Влияние разных форм загрязнения среды на человека Электромагнитное излучение

Электромагнитное излечение представляет собой электромагнитные волны (ЭМВ), распространяющиеся в вакууме со скоростью света. Скорость любой волны равна произведению длины волны (расстояние между двумя соседними максимумами) на ее частоту (число колебаний в единицу времени).

В качестве единиц измерения частоты принят герц (Гц, одно колебание в секунду). Диапазон спектра электромагнитных колебаний по частоте составляет 21 порядок (10⁰ – 10²¹ Гц). Поскольку скорость ЭМВ постоянна, с увеличением частоты колебаний длина волны снижается.

Энергия ЭМВ излучения передается отдельными порциями – квантами. Кванты видимого света называют фотонами. Энергия кванта ЭМВ возрастает с ее частотой:

Е =

Частота, Гц	Длина Волны, м	Энергия кванта излучения, эВ*	Характеристика волны и ее использование
100	∞	--	Постоянный ток
102 – 104	3•106 – 3•104	4•10-13 – 4•10-11	Атмосферные помехи и переменный ток,
104 – 106	3•104 – 3•102	4•10- 11 – 4•10-9	Длинные и средние радиоволны
108 – 107	3•102 – 3•101	4•10- 9 – 4•10-8	Короткие радиоволны
107 – 109	3•10-1 – 3•100	4•10- 9 – 4•10-7	АМ- и FM-радио, телевидение
109– 1011	3•100 – 3•10-2	4•10- 7 – 4•10-5	Радар и микроволны, мобильная связь
1011 – 1014	3•10-2 – 3•10-4	4•10-5 – 4•10-2	Инфракрасное (тепловое) излучение, приборы ночного видения
1014 – 1015	3•10-6 – 3•10-7	4•10-1 – 4•100	Видимый свет
1015 – 1017	3•10-7 – 3•10-9	4•100 – 4•102	Ультрафиолетовое излучение, солярии
1017 – 1019	3•10-9 – 3•10-11	4•102 – 4•104	Рентгеновское излучение, рентгеновские аппараты
1019 – 1021	3•10-11– 3•10-13	4•104 – 4•106	Гамма-излучение

* - 1 Эв = 1 эВ = 1,6·10⁻¹⁹ Дж

В гигиенической практике электромагнитное излучение подразделяется на ионизирующее и неионизирующее. К ионизирующим излучениям относятся рентгеновское и гамма-излучение, а к неионизирующим – все остальные диапазоны ЭМВ.

В зависимости от частоты ЭВМ тело человека может вести себя как диэлектрик или как проводник.

Радиоволны составляют большую часть диапазона электромагнитных волн. С учетом радиофизических характеристик выделяют 5 диапазонов частот радиоволн:

• от единиц до нескольких тысяч Гц.

• от нескольких тысяч до 30 МГц

• от 30 Мгц до 10ГГц

• от 10 ГГц до 200 ГГц

• от 200 ГГц до 3000 ГГц

Колебания первого диапазона вызывают токи соответствующей частоты, протекающие через тело человека, как хороший проводник.

Для второго диапазона характерно быстрое убывание с уменьшением частоты поглощения энергии, а следовательно, и поглощенной мощности.

Особенностью третьего диапазона является «резонансное» поглощение. Максимум поглощения наблюдается при частоте, близкой к 70 Мгц.

Для четвертого и пятого диапазонов характерно максимальное поглощение энергии поверхностными тканями, преимущественно, кожей.

В целом по всему спектру ЭВМ поглощение их энергии зависит от частоты колебаний, электрических и магнитных свойств среды. При равных значениях напряженности поля коэффициент поглощения ЭМВ в тканях с высоким содержанием воды примерно в 60 раз выше, чем в тканях е ее низким содержанием. С увеличением длины волны глубина проникновения ЭМВ возрастает. Различные диэлектрические свойства тканей приводят к неравномерности их нагрева, возникновению макро- и микротепловых эффектов со значительным перепадом температур. Избыточная теплота отводится путем увеличения нагрузки на механизмы терморегуляции

Степень и характер воздействия радиоволн на человека определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размером окружающей поверхности, индивидуальными особенностями организма, факторами среды – повышенной (свыше 28^оС) температурой воздуха и др. В пределах диапазона радиоволн показана наибольшая биологическая активность микроволнового СВЧ-излучения по сравнению с ВЧ- и УВЧ-излучением.

Биологические эффекты от воздействия радиоволн могут проявляться в различной форме – от незначительных функциональных сдвигов (усиление теплоотдачи) до явной патологии. Так, тепловое воздействие ЭМВ особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузыри). Облучение глаз в диапазоне 300 МГц – 300 Ггц при плотности потока энергии свыше 10 Вт/см² может привести к катаракте (помутнению хрусталику). Помимо катаракты глаз возможны также ожоги роговицы.

