CC BY
198
УДК 681.51.538.8 Суворов Н. Б., д-р биол. наук,
НИИ экспериментальной медицины Северо-Западного отделения РАМН, Санкт-Петербург
Некоторые проблемные вопросы электромагнитной экологии человека
Ключевые слова: электромагнитные поля, биотропные параметры, биологические эффекты
В статье представлены результаты исследований биологического действия электромагнитных полей (ЭМП), включая сверхширокополосные импульсные излучения. Приведены данные о влиянииразличных режимов облучения и рассмотрена роль биотропных параметров в реализации биологических эффектов. Затронуты вопросы медицинского применения ЭМП.
биообъекта, а время достижения этого градиента обратно пропорционально его массе. В то же время многие публикации по биоэффектам СВЧ-облу-чений не содержат необходимых для воспроизведения сведений: подробных и точных количественных характеристик (метрологии) применяемого фактора, условий облучения, наличия или отсутствия контрольных групп.
Введение
Электромагнитные излучения естественного и искусственного происхождения, влияющие на состояние живых систем, являются неотъемлемой частью биотехносферы и значимым экологическим фактором.
В 30-е гг. прошлого века, на начальном этапе развития отечественной электромагнитобиологии, было замечено, что влияние электромагнитных полей (ЭМП) на человека зависит от физической характеристики действующей энергии (длины волны, силы и продолжительности действия, условий применения), биологических особенностей изучаемого объекта (вида, размеров тела, пола, возраста, здорового или патологического состояния и т. д.).
К настоящему времени список биотропных параметров ЭМП значительно пополнился: частотный диапазон, глубина проникновения, вид модуляции, локализация, ориентация объекта относительно векторов Е и Н идр.
Из опыта современных исследований следует вывод: частотная характеристика ЭМП заметно влияет на направленность функциональной зависимости между плотностью потока энергии (ППЭ) и временем облучения. В то же время прямой зависимости между глубиной проникновения излучения и выраженностью эффекта на организмен-ном уровне нет. Более поздние исследования влияния миллиметровых волн убеждают, что это не совсем так. Отмечена функциональная зависимость между соотношением скорости повреждения, восстановительных реакций и плотностью потока энергии. Определена зависимость коэффициента кумуляции от экспозиции и ППЭ облучения. Летальный градиент температуры не зависит от вида
Основная часть
При электромагнитном облучении внутри организма образуются интерференционные максимумы поглощения — «горячие точки». Для человека локальные максимумы, располагающиеся, как правило, внутри головы, возникают при облучении в диапазоне 750-2500 МГц. Максимум, обусловленный «резонансом» с общими размерами тела, находится в диапазоне 50-100 МГц. Поглощенная мощность зависит от формы и ориентации объекта относительно векторов ЭМП. Поглощение максимально, когда вектор Е параллелен длинной оси тела.
В работах по влиянию ЭМП СВЧ на центральную нервную систему (ЦНС) человека и животных подчеркивается, что некоторые результаты носят противоречивый характер, объясняющийся множеством биотропных параметров воздействия, учет совокупности которых не всегда представлялся возможным. Delgado [1], подчеркивая ведущую роль и чувствительность ЦНС к электромагнитным полям, нашел основания говорить об электромагнитном «засорении» мозга. Эффективными для оценки функционального состояния ЦНС являются электрофизиологические методы. Однако надежное определение состояния организма возможно только при сочетании различных методов и корректном метрологическом контроле. В основе тератогенных эффектов общего или локального ЭМП широкого диапазона лежит повышение температуры. Функциональные эффекты могут иметь место при уровнях, не приводящих к общему подъему температуры.
Важными биотропными параметрами ЭМП являются напряженность или плотность потока энергии, глубина проникновения, удельная поглощен-
ная мощность (УПМ), которая определяется, как правило, на тушках животных или фантомах, приближенных по форме к конкретному биообъекту и изготовленных из пластмасс с соответствующими электрофизическими характеристиками. Результаты таких измерений имеют относительный характер, поскольку не учитывается целый ряд специфических свойств, присущих только живым системам. Тем не менее УПМ характеризует энергетический эффект взаимодействия организма с ЭМП.
