Радіобіологія фул вершин (передмовалесс, вступлесс етс. едишн)

230

ефективне, ніж УВЧ-випромінювання, яке в свою чергу більше впливає на організм людини, ніж інше довгохвильове випромінювання. Така залежність ефективності ЕМВ обумовлена декількома обставинами:

1)ефективний переріз взаємодії ЕМВ з біологічними об’єктами підвищується з частотою і максимум досягається в ПВЧ-діапазоні за певного співвідношення між довжиною хвилі і розміром об’єкта, який опромінюється;

2)хоча глибина проникнення ЕМВ знижується з підвищенням частоти, але в значно більшій ступені зменшується коефіцієнт екранування зовнішнього ЕМП внутрішнім полем поляризації, оскільки за високої частоти ЕМВ диполі молекул не встигають повністю поляризуватися;

3)саме в ПВЧ-діапазоні залучуються внутрішньоклітинні процеси електропровідності та релаксації диполей;

4)у ДВЧ-, УВЧ- і ПВЧ-діапазонах найсуттєвішим є виникнення всередині організмів інтерференційних максимумів поглинання, які виникають внаслідок відбиття ЕМВ на межі розподілу середовищ і супроводжуються зростанням поглинання енергії біологічним об’єктом; для людини локальні максимуми всередині голови виникають за дії ЕМВ частотою від 750 МГц до 2,5 ГГц, а обумовлені загальними розмірами тіла – від 50 до 100 МГц.

В залежності від інтенсивності та довготривалості впливу зміни, які викликаються цими випромінюваннями, їх розділяють на термогенні (короткочасні) та атермальні (хронічні). Термогенний вплив обумовлений термічним ефектом ЕМВ і звичайно є локальним. Постраждалі відчувають тепло у місті опромінення. Може виникати загальне нездужання, головний біль, запаморочливість, нудота, блювання, відчуття страху, спрага, підвищення температури та пітливість, приступи тахікардії, порушення серцевої діяльності, артеріальна гіпертензія тощо. У деяких випадках спостерігаються також діенцефальні розлади. Як правило, через кілька діб симптоматика у постраждалих зникає і всі клінічні показники повертаються до нормального рівня. Але за високих інтенсивностей короткочасне електромагнітне опромінення може привести до виникнення локальних залишкових структурних змін органів та тканин (опіків, катаракт, атрофії сім’яників тощо).

Найширше досліджена хронічна дія ЕМВ за доз, які перевищували допустимі рівні, але не викликали виражених теплових ефектів. Характерними проявами дії хронічного ЕМВ є зміни у діяльності

231

нервової, серцево-судинної та кровоносної систем. Загальні зміни під впливом ЕМВ різної інтенсивності наведені в табл. 9.9.

На підставі експериментальних та клінічних досліджень сукупність проявів дії ЕМВ на організм людини визначено як радіохвильову хворобу. Але деякі дослідники ставлять під сумнів її існування. Справа в тому, що за умов впливу реально існуючих рівнів ЕМВ зміни певних структурно-функціональних властивостей крові у професіоналів, а тим більше у населення, на даний момент не виявлено.

Не спостерігалося також збільшення випадків захворювання нейровегетативною дистонією і неврозами за дії ЕМВ інтенсивністю не більше 50 Вт/м2 по 2 год на добу протягом 10-річної праці.

В той же час відмічається, що хронічний вплив ЕМВ при інтенсивності навіть менше 10 Вт/м2 може викликати нестійкі зміни в системі крові: лейкоцитоз, збільшення кількості лімфоцитів, моно-

Таблиця 9.9. Можливі зміни в організмі людини за впливу ЕМВ

232

цироз, ретикулоцитоз, тромбоцитопенію, підвищення зернистості нейтрофілів. Але все це потребує уточнення.

Як вже відмічалось, одним з проявів дії ЕМВ є утворення катаракти – помутніння кришталика ока з втратою зорової функції. Слід відмітити, що Всесвітня організація охорони здоров’я ЕМВ відводить п’яте місце серед чинників, які сприяють виникненню катаракти – після діабету, ультрафіолетового опромінення, метаболічних порушень та іонізуючої радіації не ультрафіолетового походження. За дії ЕМВ частотою, близькою до 35 ГГц, можуть виникати кератити, ушкодження строми рогівки. За менших (нетеплових) інтенсивностей ЕМП у ряді випадків спостерігалося порушення кольорового зору, морфологічні зміни судин дна ока.