При хроническом воздействии радиоволн даже умеренной интенсивности могут возникнуть нерезко выраженные сдвиги обменных процессов и эндокринной системы, изменения в составе крови. В связи с этим могут появиться головные боли, повышение или понижение давления, урежение пульса, изменение проводимости в сердечной мышце, нервно-психические расстройства. Возможны и трофические нарушения – выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдаются изменения возбудимости обонятельного, зрительного и вестибулярного аппаратов.

На ранней стадии изменения носят обратимый характер, но при хроническом воздействии эти нарушения приводят к стойкому снижению работоспособности.

Острые нарушения при воздействии ЭВМ (аварийные ситуации) приводят к сердечнососудистым расстройствам, обморокам, резкому учащению пульса и снижению кровяного давления.

Инфракрасное излучение (ИКИ) – часть спектра ЭМВ с длиной волны от 780 нм до 1000 мкм, энергия которого при поглощении в веществе вызывает тепловой эффект. С учетом особенностей биологического воздействия диапазон ИКИ подразделяют на три области:

• 780 – 1400 нм;

• 1400 – 3000 нм;

• 3000 нм – 1000 мкм.

Наиболее активно излучение первого диапазона, так как оно способно проникать глубоко в ткани организма и интенсивно поглощаться водой, содержащейся в тканях. Так, интенсивность облучения 70 Вт/м² при длине волны 1500 нм дает повреждающий эффект вследствие своего специфического воздействия на структурные элементы клеток, а также на белковые молекулы с образованием биологически активных веществ.

Наиболее поражаемые органы у человека – кожный покров и органы зрения. При остром повреждении кожи возможны ожоги, резкое расширение капилляров, усиление пигментации кожи. При хроническом воздействии ИКИ изменения пигментации могут быть стойкими; например, у стеклодувов и сталеваров развивается эритемоподобный (красный) цвет лица.

Инфракрасная компонента солнечного излучения совместно с повышенной температурой воздуха (более 28^оС), в безоблачную погоду, при воздействии на непокрытую голову, может вызвать тепловой (солнечный) удар.

При остром воздействии ИКИ на органы зрения могут развиваться ожог и помутнение роговицы, конъюнктивиты, ожог тканей передней камеры глаза. При остром и интенсивном (мощность потока 100 Вт/см²) облучении длиной волны 780 – 1800 нм возможно образование катаракты.

Коротковолновая часть ИКИ может фокусироваться на сетчатке, вызывая ее повреждение. ИКИ воздействует также на обменные процессы в миокарде, водно-солевой баланс в организме, на состояние верхних дыхательных путей, в частности, на развитие хронического ларингита, ринита, синуситов. Не исключается и мутагенный эффект ИКИ.

Видимое (световое) излучение – охватывает диапазон ЭМВ в пределах длин волн от 400 нм (фиолетовый цвет) до 780 нм (красный цвет). Световое излучении при достаточной мощности светового потока также представляет опасность для кожных покровов и органов зрения. Пульсации яркого света вызывают сужение зрачков, влияют на состояние зрительных функций, нервной системы, снижают общую трудоспособность.

Широкополосное световое излучение большой мощности (например, солнечное излучение, вспышка при ядерном взрыве) приводит к ожогам открытых участков тела, временному ослеплению в результате повреждения сетчатки.

Сетчатка также может повреждаться и при воздействии голубой части спектра (400 – 550 нм) средней интенсивности, которая оказывает на нее специфическое фотохимическое воздействие.

ЭМВ избыточной мощности в диапазоне светового и смежной с ним области диапазона ИКИ могут приводить к истощению механизмов регуляции обменных процессов в организме, изменениям в сердечной мышцы с развитием дистрофии миокарда и атеросклероза.

Недостаток видимого света также оказывает отрицательное воздействие на жизнедеятельность человека. Например, продолжительная (до 2 месяцев) полярная ночь в высоких широтах (в пределах Северного и Южного полярных кругов) вызывает депрессию у людей, что приводит к увеличению случаев суицида. В период полярной ночи в коже людей блокируется синтез витамина D. Это приводит к развитию рахита, т.е. размягчению костной ткани, приводящему к искривлению костей, особенно растущих нижних конечностей. Особенно это заметно у детей, переехавших в Арктику вместе с родителями из умеренных широт или родившихся в Арктике от таких переселенцев. Характерно, что дети коренного населения Арктики (эскимосы, чукчи и др.) рахитом не страдают, поскольку в период полярной ночи они не растут. Зато в период полярного дня их рост резко ускоряется, так что их суммарный прирост их тела за год равен таковому у детей из более южных широт.

