Вплив електромагнітних полів та випромінювань на живі організми,- Електромагнітні поля та випромінювання
Безпека життєдіяльності
2. БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ У ПОВСЯКДЕНІШ УМОВАХ ВИРОБНИЦТВА І У ПОБУТІ
2.3. Електромагнітні поля та випромінювання
2.3.1. Вплив електромагнітних полів та випромінювань на живі організми
Відразу ж після початку практичного використання радіо почали спостерігатися симптоми шкідливого впливу радіохвиль на людей.
У моряків, які несли службу на кораблях Балтійського флоту, де випробувались перші потужні радіостанції, помічалися небувала втома, пригнічений настрій, головний біль. Першим фахівцем, який
Біосфера
Усі ЕМП та випромінювання поділяють на природні та антропогенні.
ЕМП природного походження. Навколо Землі існує електричне поле напругою у середньому 130 В/м, яке зменшується від середніх широт до полюсів та до екватора, а також за експоненціальним законом з віддаленням від земної поверхні. Спостерігаються річні, добові та інші варіації цього поля, а також випадкові його зміни під впливом грозових розрядів, опадів, завірюх, пилових бурь, вітрів.
Наша планета також має магнітне поле з напругою 47,3 А/м – на північному, 39,8 А/м – на південному полюсах, 19,9 А/м – на магнітному екваторі. Це магнітне поле коливається з 80-річним та 11-річним циклами змін, а також з більш короткочасними змінами з різних причин, пов’язаних із сонячною активністю (магнітні бурі).
Земля постійно перебуває під впливом ЕМП, яке випромінює Сонце, у діапазоні в основному 10 мГц – 10гГц. Спектр сонячного випромінювання досягає і більш короткохвильової області, яка містить інфрачервоне (14), видиме, ультрафіолетове (Уф), рентгенівське та гамма-випромінювання.
Інтенсивність випромінювання змінюється періодично, а також швидко та різко збільшується при хромосферних спалахах.
Розглянуті ЕМП впливали на біологічні об’єкти та, зокрема на людину, під час усього її існування. Це дало змогу у процесі еволюції пристосуватися до впливу таких полів та виробити захисні механізми, які захищають людину від можливих ушкоджень за рахунок природних чинників. Але вчені все-таки спостерігають кореляцію між змінами сонячної активності (що спричинюють зміни електромагнітного випромінювання) і нервовими, психічними, серцево-судинними захворюваннями людей, а також порушенням умовно-рефлекторної діяльності тварин.
Антропогенні випромінювання фактично охоплюють усі діапазони. Розглянемо вплив радіохвильового випромінювання, зокрема випромінювання ВЧ та УВЧ – діапазонів (30 кГи – 500 мГи). Можливості прямого опромінення радіохвилями визначаються умовами їх поширення, які залежать від довжини хвилі.
На довгих хвилях (10 – 1км) ЕМП створюється хвилею, яка огинає земну поверхню та перешкоди, які на ній розташовані (будинки, рослинність, нерівності місцевості), і йде між земною поверхнею та нижньою межею іонізаційного шару атмосфери. Вони майже не поглинаються грунтом. Сигнали потужних радіомовних станцій в цьому діапазоні фактично у будь-якій час доби вільно поширюються на далекі відстані. Тому станції мають розглядатися як джерела ЕМП, які відіграють важливу роль в екологічному відношенні.
Середні хвилі (1000 – 100 м.) також достатньо добре огинають земну поверхню, хоча при цьому відхиляються перешкодами, які мають розмір, більший від довжини хвилі, та значно поглинаються грунтом. В зв’язку з цим віддаль поширення середніх хвиль становить близько 500 км, а для обслуговування великих територій встановлюється межа ретрансляційних станцій. В цьому діапазоні працюють радіостанції на суднах та аеродромна радіослужба. Проте головну екологічну небезпеку створюють потужні радіомовні станції.
У діапазоні коротких хвиль (100 – 10 м) радіохвилі дуже сильно поглинаються Грунтом, але для поширення на велику відстань використовується їх віддзеркалювання від земної поверхні та від іоносфери. В цьому діапазоні працюють радіомовні станції та станції зв’язку.
