Эколого-гигиеническая оценка электромагнитных излучений

Жизнь на Земле возникла, развивалась и продолжается в условиях воздействия относительно слабых электромагнитных полей естественного происхождения, источниками которых являются излучение Солнца и Космоса, магнитные свойства Земли, грозовые разряды и пр. Эти поля с изменяющимися уровнями интенсивности, являясь постоянно действующим экологическим фактором, оказывают определенное влияние на жизнедеятельность человека, животных, растений. Отмечена связь между солнечной активностью и частотой инфарктов миокарда, инсультов, некоторых эпидемических, психических и других заболеваний людей.

В последние десятилетия напряженность электромагнитных полей антропогенного происхождения на различных участках земной поверхности возросла по сравнению с естественным фоном в миллионы раз. Развитие радиоволновой излучающей аппаратуры (в науке, промышленности, военном деле, в быту) идет по линии не только усовершенствования ее надежности, но и увеличения мощности и разрешающей способности на больших расстояниях: мощные генераторы для радиолокации и связи, широкое использование радиоволновой аппаратуры в медицине, телевизоров, мобильных средств связи, персональных компьютеров, сверхвысокочастотных (СВЧ) печей и т.д. Генераторы радиоволн стоят вблизи городов и поселков, на крышах домов, они работают круглосуточно, проникают в здания, действуя на людей. Источники электромагнитных полей в лабораториях, больницах, квартирах могут давать «утечки». Все это неизбежно влечет за собой расширение контингентов лиц, подвергающихся воздействию электромагнитных излучений, и повышение уровней излучений на селитебной территории населенных пунктов и в жилых домах. Электромагнитное загрязнение («электромагнитный смог») представляет экологическую опасность и для окружающей среды, так как прямо или косвенно наносит ущерб либо угрожает ущербом флоре, фауне и здоровью людей.

Физические основы и характеристика электромагнитных излучений. Электромагнитные излучения имеют волновую природу. Это особый вид материи, обладающий массой и энергией, который перемещается в пространстве в виде электромагнитных волн. Отличаются электромагнитные излучения длиной волны, частотой и энергией, причем чем больше частота колебаний, тем короче длина волны, больше энергия и наоборот.

Большее значение с экологической и гигиенической точки зрения имеют электромагнитные колебания радиочастотного диапазона. Радиоволны занимают небольшую часть спектра электромагнитных излучений с частотой колебаний от 3 • 1011 Гц до 10-3 Гц в пределах длин волн от 10-3 до 5 • 103 м. Диапазон миллиметровых, сантиметровых и дециметровых волн (300 ГГц...300 МГц) обычно объединяют термином «сверхвысокочастотный, СВЧ» или «микроволны». Станции радиосвязи излучают электромагнитную энергию преимущественно в пределах ультравысоких (УВЧ) и высоких (ВЧ) частот (табл. 5.6).

Радиоволны объединяет общая физическая природа (электромагнитные колебания) и способ генерирования в электрических схемах, содержащих колебательный контур (в простейшем виде индукционная катушка и конденсатор). При прохождении тока через контур происходит периодическое возникновение полей: электрического, напряженностью Е в конденсаторе, и магнитного, напряженностью Я в индукционной катушке. Они связаны друг с другом и переходят друг в друга (рис. 5.3).

Этот процесс носит колебательный характер. Колебание является непременным условием возникновения электромагнитных полей, так как известно, что магнитное и электрическое поля

могут существовать самостоятельно: первое между полюсами постоянного магнита, второе — между обкладками конденсатора.

Интенсивность электромагнитного поля в диапазоне от долей герц до 300 МГц оценивается раздельно по электрической (Е, В/м) и по магнитной (Н, А/м) составляющим; в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц оценивается плотность потока энергии, единицей энергии которого является ватт на метр квадратный или милливатт (микроватт) на сантиметр квадратный Вт/м2 (мВт/см2, мкВт/см2).

Радиоволны имеют невысокую энергию кванта (например, в сантиметровом диапазоне волн 10-4...10-5 эВ), однако способны пронизывать ткани организма. Проникающая способность электромагнитного излучения пропорциональна длине волны.

Биологическое действие электромагнитных излучений. Электромагнитные излучения при определенных значениях интенсивности и экспозиции способны вызывать в живом организме функциональные или деструктивные изменения различной степени.

Информационная теория воздействия электромагнитного поля, основанная на идее взаимодействия внешних полей с внутренним полем организма (Н. Д. Девятков), показывает, что организм человека и животных весьма чувствителен к воздействию электромагнитных излучений радиочастот. Причем биологическая активность убывает с увеличением длины волны. Наиболее активными являются

сантиметровые, дециметровые и миллиметровые диапазоны радиочастот.

При взаимодействии с биологическими веществами часть энергии излучений поглощается атомами, молекулами, клетками и тканями организма, вызывая изменение пространственной ориентации (колебания) отдельных молекул, главным образом воды. Энергия электромагнитного поля переходит в тепловую, ткани нагреваются.

