Содержание к диссертации
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ГЛАВА I. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ЖИВЫЕ
ОРГАНИЗМЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) 14
1.1 ЭМИ как фактор окружающей среды 14
1.1.1 Основные биофизические механизмы действия ЭМП на живые системы 15
1.1.2 Особенности механизмов воздействия модулированных
ЭМП на организм животных и человека 20
1.2 Дозиметрия 23
1.3 Закономерности повреждающего действия СВЧ поля на организм человека и животных 26
1.4 Факторы, влияющие на результаты воздействия ЭМИ на организм животных и человека 29
1.4.1 Влияние климатических факторов на тепловой обмен человека
и животных 30
1.4.2 Роль факторов внешней среды в модификации эффектов микроволн 33
1.4.3 Роль геометрии облучения в эффектах ЭМИ 37
1.4.4 Роль организации поля как модификатора эффектов ЭМИ 37
1.4.5 Комбинированное действие биологически активных веществ и микроволн 38
1.5 Действие ЭМИ на нервную систему 39
1.6 Способы экстраполяции данных с животных на человека 42
1.7 Состояние санитарно-гигиенического нормирования ЭМИ
в разных странах. Принципы нормирования 43
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 49
Объекты воздействия 49
ЭМИ: некоторые характеристики 49
Аппаратура и условия облучения 51
Регистрация физиологических показателей 52
1 Регистрация частоты дыхания 53
2 Регистрация ректальной температуры 53
Дозиметрия 55
1 Термография 55
2 Определение величин удельного сечения взаимодействия и коэффициентов теплорассеяния с помощью измерения ректальной температуры 56
3 Калориметрические измерения 59
Определение теплового баланса тела животных и человека 59
1 Определение теплового баланса человека 61
2 Определение теплового баланса тела животных 69
Статистическая обработка результатов исследования 70
ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМА К ТЕРМОГЕННОМУ
ДЕЙСТВИЮ МИКРОВОЛН 71
Роль геометрий облучения 71
1 Влияние ориентации животных в ЭМП на продолжительность жизни "под лучом" 72
2 Влияние способа фиксации на выживаемость животных
«под лучом» 73
Экспериментальная оценка термогенных уровней острого микроволнового облучения для животных разных видов 79 Влияние климатических факторов (влажность и температура
воздуха) на эффекты ЭМИ СВЧ 91
1 Влияние микроволнового облучения при повышенной температуре воздуха на термокомпенсаторные реакции лабораторных
животных 91
3.3.2 Влияние относительной влажности воздуха на устойчивость
организма к острому СВЧ облучению 106
3.4 Экстраполяциоыная оценка теплового состояния человека при СВЧ облучении в комфортных и осложнённых условиях микроклимата 108
3.5 Сравнительная оценка влияния микроволнового излучения в непрерывном и циклическом режимах на динамику ректальной температуры и выживаемость крыс 121
4 ГЛАВА 4. РЕАКЦИИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ НА
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭМИ СВЧ ДИАПАЗОНА 127
4.1 Сравнительная оценка влияния микроволнового излучения в непрерывном и циклическом режимах на поведение крыс в экстремальной ситуации 129
4.2 Влияние микроволнового облучения на условно-рефлекторную деятельность крыс 133
4.2.1 Влияние непрерывного немодулированного СВЧ излучения на условно-рефлекторную деятельность крыс 136
4.2.2 Влияние циклического импульсного микроволнового облучения на условно-рефлекторную деятельность крыс 149
4.3 Особенности действия на нервную систему фармакологических
анализаторов (на примере гексенала) после непрерывного и
циклического СВЧ облучения 162
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 171
ВЫВОДЫ 177
СПИСОК ЦИТИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 179
ПРИЛОЖЕНИЕ «А» 196
ПРИЛОЖЕНИЕ «Б» 200
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Развитие электроэнергетики, электромагнитных технологий в промышленности, электронных бытовых приборов, радио- и телевизионной техники привело к тому, что всё большее число людей подвергается воздействию электромагнитных излучений (ЭМИ). В последние десятилетия ЭМИ сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона (микроволны) стали существенным фактором окружающей среды.
Отсутствие до настоящего времени должной ясности по ряду вопросов патогенеза повреждающего биологического действия микроволн привело к тому, что в разных странах имеются существенные различия (в 10 - 100 раз) в действующих гигиенических нормативах (Lin, 2000; Chou, 2003). В частности, нельзя считать твёрдо установленным, какие реакции организма или его важнейших функциональных систем на СВЧ излучение являются значимыми с нормативно-гигиенических позиций. Не вполне ясно, следует ли считать потенциально вредными пороговые уровни ЭМИ, при которых регистрируются минимальные реакции наиболее чувствительных к этому фактору систем, или же в расчёт следует принимать только такие интенсивности ЭМИ, при которых реакции выходят за пределы либо физиологической нормы, либо за границы компенсаторных возможностей системы.