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) – спектр ЭМВ с длиной волны 200 – 400 нм. По биологическому эффекту выделяют при области УФИ:

• 200 – 280 нм, активно действуют на тканевые белки и липиды, обладает бактерицидным действием. УФИ этого диапазона обладает существенным канцерогенным эффектом, попадая на незащищенные кожные покровы, оно вызывает их ожоги и даже рак кожи.

• 280 – 315 нм, обладают выраженным воздействием на кожу с образованием пигментации (загар) и антирахитическим эффектом (синтез витамина D).

• 315 – 400 нм, смежная с фиолетовым участком диапазона видимого света, обладает слабым биологическим эффектом.

УФИ, составляющее приблизительно 5% потока солнечного излучения (остальную часть почти поровну образуют видимый свет и излучение в радиодиапазоне) – жизненно необходимый фактор для жизнедеятельности организма. В небольших дохах УФИ оказывает стимулирующий эффект на деятельность сердца и обмен веществ, повышает активность ферментов дыхания, улучшает кроветворение, способствует синтезу ряда витаминов.

Стимуляция обмена веществ, в свою очередь, приводит к ускорению выведения из организма тяжелых металлов, повышает его устойчивость к вредным воздействиям. Однако загрязнение атмосферы, особенно в больших городах, снижают поток УФИ, что уменьшают его полезное воздействие на организм.

В значительных дозах УФИ оказывает отрицательный эффект. Так, попадая на незащищенные кожные покровы людей, например, находящихся на пляже, оно достаточно быстро вызывает ожоги кожи первой (покраснения и отеки) и второй (образование пузырей) степени. При более длительном воздействии развивается ожог кожи третьей степени (некроз, или омертвение тканей).

Защитной реакцией организма от УФИ является усиление пигментации кожи (загар), объясняющийся синтезом в ней меланинов, затем происходит омертвение верхних слоев кожи и их шелушение.

Длительное воздействие даже умеренных доз УФИ вызывает старение кожи, атрофию эпидермиса, увеличивает вероятность развития злокачественных новообразований (рак кожи).

В настоящее время в связи с истощением озонового слоя поток УФИ излучения от Солнца существенно увеличился, что особенно ощутимо, в районах с низкой облачностью и небольшим загрязнением воздуха.

Наибольшее снижение концентрации озона (озоновая дыра) в последние десятилетия отмечается в полярных и приполярных регионах Южного полушария – в Антарктике, Новой Зеландии, южных районах Австралии и Южной Америки. В этой связи повсеместно следует ограничивать пребывание на пляжах, не злоупотреблять соляриями и т.п. Не рекомендуется также использовать разнообразные кремы от загара, поскольку между веществами, содержащимися в них, под воздействием солнечного света происходят разнообразные химические реакции, в результате которых могут синтезироваться вещества, опасные для кожных покровов и всего организма человека – эффект фотосинсебилитации.

УФИ от искусственных источников (электросварочная дуга, плазмотрон и др.) может стать причиной ряда острых и хронических профессиональных заболеваний. Наиболее уязвимыми в этом случае являются глаза, а в них преимущественно роговица и слизистая оболочка. Острые поражения глаз, т.наз. элетроофтальмии, представляют собой острый конъюнктивит или кератоконъюнктивит. Его симптомами являются ощущение рези, как от попадания песчинки, светобоязнь, слезотечение. Нередко наблюдаются эритема (покраснение) кожи лица и век. К хроническим заболеваниям, вызванным УФИ, относятся блефарит и катаракта (помутнение глаз).

Роговица глаза наиболее чувствительная к УФИ длиной 270 – 280 нм, а хрусталик – к УФИ длиной 295 – 320 нм. Не исключено также негативное воздействие УФИ на сетчатку.

Лазерное излучение (ЛИ) представляет разновидность ЭМВ в очень широком диапазоне частот – от 100 нм до 1 мм (10^-7 – 10^-3 м), охватывающим весь диапазон видимого света и смежные с ним области диапазонов инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Принципиальное отличие ЛИ от других видов ЭМВ заключается в его монохроматичности, когерентности и высокой степени направленности.

При оценке биологического действия ЛИ следует различать прямое, отраженное и рассеянное воздействие. Эти эффекты определяются механизмами взаимодействия ЛИ с тканями тела – тепловым, фотохимическим, ударно-акустическим и др. Они зависят от длины волны ЛИ, длительности воздействия (импульса), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Например, ЛИ с длиной волны 380 – 1400 нм представляют наибольшую опасность для сетчатки глаза, а с длиной волны 180 – 380 и свыше 1400 – для передних сред глаза.

Повреждение кожи может быть вызвано ЛИ в очень широком волновом диапазоне – от 180 нм до 1 мм. При воздействии ЛИ в непрерывном режиме на кожу преобладают в основном тепловые эффекты, следствием которых являются коагуляция (свертывание) белков, а при больших мощностях – повреждения биологических тканей.

