Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 20
1-1 Подвижная сотовая связь как источник электромагнитного поля и оценка возможной экспозиции
1.1.1 Общая характеристика подвижной сотовой связи. Стандарты подвижной радиосвязи.
1-1-2 Базовые станции сотовой связи как источник ЭМП РЧ 29
1-1-3 Электромагнитная обстановка вблизи БС (по зарубежным данным)
1-1-4 Сотовый телефон (абонентский терминал) как источник ЭМП РЧ
1-1-5 Концепции дозиметрической оценки воздействия электромагнитного поля в ближней зоне антенны абонентского терминала
1 -2. Радиобиологические принципы и критерии безопасности современной системы защиты здоровья при воздействии электромагнитного поля сотовой связи
1-2-1 Научная парадигма отечественной радиобиологии неионизирующих излучений, её развитие и практическая реализация в системе защиты здоровья населения
1.2.2 Роль данных о реакции иммунной системы в структуре построения критериев безопасности при тотальном хроническом облучении ЭМП РЧ
1.2.3 Центральная нервная система как структура непосредственно воспринимающая ЭМП
1.2.4 Эпидемиологических исследования здоровья населения, находящегося в условиях экспозиции ЭМП сотовой связи
1.2.5 Радиобиологические принципы системы безопасности и управления риском при воздействии ЭМП сотовой связи за рубежом
Глава 2. Материалы и методы экспериментального исследования
2.1. Общая методология исследования 153
2.2. Методы исследования электромагнитной обстановки и экспозиции пользователей абонентских терминалов
2.2.1 Методы исследования электромагнитной обстановки вблизи БС и характеристика объектов исследования
2.2.2. Сотовый телефон (абонентский терминал) как источник ЭМП РЧ. Метод дозиметрической оценки воздействия электромагнитного поля УВЧ-диапазона в ближней зоне антенны
2.2.3 Метод оценки экспозиции пользователя абонентского терминала
2.3. Методы экспериментального исследования биоэффектов ЭМП сотовой связи
2.3.1. Иммунная система 166
2.3.2. Центральная нервная система 181
Глава 3. Собственные исследования - результаты и обсуждения
3.1. Характеристика электромагнитной обстановки и экспозиции населения - начальный этап оценки риска
3.1.1 Результаты исследований электромагнитной обстановки вблизи БС
3.1.2. Анализ результатов, характеристика электромагнитной обстановки и условий экспозиции населения
3-1.3 Результаты исследований ЭМП абонентского терминала
3.1.4 Особенности сотовой связи как глобального источника ЭМП для современного населения
3-2 Иммунная система как индикатор надежности критериев безопасности при тотальном облучении ЭМП РЧ нетепловой интенсивности, создаваемого БС сотовой связи
3.2.1 Влияние ЭМП РЧ нетепловой интенсивности на 224
уровень комплементфиксирующих противотканевых антител
3.2.2 Проявление оксидативных внутриклеточных стресс- реакций после хронического воздействия ЭМП нетепловой интенсивности на лабораторных животных
3.2.3 Влияние сыворотки крыс, облученных ЭМП нетепловой интенсивности, на течение беременности, развитие плода и потомства
3.2.4. Значение полученных результатов для процедуры идентификации опасности в системе оценке и анализа риска
3-3. Головной мозг пользователя сотовой связи как 249
критическая система при облучении ЭМП антенны абонентского терминала
3.3.1 Обоснование выбора головного мозга как критической системы
3.3.2 Экспериментальное исследование реакции ЦНС на воздействие ЭМП абонентских терминалов различных стандартов
3.3.3 Учет типологических особенностей ЦНС пользователей абонентских терминалов
3.3.4. Учет индивидуальной чувствительности пользователей
3.3.5 Результаты комплексного анализа реакции организма пользователя абонентского терминала
Глава 4. Вопросы управления риском здоровью в условиях воздействия ЭМП сотовой связи (обсуждение результатов собственных исследований и данных литературы).
4.1 Допустимость использования понятия риска для 287
здоровья населения применительно к условиям экспозиции ЭМП РЧ в современных условиях.
4.2. Радиобиологические закономерности воздействия ЭМП РЧ в "эпоху до сотовой связи" на состояние здоровья людей и их применимость к оценке риска
4.3. Группы возможного повышенного риска здоровью при воздействии ЭМП сотовой связи
4.3.1. Дети и подростки как группа риска 303
4.3.2 Активные абоненты как группа риска 314
4-4. Научное обоснование прикладных подходов к решению вопросов управления риском здоровью в условиях воздействия ЭМП сотовой связи
Общее заключение 339
Выводы 345
Библиографический список литературы
- Сотовый телефон (абонентский терминал) как источник ЭМП РЧ
- Методы исследования электромагнитной обстановки и экспозиции пользователей абонентских терминалов
- Иммунная система как индикатор надежности критериев безопасности при тотальном облучении ЭМП РЧ нетепловой интенсивности, создаваемого БС сотовой связи
- Радиобиологические закономерности воздействия ЭМП РЧ в "эпоху до сотовой связи" на состояние здоровья людей и их применимость к оценке риска
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время популяция Homo sapiens живет в принципиально новой техногенной среде обитания, которой прежде не было за весь период эволюции (Григорьев Ю.Г., 2006, 2010). Массовое внедрение подвижной сотовой связи вызвало коренное изменение условий контакта населения с источниками электромагнитного поля (ЭМП). Базовые станции сотовой связи модифицировали электромагнитный фон в диапазоне частот от 400 до 3000 МГц, создали условия для неизбежного накопления суммарной энергетической нагрузки всем населением. Абонентские терминалы подвижной сотовой связи - сотовые телефоны - создали принципиально новые условия облучения: часть электромагнитной энергии при их работе обязательно поглощается тканями головного мозга.
В России количество подписчиков подвижной сотовой связи в начале мая 2012 года составило 225,8 млн, уровень проникновения сотовой связи составил 156%, а в Москве составил 209%. Каждый подписчик подвижной сотовой связи использует сотовый телефон. Их количество в нашей стране в полтора раза больше, чем абсолютная численность населения. А это значит, что ни один другой фактор воздействия, классифицируемый как вредный для здоровья, не охватывает поголовно все население страны. Этот факт придает чрезвычайную важность корректной научной оценке биоэффектов электромагнитного поля сотовой связи и, безусловно, относит проблематику к вопросам, имеющим государственную важность.
