Практическое занятие Особенности воздействия ионизирующих и неионизирующих излучений на здоровье человека.

Электромагнитное поле (ЭМП) – особая форма существования материи, создаваемая движущимися и неподвижными электрическими зарядами в воздушном пространстве. К ЭМП относятся электростатическое, постоянное магнитное, низко – и сверхчастотные поля, электромагнитное поле радиочастот, инфракрасное, видимое, лазерное и УФ-излучение.

Электромагнитные поля радиочастот характеризуются рядом свойств, обусловливающих их активное использование: способность нагревать материалы, распространяться и отражаться от границы раздела двух сред, взаимодействовать с веществом. Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биологического объекта, поэтому биологический эффект зависит от физических параметров ЭМП радиочастот: длины волны(частоты колебаний), интенсивности и режима излучения( непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), продолжительности и характера облучения организма (постоянное, интермиттирующее, прерывистое), а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани. Степень поглощения энергии тканями зависит от их способности к ее отражению на границах раздела, определяемой содержанием воды в тканях. Под воздействием указанных излучений возникают такие виды патологий как вегетативно-сенсорная дистония, астенический, астеновегетативный и гипоталамический синдромы и катаракта.

Оценку воздействия ЭМИ РЧ осуществляют по энергетической экспозиции (ЭЭ) (таблицы 2.1- 2.3), которая определяется интенсивностью ЭМИ РЧ и временем его воздействия на человека. Различают формулы

ЭЭ_Е=Е²Т, (5)

ЭЭ_Н= Н²Т, (6)

где ЭЭ_Е – энергетическая экспозиция, создаваемая электрическим полем, (В/м)²ч;

Е –напряженность электрического поля, В/м;

Т – время воздействия, ч; Н – напряженность магнитного поля, А/м;

ЭЭ_Н – энергетическая экспозиция, создаваемая магнитным полем (А/м)²ч

Таблица 2.1

Пду энергетических экспозиций эмп диапазона частот более

30 кГц - 300 кГц

Параметр и единица измерения	ЭЭпду в диапазонах частот, МГц
	≥ 0.03-3	≥ 3-30	≥ 30-50	≥ 50-300	≥ 300 – 3 000 000
ЭЭЕ, (В/м)2ч	20 000	7 000	800	800	-
ЭЭН, (А/м)2ч	200	-	0.72	-	-
ЭЭППЭ,(мкВт/см2)ч	-	-	-	-	200

Таблица 2.2

Пду постоянного магнитного поля

Время воздействия за рабочий день	Условие воздействия
	общее		локальное
	ПДУ напряженности, кА/м	ПДУ магнитной индукции, мТл	ПДУ напряженности, кА/м	ПДУ магнитной индукции, мТл
0-10	24	30	40	50
11-60	16	20	24	30
61-480	8	10	12	15

Таблица 2.3

Максимальные ПДУ напряженности и плотности потока энергии ЭМП диапазона частот более 30 кГц – 300 ГГц

Параметр и единица измерения	Максимально допустимый уровень в диапазоне частот, МГц
	≥ 0.03-3	≥ 3-30	≥ 30-50	≥ 50-300	≥ 300 – 3 000 000
Е, В/м	500	300	80	80	-
Н, А/м	50	-	3.0	-	-
ППЭ,мкВт/см2	-	-	-	-	1000

Электрические поля промышленной частоты. Развитие промышленности сопровождается расширением сети высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) и увеличением напряжения на них до тысяч киловольт. Это обусловливает появление субъективных расстройств в виде жалоб невротического характера, появляющиеся к концу рабочей смены у обслуживающего персонала. Допустимые уровни напряженности ЭП предусмотрены СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» и ГОСТом 12.1.002-84 «Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах».

Лазерное излучение - усиление света за счет создания стимулированного излучения. Лазерное излучение способно распространяться на значительные расстояния, создавать локальный термоэффект. Основными техническими характеристиками лазеров являются: длина волны, мкм; интенсивность излучения, Вт/см²; энергетическая экспозиция, Дж/см²; длительность импульса, с; частота повторения импульсов, Гц. При изготовлении и работе с лазерными установками обслуживающий персонал может подвергаться воздействию прямого, рассеянного и отраженного излучения. При эксплуатации лазеров в закрытых помещениях на персонал, как правило, действуют рассеянное и отраженное излучения; в условиях открытого пространства возникает реальная опасность воздействия прямых лучей. Органами-мишенями для лазерного излучения являются кожа и глаза. Лазерное излучение способно вызывать первичные эффекты (органические изменения), возникающие непосредственно в облучаемых тканях, и вторичные эффекты – неспецифические изменения, возникающие в организме в ответ на облучение (изменения в работе УНС, сердечно-сосудистой и эндокринной системах). В качестве профессиональных заболеваний следует назвать местные поражения тканей: ожоги кожи, поражения роговицы и сетчатки глаза. Порядок контроля за состоянием производственной среды при использовании лазерных установок рассматривается в «Санитарных нормах и правилах устройства и эксплуатации лазера» СН 5840-91 и ГОСТе 12.1.040-83 «Лазерная безопасность. Общие положения».

