Радіобіологія фул вершин (передмовалесс, вступлесс етс. едишн)

270

білої раси в тій же зоні за практично однакової частоти онкозахворювань, які відмінні від онкозахворювань шкіри.

На відміну від шкіри, у очей та оточуючих їх тканин не розвивається стійкість до повторюваних впливів УФ– випромінювання, тому захист від них повинен бути при всіх впливах.

Ультрафіолетове випромінювання грає важливу роль в забезпеченні організму вітаміном Д, який приймає участь в регуляції фосфорно-кальцієвого обміну. Його нестача веде до розвитку рахіту, карієсу і, можливо, раку передміхурової залози. Доза УФ– випромінювання, яка необхідна для добового забезпечення організму вітаміном Д, відповідає перебуванню на відкритому сонці протягом 0,5 – 1 год на широті Києва. Фотобіосинтез вітаміну Д є саморегулюючим процесом і виключає можливість гіпервітамінозу. В той же час підвищений вміст вітаміну Д викликає відкладання кальцію в різних органах, що може привести до їх некротичного переродження. Інтенсивність фотобіосинтезу вітаміну Д за однакового потоку УФ–випромінювання зменшується з підвищенням пігментації шкіри. Слід відмітити, що крім забезпечення фотобіосинтезу вітаміну Д, певну роль УФ–випромінювання грає у загальному оздоровчому ефекті організмів. Таким чином, крім максимально допустимих рівнів впливу УФ–випромінювання існує також мінімально необхідний оздоровчий.

9.13. Звукові коливання

Звукові (акустичні) коливання – це послідовність хвиль стиснення та розрядження в оточуючому середовищі. Швидкість розповсюдження звукових хвиль у повітрі (при 00С) складає 330 м/с, у воді (при 250С) – 1500 м/с, жирових тканинах 1445 – 1485 м/с, в м’язових тканинах 1530-1600 м/с.

Інтенсивність звуку (I) – це кількість енергії, що проходить через одиницю площі поверхні, яка перпендикулярна до напрямку поширення звукової хвилі, за одиницю часу:

I SE t ,

де Е – енергія; S – площа; t – час.

Звуковий тиск (P) лінійно зв’язаний за амплітудою звукових коливань, а його квадрат (P2) пропорційно енергії звуку. Для будьяких двох інтенсивностей (І1 і І2):

271

За законом Вебера-Фехнера відчуття гучності звуку, яке виражають в децибелах (дБ), логарифмічною залежністю зв’язане з інтенсивністю звуку і, відповідно, звуковим тиском:

де L – гучність звуку; І0 і І – відповідно граничне та існуюче значення інтенсивності звуку; P0 i P – відповідно граничне (2·105 Па на частоті 1 кГц) та існуюче значення тиску.

Звукові коливання діють на органи слуху і здатні викликати звукові відчуття людини, якщо їх частота коливається в межах від 10

– 15 Гц до 20 кГц. Більш низькочастотні звуки (довжина хвилі більш 10м) здатні огинати тіло людини, а більш високочастотні – відбиваються. На частоті біля 1 кГц довжина хвилі порівняна з розмірами голови людини.

Звукові коливання, які знаходяться за межами слухового діапазону, можуть сприйматися іншими органами чуття. Так, наприклад, звукові хвилі з частотою нижче 15 – 20 Гц можуть сприйматися органами дотику. Звукові хвилі, частота яких перевищує слуховий діапазон, можуть сприйматися у вигляді болю, яка викликається перегрівом барабанної перетинки вуха.

Таблиця 9.22. Залежність слухової чутності від інтенсивності звуку на частоті 1кГц

вуха

272

Залежність слухової чутності від інтенсивності звуку для частоти 1 кГц наведена в табл.

9.22.

