Электромагнитные поля как экологическая проблема

         1. Введение

Высокая (и постоянно  растущая) насыщенность производства и быта электроаппаратурой с неизбежностью  ведет к серьезной экологической проблеме электромагнитного фона, в который погружены существование и деятельность человека. Вопросами воздействия электромагнитных полей (ЭМП) на человека (и, шире - на биологические объекты) занимается специальная наука электромагнитная биология, вобравшая в себя основные результаты многих смежных дисциплин: классической и молекулярной биологии, биохимии, кибернетики, электродинамики и др. (см.напр.[1]).  
 
Анализ накопленного экспериментального материала позволяет достаточно обоснованно принять влияние ЭМП от инфранизких до сверхвысоких частот на протекание биологических процессов. Можно полагать, что ЭМП играют существенную роль в эволюции и жизнедеятельности организмов. Основаниями для такого предположения является следующее:

• Представляется вероятным существование, по крайней мере, двух форм биологической активности ЭМП: влияние на организмы ЭМП внешней среды и электромагнитные взаимодействия внутри организмов. Дело в том, что эволюция живой природы протекала при существовании во внешней среде источников ЭМП, перекрывающих практически весь частотный диапазон - от медленно меняющихся электромагнитных полей геофизической природы (атмосферное электричество, постоянное магнитное поле Земли, геомагнитные вариации и т.п.) до сверхвысокочастотных радиоизлучений земного (молниеые разряды) и космического (Солнечное, радиогаллактическое) происхождений. Известно, что живая природа существует и эволюционирует во взаимодействии со всеми факторами внешней среды
• 2. Физиологическоке проявление действия ЭМП малой интенсивности 
   
  С методической точки зрения в работах по электромагнитной биологии наиболее перспективным представляется т.н. "кибернетический" подход, заключающийся в представлении исследуемой системы в виде "черного ящика" и последующем "просветлении" его по мере измерения входных и выходных характеристик. Переходя затем к смене подсистем, закономерному дроблению начального "черного ящика", применяя различные вариации входных и выходных характеристик, исследователь постепенно выясняет определенные закономерности функционирования изучаемой системы в приложенном ЭМП.  
   
  Использование такого подхода позволило выявить некоторые общие закономерности действия ЭМП на биообъекты [1]. Было обнаружено, в частности, что по мере усложнения биосистем все большую роль начинают играть обратные связи, направленные на сохранение гомеостаза. При переходе от отдельной клетки к многоклеточному организму, когда в процесс гомеостазирования включаются системы нервной, гуморальной, иммуноструктурной регуляции, выраженность компенсаторных обратных связей достигает своего максимума, и эффекты поля, регистрируемые на таких уровнях, не имеют прямой связи с характеристиками самого поля. Регистрируются компенсаторные реакции, их напряженность, отклонения от нормы.  
   
  При этом существенную роль играет предыстория развития данного конкретного организма, его врожденные и приобретенные аномалии, наличие дополнительных воздействующих факторов, собственные биоритмы и т.д.  
  Следствием такого свойства биосистем является то обстоятельство, что физиологические исследования в электромагнитной биологии с точки зрения установления однозначного соответствия между действующим полем и наблюдаемой реакцией не представляются достаточно перспективными.  
   
  Другая закономерность, свойственная биообъектам при воздействии на них ЭМП, заключается в интеграции ответных реакций по мере усложнения их организации. Суть интеграции состоит в том, что малые первичные эффекты, возникающие под влиянием слабого стимула на субклеточном уровне многоклеточного механизма, суммируется по мере перехода на более высокий уровень организации и сопровождаются заметной реакцией всего организма. Первичный эффект в данном случае имеет вероятностный характер.  
   
  Совокупность описанных свойств сложных биообъектов приводит к эффекту "плато", когда рост реакции объекта на воздействие поля, связанный с интеграцией, компенсируется за счет гомеостазирующих обратных связей. Пример эффекта "плато" приведен в работе [1]. 
   
  Автор исследовал действие ЭМП под работающими ЛЭП на компоненты биоценозов (растения, насекомых, птиц). Натурные наблюдения дополнялись лабораторными, проводимыми с моделью ЛЭП. Зависимость величины ответной реакции (отношение числа объектов с изменениями к общей численности популяции) от напряженности действующего ЭМП имеет ярко выраженное плато в диапазоне напряженностей магнитного поля от десятых долей до десятков А/м.