Изучение биологических эффектов ЭМП сотовой связи является приоритетом Всемирной организации здравоохранения (WHO research agenda for radiofrequency fields, 2010). В 2011 году ВОЗ еще раз определила свою позицию на проблему: "В связи с большим числом пользователей мобильных телефонов, важно исследовать, понимать и контролировать их потенциальную возможность воздействовать на здоровье людей" (Информационный бюллетень №193, июнь 2011). Идет процесс накопления данных для оценки риска. По мнению Всемирной организации здравоохранения, необходимо руководствоваться предупредительным принципом в разработке стратегии социально- экономической политики в области здравоохранения. Это означает, что в данном случае лучше переоценить опасность, чем её недооценить.
Значимое для физиологии биологическое действие ЭМП радиочастотного диапазона малой интенсивности изучается в нашей стране с первой трети XX века (Лазарев П.П., Павлов П.П., 1940).
В Институте биофизики Минздрава СССР (в настоящее время ГНЦ РФ Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна ФМБА России) экспериментальное изучение биоэффектов ЭМП начато в конце 50-х годов под руководством академика М.Н. Ливанова (Ливанов М.Н., Цыпин А.Б. Григорьев Ю.Г. и др.,1960). В дальнейшем изучали реакции ЦНС и организма в целом на облучение, сходное по интенсивности и временным параметрам с ЭМП сотовой связи, диапазон частот от 0,5 до 3 ГГц, ППЭ 300 мкВт/см и ниже в импульсном и пачечно-импульсном режимах (Григорьев Ю.Г., Лукьянова С.Н., Степанов В.С., Макаров В.П., Рынсков В.В.).
В России было выполнено большое число экспериментальных работ по изучению биоэффектов ЭМП, ПМП и ПеМП (Холодов Ю.А., Судаков К.В., Давыдов Б.И., Ушаков И.Б., Никитина В.Н., Петин В.Г., Дубовик Б.В., Жаворонков Л.П. и др.). С целью обоснования временного допустимого уровня, экспериментальные исследования ряда биоэффектов ЭМП сотовой связи были выполнены в НИИ медицины труда РАМН (Пальцев Ю.П., Рубцова Н.Б., Походзей Л.В.).
Было доказано, что нормирование качественно новых для человека факторов должно иметь существенное отличие от факторов, свойственных природе, сформулированы и внедрены базовые принципы системы защиты здоровья: приоритет медико-биологических критериев перед технико-экономическими и разработка критериев безопасности, опережающая внедрение техники (Шандала М.Г., 1975, 1989).
Сейчас стало ясно, что население находится и будет находиться в условиях длительного действия ЭМП малых, нетепловых интенсивностей при сохранении существующих тенденций в технологиях коммуникаций. В этом случае необходимо ориентироваться, прежде всего, на критерий возможного развития отдаленных эффектов и, как следствие, требуется проведение длительных соответствующих исследований с особым вниманием на использование, прежде всего, адекватных маркеров (Григорьев Ю.Г., 2010). Мы констатируем, что находимся в самом начале пути понимания, проходя стадию идентификации опасности электромагнитного поля сотовой связи, но уже сейчас требуется процедура управления возможными рисками, поскольку количество "событий облучения" электромагнитным фактором существенно более значимы для популяции по сравнению с прочими факторами.
Признается, что научных данных для оценки опасности вновь возникших условий воздействия ЭМП РЧ на население недостаточно, а научно обоснованные данные по длительному влиянию ЭМП РЧ на мозг пользователя подвижной сотовой связи практически отсутствуют. Открытым до сегодняшнего дня остается вопрос, при каких условиях биологическая реакция на воздействие ЭМП сотового телефона может вызвать развитие патологии. То, что патология возможна, в 2011 году подтвердило Агентство по раку Всемирной организации здравоохранения, когда на основании результатов серии исследований классифицировало ЭМП сотового телефона как возможный канцероген и присвоило адекватный класс опасности 2В.
Между тем, подвижная радиосвязь получила очень широкое распространение, активно проводится политика "дозволенности" использования персональных устройств подвижной связи без ограничения. Пи этом игнорируется, что ЭМП РЧ относятся к вредным видам излучения и их воздействие на население специалистами оценивается как значимое. Учитывая это, мы считаем необходимым определить возникшую проблему, как социальную.
Несмотря на то, что ЭМП сотовой связи является единственным источником вредного физического фактора, с которым контактирует практически все население, до настоящего времени в нашей стране он не идентифицируется как самостоятельный существенный фактор риска, который должен быть учтен при подготовке документов в сфере анализа кумулятивных рисков и интегрального (многофакторного) риска здоровью (Решения Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений, 2008, 2011 г.г.).
Современная система принятия управленческих решений основана на учете рисков, связанных с безопасностью воздействующих факторов. Система управления рисками имеет свою процедуру, в рамках которой важнейшей задачей является научно обоснованная идентификация опасности, в том числе риска развития заболевания, на основе данных медико-биологических исследований и установления зависимости доза- эффект. В рекомендациях ВОЗ очень часто используется термин "риск", в значительной мере он является ключевым, по мнению доктора M. Repacholi, чтобы оценить размер риска, которому может быть подвержено население, необходимо определить влияние электромагнитного поля на здоровье общества в целом (Repacholi, 2008).
Необходимо обобщить имеющиеся публикации, характеризовать условия облучения населения ЭМП сотовой связи и экспозицию, на основании этих данных выделить возможные критические органы (системы) организма и экспериментально подтвердить, классифицировать группы риска среди населения и условия их формирования. Учитывая большую практическую необходимость в реализации обоснованной предупредительной политики ВОЗ, массив имеющихся научных данных необходимо рассмотреть с точки зрения использования в практике управления рисками нанесения вреда здоровью, разработать обоснованные, реалистичные и применимые рекомендации для минимизации риска.