В 1975 г. Натиск, МсИее [2] определили УПМ у эмбрионов перепела при облучении с ППЭ = = 30 мВт/см2, 2450 МГц непрерывной генерации через сутки после начала инкубации. Для биообъектов, на 70-90 % состоящих из воды, УПМ = = 4200 х \Т/М (Вт/кг), где 4200 Дж/(кг-°С) — теплоемкость воды. Удельная поглощенная мощность при этом составила 14 мВт/г.
В результате исследований поглощения энергии в полосе 50-2450 МГц выявлена высокая вариабельность поглощения у человека (фантом) в диапазоне 50-800 МГц. При резонансе и при ППЭ = = 1 мВт/см2 УПМ достигала 0,36 Вт/кг. Максимальная УПМ локализована в области шеи. Термограммы доказали наличие индивидуальных резонансных частот для различных частей тела (шея, голова, руки, ноги). Резонансные явления и пространственное перераспределение УПМ на теле представляют наибольшую опасность. Облучение фантома человека частотой 350 МГц приводит к неравномерному поглощению энергии, и градиент локальной УПМ может достигать 8 Вт/кг.
Поглощение энергии тушками крыс: максимум средней УПМ приходится на 700 МГц. Максимумы локальной УПМ распределились следующим образом: 360 МГц — прямая кишка, 700 МГц — толстая кишка, 915 МГц — пищевод, 2450 МГц — головной мозг. Пороговым значением возникновения физиологических и поведенческих реакций у крыс на воздействие частоты 2450 МГц считается: ППЭ = 0,5 - 2,5 мВт/см2 с УПМ = 0,14 - 0,7 Вт/кг; у кроликов: ППЭ = 0,5-5 мВт/см2 с УПМ = 0,075 -- 0,75 Вт/кг.
Представленные краткие данные убедительно свидетельствуют, что поглощение электромагнитной энергии живыми системами имеет неравномерный характер, характеризующийся наличием «горячих точек». Существует множество гипотез о причинах этого эффекта. Авторами одной из них являются отечественные исследователи — представители биофизической школы Пущинского биологического центра РАН. Эксперименты проводились на моделях мембран. Оказалось, что при скачкообразном микроволновом нагреве мембраны, сформированной на отверстии в тонкой диэлектрической перегородке, до 10 °С нагрев электролита за 1-3-секундную экспозицию не превышал 0,2 °С (частота облучения 1000 МГц). На частоте 300 МГц нагрев электролита лежал в пределах сотых долей
градуса. Существенно, что в диапазоне частот 3002500 МГц эффект примерно обратно пропорционален частоте.
Методические и технологические трудности определения УПМ телом человека на частотах 0,1-3 ГГц были систематизированы только в 1990 г. Оценка поглощенной энергии по градиенту температуры, выполняемая на фантомах из тканеэквивалентно-го материала, эффективна при действии термогенных доз энергии. Для выявления распределения «горячих точек» приемлемы термографические методы. Рассматриваются термометрические датчики, фиброэластичные термометры, датчики электрического поля. Для этих целей используют также ЯМР-томографию. Рекомендуется использование нескольких методик (одновременно или последовательно), что повышает достоверность проводимых измерений. В настоящее время существуют методы неинвазивного определения УПМ у человека.
Как в настоящее время, так и в ближайшем будущем ожидаются лишь нарастание интенсивности антропогенных электромагнитных полей и расширение контингента лиц, подвергающихся облучению в окружающей среде и в процессе производственной деятельности. Проблема регламентации электромагнитных факторов имеет почти 50-летнюю историю.
В диапазоне 30 МГц-300 ГГц выделяют тепловое (10 мВт/см2 и выше) и нетепловое (ниже 10 мВт/см2) действия ЭМП. Вот данные об уровнях облучения персонала гражданских аэропортов: радиолокационные станции, работающие в диапазоне частот 300 МГц-37,5 ГГц в импульсном режиме с частотой до 1000 имп./с, создают на рабочих местах ППЭ до 10 мкВт/см2, а на открытой территории — до 3700 мкВт/см2. Энергетическая нагрузка на технический персонал составляет 563,5-5740 мкВт-ч/см2. Нагрузка на лиц, не связанных с обслуживанием радиосистем, достигает 1672,6 мкВт-ч/см2.
