ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ — особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Электромагнитная энергия широко используется в радиосвязи, телевидении, радиолокации; для осуществления различных технологических процессов и операций (нагрева, сварки, напыления металлов, сушки различных материалов, диэлектрической обработки пластмасс), для таких видов термообработки пищевых продуктов как размораживание, стерилизация, сублимация, а также в научных исследованиях. В медицине энергия электромагнитного поля применяется в физиотерапии (см. Диатермия, Микроволновая терапия) для быстрого снятия гипотермии после операций на открытом сердце, для нагрева крови при трансфузиях.

Основными источниками излучений при использовании электромагнитной энергии являются различные типы антенных устройств, рабочие элементы высокочастотных установок, плавильные, закалочные индукторы, рабочие конденсаторы для осуществления диэлектрического нагрева, различные элементы ламповых и машинных генераторов. В вакууме электромагнитное поле характеризуется вектором напряженности электрического поля (Е) и магнитной индукцией (В), которые определяют силы, действующие со стороны ноля на неподвижные и (или) движущиеся заряженные частицы: в среде, напр, в воздухе, тканях,— дополнительно двумя вспомогательными величинами: напряженностью магнитного поля (Н) и электрической индукцией (Д). Электромагнитное поле неподвижных и равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При их ускоренном движении электромагнитное поле излучается в виде квантов (фотонов) и существует в виде электромагнитных волн, которые представляют собой взаимосвязанные изменения напряженности электрического и магнитного полей. Основными параметрами электромагнитной волны являются: длина волны (λ) — расстояние, на которое распространяется волна за один период (Т); частота колебаний (f) — число колебаний за одну секунду; скорость распространения электромагнитной волны (V), равная λ/Т.

В зависимости от энергии фотонов (V-квантов) весь спектр электромагнитного излучения (см.) принято подразделять на область неионизирующих и ионизирующих излучений. К неионизирующим излучениям относят электромагнитные колебания, энергия квантов которых недостаточна для ионизации молекул и атомов вещества; к ионизирующим излучениям — электромагнитные колебания, кванты которых при взаимодействии с веществом вызывают ионизацию атомов. Часть спектра неионизирующих излучений составляют излучения радиоволнового диапазона, другая часть относится к излучениям оптического диапазона, который принято подразделять на инфракрасное излучение (см.), видимый свет (см.) и ультрафиолетовое излучение (см.). Наиболее длинноволновая часть излучений радиоволнового диапазона смыкается с квазистатическими электрическими (см. Электростатическое поле) и магнитными полями (См. Магнитное поле), наименее коротковолновая часть (ультрафиолет А) примыкает к рентгеновским лучам (см. Рентгеновское излучение).

По источнику возникновения электромагнитные излучения подразделяются на излучения искусственного (антропогенное) и естественного (земные, солнечные, галактические) происхождения. К последним должны быть отнесены также электромагнитные колебания, возникновение которых связано с протеканием процессов жизнедеятельности на различных уровнях организации живых систем. Особенностью искусственных электромагнитных излучений является их высокая временная и пространственная когерентность, обусловливающая возможность значительной концентрации энергии в узких областях спектра, тогда как для естественных характерен широкий спектр частот.

Область распространения электромагнитных волн принято подразделять на три зоны: ближнюю (зону индукции), промежуточную и дальнюю (волновую). Энергетическим показателем Электромагнитное поле ближней и промежуточной зон является объемная плотность энергии. При оценке электромагнитного поля данных зон с гигиенических позиций учитывают напряженность электрической (в/м) и магнитной (а/м) составляющих. В волновой зоне электромагнитное поле оценивают по плотности потока энергии (ППЭ), которая выражается в вт*м^-2, мвт*см^-2, мквт*см^-2.