При дослідженні впливу ЕМВ на серцево-судинну систему встановлені опосередковані її порушення. Після мікрохвильового опромінення з ЩПЕ від 50 до 130 мВт/см2 протягом від 10 до 140 хв відмічається підвищення серцебиття, зміна артеріального тиску, підвищення швидкості кровотоку, що зв’язано з розширенням судин.

Експериментальні дослідження, які проведені з використанням щурів, кішок, кроликів, мавп, курей, голубів та інших тварин свідчать про можливість впливу ЕМВ на центральну нервову систему (ЦНС). Так, наприклад, ПВЧ-випромінювання (50 мВт/см2) у щурів викликало порушення функції відділів ЦНС, погіршення умовнорефлекторної діяльності. Встановлено підвищення біоелектричної активності нервів у кішок після разової дії ПВЧвипромінювання (30 мВт/см2) у 50 % випадків. Після опромінення голови кролів (300 МГц, 30 хв) спостерігається підвищена збудливість зорового аналізатора. У курчат і голубів, які були опромінені в імпульсному режимі (9,3 та 10 ГГц, 10 мВт/см2) спостерігається

233

підвищення м’язового тонусу крил та ніг вже через декілька секунд після опромінення. Опромінення мавп ЕМВ в діапазоні 225 - 400 МГц викликало порушення функції ЦНС, яке проявлялося у зміні рухової активності, сонливості або збудження та ін.

В дослідах на експериментальних тваринах (мишах, щурах, мурчаках, кроликах і собаках) також встановлено, що високо інтенсивне ЕМВ впливає на функцію розмноження. Так, наприклад, ЕМВ частотою 10 ГГц за потужності 400 мВт/см2 приводило до зниження народжуваності у мишей, зменшенню середньої ваги новонароджених мишенят. Слід відмити, що опромінення самок у порівнянні з самцями викликало більші порушення народжуваності.

За дії імпульсного ЕМВ з середньою ЩПЕ 1,0 – 4,0 Вт/м2 у людей можуть виникати слухові ефекти, які сприймаються як клацання, цвірінькотіння, сюрчання тощо.

Відмічено підвищений рівень викидень у вагітних жінок, які професійно працювали в електромагнітних полях. Це слугувало основою для встановлення особливих нормативів для жінок репродуктивного віку (до 45 років) і вагітних жінок.

Слід відмітити, що в реальних умовах праці професійні працівники рідко (як правило тільки за аварійних ситуацій) підпадають під дії ЕМВ високої інтенсивності.

Біологічну дію ЕМВ, як вже відмічалося, необхідно розглядати не тільки з позицій поглиненої енергії (теплових ефектів), але також

специфічних ефектів (інформаційних взаємодій). Вони пов’язані з тим, що зовнішнє ЕМВ здатне впливати на ЕМП, які генеруються організмами і обумовлюють функціональну взаємодію всіх її систем.

До специфічних ефектів відносяться, насамперед:

1)біологічні ефекти, які індукуються „тепловими” мікрохвилями, але мають відмінності від тих, що викликані традиційним теплом;

2)ефекти, які виникають на рівнях впливу, коли не спостерігається підвищення температури в опроміненому об’єкті внаслідок підтримування теплового гомеостазу;

3)дійсно специфічні ефекти, які не зв’язані з тепловими втратами енергії.

До останніх відносяться біологічні ефекти, які виникають за дії ЕМВ Сонця у діапазонах так званих „вікон” - довжина хвилі 1 мм – 10 см і 1 м – 50 м, а також за вибухів та хромосферних спалахів. У дні підвищення сонячної активності число інфарктів міокарда та нападів стенокардії збільшується на 20 % і більше, ніж в спокійні дні. Мабуть, ЕМВ слугують лише сигналом, який запускає виникнення

234

цих патологічних станів, а не його причиною, яка вже була внаслідок захворювання серцево-судинної системи.

Встановлено (див. підрозділ 9.5), що навколо тіла людини існують постійні електричні та магнітні поля, ЕПМ широкого діапазону частот. Саме цьому організм людини більш чутливий до різноманітних ЕМП. Зараз є думка, що існує не тільки нейрогуморальна, але на молекулярному, клітинному, тканинному, органному та систем органів рівнях регуляція, яка опосередкована ЕМВ в широкому діапазоні доз.

У людини виділяють декілька періодів активності. Основні з них фізичний (23 доби), емоційний (28доби), інтелектуальний (33 доби). Зовнішні ЕМВ здатні впливати на ці та деякі інші біоритми.