В гигиеническом нормировании ЭМИ главное внимание традиционно уделяется установлению максимальных интенсивностей, не вызывающих нарушений жизнедеятельности. Однако существует категория работников (обслуживающий персонал СВЧ-установок), которые подвергаются реальному риску переоблучения. Обстановка может потребовать нахождения человека в зоне действия интенсивных ЭМИ, например, во время аварии и необходимости исправления повреждений. Однако даже для ограниченного круга возможных реальных ситуаций необходимо иметь представление о переносимо сти интенсивных ЭМИ, о дозо-временных закономерностях действия ЭМИ и о максимальном промежутке времени, который имеется в распоряжении человека без нанесения существенного вреда здоровью. Иными словами, изучение закономерностей и количественных характеристик воздействий, вызывающих нарушения жизнедеятельности организма, также относится к самым важным в практическом отношении аспектам разноплановой проблемы нормирования ЭМП. Такие аспекты к настоящему времени изучены явно недостаточно, хотя все сказанное выше подтверждает актуальность работ в этом направлении.
Постановка целей и задач.
Общепринято, что ведущим фактором в биологической эффективности ЭМИ является его термогенность, то есть повышение температуры вследствие поглощения энергии поля в тканях и, как следствие, нарушение теплового го-меостаза. Однако не ясно, является ли сдвиг теплового баланса организма обязательным условием для развития реакций с негативными последствиями, либо нормативно-гигиеническое значение имеет и «напряжение» в функционировании механизмов терморегуляции. Поскольку организмы теплокровных располагают компенсаторными возможностями для поддержания теплового гомеостаза, весьма важным представляется оценить степень термогенности уровней ЭМИ, вызывающих пороговые реакции чувствительных к данному фактору систем.
Ряд климатических факторов, таких как температура среды, влажность и скорость движения воздуха, могут затруднить или облегчить рассеяние организмом излишков тепла и, соответственно, усугубить или ослабить негативные последствия СВЧ-излучения. Однако до настоящего времени неясен характер комбинированного воздействия климатических факторов и СВЧ-излучения - аддитивное сложение или эффект синергизма.
Физические параметры излучения (мощность излучения, смодулированное или импульсное излучение, непрерывный или циклический режим)
также могут вносить свои коррективы в эффективность облучения. Существенным моментом является возможность кумуляции эффектов при повторных облучениях.
Вопросу значимости в эффективности ЭМИ цикличности излучения мы уделили особое внимание, так как до настоящего времени для случаев облучения от устройств с перемещающейся диаграммой излучения (вращающиеся и сканирующие антенны) с частотой вращения не более 1 Гц при установлении ПДУ вводится коэффициент снижения биологической активности воздействия К = 10 (СанПин 2.2.4.1191-03, п.3.3.6) и, соответственно, ПДУ становится в 10 раз больше. Однако в предварительных поисковых исследованиях нами было выяснено, что по ряду тестов циклическое облучение может быть не менее эффективным, чем непрерывное.
Важное значение имеет выявление видовых особенностей реакции организма теплокровных на ЭМИ СВЧ, поскольку на современном уровне знаний гигиеническая оценка пределов допустимых доз для человека без экстра-поляционного прогнозирования вряд ли возможна.
Наконец, с учётом возможности аварийных и нестандартных ситуаций при работе с источниками ЭМИ СВЧ большой мощности важно оценить дозо-временные пределы переносимости воздействия фактора.
Учитывая приведённые выше обстоятельства, является актуальным экспериментальное изучение клинико-физиологических реакций организма на воздействие ЭМИ СВЧ теплового и субтеплового уровня.
Все вышеизложенное и явилось основанием предлагаемой работы, определило её цель и задачи.
Цель и задачи исследования
Целью настоящего исследования явилось изучение количественных закономерностей реакций организма теплокровных на тепловые и субтепловые уровни микроволн.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Изучить в экспериментальных условиях термогенную эффективность ЭМИ СВЧ диапазона на животных разных видов;
2. Исследовать влияние климатических факторов (повышенных температуры и влажности воздуха) на устойчивость организма к воздействию ЭМИ;
3. Провести дозо-временную оценку пороговых уровней микроволн, вызывающих реакции центральной нервной системы, как наиболее чувствительной к этому фактору системы организма;
4. Сравнить биологическую эффективность немодулированного и импульсного СВЧ-излучения в непрерывных и циклических режимах;
5. Осуществить экстраполяционную оценку теплового баланса человека при СВЧ облучении в комфортных и осложнённых условиях микроклимата в покое и при работе разной степени тяжести.
Научная новизна работы
В результате выполнения данной работы получены новые данные, существенно восполняющие дефицит информации о биотропных эффектах электромагнитных полей тепловых и субтепловых уровней.