В той же работе [1] отмечено, что "наиболее сложной  является зависимость величины и  выраженность реакций биосистем  на ЭМП от исходного состояния". Наиболее выраженные изменения различных характеристик при действии стационарных и низкочастотных ЭМП наблюдается у биосистем, находящихся в ослабленном состоянии за счет экзогенных или эндогенных факторов. При этом, если в результате такого ослабления исходного состояния изменение функций на 20-30% выводит ее за пределы нормы, то под действием ЭМП, независимо от его параметров, исследуемая биосистема может перейти в патологическое состояние любой степени тяжести, вплоть до летального исхода. Именно такой гетерогенностью организмов объясняется тот факт, что слабые воздействия, связанные с изменением гелиогеофизической активности, приводят к заметному ухудшению состояния больных с сердечно-осудистой и другой патологией.  
 
В работе [3] была реализована программа экспериментальных исследований физиологического проявления действия слабых магнитных полей сверхнизкочастотного (СНЧ) диапазона (0.01 - 20 Гц) на различных системных уровнях структурной организации биообъектов и определения совокупности параметров поля, определяющих степень выраженности и характер его биологических проявлений, а также анализ свойств этого фактора как раздражителя. Одним из важных результатов этой работы явилась экспериментальное доказательство важности пространственно-временной структуры поля с точки зрения физиологических проявлений его воздействия. Показано, что сопоставление динамических диапазонов изменения интенсивностей известных экологически адекватных раздражителей и геомагнитных вариаций дает основание отнести реакцию организма на действие магнитного поля СНЧ диапазона типа геомагнитных вариаций к классу информационных воздействий.  
 
При исследованиях влияния поля на водорастворимые белки тканей человеческого организма были обнаружены конформационные изменения белковых молекул под действием магнитного поля СНЧ диапазона, изменения скорости РОЭ крови больных с инфарктом миокарда. Выявлен пороговый характер зависимости эффектов от амплитуды вариаций поля: при Н > 0.1 Эрст наблюдалось резкое увеличение частоты наблюдаемых эффектов. Существенно, однако, что величина относительного эффекта не обнаруживает достоверной зависимости от напряженности поля (см. выше эффект "плато").  
 
В целом полученные результаты позволяют утверждать, что "при воздействии слабого магнитного поля СНЧ диапазона в организме происходят изменения, требующие регулирующего участия нейрогуморальной системы, что свидетельствует о биоэффективности данного фактора. Хотя наблюдаемые изменения не превосходят адаптивные возможности системы, следует подчеркнуть, что действие поля снижает регуляторные возможности организма. Устойчивость адаптационного процесса относительна и обеспечивается только при сохранении определенного баланса процессов, обусловленного потерями и восполнениями энерго-информационных и структурных затрат. Поэтому на определенной стадии адаптационного процесса снижение пластического ресурса тканей при длительных экспозициях в магнитном поле может знаменовать переход адаптационного процесса в патологический".  
 
При длительной экспозиции в магнитном поле СНЧ диапазона изменения в организме не ограничиваются функциональными сдвигами и могут переходить в деструктивные процессы, наиболее отчетливо выраженные в сердце, печени, поджелудочной железе, легких и головном мозге.  
 
Согласно автору [3], "магнитное поле СНЧ следует считать биоэффективным экологическим фактором, который при определенных совокупностях параметров и длительности экспозиции является фактором риска".  
 
Многочисленные данные экспериментальных исследований влияния слабых ЭМП на различные системы биообъектов - на молекулярном уровне, на клеточные мембраны, клетки и клеточные культуры, нервную, эндокринную, имунную и гематологическую системы организма и на поведенческие реакции животных - приводятся в сборниках [4-7], а также печатаются в периодических изданиях [8-10]. Весьма полезная систематизация этих данных периодически публикуется в сборниках Всемирной Организации Здравоохранения [11]. Из этой публикации приведем Таблицу 1, обобщающую результаты многочисленных наблюдений реакции клеток, тканей и организма в целом на длительное воздействие магнитного поля.  
 
Возможность биологического воздействия ЭМП не вызывает сомнения, однако биологическая роль этого фактора дискутируется до настоящего времени. Имеются расхождения во взглядах на возможные границы биологического действия, т.е. на физические параметры ЭМП, определяющие это воздействие и на степень выраженности возможного влияния на биологические объекты.  
 