При воздействии электромагнитного поля на организм действующим фактором являются наведенные внутренние поля. Их параметры и распределение в теле человека зависят от частоты электромагнитных колебаний, электрических свойств тканей, формы и размеров тела и его ориентации относительно векторов напряженности электрического (Е) и магнитного (Н) полей. Электрические свойства тканей в значительной степени определяются частотой воздействующего электромагнитному полю. При одних частотах ткань проявляет свойства проводника, при других — изолятора (диэлектрика). Одними из основных показателей, характеризующих электрические свойства тканей, являются их диэлектрическая постоянная и магнитная проницаемость. По диэлектрическим свойствам все биологические ткани принято подразделять на две группы: к тканям с высоким содержанием (свыше 80%) воды относятся кровь, мышцы, кожа, ткань мозга, печени, почек, селезенки и др., к тканям с относительно низким содержанием воды — жировая и костная (см. Электропроводность биологических систем). По магнитным свойствам ткани тела относятся к слабым диамагнетикам и парамагнетикам. Их магнитная проницаемость практически не отличается от магнитной проницаемости воздуха, в силу чего напряженность магнитного поля в тканях практически не отличается от напряженности внешнего магнитного поля. Переменное магнитное поле наводит в тканях вихревое электрическое поле индукции, которое, в свою очередь, вызывает колебания ионов и дипольных молекул среды, что в конечном счете приводит к поглощению энергии и образованию тепла.

Спектр действия электромагнитных излучений радиочастотного диапазона ограничивается преимущественно нагревом вещества. Поглощение энергии электромагнитного поля в тканях определяется двумя процессами: колебанием свободных зарядов и колебанием дипольных молекул с частотой воздействующего поля. Первый процесс приводит к потерям энергии за счет электрического сопротивления среды, второй — за счет трения дипольных молекул в вязкой среде. Оба процесса ведут к образованию тепла и нагреву тканей.

Исходя из особенностей взаимодействия электромагнитного поля с биологическими тканями и телом человека в целом весь спектр электромагнитных излучений радиочастот может быть подразделен на 5 участков. Первый — от единиц гц до 10 кгц, второй — 10 кгц — 30 Мгц, третий — 30 Мгц — 10 Ггц, четвертый — 10—200 Ггц, пятый — 200— 3000 Ггц. Так как для электромагнитных колебаний, относящихся к первому диапазону частот, волновая зона находится на расстояниях, где интенсивность электромагнитного поля утрачивает свою биологическую значимость, то применительно к этому диапазону частот практическое значение представляют лишь отдельные составляющие ближнего поля (Е и Н). По отношению к электрической составляющей поля тело человека имеет свойства достаточно хорошего проводника, в связи с чем внутри тела оно практически отсутствует. При действии магнитного поля в тканях тела индуцируются магнитно наведенные электрические поли, напряженность которых пропорциональна напряженности магнитного поля, его частоте и радиальному расстоянию от оси тела.

Для второго диапазона частот характерно также поглощение энергии электромагнитного поля преимущественно поверхностными структурами тела. При этом с увеличением частоты величина поглощенной энергии, а следовательно, и поглощенная мощность возрастают приблизительно пропорционально квадрату частоты.

Характерной особенностью третьего диапазона частот является возникновение выраженных интерференционных явлений, приводящих к существенным различиям как в величине общего поглощения энергии, так и в ее распределении в теле. Максимальное поглощение энергии имеет место в случае резонансного поглощения при определенном соотношении длины волны с размерами биологического объекта. При этом поглощенная энергия распределяется в теле весьма неравномерно, образуя области так называемых горячих пятен.

Для четвертого диапазона частот характерно быстрое затухание энергии при прохождении ее через ткани. При общем облучении энергия проникает в ткани примерно на глубину 0,1—0,01 длины волны. Удельное поглощение энергии в этом случае не зависит от размеров и формы тела.

Электромагнитные колебания, относящиеся к пятому диапазону частот, поглощаются самыми поверхностными слоями кожи. Вызываемые кии эффекты связывают исключительно с раздражением рецепторов кожи или действием на биологически активные точки.

