Ионизирующие и электромагнитные излучения и их воздействие на организм человека, страница 11

3.2  Источники информации о биологических эффектах ЭМИ

Источники информации о последствиях облучения можно условно разделить на четыре основных группы:

1) клинические и эпидемиологические исследования;

2) эксперименты на лабораторных животных, добровольцах, на тканях и органах умерших людей;

3) физическое моделирование с использованием фантомов;

4) математическое моделирование.

Остановимся кратко на каждом из этих источников.

Клинические и эпидемиологические исследования анализируют большой объем данных и являются наиболее объективными. Недостатком эпидемиологических исследований является то, что они проводятся после воздействия фактора, часто через несколько лет или десятилетий, поскольку патологические изменения могут проявиться через определенное время. Особенно это касается факторов низкой интенсивности.

Эксперименты на лабораторных животных позволили накопить банк данных о последствиях облучений при различных условиях. Именно на этих результатах базируются гигиенические нормативы, принятые в нашей стране и некоторых других странах. Однако, в случае низкой интенсивности излучения, не приводящей к летальному исходу, эти данные трудно экстраполировать на человека из-за анатомических различий между организмами традиционно используемых животных и человека.

Определение степени воздействия ЭМИ на организм живого человека (добровольца) имеет технические трудности и этические ограничения. Эксперименты с добровольцами сводятся к измерению увеличения поверхностной температуры на ограниченной площади воздействия. В качестве источника используются в основном аппараты для физиотерапии в УВЧ и СВЧ диапазонах.

Эксперименты с тканями и органами умерших людей, клеток в культуре проводятся с целью определения диэлектрических характеристик тканей.

Фантомы человека и лабораторных животных с детальным воспроизведением структур организма или отдельных органов из тканеэквивалентных материалов применяются для изучения распределения температуры внутри организма в результате облучения. Их недостатками являются высокая стоимость изготовления и отсутствие реакции (обратной связи), присущей живым организмам.

Математическое моделирование имеет очевидные преимущества для выявления фундаментальных причин биофизического отклика, предсказания последствий облучения при высокой воспроизводимости результатов без дополнительных финансовых затрат. В дальнейшем область использования математического моделирования будет возрастать благодаря увеличению производительности ЭВМ. Существующие в настоящее время модели воздействия ЭМИ на биообъект рассмотрены в главе 6.

3.3  Особенности взаимодействия биологических объектов с ЭМИ в миллиметровом диапазоне

ЭМИ в миллиметровом диапазоне (КВЧ) были освоены человеком сравнительно недавно, в 60-х годах ХХ века. Квант энергии в КВЧ диапазоне hν (h – постоянная Планка, ν – частота) ниже энергии водородных связей, энергии колебаний, энергии активации и ионизации атомов и молекул, т.е. намного меньше энергии тепловых движений атомов и молекул при комнатной температуре, hν << kT , и может повлиять только на кинетическую энергию вращения полярных молекул. Поэтому при больших интенсивностях имеет место обычное тепловое воздействие.

В то же время, на основе многочисленных экспериментальных исследований было установлено, что КВЧ излучения низкой интенсивности также могут приводить к существенным биологическим эффектам [15, 16, 17, 18], среди которых стимуляция роста микроорганизмов и лечебный эффект в терапевтической практике. Перечислим наиболее существенные особенности воздействия ЭМИ КВЧ низкой интенсивности.

1) При мощности ниже 10 мВт/см² усредненное по поверхности приращение температуры составляет менее 0.1, что не представляется физиологически значимой величиной.

2) КВЧ излучение поглощается молекулами воды, имеющими большой дипольный момент. Так как кожа человека на 60-80% состоит из воды, то излучение этого диапазона практически полностью поглощается в тонком слое ─  эпидермисе (менее 1 мм).