Для оценки пороговых значений ЭМП для населения определены следующие критерии: катарак-тогенный эффект, уменьшение времени жизни, нарушение теплового баланса, летальные эффекты. Для человека в условиях профессиональной деятельности критерии другие: работоспособность (производительность труда), соматическое здоровье, генетические последствия. УПМ для профессионалов предполагается 0,4 Вт/кг в течение 1 ч экспозиции. Абсолютно необходим учет режимов облучения и времени действия. Важен спектр модулированных ЭМП, особенно в низкочастотной области, поскольку именно в этих диапазонах, включая декасекундные, развертывается цепочка управляющих сигналов в ЦНС. По характеру модуляции выделяют ряд самостоятельных групп ЭМП и рассматривают их с учетом как линейной, так и круговой поляризации. При дальнейшем развитии такой концепции предельно допустимые
уровни (ПДУ) будут выглядеть как многофакторные функции частоты, экспозиции, режимов модуляции и т. д. В конечном итоге регламентация биоэффектов ЭМП превратится в систему управления. ПДУ, рассчитанные из предельно допустимой УПМ при равномерном поглощении энергии всем телом, не отличаются полной корректностью, так как не учитывают неравномерности поглощения, проявляющегося, в частности, в виде «горячих точек». Для определения достоверности применения средней УПМ в одной из лабораторий ВВС США разработана система, измеряющая локальные УПМ. Неясно, однако, в каких частях тела и сколько раз необходимо измерить УПМ для формирования гигиенических ПДУ.
В России весь диапазон интенсивностей ЭМП был разделен на три зоны: подпороговая зона, зона адаптивного восприятия, зона поражения. Исходя из принятых принципов гигиенической регламентации порог вредного воздействия лежит на границе адаптационных реакций и поражения. В гигиенической практике принято международное деление ЭМП на нормируемые диапазоны, основанные на технической классификации. Для каждого из них определены собственные ПДУ. В диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц регламентируются: предельно допустимые уровень плотности потока энергии ППЭпд и энергетическая экспозиция ЭЭпд = ППЭпдТ. Энергетическая экспозиция за рабочий день, кроме облучения от сканирующих и вращающихся антенн, не должна превышать 200 мкВт-ч/см2. В последнем случае в расчеты вводятся поправочные коэффициенты, зависящие от скважности, т. е.
ППЭпд = КЭЭпд/Т,
где Т — время; К — коэффициент ослабления биологической эффективности: К = 1 для непрерывных режимов генерации, К = 10 для облучения от вращающихся и сканирующих антенн, К = 12,5 для случаев облучения кистей рук.
При воздействии на руки ЭЭпд = 2500 мкВт • ч/см2; при времени облучения меньше 12 мин ППЭпд = = 5000 мкВт/см2, но при этом ППЭ на другие части тела не должна превышать 10 мкВт/см2. Для модулированных ЭМП нормируемым параметром является среднеквадратичное значение ППЭ.
Центральная нервная система является одной из самых чувствительных к ЭМП. В исследованиях вызванных потенциалов (ВП) вертекса кошек на радиоимпульсы 2450 МГц длительностью 2,525 мс и пиковой мощностью до 100 кВт выяснилось, что латентный период ВП на радиоимпульс меньше, чем на звуковой сигнал, и представляет собой серию волн на протяжении 10 мс после радиоимпульса. При увеличении длительности радиоимпульса амплитуда ВП росла, достигая некоторого «плато» с небольшими осцилляциями. Речь идет о прямом действии радиоимпульсов указанной интенсивности на головной мозг.
Прямое действие ЭМП на головной мозг проявляется и в виде эффектов «радиозвука», обобщенных Хижняком, Тяжеловым [3]. Использовалось ЭМП 800 МГц с импульсной модуляцией (5020 000 имп./с, 5-200 мкс). Установлены два вида радиозвука: высокочастотный — ощущается звук, адекватный восприятию акустического сигнала, в спектре которого есть гармоники выше 8 кГц; низкочастотный — ощущается звук во всем диапазоне восприятия человеком с обострением в области резонанса головы (54-800 МГц).