Под действием радиочастот возникают реакции организма, характеризующие проявление радиоволновой чувствительности, реакции, отражающие явления адаптационного характера, а также реакции, указывающие на развитие радиоволновых поражений. Установить четкие границы между ними трудно, особенно при применении электромагнитных излучений в лечебных целях. Некоторые эффекты, связанные с воздействием на организм излучения высокой интенсивности, могут представлять опасность для организма.

В связи с существенным различием в характере поглощения энергии электромагнитного поля на разных частотах, а следовательно, и в значениях удельной поглощенной мощности развитие тепловых эффектов возможно при существенно отличающихся значениях внешних полей. В области резонансных частот порог возникновения отчетливых термических эффектов лежит для человека в диапазоне интенсивностей 5—11 мет/см², для животных средних размеров — 2,5—5 мвт/см², для мелких животных — 0,5—1 мвт/см². С тепловыми эффектами связывают физиологические и биохимические реакции, а также морфологические, изменения, наибольшая выраженность которых проявляется в структурах или органах с низким уровнем метаболических процессов, слабой васкуляризацией (хрусталик, стекловидное тело глаза, желчный пузырь) и высокой чувствительностью к повышению температуры (семенники, некоторые структуры мозга). Характерным проявлением теплового действия СВЧ-излучений являются нарушение процессов сперматогенеза, развитие экспериментальной язвы желудка у животных, образование катаракты.

Наиболее полно изучено биологическое действие СВЧ-излучений. Самыми чувствительными по отношению к указанному диапазону частот являются центрально-нервная система, сердечно-сосудистая в иммунная системы. Все биологические эффекты, возникающие при действии СВЧ-излучений, принято подразделять на две основные группы: тепловые, развитие которых обусловлено существенным нагревом тканей, и нетепловые, возникающие при относительно низкой интенсивности воздействия и не сопровождающиеся интегральным повышением температуры тела.

Реакции организма, возникающие при действии нетепловых интенсивностей (специфическое действие микроволн), связывают с поляризацией мембран, изменением их проницаемости, в том числе селективного характера, с возникновением химических или структурных изменений в синаптическом аппарате, в энзимах.

Все большее распространение приобретает концепция, согласно которой в основе реакций организма, возникающих при действии микроволновых излучений, лежат энергетические процессы и процессы передачи информации. К энергетическим процессам относят изменения и реакции, возникновение которых всецело определяется количеством поглощенной энергии или мощностью электромагнитного излучения. Процессы передачи информации составляют основу реакций, при которых эффект воздействия электромагнитного излучения осуществляется через один из каналов передачи и обработки информации (например, точки акупунктуры, нервную, нейроэндокринную, гуморальную и некоторые другие системы).

Вопрос о безопасных уровнях электромагнитных излучений продолжает оставаться предметом дискуссий и решается в разных странах по-разному. Действующие в мировой практике гигиенические нормативы в виде стандартов, санитарных правил, рекомендаций, устанавливающих предельно допустимый уровень (ПДУ) электромагнитных излучений радиочастот, предусматривают различное решение вопроса о контингентах лиц, применительно к которым осуществляется регламентация. Стандарты большинства западноевропейских стран устанавливают ПДУ лишь для персонала, обслуживающего источники электромагнитных излучений. В некоторых странах действие одних и тех же нормативных актов распространяется как на персонал, так и на население (например, в США). Стандарты ряда социалистических стран (ЧССР, ПНР), а также Швеции устанавливают ПДУ радиоволновых воздействий для двух контингентов лиц: профессионально связанных с воздействием этого фактора и населения.

В СССР и ряде социалистических стран в зависимости от места и условий воздействия принято различать четыре вида облучения: профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и осуществляемое в лечебных целях.

