Гвардейская общеобразовательная школа I-III ступеней №1
Реферат
По физике на тему:
Влияние электромагнитных полей на живые организмы
Выполнила: Ибрагимова Э. Э.
Учитель: Алядинова Г. Э.
п. г. т. Гвардейское, 2011
Содержание
Введение
. Влияние электрического поля на живые организмы
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Все многообразие живого на нашей планете возникло, эволюционировало и ныне существует благодаря непрерывному взаимодействию с различными факторами внешней среды, приспосабливаясь к их влиянию и изменениям, используя их в процессах жизнедеятельности. И большинство этих факторов имеют именно электромагнитную природу. На протяжении всей эпохи эволюции живых организмов электромагнитные излучения существуют в среде их обитания - биосфере. Учёные последовательно обнаруживали всё новые природные электромагнитные излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра.
Электромагнитные поля и излучения буквально пронизывают всю биосферу Земли, поэтому можно полагать, что все диапазоны естественного электромагнитного спектра сыграли какую-то роль в эволюции организмов, и что это как-то отразилось на процессах их жизнедеятельности.
Однако, с развитием цивилизации, существующие естественные поля дополнились различными полями и излучениями антропогенного происхождения, и они играют важную роль для всего живого на Земле. Человек при помощи радиотехнических и радиоэлектронных приборов создал невидимую электромагнитную паутину, в которой мы все находимся. Особенно сильно она разрослась в последние годы. Мощные линии электропередач высокого и сверхвысокого напряжения, не менее мощные и многочисленные радио - и телепередающие станции, космические ретрансляторы - все они влияют на общую картину воздействия электромагнитных полей. И чем больше мы окружаем себя ими, тем важнее становится для нас узнать о том, как действуют на все живое созданные природой и нами самими электромагнитные поля.
1. Влияние электрического поля на живые организмы
Влияние на иммунную систему.
В настоящее время накоплено достаточно данных, указывающих на отрицательное влияние ЭМП на иммунологическую реактивность организма.
Результаты исследований ученых дают основание считать, что при воздействии ЭМП нарушаются процессы иммуногенеза, чаще в сторону их угнетения. Установлено также, что у животных, облученных ЭМП, изменяется характер инфекционного процесса - течение инфекционного процесса отягощается. Возникновение аутоиммунитета связывают не столько с изменением антигенной структуры тканей, сколько с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных тканевых антигенов. В соответствии с этой концепцией, основу всех аутоиммунных состояний составляет в первую очередь иммунодефицит по тимус-зависимой клеточной популяции лимфоцитов. Влияние ЭМП высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на Т-систему клеточного иммунитета. ЭМП могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляции аутоиммунной реакции в организме беременной самки. электромагнитный поле влияние эмбрион
Влияние на гуморальную систему.
В работах ученых еще в 60-е годы в трактовке механизма функциональных нарушений при воздействии ЭМП ведущее место отводилось изменениям в гипофиз-надпочечниковой системе. Исследования показали, что при действии ЭМП, как правило, происходила стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, что сопровождалось увеличением содержания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови. Было признано, что одной из систем, рано и закономерно вовлекающей в ответную реакцию организма на воздействие различных факторов внешней среды, является система гипоталамус- гипофиз-кора надпочечников. Результаты исследований подтвердили это положение.
Влияние на половую систему.
Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и нейроэндокринной систем. С этим связанаы результаты работы по изучению состояния гонадотропной активности гипофиза при воздействии ЭМП. Многократное облучение ЭМП вызывает понижение активности гипофиза
Любой фактор окружающей среды, воздействующий на женский организм во время беременности и оказывающий влияние на эмбриональное развитие, считается тератогенным. Многие ученые относят ЭМП к этой группе факторов.
Первостепенное значение в исследованиях тератогенеза имеет стадия беременности, во время которой воздействует ЭМП. Принято считать, что ЭМП могут, например, вызывать уродства, воздействуя в различные стадии беременности. Хотя периоды максимальной чувствительности к ЭМП имеются. Наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации и раннего органогенеза.
Было высказано мнение о возможности специфического действия ЭМП на половую функцию женщин, на эмбрион. Отмечена более высокая чувствительность к воздействию ЭМП яичников нежели семенников. Установлено, что чувствительность эмбриона к ЭМП значительно выше, чем чувствительнос
www.studsell.com
<span Arial Black",«sans-serif»">В
сё многообразие живого на нашейпланете возникло, эволюционировало и ныне существует благодаря непрерывномувзаимодействию с различными факторами внешней среды, приспосабливаясь к ихвлиянию и изменениям, используя их в процессах жизнедеятельности. А большинствоэтих факторов имеют электромагнитную природу. На протяжении всей эпохи эволюцииживых организмов электромагнитные излучения существуют в среде их обитания –биосфере. Учёные последовательно обнаруживали всё новые природныеэлектромагнитные излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра. Кдавно уже излучавшемуся диапазону солнечных излучений – от инфракрасных доультрафиолетовых лучей – прибавился диапазон ионизирующих излучений(рентгеновских и гамма лучей) космического и земного происхождения. Востальной, более низкочастотной части электромагнитного спектра, вслед заобнаружением медленных периодических изменений (сезонных, месячных, суточных)магнитного и электрического полей Земли,были открыты короткопериодные колебания магнитного поля земли с частотами,простирающимися до сотен герц. А излучение атмосферных разрядов показало, чтовозникающие при этом электромагнитные излучения охватывают широкий диапазондлин волн – от сверхдлинных до ультракоротких; и наконец, были открыты радиоизлученияСолнца и галактик в диапазоне от метровых до миллиметровых волн.Электромагнитные поля и излучения буквально пронизывают всю биосферу Земли,поэтому можно полагать, что все диапазоны естественного электромагнитного спектра сыграли какую-то роль в эволюцииорганизмов, и что это как-то отразилось на процессах их жизнедеятельности.Однако с развитием цивилизации, существующие естественныеполя дополнились различными полями иизлучениями антропогенного происхождения, и это тоже сыграло, а точнее продолжаетиграть роль в развитии всего живого на Земле. Все мы видели в лесу паутину, сотканную искусным ткачом-пауком, ибарахтающихся в ней насекомых. В отличие от пауков, человек создал припомощи радиотехнических и радиоэлектронных приборов невидимуюэлектромагнитную паутину, в которой все мы «барахтаемся», не подозревая об этом.Особенно сильно она разрослась в последние годы. Мощные линии электропередачивысокого и сверхвысокого напряжения, не менее мощные и многочисленныерадио- и телепередающие станции, космические ретрансляторы — все этималенькие и гигантские пауки плетут вокруг нас свои невидимые паутины изэлектромагнитных полей. И чем больше мы окружаем себя этой «паутиной», темважнее становится для нас узнать о том, как действуют на всё живое созданные природой и нами самимиэлектромагнитные поля.
Для области спектра, где hν>kТ (при температурах,свойственных живым организмам), т.е. от инфракрасного диапазона до гамма лучей,все виды биологической активности в той или иной степени уже обнаружены. Иначеобстояло дело с остальной обширной областью электромагнитного спектра, где hν<kТ;эта область включаетдиапазоны от сверхвысокочастотного до инфранизкочастотного, вплоть до “нулевой частоты” (постоянных электрических имагнитных полей). (Для удобства изложения мы будем далее называть всю этуобласть спектра“электромагнитными полями” или ЭМП). В целом проблема биологической активности области ЭМПначала формироваться только в последние годы, хотя исследования отдельныхаспектов этой проблемы ведутся уже давно.
ЭМП долгое время считали не оказывающими какого-либо влиянияна живые организмы. К такому заключению приводили простые физическиесоображения: поскольку кванты энергии в этой области спектра значительно меньшесредней кинетической энергии молекул (hν<<kТ), то поглощениеЭМП в живых тканях может быть связанотолько с усилением вращения молекул как целого, т.е. с преобразованиемэлектромагнитной энергии в тепловую, А поглощение энергии постоянного илимедленно изменяющегося электрического и магнитного полей – с ориентациеймолекул. Расчёты показывали, что сколько-нибудь значимых для организма тепловыхэффектов ЭМП можно ожидать только при весьма высоких интенсивностях – порядка102 Вм для сверхвысокихчастот и до 106 Вм для инфранизких,т.е. при напряжённостях, на много порядков превышающих значение напряжённостей,естественных ЭМП биосферы. Что касается биологически значимого эффектаориентации молекул под действием постоянных или медленно изменяющихся полей, тотакой эффект возможен, если энергия взаимодействия поля с молекулой не меньшеkТ. А для этого напряжённость магнитного поля должна быть не ниже 103 Э и электрического – не ниже105 Вм, что на несколько порядков выше напряжённости магнитного иэлектрического полей Земли. Исходя из этих представлений об условиях возможныхэнергетических взаимодействий ЭМП с тканями живых организмов, физикискептически относились к появлявшимся время от времени сообщениям биологов о реакциях животных и человека на ЭМП,значительно более слабые, чем это требовалось для теплового эффекта.
Но вопреки этимкатегорическим заключениям биологи продолжали попытки экспериментальнообнаружить биологическое действие ЭМП ипостоянного магнитного поля при напряжённостях, значительно более низких, чемэто следовало из теоретических оценок.
Биологическиеисследования показали, что организмы самых различных видов – от одноклеточныхдо человека – чувствительны к постоянному магнитному полю и ЭМП различныхчастот при воздействующей энергии на десятки порядков ниже теоретическиоцененной. Различные реакции организмов на ЭМП возникают при их интенсивности,которая в тысячи, сотни тысяч и даже миллионы раз ниже, чем это следует изтеоретических представлений об энергетическом характере биологических эффектовЭМП. Особенно высока чувствительность к многократно повторяющимся сверхслабымЭМП, т.е. имеет место кумулятивное их воздействие на организмы. В полном видевысокая чувствительность к ЭМП проявляется только у целостных организмов; оназначительно ниже у изолированных органов и клеток и ещё ниже у белковыхрастворов.
Если частотные и модуляционно-временные параметры ЭМПсущественно отличаются от естественных, то реакции организмов возникают при более высоких интенсивностях ЭМП, новсё же значительно меньших, чем теоретически предсказываемые. В этих условияхреакции имеют характер различных нарушений регуляции физиологических функций –ритма сердца, кровяного давления, обменных процессов и т.д., либо характерчувственных ощущений: у человека – зрительных, звуковых, осязательных, уживотных – проявляющихся в изменении эмоционального состояния (от угнетённогодо подобного эпилептическому). Особенно ярко выраженные нарушения наблюдаются врегуляции процессов развития. Резкие нарушения отмечаются при патологическихсостояниях организма.
Характер и выраженность биологических эффектов ЭМПсвоеобразно зависят от параметров последних. В одних случаях эффектымаксимальны при некоторых «оптимальных» интенсивностях ЭМП, в других –возрастают при уменьшении интенсивности, в третьих – противоположно направленыпри малых и больших интенсивностях. Что касается зависимости от частот имодуляционно-временных характеристик ЭМП, то она имеет место для специфическихреакций (условные рефлексы, изменения ориентации, ощущения). Все же видынарушений регуляции процессов жизнедеятельности под действием ЭМП практическине зависят от этих параметров.
Анализ этих эмпирических закономерностей приводит кзаключению, что биологические эффекты слабых полей, необъяснимые ихэнергетическим взаимодействием с веществом живых тканей, могут быть обусловленыинформационными взаимодействиями ЭМП с кибернетическими системами организма,воспринимающими информацию из окружающей среды и соответственно регулирующимипроцессы жизнедеятельности организмов.
Т.о. мы постулируем, что в процессе эволюции живая природаиспользовала естественные ЭМП внешней среды как источники информации,обеспечивавшей непрерывное приспособление организмов к изменениям различныхфакторов внешней среды – согласование процессов жизнедеятельности с регулярнымиизменениями, защиту от спонтанных изменений.А это привело к использованию ЭМП как носителейинформации, обеспечивающей взаимосвязи на всех уровнях иерархическойорганизации живой природы – от клетки до биосферы. Формирование в живойприроде информационных связейпосредством ЭМП в дополнение к известным видам передачи информации посредствоморганов чувств, нервной и эндокринной систем было обусловлено надёжностью иэкономичностью «биологической радиосвязи».
Естественные и искусственныеисточники электромагнитных полей в средах обитания организмов.
<span Times New Roman",«serif»">Электрическоеполе Земли.
<span Times New Roman",«serif»">
В атмосфере Земли существует электрическое поле (Ез),направленное вертикально к земной поверхности так, что эта поверхность заряженаотрицательно, а верхние слои атмосферы – положительно. Напряжённость этого полязависит от географической широты: она максимальна в средних широтах, а кэкватору и полюсам убывает. С увеличением расстояния от поверхности Земли Езубывает примерно по экспоненциальному закону (ок. 5 Вм на высоте 9 км).
Величина Ез испытывает периодические годовые исуточные изменения. Суточные изменения носят как общепланетарный, так и местныйхарактер. Над различными по широте областями океана и в полярных областяхсуточное изменение Ез происходит по единому универсальному времени иназывается унитарной вариацией. Эта вариация связана с суммарной грозовойдеятельностью по Земному шару, претерпевающей такие же суточные изменения. Надостальными областями суши суточное изменение Ез связано ещё и сместной грозовой деятельностью и может значительно варьировать в зависимости отвремени года.
Магнитное поле Земли.
Магнитное поле Земли распределено, как показано на рисунке:
Принято характеризовать это поле четырьмя параметрами –горизонтальной составляющей напряжённости (Н), вертикальной составляющей (Z), углом наклонения I и углом склонения D. Величина Н максимальна уэкватора (0,3-0,4 э) и убывает к полюсам до сотых долей эрстеда; Z уменьшается от 0,6-0,7 э уполюсов, почти до нуля у экватора. В областях магнитных аномалий значения Z могут быть намного выше(или ниже), чем в соседних районах.
Элементы земного магнетизма испытывают временные вариации –изменение магнитной активности. Эти изменения измеряют в единицах γ=105 э и оценивают либо по К-индексам от 0до 9 (соотв.-м изменению амплитудынапряжённости в среднем от 4 до 500γ, либо и-мерой, вычисляемой поформуле:
<img src="/cache/referats/9278/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">
где ΔН – среднее и значениеизменения Н в единицах γ, Ф – геомагнитнаяширота, Ψ – угол между геомагнитным игеографическим меридианом и D– угол склонения.
Вариации, носящие на первый взгляд произвольный характер,получили название магнитных возмущений, или (при больших изменениях) магнитныхбурь. Эти возмущения встречаются в трёх формах: синфазные – появляющиесяспорадически и протекающие одновременно по всей планете, локальные – ограниченные определённойобластью у поверхности Земли, и перманентные – наблюдаемые непрерывно внекоторых областях земной поверхности. При синфазных и локальных магнитных наиболее сильно возрастает
Напряжённость горизонтальной составляющей геомагнитногополя– до нескольких тысяч γ. Перманентныевариации – до сотен γ – наблюдаются непрерывно втечение дня, независимо от общей величины магнитной активности.
Все эти виды магнитной активности являются результатомсолнечной активности, связанной как с увеличением числа солнечных пятен, так исо вспышками на Солнце. Поэтому вариации магнитной активности носятсоответствующий периодический характер.
Наконец, имеется группа магнитных возмущений периодическогохарактера, которые называют короткопериодными колебаниями (илимикроимпульсациями магнитного поля).
Периоды этих колебаний охватывают диапазон от сотых долейсекунды до нескольких минут, а амплитуды изменений не превышают несколькихединиц γ. Т.о., общий частотный спектр периодических изменений геомагнитного полязанимает интервал от 10-5 досотен герц.
Атмосферики.
Атмосфериками называют ЭМП,создаваемые атмосферными разрядами. Частотный диапазон атмосфериков широк – отсотен герц до десятков мегагерц. Их интенсивность максимальна на частотахвблизи 10 Кгц и убывает по мере возрастания частоты. В районах, близкихк местам грозовых разрядов, напряжённости электрической составляющей ЭМПатмосфериков – порядка десятков, сотен и даже тысяч Вм на частотах, близких к10 Кгц.
Основными очагами атмосфериков являются континентытропического пояса, а к высоким широтам интенсивность грозовой деятельностиубывает.
Известна суточная и сезонная периодичность грозовойдеятельности. Грозовая деятельность связана также с солнечной активностью: вовремя вспышек на Солнце атмосферики значительно усиливаются.
Радиоизлучения Солнца игалактик.
Частотный диапазон радиоизлучения Солнца и галактик довольноширок – от 10 Мгц до 10 Ггц. Интенсивность солнечногорадиоизлучения напрямую связано ссолнечной активностью. Поток радиоизлучений из галактик на частоте 100 Мгц составляетпо порядку величины Втм2 Мгц.
Интенсивность этих радиоизлучений изменяется ссуточной периодичностью, что связано с вращением Земли относительно источниковизлучений. Кроме того, радиоизлучения изменяются по интенсивности спериодичностью 27-28 дней, связанной с вращением Солнца, и, наконец, с11-летней периодичностью солнечной активности.