Излучения оптического диапазона. Электромагнитный спектр Солнца в разных областях имеет длину волны примерно от 0.1 до 100 000 нм , гигиеническая характеристика электромагнитных излучений оптического спектра приведена на рисунке 2.1. Большую часть солнечного электромагнитного спектра составляет инфракрасное излучение (ИК), которое, встречая на своем пути молекулы и атомы различных веществ, усиливает их колебательные движения, вызывая тепловой эффект. Оно проникает сквозь атмосферу, воду, почву, оконное стекло и одежду. ИК –излучение представляет собой невидимый поток электромагнитных волн с длиной волны 0.76 -540 нм, обладающий волновыми и квантовыми свойствами. Проходя через воздух, ИК-излучение его не нагревает, но, поглотившись твердыми телами, лучистая энергия переходит в тепловую, вызывая нагревание окружающих поверхностей. Источником ИК-излучения является любое нагретое тело. Тепловое излучение образуется всяким телом, температура которого выше абсолютного нуля. По закону Стефана- Больцмана мощность излучения Е увеличивается пропорционально четвертой степени абсолютной температуры Т:

Е=σ Т⁴, (7)

σ –константа Стефана –Больцмана, равная 5.67 ∙10^-8 (Вт/м²)∙К⁴;

Т- абсолютная температура тела, К.

Действие ИК- излучения при поглощении проявляется в основном глубинным или поверхностным прогреванием тканей (табл. 6.4). При локальном действии на ткани, это излучение ускоряет биохимические реакции, ферментативные процессы, рост клеток, кровоток, а это снижает тонус, напряжение и болевые ощущения, что активно используется в медицине. Но большое количество поглощенного ИК – света приводит к перегреву и повышению температуры организма вследствие нарушения гомеостатических механизмов терморегуляции. При этом происходит снижение работоспособности и функциональных возможностей организма. ПДУ теплового облучения поверхности тела работающих указаны в СанПиН 2.2.4.584-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

Видимое излучение имеет очень узкий диапазон (400-700нм), но по физиологическому и гигиеническому значению занимает ведущее место. Свет дает 80% информации. Он оказывает благоприятное влияние на организм, стимулирует его жизнедеятельность, усиливает обмен веществ, улучшает общее самочувствие, эмоциональное состояние, повышает работоспособность. Длительное отсутствие или недостаточность видимого излучения приводит к развитию патологических состояний (аномалии рефракции, нарушение биоритмов, изменения в ЦНС, нарушение биохимических и иммунных реакций). При гигиеническом нормировании видимого излучения, кроме оптимальной величины, определяется и нижняя граница, за которой зрительный анализатор не может выполнять заданную работу в необходимом объеме. Видимое излучение создается естественными и искусственными источниками света с различными спектральными характеристиками. Гигиенические требования к освещению:

- определение верхних ( зависит от технических и энергетических возможностей) и нижних ( за которой зрительный анализатор не может выполнять заданную работу) границ нормативов;

- нормирование длительности искусственного освещения;

- достаточная освещенность рабочего места;

- равномерное распределение яркостей в поле зрения; качество освещения – т.е. критерий оценки слепящего действия, создаваемого светильной установкой поверхности;

- ограничение или устранение колебаний светового потока; спектральный состав света.

Ультрафиолетовое излучение представляет собой невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее промежуточное положение между светом и рентгеновским излучением. УФ больше всего теряется в атмосфере.

Солнечное УФ- излучение является важным фактором самоочищения атмосферного воздуха, воды. Биологическое действие УФ - излучения:

оценивают по бактерицидным и эритемным свойствам излучения. В биологически активной части этого излучения можно выделить три части:

А) с длиной волны 400-315 нм – слабое биологическое действие, возбуждает флюоресценцию органических соединений;

Б) с длиной волны 315-280 нм, обладающую сильным эритемным действием (вызывает покраснение) и антирахитичным действием;

С) с длиной волны 280-200 нм, активно действующую на тканевые белки и липиды, вызывающую гемолиз (разрушение красных кровяных телец).

При длительном недостатке УФ излучения солнечного света возникает нарушение физиологического равновесия и развивается «световое голодание». При передозировке возникают ожоги, кожные онкологические заболевания. Профессиональными заболеваниями являются электроофтальмия и фотодерматиты.