Підвищена активність притаманна ЕМВ, які модульовані низькочастотним випромінюванням, яке характерне для біоритмів. Встановлено також існування амплітудних і частотних „вікон”, модулюючої частоти, у межах яких ефективність ЕМВ вища, ніж поза ними. Так, наприклад, встановлено, що за модулюючої частоти 16 Гц, відхилення від якої зменшує ефективність дії ЕМВ, спостерігається максимальний вихід Са2+ з тканин мозку експериментальних тварин (курчат).

Суттєвим є те, що біологічні ефекти мають резонансний характер по частоті ЕМВ, тобто реакція на опромінення у вузькому діапазоні довжин хвиль (приблизно 0,01 мм). Ці резонансні частоти є індивідуальними для кожної людини. Виниклі ефекти зберігається відносно довгий час за тривалого (не менше 0,5 – 1 год) та багаторазового впливу. Максимальна чутливість до дії ЕМВ міліметрової довжини хвиль (30 – 300 ГГц) спостерігається при опроміненні зон акупунктури, але ефект може носити опосередкований характер, коли місце опромінення не співпадає з органами чи системами органів, в яких спостерігаються зміни. За лікувальних та профілактичних використань міліметрових хвиль порогова потужність ЕМВ мізерна порівняно з потужністю теплового потоку, який віддає організм у довкілля. Слід відмітити, що за деяких довжин хвиль міліметрового діапазону може спостерігатися загальна реакція організму – емоційне піднесення, збудження, або, навпаки, пригнічення чи сонливість.

ННЧ- і ПНЧ-випромінювання. Надтонизької частоти (до 30 Гц) і понаднизької частоти (30 – 300 Гц) випромінювання здатні імітувати електричні зміни, які звичайно протікають в клітинах організмів. Це, мабуть, і лежить в основі потенційної здатності цих випромінювань прискорювати ріст пухлин, що можна пояснити декількома

235

причинами. По-перше, випромінювання таких частот збільшує активність оротиніндекарбоксилази, і цей ефект пов’язують з пришвидшеним розвитком клітин пухлин. По-друге, порушуються міжклітинні зв’язки, що теж пов’язують з ростом пухлин. По-третє, за дій ЕМВ таких частот посилюється здатність клітинних мембран до сприйняття хімічних сполук, які прискорюють ріст клітин пухлин.

Подібні біологічні ефекти ННЧта ПНЧ-випромінювань виникають тільки при певній потужності ЕМП і залежать від виду їх хвиль. Так, найефективнішим є імпульсне випромінювання радарів і пилкоподібне, яке генерується схемами телевізорів та дисплеїв комп’ютерів. Найменш ефективними є синусоїдальні хвилі, які характерні для електрики, що використовується в побуті.

Особливості біологічної дії магнітних полів. Магнітні властивості біологічних тканин, як і інших речовин, визначаються відносною (µ) і абсолютною (µ´) магнітними проникностями, причому µ = µ´/µ0, де µ0 - магнітна постійна (µ0 = 1,26·10-6 Гс/м). Для біологічних тканин магнітні властивості проявляються слабо, їх магнітна проникність близька до нуля, тому що основу клітин складає діамагнетик вода. Разом з тим певні речовини в клітині є парамагнетиками (намагнічуються за напрямком поля). Це, зокрема, молекулярний оксиген, розчини електролітів, вільні радикали тощо. Існують також феромагнетики (характерна залишкова намагніченість) – ферум, кобальт, нікель та ін., які входять до складу ряду біологічно важливих речовин (ферментів, цитохромів, ферумвмісних білків тощо). За ступеню ризику виникнення патологічних станів можливі наступні ефекти, які залежать від величини індукованого магнітного поля (табл. 9.10).

Таблиця 9.10. Вірогідні біологічні ефекти, які викликаються магнітним полем

Примітка: результати отримані при дії магнітних полів промислової частоти (50 Гц) протягом 4 год на людину.

Встановлено, що магнітне поле здатне спричинювати гальмування функціональної активності кори головного мозку, що приводить до зниження порогу відчуття болі. У тих, хто працює в підвищених магнітних полях, відмічено збільшення вмісту γ-глобулінів, зниження вмісту нуклеїнових кислот, зменшення швидкості зсідання крові.

Одним з добре вивчених ефектів дії магнітних полів є магнітофосфен – мерехтіння світла в очах. Це явище виникає при відносно великій індукції магнітного поля – 10 – 20 мТл. В момент припинення впливу магнітного поля ці відчуття зникають. Їх виникнення є результатом непрямої дії на зоровий аналізатор наведених електричних струмів.