Возможность отрицательного влияния ЭМП на живой организм и широкая распространенность данного фактора в сфере жизнедеятельности человека, делают задачу изучения (обоснования) современной ЭМ ситуации и поиска путей предупреждения и развития возможных нарушений здоровья людей важной государственной проблемой.
т-ч и V-/
В данной диссертации представлен материал многолетних исследований, носивших междисциплинарный характер, базирующихся на принципах и подходах радиобиологии неионизирующих излучений, включая данные литературы и собственные, характеризующий современную дозиметрическую ситуацию облучения человека ЭМП сотовой связи, феменологию соответствующих биоэффектов, их значимость для здоровья человека и пути предупреждения возможных нарушений в жизнедеятельности человека.
Цель исследования. Дать научно обоснованную радиобиологическую оценку возможных биоэффектов электромагнитного поля сотовой связи; применить полученные результаты собственных исследований и литературы к задаче построения системы управления рисками нанесения вреда здоровью.
Задачи исследования:
разработать методику изучения электромагнитной обстановки (ЭМО) вблизи источников оборудования подвижной сотовой связи;
дать характеристику ЭМО, создаваемой оборудованием подвижной сотовой связи, с точки зрения формирования экспозиции у пользователей сотовой связи и для населения, проживающего на территориях покрытия сотовой связью; изучить закономерности формирования ЭМО источниками подвижной сотовой связи и выделить специфику в их формировании; проанализировать изменения, внесенные в ЭМО, и закономерности формирования экспозиции населения по сравнению с периодом "домобильной" эпохи (до 1995 года);
проанализировать возможные биологические реакции в существующих условиях экспозиции ЭМП подвижной сотовой связи и обосновать преимущественные критические системы организма;
провести анализ, радиобиологическую обоснованность отечественных и зарубежных критериев безопасности для населения исходя из данных о возможных биоэффектах; обосновать граничные условия возможности применения научных данных о биологических эффектах ЭМП, полученных до 1995 года, к сформировавшимся современным условиям ЭМО и имеющимся данным об экспозиции;
изучить радиобиологические закономерности развития реакции организма пользователя подвижной сотовой связи при воздействии ЭМП ближней зоны антенны сотового телефона в условиях однократного воздействия;
экспериментально проверить в условиях моделирования тотального облучения ЭМП базовых станций сотовой связи реакцию иммунной системы, как одной из основных систем организма, использованной для радиобиологического обоснования предельно- допустимого уровня при хроническом облучении ЭМП радиочастотного диапазона малой (нетепловой) интенсивности;
определить возможные группы риска среди пользователей абонентских терминалов сотовой связи (сотовых телефонов) и населения в целом;
провести оценку правомерности использования понятия риска здоровью применительно к населению, находящемуся в условиях воздействия ЭМП, создаваемого оборудование систем подвижной сотовой связи;
определить место рассмотренных нами материалов в системе оценки риска для идентификации возможной опасности;
предложить научное обоснование для практического подхода к управлению рисками в существующих условиях, определяемых экспозицией, объемом данных о биологических эффектах и социально-экономическим значением подвижной сотовой связи.
Научная новизна исследований заключается в том, что впервые систематически изложен подход к научной оценке возможных биологических эффектов и риска возникновения вреда здоровью при облучении населения ЭМП подвижной сотовой связи на основе собственных экспериментов и литературы.
В работе представлена характеристика электромагнитной обстановки, формируемой источниками подвижной сотовой связи, её особенности по сравнению с источниками "домобильной" эпохи (до 1995 года). Показано, что эти источники впервые заняли доминирующее положение в полосе спектра от 300 до 6000 МГц, при этом облучение является нестационарным случайным процессом, характеризующимся сложным многочастотным режимом воздействия, сочетающим различные режимы облучения: квазинепрерывный (базовые станции, тотальное облучение тела) и сложнопрерывистый, интермиттирующий (абонентские терминалы, локальное облучение).
Впервые обосновано, что при рассмотрении возможных биоэффектов, формируемых базовыми станциями сотовой связи, целесообразно использовать подход, принятый для нормирования биотропных факторов окружающей среды, что было подтверждено экспериментально изучением реакции на иммунной системы в условиях, моделирующих тотальное облучение. Впервые на основе комплексного анализа сделан вывод, о достаточности критериев безопасности для тотального облучения, ранее обоснованных в качестве базовых, для сохранения здоровья населения в условиях изученной ЭМО.
Показано, что в условиях облучения ЭМП ближней зоны антенны абонентского терминала критической системой организма является головной мозг. Составной частью работы являются результаты единственного в своем роде в мировой науке эксперимента по изучению реакции организма непосредственно во время облучения ЭМП абонентского терминала, проведенного с использованием безартефактных электродов, в котором впервые удалось зафиксировать развитие адаптационного процесса при однократном облучении человека электромагнитным полем сотового телефона. Нами доказано, что условия локального облучения головного мозга человека возникли впервые для человека, поэтому подходы к оценке возможного вреда здоровью, к планированию экспериментальных исследовательских работ должны отличаться от ранее использованных для условий тотального облучения.
В работе нами впервые проанализирована связь данных радиобиологии неионизирующих излучений и теории гигиенического нормирования ЭМП в её историческом развитии, дан полный анализ зарубежных стандартов электромагнитной безопасности, их принципов и научных основ. Подробно проанализированы материалы по нормированию в Китае, ранее не приводившиеся в отечественной литературе, тогда как эта страна является ведущим производителем продукции индустрии сотовой связи.
Нами предложено использовать понятие риска здоровью для облучаемых ЭМП абонентских терминалов (сотовых телефонов). Обосновано наличие двух групп риска среди пользователей абонентских терминалов, дети и лица, которые при определенных условиях могут подвергаться суммарной энергетической экспозиции сопоставимой или превышающей допустимую энергетическую нагрузку для лиц, профессионально связанных с эксплуатацией источников ЭМП.