Прежде всего, эти расхождения связаны с отсутствием общепринятой теории первичного (физико-химического) механизма биологического действия ЭМП. В общих чертах ясно, что в основе функциональных сдвигов, наблюдаемых при воздействии ЭМП, лежат различные биофизические процессы, а механизмы взаимодействия между ними и живой тканью связаны с электродинамическим или магнитомеханическим эффектами (появление круящих моментов, ориентирующих электроактивные молекулы так, что образующаяся конфигурация способствует уменьшению их свободной энергии в поле). Одним из наиболее сложных и до настоящего времени окончательно не решенных вопросов, в частности - в отношении ЭМП, является экстраполяция результатов экспериментальных исследований с животных на человека. Моделирование поглощения электромагнитной энергии различными лабораторными животными и человеком, позволяет предложить коэффициенты экстраполяции при допущении, что биоэффекты определяются только лишь средней удельной величиной поглощенной телом мощности излучения. Однако, такой метод не учитывает биологических аспектов влияния фактора. Анализ вычисленных по этому методу коэффициентов экстраполяции [13] убеждает в невозможности их использования в практике обоснования нормативов, поскольку применение этой методики привело бы к существенному и необоснованному ужесточению гигиенических нормативов для человека в высокочастотной части спектра ЭМП и опасному завышению допустимых величин в низкочастотной части. До тех пор, пока не будет обоснована методика определения коэффициентов экстраполяции с учетом значимости наблюдаемых биоэффектов для различных животных и человека, любые чисто физические подходы не смогут дать приемлемых результатов.  
 

Экспериментальные данные о реакциях организмов на магнитное  поле указывают, что феноменологически  они могут быть объяснены несколькими  биофизическими эффектами: 

1. индуцированием электрических потенциалов в системе кровообращения,
2. стимулированием выработки магнитофосфена импульсами магнитного по ля в ОНЧ-ВЧ диапазонах, амплитудой от долей до десятков мТл,
3. инициированием переменными полями широкого спектра клеточных и тканевых изменений, когда плотность индуцированного тока превышает 1 - 10 мА/м многие из этих эффектов, вероятно, являются следствием взаимодействия с компонентами клеточных мембран.

Поиск физических механизмов действия слабых ЭМП на живые организмы осложняется  отсутствием специфических реакций  на эти поля. Обычно наблюдается  неспецифическая резистентность организма, которая является обобщенной оценкой  функционального состояния организма. Изменения связаны прежде всего с деятельностью нервной и эндокринной систем, вовлекающей в процесс все системы организма и все уровни организации вплоть до субклеточных.  
 
Таблица 1.

Неспецифическая резистентность поддерживается развитием адаптационных реакций на любые изменения внешней или внутренней среды. Отсюда можно сделать предположение о роли вариаций естественных ЭМП в эволюции и жизнедеятельности организмов как фактора, обеспечивающего поддержание функционального состояния организма на определенном уровне путем изменения неспецифической резистентности. На этом функциональном неспецифическом фоне развиваются реакции на специфические воздействия. Конкретизация этих общих соображений в работе [12] позволила ее авторам предложить следующую модель механизма регуляции уровня функционального состояния организма с использованием естественных ЭМП. Для здорового организма постепенное развитие реакций на геомагнитные возмущения с запаздыванием на 1 - 3 суток является подготовкой организма (опережающая реакция) к более сильным воздействиям, которые обычно следуют в природе после интенсивных геомагнитных возмущений, т.е. электромагнитные факторы служат предупреждающими сигналами о предстоящих изменениях в среде обитания.  
 
Заслуживает внимания, что в организме наследственно закреплены соотношения, в которых максимально возможные защитные реакции чаще всего сильнее максимальных возможных отклоняющих внешних и внутренних влияний. Длительное нарушение таких нормальных соотношений при воздействии на организм ЭМП техногенной природы приводит к развитию патологии: снижается сопротивляемость организма к внешним воздействиям, повышается вероятность аллергических реакций, проявляются отклонения в центральной нервной системе, провоцируется изменение кровяного давления, снижается работоспособность и т.д.

Средства  защиты человека от воздействия низкочастотных ЭМП можно разделить на три  группы:

• медикаментозные средства, повышающие функциональные резервы организма;
• средства индивидуальной защиты (экранирующая защитная одежда);
• средства, снижающие интенсивность источников поля.