Большой цикл комплексных исследований был проведен в НИИ экспериментальной медицины РАМН в Санкт-Петербурге. Использовалось длительное (160200 ч) со многими контролями облучение кошек и крыс частотой 2375 МГц и ППЭ 500 мкВт/см2. Был определен комплекс чувствительных к ЭМП структур мозга: гипоталамус, срединный центр таламуса, гиппокамп, сенсомоторная кора. Исследования ультраструктуры латерального гипоталамического поля выявили деструктивные изменения аксодендритиче-ских синапсов — концентрацию синаптических везикул в центре пресинаптического отдела. Через 6 месяцев после отмены облучения наблюдались признаки восстановления ультраструктуры. После 160 ч облучения в отделах мозга были обнаружены измененные нервные клетки — хроматолиз, сморщивание и ишемические изменения.
Интересны данные по сенсорной индикации ЭМП сантиметрового диапазона с ППЭ 60 мВт/см2. У испытуемых, хорошо распознающих наличие поля, точность реакции достигала 90-100 %, а уровень ложных тревог не превышал 10-30 % — преобладали температурные ощущения. Ощущения истинных реакций локализовались в ладони, пальцах, в области предплечья. Предположены два не исключающих друг друга механизма сенсорной индикации ЭМП: непосредственное взаимодействие поля с биологическим веществом, собственно механизм рецепции ЭМП биосистемами.
Катарактогенное действие ЭМП беспокоит специалистов с момента широкого внедрения радарных установок. Особое внимание обращено на микроволновый диапазон термогенных интенсивностей. Показано более сильное повреждающее действие импульсно-модулированных излучений. ЭМП в сочетании с другими катарактогенными факторами ускоряет процесс возникновения заболевания даже при относительно низких ППЭ, не вызывающих эффекта при изолированном действии.
Известны данные 30-летних и более наблюдений лиц, которые в 1970-е гг. работали в условиях СВЧ-облучений. Ведущими в клинической картине являются гипоталамические расстройства, быстрое развитие ишемической болезни сердца. Клиническое течение заболеваний определялось ориентацией этих людей относительно источников давно закончившегося электромагнитного облучения, т. е. распределением поглощенной энергии.
Все авторы указывают, что с увеличением стажа работы с ЭМП растет число жалоб на головную боль, повышенную утомляемость, нарушение сна, ослабление памяти и т. п. ЭМП действуют на ЦНС как прямо, так и опосредованно. Есть также признаки адаптации к низкоинтенсивным полям. Пред-патологические и патологические сдвиги развиваются при неблагоприятных сочетаниях интенсивности, экспозиции и состояния организма. При обследовании у лиц, работающих в радиопромышленности, обнаружены признаки функциональной неустойчивости сердечно-сосудистой и нервной систем. О нарушении регуляторных функций в системе кровообращения свидетельствовали также высокая частота сосудистых асимметрий, появление различных типов сосудистых реакций при применении дыхательных и термических нагрузок. Отмечены ослабление и нарушение взаимосвязей между психологическими и физиологическими показателями и усиление внутрисистемных связей, что трактуется как снижение индивидуальных компенсаторных возможностей организма. Очевидно, что в основе описанных нарушений лежат вышеприведенные данные экспериментальных исследований.
Исследования нервных (электрографических) проявлений влияния ЭМП на человека представлены в серии работ Василевского и соавт. [4]. Обследованы две группы лиц, имевших профессиональный контакт с ЭМП микроволнового и радиодиапазонов. Первую группу составили женщины до 40 лет, работавшие с воздействием ЭМП преимущественно на руки (ППЭ = 15 - 400 мкВт/см2, энергетическая экспозиция — 1600 мкВт-ч/см2). Системный анализ выявил тесную связь части физиологических параметров со стажем работы. С увеличением стажа растет периферическое сопротивление сосудов и имеет тенденцию к росту диасто-лическое давление, уменьшаются систолический и минутный объем и объемная скорость кровотока, падают температура и теплоотдача обеих рук. Число жалоб в сопоставлении со стажем имело следующую динамику по сравнению с контрольной группой: до 7 лет — не менялось, свыше 7 лет — повышалось в 2,3 раза, свыше 14 лет — повышалось в 2,6 раза. Очевидно, имеет место кумуляция биоэффектов микроволн, приводящая к истощению функциональных резервов ЦНС при стаже более 14 лет — предельный для условий данного производства.