ЭМП в окрестностигенераторов различных частотных диапазонов.
С развитием электроэнергетики, радио- и телевизионнойтехники появилось большое число разнообразных источников ЭМП.
В диапазоне от низких до ультравысоких частот электромагнитныеполя в окрестностях генераторов следует рассматривать как поля индукции, а некак поток излучения радиоволн. Поля индукции быстро ослабляются по мереудаления от источника и за пределами окрестностями радиусом в несколько длинволн (где и расположены чаще всего рабочие места обслуживающего персонала)напряжённости ЭМП составляют уже незначительную долю от их начальных величин.
ЭМП промышленной частоты (50 Гц) возникают у линийэлектропередач, трансформаторов и т.п. В непосредственной близости от этих источниковнапряженности ЭМП могут быть и весьма значительными (до нескольких тысяч Вм).
Высокочастотные ЭМП – от десятков до сотен килогерц –наиболее интенсивны вблизи промышленных генераторов для высокочастотной закалкиметаллов, сушки древесины и т.п. В этих условиях Е может достигать на рабочихместах значений тысяч Вм, а Н – десятков ам.
Ультравысокочастотные ЭМП – от нескольких Мгц додесятков Мгц – наиболее интенсивны в рабочих помещениях радио- ителевизионных станций, где напряжённости Е доходят до сотен Вм.
Сверхвысокочастотные ЭМП – от сотен до тысяч Мгц,возникающие вблизи соответствующих установок (например, радиолокационных),оцениваются уже по плотности потока мощности, значения которой могут достигатьнескольких мВтсм2.
«Радиофон».
За счёт многочисленных радио- и телевизионных станций вокругЗемного шара создаётся своеобразный «радиофон». Оценка интенсивности«радиофона» и её изменений во времени весьма затруднительна.
В районах, расположенных в окрестностях радио- ителевизионных станций, интенсивность «радиофона» может быть весьма значительной– порядка десятых долей Вм. В удалённых районах интенсивность «радиофона»значительно ниже и основной вклад в него вносят коротковолновые станции. Таккак все станции излучают некогерентно, «радиофон» представляет собой результат суммирования излучений.
Что касается изменения интенсивности «радиофона» взависимости от времени суток, то оно имеет место только в районах первого типа,где основными источниками «радиофона» являются длинноволновые и средневолновыестанции, а также телевизионные станции, работающие в метровом диапазоне. Этистанции, как правило, прекращают работу в период примерно от 1 часа до 6 часовутра. Коротковолновые же станции, ведущие передачи по всему Земному шару,работают практически круглосуточно.
Общее представление об уровне интенсивности «радиофона»может дать сравнение его с уровнем атмосферных помех. Считают, что уровеньрадиосигналов в 10-100 раз выше уровня помех.
Физические основывзаимодействия электромагнитных полей с биологическими объектами.
Биологические объекты вэлектростатическом поле.
В тканях живых организмов, находящихся в электростатическомполе, индуцируются электрические заряды на поверхностях раздела сред сразличными электрическими параметрами, а также происходит поляризация связанныхзарядов. При этом допущении можно оценить распределение заряда. Индуцированногона поверхности тела, исходя из формул, выведенных для проводящих тел простыхгеометрических форм, находящихся в электрическом поле. Например, тело человекаможно рассматривать как гомогенный проводящий эллипсоид.
Хилл теоретически рассмотрел возможный механизмвзаимодействия электростатического поля с макромолекулами тканей. Электрическоеполе вызывает поляризацию макромолекул в растворе, обусловленную как наличиемпостоянного дипольного момента у молекул, так и изменением расположенияпротонов в молекуле. Такое действие может влиять на относительную стабильностьдвух возможных конфигураций макромолекул. На основе этих соображений автор делаетвывод, что под действием полей напряжённостью порядка 10000 всм может произойти разделение цепей ДНК (переходот спаренного состояния к неспаренному), а это может послужить пусковыммеханизмом для разделения хромосом в клеточном ядре, предшествующего делениюклетки. Другая возможность – влияние поля на состояние белковых цепей вмышечных волокнах (переход от длинной цепи к короткой), что может служитьпусковым механизмом для мышечного сокращения.
Биологические объекты вмагнитостатическом поле.
Постоянноемагнитное поле в принципе может оказывать влияние на различные процессы вбиологических объектах: насчитывают до 20 возможных видов такого родавзаимодействий. Сделано немало попыток теоретического рассмотрения основныхфизических механизмов биологических эффектов магнитного поля и оценки величиннапряженности поля, при которых возможны такие эффекты. Эти теоретическиеисследования можно разделить на две основные группы в зависимости от того,какие эффекты магнитного поля (микроскопические или макроскопические) в нихрассматриваются.
В первой группеисследований исходное предположение состоит в том, что механизмы биомагнитныхэффектов обусловлены физическими явлениями, возникающими на молекулярном и дажена атомном уровне. Так, одни авторы видят основную причину биомагнитныхэффектов в ориентации диамагнитных или парамагнитных молекул под действиеммагнитного поля, другие предполагают, что это поле может вызывать искажениявалентных углов в молекулах, третьи обращают внимание на ориентацию спинов молекулв магнитном поле и т. п.
Недавно быловысказано предположение, что в молекулах воды, помещенной в магнитное поле, могутпроисходить орто — пара-переходы. Необходимая для этого магнитнаяэнергия (в расчете на молекулу) весьма невелика — например, в сотни раз меньше,чем для разрывов слабых водородных связей в молекуле. В результате орто-пара-переходовв водных растворах могут возникать области с параллельной ориентацией спинов,что приведет к выталкиванию из таких областей растворенных веществ.
Макроскопические механизмы биомагнитных эффектов рассматривалисьна различных моделях. Рассчитано, что в магнитном поле с напряженностью 3*105э эритроциты должны вращаться со скоростью 68 градмин, т. е.вдвое быстрее, чем за счет теплового движения, однако установлениеравновесного состояния в таком эффекте будет весьма медленным. Более вероятенэффект возникновения градиента электрического потенциала в кровеносных сосудахпод действием магнитного поля (магнитоэлектрический эффект). Например, в аортепри скорости кровотока 100 см/сек под действием магнитного поля напряженностью500 э будет индуцироваться электрическое поле с градиентом 0,14 мвсм,а при напряженности 5*Ю5 э — поле с градиентом 5 мвсм,что сравнимо уже с чувствительностью нервных клеток, составляющей 10 мвсм.
С позиций магнитомеханическихявлений рассматривались также пульсирующие давления, которые могут возникать втканях организмов при взаимодействии магнитного поля с биотоками, частотыкоторых варьируют от 10 до 2*103 имп/сек. По расчетам, принапряженности поля 102-103 э на участках, где протекаютбиотоки, могут возникать пульсирующие пондеромоторные силы, оказывающиедавления порядка 10-6-10-1 дин/см2. Чувствительностьчеловеческого уха (10-4 дин/см2} находится как разв этих пределах. Предполагается возможность резонансных эффектов такого рода, когда частота вынужденныхмеханических колебаний в данном участке организма (или органа) совпадает ссобственной частотой его свободных колебаний. В этом случаемагнитомеханический эффект может быть существенным и при весьма малыхнапряженностях поля, например в геомагнитном поле.
Большинство авторов, исходя изтеоретических соображений и расчетов, основанных на микроскопических имакроскопических концепциях, приходит к заключению, что биомагнитные эффектывозможны только при достаточно высоких напряженностях поля — по крайней мере,в тясячи эрстед.
Поглощение энергии ЭМП в тканях и преобразование ее в тепловуюМеханизм преобразования в живыхтканях энергии ЭМП в тепловую считали единственновозможной причиной любых биологическихэффектов, вызываемых ЭМП от низких частот до сверхвысоких. На этой основе былиразработаны и получили широкое распространение методы применения ЭМП высоких,ультравысоких и сверхвысоких частот для лечения различных заболеваний. Исходяиз этой концепции, пытались оценивать предельно допустимые интенсивности ЭМП радиочастотпри изучении их профессиональной вредности.
Тепловая концепция биологическихэффектов ЭМП противоречит результатам ряда исследований, проведенных с ЭМПслабых интенсивностей. Однако в тех случаях, когда биологические объектыподвергаются воздействию ЭМП достаточно высоких интенсивностей (при которыхтепловой эффект уже возможен), она представляется полезной. Поэтому мы подробнорассмотрим теоретические и экспериментальные данные о тепловых эффектах ЭМПразличных частот.
В низкочастотном и высокочастотном диапазонах преобразованиеэнергии ЭМП в тепловую связано в основном с потерями проводимости,возникающими за счет выделения, втканях джоулева тепла индуцированными в них ионными токами.
До частот порядка 10 Мгц размерытела человека и крупных животных (а тем более мелких) малы по сравнению сдлиной волны, а ткани тела можно рассматривать как проводящую среду. Поэтомувыполняются условия квазистационарности и расчеты можно производить как длястатического поля; мощность ЭМП, поглощаемая в единице объема тела, может бытьв этом случае вычислена по законам постоянного тока:
Р=i2ρ втсм3
Величинуплотности токаiследует вычислять применительно к форме и электрическим параметрамбиологического объекта. Такой расчет длячеловека, находящегося в переменном электрическом или магнитном поле в диапазонечастот от 100 Кгц до 1 Мгц, сделан при следующих допущениях:
1. Тело человека приближенно рассматривается как гомогенный(по электрическим свойствам) проводящий эллипсоид;
2. Рассматривается толькооднородное электрическое или магнитное поле, в котором тело (эллипсоид)расположено так, что его большая ось параллельна силовым линиям.
При этих условиях плотность токав случае электрического поля равна
ie=1,3*10-13*f*E а/см2,
а в случаемагнитного поля
iн=1,3*10-11*f*H а/см2
(Е выражено в в/м, Н — в а/м,f —в гц).
Количество тепла, выделяемое при этом в теле человека, будетопределяться из соотношений:
QE=2*10-20* ρср*f2*E2 кал/мин
QH=2*10-16 ρср*f2*h3 кал/мин
(ρср — среднее удельное сопротивление тканей телачеловека).
В диапазонахультравысоких и сверхвысоких частот преобразование энергии ЭМП в тепловуюсвязано уже не только с потерями проводимости, но и с диэлектрическимипотерями. При этом доля диэлектрических потерь в общем поглощении энергии ЭМП втканях возрастает с частотой. Например, потери, связанные с релаксацией молекулводы в тканях, при частоте 1 Ггц составляют около 50% от общих потерь, причастоте 10 Ггц — около 90% и при частоте 30 Ггц—около 98%.
В этихчастотных диапазонах (выше 100 Мгц) размеры тела человека и крупныхживотных уже сравнимы сλ или превышают ее, а ткани тела уже нельзярассматривать как проводящую среду; наконец, нельзя считать различные тканигомогенными по электрическим свойствам. Иначе говоря, условиеквазистационарвости здесь не выполняется и необходимо рассматривать потокволн, часть которого отражается от поверхности тела, а остальная частьпостепенно поглощается в электрически негомогенных тканях.
С учетомотражения мощность ЭМП, поглощаемая на 1 см2 поверхностиобъекта, или действующая мощность (Рд) будет равна
Рд = Ро*(1-К),
где Ро—плотность потока мощности, падающая на поверхность объекта, К—коэффициентотражения.
Значения коэффициента отражения ЭМП разных частот отразличных тканей при разных частотах и глубина проникновения энергии ЭМП вглубь тканей (т. е. глубина, на которой энергия уменьшается в е раз)приведены в таблицах.
Коэффициент отражения от границ раздела между тканями при различныхчастотахЧастота, Мгц
Границы раздела
100
200
400
1000
3000
10000
24 500
35000
Воздух — кожа
0,758
0,684
0,623
0,570
0,550
0,530
0.470
Кожа — жир
0,340
0,227
—
0,231
0,190
0,230
0,220
—
Жир — мышцы
0,355
0,3515
0,3004
0,2608
—
—
—
—
Глубина проникновения электромагнитных волн в различные ткани, смЧастота, Мгц
Ткань
100
200
400
1000
3003
10000
24000
35 000
Костный мозг
22,9
20,66
18,73
11,9
9,924
0,34
0,145
0,073
Головной мозг
3,56
4,132
2,072
1,933
0,476
0,168
0,075
0,0378
Хрусталик глаза
9,42
4,39
4,23
2,915
0,500
0,174
0,0706
0,0378
Стекловидное тело
2,17
1,69
1,41
1,23
0,535
0,195
0,045
0,0314
Жир
20,45
12,53
8,52
6,42
2,45
1,1
0,342
---
Мышцы
3,451
2,32
1,84
1,456
---
0,314
---
Цельная кровь
2,86
2,15
2,15
1,787
1,787
1,40
0,78
0,148
0,0598
0,0272
Кожа
3,765
2,78
2,18
1,638
0,646
0,189
0,0722
---
Зависимость степени поглощенияэнергии ЭМП в биологическом объекте от размеров последнего можно оценить израсчетов для полупроводящей сферы. Из них вытекает, что при R>λ вполупроводящей сфере поглощается примерно 50% мощности, падающей на поперечноесечение, независимо от активной проводимости вещества сферы. Расчеты иэксперименты на моделях показали, что это справедливо длябиологических объектов любой формы в диапазоне частот от 300 Мгц до 3 Ггц.Но при R<λ поглощаемая мощность зависит от электрических параметровобъекта и при некоторых значенияхR/λ в нем поглощаетсябольше энергии, чем падает на поперечное сечение.
Зависимость характера поглощения от анатомического расположениятканей определяется главным образом толщиной подкожного жирового слоя испособом приложения ЭМП к объекту. Если воздействие производится путемпомещения объекта между пластинами конденсатора, то в подкожном слое, имеющемболее низкие значения относительной диэлектрической проницаемости ε’и активной проводимости σ, чем у глубжерасположенных мышечных тканей, напряженность Е будет выше, чем вмышцах. Соответственно распределится и поглощаемая мощность ЭМП. Еслипроизводится облучение объекта волнами, то жировой слой может сыграть роль«трансформатора импедансов» между воздушной средой и мышечной тканью, что можетпривести к той или иной компенсации отражения волн и, следовательно, ксоответствующему увеличению долипоглощаемой мощности. Этот эффект зависит от толщины жирового слоя, толщиныслоя кожи и от частоты ЭМП.
До сих пор мы не учитывали еще одного физич
www.ronl.ru
КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра медицинской биофизики и информатики
Тема: «Влияние электрических и магнитных полей на живой организм. Использование ЯМР и ЭПР в медицинских исследованиях»
Работу выполнил
Ильясов Е. Т 180-ОМФ
Проверил: Коршуков И. В.
Караганда 2013 г.
Введение
Технический прогресс, как известно, принес человечеству не только облегчение и удобство в производстве и быту, но и создал ряд серьезных проблем. В частности, возникла проблема защиты человека и других организмов от сильных электромагнитных, магнитных и электрических полей, создаваемых различными техническими устройствами. Позже появилась проблема защиты человека от длительного воздействия слабых электромагнитных полей, которое, как оказалось, также наносит вред жизнедеятельности человека. И только в последнее время стали обращать внимание и проводить соответствующие исследования по оценке влияния на живые организмы экранирования естественных геомагнитных и электрических полей.
Влияние мощных постоянных и переменных электрических полей техногенного происхождения на живые организмы изучается сравнительно давно. Источниками таких полей являются, прежде всего, высоковольтные линии электропередач (ЛЭП).
Влияние электрических и магнитных полей на живой организм
Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных достаточно много исследовалось. Наблюдаемые при этом эффекты, если они и возникают, до сих пор не ясны и трудно поддаются определению, поэтому эта тема остается по-прежнему актуальной.
Электрическое поле Земли — это естественное электрическое поле Земли как планеты, которое наблюдается в твёрдом теле Земли, в морях, в атмосфере и магнитосфере. Электрическое поле 3емли обусловлено сложным комплексом геофизических явлений. Существование электрического поля в атмосфере Земли связано в основном с процессами ионизации воздуха и пространственным разделением возникающих при ионизации положительных и отрицательных электрических зарядов. Ионизация воздуха происходит под действием космических лучей ультрафиолетового излучения Солнца; излучения радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли и в воздухе; электрических разрядов в атмосфере и т. д. Многие атмосферные процессы: конвекция образование облаков, осадки и другие -- приводят к частичному разделению разноимённых зарядов и возникновению атмосферных электрических полей. Относительно атмосферы поверхность Земли заряжена отрицательно.
Магнитные поля на нашей планете имеют двоякое происхождение — естественное и антропогенное. Естественные магнитные поля, так называемые магнитные бури, зарождаются в магнитосфере Земли. Антропогенные магнитные возмущения охватывают меньшую территорию, чем природные, зато их проявление значительно интенсивнее, а следовательно, приносит и более ощутимый ущерб. В результате технической деятельности человек создает искусственные электромагнитные поля, которые в сотни раз сильнее естественного магнитного поля Земли. Источниками антропогенных излучений являются: мощные радиопередающие устройства, электрифицированные транспортные средства, линии электропередачи.