Впервые обосновано, что условия экспозиции пользователя абонентского терминала определяются стандартом сотовой связи (частота, модуляция, динамика изменения мощности сигнала, диаграмма направленности антенн), режимом работы сети сотовой связи. Нами впервые сделан вывод, что скорость изменения условий облучения выше, чем скорость накопления научных данных о биоэффектах и возможном вреде здоровью в известных условиях облучения, поэтому основным элементом практики управления рисками является перманентное снижение экспозиции и информационно-разъяснительная работа.
Практическая значимость работы и внедрение результатов исследования в практику.
Методический раздел по определению значений плотности потока электромагнитной энергии абонентских терминалов, с учетом результатов его практической апробации в лабораторных условиях, проведенной при непосредственном участии автора, использован в Методических указаниях МУК 4.3.2501-09 "Измерение электромагнитных полей персональных подвижных систем сотовой связи", утвержденных Главным государственным санитарным врачом России Г.Г. Онищенко 23 апреля 2009 г.
Материалы исследования использованы при реализации программы Международного электромагнитного проекта ВОЗ по биоэффектам ЭМП радиочастотного диапазона (WHO RF Research Agenda, WHO, 2006) в рамках совместного исследовательского проекта «Confirmation studies of the Russian (USSR) data on immunological effects of microwaves», ГНЦ РФ-Институт биофизики (2006-7 г.), а также в проекте МНТЦ №3629р "Анализ соотношений экспозиционной дозы падающей и поглощенной энергии электромагнитного поля в условиях лабораторного эксперимента " (2007 г).
Данные о современном состоянии ЭМО и закономерностях её формирования в условиях развития подвижной сотовой связи использованы для решения задач прикладной экологии и вошли составной частью в отчет НИР "Разработка нормативно- правового документа, регламентирующего разработку, утверждение и применение нормативов предельно-допустимых уровней электромагнитных излучений на окружающую среду" (2002 г.).
Выводы, полученные по итогам настоящей работы, используются непосредственно для практических задач управления рисками для здоровья пользователя посредством внедрения рекомендации по сокращению уровня персональной экспозиции пользователей абонентских терминалов, настоящая рекомендация вошла как в решения РНКЗНИ, так и в рекомендации ВОЗ. Это сокращает численность группы риска за счет снижения экспозиции головного мозга ЭМП, одновременно переводит категорию информированных пользователей в группу добровольного риска.
Результаты исследования использованы в рекомендациях для населения Всемирной организации здравоохранения (информационный листок № 193 в редакциях за май 2010 и июнь 2011 "Electromagnetic fields and public health: mobile phones"), в докладе "Санитарно-гигиеническая оценка сотовых телефонов в России: современные проблемы и пути их решения" (Российский национальный комитет по защите от неионизирующих излучений, 2001), в решениях Комитета по экологии Государственной Думы РФ от 15.04.99 г. № 98-5, от 19.11.98 г. № 81-2, от 21.05.98 г. № 70-2, в докладе на научном совете Госкомэкологии РФ "Электромагнитное загрязнение окружающей среды как фактор воздействия на биологические объекты", 1999; в решениях Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений при Научной комиссии по радиционной защите (в период с 2000 по 2012 годы).
Материалы диссертации используются в учебном процессе Кафедры медицины труда, гигиены и профпатологии Института последипломного профессионального образования ГНЦ РФ ФГБУ "Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна", включены в программу курса тематического усовершенствования "Гигиена неионизирующих излучений" для врачей гигиенических специальностей, экспертов- физиков лабораторий центров гигиены и эпидемиологии, специалистов по охране труда, а также использованы в учебно-методическом пособии "Сотовая связь как гигиенически значимый источник электромагнитного поля" (2012 г.).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
Электромагнитное поле, сформированное источниками подвижной сотовой радиосвязи, принципиально изменило условия облучения населения за последние 15 лет, стало основным экспозиционным фактором формирования условий облучения населения в радиочастотном диапазоне. Это воздействие может быть приравнено к профессиональным условиям облучения. Условия облучения населения ЭМП сотового телефона (ближней зоны антенны) являются качественно новым для человека физическим фактором воздействия, не имеющим аналогов в природной среде.
-
ЭМП источников подвижной сотовой радиосвязи сформировало принципиально новый временной характер воздействия. Условия облучения населения электромагнитным полем источников сотовой связи являются нестационарным случайным процессом, характеризующимся сложным многочастотным режимом воздействия, сочетающим различные режимы облучения: квазинепрерывный (базовые станции, тотальное облучение тела) и сложнопрерывистый, интермиттирующий (абонентские терминалы, локальное облучение).
-
Радиобиологическая оценка данных экспериментальных и эпидемиологических исследований показала, что в современных условиях локального облучения электромагнитным полем абонентского терминала основной критической системой организма является головной мозг.
-
ЭМП ближней зоны антенны абонентского терминала может создавать условия, вызывающие адаптационный процесс организма пользователя, при этом реакция центральной нервной системы при однократном воздействии зависит от типологических особенностей электроэнцефалограммы пользователя.
-
Иммунная система может быть использована в качестве тест-системы для анализа адаптационного процесса организма при тотальном хроническом облучении населения электромагнитным полем базовых станций сотовой связи.
-
Основные группы риска для здоровья при облучении ЭМП абонентского терминала - дети и лица, получающие электромагнитную энергетическую нагрузку равную или большую допустимых критериев безопасности для лиц, профессионально связанных с эксплуатацией источников ЭМП.
-
Особенность управления риском для здоровья при облучении ЭМП абонентского терминала на современном этапе заключается в преимущественном использовании предупредительного принципа обеспечения безопасности до завершения процедуры полной оценки риска. Подходы к управлению риском для здоровья населения в условиях воздействия ЭМП сотовой связи отличается от подхода к управлению рисками радиационных и химических факторов окружающей среды.