В другой серии обследовалась группа мужчин — регулировщиков радиопередающих устройств 330 МГц. Напряженность амплитудно-модулирован-ного поля достигала десятков В/м. Энергетическая нагрузка не превышала 7200 (В/м)2 -ч. В контрольной группе 75 % испытуемых не имели жалоб. В основной группе эта цифра равнялась 37,5 %. С увеличением стажа нарастает истощение функциональных резервов головного мозга, лежащее в
основе доклинической патологии и общей астени-зации организма.
Таким образом, при длительном (кумулятивном) действии ЭМП формируется состояние неспецифической предпатологии, которое при отсутствии медицинского контроля может развиваться в самую неожиданную сторону.
Активационный эффект ЭМП используется в медицинской практике. Пульсирующие радиочастотные поля применяются для ускорения заживления ран мягких тканей — в основе лежит быстрое рассасывание гематом и более раннее начало восстановительных процессов. Импульсные ЭМП, стимулирующие остеосинтез, эффективно используются при лечении переломов и поврежденных нервов. Микроволновое воздействие на область эпифиза с предполагаемым эффектом активации опио-идной системы было опробовано на больных с алкогольным абстинентным синдромом. Сочетан-ное действие иммуномодуляторов и микроволн на биологически активные точки применили на 60 больных с доброкачественной патологией шейки матки. 73 % выздоровело после месячного, остальные — после повторного курса.
Терапевтическое действие миллиметровых волн (диапазон крайне высоких частот — КВЧ) изучалось в школе академика РАН Н. Д. Девяткова. Молекулы воды интенсивно поглощают волны КВЧ. Кожа состоит из воды на 60 %, поэтому КВЧ полностью затухает в верхнем слое кожи. Малая глубина проникновения приводит к большим градиентам в объемном распределении микротемператур в коже, не достигаемым при облучениях другими диапазонами. Биоэффекты в КВЧ-диапазоне также имеют кумулятивный характер, распределение поля неравномерно, возникает эффект усиления транспорта воды через кожный покров. «Мишенями» мм-волн являются рецепторы, свободные нервные окончания, микрокапилляры, биологически активные зоны Захарьина—Геда.
Специфический интерес представляет изучение биологического действия импульсных излучений сверхширокополосного диапазона — СШП (Ultra Wide Band) — малоизученного экологического фактора риска. Отличием СШП систем связи от традиционных является отсутствие несущей частоты. Для передачи информации в СШП используются так называемые «гауссовские» импульсы. Как правило, длительность импульсов находится в диапазоне от 0,1 до 1,5 нс. Для повышения информационных возможностей необходимо расширять частотный диапазон. В связи со стремительной информатизацией общества и постоянным увеличением информационных потоков эта проблема становится все более актуальной. Актуальность проблемы определила быстрое развитие в последние годы технологий, использующих СШП-сигналы. По определению к ним относятся сигналы, удовлетворяющие условию
0,25 < h < 1, где h = (f -f
' ' ^ v' верх ' н
K)/(fBepx + fниж). И хо-
тя это определение не охватывает всего многообразия СШП-систем и -сигналов, оно в настоящее время используется большинством разработчиков. Поскольку СШП-системы занимают весьма широкие полосы частот, существует проблема их электромагнитной совместимости с традиционными узкополосными системами, действующими в том же спектральном диапазоне.
Обычные радиолокационные системы (РЛС) с полосой частот, не превышающей 10 % от несущей, не позволяют получить образ цели. Переход к СШП-радарам дает возможность увеличить количество информации о цели и получить ее радиоизображение. Так, при уменьшении длительности излучаемого импульса с 1 мкс до 1 нс глубина импульсного объема радара уменьшается с 300 м до 30 см. Исследующий пространство инструмент становится значительно более чувствительным и приобретает ряд новых качеств:
• повышаются точность измерения расстояния до цели и разрешающая способность радара по всем координатам;
• более надежным становится распознавание класса и типа цели;
• повышается устойчивость радара к воздействию всех видов пассивных помех — дождя, тумана, подстилающей поверхности, аэрозолей, металлизированных полос и т. п.;
• повышается устойчивость радара к воздействию внешних ЭМП;
• повышается вероятность обнаружения и устойчивость сопровождения цели;
• повышается устойчивость сопровождения цели под низким углом;
• повышается скрытность работы радара и др.