Дія постійних магнітних полів у людей не викликає будь-яких відчуттів. Інколи постійні магнітні поля понад 2 Тл протягом декількох хвилин у певних людей викликають зміну смакових відчуттів.

За хронічної дії магнітних полів промислової частоти (50 Гц) можливі функціональні зміни з боку нервової, серцево-судинної, ендокринної та дихальної систем. Загальна дія магнітних полів проявляється, як правило, у вигляді вегетосенситивного поліневриту, астеновегетативного синдрому або їх сумісного прояву. Ці явища проявляються в областях тіла, які безпосередньо підпадають під вплив магнітних полів, найчастіше в руках. Найбільш частою скаргою є відчуття свербежу, може з’явитися набряк і ущільнення шкіри, зміна кольору шкірних покривів, порушення капілярної сітки, в деяких випадках розвиток гіперкератозу.

Зміни, які виникають у початковій стадії, після лікування та тимчасового припинення опромінення зникають.

У професійних працівників, які опромінювалися не менше 3 год на добу протягом року і більше, відмічалось підвищена частота розвитку лейкозів, але це потребує додаткових досліджень.

Комбінована дія неіонізуючих ЕМВ з іншими чинниками довкілля. Неіонізуючі ЕМВ можуть за комбінованої дії з іншими чинниками довкілля проявляти адитивні, антагоністичні або синергічні ефекти. Одним з таких чинників фізичної природи є іонізуюча радіація. Так, в дослідах на щурах показано, що попереднє

237

багаторазове опромінення щурів ЕМВ частотою 2,5 МГц низької інтенсивності (200 мкВт/см2) підвищувало майже в 1,5 разів виживаність цих тварин, які були опромінені -променями в дозі 5,5 Гр. В той же час більш високоінтенсивне ЕМВ (10 - 100 мВт/см2) зменшувало середню тривалість життя. Синергізм неіонізуючого та іонізуючого випромінювання проявляється при дозах, коли летальна дія іонізуючої радіації обумовлена ураженням кровотворної системи (6 Гр), а не шлунково-кишкового тракту (12 Гр).

Неіонізуюче ЕМВ високої інтенсивності широко застосовується для підвищення ефективності дії іонізуючого випромінювання при лікуванні злоякісних пухлин. При цьому ПВЧ-випромінювання використовується для розігрівання поверхнево розміщених пухлин, а УВЧ-випромінювання – для глибоко розміщених пухлин. Більш довгохвильове випромінювання використовується при необхідності підвищення температури всього тіла.

Досліджена також комбінована дія неіонізуючого ЕМВ та інших, крім іонізуючої радіації, чинників довкілля, зокрема, підвищеної температури. Встановлена можливість синергічної взаємодії низькоінтенсивних ПВЧ-випромінювань і високої температури довкілля або абсолютної температури тіла людини. Такі відомості необхідні при оцінці безпечних рівнів неіонізуючого ЕМВ за екстремальних умов довкілля, у виробничих приміщеннях з підвищеною температурою повітря.

9.7. Дозиметрія неіонізуючих ЕМВ.

Дозиметрія поглиненої енергії неіонізуючих ЕМВ є складною проблемою, оскільки не існує універсального методу виміру зовнішнього та внутрішнього ЕМП. Крім того, у багатьох випадках знання тільки ЩПЕ, який падає на біооб’єкт, або енергії, яка ним поглинається, недостатньо для інтерпретації ефектів, що спостерігаються. Діло в тому, що необхідно ще знати просторове розподілення поглиненої енергії всередині біооб’єкту, яке суттєво різниться всередині тіла. Слід враховувати, що просторове розподілення поглиненої енергії ЕМВ в тілі тварин і людини має певні відмінності. Так, за ЕМВ високих частот (більше 100 МГц) значення максимальної середньої питомої поглиненої енергії в тілі людини нижче, ніж в тілі експериментальних тварин (мишей, щурів, мурчаків, кролів, собак та ін.). В той же час при відносно низьких частотах (менше 100 МГц) поглинена питома енергія в тілі людини більша, ніж в тілі дрібних тварин за однієї й тієї ж ЩПЕ.