Один из наиболее сильных возбудителей электромагнитных волн -- токи промышленной частоты (50 Гц). Так, напряженность электрического поля непосредственно под линией электропередачи может достигать нескольких тысяч вольт на метр почвы, хотя из-за свойства снижения напряженности почвой уже при удалении от линии на 100 м напряженность резко падает до нескольких десятков вольт наметр.
Исследования биологического воздействия электрического поля обнаружили, что уже при напряженности 1 кВ/м оно оказывает неблагоприятное влияние на нервную систему человека, что в свою очередь ведет к нарушениям эндокринного аппарата и обмена веществ в организме (меди, цинка, железа и кобальта), нарушает физиологические функции: ритм сердечных сокращений, уровень кровяного давления, активность мозга, ход обменных процессов и иммунную активность.
Электрическое поле, создаваемое линиями высоковольтных ЛЭП, оказывает неблагоприятное влияние на живые организмы. Наиболее чувствительны к электрическим полям копытные животные и человек в обуви, изолирующей его от земли. Копыто животных также является хорошим изолятором. В этом случае на изолированном от земли проводящем объемном теле наводится потенциал, зависящий от соотношения емкости тела на землю и на провода ЛЭП. Чем меньше емкость на землю (чем толще, например, подошва обуви), тем больше наведенный потенциал, который может составлять несколько киловольт и даже достигать 10 кВ.
В опытах, проведенных многими исследователями, обнаружено четкое пороговое значение напряженности поля, при котором наступает разительное изменение реакции подопытного животного. Оно определено равным 160 кВ/м, меньшая напряженность поля сколько-нибудь заметного вреда живому организму не наносит.
Напряженность электрического поля в рабочих зонах ЛЭП 750 кВ на высоте человеческого роста примерно в 5−6 раз меньше опасных значений. Выявлено неблагоприятное воздействие электрического поля промышленной частоты на персонал ЛЭП и подстанций напряжением 500 кВ и выше; при напряжении 380 и 220 кВ это действие выражено слабо. Но при всех напряжениях действие поля зависит от продолжительности нахождения в нем.
На основании исследований разработаны соответствующие санитарные нормы и правила, где указываются минимально допустимые расстояния расположения жилых построек от стационарных излучающих объектов, как, например, линий электропередач. Эти нормы предусматривают также и максимально допустимые (предельные) уровни излучения для других энергоопасных объектов. В ряде случаев, для защиты человека применяются громоздкие металлические экраны, в виде листов, сеток и других приспособлений.
Однако многочисленные исследования ученых в различных странах (Германия, США, Швейцария и др.) показали, что такие меры безопасности не могут полностью защитить человека от влияния вредных электромагнитных излучений (ЭМИ). При этом было установлено, что слабые электромагнитные поля (ЭМП), мощность которых измеряется тысячными долями Ватт, не менее опасны, а в ряде случаев и более опасны, чем излучения большой мощности. Ученые объясняют это тем, что интенсивность слабых электромагнитных полей соизмерима с интенсивностью излучений самого человеческого организма, его внутренней энергетики, которая формируется в результате функционирования всех систем и органов, включая клеточный уровень. Такими низкими (нетепловыми) интенсивностями характеризуются излучения электронных бытовых приборов, имеющихся сегодня в каждом доме. Это, главным образом, компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны, СВЧ-печи и т. п. Они то и являются источниками вредных, т.н. техногенных ЭМИ, которые обладают свойством накапливаться в организме человека, нарушая при этом его биоэнергетическое равновесие, и в первую очередь, т.н. энергоинформационный обмен (ЭНИО). А это, в свою очередь, приводит к нарушению нормального функционирования основных систем организма. Многочисленные исследования в области биологического действия электромагнитных полей (ЭМП) позволили определить, что наиболее чувствительными системами организма человека являются: нервная, иммунная, эндокринная и половая. Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия может привести к развитию отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания и др.
Исследования показали, что максимальный ток в теле человека, индуцированный электрическим полем, намного выше, чем ток, вызванный магнитным полем. Так, вредное воздействие магнитного поля проявляется лишь при его напряженности около 200 А/м, что бывает на расстоянии 1--1,5 м от проводов фазы линии и опасно только для обслуживающего персонала при работах под напряжением. Это обстоятельство позволило сделать вывод об отсутствии биологического влияния магнитных полей промышленной частоты на людей и животных, находящихся под ЛЭП Таким образом, электрическое поле ЛЭП является главным биологически действенным фактором протяженной электропередачи, который может оказаться барьером на пути миграции движения разных видов водной и сухопутной фауны.
В действии электрического поля на человека доминирующую роль играют протекающие через его тело токи. Это определяется высокой проводимостью тела человека, где преобладают органы с циркулирующей в них кровью и лимфой.
В настоящее время экспериментами на животных и людях-добровольцах установлено, что плотность тока проводимостью 0,1 мкА/см и ниже не влияет на работу мозга, так как импульсные биотоки, обычно протекающие в мозгу, существенно превышают плотность такого тока проводимости.
При плотностью тока проводимостью 1 мкА/см в глазах человека наблюдается мелькание световых кругов, более высокие плотности токов уже захватывают пороговые значения стимуляции сенсорных рецепторов, а также нервных и мышечных клеток, что ведет к появлению испуга, непроизвольным двигательным реакциям.
В случае касания человека к изолированным от земли объектам в зоне электрического поля значительной интенсивности, плотность тока в зоне сердца сильно зависит от состояния «подстилающих» условий (вида обуви, состояния почвы и т. д.), но уже может достигать этих величин.
электрический магнитный ядерный организм
Влияние электрического поля на растения
Опыты проводились в специальной камере в неискаженном поле с напряженностью от 0 до 50 кВ/м. Было выявлено небольшое повреждение ткани листьев при экспозиции от 20 до 50 кВ/м, зависящее от конфигурации растения и первоначального содержания влаги в нем. Омертвление ткани наблюдалось в частях растений с острыми краями. Толстые, с гладкой закругленной поверхностью растения не повреждались при напряженности 50 кВ/м. Повреждения являются следствием короны на выступающих частях растений. У наиболее слабых растений повреждения наблюдались уже через 1 — 2 ч после экспозиции. Важно, что у сеянцев пшеницы, имеющих очень острые концы, корона и повреждения были заметны при сравнительно низкой напряженности, равной 20 кВ/м. Это был самый низкий порог появления повреждений в исследованиях.
Наиболее вероятный механизм повреждения ткани растений — тепловой. Поражение ткани появляется тогда, когда напряженность поля становится достаточно высокой, чтобы вызвать коронирование, и через кончик листка течет ток короны высокой плотности. Тепло, выделяемое при этом на сопротивлении ткани листа, приводит к гибели узкого слоя клеток, которые сравнительно быстро теряют воду, высыхают и сжимаются. Однако этот процесс имеет предел и процент высохшей поверхности растения невелик.
Влияние электрического поля на животных
Исследования проводились по двум направлениям: изучение на уровне биосистемы и изучение порогов обнаруженных влияний. Среди цыплят, помещенных в поле с напряженностью 80 кВ/м, отмечалась прибавка массы, жизнеспособность, низкая смертность. Порог восприятия поля измерялся на домашних голубях. Было показано, что голуби обладают каким-то механизмом для обнаружения электрических полей малой напряженности. Генетических изменений не наблюдалось. Отмечено, что животные, пребывающие в электрическом поле большой напряженности, могут испытывать мини-шок из-за посторонних факторов, зависящих от условий эксперимента, которые могут привести к некоторому беспокойству и возбуждению испытываемых.
В ряде стран имеются нормативные документы, ограничивающие предельные значения напряженности поля в зоне трасс воздушных ЛЭП. Максимальная напряженность 20 кВ/м была рекомендована в Испании, и такое же значение рассматривается в настоящее время как предельное в Германии.
Общественная осведомленность о влиянии электромагнитного поля на живые организмы продолжает расти, и некоторый интерес и беспокойство в связи с этим влиянием будут приводить к продолжению соответствующих медицинских исследований, особенно на людях, проживающих вблизи воздушных линий электропередачи.
Метод электронного парамагнитного резонанса
Метод электронного парамагнитного резонанса является основным методом для изучения парамагнитных частиц. К парамагнитным частицам, имеющим важное биологическое значение, относятся два основных типа — это свободные радикалы и комплексы металлов переменной валентности (таких, как Fe, Cu, Co, Ni, Mn).
Метод электронного парамагнитного резонанса был открыт в 1944 г. Е. К. Завойским при исследовании взаимодействия электромагнитного излучения микроволнового диапазона с солями металлов.
В основе метода ЭПР лежит поглощение электромагнитного излучения радиодиапазона неспаренными электронами, находящимися в магнитном поле.
Cуть метода
Суть явления электронного парамагнитного резонанса заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения неспаренными электронами. Электрон имеет спин S = 1 / 2 и ассоциированный с ним магнитный момент.
Если поместить свободный радикал с результирующим моментом количества движения J в магнитном поле с напряжённостью B0, то для J, отличного от нуля, в магнитном поле снимается вырождение, и в результате взаимодействия с магнитным полем возникает 2J+1 уровней, положение которых описывается выражением:
W = gвB0M, (где М = +J, +J-1, …-J)
и определяется Зеемановским взаимодействием магнитного поля с магнитным моментом J. Расщепление энергетических уровней электрона показано на рисунке.
Энергетические уровни и разрешенные переходы для атома с ядерным спином 1 в постоянном (А) и переменном (В) поле.
Если теперь к парамагнитному центру приложить электромагнитное поле с частотой н, поляризованное в плоскости, перпендикулярной вектору магнитного поля B0, то оно будет вызывать магнитные дипольные переходы, подчиняющиеся правилу отбора ДМ = 1. При совпадении энергии электронного перехода с энергией фотона электромагнитной волны будет происходить резонансное поглощение СВЧ излучения. Таким образом, условие резонанса определяются фундаментальным соотношением магнитного резонанса:
hн = gвB0
Поглощение энергии СВЧ поля наблюдается в том случае, если между уровнями существует разность заселённостей.
При тепловом равновесии существует небольшая разность заселённостей зеемановских уровней, определяемая больцмановским распределением N + / N? = exp (gвB0/kT). В такой системе при возбуждении переходов очень быстро должно наступить равенство заселённостей энергетических подуровней и исчезнуть поглощение СВЧ поля. Однако, в действительности существует много различных механизмов взаимодействия, в результате которых электрон безызлучательно переходит в первоначальное состояние. Эффект неизменности интенсивности поглощения при увеличении мощности возникает за счёт электронов, не успевающих релаксировать, и называется насыщением. Насыщение появляется при высокой мощности СВЧ излучения и может заметно исказить результаты измерения концентрации центров методом ЭПР.
Метод ЭПР позволяет нам изучать свойства парамагнитных центров посредством регистрации спектров поглощения электромагнитного излучения этими частицами. Зная характеристики спектров, можно судить о свойствах парамагнитных частиц.
К основным характеристикам спектров относятся амплитуда, ширина линии, g-фактор и сверхтонкая структура спектров.
Применение спиновых меток
Спиновые метки — химически стабильные парамагнитные молекулы, которые используются в качестве молекулярных зондов для изучения структуры и молекулярной подвижности различных физико-химических и биологических систем. Суть метода спиновых меток заключается в следующем. В исследуемую систему вводят в качестве спиновых зондов парамагнитные молекулы, которые дают характерные сигналы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Сигналы ЭПР спиновых меток зависят от их молекулярной подвижности и физико-химических свойств ближайшего окружения. Поэтому, наблюдая за сигналами ЭПР молекулярных зондов, можно изучать структурные характеристики исследуемой системы и динамику происходящих в ней молекулярных процессов. Термин «спиновые метки» происходит от английского слова «spin» (веретено, волчок), которым называют собственный механический момент электрона. Электрон, как известно из квантовой механики, обладает механическим моментом, равным величине «/2, и собственным магнитным моментом, где «- постоянная Планка, e и m — заряд и масса электрона, с — скорость света. Парамагнитные свойства молекулярных зондов определяются наличием в них неспаренного электрона, обладающего спином и являющегося источником сигнала ЭПР. В качестве спиновых меток обычно используют стабильные нитроксильные радикалы. Все молекулы спиновых меток, несмотря на разнообразие их химического строения, как правило, содержат одинаковый парамагнитный фрагмент — химически стабильный нитроксильный радикал (> N-OJ). На этом радикале локализован неспаренный электрон, служащий источником сигнала ЭПР. Конкретный выбор спиновых меток определяется задачей исследования. Так, например, для того чтобы с помощью спиновых меток следить за конформационными перестройками белков, молекулы метки обычно «пришивают» к определенным участкам белка. В этом случае спиновая метка должна содержать специальную реакционную группу, которая может образовать ковалентную химическую связь с аминокислотными остатками молекулы белка. Для изучения свойств искусственных и биологических мембран обычно используют жирорастворимые спиновые метки, способные встраиваться в липидный слой мембраны.
Исследования с помощью ЭПР металлсодержащих белков
Далеко не все биологические молекулы обладают неспаренным электроном, но некоторые белки содержат парамагнитные ионы металлов, которые играют важную роль в их функционировании и в формировании структуры. При исследовании таких белков ЭПР оказывается особенно ценным методом. В спектрах протонного резонанса сигналы от множества ядер располагаются в относительно узком спектральном интервале. В спектрах ЭПР проблема наложения разных сигналов устраняется автоматически, поскольку имеется лишь один источник сигналов -- ион металла вместе с его окружением. В сущности этот ион является естественной меткой.
Применение ЭПР в медицине
В последние годы метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) широко применяется к решению ряда медико-биологических задач. Он довольно успешно используется в следующих исследованиях: изучение состояния метаболических реакций и их молекулярного механизма, изучение молекулярных механизмов патологических изменений и «установление возможности диагностики заболеваний методом ЭПР. Так, за прошедшие годы было установлено, что состояние эндогенных парамагнитных центров (ПМЦ) зависит от физиологического состояния организма, изменяется при лучевой болезни, злокачественном росте опухолей. В ряде работ получены данные, по-видимому, имеющие значение для диагностики некоторых заболеваний.
Применяется метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) для изучения плазмы, эритроцитов, слюны, секрета носа, желудочного, дуоденального и перитонеального содержимого, желчи, кала, синовиальной жидкости, содержимого кист верхнечелюстной пазухи, выделенных из организма здорового человека, а также больных ишемической болезнью сердца, железодефицитной анемией, язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки, ревматоидным артритом и деформирующим остеоартрозом, поражением верхних дыхательных путей, больных перитонитом. Интерпретированы спектры ЭПР исследованных биологических жидкостей. Выяснены структуры, ответственные за парамагнитные центры (ПМЦ). Изучены процессы формирования и роль гемового и негемового железа, меди, марганца, метгемоглобина, гем-NO, моно- и динитрозильных комплексов и свободных радикалов в развитии указанных заболеваний. Наш многолетний опыт применения метода ЭПР в медицине показывает, что он может с успехом применяться для решения ряда вопросов. Данный способ позволяет уточнить патогенез некоторых заболеваний внутренних органов терапевтического и хирургического профиля. Также им можно дифференцировать заболевания, изучать метаболизм и механизм действия лекарственных препаратов.
Медико-биологическое применение метода ЭПР состоит в исследовании свободных радикалов, что позволяет при изучении спектров облученных белков объяснить механизм образования свободных радикалов, проследить изменение первичных и вторичных продуктов при радиационном поражении. ЭПР используется для изучения фотохимических процессов, в частности фотосинтеза, для изучения концентрации свободных радикалов в воздухе.
Ядерный магнитный резонанс
ЯМР -- резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер.
Явление ядерного магнитного резонанса было открыто в 1938 году Исааком Раби в молекулярных пучках, за что он был удостоен нобелевской премии 1944 года. В 1946 году Феликс Блох и Эдвард Миллз Парселл получили ядерный магнитный резонанс в жидкостях и твердых телах (нобелевская премия 1952 года).
Одни и те же ядра атомов в различных окружениях в молекуле показывают различные сигналы ЯМР. Отличие такого сигнала ЯМР от сигнала стандартного вещества позволяет определить так называемый химический сдвиг, который обусловлен химическим строением изучаемого вещества. В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения.
Происхождение спектров ЯМР
Ядра с нецелым спином могут вступать во взаимодействие со внешним магнитным полем, переходя в результате на другие энергетические уровни. Энергия этих уровней строго квантована и зависит от природы ядра, его электронного окружения, различных внутри- и межмолекулярных взаимодействий. Влияние электронной оболочки на ЯМР проявляется, в частности, следующим образом. Внешнее магнитное поле, в которое помещен исследуемый образец, действует на электроны атомов или молекул образца. В случае диамагнитного образца в электронных оболочках его атомов внешним полем B0 индуцируются такие токи, которые создают вторичное магнитное поле B`, направленные в сторону, противоположную полю B0. Это вторичное поле также действует на ядро атома. Складываясь с внешним полем, оно уменьшает действие последнего на ядро. Величина B` пропорциональна B0:
B=B0(1-у)
где у — безразмерная величина, называемая константой экранирования. Она включает в себя три составляющих: атомный вклад в экранирование, зависящий от заместителя, стоящего около резонирующего атома, вклад молекулы в целом или отдельных ее составляющих (анизотропные участки), межмолекулярный вклад, зависящий от температуры, растворителя и других внешних факторов.