На ультракоротких хвилях (10 – 1 м), які дуже поглинаються грунтом та майже не віддзеркалюються іоносферою, поширення сигналів відбувається практично лише в межах прямої видимості. Для збільшення цієї зони використовують високо розміщені антени та ретранслятори, причому ЕМП утворюється внаслідок інтерференції прямого та віддзеркаленого променів. У цьому діапазоні працюють зв’язкові, радіомовні та телевізійні станції, розташовані, як правило, у місцях великої концентрації населення.
Систематичні дослідження впливу ЕМП на людей початись приблизно з 50-х р. У діапазонах ВЧ та УВЧ систематично обстежуються перш за все особи, які безпосередньо працюють з радіоапаратурою та перебувають біля передавачів, пультів керування, комутаційних пристроїв, радіо – та телевізійних станцій. Проте хоча реальний час впливу інтенсивного ЕМ П на обслуговуючий персонал не завжди дорівнює тривалості зміни, часто значно менший, але і його буває достатньо, щоб викликати серйозне погіршення самопочуття.
Під час медичного обстеження виявляються суб’єктивні розлади, які спостерігаються під час роботи: загальна слабкість, підвищена втома, пітливість, сонливість, а також розлад сну, головний біль та у ділянці серця. З’являється роздратування, втрата уваги, зростає тривалість мовнорухової та зоровомоторної реакцій, підвищується межа нюхової чутливості. Виникає ряд симптомів, які є свідченням порушення роботи окремих органів – шлунка, печінки, селезінки, підшлункової та інших залоз. Пригнічуються статеві та харчові рефлекси.
Реєструються об’єктивні показники, наприклад, зміна артеріального тиску, частота серцевого ритму, форма електрокардіограми. Це свідчить про порушення діяльності серцево-судинної системи. Фіксуються зміни показників білкового та вуглеводного обмінів, збільшується вміст азоту в крові та сечі, знижується концентрація альбуміну та зростає вміст глобуліну, збільшується кількість лейкоцитів, тромбоцитів, виникають й інші зміни складу крові.
Досліджується також вплив ЕМП на здоров’я населення поблизу території радіостанції.
Під час одного з таких досліджень, проведених на території України, опитувалося населення, аналізувались медичні документи лікарень та поліклінік, вивчались деякі показники стану здоров’я у дітей різного віку у школах та дитячих садках. Були обстежені сотні людей. Отримані результати для осіб, що мешкають біля (на відстані менше ніж кілометр) потужної радіостанції, що працює на середніх та коротких хвилях, порівнювалися з контрольними для аналогічної групи населення, в місцях проживання якої немає джерел випромінювання.
Матеріали дослідження показали, його кількість скарг на здоров’я в місцевості поблизу радіостанції значно (майже вдвічі) вища, ніж у контрольній групі. Виявлено багато розладів, які ще не є захворюванням та не викликали звертання до лікарів. Загальна захворюваність в селищі з радіоцентром, в основному, зумовлена порушенням нервової та серцево-судинної системи, також була вищою, ніж у контрольній групі.
В обстежених дітей відзначено порушення розумової працездатності внаслідок зниження уваги через розвиток послідовного гальмування та пригнічення нервової системи. Фіксувалися прискорений пульс та дихання, підвищення артеріального тиску при фізичному навантаженні та сповільнене повернення до норми цих показників при його знятті. Фіксувався також вплив ЕМП на інші процеси, в тому числі імунобіологічні.
Опубліковано чимало матеріалів з вивчення впливу ЕМП діапазонів УВЧ та ВЧ на тварин (мавп, кролів, пацюків, мишей). Найуважніше вивчали порушення діяльності серцево-судинної системи. Дослідження показали, що опромінення ЕМП малої інтенсивності впливає на тварин практично так само, як і на людей.
Значні зміни функціонування органів та систем спостерігалися не лише під час опромінення, а й щодо їх наслідків протягом тривалого часу.
У перший період опромінення спостерігалися зміни поведінки тварин: у них з’являлися неспокій, збудження, рухова активність, прагнення втекти із зони випромінювання. Тривалий вплив ЕМП призводив до зниження збудження, зростання процесів гальмування. Опромінення ЕМП спричинювало порушення умовних рефлексів та затримку їх вироблення.
