Биологическое действие электромагнитных

ПОЛЕЙ.

Электромагнитное поле

Электромагнитное поле (ЭМП), представляющее собой совокупность переменных электрического и магнитного полей, вызывает появление в находящихся в нем проводниках переменных токов, а в диэлектриках приводит к поворотам дипольных молекул, т. е. к поляризации, происходящей с частотой, определяемой частотой ЭМП. Вызванное полем движение заряженных частиц повышает внутреннюю энергию вещества, т. е. приводит к его нагреванию, которое происходит тем более интенсивно, чем больше скорость колебательного движения частиц, т. е. чем больше частота электромагнитного поля.

Наша планета и обитающие на ней живые существа постоянно находятся в поле действия электромагнитных волн, излучаемых Солнцем и галактиками. Диапазон частот этих волн от 10 МГц до 10 ГГц, однако интенсивность их незначительная и обычно не превышает 10−9 Вт/м2, хотя при солнечных вспышках может возрастать в сотни раз. В последние 40−50 лет интенсивность ЭВМ на планете значительно возросла. Вблизи же радиотелевизионных станций напряженность поля может достигать величины порядка 0,1 В/м, тогда как средняя напряженность электрических разрядов в атмосфере не превышает 10−3В/м. Промышленные источники ЭМП могут быть довольно значительными по напряженности.

Высокочастотные (ВЧ) поля с частотой от 10 до 100 МГц, создаваемые генераторами для сушки древесины, также имеют достаточно большую напряженность поля. Сверхвысокочастотные (СВЧ) поля с частотами до 100 МГц возникают вблизи радиолокационных и подобных им установок.

Эксперименты над животными и наблюдения за людьми показывают, что ЭМП-я оказывают влияние на многие функции живых организмов и практически все живые вещества (по тем или иным показателям) чувствительны к действию ЭМП. При взаимодействии поля с биообъектами энергия поля в основном затрачивается на нагревании этих объектов.

Количество теплоты, выделяемое в тканях, зависит от электрических параметров ткани, от частоты и, естественно, от интенсивности облучения. Поскольку ионный состав и количество полярных молекул в разных тканях различны, то при одном и том же ЭМП в разных тканях выделяется разное количество теплоты. Степень нагрева зависит еще и от терморегуляционных свойств ткани. Органы с относительно малым количеством кровеносных сосудов (глаза, семенники) нагреваются сильнее, т.к. кровь, обладающая большой теплоемкостью, хорошо отводит тепло. Расчеты показывают, что сколько-нибудь значительных изменений в тканях, связанных с нагревом, можно ожидать лишь в очень сильных ЭМП, в которых величины напряженности электрического поля достигают значений порядка 100В/м для СВЧ и порядка 106 В/м для ВЧ. Интенсивность таких полей на много порядков превышает интенсивности естественных ЭМП.

При высоких интенсивностях ЭМП нагрев может быть настолько значительным, что возникают ожоги, некроз (омертвление) тканей, дегенеративные изменения в клетках. Реакция организма возможна не только на полях больших интенсивностей, вызывающих недопустимый нагрев тканей. Самые различные организмы от одноклеточных до млекопитающих обладают высокой чувствительностью к ЭМП, интенсивности которых близки к природным, т. е. в тысячи и миллионы раз более слабым, чем те, которые вызывают заметные тепловые эффекты, причем чувствительность к ЭМП повышается при переходе от менее организованных к более организованным системам.

К эффектам нетеплового характера относится в основном действие на центральную и вегетативную нервную системы, что, в свою очередь, приводит к функциональным сдвигам других физиологических систем организма.

К таким сдвигам относятся нарушения ритма сердца, кровяного давления, обменных процессов и т. п. У человека могут нарушаться зрительные, звуковые, осязательные ощущения. У животных происходит изменение эмоционального состояния: от угнетенного до возбужденного.

Прогревание токами высокой частоты (ВЧ) происходит за счет возникновения теплоты во внутренних частях организма. Подбирая частоту, можно осуществлять термоселективное воздействие.

Метод контактный — биологическая ткань расположена под двумя электродами.

Количество теплоты, выделяемое за 1 c 1 м3(q), пропорционально плотности тока (i) и удельному сопротивлению ткани:

q = i2.

При диатермии используются токи (I — 1,5) МГц. Недостаток — повышенная опасность. Дарсонвализация — местное прогревание импульсным током ВЧ (= 200−500 кГц).

Токи ВЧ используются для диатермокоагуляции тканей (электрохирургия).

Действие на биологические ткани переменных электрических полей УВЧ (с частотой от 30 до 300 мГц) — идет нагревание тканей за счет явления поляризации (электронной, ионной, дипольной). Метод неконтактный — биологическая ткань находится в поле между электродами:

Выделяемое количество теплоты в проводниках:

q = E2/

где Е — напряженность электрического поля, т. е. сильнее нагреваются органы богатые кровью или лимфой, слабее — кости, мышцы и жир. В реальном диэлектрике имеют место так называемые диэлектрические потери, которые учитываются через tg по формуле:

q = E2 0 2 tg,

где — циклическая частота, — диэлектрическая проницаемость среды, 0 — диэлектрическая проницаемость вакуума (электрическая постоянная), — угол сдвига по фазе между силой тока и напряжением.

Метод воздействия на биологические ткани переменными ВЧ магнитным полем называется индуктотермией. Прогревание осуществляется за счет вихревых токов, возникающих в массивных проводящих телах.

Количество выделяемой теплоты:

q = K ,.

где К — коэффициент пропорциональности, зависящей от геометрических размеров прибора и объекта, В — магнитная индукция. Сильнее нагреваются ткани, богатые сосудами.