Спектры ЯМР
Спектр 1H 4-этоксибензальдегида. В слабом поле (синглет ~9,25 м. д) сигнал протона альдегидной группы, в сильном (триплет ~1,85−2 м.д.) -- протонов метила этоксильной группы.
Для качественного анализа c помощью ЯМР используют анализ спектров, основанный на таких замечательных свойствах данного метода:
— сигналы ядер атомов, входящих в определенные функциональные группы, лежат в строго определенных участках спектра;
— интегральная площадь, ограниченная пиком, строго пропорциональна количеству резонирующих атомов;
— ядра, лежащие через 1−4 связи, способны давать мультиплетные сигналы в результате т. н. расщепления друг на друге.
Положение сигнала в спектрах ЯМР характеризуют химическим сдвигом их относительно эталонного сигнала. В качестве последнего в ЯМР 1Н и 13С применяют тетраметилсилан Si (Ch4)4 (ТМС). Единицей химического сдвига является миллионная доля (м.д.) частоты прибора. Если принять сигнал ТМС за 0, а смещение сигнала в слабое поле считать положительным химическим сдвигом, то мы получим так называемую шкалу д. Если резонанс тетраметилсилана приравнять 10 м.д. и обратить знаки на противоположные, то результирующая шкала будет шкалой ф, практически не используемой в настоящее время. Если спектр вещества слишком сложен для интерпретирования, можно воспользоваться квантовохимическими методами расчета констант экранирования и на их основании соотнести сигналы.
Применение ЯМР в медицине: ЯМР-интроскопия
Явление ядерного магнитного резонанса можно применять не только в физике и химии, но и в медицине: организм человека -- это совокупность все тех же органических и неорганических молекул.
Чтобы наблюдать это явление, объект помещают в постоянное магнитное поле и подвергают действию радиочастотных и градиентных магнитных полей. В катушке индуктивности, окружающей исследуемый объект, возникает переменная электродвижущая сила (ЭДС), амплитудно-частотный спектр которой и переходные во времени характеристики несут информацию о пространственной плотности резонирующих атомных ядер, а также о других параметрах, специфических только для ядерного магнитного резонанса. Компьютерная обработка этой информации формирует объёмное изображение, которое характеризует плотность химически эквивалентных ядер, времена релаксации ядерного магнитного резонанса, распределение скоростей потока жидкости, диффузию молекул и биохимические процессы обмена веществ в живых тканях.
Сущность ЯМР-интроскопии (или магнитно-резонансной томографии) состоит, по сути дела, в реализации особого рода количественного анализа по амплитуде сигнала ядерного магнитного резонанса. В обычной ЯМР-спектроскопии стремятся реализовать, по возможности, наилучшее разрешение спектральных линий. Для этого магнитные системы регулируются таким образом, чтобы в пределах образца создать как можно лучшую однородность поля. В методах ЯМР-интроскопии, напротив, магнитное поле создается заведомо неоднородным. Тогда есть основание ожидать, что частота ядерного магнитного резонанса в каждой точке образца имеет свое собственное значение, отличающееся от значений в других частях. Задав какой-либо код для градаций амплитуды ЯМР-сигналов (яркость или цвет на экране монитора), можно получить условное изображение (томограмму) срезов внутренней структуры объекта.
Заключение
Результаты многочисленных исследований показывают, что невидимые, неосязаемые электромагнитные, магнитные и электрические поля оказывают серьезное воздействие на человеческий и другие организмы. Влияние сильных полей изучено достаточно широко. Влияние слабых полей, на которое раньше не обращали внимание, оказалось ничуть не менее важным для живых организмов. Но исследования в этой области только начались.
Современный человек все больше времени проводит в помещениях железобетонного типа, в кабинах автомобилей. Но практически нет исследований, связанных с оценкой влияния на здоровье людей экранирующего действия помещений, металлических кабин автомобилей, самолетов и т. п. Особенно это касается экранирования естественного электрического поля Земли. Следовательно, такие исследования в настоящее время являются весьма актуальными.
«Современное человечество, как и все живое, обитает в своеобразном электромагнитном океане, поведение которого определяется теперь не только естественными причинами, но и искусственным вмешательством. Нам нужны опытные лоцманы, досконально знающие скрытые течения этого океана, его отмели и острова. И требуются еще более строгие навигационные правила помогающие оберегать путников от электромагнитных бурь», -- так образно описал нынешнюю ситуацию один из первопроходцев отечественной магнитобиологии Ю. А. Холодов.
Список использованной литературы
1. Ю. А. Владимиров, Е. В. Проскунина — Лекции по медицинской биофизике ИКЦ «Академкнига», 2007. — 432 с.
2. В. Ф. Антонов, А. В. Кожуев — Физика и биофизика. Курс лекций для студентов медицинских вузов. — 3-е изд., ГЭОТАР-Медиа, 2007. — 240 с.
Показать Свернутьsinp.com.ua
Анализ электрического состояния линейных электрических цепей постоянного тока
Определяем ток в цепи в момент времени t = 3 фи: i=-Ie-t/ф=-1,09 мкА; Определяем энергию электрического поля конденсатора в момент времени t = 3 фи: WЭ=C*uC32/2= 0...
Изоляция высоковольтных линий электропередач
Для ВЛ 750 кВ и выше высота провода выбирается по условию устранения вредного влияния электрического поля на живые организмы, в первую очередь на людей, т. е. такой, чтобы напряженность электрического поля на расстоянии 1...
Исследование спектрально–кинетических свойств матриц волокон, активированных ионами Er3+
Для свободного иона Er3+ излучательные переходы в 4f оболочке запрещены правилами отбора по четности для электрон-дипольных переходов и могут реализовываться в твердотельных матрицах при условии смешения 4f волновых функций с волновыми...
Магнитный экран нашей планеты
С магнитным полем тесно связана ежедневная жизнь всех существ на планете. Наукой давно уже доказано, что живой мир зависит от него. Ученые утверждают...
Нагревание воды и … экономический кризис
Вода играет очень большую роль в жизни всего живого на Земле, ведь именно море явилось первой ареной жизни на Земле...
Развитие солнечной энергетики
Вид урока: урок изучения нового материала. Технология: технология групповой деятельности. Цели урока 1. Обучающая цель: · обеспечить условия для формирования представлений о Солнце...
Расчет электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями электропередачи ОАО "Костромаэнерго"
Исследование электрического поля линий электропередачи были проведены для всех 16-ти коридоров...
Расчет электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями электропередачи ОАО "Костромаэнерго"
Для коридора из двух параллельных линий (110/110), исходные данные которого указаны в таблице 3.1 было рассчитано электрическое поле для всех режимов работы линий...
Расчет электростатического поля заряженного тела
Зная вектор Е в каждой точке, можно представить электрическое поле очень наглядно с помощью линий напряженности, или линий вектора Е. Эти линии проводят так, чтобы касательная к ним в каждой точке совпадала с направлением вектора Е...
Свойства полупроводников в сильных электрических полях
Для наблюдения закона Ома необходимо, чтобы подвижность носителей заряда и их концентрация не зависели от напряжённости электрического поля...
Свойства полупроводников в сильных электрических полях
При напряжённости электрического поля более 106 В/м в полупроводнике начинают появляться избыточные носители заряда и удельная проводимость его возрастает. Различают несколько механизмов увеличения концентрации носителей...
Тепловыделение в электроустановках
Под действием электрического поля происходит направленное движение положительных или отрицательных электрических зарядов, т.е. протекает электрический ток. Использование электрического тока...
Электрическая индукция
электрический индукция диэлектрик проницаемость Электрическое поле. Для объяснения природы электрических взаимодействий заряженных тел необходимо допустить наличие в окружающем заряды пространстве физического агента...
Электрические импульсы в биологических клетках
Напряжённость электрического поля. Каждый электрический заряд производит вокруг себя электрическое поле. Если другой заряд q внести в это поле, то на него будет действовать сила F...
Электрическое поле. Проводники и изоляторы в электрическом поле
Электрическое поле не действует на органы чувств. Его мы не видим. Тем не менее распределение поля в пространстве можно сделать видимым. Делается это довольно просто. Мы получим некоторое представление о поле...
fis.bobrodobro.ru
Всё многообразие живого на нашей планете возникло, эволюционировало и ныне существует благодаря непрерывному взаимодействию с различными факторами внешней среды, приспосабливаясь к их влиянию и изменениям, используя их в процессах жизнедеятельности. А большинство этих факторов имеют электромагнитную природу. На протяжении всей эпохи эволюции живых организмов электромагнитные излучения существуют в среде их обитания – биосфере. Учёные последовательно обнаруживали всё новые природные электромагнитные излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра. К давно уже излучавшемуся диапазону солнечных излучений – от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей – прибавился диапазон ионизирующих излучений (рентгеновских и гамма лучей) космического и земного происхождения. В остальной, более низкочастотной части электромагнитного спектра, вслед за обнаружением медленных периодических изменений (сезонных, месячных, суточных) магнитного и электрического полей Земли, были открыты короткопериодные колебания магнитного поля земли с частотами, простирающимися до сотен герц. А излучение атмосферных разрядов показало, что возникающие при этом электромагнитные излучения охватывают широкий диапазон длин волн – от сверхдлинных до ультракоротких; и наконец, были открыты радиоизлучения Солнца и галактик в диапазоне от метровых до миллиметровых волн. Электромагнитные поля и излучения буквально пронизывают всю биосферу Земли, поэтому можно полагать, что все диапазоны естественного электромагнитного спектра сыграли какую-то роль в эволюции организмов, и что это как-то отразилось на процессах их жизнедеятельности.
Однако с развитием цивилизации, существующие естественные поля дополнились различными полями и излучениями антропогенного происхождения, и это тоже сыграло, а точнее продолжает играть роль в развитии всего живого на Земле. Все мы видели в лесу паутину, сотканную искусным ткачом-пауком, и барахтающихся в ней насекомых. В отличие от пауков, человек создал при помощи радиотехнических и радиоэлектронных приборов невидимую электромагнитную паутину, в которой все мы "барахтаемся", не подозревая об этом. Особенно сильно она разрослась в последние годы. Мощные линии электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения, не менее мощные и многочисленные радио- и телепередающие станции, космические ретрансляторы - все эти маленькие и гигантские пауки плетут вокруг нас свои невидимые паутины из электромагнитных полей. И чем больше мы окружаем себя этой «паутиной», тем важнее становится для нас узнать о том, как действуют на всё живое созданные природой и нами самими электромагнитные поля.
Для области спектра, где hν>kТ (при температурах, свойственных живым организмам), т.е. от инфракрасного диапазона до гамма лучей, все виды биологической активности в той или иной степени уже обнаружены. Иначе обстояло дело с остальной обширной областью электромагнитного спектра, где hν<kТ; эта область включает диапазоны от сверхвысокочастотного до инфранизкочастотного, вплоть до “нулевой частоты” (постоянных электрических и магнитных полей). (Для удобства изложения мы будем далее называть всю эту область спектра“электромагнитными полями” или ЭМП). В целом проблема биологической активности области ЭМП начала формироваться только в последние годы, хотя исследования отдельных аспектов этой проблемы ведутся уже давно.
ЭМП долгое время считали не оказывающими какого-либо влияния на живые организмы. К такому заключению приводили простые физические соображения: поскольку кванты энергии в этой области спектра значительно меньше средней кинетической энергии молекул (hν<<kТ), то поглощение ЭМП в живых тканях может быть связано только с усилением вращения молекул как целого, т.е. с преобразованием электромагнитной энергии в тепловую, А поглощение энергии постоянного или медленно изменяющегося электрического и магнитного полей – с ориентацией молекул. Расчёты показывали, что сколько-нибудь значимых для организма тепловых эффектов ЭМП можно ожидать только при весьма высоких интенсивностях – порядка 102 В\м для сверхвысоких частот и до 106 В\м для инфранизких, т.е. при напряжённостях, на много порядков превышающих значение напряжённостей, естественных ЭМП биосферы. Что касается биологически значимого эффекта ориентации молекул под действием постоянных или медленно изменяющихся полей, то такой эффект возможен, если энергия взаимодействия поля с молекулой не меньше kТ. А для этого напряжённость магнитного поля должна быть не ниже 103 Э и электрического – не ниже 105 В\м ,что на несколько порядков выше напряжённости магнитного и электрического полей Земли. Исходя из этих представлений об условиях возможных энергетических взаимодействий ЭМП с тканями живых организмов, физики скептически относились к появлявшимся время от времени сообщениям биологов о реакциях животных и человека на ЭМП, значительно более слабые, чем это требовалось для теплового эффекта.
Но вопреки этим категорическим заключениям биологи продолжали попытки экспериментально обнаружить биологическое действие ЭМП и постоянного магнитного поля при напряжённостях, значительно более низких, чем это следовало из теоретических оценок.
Биологические исследования показали, что организмы самых различных видов – от одноклеточных до человека – чувствительны к постоянному магнитному полю и ЭМП различных частот при воздействующей энергии на десятки порядков ниже теоретически оцененной. Различные реакции организмов на ЭМП возникают при их интенсивности, которая в тысячи, сотни тысяч и даже миллионы раз ниже, чем это следует из теоретических представлений об энергетическом характере биологических эффектов ЭМП. Особенно высока чувствительность к многократно повторяющимся сверхслабым ЭМП, т.е. имеет место кумулятивное их воздействие на организмы. В полном виде высокая чувствительность к ЭМП проявляется только у целостных организмов; она значительно ниже у изолированных органов и клеток и ещё ниже у белковых растворов.
Если частотные и модуляционно-временные параметры ЭМП существенно отличаются от естественных, то реакции организмов возникают при более высоких интенсивностях ЭМП, но всё же значительно меньших, чем теоретически предсказываемые. В этих условиях реакции имеют характер различных нарушений регуляции физиологических функций – ритма сердца, кровяного давления, обменных процессов и т.д., либо характер чувственных ощущений: у человека – зрительных, звуковых, осязательных, у животных – проявляющихся в изменении эмоционального состояния (от угнетённого до подобного эпилептическому). Особенно ярко выраженные нарушения наблюдаются в регуляции процессов развития. Резкие нарушения отмечаются при патологических состояниях организма.
Характер и выраженность биологических эффектов ЭМП своеобразно зависят от параметров последних. В одних случаях эффекты максимальны при некоторых «оптимальных» интенсивностях ЭМП, в других – возрастают при уменьшении интенсивности, в третьих – противоположно направлены при малых и больших интенсивностях. Что касается зависимости от частот и модуляционно-временных характеристик ЭМП, то она имеет место для специфических реакций (условные рефлексы, изменения ориентации, ощущения). Все же виды нарушений регуляции процессов жизнедеятельности под действием ЭМП практически не зависят от этих параметров.
Анализ этих эмпирических закономерностей приводит к заключению, что биологические эффекты слабых полей, необъяснимые их энергетическим взаимодействием с веществом живых тканей, могут быть обусловлены информационными взаимодействиями ЭМП с кибернетическими системами организма, воспринимающими информацию из окружающей среды и соответственно регулирующими процессы жизнедеятельности организмов.
Т.о. мы постулируем, что в процессе эволюции живая природа использовала естественные ЭМП внешней среды как источники информации, обеспечивавшей непрерывное приспособление организмов к изменениям различных факторов внешней среды – согласование процессов жизнедеятельности с регулярными изменениями, защиту от спонтанных изменений .А это привело к использованию ЭМП как носителей информации, обеспечивающей взаимосвязи на всех уровнях иерархической организации живой природы – от клетки до биосферы. Формирование в живой природе информационных связей посредством ЭМП в дополнение к известным видам передачи информации посредством органов чувств, нервной и эндокринной систем было обусловлено надёжностью и экономичностью «биологической радиосвязи».
Естественные и искусственные источники электромагнитных полей в средах обитания организмов.
Электрическое поле Земли.
В атмосфере Земли существует электрическое поле (Ез), направленное вертикально к земной поверхности так, что эта поверхность заряжена отрицательно, а верхние слои атмосферы – положительно. Напряжённость этого поля зависит от географической широты: она максимальна в средних широтах, а к экватору и полюсам убывает. С увеличением расстояния от поверхности Земли Ез убывает примерно по экспоненциальному закону (ок. 5 В\м на высоте 9 км).
Величина Ез испытывает периодические годовые и суточные изменения. Суточные изменения носят как общепланетарный, так и местный характер. Над различными по широте областями океана и в полярных областях суточное изменение Ез происходит по единому универсальному времени и называется унитарной вариацией. Эта вариация связана с суммарной грозовой деятельностью по Земному шару, претерпевающей такие же суточные изменения. Над остальными областями суши суточное изменение Ез связано ещё и с местной грозовой деятельностью и может значительно варьировать в зависимости от времени года.
Магнитное поле Земли.
