Электромагнитные поля и их биологическое действие

К организационным мероприятиям по защите от действия ЭМП относятся: выбор режимов работы излучающего оборудования, обеспечивающего уровень излучения, не превышающий предельно допустимый, ограничение места и времени нахождения в зоне действия ЭМП (защита расстоянием и временем), обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМП.

Защита временем применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. В действующих ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения.

Защита расстоянием основывается на падении интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мерами, в том числе и защитой временем. Защита расстоянием положена в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т.п. Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны в которых интенсивность ЭМП превышает ПДУ. Границы зон определяются расчетно для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов. В соответствии с ГОСТ 12.1.026-80 зоны излучения ограждаются либо устанавливаются предупреждающие знаки с надписями: «Не входить, опасно!».

Инженерно-технические мероприятия по защите населения от ЭМП

Инженерно-технические защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания человека либо на мероприятиях по ограничению эмиссионных параметров источника поля. Последнее, как правило, применяется на стадии разработки изделия, служащего источником ЭМП. Радиоизлучения могут проникать в помещения, где находятся люди через оконные и дверные проемы.

Для экранирования смотровых окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок применяется металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такое свойство стеклу придает тонкая прозрачная пленка либо окислов металлов, чаще всего олова, либо металлов - медь, никель, серебро и их сочетания. Пленка обладает достаточной оптической прозрачность и химической стойкостью. Будучи нанесенной на одну сторону поверхности стекла она ослабляет интенсивность излучения в диапазоне 0,8 – 150 см на 30 дБ (в 1000 раз). При нанесении пленки на обе поверхности стекла ослабление достигает 40 дБ (в 10000 раз).

Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений в строительных конструкциях в качестве защитных экранов могут применяться металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, в том числе и специально разработанные строительные материалы. В ряде случаев достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовочный или штукатурный слой.

В качестве экранов могут применяться также различные пленки и ткани с металлизированным покрытием. В последние годы в качестве радиоэкранирующих материалов получили металлизированные ткани на основе синтетических волокон. Их получают методом химической металлизации (из растворов) тканей различной структуры и плотности.

Существующие методы получения позволяет регулировать количество наносимого металла в диапазоне от сотых долей до единиц мкм и изменять поверхностное удельное сопротивление тканей от десятков до долей Ом. Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью; они могут дублироваться другими материалами (тканями, кожей, пленками), хорошо совмещаются со смолами и латексами.

6. Электромагнитная биосфера Земли

Электромагнитная биосфера нашей планеты определяется, в основном, электрическим и квазистатическими полями Земли, атмосферным электричеством (грозовыми разрядами, в частности, молниями), радиоизлучением Солнца и галактик, а в последнее время полем искусственных источников: полем «выделенных» излучателей (антенные поля и паразитные радиоизлучения аппаратуры) и общим «радиофоном» от многочисленных удаленных радиопередающих центров.

Электрическое поле Земли направлено нормально к земной поверхности (заряженной отрицательно относительно верхних слоев атмосферы). Напряженность электрического поля у поверхности земли Езем » 130 В/м, убывая с высотой по экспоненциальному закону. Годовые изменения Езем сходны по характеру на всем земном шаре: максимум в январе-феврале (до 150...250 В/м) и минимум в июне - июле (100...120 В/м).

Напряженность магнитного поля Земли характеризуется двумя параметрами. Горизонтальная составляющая максимальна у экватора (20...30 А/м), убывая к полюсам (до единиц А/м). Вертикальная составляющая у полюсов составляет около 50...60 А/м, уменьшаясь у экватора до пренебрежимо малой величины. На земном шаре существуют отдельные области, где величина вертикальной составляющей намного выше («положительные аномалии») или ниже («отрицательные аномалии») среднего значения.

Частотный спектр атмосфериков простирается в диапазоне от сотен герц до десятков мегагерц. Максимум их интенсивности находится вблизи 10 кГц и убывает с частотой.

Спектр радиоизлучения Солнца и галактик занимает область приблизительно от 10 МГц до 10 ГГц. В «спокойном» состоянии интенсивность солнечного излучения находится в пределах от 10-10 до 10-8 Вт/м2 МГц. Во время вспышек излучение усиливается в несколько десятков раз. Спектр и интенсивность радиоизлучения галактик близки к спектру и интенсивности спокойного Солнца.

Характерной формой взаимодействия электромагнитного поля с живым организмом является сочетание нагрева ткани, зависящего от поглощенной тканями (как полупроводящей средой) энергии, и информационного акта, определяющего нетепловое воздействие на организм. Вторая сторона воздействия - нетепловое, или так называемое специфическое действие радиоволн - определяется именно этим информационным аспектом воспринимаемых организмом электромагнитных излучений. Спектр и форма этого воздействия зависят от свойств источника и канала связи. Как показывают наблюдения, чувствительность организма в этом случае оказывается намного выше рассчитанной исходя из простейших соображений о тепловом действии полей ЭМИ. Кроме того, концентрация электромагнитной энергии в объемах тела, ограниченных радиоконтрастными средами, приводит к локальному нагреванию, «микронагревам». Поэтому деление двух сторон взаимодействия «поле - организм» на информационные и тепловые весьма условно.

