Промышленная экология

Механизм  действия электромагнитного излучения  на живые организмы до сих пор  окончательно не расшифрован. Существует несколько гипотез, объясняющих  биологическое действие электромагнитного  поля. В основном они сводятся к  индуцированию токов в тканях и непосредственному воздействию  поля на клеточном уровне, в первую очередь с его влиянием на мембранные структуры. Предполагается, что под  действием электромагнитного поля может изменяться скорость диффузии через биологические мембраны, ориентация и конформация биологических  макромолекул, кроме того, состояние  электронной структуры свободных  радикалов. По-видимому, механизмы биологического действия электромагнитного поля имеют, в основном, неспецифический характер и связаны с изменением активности регуляторных систем организма.

В мировой  практике исследований различают два  вида воздействия электромагнитных полей на биологические объекты:

– тепловое действие, к которому относят потери на токи проводимости и смещения в тканях организма, обладающих конечным удельным сопротивлением, отражение на границах раздела и, в частности, на границе "воздух – ткань", глубину проникновения в ткани, стоячие волны в замкнутых объемах, перераспределение энергии через кровь;

– специфическое действие, которое проявляется во множестве явлений и эффектов, например, резонансное поглощение электромагнитной энергии белковыми молекулами (это объясняет мутагенные явления), прямое и непрямое воздействие на центральную нервную систему, нервно-мышечные эффекты, явление "жемчужной нити" (выстраивание суспензированных молекул параллельно силовым линиям поля, что приводит к разрывам молекулярных связей), поляризация молекул и др.

Известно, что биологическая активность электромагнитных излучений возрастает с уменьшением  длины волны, что приводит к большей "агрессивности" действия полей  радиочастот по сравнению с полями промышленной частоты.[20]

Экспериментальные данные как отечественных, так и  зарубежных исследователей свидетельствуют  о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. При этом следует ожидать, что  биологическая активность ЭМП будет  различной в отношении экосистем, обладающих различной устойчивостью (толерантностью) к действию этого  фактора. В этом случае техногенные  ЭМП могут оказаться лимитирующим для экосистемы фактором и сильно изменить ее свойства.

При относительно высоких уровнях облучающего  ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. Поглощение ЭМП в тканях организма связано  с преобразованием электромагнитной энергии в тепловую. Но заметный нагрев тканей возможен лишь при достаточно высоких напряженностях ЭМП - более 10 мВт/см². Однако реакция живых организмов регистрируется при более низких интенсивностях ЭМП, которую нельзя объяснить с энергетических позиций. При относительно низком уровне ЭМП принято говорить об информационном воздействии. Понятие информационное воздействие означает формирование биологического эффекта за счет энергии самого организма, внешнее воздействие дает только толчок "информацию" для развития реакции организма.

Воздействие электромагнитного излучения на химические реакции. Живые организмы представляют собой сложные гетерогенные системы, в которых биоколлоидам и физико-химическим реакциям принадлежит ведущая роль. На основании непрерывных многолетних исследований несколькими учеными было показано, что скорость реакций в коллоидных системах зависит от солнечной активности и расположения относительно геомагнитных полюсов, причем основная причина этого – изменение под влиянием электромагнитного поля свойств воды – общего компонента реакций в живых и неживых объектах.

Снижение  биохимических реакций, нарушение  метаболизма, снижение энергетического  потенциала во всех жизненно важных системах организма происходит при воздействии  сотового телефона, компьютера и других современных радиоэлектронных средств  на различные организмы как в  рабочем, так и в выключенном  состоянии.[1]

Воздействие электромагнитного поля на клетку. Мишенью для инициации любого адаптирующего эффекта, в первую очередь, являются мембраны, плазматические и внутриклеточные, ограничивающие различные органеллы и внутриклеточные компоненты. Известна большая чувствительность клеточных мембран к действию самых различных химических и физических агентов, в том числе к облучению. Морфологические и функциональные нарушения мембран обнаруживаются практически сразу после облучения и при очень малых дозах. Изменение ионного состава, возникающее при этом, может инициировать в клетке пролиферативные процессы. Помимо изменения проницаемости биологических мембран и ускорения активного транспорта катионов натрия, под влиянием электромагнитного излучения происходит активация перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот и разобщение процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях.