Степень повреждения кожи зависит от величины поглощенной энергии, его минимальный предел - 0,1 – 1 Дж/см². Повреждения могут быть различными – от покраснения кожи до ее поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи. Наиболее значительные повреждения развиваются на пигментированных участках кожи – родимых пятнах, родинках, местах с сильным загаром.

ЛИ в дальней инфракрасной области (свыше 1,4 мкм) способно проникать в ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние области (прямое воздействие)

При импульсном режиме воздействия ЛИ с длительностью импульса менее 10^-2 секунды происходит преобразование энергии светового излучения в энергию механических колебаний с возникновением ударной волны. Последняя может состоять из импульсов разной длины и амплитуды, которые могут вызывать серьезные повреждения глубоких тканей тела. Например, облучение поверхности брюшной стенки вызывает повреждение печени, кишечника и других органов брюшной полости. При облучении головы возможны внутричерепные и внутримозговые кровоизлияния.

ЛИ представляет особую опасность для тех тканей, которые максимально поглощают излучение. Наиболее уязвимым для ЛИ является глаз, поскольку его хрусталик способен фокусировать ЛИ на сетчатке, увеличивая тем самым его мощность в 6•10⁴ раз по отношению к роговице. Степень воздействия ЛИ на глаз изменяется от слабых ожогов сетчатки до полной потери зрения. При сильном импульсном излучении зерна зрительных пигментов выбрасываются в стекловидное тело.

Степень повреждения радужной оболочки ЛИ в значительной мере зависит от ее окраски, при этом зеленые и голубые глаза более уязвимы, чем карие.

Длительное хроническое воздействие ЛИ вызывает неспецифические, преимущественно вегетативно-сосудистные нарушения. Функциональные сдвиги могут наблюдаться со стороны сердечно-сосудистой системы и желез внутренней секреции.

Шумовое загрязнение

Шум – это физический загрязнитель окружающей среды, комплекс звуков, вызывающий неприятное ощущение или болезненные реакции. Он является таким же медленным убийцей, как и химическое отравление. Физиолого-биологическая адаптация человека к шуму невозможна.

Важнейшие характеристики звука – число колебаний звуковой волны в секунду (Герцы, гц) и уровень шума, или звуковое давление (децибелы, дБ).

Инфразвук –от 10^-1 до 50 Гц,

Слышимый звук 50 – 5 10⁴ Гц,

Ультразвук 5 10⁴ – 10⁹ Гц,

Гиперзвук - 10⁹ – 10¹³ Гц

Шум угнетающе действует на человека – утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться. Шум реактивного самолета лишает пчелу способности ориентироваться и убивает ее личинки. Уровень шума в 20-30 децибел (ДБ) практически безвреден для человека. Это естественный шумовой фон, без которого невозможна жизнь.

Для «громких звуков» граница составляет 80 ДБ. Звук в 130 ДБ вызывает у человека болевое ощущение, а в 150 ДБ становится для него непереносимым. При 190 ДБ вырываются заклепки из конструкций.

Любой шум достаточной интенсивности и длительности может привести к различной степени снижения слуховой чувствительности. Помимо частоты и уровня громкости шума на развитие тугоухости влияют возраст, слуховая чувствительность, продолжительность и характер действия шума. Болезнь развивается постепенно. Под влиянием сильного шума (особенно высокочастотного) происходят необратимые изменения.

При высоких уровнях шума снижение слуховой чувствительности наступает через 1-2 года работы, при средних – через 5 - 10 лет. Сначала интенсивный шум вызывает временную потерю слуха. В нормальных условиях через день или два он восстанавливается. Но если воздействие продолжается длительно, восстановления не происходит, и временный сдвиг порога слышимости превращается в постоянный. Сначала повреждение нервов сказывается на восприятии высокочастотного диапазона звуковых колебаний (свыше 4000 Гц), постепенно распространяясь и на низкие частоты.

Шумная музыка также притупляет слух. Шум мешает нормальному отдыху и восстановлению сил, нарушает сон. Систематическое недосыпание и бессонница ведут к тяжелым нервным расстройствам. Шум оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы, снижает устойчивость ясного видения и рефлекторную деятельность. Он способствует увеличению числа всевозможных заболеваний еще и потому, что угнетающе действует на психику, способствует расходу нервной энергии, вызывает душевное недовольство и протест.

Неслышные человеком звуки также представляют опасность. Ультразвук неблагоприятно воздействует на организм, хотя ухо его не воспринимает. Инфразвуки могут вызывать приступы морской болезни.

Однако и полное отсутствие шумов (например, в сурдокамере) действует на человека угнетающе, вызывая у него психические расстройства.