Для диапазона частот 300 Мгц — 300 Ггц в качестве нормируемых параметров облучения установлены: для населения в целом — интенсивность излучения ила плотность потока энергии (ППЭ, мквт*см^-2); для различных категорий работающих наряду с интенсивностью нормируется энергетическая нагрузка (Эw). Последняя представляет собой произведение ППЭ падающего излучения на время (Т) его воздействия: Эw=ППЭ *T и выражается в вт*час/м^-2 (мквт*час/м^-2). Гигиеническими нормативами установлены предельные значения как ППЭ, так и Эw. В диапазоне их допустимых значений величина ПДУ облучения определяется по формуле: ПДУппэ = Эw/T; T = Эw/ПДУппэ

В диапазоне частот до 300 Мгц в качестве нормируемых параметров используются напряженности Е и H поля.

Клинические проявления радиоволновых воздействий наиболее полно исследованы в отношении действия СВЧ-полей. В абсолютном большинстве стран «радиоволновая болезнь» как профессиональное заболевание не значится. Некоторые исследователи считают возможным выделять радиоволновой синдром. Принято различать две формы расстройств: острую и хроническую. Хроническую форму подразделяют на три степени: легкую, средней тяжести и тяжелую. Четкие критерии этого деления отсутствуют.

Острые формы поражений встречаются крайне редко. Их возникновение связано с аварийными ситуациями или грубым нарушением правил техники безопасности. Характерным для них является выраженная полисиндромность. Наиболее часто наблюдаются остроразвивающееся астеноневротическое состояние и нарушение функций сердечнососудистой системы. При относительно низких уровнях воздействия возникают головокружение, слабость, головная боль, тошнота, которые нередко сочетаются с изменением ритма сердечных сокращений (тахикардией, реже брадикардией), изменениями АД. При этом первоначально развивающаяся гипертензивная реакция быстро сменяется гипотонией. Наблюдаются местные ангиоспазмы. Возникшие нарушения отличаются стойкостью и сохраняются до 1,5—2 месяцев. При весьма интенсивных воздействиях (порядка сотен мвт/см² или нескольких вт/см²) наряду с перечисленными симптомами возможны развитие катаракты и поражение семенников. Специфические клинические признаки радиоволновой патологии не установлены.

Для клинической картины хронические воздействия повышенных уровней радиоволновых излучений характерно развитие астенических состояний в вегетативных расстройств, главным образом со стороны сердечно-сосудистой системы (радиоволновой синдром). Наряду с общей астенизацией, характеризующейся слабостью, повышенной утомляемостью, беспокойным сном, у больных часто возникают головные боли, ослабление памяти, головокружения, психоэмоциональная лабильность, боли в области сердца, повышенная потливость, снижение аппетита; реже отмечаются расстройства менструального цикла, снижение сексуальной потенции. Объективными признаками заболевания являются акроцианоз, регионарный гипергидроз, похолодание кистей и стоп, тремор век и пальцев рук, лабильность пульса и артериального давления с наклонностью к брадикардии и гипотонии, извращение реакций сосудов на Холодовой раздражитель, приглушение тонов сердца, диэнцефальные кризы, изменение функции щитовидной железы (гиперфункция), половых желез и гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы. Характерным признаком считают нестабильность количества лейкоцитов в крови, которая может проявляться как лейкопенией, так и лейкоцитозом.

Диагноз острого поражения СВЧ-полем ставят на основании данных профессионального анамнеза (специальность, возможные уровни и время облучения в случае аварийной ситуации или нарушения правил техники безопасности), жалоб больного и результатов всестороннего обследования. При проведении дифференциальной диагностики необходимо исключить причины, которые могут обусловить развитие сходных нарушений (перегревание, острые интоксикации, другие профвредности). Решающее значение при установлении диагноза хронические поражения имеют профессиональный анамнез и данные периодических медицинских осмотров.