Магнитное поле Земли распределено, как показано на рисунке:
Принято характеризовать это поле четырьмя параметрами – горизонтальной составляющей напряжённости (Н), вертикальной составляющей (Z), углом наклонения I и углом склонения D. Величина Н максимальна у экватора (0,3-0,4 э) и убывает к полюсам до сотых долей эрстеда; Z уменьшается от 0,6-0,7 э у полюсов, почти до нуля у экватора. В областях магнитных аномалий значения Z могут быть намного выше (или ниже), чем в соседних районах.
Элементы земного магнетизма испытывают временные вариации – изменение магнитной активности. Эти изменения измеряют в единицах γ=105 э и оценивают либо по К-индексам от 0 до 9 (соотв.-м изменению амплитуды напряжённости в среднем от 4 до 500γ, либо и-мерой, вычисляемой по формуле:
где ΔН – среднее и значение изменения Н в единицах γ, Ф – геомагнитная широта, Ψ – угол между геомагнитным и географическим меридианом и D – угол склонения.
Вариации, носящие на первый взгляд произвольный характер, получили название магнитных возмущений, или (при больших изменениях) магнитных бурь. Эти возмущения встречаются в трёх формах: синфазные – появляющиеся спорадически и протекающие одновременно по всей планете, локальные – ограниченные определённой областью у поверхности Земли, и перманентные – наблюдаемые непрерывно в некоторых областях земной поверхности. При синфазных и локальных магнитных наиболее сильно возрастает
Напряжённость горизонтальной составляющей геомагнитного поля– до нескольких тысяч γ . Перманентные вариации – до сотен γ – наблюдаются непрерывно в течение дня, независимо от общей величины магнитной активности.
Все эти виды магнитной активности являются результатом солнечной активности, связанной как с увеличением числа солнечных пятен, так и со вспышками на Солнце. Поэтому вариации магнитной активности носят соответствующий периодический характер.
Наконец, имеется группа магнитных возмущений периодического характера, которые называют короткопериодными колебаниями (или микроимпульсациями магнитного поля).
Периоды этих колебаний охватывают диапазон от сотых долей секунды до нескольких минут, а амплитуды изменений не превышают нескольких единиц γ. Т.о., общий частотный спектр периодических изменений геомагнитного поля занимает интервал от 10-5 до сотен герц.
Атмосферики.
Атмосфериками называют ЭМП, создаваемые атмосферными разрядами. Частотный диапазон атмосфериков широк – от сотен герц до десятков мегагерц. Их интенсивность максимальна на частотах вблизи 10 Кгц и убывает по мере возрастания частоты. В районах, близких к местам грозовых разрядов, напряжённости электрической составляющей ЭМП атмосфериков – порядка десятков, сотен и даже тысяч В\м на частотах, близких к 10 Кгц.
Основными очагами атмосфериков являются континенты тропического пояса, а к высоким широтам интенсивность грозовой деятельности убывает.
Известна суточная и сезонная периодичность грозовой деятельности. Грозовая деятельность связана также с солнечной активностью: во время вспышек на Солнце атмосферики значительно усиливаются.
Радиоизлучения Солнца и галактик.
Частотный диапазон радиоизлучения Солнца и галактик довольно широк – от 10 Мгц до 10 Ггц. Интенсивность солнечного радиоизлучения напрямую связано с солнечной активностью. Поток радиоизлучений из галактик на частоте 100 Мгц составляет по порядку величины Вт\м2\ Мгц.
Интенсивность этих радиоизлучений изменяется с суточной периодичностью, что связано с вращением Земли относительно источников излучений. Кроме того, радиоизлучения изменяются по интенсивности с периодичностью 27-28 дней, связанной с вращением Солнца, и, наконец, с 11-летней периодичностью солнечной активности.
ЭМП в окрестности генераторов различных частотных диапазонов.
С развитием электроэнергетики, радио- и телевизионной техники появилось большое число разнообразных источников ЭМП.
В диапазоне от низких до ультравысоких частот электромагнитные поля в окрестностях генераторов следует рассматривать как поля индукции, а не как поток излучения радиоволн. Поля индукции быстро ослабляются по мере удаления от источника и за пределами окрестностями радиусом в несколько длин волн (где и расположены чаще всего рабочие места обслуживающего персонала) напряжённости ЭМП составляют уже незначительную долю от их начальных величин.
ЭМП промышленной частоты (50 Гц) возникают у линий электропередач, трансформаторов и т.п. В непосредственной близости от этих источников напряженности ЭМП могут быть и весьма значительными (до нескольких тысяч В\м).
Высокочастотные ЭМП – от десятков до сотен килогерц – наиболее интенсивны вблизи промышленных генераторов для высокочастотной закалки металлов, сушки древесины и т.п. В этих условиях Е может достигать на рабочих местах значений тысяч В\м, а Н – десятков а\м.
Ультравысокочастотные ЭМП – от нескольких Мгц до десятков Мгц – наиболее интенсивны в рабочих помещениях радио- и телевизионных станций, где напряжённости Е доходят до сотен В\м.
Сверхвысокочастотные ЭМП – от сотен до тысяч Мгц , возникающие вблизи соответствующих установок (например, радиолокационных), оцениваются уже по плотности потока мощности, значения которой могут достигать нескольких мВт\см2.
«Радиофон».
За счёт многочисленных радио- и телевизионных станций вокруг Земного шара создаётся своеобразный «радиофон». Оценка интенсивности «радиофона» и её изменений во времени весьма затруднительна.
В районах, расположенных в окрестностях радио- и телевизионных станций, интенсивность «радиофона» может быть весьма значительной – порядка десятых долей В\м. В удалённых районах интенсивность «радиофона» значительно ниже и основной вклад в него вносят коротковолновые станции. Так как все станции излучают некогерентно, «радиофон» представляет собой результат суммирования излучений.
Что касается изменения интенсивности «радиофона» в зависимости от времени суток, то оно имеет место только в районах первого типа, где основными источниками «радиофона» являются длинноволновые и средневолновые станции, а также телевизионные станции, работающие в метровом диапазоне. Эти станции, как правило, прекращают работу в период примерно от 1 часа до 6 часов утра. Коротковолновые же станции, ведущие передачи по всему Земному шару, работают практически круглосуточно.
Общее представление об уровне интенсивности «радиофона» может дать сравнение его с уровнем атмосферных помех. Считают, что уровень радиосигналов в 10-100 раз выше уровня помех.
Физические основы взаимодействия электромагнитных полей с биологическими объектами.
Биологические объекты в электростатическом поле.
В тканях живых организмов, находящихся в электростатическом поле, индуцируются электрические заряды на поверхностях раздела сред с различными электрическими параметрами, а также происходит поляризация связанных зарядов. При этом допущении можно оценить распределение заряда. Индуцированного на поверхности тела, исходя из формул, выведенных для проводящих тел простых геометрических форм, находящихся в электрическом поле. Например, тело человека можно рассматривать как гомогенный проводящий эллипсоид.
Хилл теоретически рассмотрел возможный механизм взаимодействия электростатического поля с макромолекулами тканей. Электрическое поле вызывает поляризацию макромолекул в растворе, обусловленную как наличием постоянного дипольного момента у молекул, так и изменением расположения протонов в молекуле. Такое действие может влиять на относительную стабильность двух возможных конфигураций макромолекул. На основе этих соображений автор делает вывод, что под действием полей напряжённостью порядка 10000 в\см может произойти разделение цепей ДНК (переход от спаренного состояния к неспаренному), а это может послужить пусковым механизмом для разделения хромосом в клеточном ядре, предшествующего делению клетки. Другая возможность – влияние поля на состояние белковых цепей в мышечных волокнах (переход от длинной цепи к короткой), что может служить пусковым механизмом для мышечного сокращения.
Биологические объекты в магнитостатическом поле.
Постоянное магнитное поле в принципе может оказывать влияние на различные процессы в биологических объектах: насчитывают до 20 возможных видов такого рода взаимодействий. Сделано немало попыток теоретического рассмотрения основных физических механизмов биологических эффектов магнитного поля и оценки величин напряженности поля, при которых возможны такие эффекты. Эти теоретические исследования можно разделить на две основные группы в зависимости от того, какие эффекты магнитного поля (микроскопические или макроскопические) в них рассматриваются.
В первой группе исследований исходное предположение состоит в том, что механизмы биомагнитных эффектов обусловлены физическими явлениями, возникающими на молекулярном и даже на атомном уровне. Так, одни авторы видят основную причину биомагнитных эффектов в ориентации диамагнитных или парамагнитных молекул под действием магнитного поля, другие предполагают, что это поле может вызывать искажения валентных углов в молекулах, третьи обращают внимание на ориентацию спинов молекул в магнитном поле и т. п.
Недавно было высказано предположение, что в молекулах воды, помещенной в магнитное поле, могут происходить орто - пара-переходы. Необходимая для этого магнитная энергия (в расчете на молекулу) весьма невелика - например, в сотни раз меньше, чем для разрывов слабых водородных связей в молекуле. В результате орто-пара-переходов в водных растворах могут возникать области с параллельной ориентацией спинов, что приведет к выталкиванию из таких областей растворенных веществ.
Макроскопические механизмы биомагнитных эффектов рассматривались на различных моделях. Рассчитано, что в магнитном поле с напряженностью 3*105э эритроциты должны вращаться со скоростью 68 град\мин, т. е. вдвое быстрее, чем за счет теплового движения, однако установление равновесного состояния в таком эффекте будет весьма медленным. Более вероятен эффект возникновения градиента электрического потенциала в кровеносных сосудах под действием магнитного поля (магнитоэлектрический эффект). Например, в аорте при скорости кровотока 100 см/сек под действием магнитного поля напряженностью 500 э будет индуцироваться электрическое поле с градиентом 0,14 мв\см, а при напряженности 5*Ю5э - поле с градиентом 5 мв\см, что сравнимо уже с чувствительностью нервных клеток, составляющей 10 мв\см.
С позиций магнитомеханических явлений рассматривались также пульсирующие давления, которые могут возникать в тканях организмов при взаимодействии магнитного поля с биотоками, частоты которых варьируют от 10 до 2*103 имп/сек. По расчетам, при напряженности поля 102-103 э на участках, где протекают биотоки, могут возникать пульсирующие пондеромоторные силы, оказывающие давления порядка 10-6-10-1 дин/см2. Чувствительность человеческого уха (10-4 дин/см2} находится как раз в этих пределах. Предполагается возможность резонансных эффектов такого рода, когда частота вынужденных механических колебаний в данном участке организма (или органа) совпадает с собственной частотой его свободных колебаний. В этом случае магнитомеханический эффект может быть существенным и при весьма малых напряженностях поля, например в геомагнитном поле.
Большинство авторов, исходя из теоретических соображений и расчетов, основанных на микроскопических и макроскопических концепциях, приходит к заключению, что биомагнитные эффекты возможны только при достаточно высоких напряженностях поля - по крайней мере, в тясячи эрстед.
Механизм преобразования в живых тканях энергии ЭМП в тепловую считали единственно возможной причиной любых биологических эффектов, вызываемых ЭМП от низких частот до сверхвысоких. На этой основе были разработаны и получили широкое распространение методы применения ЭМП высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот для лечения различных заболеваний. Исходя из этой концепции, пытались оценивать предельно допустимые интенсивности ЭМП радиочастот при изучении их профессиональной вредности.
Тепловая концепция биологических эффектов ЭМП противоречит результатам ряда исследований, проведенных с ЭМП слабых интенсивностей. Однако в тех случаях, когда биологические объекты подвергаются воздействию ЭМП достаточно высоких интенсивностей (при которых тепловой эффект уже возможен), она представляется полезной. Поэтому мы подробно рассмотрим теоретические и экспериментальные данные о тепловых эффектах ЭМП различных частот.
В низкочастотном и высокочастотном диапазонах преобразование энергии ЭМП в тепловую связано в основном с потерями проводимости, возникающими за счет выделения, в тканях джоулева тепла индуцированными в них ионными токами.
До частот порядка 10 Мгц размеры тела человека и крупных животных (а тем более мелких) малы по сравнению с длиной волны, а ткани тела можно рассматривать как проводящую среду. Поэтому выполняются условия квазистационарности и расчеты можно производить как для статического поля; мощность ЭМП, поглощаемая в единице объема тела, может быть в этом случае вычислена по законам постоянного тока:
Р= i2ρ вт\см3
Величину плотности тока i следует вычислять применительно к форме и электрическим параметрам биологического объекта. Такой расчет для человека, находящегося в переменном электрическом или магнитном поле в диапазоне частот от 100 Кгц до 1 Мгц, сделан при следующих допущениях:
1. Тело человека приближенно рассматривается как гомогенный (по электрическим свойствам) проводящий эллипсоид;
2. Рассматривается только однородное электрическое или магнитное поле, в котором тело (эллипсоид) расположено так, что его большая ось параллельна силовым линиям.
При этих условиях плотность тока в случае электрического поля равна
ie=1,3*10-13 *f*E а/см2,
а в случае магнитного поля
iн=1,3*10-11*f*H а/см2
(Е выражено в в/м, Н — в а/м, f —в гц).
Количество тепла, выделяемое при этом в теле человека, будет определяться из соотношений:
QE=2*10-20* ρср*f2*E2 кал/мин
QH=2*10-16 ρср*f2*h3 кал/мин
(ρср - среднее удельное сопротивление тканей тела человека).
В диапазонах ультравысоких и сверхвысоких частот преобразование энергии ЭМП в тепловую связано уже не только с потерями проводимости, но и с диэлектрическими потерями. При этом доля диэлектрических потерь в общем поглощении энергии ЭМП в тканях возрастает с частотой. Например, потери, связанные с релаксацией молекул воды в тканях, при частоте 1 Ггц составляют около 50% от общих потерь, при частоте 10 Ггц - около 90% и при частоте 30 Ггц—около 98%.
В этих частотных диапазонах (выше 100 Мгц) размеры тела человека и крупных животных уже сравнимы сλ или превышают ее, а ткани тела уже нельзя рассматривать как проводящую среду; наконец, нельзя считать различные ткани гомогенными по электрическим свойствам. Иначе говоря, условие квазистационарвости здесь не выполняется и необходимо рассматривать поток волн, часть которого отражается от поверхности тела, а остальная часть постепенно поглощается в электрически негомогенных тканях.
С учетом отражения мощность ЭМП, поглощаемая на 1 см2 поверхности объекта, или действующая мощность (Рд) будет равна
Рд = Ро*(1-К),
где Ро— плотность потока мощности, падающая на поверхность объекта, К—коэффициент отражения.
Значения коэффициента отражения ЭМП разных частот от различных тканей при разных частотах и глубина проникновения энергии ЭМП в глубь тканей (т. е. глубина, на которой энергия уменьшается в е раз) приведены в таблицах.
| Частота, Мгц | ||||||||
| Границы раздела | 100 | 200 | 400 | 1000 | 3000 | 10000 | 24 500 | 35000 |
| Воздух — кожа | 0,758 | 0,684 | 0,623 | 0,570 | 0,550 | 0,530 | 0.470 | |
| Кожа — жир | 0,340 | 0,227 | — | 0,231 | 0,190 | 0,230 | 0,220 | — |
| Жир — мышцы | 0,355 | 0,3515 | 0,3004 | 0,2608 | — | — | — | — |
| Частота, Мгц | ||||||||
| Ткань | 100 | 200 | 400 | 1000 | 3003 | 10000 | 24000 | 35 000 |
| Костный мозг | 22,9 | 20,66 | 18,73 | 11,9 | 9,924 | 0,34 | 0,145 | 0,073 |
| Головной мозг | 3,56 | 4,132 | 2,072 | 1,933 | 0,476 | 0,168 | 0,075 | 0,0378 |
| Хрусталик глаза | 9,42 | 4,39 | 4,23 | 2,915 | 0,500 | 0,174 | 0,0706 | 0,0378 |
| Стекловидное тело | 2,17 | 1,69 | 1,41 | 1,23 | 0,535 | 0,195 | 0,045 | 0,0314 |
| Жир | 20,45 | 12,53 | 8,52 | 6,42 | 2,45 | 1,1 | 0,342 | --- |
| Мышцы | 3,451 | 2,32 | 1,84 | 1,456 | --- | 0,314 | --- | |
| Цельная кровь | 2,86 | 2,15 2,15 | 1,787 1,787 | 1,40 | 0,78 | 0,148 | 0,0598 | 0,0272 |
| Кожа | 3,765 | 2,78 | 2,18 | 1,638 | 0,646 | 0,189 | 0,0722 | --- |
Зависимость степени поглощения энергии ЭМП в биологическом объекте от размеров последнего можно оценить из расчетов для полупроводящей сферы. Из них вытекает, что при R>λ в полупроводящей сфере поглощается примерно 50% мощности, падающей на поперечное сечение, независимо от активной проводимости вещества сферы. Расчеты и эксперименты на моделях показали, что это справедливо для биологических объектов любой формы в диапазоне частот от 300 Мгц до 3 Ггц. Но при R<λ поглощаемая мощность зависит от электрических параметров объекта и при некоторых значениях R/λ в нем поглощается больше энергии, чем падает на поперечное сечение.