Апробация работы. Основные положения научные результаты диссертации представлены на 17-ти конференциях, в том числе на 8-ми конференциях, проводимых под эгидой Международного электромагнитного проекта Всемирной организации здравоохранения: Международный симпозиум "Электромагнитные поля. Биологическое действие и гигиеническое нормирование", г. Москва, 1998; Вторая международная конференция "Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования. Нормирование ЭМП: философия, критерии и гармонизация", г. Москва, 20-24 сентября 1999 г.; Научно-практическая конференция "Электромагнитная безопасность. Проблемы и пути решения", г. Саратов, 28-30 августа 2000 г.; Третья международная конференция "Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования", Москва- С.Петербург 17-24 сентября 2002 г.; 3 Int. EMF Seminar in China: EMF and Biological Effects. Guilin, China. Oct. 13-17, 2003; Международная научно-практическая конференция "Сотовая связь и здоровье: медико-биологические и социальные аспекты», г. Москва, 20-22 сентября 2004 г.; WHO Int Workshop "Base Stations and Wireless Networks", Geneva, June 15-17, 2005; Шестой международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, С.Петербург, 21-24 июня 2005 г.; Семинар ВОЗ по дозиметрии ЭМП радиочастотного диапазона Москва, Россия, 5-7 декабря, 2005; Девятая Российская научно-техническая конференция по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности ЭМС-2006, С-Петербург, 20-22 сентября 2006. Второй С-Петербургский международный экологический форум, С-Петербург, 1-4 июля 2008; Всероссийской конференция с международным участием "Медицина труда: реализация глобального плана действий по здоровью работающих на 2008-2017 гг.", г. Москва, 24-25 июня 2008; Международная конференция Биоэлектромагнитного общества и Европейской биоэлектромагнитной ассоциации - BioEM-2009, Давос, Швейцария, 14-19 июня 2009; VI Съезд по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность), Москва, 25-28 октября 2010 г.; 13 th International Congress of the International Radiation Protection Association, 13-18 May 2012, Glasgow, Scotland; Интернет-конференция с международным участием "Электромагнитные неионизирующие излучения малой мощности в медицине и биологии", портал медицинских Интернет-конференций , 15 апреля-20 мая 2012 года; 34th Annual Conference of The Bioelectromagnetics Society, Brisbane, Australia, June 17 - 22, 2012.
Связь работы с научными программами. Настоящая диссертационная работа подготовлена автором в ходе научно-исследовательской работы "Изучение биологических эффектов электромагнитного поля средств беспроводной коммуникации и разработка методики дозиметрической оценки воздействия электромагнитного поля
УВЧ диапазона в ближней зоне", выполняемой в рамках государственного задания лабораторией "Радиобиологии и гигиены неионизирующих излучений ГНЦ РФ ФГБУ "Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна" ФМБА России.
Личный вклад автора. Непосредственно автором выполнен аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы по изучаемой проблеме, разработана программа исследований и методический подход. Автор принимал непосредственное участие в экспериментальных работах на различных этапах в качестве исполнителя и научного руководителя. Анализ результатов, обобщение, теоретическое обоснование, изложение полученных данных, разработка практических рекомендаций, выводы выполнены лично. Промежуточные результаты исследования проверялись научными консультантами. Доля участия в теоретической части исследования - 100 %, в планировании экспериментов - 90 %, в анализе данных дозиметрии - 100 %, лабораторных данных - до 70 %, в обобщении и анализе материала - 100 %.
Публикации. Основные результаты работы изложены в 62 печатных трудах, в том числе в 11 статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, в 6 отчетах по научно-исследовательским работах, в 39 статьях в рецензируемых журналах, сборниках научных трудов, публикациях в материалах конференций, в том числе статья на английском языке в ведущем мировом специализированном журнале "Bioelectromagnetics", в 4х монографиях, в одном учебно-методическом пособии, в одном нормативно-методическом документа Роспотребнадзора РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, общего заключения, списка литературы и приложений; изложена на 396 страницах, включает 55 рисунков и 67 таблиц. Список литературы включает 587 источников, из них 273 на иностранном языке.
Сотовый телефон (абонентский терминал) как источник ЭМП РЧ
Исторически подвижная радиосвязь с момента создания и до 1970-х годов ассоциировалась с автомобилем: еще в 1901 году Маркони установил приемопередатчик на автомобиле и провел первый сеанс сотовой связи. Конечно, Маркони не использовал голосовую передачу, в то время использовалась телеграфная азбука Морзе.
Коммерческое использование подвижной голосовой радиосвязи началось в 1946 году в США, радиотелефоны также устанавливались на автомобили и использовали фиксированные каналы связи, а с 1948 года начала действовать первая автоматическая служба радиотелефонии. Подобные автомобильные системы разрабатывались и в Европе - в Швеции в 1951 году Администрацией Шведской Сети Связи была испытана первая европейская автомобильная автоматическая система связи. В тот момент она была похожа скорее на средних размеров радиостанцию, смонтированную на автомобильном шасси, и только через 20 лет удалось достичь относительно компактных габаритов приемопередатчика - 14 кг.
В нашей стране первая система подвижной радиосвязи "Алтай" была разработана в 1959-62 годах в Воронежском ЬШИ связи и с 1963 года размещалась на автомобилях. Она имела радиально-зоновую сеть организации, размеры "соты" могли достигать десятков километров. Система "Алтай" просуществовала практически до 90-х годов, пережив несколько технических модернизаций, но идея персонального носимого радиотелефона в СССР не рассматривалась.
Идея сотовой организации подвижной связи возникла в 1947 году в компании Bell Laboratories, именно тогда четко определилась современная структура построения системы подвижной радиосвязи, включающая два основных типа функциональных источников ЭМП радиочастотного диапазона: это базовые станции, построенные по "сотовому принципу" территориального размещения, и абонентский терминал подвижной радиосвязи.
Однако больше четверти века эта идея не была реализована в качестве массовой технологии. И только в 3 апреля 1973 года в Нью-Йорке была испытана первая базовая станция, которая могла обслуживать 30 абонентов и соединять их с наземными линиями связи. Эта станция, как и первый действительно сотовый телефон, весом чуть более килограмма, но уже пригодный для использования без автомобиля, были разработаны компанией "Motorola". Еще 10 лет потребовалось компании, чтобы довести сотовый телефон до коммерческого образца Motorola DynaTAC 8000Х весом 800 грамм, пригодного для переноски в руках и сертифицированного Федеральной комиссией связи США.
