Радіобіологія фул вершин (передмовалесс, вступлесс етс. едишн)

220

Примітка: тип антени: В – вбудована, Д – дипольна, Н –спіральна.

Багато абонентів мобільного зв’язку використовують навушники і вважають, що вони знижують негативний вплив дії випромінювання телефону. Але проводи та навушники МРТ діють як своєрідні антени і рівень їх ЕМВ, що потрапляє в мозок, за розрахунками перевищує майже у три рази рівень випромінювання у порівнянні з таким при користуванні телефоном без навушників. Слід також врахувати, що у МРТ з вбудованою фотокамерою або підключених до фотокамер значно зростає потужність.

У транспорті не рекомендується користуватися МРТ, оскільки відбувається посилення інтенсивності ЕМВ, а також відбиття цього випромінювання від металевих поверхонь. У водіїв автомобілів під час розмови по МРТ знижується увага, а у деяких відмічена знижена реакція на зміну кольору світлофора, дорожні знаки.

Персональні комп’ютери. Основними складовими частинами ПК є системний блок (процесор) та різні пристрої вводу і виводу інформації (клавіатура, накопичувачі, дисплей (або інша назва монітор), принтер, сканер тощо). Допоміжним електрообладнанням є джерела безперебійного живлення, мережа фільтрів тощо. Всі вони містять джерела ЕМВ, які формують складну картину. Основні серед них наведені на рис. 9.2:

Рис. 9.2. Основні елементи персонального комп’ютера, які є джерелами електромагнітного випромінювання.

Частотні характеристики ЕМВ деяких з вузлів ПК наведені в табл.

9.4.

На робочому столі користувача ПК можуть бути джерела ЕМВ більш потужні, чим сам комп’ютер: розподільні щити, трансформаторні підстанції, побутові електроприлади, сусідні ПК тощо. Тому загальна картина ЕМП може бути дуже складною.

За додержання правил користування ПК та мір безпеки (застосування захисних екранів тощо) для більшості сучасних ПК встановлено наступний діапазон значень показників ЕМВ на робочому місці користувача (табл. 9.5).

Таблиця 9.4. Частотні характеристики ЕМВ вузлів ПК

Таблиця 9.5. Діапазон значень показників електромагнітного поля

Побутові прилади та електропроводка. Серед побутових приладів найпотужнішим джерелом ЕМВ є ПВЧ-пічки (мікрохвильові пічки, які працюють в надтовисокому діапазоні частот), також різного роду грилі, саморозморожуючі холодильники, кухонні витяжки, електроплити, телевізори. ЕМВ, яке реально генерується залежить від конструкції приладу і режиму роботи. Всі ці прилади генерують магнітне поле промислової частоти 50 Гц. Згідно проведених досліджень, воно може бути шкідливим для здоров’я людини, якщо опромінення відбувається не менше 8 год на добу протягом декількох років з рівнем магнітної індукції не менше 0,2 мкТл. Так, наприклад, діапазон рівнів індукції магнітного поля промислової частоти (50 Гц) на відстані 0,3 м сучасної кавоварки - 0,01 - 0,02; праски – 0,01 - 0,04; міксера – 0,8 - 1,8; пральної машини

– 0,5 - 2,0; пилососа – 0,4 - 2,1; телевізора – 0,08 - 2,2; люмінесцентної лампи – 1, 1 - 2,3; електричної дрелі – 2,5 - 5,2; електроплити – 0,5 - 5,8; ПВЧ-печі – 6,5 - 12,1 мкТл. Застарілі побутові прилади здатні генерувати магнітне поле значно більшої інтенсивності. Слід зазначити, що рівень індукції магнітного поля суттєво знижується з відстанню від джерела. В табл. 9.6 наведені результати досліджень по встановленню відстані, на якій значення рівня індукції магнітного поля промислової частоти (50 Гц) зменшується до 0,2 мкТл.

223

Таблиця 9.6. Відстань побутового електроприладу до місця у просторі, в якому індукція створеного магнітного поля дорівнює 0,2 мкТл

До найнебезпечніших джерел ЕМВ в діапазоні промислової частоти (50 Гц), які розміщені поза житлових приміщень, але здатні їх опромінювати, відносяться трансформаторні підстанції, розподільні щити електроенергії, кабельні лінії, які підводять електроенергію до приміщень, та інші системи забезпечення електроенергією будинків. В приміщеннях, які суміжні з такими джерелами і знаходяться від них на відстані менше 1,5 - 5 м, може створюватися підвищений рівень магнітного поля промислової частоти. Так, наприклад, магнітне випромінювання силового кабелю під’їзду 9- типоверхового будинку стає безпечним на відстані від нього приблизно 2 м, розподільного пункту електроживлення – 2,5 м. Рівень електричного поля цієї частоти при цьому звичайно не перевищує гранично допустимий рівень для населення, який визначається за напруженістю електричного поля 500 В/м.