Соответственно радиолокационное наблюдение
при использовании СШП-сигналов отличается от аналогичного процесса с использованием узкополосных сигналов. Точно так же методы проектирования и расчета СШП-радаров, методы их исследования значительно отличаются от методов, используемых в узкополосных РЛС. Применение СШП-сигналов является самостоятельным научно-техническим направлением с собственными методами теоретического анализа и схемотехническими решениями. Сегодня в ведущих странах в области разработок СШП-аппаратуры различного назначения, в том числе и военного, сосредоточены большие ресурсы. Началась гонка в области СШП-тех-нологий. Выигравший ее реально повысит свои информационные возможности.
Аппаратура, генерирующая наносекундные импульсы, создана около 40 лет назад, и полный анализ биоэффектов таких воздействий только предстоит провести. Имеющиеся публикации чаще посвящены анализу воздействий СШП-устройств на электронно-информационные системы, компьютеры. Поскольку СШП-системы связи, обнаружения, противодействия интенсивно развиваются, экспер-
ты обоснованно высказывают мнение относительно безопасности этих систем — пиковая мощность может достигать очень больших значений. Из-за отсутствия полных и надежных данных о биоэффектах СШП-излучений не существует регламентирующих документов, так как под часть 15 Правил использования радиочастотных устройств раздела 47 (Телекоммуникации) Кодекса Федерального регулирования FCC (Code of Federal Regulations, CFR) они не попадают — эти устройства при работе в силу своей широкополосности «залезают в чужие» диапазоны.
Воздействие одиночных КВЧ-импульсов с плотностью энергии до 0,04 мДж/см2 вызывает слуховые галлюцинации, при более высокой энергии может парализоваться слух, при 100 Дж/см2 — происходит нагрев тканей. Биоэффекты, вызываемые СШП-импульсами, не коррелируют с изменениями, индуцированными нагревом (www.aetherwire.com/UWBWG_Archive, 3 марта 2001 г.).
Jauchem, Ryan et al. [5], используя импульсы 1,9 нс напряженностью 40 кВ/м с частотой повторения 1 кГц продолжительностью 2 мин раз в неделю в течение 12 недель, не обнаружили эффектов при облучении мышей с опухолями и мышей контрольной группы. Не повлияло облучение также на продолжительность жизни и стимуляцию новообразований.
В то же время есть сообщения о замедлении в 1,5 раза роста опухолей у облученных крыс (использовались генераторы на релятивистских электронных пучках с длиной волны 8; 15 мм и 3 см, длительностью 10 нс и пиковой мощностью 2; 10 и 100 МВт). Средняя продолжительность жизни оказалась на 25-30 % больше, чем у контрольной группы. Нагрева объектов не отмечалось, напряженность внешнего поля достигала 104-105 В/м, т. е. была сравнима с естественной квазистатической напряженностью электрического поля в биологических клеточных мембранах. Считается, что при описанных условиях эксперимента СШП-облуче-ние вызывало адаптационные реакции. Отрицательных побочных эффектов не выявлено.
Не обнаружено достоверного влияния СШП-импульсов с частотой повторения 2170 имп./с, фронтом нарастания 1 нс и пиковой напряженностью 5 кВ/м в течение 3 ч на клетки белой крови HL-60. Ранее были получены несовпадающие данные. Противоречивые или несовпадающие результаты в электромагнитобиологии встречаются часто, так как даже незначительные изменения в методике и условиях проведения экспериментов могут этому способствовать.
Облучение напряженностью 950 кВ/м сердца лягушки и 1500 кВ/м срезов гиппокампа крысы не вызывало специфических изменений, отмеченные эффекты были вызваны повышением удельной поглощенной мощности и, как следствие, нагревом [6].
Другие исследователи свидетельствуют об отсроченном снижении артериального давления у крыс после 6-минутного облучения импульсами 8594 кВ/м. Эффективными частотами повторения были 1 и 0,5 кГц. УПМ составила 0,1 Вт/кг.