Ультразвук. Звукові коливання з частотою від 20 кГц до 1 ГГц називають ультразвуком. Ці коливання добре розповсюджуються у воді, але швидко згасають у повітрі та інших газах. Їх розповсюдження підкоряється усім законам, які притаманні звуковим хвилям, тобто вони здатні відбиватися, переломлюватися і дифрактувати при наявності перешкоди межі розділу середовищ. Швидкість розповсюдження ультразвуку залежить від середовища, а інтенсивність зменшується експоненційно зі збільшенням відстані від джерела. Ультразвук внаслідок малої довжини хвилі, знайшов широке застосування для дослідження структури органів. Завдяки йому вдається розгледіти неоднорідності у м'яких тканинах, які не виявляються при рентгенівських дослідженнях через невелику різницю за щільністю нормальних та патологічних тканин. В діагностичних цілях використовують ультразвук частотою 1 – 10 МГц при середній інтенсивності не менше 0,05 Вт/м2. Висока роздільна здатність (1 – 2мм), безпечність, можливість проведення багаторазових досліджень сприяють широкому розповсюдженню ультразвукових обстежень.

За допомогою розробленого методу акустотермографії можна вимірювати температуру тіла, в онкології – температуру пухлин в глибині тіла при їх нагріванні ультразвуком, як і УВЧ та ПВЧ випромінюванням.

Ультразвук використовується в медицині ще як стерилізуючий засіб; в променевій терапії – для локального нагріву пухлин спільно з протипухлинними препаратам або іонізуючим випромінюванням; в хірургії – для розрізування тканин (як скальпель) та з’єднання („зварювання”) зламаних кісток; для введення лікарських препаратів через шкіру (фонофорез) тощо.

За дії ультразвукового випромінювання високої частоти та інтенсивності виникають „руйнувальні” ефекти – миттєве механічне руйнування клітин та їх структур. Це обумовлено тим, що ультразвукові хвилі здатні викликати денатурацію білків цитоплазми. Найбільший ефект проявляється у обмеженій області частот, коли має місце явище резонансу. Резонуючими структурами є, зокрема, молекули білків за дії ультразвуку певної частоти.

Руйнівний вплив ультразвуку має місце за інтенсивності не нижче 4∙104 Вт/м2. Встановлено, що за інтенсивності понад 5∙104 Вт/м2 у м’язовій тканині спостерігаються вже незворотні морфологічні зміни, які полягають у рухах молекул, що викликають тертя, а також у підвищенні температури. За дії ультразвуку цієї інтенсивності на

273

кістковий мозок спостерігається деструкція ядер клітин, руйнування стінок пазух, що приводить до кровотеч у поверхневому шарі. Відбувається також поява вогнищ некрозу, місцями спостерігається картина інфаркту.

Інтенсивність ультразвукового випромінювання при його проходженні через речовину зменшується у відповідності з законом Бугера:

I x I 0 x

де І0 – інтенсивність падаючого випромінювання, Іх – інтенсивність на глибині х речовин, µ - коефіцієнт ослаблення, який обумовлений поглинанням (µα) та розсіюванням (µS); для м’яких тканин µα змінюється в межах від 0,6µ до 0,9µ.

Слід відмітити, що при розсіюванні ультразвуку в певному місці, його енергія може поглинатися в іншому.

Швидкість виділення тепла в одиночному об’ємі Q визначається рівнянням:

Q I

Якщо відсутня втрата тепла через теплопровідність, конвекцію та випромінювання, то

швидкість збільшення температури.

При розповсюдженні ультразвуку високої інтенсивності в рідині за рахунок послідовних стискань та розряджень виникають пухирці газу або пари (кавітаційні пухирці), що викликають нетеплові гідродинамічні збурення в рідині. Кавітація у воді виникає за інтенсивності ультразвуку біля 0,5 Вт/м2 при частоті 30 кГц, 1 кВт/м при частоті 1 МГц. Кавітація може спричинити хімічні реакції, збудження люмінесценції, деградацію макромолекул і біополімерів тощо. Енергія ультразвукових коливань також за нетеплових явищ може перетворюватись в енергію зсувних напруг течії рідини. Акустична течія – це односпрямована циркуляція рідини, що виникає під час впливу ультразвукових хвиль. Зсувні напруги, особливо в ділянці границь розмежування, можуть бути досить великими і викликати зміни або пошкодження в тканинах.

274

В природі ультразвук зустрічається як супутнє випромінювання багатьох природних бітумів, серед звуків тваринного світу. Деякі тварини (кажани, дельфіни, кити, певні гризуни і комахи) використовують ультразвук для орієнтування у просторі. Деякі тварини (собаки, кішки, мурчаки та ін.) здатні сприймати деякі високочастотні звуки з частотою декількох десятків кГц.

