Биофизические механизмы взаимодействия ЭМП с биологическими объектами

Основываясь на общих принципах закона Grot-thuss-Draper, эффект взаимодействия ЭМП с биоло­гической средой зависит от поглощённой за опре­деленное время энергии поля, т.е. от дозы облуче­ния. В его основе лежит преобразование энергии поля в тепло, которое происходит по двум класси­ческим механизмам, определяемым диэлектрически­ми характеристиками биологического материала: ин-дуцирование токов и вращение/перемещение моле­кул.

Вопросы дозиметрии ЭМП очень сложны, т.к. ве­личина поглощенной энергии определяется не толь­ко интенсивностью и частотой поля, но и размерами, формой объекта, его расположением относительно Е и Н векторов, внутренней структурой, окружающим пространством и многими другими трудно учитывае­мыми факторами. В упрощенной форме дозиметрия биологических объектов в ЭМП сводится к двум во­просам: какое количество энергии поглощено и где оно сосредоточено. В качестве этой характеристи­ки используется параметр SAR (Specific Absorbed Rate), применяемый в зарубежных исследованиях, или УПМ (Удельная поглощенная мощность) — в оте­чественных. УПМ представляет собой поглощенную единицей массы объекта часть энергии ЭМП и изме­ряется в Вт/кг или мВт/г.

В дозиметрии ЭМП используются как теоретичес­кие, так и экспериментальные методы, взаимно до­полняющие друг друга. Теоретическая дозиметрия состоит в решении уравнений Maxwell, с помощью которых с определенной степенью приближения оце­нивается структура распределения энергии поля вне и внутри реального объекта.

Экспериментальная дозиметрия заключается в инструментальном определении общей УПМ и струк­туры ее распределения в самом объекте, включая и локальные величины в отдельных точках. Для этой цели в последние годы стали широко использоваться повторяющие оригинал модели (фантомы) человека или животных. Они изготавливаются из материалов, по своим диэлектрическим свойствам имитирующих:

кожу, мышцы, кости, мозг, кровь и пр. После или в процессе воздействия ЭМП с помощью различных методов регистрируются температура в определенных точках модели или величины электрического и маг­нитного поля.

Интенсивность воздействия, а следовательно, и характер ответной реакции любой биологической системы определяется величиной температуры или внутреннего поля, индуцированного внешним облу­чением. Глубина проникновения электромагнитной волны в ткани человека и животных зависит от часто­ты поля и содержания в них воды. В самом общем виде можно констатировать, что величина УПМ зависит от частоты ЭМП, ориентации облучаемого объекта отно­сительно векторов Е и Н, падающей электромагнит­ной волны и имеет максимальное значение на опре­деленных (резонансных) частотах. Условно кривую частотной зависимости УПМ для человека можно раз­делить на несколько областей: дорезонансную (от крайне низких частот до 30 МГц), собственно резо­нансную (30-300 МГц, с резонансным максимумом около 70 МГц), резонанс отдельных частей тела: го­лова, шея (300-400 МГц), образования "горячих пя­тен" (400-2000 МГц) и сверхрезонансную (2000 МГц).

Благодаря введению понятия и разработке прак­тических методов определения УПМ стало возмож­ным сопоставление результатов биологических экс­периментов, проведенных с использованием различ­ных методов, условий и объектов облучения, частот­ных диапазонов, видов модуляции и пр.

Как мы уже отмечали, нагрев биологического объ­екта является основным механизмом преобразования энергии ЭМП высокой интенсивности. Изменение тем­пературы тела может служить пусковым механизмом для различных реакций, уровень изменения которых зависит от терморегуляторных и метаболических ха­рактеристик конкретной функциональной системы организма.

На Международном симпозиуме в Варшаве в 1973 г. впервые была принята классификация ЭМП в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц в соответствии с наблюдающимися биологическими эффектами:

1. Высокие интенсивности (ППЭ более ЮмВт/см²), при которых преобладают четкие тепловые эффекты.

2. Средние интенсивности (ППЭ от 1 до ЮмВт/см²), при которых отмечаются слабые, но различимые теп­ловые эффекты.

3. Низкие интенсивности (ППЭ ниже 1 мВт/см²), при которых отсутствуют или явно не выражены тепловые эффекты.

Ориентация на чисто тепловые механизмы дейст­вия ЭПМ, поддерживаемая долгое время специалис­тами США, значительно затормозила изучение аль­тернативных механизмов.

В настоящее время общепризнанно, что биологи-.ческие эффекты могут проявляться и при воздейст­вии нетепловых интенсивностей ЭМП. Большинство исследователей связывают их с изменением биофи­зических процессов в тканях организма (возник­новение ионных потоков и электропотенциалов в мо­лекулах клеток, изменение проницаемости клеточных мембран и реактивности рецепторного аппарата), что вызывает трансформацию электрических свойств тка­ней и окислительных процессов, смещение равнове­сия рН, изменение проницаемости гистогематических барьеров и рефлекторные изменения в различных ор­ганах и системах организма, являющиеся основой развития донозологических состояний.

Кумуляция указанных биоэффектов проявляется в виде комплекса изменений функции органов и сис­тем организма — радиоволновой болезни, характе­ризующейся поражением центральной нервной, эн­докринной, иммунной и сердечно-сосудистой систем.

По-видимому, более правильно рассматривать че­тыре уровня интенсивностей ЭМП (Г.Ф. Плеханов) с общебиологических позиций:

1. Низкий — ниже наблюдаемого в естественных условиях.

2. Средний — близкий к обычному естественному фону.

3. Высокий — при превышении естественного уро­вня на 1-2 порядка.

4. Крайне высокий — превышающий на 3 и более порядка естественный уровень.

В соответствии с этим общие механизмы действия ЭМП следует рассматривать как сигнальные, деста­билизирующие, регулирующие и энергетические.

Дата добавления: 2014-01-05