В зависимости от интенсивности облучения, длины волны, времени облучения, площади облучаемой поверхности, анатомического строения органа или ткани, глубины проникновения излучения, величины поглощенной энергии возможно термическое или нетермическое действие излучения. Глубина проникновения электромагнитного поля зависит от длины волны: миллиметровые волны поглощаются поверхностными слоями кожи, дециметровые — тканями глубиной 8...10 см. Количество поглощенной энергии зависит от частоты излучения: диапазон ВЧ поглощается в среднем 20 % падающей энергии, УВЧ — около 25, СВЧ — 50 %. Интенсивность нагрева тканей организма зависит главным образом от возможности хорошего оттока тепла от облучаемых участков. В связи с этим больше страдают органы, содержащие большое количество жидкости и со слабо развитой сосудистой сетью. К их числу следует отнести хрусталик, стекловидное тело глаза, паренхиматозные органы (печень, поджелудочная железа), полые органы, содержащие жидкость (мочевой и желчный пузырь, желудок), гонады.

Различают термическое (тепловое) и нетермическое действие электромагнитных излучений на организм.

Термическое действие обычно проявляется при плотности потока энергии, например СВЧ поля, около 10 мВт/см2 и сопровождается повышением температуры облучаемых тканей вплоть до значений, несовместимых с жизнью. Грубые воздействия СВЧ-поля (около 100 мВт/см2) приводят к морфологическим изменениям в тканях, быстрому перегреванию и даже гибели подопытных животных. У людей такие изменения могут вызвать развитие катаракты хрусталика глаза, дистрофические изменения в тканях (семенниках), клиническую картину острых поражений по типу диэнцефального криза и выраженных вегетативных и эндокринных расстройств. Известны случаи развития слепоты, глухоты и стойких вестибулярных расстройств при повторных облучениях с плотностью потока энергии в несколько сот микроватт на 1 см2. Повторное облучение даже при небольших экспозициях ведет к выраженной картине астеновегетативного синдрома, нередко с необратимыми симптомами.

Указанные выше интенсивности радиоволн встречаются в основном среди специалистов, обслуживающих источники электромагнитных излучений, при грубых нарушениях правил техники безопасности и в аварийных условиях. Не исключено поражение и населения, попавшего по той или иной причине в область прямого излучения антенн, так как интенсивность электромагнитного излучения на расстоянии в несколько метров от мощных антенн может достигать десятков ватт на 1 м2. Следует отметить, что интенсивность излучения обычно возрастает при наличии вблизи металлических опор, тросов и т.д.

Более часто встречается облучение населения электромагнитными излучениями интенсивностью менее 10 мВт/см2, когда возникает так называемое нетермическое действие на организм. До недавнего времени за рубежом отрицали нетепловое действие радиоволн, связывая астенические электромагнитные проявления с, наследственными и социальными причинами. Сейчас этот вопрос пересматривается в связи с новыми данными при исследованиях на простейших, на животных и людях.

По современным представлениям нетермическое действие электромагнитных излучений в основном обусловлено процессами, возникающими в результате избирательного поглощения тканями электромагнитной энергии, электрическими и фотохимическими эффектами (инактивация энзимов, ионизация тканей, ультразвуковые колебания, изменение проницаемости мембран, осмотической стойкости эритроцитов, антигенной активности гамма-глобулина, мутагенного действия излучений с частотой 27 МГц и др.). Нетермическое действие электромагнитных излучений проявляется в виде разнообразных биохимических, обменных, иммунобиологических сдвигов, расстройств ЦНС, сердечно-сосудистой, вегетативной нервной систем. В клинической картине выявляется три неспецифических ведущих синдрома: астенический, астено-вегетативный и гипоталамический. Больные повышенно возбудимы, эмоционально лабильны. В отдельных случаях обнаруживаются признаки раннего атеросклероза, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни.

При облучениях с интенсивностью менее 1 мВт/см2 нарушения в состоянии здоровья носят характер приспособительных реакций, выраженность которых зависит от длительности и постоянства воздействия. Нарушения в состоянии здоровья людей под влиянием радиоволн неспецифичны, нередко полиморфны и требуют при врачебной экспертизе тщательного изучения анамнеза. Такие облучения характерны при обслуживании персональных компьютеров низкого качества, с боковых и задних стенок которых могут «высвечивать» низкочастотные излучения. Хроническое компьютерное излучение приводит к изменению лимфоцитарной системы крови и нарушениям иммунной системы, мешает проявлению новых условных рефлексов, ухудшает процесс запоминания, способствует повышенной возбудимости, утомляемости, расстройству аппетита, нарушению сна, у людей повышается риск возникновения ряда заболеваний, в частности экземы.

Картина нарушений при воздействии ВЧ- и УВЧ-полей аналогична вышеуказанной, но менее выражена, особенно с точки зрения деструктивных изменений в тканях организма.

Мероприятия по защите населения от электромагнитных излучений. Возможность неблагоприятного воздействия электромагнитных излучений на человека обусловила необходимость разработки мероприятий по защите населения, важнейшим из которых является нормирование излучений. Гигиеническое нормирование является основным элементом электромагнитной экологической безопасности человека.