Облучение животных ультракороткими импульсами сверхширокополосного электромагнитного поля [7] с частотой повторения импульсов 6 Гц в течение часа вызвало изменение спектрального состава электрической активности коры больших полушарий крыс, зарегистрированной в течение 5 мин сразу после облучения, по сравнению с контролем. В частности, происходило подавление частот, близких к частоте следования импульсов, а также снижение межполушарной когерентности. 22-часовая непрерывная регистрация полиграммы у кроликов после облучения выявила «отставленный» эффект — значительное увеличение парадоксального сна, начавшееся через 16 ч после окончания воздействия и сохранявшееся до конца записи. Предполагается непосредственное воздействие излучения как на механизм генерации гиппокам-пального тета-ритма, так и на систему циркадной ритмики.
Данные о серьезных биоэффектах СШП-излу-чений большой пиковой и низкой средней напря-женностей приводятся относительно нечасто. Это обусловлено ограничением мощности излучающих устройств и редкими возможностями проведения исследований их влияния на человека. Лишь незначительное количество результатов свидетельствует об опасном характере биологического влияния редких импульсов, коротких «залповых» воздействий высокой пиковой мощности, не приводящих, однако, к нагреву объекта. С другой стороны, имеются отдаленные, сдвинутые относительно экспозиции, биоэффекты.
О медицинских применениях короткоимпульсной техники по материалам Международного симпозиума по нетермическому медико-биологическому воздействию электромагнитных полей и ионизированных газов сообщили Кардо-Сысоев и Толстобров [8].
СШП-локаторы могут быть использованы практически всюду, где требуется высокая точность дистанционного наблюдения за движущимися объектами на небольших расстояниях: на автотранспорте — для предотвращения столкновений при движении и парковке; в качестве датчиков охранной сигнализации; для обнаружения людей под завалами строительных конструкций или снежными лавинами, а при их неподвижности — по сокращениям сердца и движениям грудной клетки; в клиниках или в домашних условиях — для дистанционного измерения параметров сердечной и дыхательной деятельности человека. В последнем случае используется эффект частичного отражения электромагнитных волн от раздела двух сред. Длительность импульса 200 пс и амплитуда 5 В позволяют:
1. уменьшить спектральную плотность мощности излучаемого сигнала, что значительно снижает уровень электромагнитного излучения;
2. уменьшить расстояние, на котором производятся измерения;
3. уменьшить габаритные размеры прибора;
4. повысить достоверность измерений.
Московская фирма ЕйЪаЬ разработала СШП-
биолокатор «Раскан» (www.rslab.ru), с помощью которого можно получать сигналы сердечной деятельности и дыхания в различных условиях.
Заключение
Краткое и не претендующее на полноту обобщение литературных сведений относительно биологического действия электромагнитных полей диапазона 300-3000 МГц и СШП-излучений позволяет сформулировать ряд самых общих положений:
1. По мере углубления знаний о природе биоэлектромагнитного взаимодействия, в силу биологической неиндифферентности ЭМП по отношению к любым уровням организации живых систем (от отдельных клеток до поведения индивида и популяции), из-за постоянно расширяющегося диапазона длин волн вновь создаваемой аппаратуры ЭМП нуждаются в периодическом гигиеническом нормировании.
2. Считается доказанным, что биоэффекты ЭМП разных интенсивностей (термогенных и нетермо-генных или слабых) реализуются в биообъектах посредством различных механизмов и способны накапливаться при повторных, длительных и хронических экспозициях. Электромагнитные поля, действующие на организм человека и животных, могут изменять поведение, условно-рефлекторную деятельность, память, структуру нервных клеток, биоритмологическую организацию нервно-системных процессов, вызывая подавление циклических форм физиологической активности и задержку их формирования. С увеличением времени контакта или профессионального стажа работы в контакте с ЭМП связано снижение функциональных резервов головного мозга и организма в целом.
3. Наибольшей биологически положительной или отрицательной значимостью обладают электромагнитные излучения, адресованные в определенную фазу естественного биоритма живой системы и адекватные ей по физическим характеристикам.
4. При определенных условиях фаза первичной активации физиологических функций, диа- и гипертермические режимы облучения могут использоваться в медицинской практике.