Одним из результатов  медикобиологических исследований воздействия ЭМП на человека является вывод о возможности предотвращения некоторых нарушений, обусловленных этим воздействием. Так например, установлено [20], что предварительное введение токоферола (а также при назначении глутаминовой кислоты [21]) в известной степени предупреждают морфологические нарушения нейронной сети коры головного мозга, происходящее при длительном воздействии НЧ магнитного поля (амплитудой 50 мТл).  
 
Другим примером медикаментозной защиты могут служить выводы, сделанные по результатам исследований, проведенных в работе [22]. В этой работе рассматриваются данные о неблагоприятных сдвигах в балансе аутомикрофлоры кишечника человека при изменении параметров естественного электромагнитного фона в диапазоне частот 0.1 - 10 Гц [23]. С целью восстановления взаимоотношений между различными видами микроорганизмов авторы работы [22] предлагают использовать в рационе питания продукты, обогащенные микроорганизмами, деятельность которых подавляется в результате воздействия ЭМП.  
 
Средства индивидуальной защиты, проблема разработки которых отражена, например, в [24], представляют собой костюмы из поглощающей электромагнитную энергию ткани. Для магнитного поля в диапазоне частот 0.1 - 10 Гц экранирующие свойства материалов незначительны, поэтому в качестве защитных средств такие костюмы нецелесообразны.  
 
Наиболее естественным путем защиты человека от воздействия низкочастотных ЭМП является внедрение мероприятий, направленных на устранение (или значительное уменьшение интенсивности) источников ЭМП.  
 
Шведский стандарт MPR II 1990 принят во многих странах, продукция крупнейших фирм -производителей персональных компьютеров (IBM, HP и ряда других) в последние 5 лет удовлетворяет уже этому стандарту, однако, рост озабоченности проблемой безопасности пользователей и общества в целом привел к разработке Шведской конфедерацией профессиональных служащих нового, еще более жесткого стандарта ТСО 91, согласно которому ПДУ ЭМП уменьшены в 2.5 раз по сравнению со стандартом MPR II 1990.  
 
Нормативы шведских стандартов включены в официальные документы ЕЭС и являются базовыми для создания единого стандарта стран ЕЭС. На требования ТСО 91 ориентированы разрабатываемые стандарты США. При этом следует отметить очень жесткую систему контроля за соблюдением норм, осуществляемого государственными органами и общественными организациями.  
Некоторые фирмы-производители персональных компьютеров ставит обозначения соответствия тому или иному стандарту по электромагнитной безопасности на свою продукцию. Тем не менее, целесообразно производить измерения реальных значений ЭМП и только после этого можно делать заключения о безопасности того или иного образца или модели для пользователя. Эта проблема особенно остро стоит в России в связи с широким использованием компьютеров без технической документации к ним, распространенностью подделок с неизвестными местом и технологией сборки и т.п. Показательны, в этом отношении, статистически репрезентативная экспертиза различных моделей мониторов, проведенная Российским Центром электромагнитной безопасности [19]. Обнаружилось, что "лишь 15 % всех исследованных моделей удовлетворяют положениям шведских стандартов и при правильной компоновке рабочего места не требуют применения защитных средств. 31 % частично удовлетворяют стандартам MPR II 1990 или ТСО 91, что предполагает необходимость использования средств защиты, правильную организацию рабочего места и режима работы пользователей. Оставшиеся 54 % мониторов полностью не соответствуют общепринятым международным требованиям по электромагнитной безопасности и требуют безусловной защиты пользователя и окружающих, поскольку излучение распространяется по всем направлениям, а зона, в которой превышаются значения шведских стандартов, может достигать в радиусе 2.5 метра." 

5. Заключение  
 
Из большого объема материалов по медикобиологическим исследованиям воздействия ЭМП на человека в настоящей статье авторы старались выбрать публикации, в которых освещены ключевые, на наш взгляд, проблемы электромагнитной биологии, дано современное состояние проблемы исследований, полученных в этой области результатов и практических выводов из них - гигиеническому нормированию и разработке технических средств защиты. Представляются интересными следующие выводы:

• физиологические проявления действия ЭМП определяет не абсолютный уровень энергии стимула, а его пространственно-временная структура, т.е. градиент и частотные характеристики, которые определяют информационные свойства полей сверхнизких частот;
• длительное воздействие слабого магнитного поля сверхнизких частот (В = 30 нТл, f = 0.1 - 20 Гц) снижает регуляторные возможности организма; на определенной стадии адаптационного процесса снижение пластического ресурса тканей при длительной экспозиции может знаменовать переход адаптационного процесса в патологический; при длительной экспозиции в поле изменения в организме не ограничиваются функциональными сдвигами и могут переходить в деструктивные процессы, наиболее выраженные в сердце, печени, поджелудочной железе, легких и головном мозге;

воздействие широкополосного  возмущения может привести к перенапряжению компенсаторных способностей на самом  глубоком уровне, несмотря на кажущееся внешнее благополучие;

организмы наиболее чувствительны к сигналам, параметры  которых близки к параметрам внутренних сигналов организма; энергетически  слабые воздействия провоцируют  реакции природных систем порой  более сильные чем при высоких энергиях;

из наиболее физиологически активных частот в низкочастотной области выявлены следующие: 0.02, 0.06, 0.5-0.6, 5-6 и 80 Гц.

Опасность, связанная  с воздействием низкочастотных ЭМП  на организм человека, требует обязательной гигиенической сертификации или лицензирования помещений, внутри или вблизи которых находится электрическое оборудование, например - игровых залов, насыщенных современной вычислительной техникой лабораторий, оффисов и т.п.

 Список использованной литературы

1.     Агаджанян Н.А., Макарова И.И. Магнитное поле Земли и организм человека // Экология человека. - 2005. - N 9. - С.3-9. - Библиогр.: 41 назв.

2.     Антропогенные возмущения ионосферы как дестабилизирующий фактор гелиобиосферных корреляций / Бурлаков А.Б., Капранов Ю.С., Куфаль Г.Э., Перминов С.В. // Вестн. Калужск. ун-та. - 2007. - N 1. - С.15-24. - Библиогр.: 41 назв.

3.     Баранский П.И., Гайдар А.В. А.Л. Чижевский и проблемы взаимодействия магнитных полей с объектами живой природы // Вестн. Калуж. ун-та. - 2007. - N 3. - С.37-41. - Библиогр.: 47 назв.

4.     Безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие для вузов / Боровик С.И. и др.; под ред. А.И. Сидорова. - М.: КноРус, 2007. - 495 с. - Библиогр.: в конце глав.

5.     Бреус Т.К. Влияние "космической погоды" на биологические объекты // Земля и Вселенная. - 2009. - N 3. - С.53-61.

6.     Васильева Л.К., Горский А.Н. Электротехнические аспекты влияния низкочастотных электромагнитных полей на человека // Вестн. МАНЭБ. - 2000. - N 4(28). - С.31-35. - Библиогр.: 1 назв.

7.     Влияние бытовых приборов на здоровье человека / Копылова М.Ю., Липикина М.В., Никулина Т.В. и др. // Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание: 6 всерос. науч.-практ. конф.,17-18 февр. 2005 г.: сб. ст. - Пенза: Приволж. Дом знаний, 2006. - С.130-133. - Библиогр.: 2 назв.

8.     Кузьмичев В.Е., Чернова Г.В. Экспериментальная программа спецкурса для биологических вузов "Электромагнитная биология" // Электромагнитные излучения в биологии (БИО-ЭМИ-2005): тр. III междунар. конф., Калуга, 5-7 окт. 2005 г. - Калуга, 2005. - С.

9.     Низкочастотные флуктуации электромагнитного фона в проблеме электромагнитной экологии / Колесник А.Г., Колесник С.А., Нагорский П.М., Шинкевич Б.М. // Проблемы экспериментальной зоны чрезвычайной экологической ситуации, пути и способы их решения: сб. докл. межрегион. науч.-практ. конф. Ч.II. - Братск: БрИИ, 1996. - С.209-217.

10.   Павлова Ю.А. Воздействие акустических и электромагнитных полей на жителей мегаполиса // Материалы 2 Моск. науч. форума. В 2 кн. Кн.2. Московская наука - проблемы и перспективы: 6 науч.-практ. конф. - М.: Моск. комитет по науке и технологиям, 2005. - С.605-609.

11.   Паньков И.В. Электромагнитное загрязнение окружающей среды // Современные проблемы технических наук: сб. тез. докл. Новосиб. межвуз. науч. студ. конф. "Интеллектуальный потенциал Сибири", Новосибирск, 19-20 мая 2004 г. Ч.2. - Новосибирск: ИГАСУ, 2004. - С.73.