По ряду тестов были проанализированы дозо-временные закономерности биоэффектов микроволн, а также установлены пороговые уровни микроволнового излучения, при которых регистрируются реакции ведущих функциональных систем (системы терморегуляции и центральной нервной системы) на воздействие данного фактора.
Впервые проанализирована коррелятивная связь между состоянием теплового баланса организма и эффектами микроволн.
При исследовании влияния климатических факторов на устойчивость организма млекопитающих к СВЧ воздействию впервые установлено наличие си нергического взаимодействия повышенной температуры окружающей среды и микроволнового излучения.
Впервые продемонстрирована возможность кумуляции эффектов от отдельных циклов СВЧ-излучения при длительном циклическом импульсном воздействии.
Практическая значимость работы
Выявленные в результате исследований закономерности реакций теплокровных организмов на микроволновое воздействие будут полезны для совершенствования гигиенического нормирования изучаемого фактора. Сведения о том, что повышенная температура воздуха может значительно усиливать (по механизму синергизма) вредное воздействие микроволн на организм человека и животных, позволяют в случае необходимости проводить целенаправленные меры по защите профессионалов от комбинированного воздействия СВЧ излучения и климатических факторов (снижение температуры воздуха путём кондиционирования или увеличение скорости потока воздуха путём принудительного вентилирования). Кроме того, полученные в данной работе результаты позволяют оценить предельно допустимое время, которое человек в случае аварийной ситуации может провести в поле СВЧ излучения без нанесения существенного вреда здоровью.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Повышенные температура и влажность воздуха оказывают крайне негативное влияние на устойчивость организма млекопитающих к микроволновому излучению. При определённых условиях возможно синерги-ческое взаимодействие между СВЧ излучением и повышенной температурой воздуха.
2. Организация излучения может иметь существенное значение для конечной результативности СВЧ воздействия. При длительном циклическом
импульсном облучении возможна кумуляция эффектов отдельных циклов. Циклическое излучение, будучи менее эффективным по влиянию на выживаемость животных, по негативному воздействию на ЦНС может превосходить непрерывное излучение. 3. При многократном (повторяемом) воздействии как немодулированного, так и циклического импульсно-модулированного СВЧ излучения, возможна кумуляция эффектов повторных облучений.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены на:
1. III Съезде по радиационным исследованиям (Москва, 1997)
2. 2-й международной конференции "Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования" (Москва, 1999).
3. IV Съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2001).
4. 3-й международной конференции "Электромагнитные поля и здоровье человека. Фундаментальные и прикладные исследования" (Москва -Санкт-Петербург, 2002).
5. Международной конференции «Сотовая связь и здоровье» (Москва, 2004).
6. III Российском конгрессе «Дизрегуляционная патология органов и систем» (Москва, 2004).
Публикации
По материалам исследований в различных журналах и сборниках опубликовано 13 научных работ, в том числе 5 тезисов на съездах с международным участием (см. стр. 2.S2.)
Структура и объем диссертации
По структуре диссертация состоит из оглавления, списка сокращений, введения, обзора литературы, главы с изложением методики исследований, двух глав, посвященных собственным результатам, заключения, выводов, списка литературы и двух приложений. Работа изложена на 195 страницах печатного текста, иллюстрирована 37 таблицами и 18 рисунками. Библиографический указатель включает 86 источников отечественных и 128 зарубежных авторов.
Конкретное участие автора в получении научных результатов
Автор принимала непосредственное участие в анализе научной литературы, постановке целей и задач исследования, разработке ряда методик, динамической экспериментальной работе, последующей обработке и оценке полученных результатов.
Связь темы диссертации с планом научных работ ГУ-МРНЦ РАМН:
Диссертационная работа проводилась в рамках основных научных направлений ГУ-МРНЦ РАМН:
1. «Разработка новых подходов к нормированию электромагнитных излучений (ЭМИ) как одного из важнейших факторов антропогенного загрязнения окружающей среды», № государственной регистрации 01.9.40002466 (1994-1996 гг.)
2. «Экспериментальное изучение раздельного и комбинированного воздействия ионизирующей и неионизирующей радиации, а также тиреотропных агентов на течение беременности и развитие потомства», № государственной регистрации 01.9.7002712.97.15 (1997 -1999 гг.)
Частично в диссертацию вошли материалы, полученные при выполнении заказных тем Министерства обороны РФ:
1. «Вымпел», 1997-1998 гг.
2. «Гигиена- 1», 1997-1998 гг.
3. «Отказ-О», 2001-2002 гг.
Работа выполнена в лаборатории радиопатологии (руководитель - кандидат медицинских наук Л.П. Жаворонков) отдела исследования комбинированных воздействий (руководитель - доктор биологических наук В.Г. Петин) ГУ Медицинского радиологического центра РАМН (директор-заслуженный деятель науки РФ, академик РАМН, профессор А.Ф. Цыб).