В основу нормирования электромагнитных излучений положено нетермическое его действие. Гигиеническое нормирование основывается на ограничении, снижении возможности нетепловых эффектов при длительном воздействии излучений с недопущением тепловых эффектов при кратковременном воздействии. При нормировании учтена роль и других, сопутствующих электромагнитным излучениям факторов (высокая температура, ионизирующее излучение), так как имеются данные о синергизме действия этих и ряда других факторов.

Экспериментально установлено снижение биологической эффективности прерывистого облучения, что обусловило разработку нормативов отдельно для прерывистого и непрерывного облучения. Кроме того, выявлена и учтена в нормативах нелинейность развития отдаленных реакций организма в зависимости от времени облучения, режима облучения и частоты излучения.

Допустимыми считаются такие уровни электромагнитных излучений, которые при воздействии на организм человека периодически или в течение всей жизни, прямо или опосредованно через экологические системы, через возможный экологический ущерб не вызывают соматических или психических заболеваний или изменений 9остояния здоровья, выходящих за пределы приспособительных реакций, обнаруживаемых современными методами исследований сразу или в отдаленные сроки жизни настоящего и будущих поколений. В России плотность потока энергии СВЧ-излучения в жилых зданиях и на территории города не должна превышать 10-2 мВт/см2.

Предельно допустимые уровни электромагнитного поля радиочастот различного диапазона составляют для территорий жилой застройки и мест массового отдыха, размещения жилых, общественных и производственных зданий при диапазоне частот:

* Кроме телестанций и радиолокационных станций, работающих в режиме кругового обзора или сканирования.

**Для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования при выполнении условий: частота не более 1 Гц; скважность не менее 20.

Предельно допустимые уровни электромагнитных излучений радиочастот, создаваемых телестанциями, составляют, В/м:

Для создания комфортной среды на селитебных территориях и в зданиях, а следовательно, предупреждения заболеваний и поражений населения электромагнитными излучениями необходимо проведение комплекса профилактических мероприятий на стадиях проектирования и строительства:

• изолирование источников электромагнитного излучения, зданий и помещений материалами с хорошей проводимостью (металлы) или поглощающими электромагнитную энергию (диэлектрики: каучук, хлорвинил, керамика, наполнители из сажи и др.) в виде сплошных листов (металлы и диэлектрики) или сеток (металлы). Отрицательным свойством экранов из металлов является возможность образования в некоторых случаях отраженных радиоволн, которые могут усилить облучение (принцип защиты экранами);

• увеличение расстояния от источника — простой и надежный способ защиты, основанный на обратной зависимости интенсивности электромагнитного излучения от квадрата расстояния. При реализации принципа защиты расстоянием устанавливаются санитарно-защитные зоны и зоны ограничения застройки. Санитано-защитной зоной является площадь, примыкающая к технической территории с источником излучения. Внешняя граница этой зоны определяется на высоте 2 м от поверхности земли по допустимому уровню для населения.

В санитарно-защитной зоне запрещается строительство жилых зданий, всех видов лечебно-профилактических и санаторно-курортных учреждений, детских домов, школ и других зданий, предназначенных для круглосуточного пребывания людей. Зоной ограничения застройки является территория, где на высоте более 2 м от поверхности земли интенсивность излучения превышает допустимые уровни для населения. Внешняя граница зоны ограничения застройки определяется на максимальной высоте здания перспективной застройки, на высоте верхнего этажа, где интенсивность излучения не превышает допустимые уровни для населения;

• защита временем — сокращение времени пребывания людей в зоне излучения. С этой целью во время работы антенны запрещается нахождение людей в секторе их излучения;

• количественная оценка электромагнитных излучений на селитебной территории и в зданиях, составление карты жилой застройки с нанесением на ней характеристик излучений, как существующих, так и в районах перспективной застройки, при промышленном строительстве;

• организационные мероприятия — установление запрещенных секторов облучения, увеличение высоты подъема передающих антенн, в раде случаев запрещение работы на излучение станций. Важна правильная эксплуатация СВЧ-печей, персональных компьютеров, их исправность. Компьютеры необходимо размещать с учетом взаимного влияния на излучение, в углу помещения или задней поверхностью к стене; при работе с ними использовать экранные фильтры, которые позволяют снизить излучение. Следует учитывать необходимость защиты от воздействия вторичного электромагнитного поля, переизлучаемого элементами конструкции зданий, внутренней проводкой и т.д. При необходимости батареи отопления и другие элементы коммуникаций и сетей следует закрывать диэлектрическими (деревянными) коробами, препятствующими непосредственному доступу к этим элементам;

• гигиенические мероприятия, прежде всего санитарный надзор.

Контрольные вопросы

1. Назовите виды источников шума и их влияние на организм человека.

2. Каковы допустимые уровни шума для помещений и территорий различного назначения?

3. Охарактеризуйте естественный и техногенно измененный радиационный фон биосферы.

4. Перечислите биологические проявления действия радиации на организм человека,

5. Раскройте профилактические мероприятия по защите населения от радиации.

6. Каковы основные проявления биологического действия электромагнитного излучения на организм человека?

7. Перечислите мероприятия по защите населения от электромагнитного излучения.