Зависимость характера поглощения от анатомического расположения тканей определяется главным образом толщиной подкожного жирового слоя и способом приложения ЭМП к объекту. Если воздействие производится путем помещения объекта между пластинами конденсатора, то в подкожном слое, имеющем более низкие значения относительной диэлектрической проницаемости ε’ и активной проводимости σ , чем у глубже расположенных мышечных тканей, напряженность Е будет выше, чем в мышцах. Соответственно распределится и поглощаемая мощность ЭМП. Если производится облучение объекта волнами, то жировой слой может сыграть роль «трансформатора импедансов» между воздушной средой и мышечной тканью, что может привести к той или иной компенсации отражения волн и, следовательно, к соответствующему увеличению доли поглощаемой мощности. Этот эффект зависит от толщины жирового слоя, толщины слоя кожи и от частоты ЭМП.
До сих пор мы не учитывали еще одного физического процесса, от которого может зависеть относительное распределение поглощения энергии ЭМП в тканях живых организмов, а именно возникновения стоячих волн, в результате которого энергия, поглощаемая в том или ином слое тканей, может значительно возрасти по сравнению со случаем распространения волн в этой ткани. Стоячие волны могут возникнуть (в связи с отражениями на границах раздела тканей, имеющих различные электрические параметры) в тех случаях, когда толщина рассматриваемого слоя тканей сравнима с длиной волны (величина которой в свою очередь зависит от электрических параметров ткани). Из таблицы, в которой приведены значения длин волн в различных тканях, видно, что такое соотношение возможно в слоях тканей человека и крупных животных для ЭМП с частотами выше 3 Ггц.
Длина волны в тканях при различных частотах, м
| Частота, Мгц | ||||||||
| Ткань | 100 | 200 | 400 | 1000 | 3000 | 10 000 | 24000 | 35 000 |
| Костный мозг | 116,1 | 62,2 | 32,19 | 12,63 | 3,97 | 1,250 | 0,368 | 0,388 |
| Головной мозг | 31,7 | 19,4 | 11,16 | 4,97 | 1,74 | 0,595 | 0,200 | 0,201 |
| Хрусталик глаза | 33,15 | 22,3 | 12,53 | 5,28 | 1,75 | 0,575 | 0,200 | 0,201 |
| Стекловидное тело | 21,7 | 13,0 | 7,96 | 3,41 | 1,18 | 0,395 | 0,146 | 0,154 |
| Жир | 96,0 | 57,1 | 30,9 | 12,42 | 3,79 | 1,450 | 0,680 | --- |
| Мышцы | 27,65 | 16,3 | 9,41 | 4,09 | --- | 0,616 | --- | --- |
| Цельная кровь | 25,15 | 15,35 | 8,89 | 3,87 | 1,36 | 0,449 | 0,214 | 0,167 |
| Кожа | 28,07 | 17,94 | 10,12 | 4,41 | 1,49 | 0,506 | 0,250 | --- |
Тепловой эффект ЭМП в тканях живых организмов.
Нагревание тканей тела животных и общее повышение температуры тела под действием ЭМП зависят не только от величины электромагнитной энергии, преобразующейся в тепловую, но в значительной степени от терморегуляторных свойств организма.
У гомойотермных животных (птиц и млекопитающих) при данной температуре тела результирующая теплоотдача равна алгебраической сумме теплообразования за счет обменных процессов и теплопотерь за счет излучения, а также испарения при дыхании (а у человека и при потоотделении), как это показано на рисунке.
В интервале температур, при которых организм еще способен к терморегуляции, - между точками пересечения результирующей кривой с осью абсцисс — преобладают теплопотери, что ведет к восстановлению нормальной температуры тела.
При дальнейшем повышении температуры теплообмен может стать положительным, и температура тела будет возрастать вплоть до гибельной.
Эксперименты, проведенные с фантомами, имитирующими тело животных, показали, что с увеличением объема объекта требуется все большее время для нагревания его до заданной температуры при помощи ЭМП данной мощности. Это объясняется, во-первых, тем, что для нагревания большего объема нужно больше калорий, и, во-вторых, тем, что при одинаковой глубине проникновения энергии ЭМП в ткани доля объема, в которой происходит поглощение, будет тем больше, чем меньше объем. Например, если ЭМП с частотой 300 Мгц проникает на глубину 2,5 см (для мышечных тканей), то это означает, что у крысы (диаметр тела 5-6 см) энергия ЭМП поглощается практически во всем теле, а у собаки (диаметр тела 20-25 см) - только в незначительной поверхности части тела.
Было проведено более детальное теоретическое исследование условий нагревания тканей тела человека и различных животных под действием микроволн. Время, необходимое для повышения температуры тела на 5° (ΔΤ = 5°), вычислялось из уравнения
где G - масса тела, Сb - удельная теплоемкость, М - тепло за счет метаболизма, Е-тепло за счет облучения микроволнами, Sb - поверхность тела, αab - коэффициент теплопередачи воздух - тело, θab- начальная разница температур воздух - тело.
В результате исследователи пришли к выводу, что при очень больших значениях t, соответствующих малой интенсивности облучения, практически нет разницы в скорости нагревания животных разных размеров, но при больших интенсивностях (t мало) тело малых животных нагревается быстрее.
Результаты большинства исследований зависимости теплообразования в тканях животных от интенсивности и времени воздействия ЭМП, а также характера распределения температуры в тканях были противоречивыми: в одних случаях отмечалось более значительное нагревание в глубоких тканях по сравнению с поверхностными, в других - противоположное распределение температуры, в третьих - наличие как положительного, так и отрицательного градиента температуры в зависимости от условий воздействия ЭМП. Основными причинами этих расхождений можно считать несовершенство дозирования поглощаемой мощности и несопоставимость ряда условий экспериментов.
Делались попытки теоретически оценить количество тепла, выделяющегося на заданном расстоянии от облучаемой поверхности, и рассчитать соответствующее повышение температуры. Однако сравнение расчетных данных с экспериментальными показало приближенное соответствиетолько при малых продолжительностях облучения.
Экспериментальная оценка пороговых интенсивностей ЭМП для теплового эффекта была проведена в различных частотных диапазонах при общем и локальном воздействии ЭМП на человеке и животных. Границу теплового эффекта определяли по минимальному повышению температуры тела или тканей, не превышающему нормальных ее колебаний в организме. В качестве признака появления теплового эффекта у человека использовали также и минимальное теплоощущение. Было установлено, что зависимость между теплоощущением и мощностью ЭМП, поглощаемой в тканях (в диапазоне 20-200 Мгц), выражается соотношением:
H=lg P - a lg P0
где H - теплоощущение, оцениваемое по 4-балльной системе (едва ощутимое тепло, умеренное тепло, интенсивный нагрев, едва переносимый нагрев), Ро-поглощаемая мощность, при которой ощущается едва заметное тепло, Р-данная поглощаемая мощность, а - постоянная, не зависящая от частоты (хотя Ро варьирует с частотой).
Из результатов эксперимента следует, что пороговые интенсивности ЭМП уменьшаются с повышением частоты. Это и понятно, так как коэффициент поглощения электромагнитной энергии пропорционален частоте и величине электрических параметров σ и ε, которые в свою очередь изменяются с частотой.
В заключение следует отметить, что в работах, посвященных тепловому эффекту ЭМП, неоднократно обсуждалась возможность избирательного нагревания микрочастиц в биосредах, не сопровождающегося существенным нагреванием окружающей их среды. Однако теоретический анализ показал, что такое избирательное нагревание возможно только в том случае, если частицы достаточно крупны—не менее 1 мм в диаметре. Поэтому нет оснований рассчитывать на избирательное нагревание микрочастиц (клеток, бактерий) при отсутствии существенного нагревания среды, в которой они суспендированы.
Нетепловые эффекты ЭМП в биосредах.
Были проведены экспериментальные и теоретические исследования некоторых интересных микропроцессов, протекающих под действием ЭМП.
Первый процесс такого рода состоит в том, что под действием непрерывных и импульсных ЭМП высоких и ультравысоких частот (1-100 Мгц) суспендированные частицы угля, крахмала и молока, эритроциты и лейкоциты выстраиваются в цепочки, расположенные параллельно электрическим силовым линиям. Для каждого типа частиц имеется оптимальный диапазон частот, в пределах которого эффект возникает при минимальной напряженности поля.
Теоретические исследования показали, что формирование цепочек происходит в результате притяжения между частицами, в которых под действием ЭМП индуцируются дипольные заряды (см. рис.).
В неполярной диэлектрической среде (масло) этот эффект возникает и при низких частотах и даже в электростатическом поле, но в воде и физиологическом растворе ионы и дипольные молекулы шунтируют поле низкой частоты и эффект возможен только при достаточно высоких частотах (выше десятков Мгц). Постоянная времени формирования цепочек пропорциональна кубу радиуса частиц (она равна 1 сек. при радиусе в 1 мк). Она мало зависит от Е в слабых полях и обратно пропорциональна Е2 в сильных полях. В импульсных ЭМП эффект определяется средним значением Е.
Несимметричные частицы ориентируются либо параллельно, либо перпендикулярно к направлению силовых линий. Это зависит от соотношения между удельной проводимостью частиц и окружающей их среды и от частоты ЭМП (для электрических параметров, близких к биологическим).
Второй эффект — «диэлектрическое насыщение» в растворах белков и других биологических макромолекул под действием высокоинтенсивных ЭМП сверхвысоких частот. Он предполагает, что под действием таких полей все поляризованные боковые цепи макромолекул ориентируются в направлении электрических силовых линий и что это может приводить к разрыву водородных связей и других вторичных внутри- и межмолекулярных связей и к изменению зоны гидратации (от которой зависит растворимость молекул). Такие эффекты могли бы вызывать денатурацию или коагуляцию молекул, что подтверждается экспериментально.
Третий эффект обусловлен действием сил Лоренца в переменных полях на ионы в электролите. Если раствор электролита находится под действием перпендикулярных друг другу и синфазно изменяющихся электрического и магнитного полей, то электрическое поле (в среднем по времени) не оказывает влияния на ионы, а под действием сил Лоренца и положительные и отрицательные ионы перемещаются в одном направлении - перпендикулярно направлению электрических силовых линий. Такого рода эффекты были экспериментально обнаружены. Нужно подчеркнуть, что рассматриваемые эффекты зависят от суммы подвижностей ионов, а не от их разности и указывают на возможность возникновения такого эффекта под действием электромагнитной волны, распространяющейся в среде. При этом действию сил Лоренца в клеточной среде будут подвергаться не только ионы электролита, но и свободные метаболиты в ионизированной форме.
Наибольший интерес представляют эффекты резонансного поглощения ЭМП различных частотных диапазонов в биологических средах.
Была теоретически рассмотрена возможность резонансного поглощения ЭМП белковыми молекулами в связи с так называемыми дисперсионными силами взаимодействия. В белках, содержащих ряд нейтральных и отрицательно заряженных основных боковых групп, среднеквадратичная величина дипольного момента отлична от нуля, даже если их средний постоянный момент равен нулю. Это обусловливается тем, что (за исключением случая сильно кислотных растворов) число поляризованных боковых групп в белковой молекуле обычно превышает число связанных с ними протонов, так что существует множество возможных конфигураций распределения протонов в молекуле, мало отличающихся по свободной энергии. Для молекул ферментов, в предположении непрерывного распределения основных групп, среднее расстояние между группами составляет примерно 9,5 Å. С такими диполь-дипольными взаимодействиями, происходящими за счет флуктуации распределения протонов, может быть связано поглощение кванта энергии, соответствующего частоте 10 Ггц. Авторы предположили, что такое резонансное влияние ЭМП на распределение протонов в молекуле фермента может привести к изменению скорости образования фермент-субстратного комплекса.
Предполагается, что поглощение энергии ЭМП сверхвысоких частот может быть связано с вращением внутримолекулярных структур относительно С-С-связей с трансляционными переходами гидроксильных групп из одного положения с водородной связью в другое, с вращательными уровнями метастабильных состояний и т. д. Рассматривалась также возможность ионизационных эффектов ЭМП сверхвысоких частот, приводящих к формированию радикалов О2 и ОН при высоких импульсных мощностях. Эти общие предположения не получили пока еще убедительных экспериментальных подтверждений, хотя результаты некоторых исследований дают основания ожидать их в недалеком будущем.
В общем виде обсуждалась и возможность резонансного поглощения ЭМП во всем теле человека и животных или в отдельных частях тела. Так, например, эффект потери животными контроля над моторными функциями при воздействии ЭМП на область головы и позвоночника рассматривался с позиций возможного резонанса в краниальной полости или вдоль позвоночного столба.
Теперь рассмотрим
Экспериментальные исследования биологических эффектов ЭМП.
Эти исследования охватывают всю рассматриваемую область ЭМП – от постоянных полей до миллиметровых радиоволн. Наиболее значительный материал накоплен в исследованиях с УВЧ- и СВЧ-диапазонами; в меньшей мере освоены постоянные магнитные и электрические поля и низкочастотный диапазон, сравнительно небольшое число работ связано с ЭМП высоких частот.
Летальное действие ЭМП.
Была проведена серия экспериментов для изучения воздействия на организм собак, кроликов и крыс импульсных и непрерывных СВЧ-полей высоких интенсивностей (2800 и 200 МГц соответственно). В результате экспериментов выяснили, что:
Гибель животных наступает в тех случаях, когда под действием ЭМП высокой интенсивности температура тела животных (определяемая по ректальной температуре) повышается до уровня выше критического, т.е. до 41-42º для крупных животных и 42-43º для мелких. При таких условиях происходит необратимое нарушение терморегуляции в организме и животное погибает.
Гибель животных под действием ЭМП нельзя рассматривать просто как результат перегрева тела, так как наблюдается ряд глубоких нарушений регуляторных процессов в организме, которые зависят не только от величины электромагнитной энергии, преобразующейся в тепловую, но и от частоты ЭМП, от локализации воздействия и от физиологического состояния животного.
Пришли к выводу, что данный эффект можно рассматривать как результат теплового стрессорного действия ЭМП, т.к.фазы изменения температуры соответствуют трём стадиям стресса – «реакции тревоги», «стадии резистентности» и «стадии истощения», а наблюдаемые изменения крови характерны для ранних проявлений теплового стресса.
Особенность летального эффекта микроволн проявляется в адаптации к ним организма животных при повторных облучениях.
Морфологические изменения в тканях и органах под действием ЭМП.
Морфологические изменения в органах и тканях животных происходит как в результате однократного воздействия ЭМП высоких интенсивностей, так и кумулятивно – при многократных воздействиях ЭМП малых интенсивностей.
Поражаются тем более глубокие ткани, чем ниже частота ЭМП и чем меньше размеры животного. Однако менее выраженные изменения в глубоко расположенных органах и тканях отмечаются и в тех случаях, когда ЭМП полностью поглощаются в поверхностных, кожных тканях.
Характер морфологических изменений под действием ЭМП может быть самым различным – от резких поражений при летальных воздействиях (ожоги, некроз тканей, кровоизлияния, дегенеративные изменения в клетках и т.д.) до умеренных или слабых обратимых изменений при воздействиях ЭМП малых интенсивностей.
Морфологические изменения в органах и тканях под действием ЭМП различных частот и постоянного магнитного поля могут появляться и в отсутствие какого – либо существенного теплового эффекта. По-видимому, они возникают за счёт кумуляции каких-то функциональных нарушений регуляции обменных процессов.
Наиболее часто наблюдаются морфологические изменения в тканях периферической и центральной нервной системы, нарушаются её регуляторные функции, как за счёт разрыва соответствующих связей, так и за счёт изменения структуры самих нервных клеток. Такие нарушения однотипны при воздействии ЭМП самых различных частот вплоть до постоянного магнитного поля.
Действие ЭМП на глаза и семенники.
Глаза и семенники – органы, бедные кровеносными сосудами. Следовательно, Они должны сильнее нагреваться под действием ЭМП, чем органы, в которых возможен интенсивный отвод тепла за счёт усиления кровотока.
Обнаружено, что при однократном облучении глаз микроволнами (от 3 до 30 см) , в результате многократных облучений (10 сеансов по 30 минут с интенсивностью 150 мВт\см2 ) и при хроническом (несколько лет) воздействии микроволн с интенсивностью несколько мВт\см2 в хрусталике глаза возникает помутнение (катаракта).Также под действием микроволн обнаружены понижение активности ферментов аденозинфосфатазы и пирофосфатазы, ау кроликов, облучавшихся ежедневно в течение 3,5 месяца микроволнами интенсивностью 1 мВт\см2 , понижалось внутриглазное давление.
Мужские половые органы в высшей степени чувствительны к тепловому воздействию и, следовательно, особенно уязвимы при облучении. Безопасная плотность излучения в виде максимального уровня 5 мВт/см2 значительно ниже, чем для других чувствительных к облучению органов. В результате облучения семенников может наступить временное или постоянное бесплодие. Повреждение половых тканей рассматривают особо, так как некоторые генетики считают, что небольшие дозы облучения не приводят к каким-либо физиологическим нарушениям, в то же время могут вызвать мутации генов, которые остаются скрытыми в течение нескольких поколений.