С 1978 года в Чикаго началась опытная эксплуатация сотовой сети стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), в тот момент вся территория города покрывалась десятью базовыми станциями, однако ее коммерческая эксплуатация была начата только в 1983 году.
Сети стандарта сотовой связи NMT-450 (Nordic Mobile Telephone System) начали работать в скандинавских странах и на Ближнем Востоке с 1981 года.
Второе поколение стандартов подвижной радиосвязи началось со стандарта GSM (Global System for Mobile Communications), который начал разрабатываться европейским консорциумом в 1982 году, а первая коммерческая сеть этого стандарта вступила в эксплуатацию в 1992 году в Финляндии.
В США второе поколение стандартов связи ведет отсчет с 1990 года, когда Промышленная Ассоциация в области связи согласовала стандарт IS-54 в качестве национального стандарта цифровой сотовой связи. Он использовал те же частоты, что и AMPS и вошел в коммерческую эксплуатацию под названием DAMPS . Стандарт CDMA (Code Division Multiple Access), принятый в 1993 году, использует принципиально новую технологию кодировки сигнала, основанную на технологии шумо-подобных сигналов и кодовом разделении каналов, позволяя передавать значительно большие объемы данных, тем самым задал вектор направления развития стандартов третьего поколения. Все вышеперечисленные стандарты использовались или используются в России. Первым коммерческим оператором сотовой связи в России стала в 1991 году компания Delta Telecom в Санкт-Петербурге, она использовала сеть стандарта NMT-450. В Москве первая компания сотовой связи "ВымпелКом" начала эксплуатацию сети стандарта AMPS в 1992 году.
В XXI веке развитие и технические возможности подвижной связи перешагнули потребности людей делать простые телефонные звонки -промышленность и политики планируют массовое развитие подвижного широкополосного доступа. По мнению Международного телекоммуникационного союза, "широкополосная связь представляет собой следующий переломный момент, следующую технологию действительно преобразующего характера. Она может создавать рабочие места, служить движущей силой развития и повышения производительности, а также лежать в основе экономической конкурентоспособности в долгосрочной перспективе". По данным Международного союза электросвязи (МСЭ), в настоящее время 90% населения мира имеют доступ к сетям подвижной связи, а значит проживают на территориях, "покрытых" ЭМП базовых станций. Численность подписчиков услуг подвижной радиосвязи (владельцев sim-карт) перешагнуло за 5,5 миллиардов человек в мире [233].
Методы исследования электромагнитной обстановки и экспозиции пользователей абонентских терминалов
В серии исследований, проводивщихся в Германии, Франции, Швейцарии на территориях, примыкающих к базовым станциям сотовой связи, фиксировались значения до 3,5 мВт/м2 при средних от 0,027 до 0,09 мВт/м2. При этом в ночное время средняя экспозиция составляет около трети дневной экспозиции, а экспозиция в сельской местности была ниже, чем в городских центрах в полтора раза [ 554, 572, 573, 374 ].
Сотовый телефон является абонентский терминалом имеющим свойства подвижного приемо-передающего радиотехнического объекта. Обычно он предназначен для ручного использования и является достаточно портативным устройством весом до 0,25 кг. С учетом всех возможных стандартов связи, сотовые телефоны могут работать в диапазоне частот от 300 МГц до 6 ГГц. Излучающим элементом абонентского терминала во время приема и передачи сигнала обычно является спиральная, штыревая или планарная антенны. Передающая антенна располагается на расстоянии не более 0,2 м от тела пользователя. Система "сотовый телефон-человек", в отличие от других ситуаций воздействия ЭМП, обладает определенной спецификой — человек находится в ближней ("индуктивной") зоне ЭМП.
Область распространения ЭМП, создаваемого любым источником, подразделяется на зоны, в каждой из которых ЭМП имеет различные свойства. Это ближняя зона (или зоной индукции), промежуточная зона (зона Френеля) и дальняя зона (волновая). Границы этих зон устанавливаются в зависимости от соотношения размеров передающей антенны и длины волны. Граница дальней зоны определяется соотношением: r 2-D2/X; Граница ближней зоны: г ВУХ, где г - расстояние от антенны, м; D - максимальный линейный размер антенны, м; X - длина волны, м
В ближней зоне не происходит переноса энергии, при этом размещенные в ней объекты могут становиться частью излучающей системы и кардинально менять картину распределения ЭМП и результирующую диаграмму направленности в дальней зоне. Фактически когда человек разговаривает по сотовому телефону, поднеся его к уху, его голова являются частью антенной системы, формирующей радиосигнал, распространяющийся от сотового телефона к базовой станции.
В связи с такой ситуацией дать характеристику условий воздействия ЭМП на человека в ближней зоне антенны представляется достаточно сложной задачей. Методы прямого измерения излучения сотового телефона находятся в активном развитии, существует ряд расчетных методов оценки, в том числе и поглощенной дозы ЭМ энергии, а также напряженности ЭМП в фантоме головы человека, которые рассмотрены в настоящем обзоре.
Дозиметрическая оценка воздействия ЭМП диапазона УВЧ по интенсивности падающего (неискаженного) электромагнитного поля дальней зоны является основой нормирования ЭМП УВЧ в российских санитарно-эпидемиологических нормативах. Она заключается в проведении прямых измерений напряженности электрического и, в некоторых случаях, магнитного поля в свободном пространстве. В дальнейшем осуществляется пересчет от значений напряженности электрического поля Е к плотности потока энергии эквивалентной плоской волны ППЭ, которая и является нормируемой величиной:
ППЭ=Е2/3,77 где ППЭ - плотность потока электромагнитной энергии, мкВт/см2, Е -напряженность электромагнитного поля в точке, В/м
Современные средства измерений, при необходимости, осуществляют такой пересчет автоматически. На сегодняшний день серийных средств измерений (СИ), измеряющих непосредственно модуль вектора ППЭ (вектор Пойнтинга), промышленно не производится.
Оптимально, измерения должны проводиться широкополосными измерителями с изотропными антеннами-преобразователями электрически малых размеров. Погрешность измерений в данном случае может составлять ± 2...3 дБ, в некоторых случаях (при соблюдении дополнительных условий) - до ±1 ДБ.
