162. Тепловые и информационные эффекты свч излучения на организм человека 6.1 Воздействие свч излучений на организм человека.
При работе с аппаратурой СВЧ на человека могут воздействовать электромагнитные поля, интенсивность которых превышает гигиенические нормативы. Воздействие СВЧ излучения высокой интенсивности вызывает в организме человека определенные изменения. Вследствие этого человек получает профессиональное заболевание. Поэтому защита человека на производстве от воздействия электромагнитных излучений опасных интенсивностей является одной из важнейших проблем охраны труда на современном этапе. Особенно в связи с тенденцией дальнейшего внедрения радиоэлектроники в народное хозяйство.
Рассмотрим воздействие электромагнитных полей на живые организмы. СВЧ излучения могут вызывать следующие отрицательные воздействия:
Выделение тепловой энергии в тканях организма;
Морфологические изменения тканей и органов (изменения внешнего вида и строения);
Изменение регуляторной функции нервной системы.
Излучения с длинами волн короче 10 см в основном поглощаются слоем кожи. Это приводит к выделению большого количества тепловой энергии. С точки зрения теплового эффекта, вызываемого облучением, это наименее опасный случай. С одной стороны избыточное тепло немедленно ощущается (повышается температура кожи), а с другой стороны это тепло, рассеиваясь отводится не только в ткани, расположенные глубже, но и во внешнюю среду.
Тепловая энергия, выделяющаяся в тканях человека, увеличивает общее тепловыделение тела. Если при этом механизм терморегуляции организма способен путем рассеяния избыточного тепла предупреждать перегрев, то температура внутренних тканей остается нормальной. в противном случае возможно повышение температуры тела.
Известно, что повышение температуры тела более чем на 1°С отрицательно отражается на состоянии организма. Поэтому пороговая интенсивность электромагнитных полей с точки зрения теплового эффекта составляет [1]:
На частоте 3 ГГц — 10 мВт/см2;
На частоте 10 ГГц — 5..10 мВт/см2.
Некоторые органы и ткани человека, обладающие слабовыраженной способностью терморегуляции, более чувствительны к облучению, чем другие ткани и органы. К ним относятся: мозг, глаза, почки, желчный и мочевой пузыри.
Нетепловое воздействие электромагнитных излученийможет проявляться и при интенсивностях меньше тепловой пороговой, что важно при настройке микроэлектронной аппаратуры СВЧ.
Оказывается, что в переменных полях электрические свойства живых тканей зависят от частоты. С ростом частоты они все более теряют свойства диэлектриков и приобретают свойства проводников.
Морфологические изменения чаще всего наблюдаются в тканях периферической и центральной нервной системы. При этом нарушаются их регуляторные функции, что вызывает нарушения нервных связей в организме или даже изменение структуры самих нервных клеток.
Необходимо особо отметить морфологические изменения, которые могут возникать в глазах. Такие изменения возникают как при кратковременном облучении с высокой интенсивностью (сотни мВт/см2), так и при длительном, в течение нескольких лет, облучении интенсивностью несколько мВт/см2(т.е. ниже теплового порога). Импульсное излучение оказывается более опасным для глаз, чем непрерывное.
Морфологические изменения в крови выражаются в изменении её состава. Такие изменения возникают при воздействии как сантиметровых, так и дециметровых длин волн.
Другим видом изменений, вызываемых воздействием электромагнитных полей, являются изменения регуляторной функции нервной системы.
Это выражается в следующих нарушениях:
Нарушения ранее выработанных условных рефлексов;
Нарушения характера и интенсивности физиологических и биохимических процессов в организме;
Нарушения функций различных отделов нервной системы;
Нарушения нервной регуляции сердечно-сосудистой системы.
Поля СВЧ с интенсивностями значительно ниже теплового порога могут вызывать истощение нервной системы. При этом изменения в сердечно-сосудистой деятельности выражаются в гипотонии, брадикардии. Что приводит к изменениям состава крови, изменениям печени, селезенки.