Інфразвук. Звукові коливання з частотами менше 16 Гц називаються інфразвуком. При великих інтенсивностях людина може сприймати інфразвук у вигляді больових відчуттів. Ці коливання виникають при турбулентному русі автомобілів, поїздів, тварин, людей тощо; при обдуванні перешкод. Інфразвук міститься у шумі моря, лісу, атмосфери. Всякий гомін супроводжується інфразвуком. Таким чином, інфразвук є складовою частиною шумового забруднення довкілля і може посилюватися у приміщеннях.

Велика довжина хвилі інфразвуку (більше 20 м у повітрі та 100 м у воді) дозволяє цим коливанням огинати перешкоди і розповсюджуватися на великі відстані через мале поглинання та розсіювання. Сейсмічні хвилі в земній корі, які складаються, в основному, з інфразвукових хвиль, пронизують всю Землю. Ця властивість інфразвуку використовується для дослідження внутрішньої структури Землі. Широко розробляються методи використання інфразвуку для попередження виникнення землетрусів.

Багато тварин чують інфразвук, зокрема з частотою 8 – 1 5 Гц. Це відбивається на їх поведінці напередодні землетрусів, цунамі, тайфунів, штормів. У здорових людей інфразвук інтенсивністю 80 – 100 дБ може викликати підвищену втомленість, сонливість, психічне пригнічення тощо. За дії інфразвуку інтенсивністю 105 дБ у 2 рази уповільнюється зорова реакція людини, за інтенсивності 120 дБ виникають загальні неприємні відчуття, за 140 дБ відчувається тиск на барабанну перетинку, за 150 дБ в цій області з’являється біль. При подальшому підвищенні інтенсивності інфразвуку з’являється додатково сухість в горлі, бухикання, відчуття задуху. При інтенсивності ультразвуку 170 – 190 дБ спостерігається розширення судин легенів і крововиливи, порушення дихання, зміни функціонування вестибулярного апарату та ін. Виявлені також в крові зміни активності ацетилхолін естерази, що призводить до підвищення вмісту ацетилхоліну.

Найбільш чутливими до дії інфразвуку є люди, які страждають серцево-судинними захворюваннями. Небезпечними є інфразвукові вібрації, за дії яких у людини можуть виникати небезпечні резонансні коливання окремих органів, коли їх власні частоти співпадають з частотами вібрації. Руйнівний вплив інфразвук проявляє і при співпаданні його

275

частоти з особистою частотою коливання об'єкту опромінення. Саме тому інфразвук високої інтенсивності розглядається як потенціальна зброя.

Особисті акустичні поля організму. Навколо організмів існують акустичні поля, серед яких виділяють три діапазони: 1) низької частоти (менше 103 Гц); конхлеарну акустичну емісію – випромінювання з вуха людини (характерна частота 103 Гц); 3) ультразвукове випромінювання (1 – 10 МГц). Діапазон особистого акустичного випромінювання людини обмежена з боку довгих хвиль механічними коливання тіла (0,1 Гц), а з боку коротких хвиль – ультразвуковим випромінюванням (близько 10 МГц).

Акустичні поля людини в цих діапазонах мають різну природу. Так, низькочастотне випромінювання створюється при функціонуванні органів та їх системи: дихальними рухами, биттям серця, струмом крові в судинах тощо. Вони супроводжуються коливанням поверхні тіла. Це акустичне випромінювання практично повністю відбивається назад від шкіри і тому не виходить назовні. Коефіцієнт відбиття таких акустичних хвиль близький до одиниці тому, що густина тканин тіла людини близька до густини води, яка майже в тисячу разів вища густини атмосферного повітря.

Низькочастотні акустичні випромінювання дають інформацію про роботи дихальної, кровоносної систем, серця, нервової системи та ін. Вона використовується в діагностичних цілях, так наприклад, для діагностики стану серця розроблено метод фонокардіографії.