Основным преимуществом метода является простота организации и проведения измерений. Как один из самых современных СИ, для проведения подобных исследований может использоваться измеритель, приведенный на рисунке 1.9.
Прибор оснащается изотропными антеннами-преобразователями для измерения напряженности электрического и магнитного поля. Малые ( 1см) линейные размеры взаимоортогональных электрически малых диполей (первичных преобразователей) и общие размеры антенн-преобразователей позволяют проводить измерения на достаточно близких к источнику ЭМП расстояниях (практически вплотную к корпусу исследуемого источника ЭМП).
Дозиметрическая оценка воздействия ЭМП диапазона УВЧ по интенсивности падающего электромагнитного поля в ближней зоне возможна с применением доступных средств измерения и при установлении соответствующих критериев оценки ЭМП ближней зоны. Такой подход принят в российских нормативных документах (СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03), а также допускается для приближенной оценки зарубежными рекомендациями ICNIRP и IEEE/ICES [ 474, 476, 475 ].
Однако измеряемая величина ППЭ эквивалентной плоской волны в дальней зоне не может полностью характеризовать ЭМП в ближней зоне, т.к. в дальней зоне где электромагнитная волна является сформированной характер и связь между интенсивностями электрического и магнитного поля определяется простой зависимостью, в то время как в ближней зоне необходимы измерения электрической и магнитной составляющей, а также фазового угла между векторами напряженности электрического и магнитного поля. Поскольку, в зависимости от источника, ЭМП в ближней зоне может носить чисто электрический или чисто магнитный характер, в некоторых точках пространства ППЭ нулевая. Конфигурация поля ближней зоны может иметь большие неоднородности, точки локальных максимумов поглощения электромагнитной энергии и т.д.
В России методы нахождения распределения ЭМП в теле биообъекта до настоящего момента не нашли широкого распространения из-за отсутствия как релевантных средств расчета, так и специализированных средств измерений [263,226,258, 158].
Иммунная система как индикатор надежности критериев безопасности при тотальном облучении ЭМП РЧ нетепловой интенсивности, создаваемого БС сотовой связи
В настоящее время достаточно мало публикаций, прослеживающих последовательное развитие научных представлений о биологическом действии ЭМП с ранних периодов начала исследований. Между тем, почти столетнее развитие биофизической и впоследствии радиобиологической науки применительно к биологическим эффектам ЭМП позволило предлагать научно обоснованные критерии и нормативы для оценки электромагнитной обстановки в современной среде обитания человека.
Первая в нашей стране серия исследований биологического действия переменного электромагнитного поля была начата в 1895 году профессором В.Я. Данилевским, фактически одновременно с изобретением беспровлочного телеграфа А.С.Поповым. К числу пионеров исследования биоэффектов ЭМП в России конца Х1Х-ого века можно также отнести Н.Ушинского, СИ. Костина и A.M. Воробьева [171, 132, 315]. Однако систематические исследования биоэффектов ЭМП были начаты в начале 20х годов, в то время они носили скорее академический характер. И именно уже тогда был поставлен вопрос -имеется ли значимое для физиологии специфическое биологическое действие ЭМП радиочастотного диапазона малой интенсивности или только тепловое действие способно привести к значимым эффектам [ 176 ].
Первая известная нам статья по вопросу влияния ЭМП на человека в производственных условиях была опубликована в 1926 году [ 281 ]. На экспериментальном материале, полученом в 1925 году в Ленинградской экспериментальной электротехнической лаборатории, были описаны условия поглощения ЭМП телом человека в ближней зоне коротковолнового излучателя и предложена модель для описания процеса поглощения-переизлучения электромагнитной энергии в которой тело человека рассматривалось в качестве прямолинейного резонатора.
В связи с массовым внедрением источников ЭМП в промышленность с начала 1950-х годов, были впервые развернуты плановые гигиенические исследования с целью обеспечить охрану здоровья работающих с этими источниками. В 1953 году академиком А.А. Летаветом организована Лаборатория ЭМП в НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР. Эту лабораторию возглавила профессор З.В. Гордон. Были поставлена задача разработать научную методологию оценки опасности ЭМП и мероприятия по обеспечению безопасности в производственных условиях, в том числе обосновать необходимые нормативы.
Первые в нашей стране обязательные требования к источникам ЭМП были установлены в документе "Временные санитарные правила для работы с промышленными ламповыми установками высокочастотного нагрева" №180-56 от 15 января 1955 года [ 36 ]. В 1958 году Главным государственным санитарным инспектором СССР В.Ждановым были утверждены "Временные санитарные правила при работе с генераторами сантиметровых волн" №273-58, предназначенные также для рабочих мест, при облучении в течении рабочего дня ЭМП в диапазоне длин волн от 1 см до 1 м, был установлен ПДУ 10 мкВт/ см2 [ 37 ].
В основу методологии нормирования ЭМП изначально были положены принципы регламентации воздействия, которые базировались на представлении о наличии порога их вредного действия на организм и установлении зависимости "доза-эффект". Такой подход оказался особенно продуктивным при дальнейшей разработке нормативов для профессионалов, когда возникла необходимость введения дозного подхода, позволившего учесть значения допустимых уровней ЭМП в зависимости от интенсивности и продолжительности их воздействия в течение рабочего дня. Это обеспечивало более адекватную оценку воздействия на персонал на основе таких показателей, как энергетическая экспозиция и максимально допустимый уровень.
В начале 1960-х годов впервые на обсуждение научной общественности ставится вопрос о безопасном уровне ЭМП для населения [ 173 ]. И тогда же первый раз обсуждаются вопросы необходимости разработки норм для условий локального облучения головы, критериев безопасности и методов контроля для множественных источников ЭМП СВЧ, дебатируется вопрос проверки достоверности безопасного уровня 10 мкВт/см2, установленного нормами Всесоюзной государственной санитарной инспекции.