Лінії електропередач. В залежності від призначення та номінальної напруги лінії електропередач (ЛЕП) підрозділяються на: 1) понаддальні (500 кВ і вище); 2) магістральні (220-330 кВ); 3) розподільні (30-150 кВ); 4) підводящі (менше 20 кВ). Ці ЛЕП також розрізняються за частотою змінного електричного струму – 50 Гц або

400 Гц.

Проводи працюючої ЛЕП створюють у прилягаючому просторі ЕМВ. Дальність розповсюдження електричного поля залежить від

224

електричної напруги лінії – чим вона більша, тим вищий рівень ЕМП і, відповідно, зона підвищення його дії. Ця відстань може досягати десятків метрів.

Дальність розповсюдження магнітного поля ЛЕП залежить від електричного струму, тобто від електричного навантаження на лінію. Оскільки це навантаження може змінюватися як протягом доби, так і сезонів року, то розміри зони ЕМП ЛЕП також змінюються.

Крім безпосереднього впливу ЕМП в зоні ЛЕП, можливий також вплив імпульсного струму (електричних розрядів), які виникають при дотику людини до конструкцій, корпусів механізмів тощо, або до рослин, інших об’єктів. Також можливий вплив струму стікання, який проходить крізь людину, що контактує з ізольованими від землі об’єктами (конструкціями, механізмами тощо).

Електротранспорт. Електропоїзди (в тому числі метрополітену), тролейбуси, трамваї, електроавтомобілі та інші засоби пересування, які використовують електричну енергію, є відносно потужними джерелами магнітного поля в частотному діапазоні 0,01 Гц - 1000 Гц. Електропоїзди здатні генерувати магнітне поле з індукцією до 75 мкТл за середнього рівня 20 мкТл. Транспорт з електродвигунами постійного струму може створювати магнітне поле з середньою індукцією до 30 мкТл. Крім того, у містах з електротранспортом, рівень магнітного поля у 10—100 разів вищий, ніж за їх межами. Але все ж таки, мабуть, магнітні поля такого частотного діапазону не викликають суттєвих біологічних ефектів. Однак необхідно вивчити їх дію на здоров’я людини, оскільки до сих пір це не зроблено у необхідній мірі.

9.4. Розповсюдження в атмосфері ЕМВ

Довгохвильове ЕМВ (довжина хвилі 10 – 1 км) здатне огинати земну поверхню і всі перешкоди, які на ній розташовані (нерівності рельєфу, будівлі, рослинність тощо). Хвилі такого діапазону не поглинаються ґрунтом і поширюються на далекі відстані.

Середньої довжини ЕМХ (1000 – 100 м) можуть відхилятися перешкодами, розміри яких більші за довжину хвилі. Вони здатні поглинатися ґрунтом. Відстань поширення середніх хвиль приблизно 500 км, тому для їх розповсюдження на великі відстані створена мережа ретрансляційних станцій. В цьому діапазоні працюють радіомовні станції, радіостанції кораблів та аеродромної служби.

Короткохвильове радіовипромінювання (довжина хвилі 100 - 10 м) поглинається ґрунтом і для їх поширення на значні відстані

225

використовується відбивання від поверхні Землі та іоносфери. Хвилі, які мають дожину меншу 30 м, проходять крізь іоносферу і використовуються для зв’язку з космічними апаратами. Електромагнітні хвилі цього діапазону використовуються також у радіомовленні.

Ультракороткі хвилі (10 - 1 м) дуже сильно поглинаються ґрунтом і не відбиваються іоносферою. Такі хвилі поширюються тільки в межах зони прямого бачення. Для збільшення шляху їх поширення використовуються ретранслятори, які розміщують на підвищених ділянках рельєфу, що дозволяє використовувати інтерференцію прямої і відбитої хвилі. В цьому діапазоні хвиль працюють радіомовні та телевізійні станції, радіостанції зв’язку.

Випромінювання в дециметровому (100 - 10 см), сантиметровому (10 - 1 см) та міліметровому (10 - 1 мм) діапазонах (високочастотному) сильно поглинаються ґрунтом і для них іоносфера прозора. Розповсюдження таких хвиль відбувається в межах прямого бачення. Дециметрові хвилі слабо поглинаються тропосферою, а в сантиметровому і міліметровому діапазоні відбувається втрата енергії при їх взаємодією з тропосферою.