Лечение. Патогенетически обоснованной схемы лечения не существует. В случае острых поражений первый этап включает мероприятия неотложной помощи, направленные на устранение и предупреждение нарушений сердечно-сосудистой системы. При легких поражениях показаны седативные, симптоматические и общеукрепляющие средства. В случае выраженной патологии показано лечение в стационаре с последующим временным переводом на работу, не связанную с воздействием электромагнитного поля радиочастот. При отсутствии лечебного эффекта, а также при выраженных формах заболеваний после лечения показан перевод на работу вне контакта с профессиональными вредностями.

Предупреждение неблагоприятного действия электромагнитных излучений радиочастот достигается системой гигиенических, лечебно-профилактических и инженерно-технических мероприятий. Гигиенические мероприятия предусматривают установление ПДУ для соответствующих категорий лиц, профессионально связанных и не связанных с воздействием электромагнитных излучений, а также для населения, осуществление метрологического контроля за соблюдением ПДУ, проверку эффективности этих мероприятий, обоснование режима труда и отдыха лиц, профессионально связанных с воздействием этого фактора. Применительно к этой категории лиц существенное значение имеют лечебно-профилактические мероприятия, предусматривающие проведение предварительных и периодических медицинских осмотров (см. Медицинский осмотр). Инженерно-технические мероприятия предусматривают осуществление комплекса защитных мер, направленных на снижение уровней электромагнитных излучений на рабочих местах персонала и на селитебных территориях до значений, не превышающих ПДУ. Снижение уровней электромагнитных излучений достигается за счет удаления работающих от источников излучений; применения поглощающих энергию эквивалентных нагрузок; осуществления метрологического контроля В зоне рабочих мест в сроки, установленные нормативными документами. В зависимости от частоты электромагнитных колебаний и природы излучения применяются экранирующие или радиопоглощающие материалы различного типа. Для защиты от СВЧ-полей, УВЧ-полей и ВЧ-полей, а также электрической составляющей электромагнитных колебаний низких и сверхнизких частот используются металлические экраны; для защиты от магнитных полей — материалы с низкой магнитной проницаемостью (листовая сталь, ферромагнетики). В случае невозможности снижения уровней электромагнитных излучений до значений, установленных ПДУ, применяются индивидуальные средства защиты (радиозащитные очки, щитки, радиозащитные комбинезоны). Контроль за соблюдением ПДУ на предприятиях осуществляется ведомственными санитарно-промышленными лабораториями, в лечебных и научно-исследовательских учреждениях — специализированными лабораториями СЭС. Последние контролируют также селитебные территории (см. Санитарный надзор).

Библиогр.: Биологическое действие электромагнитных излучений, под ред. Б. М. Савина и Г. А. Степанского, М., 1978; Введение в электромагнитную биологию, под ред. Г. Ф. Плеханова, Томск, 1979; Гигиена труда при воздействии электромагнитных полей, под ред. В. Е. Ковшило. М., 1983, библиогр.; Гуськова А. К. и Кочанова Б. М. Некоторые аспекты этиологической диагностики профессионального заболевания в связи с воздействием микроволнового излучения, Гиг. труда и проф. заболев., № 3, с. 14, 1976; Давыдов Б. И., Тихончук В. С. и Антипов В. В. Биологическое действие, нормирование и защита от электромагнитных излучений, М., 1984; Думанский Ю. Д., Сердюк А. М. и Лось И. П. Влияние электромагнитных полей радиочастот на человека, Киев, 1975, библиогр.; Методологические вопросы гигиенического нормирования электромагнитных излучений радиочастотного диапазона, под ред. Б. М. Савина, М., 1980; Толгская М. С. и Гордон 3. В. Морфологические изменения при действии электромагнитных волн радиочастот, М., 1971; Biological effects and dosimetry of nonionizing radiation: Radiofrequency and Micro ware energies, ed. by M. Grandolfo a. o., N. Y.—L., 1983; Nonionizing radiation protection, ed. by M. J. Suess, Copenhagen, 1982.

Б. М. Савин.