У всіх наземних хребетних існує спеціальний слуховий орган – вухо, в якому відбувається узгодження між атмосферним повітрям та рідинним середовищем. Середнє та внутрішнє вухо забезпечує майже без втрат передачу енергії звукових хвиль з довкілля до звукових рецепторів, так і навпаки – з вуха у довкілля. Цей діапазон акустичних випромінювань названий конхлеарною акустичною системою (КАС) тому, що джерело випромінювання локалізовано у завитку (cochlea) органу слуху. Виділяють спонтанну КАЕ та акустичне відлуння.

Спонтанна КАЕ – самодовільне неперервне випромінювання звуку з вух людини. Частоти КАЕ у різних людей відмінні і лежать у діапазоні 0,5 – 5 кГц. Рівень звукового тиску досягає 20 дБ, що в 10 разів вище граничного значення, яке здатне сприймати людське вухо на частоті 1 кГц.

Явище КАЕ спостерігається, в середньому, у 25% чоловік і 50% жінок. Воно зв’язане з діяльністю так званих зовнішніх волоскових клітин, які розміщені в кортиєвому органі завитку. У відповідь на звукову хвилю, яка надходить з довкілля, вони змінюють свої розміри і викликають у зовнішньому вусі механічні коливання, які здатні

276

розповсюджуватися у зворотному напрямку – з вуха у довкілля через середнє вухо.

Акустичне відлуння – це явище випромінювання звукових хвиль через деякий час після подавання у вухо короткого звукового сигналу. Воно використовується для діагностики слуху у новонароджених в перші декілька днів життя. Рання діагностика дозволяє вже з перших днів життя прийняти міри послаблення несприятливих наслідків, які можуть привести до глухоти.

Відносно особистого ультразвукового випромінювання доцільно відмітити наступне: воно є наслідком хаотичного теплового руху атомів та молекул. Ці хвилі аналогічні до ЕМВ у відповідному частотному діапазоні. Особливість цих акустичних хвиль полягає в тому, що чим вища їх частота, то тим сильніше вони затухають. Тому з глибини тіла з відстані 1 – 10 см можуть дійти тільки ультразвукові хвилі з частотою не більше 0,5 – 10 МГц, які викликані теплом. Інтенсивність їх пропорційна температурі тіла.

Контрольні питання та завдання

1. Дайте визначення поняттю електромагнітне випромінювання (ЕМВ), електромагнітне поле (ЕМП), електромагнітні хвилі (ЕМХ).

277

2.Який діапазон електромагнітних хвиль відноситься до неіонізуючих

ЕМВ?

3.Наведіть класифікацію неіонізуючих ЕМВ:

1)радіотехнічну;

2)електротехнічну;

3)медичну.

4.Який діапазон ЕМХ відноситься до оптичного і чому?

5.За якими законами відбувається розповсюдження ЕМВ?

6.Наведіть одиниці виміру:

1)напруженості електричного поля;

2)напруженості магнітного поля;

3)щільності потоку енергії;

4)індукції магнітного поля.

7.Дайте характеристику ЕМП Землі.

8.Охарактеризуйте неіонізуючі ЕМВ Сонця.

9.Дайте характеристику неіонізуючих ЕМВ: 1) радіолокаційних станцій; 2) систем супутникового зв’язку; 3) теле- і радіостанцій;

4) базових станцій і мобільних телефонів стільникового зв’язку.

10.Наведіть основні джерела неіонізуючих ЕМВ персональних комп’ютерів.

11.Дайте характеристику неіонізуючих ЕМВ основних

випромінюючих пристроїв персональних комп’ютерів:

1)дисплею;

2)системного блоку (процесору);

3)джерелам живлення.

12.Охарактеризуйте ЕМП побутових приладів та міри захисту від

них.

13.Охарактеризуйте електропроводку, як джерело ЕМП промислової частоти.

14.Дайте характеристику електротранспорту, як джерела неіонізуючих ЕМВ.

15.Наведіть основні характеристики ліній електропередач (ЛЕП) як джерела ЕМВ.

16.Охарактеризуйте особисті ЕМП організму людини.

17.В чому суть явища біохемілюмінесценції?

18.Які основні ефекти виникають за дії неіонізуючого ЕМВ на біологічні об’єкти? Дайте їм характеристику.

19.Охарактеризуйте за частотними діапазонами особливості біологічної дії неіонізуючих ЕМВ.