Наиболее общим эффектом действия на организм СВЧ излучений малых уровней (единицы мВт) является дезадаптация — нарушение механизмов адаптации, регулирующих приспособительные реакции организма к изменениям условий внешней среды (к теплу, холоду, шуму, психологическим травмам и т.д.), т.е. СВЧ поле является типичным стрессором [2].
Таким образом, на основе результатов исследований воздействия электромагнитных полей установлена количественная связь этого воздействия с такими параметрами поля, как напряженность (или плотность потока мощности) и длительность облучения.
В [16] приведены следующие предельно допустимые интенсивности облучения на рабочих местах:
При облучении в течении всего рабочего дня — 10 мкВт/см2;
При облучении до 2 часов за рабочий день — 100 мкВт/см2;
При облучении 15-20 минут за рабочий день — 1000 мкВт/см2при обязательном пользовании защитными очками, в остальное время дня — не более 10 мкВт/см2;
Для лиц, не связанных профессионально с СВЧ излучениями и для населения интенсивность облучения не должна превышать 1 мкВт/см2. При такой интенсивности облучения можно находится в зоне облучения без ограничения времени.
Наиболее опасным считается облучение человека по оси грудь-спина, наименее опасным — с ног. Кроме изменения площади поверхности поперечного сечения тела большую роль здесь также играет соотношение размеров тела с длиной волны излучения.
163. Действие инфракрасного излучения на организм человека
Инфракрасное излучение, присущее любому нагретом телу, является составной солнечного излучения. Характер его воздействия на организм человека в значительной степени определяется длиной волны.
Коротковолновое инфракрасное излучение способно проникать в ткани тела на 2-3 см, в то время как длинноволновое практически полностью поглощается эпидермисом кожи. Глубоко проникает инфракрасное излучение с длиной волны 0,76-0,85 мкм. По мере увеличения длины волны проникающая способность инфракрасного излучения снижается и начиная с длины волны 2,4 мкм оно полностью задерживается кожей.
Механизм теплового воздействия инфракрасного излучения на организм человека состоит в том, что энергия инфракрасного излучения, которое глубоко проникает в ткани, превращается в основном на тепловую энергию. При этом в тканях происходят фотохимические реакции, накапливаются специфические высокоактивные вещества, в частности гистамины, которые попадают в кровь. В крови увеличивается содержание общего и остаточного азота, полипептидов и аминокислот. Предполагают, что инфракрасное излучение, проникая в клетку, может влиять на резонирующие клеточные субстанции, вызывая распад белковой молекулы. Продукты распада, поступивших в кровяное русло, длительное время действуют на различные органы и системы непосредственно или через нервную систему.
Воздействие ИКИ на организм человека проявляется как общими, так и местными реакциями. Местная выражается сильнее при длинноволновом облучении, поэтому при одной и той же интенсивности облучения время переносимости в этом случае меньше, чем при коротковолновой радиации. За счет большой глубины проникновения в ткани тела коротковолновая область спектра ИКИ вызывает повышение температуры глубоколежащих тканей. Например, длительное облучение глаза может привести к помутнению хрусталика (профессиональная катаракта). Под влиянием ИКИ в организме человека возникают биохимические сдвиги и изменения функционального состояния центральной нервной системы: образуются специфические биологически активные вещества типа гистамина, холина, повышается уровень фосфора и натрия в крови, усиливается секреторная функция желудка, поджелудочной и слюнной желез, в центральной нервной системе развиваются тормозные процессы, уменьшается нервно-мышечная возбудимость, понижается общий обмен веществ. При инфракрасном облучении кожи повышается ее температура, изменяется тепловое ощущение. При интенсивном облучении возни кают ощущения жжения, боль. Время переносимости тепловой радиации уменьшается с увеличением длины волны и ее интенсивности.