5. ЭМИ обладают множеством биотропных параметров — частота, интенсивность (пиковая и средняя), форма и глубина модуляции, степень локальности, соотношение электрической и магнитной составляющих, длительность (однократное,
кратковременное, длительное, хроническое воздействие) и др., которые в сочетании с индивидуальными свойствами поглощения энергии, электрофизическими характеристиками биообъекта, его функциональным состоянием (в широком смысле), разной чувствительностью методических приемов, методов измерения и извлечения информации и, наконец, возможным субъективизмом исследователей обусловливают чрезвычайное разнообразие и противоречивость эффектов ЭМП на молекулярном, клеточном, органном, организменном и по-пуляционном уровнях.
Это разнообразие диктует необходимость выполнения ряда обязательных для воспроизводимости результатов положений при планировании и проведении исследований: тщательный контроль параметров и условий облучения и других действующих факторов; использование однородных по мор-фофункциональному состоянию биообъектов; при проведении экспериментов на животных предварительное их разделение на индивидуально-типологические группы; подготовка и проведение адекватных контрольных измерений и исследований.
При использовании такого сложного физического воздействия как электромагнитные излучения особенно актуальным является проведение ком-плексного изучения взаимосвязанных нервно-системных реакций, когда каждое следующее исследование планируется на основе предыдущего результата. В этом случае за счет координации работ, единого планирования легче обеспечить единообразие и преемственность методических и аналитических приемов, вносящих иногда субъективную оценку в понимание данных, метрологическую надежность, воспроизводимость результатов и их системное обобщение.
Весьма неопределенной остается проблема индивидуального реагирования на электромагнитные излучения — в чем выражается эта индивидуальность, ее причины? Вероятно, индивидуальный характер реакций тесно связан с различной чувствительностью человека к тем или иным биотроп-ным параметрам ЭМП.
Вышеизложенное позволяет сформулировать некоторые требования к измерительному комплексу, предназначенному для изучения биологического действия ЭМП:
1) высокоточная регистрация напряженности поля, плотности потока энергии сфокусированного и общего облучения с измерением или расчетом удельной поглощенной мощности (Specific Absorption Rate);
2) гибкое управление параметрами и режимами излучения: амплитудная, частотная и импульсная модуляции, непрерывная генерация, одиночные импульсы регулируемой длительности, серии импульсов, модуляции биологическими ритмами;
3) управление параметрами и режимами облучения от биологического объекта — в этом случае биообъект изменением своего состояния изменяет параметры ЭМИ адекватным образом, обеспечивая функциональное биоуправление с обратной связью.
| Л и т е р а т у р а |
1. Delgado J. М. R. Pollution electromagnetique et ideologique du cerveau // Sante Lomme environ: Symp. Int., Luxembourg. Luxembourg, 1988. P. 102-106.
2. Hamrick P., McRee D. I. Exposure of the japanese quail embrio to 2.45 GHz microwave radiation during the second day of development // J. of Microwave Power. 1975. Vol. 10, № 1. P. 211-221.
3. Хижняк E. П., Тяжелое В. В. Слуховые эффекты при действии импульсных ЭМИ // Биологические эффекты электромагнитных полей: Вопросы их использования и нормирования. Пущино, 1986. С. 49-68.
4. Василевский Н. Н., Сидоров Ю. А., Суворов Н. Б. О роли биоритмологических процессов в механизмах адаптации и коррекции регуляторных дисфункций// Физиология человека. 1993, 19, № 1. С. 91-98.
5. Jauchem J. R., Ryan К. L., Frei M. R. et al. Repeated Exposure of C3H/HeJ Mice to Ultrawideband Electromagnetic Pulses: Lack of Effect on Mammary Tumors // Radiation Research. 2001. Vol.155. P. 369-377.
6. Lu S-T., Mathur S., Akyel Y. et al. Ultrawide-band electromagnetic pulses induced hypotension in rats // Physiology & Behavior. 2003. Vol.65. P. 753-761.
7. Петрова E. В., Гуляева Н. В., Титаров С. И., Рожнов Ю. В., Ковальзон В. М. Действие импульсного сверхширокополосного электромагнитного излучения на электроэнцефалограмму и сон лабораторных животных // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 2003. Т. 89, № 7. С. 786-794.
8. Кардо-Сысоев А. Ф. Толстобров М. Г. Специальные медицинские применения короткоимпульсной техники // Вестн. 5 Сев.-Зап. регион. отд. Акад. мед.-техн. наук, 2001. С. 128-131.