Вплив ЕМП на тварин у період вагітності призводив до зростання кількості мертвонароджених, викидів, каліцтв. Спостерігалися аналогічні наслідки, які проявлялися у наступних поколіннях.
Мікроскопічні дослідження внутрішніх органів тварин виявили дистрофічні зміни тканин головного мозку, печінки, нирок, легенів, серцевого м’язу з венозним повнокров’ям, набряками, зміною забарвлення. Було зафіксовано порушення на клітинному рівні. ЕМП повинні розглядатися в основному як хвороботворний чинник. На підставі клінічних та експериментальних матеріалів виявлені основні симптоми ураження, які виникають при впливі ЕМП. Їх можна класифікувати як радіохвильову хворобу. Ступінь патології прямо залежить від напруги ЕМП, тривалості впливу, фізичних особливостей, діапазонів частот, умов зовнішнього середовища, а також від функціонального стану організму, його стійкості до впливу різних чинників, можливостей адаптації.
Поряд з радіохвильовою хворобою як специфічним результатом дії ЕМП спостерігається, через вплив, загальне зростання захворюваності, а також захворювання на окремі хвороби органів дихання, травлення та ін. Це відмічається також при дуже малій інтенсивності ЕМП, яка незначно перевищує гігієнічні нормативи. Ймовірно, причиною є порушення нервово-психічної діяльності як головної у керуванні всіма функціями організму. Внаслідок дії ЕМП можливі як гострі, так і хронічні ураження, порушення в системах та органах, функціональні зміни в діяльності нервово-психічної, серцево-судинної, ендокринної, кровотворної та інших систем.
Звичайно, зміни діяльності нервової та серцево-судинної системи зворотні, і хоча вони мають кумулятивний характер (тобто накопичуються з часом), але, як правило, зменшуються та зникають при виключенні впливу та покращенні умов праці. Але тривалий та інтенсивний вплив ЕМП призводить до стійких порушень і захворювань.
Випромінювання НВЧ – діапазону. Активність впливу ЕМП різних діапазонів частот різна: вона значно зростає з ростом частоти та дуже серйозно впливає у НВЧ – діапазоні. Уданий діапазон входять дециметрові (І00-10см), сантиметрові (10-1см) та міліметрові (10-1мм) хвилі. У зарубіжних літературних джерелах усі ці діапазони об’єднуються терміном “мікрохвильові”.
Як і УВЧ, НВЧ – випромінювання дуже поглинається грунтом та не віддзеркалюється іоносферою. Тому поширення НВЧ відбувається в межах прямої видимості. На деяких ділянках діапазону НВЧ спостерігаються поглинання та розсіювання хвиль молекулами кисню, випаровуванням води, атмосферними опадами, що обмежує віддаль поширення.
На дециметрових хвилях працюють радіомовні та телевізійні станції, які забезпечують завдяки зниженню рівня перешкод вишу якість передачі інформації, ніж в УВЧ – діапазоні.
Усі ділянки НВЧ – діапазону використовуються для радіозв’язку, в тому числі радіорелейного та супутникового. В цьому діапазоні працюють практично всі радіолокатори.
Оскільки випромінювання НВЧ, поглинаючись погано провідним середовищем, викликає їх нагрівання, цей діапазон широко використовується у промислових установках, які базуються на використанні й інших ефектів, пов’язаних з НВЧ – випромінюваннями. Подібні установки використовуються і в побуті. Вплив НВЧ випромінювання наживі тканини дав підставу для розробки терапевтичної медичної апаратури. Завдяки особливостям поширення НВЧ, саме цей діапазон використовується для передачі енергії променем на великі відстані.
В НВЧ – діапазоні вузькоскеровані антени використовуються відносно мало. Здебільшого використовується можливість сфокусувати випромінювання у вузький промінь антенним пристроєм порівняно невеликих габаритів. У межах променів, обмежених діаграмою спрямованості антени, інтенсивність ЕМП суттєво збільшується, а за межами променів стає дуже малою, що зумовлює достатньо чітке розмежування зон різного ступеня небезпеки.
Вплив НВЧ на біологічні об’єкти останнім часом привертає увагу великої кількості дослідників та висвітлюється у численних наукових доповідях та публікаціях. Є відомості про клінічні прояви дії НВЧ залежно від інтенсивності опромінення. При інтенсивності близько 20 мкВт/см2 спостерігається зменшення частоти пульсу, зниження артеріального тиску, тобто реакція на опромінення. Вона сильніша та може навіть виражатися у збільшенні температури тіла осіб, які раніше потрапляли під опромінення. Із зростанням інтенсивності проявляються електрокардіологічні зміні, при хронічному впливі – тенденція до гіпотонії, до змін з боку нервової системи. Потім починається прискорення пульсу, коливання об’єму крові.
За інтенсивності 6 мВт/см2 помічено зміни у статевих залозах, у складі крові, помутніння кришталика. Далі – зміни у згортанні крові, умовно-рефлекторній діяльності, вплив на гепатоцити, зміни у корі головного мозку. Потім – підвищення артеріального тиску, розриви капілярів та крововиливи у легені та печінку.
За інтенсивності до 100 мВт/см2 – стійка гіпотонія, стійкі зміни у серцево-судинній системі, двобічна катаракта. Подальше опромінення помітно впливає на тканини, викликає больові відчуття. Якщо інтенсивність перевищує 1 Вт/см2, то це викликає дуже швидку втрату зору.
Таким чином, НВЧ – опромінення діє в основному аналогічно хвильовому, але сильніше. Крім того, спостерігаються і деякі особливості. Багато ефектів від дії ЕМП пояснюються перетворенням енергії випромінювання на теплову. Оскільки нагрівання зростає пропорційно частоті, явища, пов’язані із нагріванням, на НВЧ проявляються сильніше.
Зупинимося на двох проявах НВЧ – опромінення, які деякою мірою можуть вважатися специфічними, тобто зумовленими цими, а не іншими чинниками впливу.
Одним із серйозних ефектів, зумовлених НВЧ – опроміненням, є ушкодження органів зору. На нижчих частотах такі ефекти не спостерігаються і тому їх треба вважати специфічними для НВЧ – діапазону.
Ступінь ушкодження залежить в основному від інтенсивності та тривалості опромінення. Із зростанням частоти, напруги ЕМП, яка викликає ушкодження зору, – зменшується.
Гостре НВЧ – опромінення викликає сльозотечу, подразнення, звуження зіниць. Потім після короткого (1-2 доби), прихованого, періоду спостерігається погіршення зору, яке зростає під час повторного опромінення, що свідчить про комутативний характер ушкоджень. Експериментальні дослідження на кроликах та спостереження за людьми вказують на існування механізму відновлення ушкоджених клітин, який вимагає тривалого часу (10-12 діб). Із зростанням часу та інтенсивності впливу ушкодження стають незворотними.
При впливі випромінювання на око спостерігається ушкодження роговиці. Але серед усіх тканин ока найбільшу чутливість у діапазоні 1 – 10 ГГц має кришталик. Сильне ушкодження кришталика зумовлене тепловим впливом НВЧ (при щільності понад 100 мВт/см2). При меншій інтенсивності помутніння кришталика спостерігається лише у задній ділянці, при великій – по усьому об’єму кришталика. Утворення катаракти пояснюють не лише тепловою дією, а й впливом ряду інших не зовсім встановлених чинників. Велике значення має концентрація поля в середовищі з окремими діалектичними властивостями та об’ємними резонансними ефектами. На початку 60-х рр. у науково-технічній літературі з’явилися перші відомості про те, що люди, опромінені імпульсами НВЧ-коливань, чули звук. Залежно від три вал ості та частоти повторів імпульсів цей звук сприймається як щебетання, цвірінькання чи дзюрчання в якійсь точці (всередині чи ззаду) голови. Це явище викликало зацікавленість вчених, які розпочали систематичні дослідження на людях та тваринах (морських свинках, пацюках та кішках). Під час опитування люди могли повідомити про ними відчуття, для тварин необхідно було розробити спеціальну методику. Вона полягає в тому, що спочатку у тварини виробляється умовний рефлекс на звуковий сигнал певної частоти: тварина мусила виконувати певні дії, після чого отримувала їжу. Потім звуковий сигнал змінювався НВЧ – випромінюванням, яке викликало слуховий ефект на такій самій частоті. Було встановлено, що в обох випадках тварина веде себе однаково.
Проводилися також досліди, які свідчать, що НВЧ – імпульси сприймаються слуховою системою. Для цього вживляли мікроелектроди, з яких знімали біопотенціали. З’ясувалось, що слуховий ефект притаманний частотам 200-300 МГц. при тривалості прямокутних імпульсів, які змінюються в межах 1-100 мкс. з частотою повторень 1-100 Гц. Відчуття звуку фіксувалося при дуже малих значеннях тільності потоку, середніх – починаючи з 0,1 мВт/см2, імпульсних – МВт/см2. Частота відчуття звуку не залежить від частоти НВЧ сигналу.
На підставі розрахунків для моделі мозку, які відповідають експериментальним даним, було запропоновано таке пояснення слухового ефекту: під впливом імпульсів НВЧ – енергії збуджуються термопружні хвилі тиску в тканинах мозку, які діють за рахунок кісткової провідності на рецептори внутрішнього вуха – волоскові клітини завитки.
У тварин слуховий ефект викликає неспокій, вони намагаються уникнути опромінення. Питання, наскільки слуховий ефект неприємний чи шкідливий для людини, перебуває на стадії дослідження, як і питання про можливі неслухові ефекти імпульсного НВЧ – випромінення.
Вивчення впливу ЕМГІ на різні біологічні об’єкти, що населяють біосферу, – тварин, комах, рослин, бактерій – природно, має і самостійний інтерес. Мається на увазі як доля кожного біологічного виду, що залежить від стану навколишнього середовища, так і взаємозв’язок і взаємодія об’єктів живої природи. Крім того, хоча ці дослідження проведені й у відносно малих масштабах, вони допомогли з’ясувати деякі механізми дії ЕМГІ, а також розширили коло питань, котрі зацікавили вчених і стали предметом подальшого вивчення.
Наприклад, при дослідженні впливу НВЧ – випромінювання невеликої (нетеплової) інтенсивності на комах спостерігалися тератогенні ефекти (природжені аномалії розвитку), які іноді мали мутагенний характер, тобто успадковувалися.
Дослідження проростання та подальшого розвитку кукурудзи із попередньо опроміненого міліметровими хвилями у сухому стані насіння виявило періодичне чергування стимулюючої та пригнічуючої дії. При зміні дози опромінення спостерігався ефект післядії – вплив опромінення, яке виявляється через певний час (близько місяця).
Вплив НВЧ опромінення на насіння люцерни призвів до зміни стану їх оболонки, що погано пропускає воду, і полегшив проростання.
Виявлено значний вплив НВЧ – випромінювання на зміну фізико – хімічних властивостей та співвідношення клітинних структур. Особливо це призводить до затримки та припинення процесів розмноження бактерій та вірусів і знижує їх інфекційну активність.
Оптичне випромінювання. Цим терміном позначається випромінювання видимого діапазону хвиль (0,4 – 0,77 мкм), а також межуючих з ним діапазонів – ІЧ з довжиною хвилі 0,77-0,1 мкм та УФ з довжиною хвилі 0,4 – 0,05 мкм.
Таким чином, з боку довгих хвиль між оптичним діапазоном та НВЧ лежить маловивчений та поки що маловикористовуваний діапазон субміліметрових хвиль (0 – 01 мм), а з боку коротких хвиль – перехід до рентгенівського випромінювання.
Вивчення оптичного діапазону (включаючи ІЧ, видиме та УФ) не класифікується як радіочастотне, але, починаючи з 60-х рр., воно почало широко застосовуватися у радіоелектроніці.
Радіоелектронні прилади, як і будь-які інші, мають ККД менше від 100 %, і частина енергії джерел живлення витрачається на покриття втрат та в кінцевому рахунку переходить у тепло, тобто, в ІЧ-випромінювання.
Джерелами ІЧ-випромінювання служать багато елементів та вузлів радіоапаратури – електровакуумні, напівпровідникові та квантові прилади, індуктивності, резистори, трансформатори, з’єднувальні проводи тощо. Аналогічним чином електровакуумні прилади у скляних балонах дають випромінювання у видимій області спектра. Але такого роду випромінювання порівняно малої інтенсивності не викликає помітного екологічного впливу. Це саме стосується і некогерентного УФ-випромінювання, яке використовується у технологічному процесі фотолітографії при виробництві мікросхем.
Лазерне випромінювання має ряд особливостей. Воно характерне великою часовою та просторовою когерентністю – кореляцією (сумісністю) фаз коливань у деякій точці простору на певну величину моменту часу, а також кореляцією фаз коливань у різних точках простору в один і той самий момент часу.
Часова когерентність зумовлює монохроматичність (одночастотність) випромінювання, що випливає із самого принципу дії лазера як квантового прилада. У реальних умовах з ряду причин ширина спектра лазерного випромінювання обмежена, хоча й досить немала.
Просторова когерентність зумовлює високу скерованість лазерного випромінювання, тобто малу кутову розбіжність променя на великих відстанях. У зв’язку із малою довжиною хвилі лазерне випромінювання може бути сфокусоване оптичними системами (лінзами та дзеркалами) невеликих геометричних розмірів, обмежених дифракцією, завдяки чому на малій площі досягається велика густина випромінювання.
Вказані властивості та їх поєднання є основою для широкого використання лазерів. За їх допомогою здійснюється багатоканальний зв’язок на великих відстанях (причому кількість каналів тут у десятки тисяч разів може перевищувати можливості НВЧ – діапазону), лазерна локація, дальнометрія, швидке опрацювання інформації.
Вплив лазерного випромінювання на біологічні тканини може призвести до теплової, ударної дії світлового тиску, електрострикції (механічні коливання під дією електричної складової ЕМП), перебудови внутріклітинних структур. Залежно від різних обставин прояв кожного ефекту, зокрема, чи їх сумарна дія можуть відрізнятися.
При великій інтенсивності і дуже малій тривалості імпульсів спостерігається ударна дія лазерного випромінювання, яка поширюється з великою швидкістю та призводить до пошкодження внутрішніх тканин за відсутності зовнішніх проявів.
Найважливішим чинником дії потужного лазерного випромінювання на біологічне середовище є тепловий ефект, який проявляється у вигляді опіку, іноді з глибинним руйнуванням – деформацією і навіть випаровуванням клітинних структур. При менш інтенсивному випромінюванні на шкірі можуть спостерігатися видимі зміни (порушення пігментації, почервоніння) з досить чіткими межами уражено ї ділянки. Шкірний покрив, який сприймає більшу частину енергії лазерного випромінювання, значною мірою захищає організм від серйозних внутрішніх ушкоджень. Але є відомості, що опромінення окремих ділянок шкіри викликає порушення у різних системах організму, особливо нервової та серцево-судинної.
У зв’язку з різною поглинальною здатністю живих тканин при відносно слабких ушкодженнях шкіри, можуть виникати серйозні ураження внутрішніх тканин – набряки, крововиливи, змертвіння, згортання крові. Результатом навіть дуже малих доз лазерного випромінювання можуть бути такі явища, як майже і при НВЧ – опроміненні – нестійкість артеріального тиску, порушення серцевого ритму, втома, дратливість тощо. Звичайно, такі порушення зворотні і зникають після відпочинку.
Найсильніше впливає лазерне випромінювання на очі. Тут найсерйознішу небезпеку становить випромінювання УФ – діапазону, яке може призвести до коагуляції білка, рогівки та опіку слизової оболонки, що викликає остаточну сліпоту. Вплив видимого діапазону впливає на клітини сітківки, внаслідок чого настає тимчасова сліпота або втрата зору від опіку чи наступна поява рубцевих ран. Випромінювання ІЧ-діапазону, яке поглинається райдужною оболонкою, кришталиком та скловидним тілом, більш-менш безпечне, але також може спричинити сліпоту.
Таким чином, лазерне випромінювання ушкоджує (іноді не зворотно) усі структури ока, а оскільки око є оптичною системою, виникають другорядні біологічні ефекти як реакція на опромінення.
Внаслідок лазерного опромінення у біологічних тканинах можуть виникати вільні радикали, які активно взаємодіють з молекулами та порушують нормальний хід процесів обміну на клітинному рівні. Наслідком цього є загальне погіршення стану здоров’я (як і при впливі іонізаційних випромінювань).
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...