Для хвиль, довжина яких менша 1 м, спостерігається явище тропосферної рефракції - хвиля поширюється в шарах атмосфери з паралельними земній поверхні межами, де діелектричні властивості повітря можуть різко змінюватися в залежності від метеорологічних умов. Тропосферна рефракція сприяє розповсюдженню ЕМХ за межі прямого бачення. Діапазони високих частот використовуються для радіозв’язку і радіолокації. Випромінювання цих частот сильно поглинається середовищами з малою провідністю, наприклад, водою. Поглинена енергія у цьому випадку перетворюється на тепло. Цей ефект використовується в ПВЧ-печах та промисловості. Оскільки тканини живих організмів містять багато води, то це застосовується для створення ПВЧ-медичної апаратури в діагностиці та лікуванні.

9.5. Особисті електромагнітні поля організмів

Навколо будь-якого організму існують ЕМП, які визначаються процесами, що відбуваються всередині нього. Електромагнітні поля, які генеруються організмом в процесі його функціонування,

називаються особистими електромагнітними полями організму.

Виділяють чотири основних діапазони ЕМВ організмів: 1) понаднизькі частоти (від 0 до 103 Гц); 2) понадвисокі частоти (характерна частота 109 Гц); 3) інфрачервоне випромінювання (1014

226

Гц); 4) видиме світло (1015 Гц). Такий вибір частотних діапазонів обумовлений особливостями біологічних об’єктів та оцінками їх інформативності для медичної діагностики.

Низькочастотні поля створюються, головним чином, при функціонуванні органів та їх систем, яке супроводжується електричною активністю – системами м’язів (в тому числі серця, кишечника) та дихання, мозку, нервових волокон, високоактивних акупунктурних зон тощо. В ПНЧта ІК-діапазонах джерелом ЕМВ є теплове випромінювання.

Слід відмітити, що деяким організмам (найпростішим, ракоподібним, молюскам, комахам) притаманне явище біолюмінесценції – світіння, яке зв’язане з процесами життєдіяльності. Люмінесценція, яка виникає в результаті екзотермічних хімічних реакцій, називається хемілюмінесценцією, якщо вона відбувається в біологічних об’єктах, то її називають біохемілюмінісценцією. Зареєстрована біохемілюмінісценція крові.

Реєстрація біопотенціалів тканин і органів з діагностичною ціллю одержала назву електрографія. В залежності від органу розроблені діагностичні методи електрокардіографії (ЕКГ) – метод реєстрації біопотенціалів, що виникають в серцевому м’язі під час збудження, електроенцефалографії – метод реєстрації біоелектричної активності головного мозку, електроміографії – метод реєстрації біоелектричної активності м’язів.

Біоструми, що виникають в організмі, є джерелом магнітних полів. Основним їх джерелом є серце та кора головного мозку. В табл. 9.7 наведені значення індукції магнітного поля цих органів людини у порівнянні з магнітним полем Землі.

Таблиця 9.7. Індукція магнітного поля серця та мозку людини, а також Землі

Індукція магнітного поля серця в 106, а мозку в 108 разів менша, ніж Землі. В той же час розроблені методи її вимірювання (в першу чергу, квантовомагнітометричні), що дозволило використовувати виміряну індукцію магнітного поля для діагностики серця і головного мозку – відповідно застосовувати методи магнітокардіографії та

магнітоенцефалографії.

227

Розроблені також методи виміру індукції магнітного поля ока та м’язів кінцівок, відповідно ці методи отримали назву

магнітоокулографія та магнітоміографія.

Наявність ЕМП організмів свідчить про те, що зовнішні такі поля природного та штучного походження можуть впливати на функціональну активність органів-генераторів ЕМВ, життєдіяльність організмів в цілому.

Електромагнітні поля органів, їх систем та організму в цілому можна використовувати не тільки в діагностичних цілях. На них можна впливати зовнішнім ЕМВ і цим коригувати діяльність органівгенераторів ЕМВ. За надлишкової дії зовнішніх ЕМВ можуть виникати патологічні стани організму.

9.6. Біологічна дія неіонізуючих ЕМВ

Механізми дії неіонізуючого ЕМВ на живі організми надзвичайно складні і зумовлені взаємозв’язками процесів, що в них відбуваються. Характерною особливістю дії ЕМВ на живі організми є поєднання нагрівання тканин, яке залежить від поглиненої тканинами енергії, та так званих специфічних ефектів (нетеплових). Останні зв’язані з інформаційним аспектом сприйняття ЕМВ організмів.

