурой, окружающим пространством и многими другими трудно учитывае­мыми факторами. В упрощенной форме дозиметрия биологических объектов в ЭМП сводится к двум во­просам: какое количество энергии поглощено и где оно сосредоточено. В качестве этой характеристи­ки используется параметр SAR (Specific Absorbed Rate), применяемый в зарубежных исследованиях, или УПМ (Удельная поглощенная мощность) — в оте­чественных. УПМ представляет собой поглощенную единицей массы объекта часть энергии ЭМП и изме­ряется в Вт/кг или мВт/г.

В дозиметрии ЭМП используются как теоретичес­кие, так и экспериментальные методы, взаимно до­полняющие друг друга. Теоретическая дозиметрия состоит в решении уравнений Maxwell, с помощью которых с определенной степенью приближения оце­нивается структура распределения энергии поля вне и внутри реального объекта.

Экспериментальная дозиметрия заключается в инструментальном определении общей УПМ и струк­туры ее распределения в самом объекте, включая и локальные величины в отдельных точках. Для этой цели в последние годы стали широко использоваться повторяющие оригинал модели (фантомы) человека или животных. Они изготавливаются из материалов, по своим диэлектрическим свойствам имитирующих:

кожу, мышцы, кости, мозг, кровь и пр. После или в процессе воздействия ЭМП с помощью различных методов регистрируются температура в определенных точках модели или величины электрического и маг­нитного поля.

Интенсивность воздействия, а следовательно, и характер ответной реакции любой биологической системы определяется величиной температуры или внутреннего поля, индуцированного внешним облу­чением. Глубина проникновения электромагнитной волны в ткани человека и животных зависит от часто­ты поля и содержания в них воды. В самом общем виде

можно констатировать, что величина УПМ зависит от частоты ЭМП, ориентации облучаемого объекта отно­сительно векторов Е и Н, падающей электромагнит­ной волны и имеет максимальное значение на опре­деленных (резонансных) частотах. Условно кривую частотной зависимости УПМ для человека можно раз­делить на несколько областей: дорезонансную (от крайне низких частот до 30 МГц), собственно резо­нансную (30-300 МГц, с резонансным максимумом около 70 МГц), резонанс отдельных частей тела: го­лова, шея (300-400 МГц), образования "горячих пя­тен" (400-2000 МГц) и сверхрезонансную (2000 МГц).

Благодаря введению понятия и разработке прак­тических методов определения УПМ стало возмож­ным сопоставление результатов биологических экс­периментов, проведенных с использованием различ­ных методов, условий и объектов облучения, частот­ных диапазонов, видов модуляции и пр.

Как мы уже отмечали, нагрев биологического объ­екта является основным механизмом преобразования энергии ЭМП высокой интенсивности. Изменение тем­пературы тела может служить пусковым механизмом для различных реакций, уровень изменения которых зависит от терморегуляторных и метаболических ха­рактеристик конкретной функциональной системы организма.

На Международном симпозиуме в Варшаве в 1973 г. впервые была принята классификация ЭМП в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц в соответствии с наблюдающимися биологическими эффектами:

1. Высокие интенсивности (ППЭ более ЮмВт/см²), при которых преобладают четкие тепловые эффекты.

2. Средние интенсивности (ППЭ от 1 до ЮмВт/см²), при которых отмечаются слабые, но различимые теп­ловые эффекты.

3. Низкие интенсивности (ППЭ ниже 1 мВт/см²), при которых отсутствуют или явно не выражены тепловые эффекты.

Ориентация на чисто тепловые механизмы дейст­вия ЭПМ, поддерживаемая долгое время специалис­тами США, значительно затормозила изучение аль­тернативных механизмов.

В настоящее время общепризнанно, что биологи-.ческие эффекты могут проявляться и при воздейст­вии нетепловых интенсивностей ЭМП. Большинство исследователей связывают их с изменением биофи­зических процессов в тканях организма (возник­новение ионных потоков и электропотенциалов в мо­лекулах клеток, изменение проницаемости клеточных мембран и реактивности рецепторного аппарата), что вызывает трансформацию электрических свойств тка­ней и окислительных процессов, смещение равнове­сия рН, изменение проницаемости гистогематических барьеров и рефлекторные изменения в различных ор­ганах и системах организма, являющиеся основой развития донозологических состояний.

Кумуляция указанных биоэффектов проявляется в виде комплекса изменений функции органов и сис­тем организма — радиоволновой болезни, характе­ризующейся поражением центральной нервной, эн­докринной, иммунной и сердечно-сосудистой систем.

По-видимому, более правильно рассматривать че­тыре уровня интенсивностей ЭМП (Г.Ф. Плеханов) с общебиологических позиций:

1. Низкий — ниже наблюдаемого в естественных условиях.

2. Средний — близкий к обычному естественному фону.

137

3. Высокий — при превышении естественного уро­вня на 1-2 порядка.

4. Крайне высокий — превышающий на 3 и более порядка естественный уровень.

В соответствии с этим общие механизмы действия ЭМП следует рассматривать как сигнальные, деста­билизирующие, регулирующие и энергетические.

3. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭМП ЕСТЕСТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Интерес к этой проблеме возник еще в 1-й половине столетия после появления работ А.Л. Чижевского и В.И. Вернадского. В спектре естественных ЭМП можно вы­делить несколько составляющих: постоянное магнит­ное поле Земли (ГМП), электростатическое поле и пере­менные поля в диапазоне частот от 10'³ до 10¹² Гц.

Установлено, что у различных организмов (от бак­терий до млекопитающих) выявляется ряд реакций на изменение геомагнитного поля. Изучение магниторе-цепции у человека дало основание считать, что она представлена в структурах мозга и надпочечниках.

Величина ГМП может изменяться на поверхности Земли от 26 мкТл (район Рио-де-Жанейро) до 68 мкТл (вблизи географических поясов), достигая максимум (до 190 мкТл) в районах магнитных аномалий (район г. Курска).

Наряду с постоянным ГМП имеется переменное магнитное поле, порожденное токами, текущими в ионо- и магнитосфере. Его величина составляет около 4-5% главного ГМП.

ГМП претерпевает колебания с длительными (многолетними) и короткими (суточными и минутными) периодами, хотя и с малыми значениями амплитуд (доли и единицы нТл). Если режим устойчивых ко­лебаний ГМП является "привычным" для биосистем, то изоляция от него может приводить к негативным пос­ледствиям.

В периоды магнитных бурь, обусловленных сол­нечной активностью, наблюдается глобальное возбуж­дение микропульсаций, которые могут служить синхро­низаторами некоторых биологических процессов, по­скольку являются резонансными для ряда из них. Оп­ределенный вклад в формирование естественного электромагнитного фона Земли вносит и грозовая ак­тивность.

В спектр солнечного и галактического излучения, достигающего Земли, входят ЭМП всего радиочастот­ного диапазона, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, видимый свет, ионизирующее излучение. В совокупности ЭМП Земли представляют собой ши­рокий спектр, в условиях воздействия которого суще­ствует Земля и все живое на ней.

Естественные ЭМП могут оказывать неоднознач­ное влияние на организм человека. Отмечена связь между возникновением геомагнитных возмущений с возрастанием числа клинически тяжелых патологий (инфарктов миокарда и инсультов), а также числа дорожно-транспортных происшествий и аварий само­летов.

Очевидно, что естественные ЭМП следует рассмат­ривать как один из важнейших экологических факто­ров. Поэтому попадание организма человека в ситуа­цию, когда уровни ЭМП существенно увеличены или снижены за счет антропогенных источников, может приводить к серьезным негативным последствиям.