Электромагнитное  поле воздействует на заряженные частицы  и токи, вследствие чего энергия  поля на уровне клетки преобразуется  в другие виды энергии.

Цитогенетические  исследования (выход хромосомных  аббераций) показали достоверное увеличение клеток с нарушениями в экспериментальной  группе по сравнению с контролем. Увеличение хромосомных аббераций  было также обнаружено при облучении  ЭМП воздушно-сухих семян и  проростков салата (несущая частота 1,2 ГГц, частота модуляции 0,12 Гц, длительность импульса 16мс, ППЭ – 0,5;5,0; 25 мВт/см 2 , облучение проводили повторно в  течение 4 суток по 30 мин.). Цитогенетический анализ клеток крови коров с фермы  расположенной вблизи РЛС, показал  повышенное количество генетических повреждений  и случаев аномального гематопоэза.[1]

Воздействие электромагнитного поля на ткани. Слабые электромагнитные поля при интенсивности менее порога теплового эффекта также влияют на изменения в живой ткани. Исследования по биологическому влиянию сотового телефона, компьютерного блока и других электронных средств проведены в ряде российских научных центров, в том числе – и на биологическом факультете Московского государственного университета. В ходе этих исследований было выяснено, что влияние этих источников проявляется в ухудшении регенерации тканей.

Атомы и  молекулы в электрическом поле поляризуются, полярные молекулы ориентируются по направлению распространения магнитного поля.

В электролитах, которыми являются жидкие составляющие тканей, после воздействия внешнего поля возникают ионные токи.

Переменное  электрическое поле вызывает нагрев тканей живых организмов как за счет переменной поляризации диэлектрика (сухожилий, хрящей, костей), так и  за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект есть следствие поглощения энергии электромагнитного поля. Чем больше напряженность поля и  время воздействия, тем сильнее  выражены указанные эффекты (табл.1). До величины J = 10 мВт/м, условно принятой за тепловой порог, избыточное тепло  отводится за счет механизма терморегуляции. Кроме того, чувствительность органов  к перегреву определяется их строением. Наиболее чувствительны к перегреву  органы зрения, мозг, почки, желчный  и мочевой пузырь. [8]

Воздействие электромагнитного поля на микроорганизмы. Подавляющее большинство исследований обнаруживает высокую чувствительность различных микроорганизмов к достаточно слабым полям. Однако нет систематических и крайне мало достоверных данных о наличии эффектов, направлению реакций и последующих изменений в связи с параметрами действующих ЭМП. По данным исследований, влияние различных источников ЭМП на микроорганизмы проявлялось в снижении двигательной активности и выживаемости микроорганизмов; в увеличении смертности микроорганизмов.

В результате исследования, проведенного В.И. Рыбниковой (1982) о влиянии СВЧ электромагнитных волн интенсивностью 20-40 мВт/см 2 на некоторые  биологические объекты микроорганизмов (сальмонелл, золотистого стафилококка), установлено, что у облученных микроорганизмов  изменяются морфологические признаки, которые передаются по наследству, биохимические свойства. Следовательно, микроволны могут действовать подобно  мутагенному фактору.

Воздействие электромагнитного поля на растения. В результате многочисленных исследований выяснено, что электромагнитные волны оказывают существенное воздействие на биологические объекты, проявляющиеся в многообразии индуцированных эффектов. Как слабые, так и сильные ЭМП оказывают достаточно выраженное влияние на морфологические, физиологические, биохимические и биофизические характеристики многих растений. Влияют на рост, развитие и размножение растительных объектов. Что касается истинно генетических последствий, то однозначного ответа на этот вопрос пока нет.[11]

В районе действия электрического поля ЛЭП у  растений распространены аномалии развития - часто меняются формы и размеры  цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки.

Теоретически  уровни электрического поля регистрируемые вблизи воздушных линий (ВЛ) достаточны для повреждения листьев растений. Проведенные наблюдения и эксперименты по влиянию ЭМП линий электропередачи  на растения показали, что наблюдается  уменьшение сухого веса надземной массы  растений овса, подсолнечника растущих под ВЛ, по сравнению с контролем. Отмечено отрицательное действие ЭМП  на величину потенциальной нитрогеназной  активности почвенной ризосферной  популяции, длину проростков растений. В некоторых исследованиях, например А. Г. Карташева, Г. Ф. Плеханова (1982) отмечается стимуляция роста и прорастания  сухих семян креписа при воздействии  ПеЭМП 40 кВ/м.