7. Биофизика воздействия мощных ЭМ полей Земли на организм человека

Воздействие мощных электромагнитных полей на человека приводит к определенным сдвигам в нервно-психической и физиологической деятельности, однако, как предполагают, «многоступенчатая» система защиты организма от вредных сигналов, осуществляемая на всех уровнях — от молекулярных до системного, — в значительной степени снижает вредность действия «случайных» для организма потоков информации. Поэтому, если и наблюдается определенная реакция на эти поля, то очень часто при уровнях, значительно ниже тех, которые необходимы для возникновения энергетического воздействия. Например, при Е » 10-4 В/м наблюдается сосудистый условный рефлекс у человека; при Е » 3x10-2 В / м – изменение слюноотделения у собаки; при (ППЭ) = 20 мкВт/см2 – изменение энцефалограммы у кролика и даже при (ППЭ) = 0,3 мкВт /см2– изменение эпителиальных и промежуточных клеток животных (и это вместо предполагаемых на основе тепловой теории: 200 В/м, 10 мВт/см2 для ВЧ и ЭМИ соответственно). Для клетки чувствительность оценивается величиной энергии 10-19 Дж/клетку. Здесь можно говорить скорее о раздражающем, чем о поражающем эффекте, т. е. скорее о физиологическом в общем смысле, чем о патологическом аспекте воздействия электромагнитной энергии.

С усложнением биологического вещества неизменно усложняется процесс его взаимодействия с электромагнитным полем. Например, при объяснении чувствительности нервных клеток к ЭМП считаются вероятными следующие механизмы действия:

• особенно вероятно для ансамбля клеток и тем более для всего организма детектирование ЭМП в мембране нервной клетки;
• влияние ЭМП на подвижность ионов, в частности на способность проникать через мембрану нервной клетки;
• изменение калийного градиента внутриклеточной среды;
• «упорядочивание» колебаний ионов под воздействием поля, приводящее к изменению характера и величины чувствительности рецепторов;
• влияние на собственные частоты предполагаемого электромагнитного обмена

С развитием и усложнением организма кроме простейших физико-химических механизмов все большее и большее влияние на организм в целом оказывают эффекты, которые принято связывать с так называемыми физиологическими и биофизическими механизмами действия, включающими как неразрывное целое информационный аспект полей ЭМИ. Эти и другие механизмы, еще более ясные, определяют вторичные эффекты воздействия поля, которые происходят, как правило, на дотепловых энергиях. Это – кумуляция, стимуляция, сенсибилизация, возникающие как следствие развитой способности сложных систем накапливать тепловое и информационное воздействие.

Кумуляция приводит к тому, что при воздействии прерывистого облучения суммарный эффект накапливается и зависит от величины эффекта с самого начала воздействия; при перерывах в воздействии увеличивается общее время облучения, необходимое для появления данного эффекта.

Сенсибилизация заключается в повышении чувствительности организма после слабого радиооблучения к последующим воздействиям (в опытах на ЭМИ – к значительно более мощным облучениям, вблизи летального порога).

Нервная система. При исследовании влияния ЭМИ на нервную систему особое внимание уделяется изучению центральной нервной системы, регулирующей активные и пассивные взаимосвязи организма с внешним миром, и вегетативной нервной системы, которая обеспечивает целостность и согласованность всех функций внутри самого организма.

Действие ЭМИ на поведение животных проявляется в изменении общей двигательной активности, в стремлении животных уйти из зоны воздействия, в ориентировочных реакциях на ЭМИ.

В ряде исследований, проведенных за последние годы, были обнаружены реакции головного мозга на действие ЭМИ, выражающиеся в структурных изменениях, а также в изменении биоэлектрической системы мозга.

Эндокринные железы. В тесном взаимодействии с вегетативной нервной системой гормоны эндокринных желез в своих взаимосвязях образуют функциональные системы, которые поддерживают на нормальном уровне углеводный, белковый, минеральный и водный обмены, как и весь обмен веществ в целом, а тем самым жизнь вообще.

Исследование функций желез внутренней секреции проводят, используя: 1) изучение сдвигов в картине крови — подсчет числа эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, эозинофилов, определение содержания гемоглобина, времени свертывания крови; 2) определение содержания аскорбиновой кислоты в надпочечниках, по которому можно судить об активности гипофиза; 3) прямое определение в крови и моче гормонов коры надпочечников. Последние методы позволяют прямо судить о состоянии гормонообразовательной функции гипофиза и надпочечников.

Кровь и лимфа. Кровь и связанная с ней лимфа, являясь внутренней средой организма, выполняют ряд исключительно важных физиологических функций. Несмотря на непрерывное поступление в кровь и выведение из нее различных веществ, химический состав крови в норме довольно постоянен. Все случайные колебания в составе крови в здоровом организме быстро выравниваются.

Как указывалось выше, при изучении действия ЭМИ в крови определяют число эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, эозинофилов, содержание гемоглобина и т. д. Определение содержания в крови ионов Na , K , Ca , Cl , общее содержание белка, сахара, холестерина позволяют судить о нарушениях минерального, белкового, углеводного и жирового обменов.

Белковый обмен. Одним из показателей белкового обмена является общее содержание белков в крови и соотношения отдельных белковых фракций. Уже в начальных стадиях развития различных профессиональных заболеваний, в том числе под действием ЭМИ, наблюдаются сдвиги как в содержании белков, так и в соотношении их фракций.

При влиянии ЭМИ возможно нарушение активности отдельных ферментных систем, участвующих в расщеплении углеводов. Методы определения этих нарушений не выходят за рамки стандартных. При воздействии ЭМИ наблюдаются изменения в содержании хлоридов, натрия, калия, кальция, фосфатов. Натрий и калий определяются методом пламенной фотометрии, хлориды, фосфаты, кальций — титрометрическим методом. Очевидным является снижение витамина С, тиамина (витамин В1), которые определяются флуорометрически. Некоторые данные о воздействии ЭМП на человека, расположенные на шкале интенсивностей, представлены в табл. 11.

Таблица 11 Некоторые данные о воздействии ЭМП на человека, расположенные по шкале интенсивностей