238

Для кількісної оцінки дії неіонізуючих ЕМВ найчастіше визначають кількість енергії, яка поглинається біооб’єктом при його опроміненні, або зв’язана з нею поглинена доза і потужність поглиненої дози. Одним з методів виміру сумарної поглиненої енергії об’єктом, який опромінюється ЕМВ, є використання хвилеводних ліній. У цьому випадку об’єкт розміщують всередині хвилеводу, а поглинена енергія визначається за різницею падаючої енергії і тієї, яка відбилася. Слід відмітити, що кількість поглиненої енергії значно змінюється при розміщенні об’єкта опромінення поблизу вертикальних відбиваючих поверхонь. Так, на резонансних частотах для всього тіла поглинання ЕМВ об’єкту, який знаходиться поблизу відбиваючої вертикальної поверхні, може збільшитися в 2 – 10 разів в залежності від геометричних розмірів об’єктів та вібиваючих поверхонь.

Більш універсальним методом виміру поглиненої енергії є метод калориметрії. В його основу покладено вимір кількості тепла, яке виділяється в об’єкті при поглинанні ЕМВ за певний час. По величині сумарного поглинання енергії оцінюється потужність поглиненої дози.

В даний час широко застосовуються методи диференціальної та

квазіадіабатної калориметрії. Принцип дії диференціального калориметру заснований на виміру різниці енергій, які необхідні для підтримування рівних температур на поверхні двох однакових комірок, в одній з яких знаходиться об’єкт з більш низькою температурою.

Принцип дії квазіадіабатного калориметра заснований на створенні суттєвої різниці між коефіцієнтом теплорозсіювання досліджуваного об’єкта і коефіцієнтом розсіювання самого калориметра, при контакті з оточуючим повітрям.

Основний параметр, який характеризує поглинання електромагнітної енергії біооб’єктом, – питомий переріз поглинання σ (см2/г). Він еквівалентний значенню потужної поглиненої дози на одиницю ЩПЕ і визначається наступним співвідношенням:

σ = Q/(ЩПЕ·m·t),

де Q - поглинута енергія, ЩПЕ – щільність поглинутої енергії, m – маса біооб’єкта, t – час опромінення.

Потужність поглиненої дози (ППД) визначається рівнянням:

ППД = Q/(m·t)

Оскільки ППД є параметром, який обумовлює біологічні ефекти за дії ЕМВ, то він найчастіше і використовується.

9.8. Нормування неіонізуючих ЕМВ

239

Теплові та неспецифічні (нетеплові) ефекти взаємодії ЕМВ з біологічними об’єктами стали основою принципів їх гігієнічного нормування, встановлення гранично допустимих рівнів (ГДР). Важливим є питання про критерії та рівні ризику.

У більшості країн норми безпеки за дії ЕМВ базуються на їх тепловому ефекті з уточненням за допомогою математичних моделей, які описують нагрівання тканин експериментальних тварин і людини

вЕМП. Основні первинні параметри – це значення питомого поглинання енергії та допустимий струм в тканинах людини. На їх основі розраховуються допустимі значення ЩПЕ ЕМВ.

Інший підхід, який є більш жорсткий, був розроблений у колишньому СРСР. Він ґрунтується на існуванні специфічних ефектів ЕМВ та їх потенційної небезпеки. При цьому за основу беруться зміни

всерцево-судинній, кровотворній та центральній нервовій системах. Ці нормативи базуються на даних санітарно-гігієнічних спостережень на виробництві, причому з 10-кратним запасом для забезпечення безпеки від непередбачених наслідків і похибок дозиметрії. Але слід врахувати, що зміни певних фізіологічних функцій не в повній мірі здатні бути виправданими критеріями при оцінці ГДР. Крім того, мабуть, 10-кратний коефіцієнт запасу обраний довільно і надто високий.

Сучасні „Санітарні правила” і норми та „Державні стандарти” основані на великому об’ємі медико-біологічних досліджень з урахуванням ефектів слабоінтенсивних пролонгованих впливів, кумуляції ефектів за хронічної дії тощо. Слід відмітити, що через різний підхід в нормуванні дії ЕМВ (в основі теплові чи специфічні ефекти) нормативи в Україні та Російській Федерації у 100 і більше разів більш жорсткі, ніж в ряді країн, зокрема США. Так, наприклад, для ПВЧ-печей ГДР ЩПЕ складає 10 мкВт/см2 на відстані 50 см, а в США – 5мВт/см2, Канаді – 1мВт/см2.

Нормування радіочастот. В основі нормування радіочастот (частота 3·103 - 3·1011 Гц) лежить визначення енергетичної експозиції (ЕЕ). В діапазоні частот до 300 МГц, коли довжина хвилі перевищує розміри опромінюваних біологічних об’єктів, зокрема тіла людини,

електрична складова енергетичної експозиції ( EEE ) визначається

співвідношенням:

EEE E2 T

де E - напруженість електричного поля, Вт/м, T - час опромінювання, год.