Широкое распространение источников РЧ излучений, ставит задачу оценки экологической  защищенности различных экосистем  в целом и их компонентов.

Анализ  состояния компонентов экосистемы проводился по морфогенетическим и  физиологическим показателям. Обнаружено изменение общего состояния березы повислой, как по показателям стабильности развития, так и по показателям  эффективности фотосинтеза. Изменение  фотосинтетической активности является физиологической реакций, которая  может исчезать с течением времени, изменение же морфологии листа, происходящее в период его формирования, сохраняется  в течение всего вегетационного периода.

При дендроэкологическом  анализе рассматривали срезы  сосен в возрасте 60-100 лет. Оказалось, что толщина прироста деревьев значительно  уменьшалась в годы электромагнитного  воздействия (уменьшение стало статистически  достоверным на 3-5 год работы радиолокационной станции).

Воздействие электромагнитного поля на насекомых. Действие ЭМП на насекомых свидетельствует о том, что этот фактор может вызывать изменения в поведении, действуя на уровни информационных отношений между особями, может оказывать чисто физическое действие в силу особенностей строения тела и жизнедеятельности насекомых; может также оказывать на некоторые физиологические характеристики (обмен веществ, рост и развитие). Возможно также некоторое действие ЭМП на генетическом уровне.

Необходимо  подчеркнуть, что значительная часть  представителей фауны, в отличие  от человека, обладает прямыми рецепторами  ЭМП и использует естественные ЭМП  для поддержания нормальной жизнедеятельности.

По мнению авторов, такие виды являются наиболее уязвимыми в ситуации электромагнитного  загрязнения.[1]

В районе действия электрического поля ЛЭП у  насекомых проявляются изменения  в поведении: так у пчел фиксируется  повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля. [20]

Наиболее  распространенными реакциями насекомых (таких как стрекоз, бабочек, майских  жуков, шмелей) на электромагнитное поле ЛЭП являются избегание подлета  на близкое расстояние к низко  расположенным проводам линии электропередачи, временная потеря ориентации и координации  в пространстве вплоть до падения. При  облучении полем ЛЭП сверхвысокого  напряжения (40 кВ/м; 50 Гц) гусениц китайского дубового шелкопряда было зарегистрировано замедление темпов роста и развития у гусениц младшего возраста, которое  компенсировалось уже у гусениц  третьего. Увеличение в 2-6 раз численности  особей некоторых насекомых (жука-кузьки, шпанской мушки, тли, имаго) под проводами  воздушных линий (ВЛ) было зарегистрировано В.В. Аникиным, Г.В. Шляхтиным (2000), что  может быть объяснено уменьшением  под ВЛ численности естественных врагов и более богатым запасом  пищевых ресурсов. Очень чувствительными  к действию ЭМП являются пчелы. В  исследовании влияния ЭМП от ВЛ-765 (60 МГц, 7 кВ/м) на пчел были обнаружены следующие  эффекты: увеличение двигательной активности, аномальное отложение прополиса  у входа в улей, снижение пищедобывательной  мотивации, повышенный уровень смертности маток улья.

В двухлетнем полевом эксперименте проводилось  облучение вегетирующих растений в  течение световых дней двух летних месяцев (июнь-июль) с помощью СВЧ-установок  с длиной волны 3 и 10 см и различными уровнями ППЭ от 0,15 до 1,3 мВт/см 2 при λ =3 см и от 4,8 до 12,8 мВт/см 2 λ =10 см. ППЭ в зависимости от расстояния от источника излучения, составляла: на длине волны 3 см – 0,15-1,3 мВт/см 2 , а на длине волны 10 см – 4,8-12,8 мВт/см 2 . Оказалось, что используемые в эксперименте мощности СВЧ-излучения достаточны, чтобы вызвать летальный исход у всех исследованных насекомых под лучом. Облучение сельскохозяйственных растений (картофель, пшеница) с аналогичными энергетическими характеристиками не вызывало их поражения и потерь урожая. Следовательно, отдельные виды насекомых оказываются значительно менее резистентны к тепловому СВЧ-воздействию по сравнению с сельскохозяйственными растениями.