Рис. 2.1 Гигиеническая характеристика излучений оптического спектра

Таблица 2.4

Изменение органа зрения и кожи под воздействием УФ-излучения видимого и ИК-излучения

Область спектра	Орган зрения	Кожа
УФ – С (100-280 нм)	Фотокератит	Эритема, загар, рак кожи
УФ –В (280-315 нм)	Фотокератит, катаракта хрусталика	Загар, эритема, рак кожи, ускоренное старение кожи
УФ –А (315-400 нм)	Фотокератит, катаракта хрусталика	Загар, рак кожи, ускоренное старение
Видимая (400-750 нм)	Фотохимическое и термическое повреждение сетчатки	Потемнение кожи, реакции фотосенсибилизации, ожог кожи
ИК – А (780-1400 нм)	Катаракта, ожог сетчатки	Ожог кожи
ИК- В (1400-300 нм)	Ожог роговицы, тканей передней камеры, катаракта	Ожог кожи
ИК – С (более 3000 нм)	Ожог роговицы	Ожог кожи

Важное значение УФ - излучения –способность изменять газовый состав воздуха вследствие его ионизации. При этом в воздухе образуются озон и оксиды азота, которые могут оказывать токсичное влияние на организм.

Нормируемой дозой является облученность:

- эритемная или биологическая (минимальное время облучения, после которого на теле через 4-8 часов появляется покраснение на незагорелом участке кожи);

-профилактическая - 1/8 эритемной дозы;

- оптимальная 1/4 - 1/2 эритемной дозы.

Ионизирующим излучением (ИИ) называют потоки частиц и электромагнитных квантов, в результате действия которых на окружающую среду образуются разно заряженные ионы. Различные виды излучения сопровождаются высвобождением определенного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на организм. Наибольшую опасность для человека представляют радиоактивные излучения (, β, γ , рентгеновское, нейтронное). Биологическое действие ИИ проявляется в виде первичных и вторичных проявлений. При облучении биологической ткани выделяют несколько стадий:

- Физическая (10^-13 с) сводится к поглощению энергии в процессах ионизации и возбуждения, которая запускает сложную цепь реакций;

- Физико-химическая (10^-15с), когда происходит перераспределение избыточной энергии возбужденных молекул, в результате чего появляются химически активные продукты( ионы и радикалы);

- Химическая (10 ^-6 с), когда происходит взаимодействие ионов и радикалов друг с другом, а также окружающими молекулами, что приводит к стойким структурным изменениям молекул живой клетки.

Особенности биологического действия ИИ:

1) Неощутимость действия на организм человека;

2) Наличие латентного периода проявления биологического эффекта;

3) Наличие скрытого суммирования поглощенных доз;

4) В организме существует механизм усиления действия ИИ (миграция и концентрация энергии в функционально активных участках микроструктур – митохондрий ядра).

Последствия влияния ИИ на человека:

1) Соматические эффекты: острая и хроническая лучевая болезнь, локальные лучевые повреждения;

2) Стохастические эффекты: сокращение продолжительности жизни, канцерогенез, нарушение эмбриогенеза;

3) Генетические эффекты: доминантные или рецессивные мутации, хромосомные аберрации.

Внутреннее облучение действует непрерывно и на все органы. Наибольшее поражающее действие оказывают , β, γ - активные вещества. Поражающее действие определяется: суммарной активностью радиоизотопов и их смеси; физическим периодом полураспада; типом и энергией излучения; характером распределения в организме; величиной накопления в критическом органе (табл. 2.5); скоростью выведения из организма. Основным нормативным документом, регламентирующим уровни воздействия ИИ, являются «Нормы радиационной безопасности» (НРБ 99) и «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности» (ОСПОРБ 99). В основе этих документов лежат следующие принципы: не превышение установленного дозового предела, исключение всякого необоснованного облучения, снижение излучения до возможно низкого уровня.

Таблица 2.5

Нормативы воздействия ионизирующего облучения

Ткань, орган	Группа критических органов	Коэффициент радиационного риска	Дозовые пределы внутреннего и внешнего облучения, мЗв
			ПДД	ПД
Половые железы, красный костный мозг	1	0.25 0.12	50	5
Молочная железа, легкие, щитовидная железа	2	0.15 0.12 0.03	150	15
Костная ткань	3	1.0	300	30

Задание 1. Изучите нормативный документ СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».

Задание 2. Дайте определения: относительная биологическая эффективность излучения, коэффициент качества излучения, эквивалентная доза облучения, эффективная эквивалентная доза облучения, ПДД, ПД.

Задание 3. Заполните таблицу 2.6

Таблица 2.6

Вид излучения	Вызываемые заболевания	Защитные мероприятия
ЭМП радиочастот
ЭМП промышленных частот
Электростатическое
Лазерное
Излучения оптического диапазона: - ультрафиолетовое - инфракрасное
Ионизирующее

Задание 4. Определите напряженность электрического и магнитного полей, диапазон частот энергетической экспозиции, если известно, что:

1) ЭЭ_Е =16000 (В/м)²ч ; ЭЭ_Н=200 (А/м)²ч ; Т=4 ч

2) ЭЭ_Е = 750 (В/м)²ч ; ЭЭ_Н=0.72 (А/м)²ч ; Т=2 ч.