278

20.Дайте визначення понять „глибина проникнення” та

„ефективний переріз” ЕМВ. В чому полягає доцільність їх використання для характеристики біологічної дії ЕМВ?

21.Наведіть основні зміни в організмах, які виникають за теплових ефектів, що індуковані неіонізуючими ЕМВ.

22.Чим обумовлені та в чому проявляються специфічні ефекти неіонізуючих ЕМВ на організми?

23.В чому полягає сутність резонансного характеру біологічних ефектів за дії неіонізуючих ЕМВ?

24.Особливості біологічної дії ЕМВ наднизької та понаднизької частоти.

25.Охарактеризуйте основні біологічні ефекти дії змінного магнітного поля промислової частоти.

26.Охарактеризуйте основні методи дозиметрії неіонізуючих ЕМВ:

1)використання хвилеводних ліній;

2)диференціальної калориметрії;

3)квазиадіабатної калориметрії.

27.Які існують підходи щодо розробки гранично допустимих рівнів (ГДР) неіонізуючих ЕМВ?

28.Які показники лежать в основі нормування неіонізуючих ЕМВ

вдіапазоні частот до 300 МГц і в більш високочастотному? Обґрунтуйте їх вибір.

29.Наведіть числові значення ГДР ЕМВ для низьких, середніх, високих, дуже високих, ультрависоких і понадвисоких частот.

30.Наведіть числові значення ГДР ЕМВ для телевізійних станцій.

31.Які нормативи для ЕМВ радіолокаційних станцій (РЛС)?

32.Які існують вимоги щодо ГДР від декількох джерел неіонізуючої ЕМВ?

33.Які підходи покладені у нормування неіонізуючих ЕМВ персональних комп’ютерів?

34.Наведіть числові значення ГДР ЕМВ персональних комп’ютерів стосовно:

1)напруженості електричного поля;

2)індукції магнітного поля;

3)поверхневого електростатичного потенціалу.

35.Які існують регламенти щодо користування персональним комп’ютером дітьми?

36.Наведіть нормативи щодо гранично допустимої величини енергетичного навантаження (ГДРЕН) для професійних працівників базових і мобільних станцій стільникового зв’язку та населення, яке підпадає під дії випромінювання цих станцій.

279

37.Які існують вимоги щодо нормування ЕМВ мобільних телефонів?

38.Наведіть нормативи ЕМВ промислової частоти.

39.Наведіть числові значення розміру санітарно-захисної зони ЛЕП існуючих електричних напруг.

40.Наведіть числові значення ГДР напруги струмів дотику.

41.Які існують принципи добору захисних екранів від неіонізуючих ЕМВ?

42.Охарактеризуйте основні особливості колективних та індивідуальних мір захисту від неіонізуючих ЕМВ.

43.Наведіть основні міри захисту від неіонізуючих ЕМВ:

1)організаційні;

2)інженерно-технічні;

3)санітарно-профілактичні.

44.Обґрунтуйте можливість використання лісонасаджень для захисту від неіонізуючих ЕМВ.

45.Які вимоги ставляться до екрануючих від ЕВМ тканин?

46.Охарактеризуйте захисні від ЕВМ тканини з відкритою металізацією та ті, у яких металевий мікропровід вплетений в бавовняні нитки.

47.Наведіть основні міри захисту від ЕВМ персональних комп’ютерів.

48.Які існують міри захисту від ЕВМ побутових приладів?

49.Як забезпечити мінімальне ЕВМ електропроводки?

50.Основні міри захисту від змінного магнітного поля промислової частоти.

51.Охарактеризуйте основні джерела інфрачервоного випромінювання (ІЧ–випромінювання).

52.Наведіть та обґрунтуйте основні біологічні ефекти ІЧ– випромінювання.

53.Охарактеризуйте особисте ІЧ–випромінювання організму

людини.

54.Які існують вимоги щодо виникнення фотохімічних реакцій за дії видимого світла?

55.Охарактеризуйте основні біологічні ефекти, які виникають за дії видимого світла.

56.Охарактеризуйте особисте випромінювання організму людини

увидимому діапазоні електромагнітних хвиль.

57.Дайте загальну характеристику неіонізуючому ультрафіолетовому випромінюванню (УФ–випромінювання). Які основні його джерела?