164. Действия солнечного света на организм человека
Физиологическое, или лечебное и закаливающее, действие лучистой энергии выявляется только при поглощении лучей предметом или тканью и при превращении их в тепловую или химическую энергию. Всякое тело поглощает те самые лучи, которые оно способно излучать при той же температуре. При падении света на человека или предметы часть световых лучей отражается, а другая часть проникает вглубь вещества или тела и поглощается в нем атомами и молекулами, переходя при этом в другие виды энергии — тепловую и химическую. Ультрафиолетовые лучи поглощаются в самых поверхностных слоях кожи, и уже на глубине 0,6 мм их трудно обнаружить. Ультрафиолетовые лучи интенсивно поглощаются белками, жирами, красными кровяными шариками. Поглощение ультрафиолетовых лучей тканями воздействует на структуру клеток и является причиной возникновения так называемых фотохимических явлений. Наиболее глубоко (на 5—6 см) проникают в тело человека красные и примыкающие к ним инфракрасные лучи. Некоторые исследователи утверждают, что при дальнейшем увеличении длины волн инфракрасные лучи поглощаются более поверхностно. Преобладает мнение, что ультрафиолетовая энергия почти полностью поглощается в толще эпидермиса и лишь в незначительных количествах доходит до поверхности сосочков собственно кожи и поверхностных сосудистых сплетений. Видимые лучи проникают значительно глубже. Это видно из таблицы, в которой величина проникновения лучей выражена в процентах. Ранее было представлено, как ничтожно количество ультрафиолетовых лучей, которые проникают не только через всю толщу эпидермиса, но и достигают более глубоких слоев кожи (величина проникновения лучей выражена в процентах). Малая проницаемость тканей человеческого организма даже для длинных лучей солнца объясняется тем, что наши ткани, в том числе и кожа, (представляют собой мутную среду, состоящую из неоднородных клеток с неодинаковым коэффициентом преломления. И чем дальше углубляться в наш организм, тем все более увеличивается эта мутность вследствие разнообразия клеток, подобных эпителию, соединительной ткани, жира, кровеносных сосудов и т. д. В итоге вышеизложенного можно считать до известной степени вероятным, что 1) инфракрасные лучи обладают способностью проникать через ткани человеческого организма, даже при толщине их в несколько сантиметров; 2) видимые лучи проходят через слои ткани в несколько миллиметров; 3) ультрафиолетовые лучи проникают через слои ткани, измеряемые сотыми и десятыми долями миллиметра. Незначительна также проникающая способность ультрафиолетовых лучей через ткани одежды: один слой марли задерживает более половины их (55—60%), вчетверо сложенная марля почти совершенно поглощает ультрафиолетовые лучи (94%). Оконное стекло толщиной 2 мм задерживает их полностью.
165.Характеристика и действие УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Механизм возникновения биологических реакций в ответ на воздействие ультрафиолетового излучения сложен, многообразен и складывается из биофизических, гуморальных и нервно-рефлекторных процессов. Поглощенная кожными покровами энергия ультрафиолетового излучения вызывает перегруппировку атомов или молекул клеток, переводя их в физически новое состояние, при котором изменяются запас энергии и способность к фотохимическим реакциям. Применение биофизических методов исследования позволили установить, что большая часть фотобиологических процессов, протекающих в организме, обусловлена разрушением белков и нуклеиновых кислот, в результате чего в месте облучения появляются продукты расщепления белковой субстанции, среди которых находятся вещества, обладающие высокой биологической активностью (гистамин, ацетилхолин, биогенные амины и др.). Эти вещества, попадая в общий ток крови, разносятся по всему организму и оказывают воздействие на его отдельные органы и различные системы (нервную, эндокринную и др.).
Реакции организма на УФ-излучение зависят от длины волны излучения.
УФ-излучение области А отличается слабым биологическим действием, вызывающим преимущественно флуоресценцию.
Основное биологическое действие оказывает УФ-излучение области В. Это излучение вызывает основные изменения в коже (загарное и антирахитическое действие), крови, нервной системе, кровообращении и других органах.
УФ-излучение области С отличается большим разрушительным действием на клетку, так как обладает бактерицидным действием, вызывают коагуляцию белков и т.д.
В условиях города долгое пребывание человека в помещениях, в которых обыкновенные оконные стекла в незначительной степени пропускают физиологически активное УФ-излучение, а в городах их и без того мало доходит до поверхности в результате загрязнения воздуха пылью, дымом, выхлопными газами, приводит к развитию УФ-недостаточности. То же самое наблюдается и при длительной работе на севере, в шахте или метро.