Навколо організмів, в тому числі тіла людини, постійно існують електричні та магнітні поля, акустичне випромінювання, ЕМВ практично усіх довжин хвиль. Основним із джерел особистого ЕМВ у людини є кровоносна система, яка генерує випромінювання з довжиною хвилі, що приблизно дорівнює росту людини – 1,5 - 2,0 м (22,2 - 26,6 МГц). Існують також інші джерела особистих електромагнітних полів – біопотенціали та біоструми (частота нижче 103 Гц, довжина хвилі більше 102 км); теплове понадвисоких частот (109 - 1010 Гц, 3 - 60 см); теплове інфрачервоне (1014 Гц, 3 - 14 мкм); видиме або хемілюмінесценція (1015 Гц, приблизно 0,5 мкм). Таким чином, у людини, як і інших організмів, процеси регулювання, синхронізації і взаємозв’язки відбуваються не тільки нервовим та гуморальним шляхами, але і за участі ЕМП в широкому діапазоні хвиль. Надмірне опромінення цими хвилями може приводити до виникнення патологічних станів.

При взаємодії ЕМВ з біологічними об’єктами лише певна частка енергії поглинається. Вважається (принцип Гроттгосуса), що саме ця частка енергії ЕМВ може викликати зміни, а відбита і та, що проходить через біооб’єкт, не викликає ніяких змін.

228

На відміну від іонізуючого випромінювання, яке безпосередньо створює електричні заряди, неіонізуюче ЕМВ діє тільки на існуючі вже вільні заряди та диполі. Діелектричні властивості тканин залежать від їх хімічної будови, частоти коливань, які виникають всередині біооб’єкту. В табл. 9.8 наведено залежність електричних параметрів, які визначають взаємодію ЕМВ з біологічними тканинами за високого вмісту води, від частоти випромінювання.

При частоті ЕМВ менше 10 кГц період електромагнітних коливань достатньо великий для того, щоби клітинні мембрани встигли перезарядитися за рахунок іонів всередині клітин (цитоплазмі) та поза них (міжклітинній рідині). Цим пояснюються низькі значення питомої електропровідності та великі діелектричної проникності. Зі збільшенням частоти відбувається залучення іонів цитоплазми та міжклітинної рідини у процес утворення іонних струмів, що викликає збільшення електропровідності і зменшення діелектричної проникності.

За частот ЕМВ 10 - 100 кГц це явище ще більше проявляється, виникають струми зміщення, які збільшують електричні струми в тканинах.

Частоти ЕМВ 100 кГц – 10 МГц викликають ще більше зростання електропровідності та зменшення діелектричної проникності, зростання струмів зміщення за рахунок поляризації молекул у тканинах.

Таблиця 9.8. Електричні властивості біологічних тканин з високим вмістом води

229

Примітка: 1) наведені значення , які обумовлені як струмами зміщення (поляризація заряджених диполів), так і струмами провідності (рухом вільних зарядів); 2) глибина проникнення d визначається як відстань, на якій амплітуда електричного поля зменшується в е раз (е ≈ 2,72 – основа натурального логарифму), а щільність потоку – в е2 разів.

За частот більше 10 МГц поляризація молекул і викликані нею струми зміщення стають домінуючими. Виникає коливний і обертальний рух збуджених молекул. Це приводить до різкого збільшення електропровідності та зменшення діелектричної проникності, зростання діелектричних втрат. Так, наприклад, на частоті 400 МГц діелектричні втрати в м’язових тканинах складають приблизно 20 % від усіх енергетичних втрат ЕМВ, а на частоті 3

ГГц – 90 %.

Таким чином, зі збільшенням частоти ЕМВ діелектрична проникність зменшується, а електропровідність зростає. В той же час встановлено, що ці зміни не монотонні. Виділяють області - (10 - 103 Гц), - (104 - 108 Гц) і -дисперсій (1010 Гц), де зміни найвиразніші. Механізм -дисперсій пов’язаний з процесами поляризації клітин, - дисперсії – з поляризацією безпосередньо мембран, -дисперсії – з релаксацією вільних молекул води.

Для тканин з малим вмістом води (жирова тканина, кістки та ін.) характер залежності електричних параметрів від частот ЕМВ подібний тому, який наведений в табл. 9.8, але абсолютні значення цих параметрів значно нижчі.

Біологічна ефективність ЕМВ різних частот залежить від багатьох факторів, в першу чергу – це різна глибина проникнення в біологічні тканини та ефективний переріз (відношення енергії, яка поглинається тілом, до щільності потоку енергії, що на нього падає). Для кожного об’єкту існує оптимальна (резонансна) частота, при якій поглинання енергії ЕМВ найефективніше. При довжинах хвиль, які більші резонансної, значна частка випромінювання огинає об’єкт і не поглинається ним. Якщо довжина хвилі ЕМВ менше розмірів об’єкту, який опромінюється, то більша частина енергії цих випромінювань відбивається від об’єкту, не поглинається ним.

У загальному випадку вважається, що в певному діапазоні довжин хвиль біологічна ефективність ЕМВ збільшується з підвищенням частоти випромінювання. Так, ПВЧ-випромінювання більш