Для семенников было обнаружено, что дегенеративные изменения в семенниках крыс при 10-минутном облучении микроволнами (2800 МГц) возникают при повышении температуры до 30-35º.При многократном облучении 3-сантиметровыми волнами с интенсивностью 100 мВт\см2 , вызывающее повышение температуры в тканях семенников только на 3,3º, приводило к атрофии семенных канальцев.
Морфологические изменения в семенниках возникали у морских свинок под действием постоянного магнитного поля (7000 э, 500 часов) в форме некробиотических изменений клеток сперматогенного эпителия, наблюдалось понижение в них содержания ДНК и РНК.
Эффекты ЭМП при злокачественных опухолях и лучевых поражениях.
Введение больным животным экстрактов злокачественных жировых и кожных тканей , предварительно облучённых микроволнами с частотой 3000 МГц, временно замедляло развитие опухоли и увеличивало сроки выживаемости. Однако эти эффекты наблюдались не во всех случаях, а иногда отмечалось и обратное действие. Инъекции больным животным облучённых (в течении 5 мин) экстрактов тканей, взятых у здоровых животных всегда приводили к замедлению роста опухоли, если на период леченья из питания исключали жиры. Инъекции облучённого раствора гликогена ускоряли развитие опухолей. Наблюдалось полное рассасывание саркомы у крыс в результате облучения микроволнами с частотой 6000 МГц при весьма малой интенсивности. Торможение развития злокачественных опухолей у мышей под действием микроволн (3000 и 10000 МГц) наблюдалось и при интенсивном облучении, сопровождавшемся значительным нагреванием тканей.
Действие постоянного магнитного поля на развитие раковой опухоли у мышей давало отрицательные результаты – возрастало число смертных случаев. Но комбинированное действие магнитного поля и микроволн оказалось весьма плодотворным.
Обнаружено положительное влияние микроволн на сопротивляемость животных к ионизирующему излучению.
Итак, в опытах по действию ЭМП на злокачественные опухоли выявлено, что дело здесь не в тепловом действии ЭМП , а в их влиянии на регуляторные функции в организме, на регуляцию внутриклеточных процессов. При лучевых поражениях обнаруживается влияние ЭМП на регуляцию кроветворения и на другие системы нервно-гуморальной регуляции в организме.
Действие ЭМП на различные части тела и органы.
Отсутствие кровеносных сосудов в некоторых частях тела делает их особенно уязвимыми к облучению сверхвысокими частотами. В этом случае теплота может поглощаться только окружающими сосудистыми тканями, к которым она может поступать только путем теплопроводности. Это в частности справедливо для тканей глаза и таких внутренних органов, как желчный пузырь, мочевой пузырь и желудочно-кишечный тракт. Малое количество кровеносных сосудов в этих тканях затрудняет процесс авторегулирования температуры. Кроме того, отражения от граничных поверхностей полостей тела и областей расположения костного мозга при определенных условиях приводит в образованию стоячих волн. Чрезмерное возрастание температуры в отдельных участках действия стоячих волн может вызвать повреждение ткани. Отражения такого рода вызываются также металлическими предметами, расположенными внутри или на поверхности тела.
Головной и спинной мозг чувствительны к изменениям давления, и поэтому повышение температуры в результате облучения головы может иметь серьезные последствия. Кости черепной коробки вызывают сильные отражения, из-за чего оценить поглощенную энергию очень трудно. Повышение температуры мозга происходит наиболее быстро, когда голова облучается сверху или когда облучается грудная клетка, так как нагретая кровь из грудной клетки непосредственно направляется к мозгу. Облучение головы вызывает состояние сонливости с последующим переходом к бессознательному состоянию. При длительном облучении появляются судороги, переходящие затем в паралич. При облучении головы неизбежно наступает смерть, если температура мозга повышается на 6 °С.
В результате сильного облучения энергией СВЧ может произойти удушье. Пострадавшим необходимо сделать искусственное дыхание, обеспечить быстрое охлаждение тела и кислородное питание. Следует подчеркнуть, что у человека нет органа чувств, который своевременно предупреждал бы об опасности излучения. Из-за большой глубины проникновения электромагнитного излучения никто не должен полагаться на очень обманчивые тепловые ощущения кожи.
Действие ЭМП на нервно-гуморальную регуляцию обнаруживается как по внешне проявляемым реакциям, так и по нарушениям характера и интенсивности физиологических процессов. К первым эффектам можно отнести изменения поведения животных: безусловные реакции на ЭМП, изменение ранее выработанных условных рефлексов; ко вторым – изменение функций различных отделов нервной системы, нарушение гуморальной регуляции, изменения характера и интенсивности биохимических процессов.
Экспериментальные данные о влиянии ЭМП на рост животных и растений не позволяют делать какие либо заключения. Можно отметить только общие черты в действии магнитного поля: на рост животных оно оказывает угнетающее действие, а на рост растений – стимулирующее. Что касается влияния ЭМП на различные стадии развития организмов – от зародышевой клетки до растущего организма, то в этом отношении можно пока отметить только одну общую черту: в большинстве опытов проявлялось нарушающее действие ЭМП на эти процессы.
Допустимые дозы ЭМП.
Многочисленные гигиенические исследования показали, что у людей, систематически подвергающихся воздействию ЭМП радиочастот, возникают обратимые функциональные изменения нейрогуморальной регуляции. В нашей стране (в бывшем СССР) установлены допустимые интенсивности ЭМП: для СВЧ – полей – 0,01 мВт/см2, для УВЧ – 5 В/м, для ВЧ – 20 В/м. Для устройств, работающих в области частот 30 - 300 МГц была введена предельная напряженность электрического поля волны в 80 В/м. Для частот свыше 300 МГц установлена предельно допустимая мощность излучения 10 микроватт на кВ см. (для облучаемого персонала). Для населения этот уровень меньше в 5 - 10 раз без ограничения времени облучения.
Европейская комиссия подготовила рекомендации по ограничению воздействия широкого диапазона статических электрических и магнитных полей на людей.
Эти поля, известные также под названием неионизирующих излучений, создаются такими устройствами, как дисплеи, широковещательные передатчики, сотовые и мобильные телефоны, электробытовые приборы и линии электропередач. Например, электромагнитные поля частотой от 100 КГц до 300 ГГц, используемые в мобильных телефонах и ретрансляторах GSM, могут вызвать тепловое воздействие, способное привести к повышению температуры живых организмов более чем на один градус Цельсия. В России число пользователей сотовых телефонов уже превышает 100 тыс. Вряд ли кому-нибудь из них приходила мысль засунуть голову в микроволновую печь - представление о том, что высокочастотное электромагнитное излучение в считанные секунды может сделать с курицей, убережет их от такого шага. Но, к счастью, согласно выводам американских исследователей, опасения, что мобильные телефоны могут вызывать рак мозга, не обоснованы. Однако, те же ученые предупреждают: дети, пользующиеся мобильными телефонами, подвергаются повышенному риску расстройства памяти и сна.
Рекомендации стали очередным аргументом в продолжающемся уже не один год обсуждении воздействия электромагнитных излучений на человеческий организм. В числе возможных последствий облучения специалисты называют заболевание раком.
Рекомендации не имеют статуса официального документа до принятия квалифицированным большинством Совета министров стран Европы. В них содержится призыв к странам - участницам Европейского союза принять соответствующие меры для защиты населения, ограничивая вредное воздействие за счет контроля допустимой частоты.
В то же время в рекомендациях упоминается о некоторых исследованиях, согласно которым опасность таких излучений для здоровья нельзя считать доказанной.
Я считаю, что пока рано говорить о том, полезно или вредно электромагнитное излучение. Как и в большинстве случаев, ответ на этот вопрос неоднозначен. Ясно одно, вопрос этот с каждым днём роста цивилизации, урбанизации и научно – технического прогресса становится всё актуальней. Человечество должно научится грамотно использовать плоды своего развития и в то же время уметь защититься от них.
Список литературы:
1.А.С.Пресман «Электромагнитные поля и живая природа»
2. А.С.Пресман «Электромагнитная сигнализация в живой природе»
3. А.С.Пресман «Электромагнитное поле и жизнь»
4. «ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СВЧ-ПОЛЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА» Краев А_А_ (кафедра физики, МГТУ)
5. M&W_ Новости медицины
6. Human Club «Радиотелефон - наш друг»
7.Computerworld Россия #27-98
План:
1.Вступление
2. Естественные и искусственные источники электромагнитных полей в средах обитания организмов
*Электрическое поле Земли.
*Магнитное поле Земли.
*Атмосферики
*Радиоизлучения Солнца и галактик.
*ЭМП в окрестности генераторов различных частотных диапазонов.
*«Радиофон».
3.Физические основы взаимодействия электромагнитных полей с биологическими объектами.
*Биологические объекты в электростатическом поле.
*Биологические объекты в магнитостатическом поле.
*Поглощение энергии ЭМП в тканях и преобразование ее в тепловую
*Тепловой эффект ЭМП в тканях живых организмов.
*Нетепловые эффекты ЭМП в биосредах.
4. Экспериментальные исследования биологических эффектов ЭМП.
*Летальное действие ЭМП.
*Морфологические изменения в тканях и органах под действием ЭМП.
*Действие ЭМП на глаза и семенники.
*Эффекты ЭМП при злокачественных опухолях и лучевых поражениях
*Действие ЭМП на различные части тела и органы.
*Действие ЭМП на нервно-гуморальную регуляцию
*О влиянии ЭМП на рост животных и растений
5. Допустимые дозы ЭМП.
nreferat.ru
Тема исследовательской работы:
“Влияние электромагнитного поля на живые организмы”
Автор: Тухарь Валерий Эдуардович
муниципальное казенное
общеобразовательное
учреждение «СОШ № 2»
п. Сывдарма
Пуровского района.
Научный руководитель:
Бокова Наталья Леонидовна
учитель физики,
муниципальное казенное
общеобразовательное
учреждение «СОШ № 2»
п. Сывдарма
Пуровского района
посёлок Сывдарма
2012 год
Оглавление:
Приложение 1……………………………………………………......13
Приложение 2……………………………………………………......14
Приложение 3………………………………………………………..15
Приложение 4………………………………………………………..16
Приложение 5………………………………………………………..17
Приложение 6………………………………………………………..18
1. Влияние электромагнитных волн на здоровье человека.
Вот некоторые из биологических изменений по данным исследований, вызванных электромагнитным излучением (сначала – самые свежие данные):
Изменения белка в Коже. Десяти женщинам предлагали добровольно участвовать в исследовании, в котором они подвергались ЭМИ (900 миллигенри) посредством сотовых телефонов GSM в течение одного часа. После эксперимента Ученые изъяли для исследования их клетки кожи с целью найти какие-либо стрессовые реакции. Они исследовали 580 различных белков и нашли два, которые были существенно затронуты. (Он был увеличен на 89 %, в то время как другой уменьшен на 32 %). Источник - Журнал «NewScientist» от 23 февраля 2008.
Раздраженность клеток головного мозга. Исследователи из Больницы Фатебенефрателли в Isola Tiberina, выяснили, что электромагнитное поле, испускаемое сотовыми телефонами, может заставить некоторые клетки в коре мозга (смежный со стороной головы, где использовали телефон) сильно возбуждается на час, в то время как другие становятся подавленными. Источник - «Health34» - 27 июня 2006 г.
Повреждение ДНК. Немецкая исследовательская группа Verum изучила эффект радиации на клетках животных и человеке. После того, как клетки были помещены в электромагнитное поле сотового телефона – они показали увеличение разрывов в их ДНК, которые не во всех случаях могли быть восстановлены. Эти повреждения могут быть переданы будущим клеткам, которые, в свою очередь, могли бы переродиться в злокачественные. Источник - «USA Today», 21 декабря 2004
Повреждение клеток головного мозга. Исследование эффектов частот сотового телефона (примененный в нетепловой интенсивности) на мозге крысы показало повреждение нейронов (клеток головного мозга) в различных частях мозга, включая кору, гиппокамп и основные ганглии. Источник - Бюллетень «Перспективы Экомедицины», июнь 2003 г.
Агрессивный рост лейкозных клеток. Исследователи в Национальном исследовательском совете в Болонье, Италия доказали, что лейкозные клетки подверженные частотам сотового телефона (900 mH) в течение 48 часов, стали более активно размножаться. Источник - «NewScientist» 24 октября 2002
Повышенное кровяное давление. Исследователи в Германии пришли к выводу, что одноразовое использование сотового телефона в течение 35 минут могло вызвать увеличение нормального кровяного давления на 5-10 мм. Источник - «Ланцет», 20 июня 1998 г.
Неблагоприятное воздействие электромагнитного излучения. Здесь перечислены некоторые из патологических (болезнеобразующих) эффектов, вызванные электромагнитным излучением, опубликованные в СМИ (в обратном хронологическом порядке):
Рак слюнной железы. Израильское исследователи сообщают, что люди, которые использовали сотовые телефоны в течение 22 часов в месяц или больше, на 50 процентов более вероятно, заболеют раком слюнной железы, чем те, кто использовал сотовые телефоны нечасто или никогда ими не пользовался. Источник - «Health34», 19 февраля 2008 г.
Мозговая Опухоль. Анализ нескольких предыдущих исследований привел к заключению, что использование сотового телефона в течение более чем 10 лет вызывает увеличенный риск приобретения определенных типов мозговой опухоли (в 2.4 раза для акустической нейромы и в 2 раза для глиом). Источник - «News24», 3 октября 2007 г.
Лимфатический рак и рак костного мозга. Исследователи из университета Тасмании и университета Бристоля изучили отчеты 850 пациентов, которые были диагностированы с раковыми образованиями костного мозга и лимфатической системы. Они пришли к заключению, что люди, живущие в пределах 300 метров от линии электропередач высокого напряжения в течение длительного периода (особенно в детстве), в 5 раз больше подвержены риску заболеть этими болезнями позднее в жизни. Источники - «Журнал внутренних болезней», Сентябрь 2007 г., «Physorg.com», 24 августа 2007 г.
Выкидыш. Исследователи в Калифорнии нашли, что ЭМИ от электроприборов (таких как пылесосы, фены и миксеры) могут значительно увеличить риск выкидыша у женщин. Источник - «Журнал по эпидемиологии», Январь 2002 г.
Самоубийство. Американские исследователи обнаружили, что темпы роста самоубийств среди 5000 рабочих, обслуживающих технические объекты, связанные с электричеством, которые были подвержены действию сверхнизких частот, удваивались по сравнению с результатами контрольной группы такого же размера. Эффект был особенно выразителен среди молодых рабочих. «Журнал Профессиональной и Экологической Медицины», 15 марта 2000 г. В дополнение к вышеназванному - было произведено много других исследований, но не все они получили внимание средств массовой информации. Перечень заболеваний вызываемых воздействием электромагнитного излучения на здоровье
Опасные для жизни Болезни
Другие состояния:
Каким образом действует ЭМИ? Некоторые ученые ранее полагали, что единственный способ, с помощью которого излучение могло произвести вредные воздействия, состоял в ее интенсивности, достаточной чтобы вызвать эффект нагревания ткани. (Ранее сообщалось, что разговор по сотовому телефону в течение получаса может поднять температуру мозга в той части головы, где с ней соприкасался аппарат). Впоследствии, эта теория была резко осуждена многими исследованиями, в которых доказывалось, что интенсивности ЭМИ недостаточно для вредного воздействия. Механизмы, с помощью которых электромагнитное излучение может запустить болезни, полностью еще не изучены, но активно ведутся эксперименты по этому вопросу.
Повреждение ДНК. У наших клеток есть механизмы, позволяющие ограниченно возместить ущерб, причиненный ДНК, но, судя по всему, ЭМИ может нарушать эти механизмы. Поврежденная ДНК вовлекается сразу в развитие нескольких болезней, включая различные типы рака.
Защитный антивирусный механизм клетки-хозяина (интерференция) с производством Мелатонина. Электромагнитное излучение внедряется в процесс производство мелатонина, гормона вырабатываемого в теле человека. Уже доказано, что низкие уровни мелатонина связаны с несколькими болезнями, включая раковые образования. (Недавнее исследование указывает, что производство сератонина может также быть затронуто ЭМИ).
Влияние на межклеточные связи. Наши соматические клетки общаются внутренне и внешне посредством электрических сигналов. Эти сигналы могут быть изменены электромагнитным излучением посредством производства электрических потоков в пределах тела, вызывая изменения и в клеточной деятельности и в клеточных структурах.
Интенсивность ЭМИ. Попадание в зону воздействия сильных электромагнитных волн может нанести вред, даже если оно кратковременно. В одном из исследований беременных добровольцев попросили носить устройство, которое измеряло самую высокую интенсивность (пик) ЭМИ за суточный период. Результаты указали на то, что более высокие пиковые уровни ЭМИ коррелировали с более высокими показателями ущерба для здоровья (выкидыш).