В 1966 году нормированию были подвергнуты ЭМП, создаваемые не только промышленными генерирующими установками, но и радиостанциями, а также и телевизионными станциями в диапазоне от 60 кГц - 300 МГц. "Санитарные правила при работе с источниками электромагнитных полей высокой и ультравысокой частоты" № 615-66, утвержденные заместителем Главного санитарного врача СССР П.П.Лярским, устанавливали ПДУ в диапазоне ВЧ для установок диэлектрического нагрева и помещений телерадиостанций 20 В/м, а в диапазоне УВЧ 5 В/м. Однако какого-либо ограничения ЭМП для населения, проживающего вблизи радиопередающих средств, эти санитарные нормы не предусматривали [269 ].
Во второй половине 1960х годов с развитием телерадиотрансляционной сети в СССР возникла практическая необходимость обеспечить безопасность населения в условиях, когда относительно мощные источники ЭМП РЧ размещались на границе и в черте селитебной территории. Эта тематика была поручена Киевскому научно-исследовательскому институту общей и коммунальной гигиены им. Марзеева Минздрава УССР, который разработал первые в нашей стране нормативы ЭМП для населения, а также методы контроля ЭМП РЧ на селитебной территории и принципы безопасного размещения радиопередающих средств коротковолнового диапазона. Первый в СССР обязательный предельно-допустимый уровень ЭМП диапазона частот от 3 до 30 МГц для населения был установлен в 1968 году в документе "Методические указания по определению напряженности электрического поля и гигиенические требования к размещению коротковолновых передающих радиостанций" и составлял 0,2 В/м [ 200 ].
Радиобиологические закономерности воздействия ЭМП РЧ в "эпоху до сотовой связи" на состояние здоровья людей и их применимость к оценке риска
Проведенный в 2010 году в рамках европейской программы оценки рисков для здоровья систему анализ данных измерений ЭМП в европейских странах показал, что вклад в суммарную экспозицию населения от ЭМП беспроводных телекоммуникационных технологий постоянно растет и сейчас он составляет не менее 60% от общей экспозиции в радиочастотном диапазоне [ 566 ]. Авторы обзора считают, что нет каких-либо принципиальных различий между данными, публикуемыми в различных странах ЕС, при этом более 60% от измеренных значений ЭМП базовых станций подвижной радиосвязи были ниже 0,3 мкВт/ см2, менее 1% выше 9,5 мкВт/см2и лишь менее 0,1% были выше 100 мкВт/см2.
Как следует из приведенных данных, в среднем они достаточно близко совпадают с данными, полученными в исследованиях в России (табл. 1.5-1.7), однако максимальные значения в российском исследовании существенно выше. Основная причина, по нашему мнению, заключается в том, что при проведении измерений ЭМП в нашей стране радиопередающие средства выводятся в режим максимальной излучаемой мощности, что моделирует возможные наихудшие условия воздействия ЭМП. При определении итогового протокольного значения ЭМП в нашей стране учитывается погрешность измерительного прибора, очевидно, что положительная погрешность также увеличивает итоговое значение. Кроме того, необходимо отметить, что повышенные значения ЭМП нами фиксируются в 2009-2011 годах когда операторы сотовой связи активно перешли от политики формирования сплошного радиопокрытия к политике формирования зон высокого качества связи, что вынуждает их в ряде случаев локализовать на одной установочной площадке ("сайте") несколько базовых станций.
Базовые станции подвижной радиосвязи изменили как природный электромагнитный фона, так и структуру антропогенного ЭМ фона.
К природным источникам, формирующим электромагнитный фон, являющийся исходным для условий окружающей среды, в которых происходила эволюция биообъектов, относятся источники Вселенной, внутренние процессы нашей планеты, распределенные заряды в атмосфере, динамические процессы в атмосфере (разряды, токи ионосферы, токи смещения объемных зарядов и др.).
Они формируют электромагнитный фон во всем возможном диапазоне от постоянных полей до 300 ГГц. Основные природные источники ЭМП в диапазоне сотовой связи - радиоизлучение Солнца и других космических объектов, некоторый незначительный вклад вносят атмосферные разряды. Это непостоянные источники, поэтому конкретные значения природного ЭМП имеют заметную временную нестабильность. По данным, опубликованным до формирования современного антропогенного электромагнитного фона, обычные значения ЭМП природных источников в диапазоне от 300 МГц до 3 ГГц в приземном слое составляют до 10Е-6 - 10Е-3 мкВт/см2 [230, 276, 527, 541 ].
Однако в основном природные источники ЭМП формируют электромагнитную обстановку в более низких частотных диапазонах, чем используемые в настоящее время подвижной сотовой радиосвязью [371]. Таким образом, именно в свободном от природных ЭМП диапазоне частот базовыми станциями сотовой связи сформирован искусственный электромагнитный фон, при этом если рассматривать крайние значения данных природных и антропогенных ЭМП, то рост фона составляет 8 порядков, а в среднем это 5-6 порядков.
Очевидно, что электромагнитное поле, создаваемое базовыми станциями подвижной радиосвязи является дополнительной нагрузкой к ранее существующему антропогенному фону. К началу 80-х годов 1% городского населения в США подвергался воздействию ЭМП с интенсивностью выше 1 мкВт/см2 в диапазоне от 50 - 900 МГц, то есть основными источниками, формирующими ЭМО на селитебной территории, были теле- радиопередатчики [298]. В СССР в 1975 году электромагнитную обстановку для населения в целом форимровали 1280 вещательных передатчиков, из которых 2/3 относились к малой мощности, при этом обеспечивалось радиопокрытие только для 75% населения страны [144 ].
Согласно данным, приведенным в статье австрийских исследователей, рост экспозиции ЭМП РЧ в жилых помещениях происходит за счет увеличения интенсивности излучения стандартов GSM, UMTS и WLAN, при этом среднее значение ППЭ ЭМП в Австрии возросло с 2006 по 2009 год в 1,44 раза и составило 59,56 мВт/м2. Рост вклада подвижной радиосвязи в структуру ЭМО происходит на фоне сокращения вклада телевизионного вещания на 30% за тот же период времени [ 569 ].
Похожие диссертации на Радиобиологическая оценка воздействия электромагнитного поля подвижной сотовой связи на здоровье населения и управление рисками
-
