Биологическое действие ЭМП СВЧ-диапазона

Электромагнитное поле (ЭМП) представляет собой совокупность переменных электрического и магнитного полей. В совокупности переменные электрического и магнитного полей, распространяющихся в среде, называется электромагнитными волнами.

Вокруг любого источника излучения ЭМП разделяют на три зоны: ближнюю (зону индукции), промежуточную (зону интерференции) и дальнюю (волновую зону).

В диапазоне частот 30 кГц-300 МГц (V-VIII диапазоны) ЭМП оценивается величиной напряженности поля по электрической и магнитной составляющим и выражается, соответственно, в вольтах на метр (В/м) и амперах на метр (А/м).

В диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц (IX-XI диапазоны) ЭМП оценивается величиной поверхностной плотности потока мощности излучения (ППМ) и создаваемой им энергетической нагрузкой и выражается соответственно в мкВт/см² и мкВт·ч/см². Наиболее выраженное действие на организм человека оказывает воздействие ЭМП СВЧ-диапазона.

СВЧ-излучение на РЛС может быть «используемым» и «паразитным». Излучение антенны является используемым, а излучение от генераторов и фидерных трактов (при их недостаточной герметизации и экранировке) - паразитным. Лица, находящиеся в помещениях радиолокационных станций подвергаются воздействию, главным образом, ЭМП паразитного СВЧ-излучения (в процессе эксплуатации, настройки, ремонта) и в редких случаях ‑ используемого (в случаях взаимооблучения, когда на позиции имеется несколько станций и не соблюдается техника безопасности).

В районе расположения станции можно подвергнуться воздействию ЭМП СВЧ-диапазона только от антенны.

Действие ЭМП на живые объекты зависит от длины волны, интенсивности, продолжительности и режимов излучения, размеров и анатомического строения ткани или органа, подвергающихся облучению. Эффект биологического действия тем выраженнее, чем больше интенсивность (мощность) излучения, продолжительнее время облучения и больше облучаемая поверхность. ЭМП миллиметрового диапазона поглощается поверхностными слоями кожи, сантиметрового диапазона - кожей и прилегающими к ней тканями, дециметровые проникают на глубину 10-15 см. Для более длинных волн ткани тела человека являются хорошо проводящей средой.

В зависимости от интенсивности излучения различают термическое (тепловое) и нетермическое действие. Границей этого раздела является плотность потока мощности (ППМ), равная 10 мВт/см²: при больших энергиях проявляется термическое действие, при меньших ‑ нетермическое.

Термическое действие заключается в нагревании облучаемых тканей и повышении их температуры, что и определяет возникающую патологию. Различные ткани по-разному поглощают энергию ЭМП. Наиболее сильно поглощают энергию и нагреваются ткани и органы, которые содержат много воды - хрусталик и стекловидное тело глаза, полые органы (мочевой и желчный пузыри, желудок, кишечник), гонады, паренхиматозные органы. Наиболее чувствительны к локальному избирательному нагреву органы и ткани с плохой терморегуляцией - хрусталик и стекловидное тело глаза. Возникающие в тканях изменения связаны с денатурацией белка и изменением хода биохимических реакций (катаракты, некроспермия и атрофия сперматогенного эпителия, желудочные кровотечения и др.). Термическое действие СВЧ-излучения является следствием несчастных случаев, аварийных ситуаций и грубых нарушений правил техники безопасности.

Значительно чаще в войсковой практике отмечается нетермическое действие ЭМП. Нетермическое действие СВЧ-излучений изучено недостаточно и в значительной степени дискуссионно. Предположения о специфическом их действии было высказано еще в середине 40-х годов, но до 1952 г. экспериментального подтверждения факта наличия этого действия не было. Обнаружить и исследовать прямыми методами специфическое действие ЭМП СВЧ-диапазона ‑ задача довольно трудная, так как оно сводится к тончайшим изменениям в организме и проявляется лишь косвенно. Главным образом, это функциональные изменения и биологические эффекты, которые возникают в организме при отсутствии температурных сдвигов в тканях и специальных терморегуляторных реакций при величинах ППМ СВЧ-излучения, меньших порогового уровня теплового действия ‑ 10 мВт/см².