Накопительное действие ЭМИ. В течение дня человек подвергается электромагнитным излучениям различных частот. Например, они могут исходить от электрических бритв и фенов, от оборудования автомобилей, автобуса или поезда, предметов домашнего обихода, таких как нагреватели, духовки и микроволновые печи, неоновые лампы, домашняя проводка, линии электропередачи, ношения и использования сотового телефона. Это самые распространенные источники. Комбинация этих воздействий может сокрушить обороноспособность тела и защитные механизмы.
Продолжительность действия ЭМИ. Многочисленные исследования указывают на то, что ущерб здоровью начинает быть заметным только спустя многие годы воздействия ЭМИ, например, от линий электропередач высокого напряжения, или сотовые телефоны.
Быстротечность ЭДС. Больший биологический стресс от воздействия ЭМИ организмом испытывается от приборов, с изменчивыми, флуктуирующими циклами работами (фотокопировальный аппарат, принтер и т.п.), нежели с постоянной работой.
Частота ЭДС. До сих пор доподлинно не известно, какие типы электромагнитных волн вызывают негативные последствия для здоровья, но, судя по всему, различные частоты вызывают различные негативные эффекты.
Наложение сигналов. Чтобы произвести аналоговый либо цифровой сигнал - электромагнитная волна может быть смодулирована различными способами. Там где волна используется для коммуникаций (например, радио, телевидение, мобильная телефония и т.д.), сигнал накладывается на частоту носителя. Есть доказательства, что, в некоторых случаях, компонент сигнала может быть более вредным, чем ЭМИ носителя.
Медицинская опасность ЭМИ реальна. Опасность для нашего здоровья, вызванная высокими уровнями созданных человеком электромагнитных полей, реальна. К такому общему выводу пришли многие из растущего числа ответственных ученых и профессиональных работников системы здравоохранения. К счастью, есть много способов защитить себя и наших любимых, прежде чем наше здоровье будет затронуто.
2. Защита от электромагнитного излучения:
1. По возможности, стоит приобрести жидкокристаллический монитор, поскольку его излучение значительно меньше, чем у распространённых ЭЛТ-мониторов (монитор с электроннолучевой трубкой).
2. При покупке монитора необходимо обратить внимание на наличие сертификата.
3. Системный блок и монитор должен находиться как можно дальше от вас.
4. Не оставляйте компьютер включённым на длительное время если вы его не используете, хотя это и ускорит износ компьютера, но здоровье полезней. Так же, не забудьте использовать "спящий режим" для монитора.
5. В связи с тем, что электромагнитное излучение от стенок монитора намного больше, постарайтесь поставить монитор в угол, так что бы излучение поглощалось стенами. Особое внимание стоит обратить на расстановку мониторов в офисах.
6. По возможности сократите время работы за компьютером и почаще прерывайте работу.
7. Компьютер должен быть заземлён. Если вы приобрели защитный экран, то его тоже следует заземлить, для этого специально предусмотрен провод, на конце которого находиться металлическая прищепка (не цепляйте её к системному блоку)
3. Влияние СВЧ излучения на человека.В результате употребления приготовленной в микроволновой печи пищи сначала понижается пульс и давление, а затем возникает нервозность, повышенное давление, головные боли, головокружение, боль в глазах, бессонница, раздражительность, нервозность, боли в желудке, неспособность концентрироваться, потеря волос, увеличение случаев аппендицитов, катаракты, репродуктивные проблемы, рак. Эти хронические симптомы обостряются при стрессах и заболеваниях сердца. Потребление пищи, облученной в микроволновой печи, способствует образованию повышенного числа раковых клеток в сыворотке крови. Согласно статистике, у большого числа людей пища, облученная в микроволновой печи, вызывает опухоли, напоминающие раковые в желудке и в пищеварительном тракте, кроме того, общее перерождение периферийной клеточной ткани с постоянным расстройством функций системы пищеварения и выделения. Таким образом, пища, изменённая микроволнами, наносит вред пищеварительному тракту и иммунной системе человека и может, в конечном счёте, вызвать рак. Кроме того, нельзя забывать и о самом электромагнитном излучении. Особенно это касается беременных и детей. Наиболее подвержены влиянию электромагнитных полей кровеносная система, эндокринная система, головной мозг, глаза, иммунная и половая системы.
4. Вредна ли сотовая связь?
В настоящее время достоверно подтвержден только косвенный вред антенн сотовой связи, установленных в населенных пунктах. Немецкие ученые протестировали работу 231 модели кардиостимуляторов при воздействии на них электромагнитного излучения сотовой связи стандартов NMT-450, GSM 900 и GSM 1800. Согласно результатам их исследования, более 30% кардиологических аппаратов испытывают помехи от телефонов, работающих в стандартах NMT-450 и GSM 900. Влияние телефонов стандарта GSM 1800 на кардиостимуляторы обнаружено не было. Радиочастотный (РЧ) диапазон электромагнитных полей, на котором работает современная сотовая связь, лежит в пределах от 450 МГц до 1,9 ГГц. При обсуждении возможных неблагоприятных для здоровья эффектов от воздействии РЧ-полей необходимо подчеркнуть, что такие поля, в отличие от ионизирующего излучения (гамма-, рентгеновские лучи, коротковолновый ультрафиолет), независимо от их мощности не могут вызывать ионизацию или вторичную радиоактивность в организме. Доказанным эффектом волн РЧ-диапазона с частотой выше 1 МГц является нагревание тканей, вследствие поглощения ими энергии ЭМП. Поля высокой интенсивности способны локально повышать температуру тканей на 10 °С. Даже менее значительное изменение температуры живых тканей может приводить к таким последствиям, как нарушение развития плода, понижение мужской фертильности, изменению гормонального фона. По данным ВОЗ, нагревание, вызываемое РЧ-полями с интенсивностью удовлетворяющей международным стандартам для сотовых телефонов и базовых станций, нивелируется за счет нормальной терморегуляции организма и не может вызывать какие-либо патологические изменения в клетках. Эксперименты на кошках и кроликах показали, что РЧ-поля низкой интенсивности, не вызывая перегрева тканей, способны модулировать активность нервных клеток, за счет изменения проницаемости клеточных мембран для ионов кальция, что может негативно сказываться на работе центральной нервной системы. Имеются также данные о способности РЧ-полей повышать скорость пролиферации, изменять ферментативную активность и воздействовать на ДНК клеток. Описанные эффекты ЭМП изучаются на животных более полувека, однако их последствия для здоровья человека остаются невыяснены. По заявлению Майка Репачоли, координатора Комитета по радиации и защите здоровья человека и окружающей среды ВОЗ, пока нет достоверных свидетельств вредного воздействия мобильной связи на здоровье человека.
5. Электромагнитное излучение телевизора.
При постоянном воздействии электромагнитное поле может вызвать изменения в состоянии здоровья человека, снизить иммунитет. Могут появиться проблемы с центральной нервной системы, нарушение сна, ослабление памяти, очень часто появляется чувство подавленности, усталости, головные боли, в некоторых случаях могут развиться заболевания сердечно-сосудистой системы или, даже, онкологические.
Самый высокий уровень электромагнитного излучения зафиксирован на верхней крышке телевизора, что может быть очень опасно для домашних животных, которые любят там лежать.
Излучение сильно ослабевает при удалении от экрана, поэтому самая лучшая защита – это расстояние. Есть очень простая формула, которая определяет безопасное расстояние от экрана телевизора: диагональ экрана умноженная на 5. Несмотря на то, что каждый 3 житель нашей страны уверен, что кактусы защищают от излучения телевизора и компьютера, совершенно точно можно сказать, что кактусы на уровень излучения никак не влияют.
И еще один важный факт: электромагнитное излучение жидкокристаллического телевизора в 4 раза меньше, нежели у телевизора с электронно-лучевой трубкой. Дело в том, что последняя сама по себе представляет собой активный излучатель.
Принцип работы электронно-лучевой трубки следующий: поток частиц, разогнавшись, направляется вперед и ударяется о специальное напыление на поверхности экрана (люминофор), за счет чего создает там цвет. Вот именно поток направленных частиц, как раз таки и формируют излучение.
В жидкокристаллическом телевизоре принцип работы иной. Внутри находятся специальные осветительные элементы, а сама жидкокристаллическая пленка просто меняет свою прозрачность, поэтому излучение здесь на порядок ниже.
6. Полы с подогревом
К счастью, мода на электрические одеяла и грелки в России не привилась, зато полы с электроподогревом принято считать обязательным аксессуаром каждой "навороченной" квартиры.
В 1997 году доктор Албац из госпиталя Святого Георга в Торонто обратил внимание на то, что у всех больных, обратившихся к нему с жалобами на расстройства в половой сфере, в спальнях был оборудован пол электроподогревом. Измерения, проведенные канадскими гигиенистами показали, что в некоторых случаях на высоте 40см от пола индукция магнитного поля составляла 2 мкТл. Такие высокие значения поля объяснялись тем, что полы были выполнены из одиночного проводника, растянутого петлями по всей площади комнаты. Поэтому гигиенисты рекомендуют устанавливать только те электрополы, которые выполнены по так называемой бифилярной схеме. Подобная конструкция позволяет снизить магнитное поле от нагревательных элементов пола в 5-10 раз.
7. Опасное соседство
Часто источники магнитного излучения расположены вне нашего жилища. Как правило, они действуют круглосуточно и независимо от воли жильцов. Измерения, проведенные специалистами Центра электромагнитной безопасности в домах послевоенной "сталинской" постройки, показали, что в некоторых комнатах от 60% до 90% площади имеет уровень магнитного поля, превышающий О,2мкТл. В одном случае источником оказалась кабельная линия, проходящая в подъезде по внешней стене комнаты, в другом - общий силовой кабель подъезда или лифта. Ток, текущий по этим кабелям, может достигать тысячи ампер, а значения поля вблизи внутренней стены комнаты превышают 1-3 мкТл.
Еще один пример - в доме современной постройки источником магнитного поля оказался распределительный щит электропитания, находящийся в смежном нежилом помещении. В этом случае индукция магнитного поля в жилой комнате достигала 2,2 мкТл. Что же делать с такими квартирами? По мнению директора Центра электромагнитной безопасности Олега Григорьева, необходимо либо ликвидировать источники, либо переводить квартиры в нежилой фонд, поскольку защититься от магнитного поля промышленной частоты очень сложно. Но с юридической точки зрения решения этой проблемы не существует, так как в России пока нет соответствующих нормативов.
8. Заключение.
Сегодня, по мнению специалистов, всю Россию можно назвать зоной экологического бедствия. Химическое и физико – техническое загрязнение природы угрожает самому существованию человека. Тем не менее люди уже не могут отказаться от электростанций, железных дорог, самолетов и автомобилей. Так что задача состоит в том, чтобы минимизировать вредные техногенные воздействия на окружающую среду и ознакомить общество с конкретной опасностью в воздухе, воде, почве, жилище, т.к. для современных людей характерно снижение инстинкта самосохранения и сохранение рода. К примеру, все знают, что питьевая вода практически везде очищается плохо и представляет опасность для здоровья. Но многие ли используют аппараты для очистки воды? Из всего сказанного следует важный вывод: если человеческая деятельность затронуло какое – то одно природное явление, то вслед за этим начинается цепь изменений и в других. Поэтому необходимо прогнозировать и предупреждать эти опасные изменения.
Приложение 1.
Зависимость направленности электромагнитного поля от расстояния:
Зависимость электромагнитного поля от расстояния:
S = 5 см, то:
Электрическое поле: 3 – 0,03 В/М
Магнитное поле: 90 Тл – 6 нТл = 84 Тл
S = 10 см, то:
Электрическое поле: 6 – 0,23 В/М
Магнитное поле: 30 Тл – 1 Тл = 29Тл
S = 50 см, то:
Электрическое поле: 5 – 0,18 В/М
Магнитное поле: 28 Тл – 0 Тл = 28 Тл
Приложение 2.
Компьютер:
1941 год — Конрад Цузе создаёт первую вычислительную машину Z3, обладающую всеми свойствами современного компьютера.
Виды компьютера:
Приложение 3.
Телевизор:
Настоящий прорыв в технике электронного телевидения произвёл ученик Б. Розинга В. К. Зворыкин (эмигрировавший после революции в Америку и работавший на RCA) — в 1923 году он подал заявку на телевидение, основанное полностью на электронном принципе, а в 1931 году создавший первую в мире передающую электронную трубку с мозаичным фотокатодом, названную «иконоскопом», положившую начало развитию электронного телевидения. Иконоскоп — первая электронная передающая телевизионная трубка, позволившая начать массовое производство телевизионных приёмников. Далее Зворыкин занялся созданием полностью электронной телевизионной системы. Для полного успеха требовалось провести большую работу по совершенствованию иконоскопа и кинескопа (приёмной трубки), систем преобразования и передачи электрических сигналов, решению технологических проблем, связанных с получением требуемой фоточувствительной структуры, и т. п.
Типы телевизионных приёмников:
По способу отображения информации телевизоры можно разделить на следующие виды:
Приложение 4.
СВЧ печи:
Патент на микроволновую печь был выдан в 1946 году. Первая в мире СВЧ-печь «Radarange» была выпущена в 1947 году фирмой Raytheon и была предназначена не для приготовления пищи, а для быстрого размораживания продуктов и использовалась исключительно военными (в солдатских столовых и столовых военных госпиталей). Её высота была примерно равна человеческому росту, масса 340 кг, мощность — 3 кВт, что примерно в два раза больше мощности современной бытовой СВЧ-печи. В 1949 году началось их серийное производство. Стоила эта печь около 3000 $.
Приложение 5.
Мобильный телефон:
6 марта 1983 компания Motorola выпустила первый в мире коммерческий портативный сотовый телефон — аппарат DynaTAC 8000X, на который было потрачено более 100 млн. $ и 15 лет разработок. Телефон весил 794 грамма и имел размеры 33×4,4×8,9 см. Заряда аккумуляторов хватало на 8 часов работы в режиме ожидания или на один час в режиме разговора. В розницу телефон стоил 3995 долларов США.
Виды мобильных телефонов:
Приложение 6.
ЛЭП
nsportal.ru
Министерство образования Российской Федерации
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра физической химии
по дисциплине: «Экология»
на тему: «Влияние электромагнитного поля на живые организмы и защита от вредного воздействия электромагнитного поля»
Выполнил:
студент гр. ПС-372
Шимов Степан
Проверил:
Толканов О.А.
_______________________
«_______» _______2003 г.
Челябинск, 2003
Содержание 2
I. Введение 3
II. Действие электромагнитных полей 4
Биологическое действие электромагнитных полей 4
Влияние на нервную систему 5
Влияние на иммунную систему 5
Влияние на эндокринную систему и нейрогуморальную реакцию 6
Влияние на половую функцию 6
Другие медико-биологические эффекты 7
III.Основные источники ЭМП и способы защиты от их вредного действия 9
Электропроводка 9
Рекомендации по защите 10
Бытовые электроприборы 10
Рекомендации по защите 11
Средства сотовой связи 11
Рекомендации по защите 12
Персональные компьютеры 12
IV.Заключение 14
Использованные источники 15
Все многообразие живого на нашей планете возникло, эволюционировало и ныне существует благодаря непрерывному взаимодействию с различными факторами внешней среды, приспосабливаясь к их влиянию и изменениям, используя их в процессах жизнедеятельности. И большинство этих факторов имеют именно электромагнитную природу. На протяжении всей эпохи эволюции живых организмов электромагнитные излучения существуют в среде их обитания – биосфере. Учёные последовательно обнаруживали всё новые природные электромагнитные излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра.
Электромагнитные поля и излучения буквально пронизывают всю биосферу Земли, поэтому можно полагать, что все диапазоны естественного электромагнитного спектра сыграли какую-то роль в эволюции организмов, и что это как-то отразилось на процессах их жизнедеятельности.
Однако, с развитием цивилизации, существующие естественные поля дополнились различными полями и излучениями антропогенного происхождения, и они играют важную роль для всего живого на Земле. Человек при помощи радиотехнических и радиоэлектронных приборов создал невидимую электромагнитную паутину, в которой мы все находимся. Особенно сильно она разрослась в последние годы. Мощные линии электропередач высокого и сверхвысокого напряжения, не менее мощные и многочисленные радио- и телепередающие станции, космические ретрансляторы - все они влияют на общую картину воздействия электромагнитных полей. И чем больше мы окружаем себя ими, тем важнее становится для нас узнать о том, как действуют на все живое созданные природой и нами самими электромагнитные поля.
В СССР широкие исследования электромагнитных полей были начаты в 60-е годы. Был накоплен большой клинический материал о неблагоприятном действии магнитных и электромагнитных полей, было предложено ввести новое нозологическое заболевание “Радиоволновая болезнь” или “Хроническое поражение микроволнами”. В дальнейшем, работами ученых в России было установлено, что, во-первых, нервная система человека, особенно высшая нервная деятельность, чувствительна к электромагнитному полю, и, во-вторых, что электромагнитное поле обладает так называемым информационным действием при воздействии на человека в интенсивностях ниже пороговой величины теплового эффекта. Результаты этих работ были использованы при разработке нормативных документов в России. В результате нормативы в России были установлены очень жесткими.
studfiles.net