При УФ-недостаточности кожа становится бледной, холодной, вялой, так как хуже снабжается питательными веществами и кислородом, в ней ослабляется циркуляция крови, из нее плохо выводятся продукты распада -шлаки, и происходит отравление организма отработанными веществами и продуктами распада. Кроме того, мелкие сосуды (капилляры) делаются более ломкими, что приводит к увеличению склонности к кровоизлияниям и отекам, более тяжелому течению воспалительных процессов. При недостатке ультрафиолетового облучения наблюдаются и изменения состояния нервной системы: снижается память, ухудшается сон, увеличивается возбудимость у одних и безучастность, заторможенность у других, снижается иммунитет.
Общеизвестно, что именно УФ-излучение (его длинноволновая составляющая) инициирует процесс образования в коже человека эргокальциферола (витамина Д), необходимого для всасывания кальция в кишечнике и обеспечения нормального развития костного скелета.
Недостаток витамина Д, что приводит у взрослых и детей к нарушениям действия различных ферментов и гормонов. С этим связаны затруднения в усвоении пищевого кальция и фосфора, которые продолжают выводиться из организма, а значит, наступает обеднение тканей этими необходимыми веществами, что приводит к усиленному разрушению зубов, увеличению ломкости костей, а у больных легочным туберкулезом учащаются вспышки болезни, так как замедляется обызвествление туберкулезных очагов. Особенно опасно это явление в раннем возрасте, так как оно вызывает рахит со всеми его тяжелыми последствиями: ослаблением нервной системы, нарушениями развития костных тканей из-за нехватки кальция в костях, что приводит к искривлениям ног, ребер, позвоночника, нарушениям осанки, слабости мышц, замедленного роста и другим неблагоприятным симптомам, которые потом дают себя знать на протяжении всей жизни.
Кроме того, ультрафиолет активно влияет на синтез мелатонина и серотонина — гормонов, отвечающих за циркадный (суточный) биологический ритм. Исследования немецких ученых показали, что при
облучении УФ-лучами сыворотки крови в ней яг, 1 % увеличивалось содержание серотонина — «гормона бодрости», участвующего в регуляции эмоционального состояния.
Ультрафиолетовое облучение может понижать чувствительность организма к некоторым вредным воздействиям вследствие усиления окислительных процессов в организме и более быстрого выведения вредных веществ из организма. Под воздействием УФИ оптимальной плотности наблюдали более интенсивное выведение марганца, ртути, свинца. Оптимальные дозы УФИ активизируют деятельность сердца, обмен веществ, повышают активность ферментов дыхания, улучшают кроветворение.
Тем не менее, УФ-излучение может вызывать и негативные реакции человеческого организма. Так, например, под действие УФ-излучения могут возникать изменения в коже, начиная от покраснения кожи (эритемы) вплоть до острых дерматитов иногда с отеком и образованием пузырей. Чувствительность различных участков кожных покровов к воздействию УФ-излучения неодинакова: наиболее чувствительна кожа живота, лица, менее чувствительна кожа конечностей. Развитие эритемы зависит от состояния различных отделов нервной системы. Так, например, повреждение спинного мозга (всего поперечника) влечет за собой угнетение эритемы ниже повреждения; травма нерва может сопровождается ослаблением эритемы, а при явлениях раздражения - усилением ее.
Могут возникнуть общетоксические явления с повышением температуры, ознобом, головными болями. На коже после интенсивного УФ- облучения развиваются гиперпигментация и шелушение. Длительное воздействие УФ-излучения приводит к «старению» кожи, атрофии эпидермиса, возможно развитие злокачественных новообразований. При повторном воздействии УФ-излучения имеет место кумуляция
биологических эффектов.
Наиболее уязвимы для УФ-излучения глаза, причем страдает преимущественно роговица и слизистая оболочка. Острые поражения глаз, так называемые электроофтальмии, представляют собой острый конъюнктивит, или кератоконъюнктивит. Заболевание проявляется ощущением постороннего тела или песка в глазах, светобоязнью, слезотечением. Нередко наблюдается эритема (покраснение) кожи лица и век. К хроническим заболеваниям относят хронический конъюнктивит, блефарит, катаракту, помутнение хрусталика. Роговица глаза наиболее чувствительная к излучению волны длиной 270...280 нм; наибольшее воздействие на хрусталик оказывает излучение в диапазоне 295...320 нм. Возможность поражающего действия УФИ на сетчатку невелика, однако не исключена.