Нетермическое действие радиоволн в настоящее время объясняют несколькими механизмами:

1. Наличие в биосредах «микропроцессов», связанных с выстраиванием вдоль электрических силовых линий ЭМП суспендированных частиц ряда веществ, а также микроорганизмов, лейкоцитов и эритроцитов - так называемых «жемчужных цепочек», которые с изменением направления линий поворачиваются точно вслед за полем. Это построение объясняют индуцированием в частицах или клеточных элементах электрических зарядов под действием СВЧ-поля, которые благодаря электростатическому притяжению вызывают ориентацию частиц, изменение структуры и функции тканей.

2. Поляризация боковых цепей макромолекул тканей и ориентация их параллельно электрическим силовым линиям, что может приводить к разрыву внутри- и межмолекулярных связей, к коагуляции молекул и изменению их свойств.

3. Действие сил Лоренца - перемещение положительных и отрицательных ионов в тканях и электролитах перпендикулярно магнитным силовым линям, в результате чего нарушаются химический состав и электрическое равновесие тканей.

4. Резонансное поглощение ЭМП белковыми молекулами при совпадении характеристических частот молекул и частоты ЭМП. В таком случае молекулы возбуждаются, приходят в колебательное движение, сталкиваются с невозбужденными молекулами, передают им свою энергию, которая расходуется на их химическое преобразование, процессы каталитического характера и др. Явление резонансного поглощения имеет большое значение для понимания процессов, возникающих в организме под действием радиоизлучений, в частности мутагенного действия микроволн.

Названные механизмы показывают, что взаимодействие ЭМП с биологическими объектами имеет сложный характер и тем сложнее, чем выше организация биообъекта. С развитием и усложнением организма кроме простейших физико-химических механизмов все большее значение приобретают эффекты, связанные с физиологическими и биофизическими механизмами и определяющие вторичные эффекты воздействия радиоволн с дотепловыми уровнями энергии - кумуляцию, стимуляцию и сенсибилизацию.

Специфическое действие радиоволн вызывает в организме различные изменения - обратимые или необратимые, морфологического или функционального характера.

Морфологические изменения чаще наблюдаются в тканях периферической и центральной нервной систем. Характер их зависит от частоты излучения (длины волны): при действии миллиметровых волн изменения локальны, имеют вид очагов, при действии сантиметровых - концентрируются вокруг сосудов мозга. По суммарному эффекту на нервную систему наибольшим воздействием обладают дециметровые волны. Морфологические изменения наблюдаются также в других тканях и органах (глаза, кровь и др.).

Функциональные изменения выражаются в нарушении характера и интенсивности физиологических и биохимических процессов в организме, функций различных отделов нервной системы, нервной регуляции системы кровообращения и т.п.

Клинические проявления действия СВЧ-излучений наблюдаются преимущественно со стороны нервной системы и системы кровообращения. Астенический синдром характеризуется жалобами на повышенную утомляемость, слабость, разбитость, понижение работоспособности, нарушение сна, головную боль, головокружение, раздражительность, вспыльчивость, повышенную потливость, реже - на понижение памяти, чувство тревоги, половую слабость и др. Объективно отмечается повышение сухожильных рефлексов, тремор рук и век, акроцианоз, локальный и общий гипергидроз, изменение дермографизма, пиломоторного рефлекса и др. В ряде случаев изменения функций нервной системы свидетельствуют о диэнцефальных нарушениях.

Изменения, наблюдаемые у людей при хроническом воздействии СВЧ-поля, имеют полиморфный характер и отличаются неустойчивостью. Они обусловлены нарушениями нервно-гуморальной регуляции, появляются исподволь и обнаруживают четкую связь со стажем работы.

Нарушения функции системы кровообращения протекают по типу нейроциркуляторной дистонии с жалобами на боли в области сердца, сердцебиение, одышку. Объективно наблюдаются гипотония, брадикардия и замедление внутрижелудочковой проводимости.

Изменения в крови чаще носят нестойкий характер, но при длительных воздействиях наблюдаются лейкопения с нейтрофилопенией и тромбоцитопения.

В желудочно-кишечном тракте отмечаются нарушения секреторной и эвакуаторной функций.

Кроме того, специфическое действие СВЧ-излучений проявляется в изменениях газообмена, деятельности мочевыделительной системы, обмена веществ (белкового, углеводного, липидного, минерального и др.), деятельности желез внутренней секреции, ферментативных процессов, обмена нуклеиновых кислот и пр.

СВЧ-излучение является типичным стрессором, вызывающим дезадаптацию. Оно обладает дезадаптирующим действием по отношению к теплу, холоду, шуму, психологической травме и др.