В комбинации с химическими веществами УФИ приводит к фотосенсибилизации - повышенной чувствительности организма к свету с развитием фототоксических и фотоаллергических реакций. Фотоаллергия
проявляется в виде экзематозных реакций, образования узелково-папулезной сыпи на коже и слизистых. Фотоаллергия может приводить к стойкому повышению чувствительности организма к УФИ даже в отсутствие фотосенсибилизатора. Канцерогенный эффект УФИ для кожи зависит от дозы регулярного УФ-облучения и некоторых других сопутствующих факторов (диеты, приема лекарственных препаратов, температуры кожи), малые дозы УФИ представляют собой относительно небольшую опасность.
Наряду с этим УФИ оказывает влияние на центральную нервную систему, вызывая головную боль, головокружение, повышение температуры, нервное возбуждение и др.
УФ-излучение изменяет состав воздуха рабочей зоны: в нем образуется озон, оксид азота и пероксид водорода, ионизируется воздух.
166. Классификация и источники электромагнитных излучений радиочастотного диапазона,действующая на организм чевовека
Электромагнитное поле – особая форма материи, с помощью которой осуществляется взаимодействие между заряженными частичками.
Электромагнитное излучение – процесс возникновения свободного электромагнитного поля.
Электромагнитное поле (ЭМП) представляет собой совокупность электрического и магнитного полей. Основной параметр, который характеризует электрическое и магнитное поля – напряженность:
Н – напряженность магнитного поля (А/м);
Е – напряженность электрического поля (В/м).
Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что переменное во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а переменное магнитное – вихревое электрическое. Таким образом, электрическое и магнитное поля, непрерывно меняясь, обуславливают появление друг друга.
Важной особенностью ЭМП является то, что пространство вокруг источника его образования условно делят на ближнюю зону (зону индукции) и дальнюю зону (зону излучения). Ближняя зона охватывает пространство вокруг источника ЭМП с радиусом, который приблизительно равен 1/6 длины волны. В этой зоне электромагнитная волна еще не сформирована, поэтому интенсивность ЭМП оценивают отдельно напряженностью магнитной и электрической составляющих поля (при этом в большей мере неблагоприятное воздействие ЭМП в этой зоне обусловлено электрической составляющей). В дальней зоне, в которой электромагнитная волна уже сформировалась, ЭМП оценивают по количеству энергии (мощности), переносимой волной в направлении своего распространения. Для количественной характеристики этой энергии применяют значение поверхностной плотности потока энергии, которая измеряется в Вт/ м2.
В зависимости от длины волны электромагнитные излучения классифицируют следующим образом (рис. 5.6).
Степень воздействия ЭМП на организм человека зависит от диапазона частот, интенсивности и продолжительности воздействия, характера излучения, режима облучения, размера облучаемой поверхности тела, индивидуальных особенностей организма.
Электромагнитные поля и излучения радиочастотного диапазона. Различают естественные и искусственные источники ЭМП.
Естественные – электрическое и магнитное поля Земли, космические излучения (например, от Солнца) и т.д. Источники искусственных ЭМП – телевизионные и радиотрансляционные станции, высоковольтные линии электропередач, оборудование, которое обеспечивает мобильную и сотовую телефонную связь и т.д.
Воздействие ЭМП радиочастотного диапазона на организм человека может быть следующим (рис. 5.7).
Наиболее интенсивно ЭМП радиочастотного диапазона влияют на органы со значительным содержанием воды. Особо опасен нагрев органов со слабой терморегуляцией (головной мозг, глаза, органы желудочно-кишечного тракта и мочеполовые). В результате постоянного воздействия ЭМП у человека могут развиться различные патологические состояния. При этом у потерпевших отмечается повышение температуры тела, увеличение частоты сердечных сокращений (тахикардия), нервно-психические расстройства. Также возможны нарушения со стороны эндокринной системы и трофические нарушения (выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела).