Оценка свойств примененного в работе магнитнозащитного материала

Актуальной проблемой физиологии, медицины, а так же молекулярной биологии является изучение реакции организма на воздействие экстремальных факторов. Одним из видов таких факторов является электромагнитное загрязнение окружающей среды.

Окружающая среда пронизана излучением, которое генерируется различными источниками и имеет совершенно разную физическую природу. К ним относится геомагнитное поле земли и поле, создаваемое человеческой деятельностью. На нынешнем этапе развития научно-технического прогресса человек вносит существенные изменения в естественное магнитное поле, придавая геофизическим факторам новые направления и резко повышая интенсивность своего воздействия.

Установлено, что в процессе эволюции живые организмы приспособились к определённому уровню электромагнитного поля, однако, его резкое и значительное повышение (в историческом аспекте) вызывает напряжение адаптационно-компенсаторных возможностей организма, а долговременное действие этого фактора может привести к их истощению, что повлечёт необратимые последствия на системном уровне. Интенсивные электромагнитные поля вызывают у людей нарушение функционального состояния центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы и периферической, крови. Предполагается, что нарушение регуляции физиологических функций организма обусловлено воздействием поля на различные отделы нервной системы. При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит за счет рефлекторного действия поля, а тормозной эффект за счет прямого воздействия поля на структуры головного и спинного мозга.

Необходимость изучения в современной экологии исследуемого вопроса о влиянии электромагнитных полей на организм обусловлена тем, что в течение нескольких последних десятилетий уровень электромагнитного поля (ЭМП) в окружающей среде катастрофически вырос и даже Всемирной Организацией Здравоохранения введен новый термин: «электромагнитное загрязнение среды». К тому же, роль и влияние электромагнитных полей изучены несопоставимо мало по сравнению с той ролью, которую они играют в нашей жизни.

Определений электромагнитного загрязнения много, вот одни из них:

1) электромагнитное загрязнение — это разновидность антропогенного или природного физического загрязнения, возникающего при модификации электромагнитных свойств среды (под действием линий электропередач (ЛЭП) высокого напряжения, работы некоторых промышленных установок, природных явлений — магнитных бурь и др.) [4];

2) электромагнитное загрязнение — форма физического загрязнения. Возникает в результате изменения электромагнитных свойств среды (от ЛЭП, радио, телевидения, работы некоторых промышленных установок и т. п.), приводит к нарушениям работы электромагнитных систем и изменениям в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах. Существует электромагнитные аномалии и т. п. [5];

3) электромагнитное загрязнение — это разновидность физического загрязнения, антропогенного происхождения, возникающего в результате изменения электромагнитных свойств среды.

Как видим, различий в определении этого вида физического загрязнения фактически нет, хотя имеются отдельные аспекты.

Защита организма человека от действия электромагнитных излучений предполагает снижение их интенсивности до уровней, не превышающих предельно допустимые. Защита обеспечивается выбором конкретных методов и средств, с учетом их экономических показателей, простотой и надежностью эксплуатации.

Экранирование — наиболее эффективный способ защиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его поля противоположного направления.

Эритроциты крови традиционно используют в качестве объекта изучения при различных экстремальных воздействиях и дают объективную оценку степени стрессорных повреждений клеточных мембран.

Исходя из актуальности проблемы, целью исследования явилось комплексное изучение влияния магнитного поля на кровь и оценка свойств защитного материала.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи исследования:

1) комплексное исследование влияния магнитного поля, как на кровь крыс, так и человека, оценка свойств магнитнозащитного материала, выявление общих закономерностей;

2) исследование и анализ гемореологических изменений (гематокрита, индекса агрегации эритроцитов, общего белка плазмы крови, гемоглобина), изменений в составе белковых фракций сыворотки крови в присутствии магнитного поля и при воздействии магнитного поля через защитный материал;

3) оценка свойств примененного в работе магнитнозащитного материала.

магнитный гематокрит гемоглобин поле

1. Обзор литературы

1.1 Источники электромагнитных излучений

Электромагнитное поле — это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определённых условиях порождать друг друга. Посредством электромагнитного поля осуществляется взаимодействие между заряженными частицами, характеризующимися напряжённостями (или индукциями) электрического и магнитного полей.

Установлено, что в состав биосферы входят электромагнитные поля естественного и искусственного происхождения. В спектре естественных электромагнитных полей условно выделяют несколько компонентов земного, околоземного и космического происхождения — это постоянное геомагнитное поле Земли, электрическое поле Земли, переменные электромагнитные поля в диапазоне частот от 10^-3 до 10³ Гц — электромагнитное излучение — порождаемое живыми организмами. Источником переменных электромагнитных полей являются атмосферные явления и радиоизлучения Земли, Солнца и галактик. Естественное электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на поверхности; его напряженность обычно от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность поля до десятков, а то и сотен кВ/м.

Поля искусственного происхождения излучаются техническими средствами, созданными человеком. К диапазону излучаемых электромагнитных полей относятся промышленные частоты и весь радиочастотный диапазон. Интенсивность излучения зависит от мощности технических средств, параметров излучателей, удалённости точки наблюдения и т. д. Характерная особенность этого вида излучения — высокая когерентность, т. е. частотная и фазовая стабильность, а также пространственная концентрация электромагнитной энергии. Выделяют радиофон, как суммарный эффект всех излучающих радиосредств земного шара. В настоящее время электромагнитные поля искусственного происхождения стали намного превышать естественный фон.

За последние годы в городах количество разнообразных источников электромагнитных излучений во всем частотном диапазоне резко увеличилось и продолжает стремительно увеличиваться. Это системы сотовой связи, радары ГАИ, новые телеканалы и множество радиовещательных станций. Особую проблему представляет электротехническое оборудование зданий (трансформаторы, кабельные линии и т. д.), которое круглосуточно, непрерывно облучает жилые помещения, в которых и без того находятся холодильники, утюги, пылесосы, электропечи, телевизоры, компьютеры.

1.2 Влияние магнитного поля на биологические объекты

В воздействии МП на живые объекты условно выделяют физическую, физико-химическую и биологическую стадии. При этом механизм действия МП с позиции теории функциональных систем рассматривается с учетом многоуровневой иерархической организации живого организма: ядерно-молекулярной, цитохимической, тканевой, органной, системной, организменной и межличностной.

Физической основой первичного действия МП на живой организм является трансформация электромагнитной энергии поля в механическую энергию заряженных частиц. Влияя на движущиеся в теле электрически заряженные частицы, МП воздействует на физико-химические и биохимические процессы. Тепло, образующееся под влиянием низкочастотного МП внутри тканей, изменяет течение окислительно-восстановительных и ферментативных процессов.

Попытки исследователей объяснить магнитобиологические эффекты привели к появлению гипотез, основанных на ориентационных, магнитогидродинамических, концентрационных, жидкокристаллических, ферромагнитных эффектах. Обилие гипотез о механизмах взаимодействия МП с биологическими объектами, скорее, свидетельствует о том, что эта проблема полностью не решена. Результаты влияния МП рассматриваются как сложные физико-химические процессы:

— изменение К-Na градиента в клетке за счет колебания молекулы воды, белковых молекул и ионов поверхностного слоя мембраны;

— изменение ориентации макромолекул (РНК и ДНК) и влияние на биопроцессы;

— поляризация боковой цепи белковых молекул вследствие разрыва водородных связей;

— влияние на проницаемость клеточных мембран;

— изменение реакции окисления липидов и реакции с переносом электронов в цитохромной системе;

— поглощение энергии биосубстратами за счет полупроводниковых эффектов в ДНК и белках;

— тепловое действие из-за трения колеблющихся ионов;

— индуцирование в тканях ионных токов и резонансное поглощение энергии молекулами тканей.

Влияя на различные уровни функциональных систем организма (тканевый, органный, системный), МП повышает активность ряда ферментов, изменяет скорость кровотока и коллоидно-осмотическое давление в капиллярах, при этом происходит изменение электропроводности в тканях и снижение потребности их в кислороде. Нарушенный баланс обмена веществ, вызывающий боль, отек и приводящий к изменениям кислотности среды и недостатку кислорода в тканях, восстанавливается под воздействием магнитного поля.

В организме человека не обнаружено специальных рецепторных зон, воспринимающих электромагнитные колебания. Установлено, что влияние МП происходит через высшие центры и звенья нервной и гуморальной регуляции.

Воздействие МП на живой организм определяется биотропными параметрами поля (интенсивностью, градиентом, вектором, экспозицией, частотой, формой импульса, локализацией, характером контакта, площадью воздействия). Различия в биотропных параметрах МП и состоянии организма объясняют противоречивые результаты их использования на практике [16,17].

Наиболее чувствительна к воздействию МП нервная система. Несмотря на значительный накопленный экспериментальной медициной и биологией материал о влиянии МП на скорость проведения нервного импульса, единства мнений по данному вопросу нет. Влиянием МП преимущественно на пресинаптическую мембрану нервного волокна и отличием в строении нейромедиатора объясняются различия результатов исследований. По сообщениям авторов, увеличение магнитной индукции и экспозиции ведет к увеличению скорости нервно-мышечного проведения с наблюдаемым полифазным характером регистрируемого ответа.

Имеются сведения о тесной взаимосвязи реакций нервной и гуморальной систем на воздействие МП. Чувствительны к действию МП все эндокринные железы: поджелудочная, щитовидная и половые, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система. Под влиянием МП в структурах гипоталамуса и других высших центрах вегетативной регуляции, обеспечивающих гомеостатическое регулирование функциональных систем организма, отмечается синхронизация работы секреторных клеток, усиление синтеза и выведения нейросекрета из ядер.

Под влиянием МП в крови повышается уровень гормонов щитовидной железы (тироксина и трийодтиронина), что позволяет применять магнитные поля в комплексной терапии при ее гипофункции.

Изменение уровня гормонов, их соотношение, ответная реакция организма на воздействие МП рассматриваются авторами неоднозначно: от проявления компенсаторно-адаптационной реакции организма до стрессовой. В подтверждение компенсаторно-адаптационного характера ответа указывается на отсутствие при этом в крови гиперпродукции плазменных кортикостероидов, характерных для состояния стресса.

Доказано влияние МП на обмен веществ и его регуляцию, однако имеющиеся сведения часто трудно сопоставимы. Эффекты влияния МП на биологические системы, вероятно, зависят от уровня их организации [10], чем и объясняется отсутствие эффекта на модельных физико-химических системах и изолированных мембранах. Вместе с тем сложные биологические системы отвечают на магнитное воздействие изменением ряда структурных показателей. Так, незначительный по энергии информационный сигнал МП благодаря регуляторной системе преобразуется в организме в цепную метаболическую реакцию.

Морфологами, физиологами и клиницистами пристально изучаются вопросы гемодинамических изменений под действием МП на уровне микроциркуляторного русла. Окислительно-восстановительные процессы, протекающие в микроциркуляторном русле, определяют активность транскапиллярного обмена и биологическую активность тканей в целом. Установлено, что под влиянием МП наибольшие изменения возникают в капиллярах и посткапиллярных венулах, происходит увеличение их количества и диаметра, усиливается скорость кровотока в них и сосудистая проницаемость, улучшается сократительная способность сосудистой стенки [22], наблюдается увеличение просвета функционирующих сосудов, а также резервных капилляров, анастомозов и шунтов, отмечено снижение общего периферического сопротивления, улучшение кровоснабжения органов, усиление процессов резорбции. Улучшение перфузии и трофики тканей в результате действия МП проявляется выраженными противоотечным и противовоспалительным эффектами.

В экспериментальных работах по изучению влияния МП на некоторые показатели гомеостаза (форменный состав крови) указывается на снижение концентрации гемоглобина и гематокрита под влиянием ПМП соответственно на 10,4% и 33,16%. Прослеживается зависимость количественных и качественных изменений форменных элементов крови от напряженности МП, экспозиции, кратности воздействия и физиологического состояния организма. Отмечается достоверное увеличение количества эритроцитов и тромбоцитов к 1−3-м суткам, уменьшение к 5-м суткам и восстановление количественного состава форменных элементов к 10−15-м суткам магнитного воздействия.

Под влиянием МП в клетках крови происходит изменение активности АТФ-азы, концентрации ионов на внешней и внутренней поверхностях мембраны, уменьшение мембранного потенциала, вывод К⁺ из митохондрий, что изменяет их свойства и условия функционирования.

Действие МП на систему крови основано на стимуляции компенсаторных возможностей организма. Под его влиянием отмечено улучшение клинического и тромбогенного потенциала крови, что сопровождается уменьшением адгезии и агрегации тромбоцитов, реакции освобождения тромбоцитарных факторов, повышением содержания гепарина, базофильных гранулоцитов крови и ее фибринолитической активности. Действие МП на кровь приводит к повышению кислородной емкости, что в свою очередь нормализует метаболические процессы.

Реакция свертывающей системы крови на магнитное воздействие неспецифична и зависит от параметров МП. В основном отмечен достоверно гипокоагулирующий эффект магнитотерапии с улучшением гемореологических свойств крови и нормализацией плазменного звена гемостаза, однако увеличение длительности воздействия и величины магнитной индукции приводит к состоянию гиперкоагуляции.

Среди эффектов действия МП выявлено замедление гемолиза, снижение концентрации геминовых пигментов в плазме и сыворотке, уменьшение вязкости крови, изменение резистентности эритроцитов. При этом отмечено возрастание рН крови, изменение количества сульфгидрильных групп. Под действием МП происходило изменение оптической плотности сыворотки и плазмы, перераспределение концентрации различных белковых фракций: достоверно возрастало количество a-глобулинов и снижалось количество альбуминов, 0 bи g-глобулинов.

Биологический эффект магнитного поля в условиях многолетнего длительного воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания.

1.3 Электромагнитное излучение, как фактор риска для здоровья человека

Жизнь на Земле возникла, развивалась, и долгое время протекала в условиях относительно слабых электромагнитных полей создаваемых естественными источниками. Являясь постоянно действующим экологическим фактором, эти поля имеют определенное значение в жизнедеятельности всех организмов, в том числе и человека. Однако, за последние 50−60 лет, возник и сформировался новый значимый фактор окружающей среды — ЭМП антропогенного происхождения или электромагнитный смог. Его создают две большие группы искусственных источников:

— изделия, которые специально создавались для излучения электромагнитной энергии: радиои телевизионные вещательные станции, различные системы радиосвязи, мобильные телефоны, радиолокационные установки, физиотерапевтические аппараты, технологические установки в промышленности;

— устройства, предназначенные не для излучения электромагнитной энергии в пространство, а для выполнения какой-то иной задачи, но при работе, которых протекает электрический ток, создающий паразитное излучение ЭМП. В основном это системы передачи и распределения электроэнергии (ЛЭП, трансформаторные подстанции) и приборы, потребляющие ее (электроплиты, электронагреватели, холодильники, телевизоры, осветительные приборы и т. п.). Излучаемые этими устройствами электромагнитные поля вместе с естественными полями Земли и Космоса создают сложную и изменчивую электромагнитную обстановку. В результате суммарная напряженность ЭМП в различных точках земной поверхности увеличилась в миллионы раз по сравнению с естественным фоном. Особенно резко она возросла вблизи ЛЭП, радиои телевизионных станций, средств радиолокации и радиосвязи, различных энергетических и энергоемких установок, городского электротранспорта.

В подавляющем большинстве случаев облучение происходит полями относительно низких уровней. Ниже перечисленные примеры относятся к этому ряду. Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволили определить наиболее чувствительные системы организма человека, — это нервная, иммунная, эндокринная и половая.

С начала 60-х годов в СССР были проведены широкие исследования по изучению здоровья людей, имеющих контакт с ЭМП на производстве. Результаты клинических исследований показали, что длительный контакт с ЭМП в СВЧ диапазоне может привести к развитию заболеваний, клиническую картину которых определяют, прежде всего, изменения функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Было предложено выделить самостоятельное заболевание — радиоволновая болезнь. Работающие с МП и ЭМП, а также население, живущее в зоне действия ЭМП жалуются на раздражительность, нетерпеливость. Через 1−3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на малую эффективность сна и на утомляемость. В 1984 году в Канаде было проведено значительное комплексное исследование возможного неблагоприятного действия электромагнитных полей на здоровье пользователей. Поводом для проведения работы послужили многочисленные жалобы сотрудниц бухгалтерии одного из госпиталей. Для выявления причинных факторов были измерены все виды излучений, был распространен вопросник, касающийся всех видов воздействия на здоровье. В отчете по итогам работы была установлена однозначная связь заболеваемости с одним из ведущих факторов внешнего воздействия — электромагнитным полем, генерируемым компьютером. По обобщенным данным, у работающих за компьютером от 2 до 6 часов в сутки функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в среднем в 4,6 раза чаще, чем в контрольных группах, болезни сердечно-сосудистой системы — в 2 раза больше, болезни верхних дыхательных путей — превышение в 1,9 раза, болезни опорно-двигательного аппарата — в 3,1 раза. С увеличением продолжительности работы на компьютере соотношения здоровых и больных среди пользователей резко возрастает.

Мы окружены миром техники, которая является источником опасных для здоровья электромагнитных полей. Напряженность, например, внутри вагона метро в 1000 раз превышает допустимую норму в 0,2 мкТл. Рак крови, опухоли мозга, гормональные заболевания, дегенеративные процессы центральной нервной системы, ослабление и патология иммунной системы — вот лишь неполный список последствий воздействия патогенных полей. Особенной опасности подвергают себя те, кто находится в напряженных или экологически неблагоприятных условиях, постоянно пользуется услугами сотовой связи, проводит много времени вблизи компьютеров, оргтехники и других источников сильных электромагнитных полей. Рекомендуется и тем, у кого снижен иммунитет или есть изменения обменного характера, поражения локомоторной системы (остеохондрозы, артриты страдающим неврозами, неврастенией, нарушениями мозгового и периферического кровообращения, соматическими и дерматологическими заболеваниями.

По мнению ученых гигиенистов вредными считаются электромагнитные поля напряженностью свыше 0,2 мкТл (микроТеслы).

Таблица 1. Влияние излучений антропогенного происхождения

До сих пор нет однозначного мнения о размерах вреда, причиняемого нашему организму сотовыми телефонами Причин этому много. Пожалуй, главные причины — следующие. Первая — сравнительно небольшой срок существования самой мобильной связи. Вторая — в сотовом бизнесе вращаются большие деньги, что позволяет заинтересованным корпорациям спонсировать получение любого удобного для них ответа на этот вопрос, волнующих многих владельцев радиотелефонов. Тем не менее, все исследователи единодушны — электромагнитные излучения от сотовых телефонов, конечно же, влияют на ткани мозга. Расходятся лишь в оценке степени этого влияния. Тем более что на сегодня невозможно оценить, как скажется это влияние в отдаленной перспективе. Тем не менее, во многих странах, например в Великобритании, министерство образования рекомендует запретить пользоваться мобильными телефонами детям до 16 лет, поскольку ряд проведенных в Великобритании исследований показал, что излучения мобильных телефонов может оказывать вредное воздействие на детей. Достаточно давно доказана британскими учеными и связь между воздействием электромагнитных излучений и возникновением лейкозов у детей.

В результате исследований, в которых приняли участие более 11 тысяч жителей Ирландии, установлено, что даже те люди, которые пользуются мобильными телефонами не более двух минут в день, высказывали жалобы на ощущаемый ими дискомфорт и другие болезненные симптомы. Те же, кто использует мобильные средства связи регулярно, отмечают частые головные боли, проблемы с концентрацией внимания, нарушение работы внутренних органов. Причем частота возникновения этих проблем прямо пропорциональна продолжительности телефонных переговоров. Более того, в наибольшей степени вредному воздействию электромагнитных излучений подвержены молодые люди в возрасте до 30 лет, среди них проявления болезненных симптомов встречаются в три-четыре раза чаще, чем среди более старших возрастных категорий. В Швеции же при заключении договоров страхования страховщики частенько вводят в договора оговорку"… за исключением ущерба, причиненного электромагнитным полем". Национальный институт по изучению рака (США) считает высокочастотное излучение сотовых телефонов фактором риска. Известно, что все, даже слабые электромагнитные излучения оказывают вредное воздействие на человека. Если речь идет о радиотелефоне — прежде всего, это относится к голове, в целом и головному мозгу, в частности многочисленные исследования отмечают учащения таких проблем, как нарушения памяти, болезнь Альцгеймера, различные опухоли (например, опухоли головного мозга).

1.4 Зарубежный и российский опыт нормирования электромагнитных полей (ЭМП)

Если до недавнего времени воздействию гигиенически значимых уровней электромагнитного излучения подвергался ограниченный круг людей и это было в основном связано с их профессиональной деятельностью, то в настоящее время можно говорить о воздействии ЭМИ на все население. В основном повышение уровня ЭМИ связано с ускоряющимися темпами развития средств связи и информатизации, без которых дальнейший научно-технический прогресс стал невозможен. Стала актуальной проблема определения оптимального соотношения последствий научно-технического прогресса и права человека на благоприятную окружающую среду.

На международном уровне основным органом комплексной координации проблемы обеспечения безопасности биосистем в условиях воздействия ЭМП является Всемирная организация здравоохранения. С 1995 года в ВОЗ действует долгосрочная программа WHO EMF Project, основная задача которой является координация соответствующих исследований и обобщение их результатов с целью выработки глобальных оценок и рекомендаций по проблеме биологического действия ЭМП. Начиная с 1998 года программа ВОЗ включает в сферу своих интересов проблему воздействия ЭМП на окружающую среду и элементы экосистем (ICNIRP, 2000).

Важным органом практической реализации обеспечения электромагнитной безопасности является Международная Комиссия по защите от неионизирующих излучений (ICNIRP). Но до настоящего времени ее деятельность направлена, прежде всего, на обеспечение электромагнитной безопасности человека.

По отдельным направлениям проблемы ВОЗ сотрудничает с другими международными организациями — Международным агентством по изучению рака, Международной электротехнической комиссией, Международным радиотехническим союзом и другими. Вопросы регулирования загрязнения окружающей среды электромагнитным полем и контролем источников обычно решают профильные государственные учреждения, ведающие связью, телекоммуникациями, энергетикой и природоохранные организации. Так в США это Агентство по охране окружающей среды (US Environment Protection Agency), в Германии — Министерство по охране окружающей среды и ядерной безопасности (Bundes ministerium f u r Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, www.bmu.de), в Нидерландах Министерство строительства, территориального планирования и охраны окружающей среды (Department of Housing, Spatial Planning and the Environment) и др.

Отдельными вопросами регулирования уровня ЭМП в окружающей среде занимаются органы по ионизирующим излучениям (специальный департамент в системе Агентства по охране окружающей среды США (US Environment Protection Agency), Национальный совет по радиационной защите Великобритании (National Radiological Protection Board), Департамент по радиационной защите Швеции (Swedish Radiation Protection Authority), Федеральное агентство по радиационной защите Германии (German Federal Office for Radiation Protection, www.bfs.de).

Во многих странах имеются долгосрочные международные и национальные программы по оценке опасности ЭМП для населения. Например, Международный проект ВОЗ «ЭМП и здоровье», программа ЕС COST, Национальная программа исследований США электрических и магнитных полей и распространения общественной информации (EMF RAPID). Свои программы также имеют: Швеция, Финляндия, Франция, Великобритания, Австралия, Япония, Германия, Дания, Канада.

Однако необходимо подчеркнуть, что основной целью большинства проводимых научно-исследовательских программ является оценка последствий и опасности влияния ЭМП разных источников применительно к человеку. Исследования по оценке влияния ЭМП на окружающую среду если и проводились, то прежде всего, с целью экологической легализации различных устройств-источников ЭМП. Например, Программа экологического мониторинга США 1982;1993 (Ecological Monitoring program), которая проводилась Военно-морским флотом США, где изучалось влияние телекоммуникационной системы, работающей в КНЧ диапазоне на биоту и экологические взаимоотношения видов. Изучались физиологические, экологические параметры наземных, водных экосистем. В рамках программы исследований High frequency Active Auroral research program (HAARP) изучалась экологическая опасность системы наблюдения за атмосферными и космическими процессами; Программа Ground Based Radar program проводилась с целью изучения биологической активности сети радаров военного назначения (ICNIRP, 2000).

Широкомасштабные исследования были проведены в США для изучения влияния на экосистемы различных радиопередающих установок, таких как: The Next Generation Weather Radar system (NEXRAD), включающей 175 высокоэнергетических радаров; Ground Wave Emergency Network (GWEN) system аварийной системы коммуникации ВСС США; Electromagnetic pulse radiation environment simulator for ships (EMPRESS II) — системы, предназначенной для усиления электромагнитного импульса при внеатмосферном ядерном взрыве. Все эти исследования проводились на стадии экологической оценки проектов и установок с целью подготовки экологического паспорта.

Результаты всех этих исследований не были использованы для разработки нормативов по ЭМП для окружающей среды. Этот вопрос в международном научном сообществе стал подниматься сравнительно недавно. В настоящее время идет накопление, обобщение и критическая оценка теоретического и экспериментального материала, формирование подходов и разработка критериев экологического нормирования.

В Российской Федерации (и бывшем СССР) в качестве основного критерия санитарно-эпидемиологического нормирования воздействия ЭМП в принято положение, в соответствии с которым безопасным для человека считается ЭМП такой интенсивности, нахождение в котором не приводит к даже временному нарушению гомеостаза (включая репродуктивную функцию), а также к напряжению защитных и адаптационно-компенсаторных механизмов ни в ближайшем, ни в отдаленном периоде времени.

Национальные системы стандартов являются основой для реализации принципов электромагнитной безопасности. Как правило, системы стандартов включают в себя нормативы, ограничивающие уровни электрических полей, магнитных полей и электромагнитных полей различных частотных диапазонов путем введения предельно допустимых уровней воздействия для различных условий облучения и различных контингентов.

В России система стандартов по электромагнитной безопасности складывается из Государственных стандартов и Санитарных правил и норм. Это взаимосвязанные документы, являющиеся обязательными для исполнения на всей территории России. В РФ национальным научно-координационным органом в области электромагнитной безопасности является Российский национальный комитет по защите от неионизирующих излучений, который проводит оценку состояния знаний о влиянии неионизирующего излучения на здоровье и благополучие человека, составляет научно-обоснованные рекомендации по снижению облучения ЭМП.

Таблица 2. Государственные стандарты РФ в области электромагнитной безопасности

Санитарные правила и нормы регламентируют гигиенические требования более подробно и в более конкретных ситуациях облучения. Как правило, санитарные нормы сопровождаются Методическими указаниями по проведению контроля электромагнитной обстановки и проведению защитных мероприятий.

В зависимости от отношения подвергающегося воздействию ЭМП человека к источнику излучения в условиях производства в стандартах России различаются два вида воздействия: профессиональное и непрофессиональное. Для условий профессионального воздействия характерно многообразие режимов генерации и вариантов воздействия. ПДУ для профессионального и непрофессионального воздействия различны.

Перечень Санитарных правилам и Норм РФ для различных категорий приведен в Табл. 3 и 4:

Таблица 3. Санитарные нормы и правила для условий профессионального облучения электромагнитными полями

Таблица 4. Санитарные нормы и правила для условий непрофессионального облучения (население)

В основе установления ПДУ лежит принцип пороговости вредного действия ЭМП. В качестве ПДУ ЭМП принимаются такие значения, которые при ежедневном облучении в свойственном для данного источника излучения режимах не вызывает у населения без ограничения пола и возраста заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в период облучения или в отдаленные сроки после его прекращения.

В зависимости от места нахождения человека относительно источника ЭМП он может подвергаться воздействию электрической или магнитной составляющей поля или их сочетанию, а в случае пребывания в волновой зоне — воздействию сформированной электромагнитной волны. По этому признаку определяется необходимый критерий контроля безопасности.

В части требований ГОСТов и СанПиН по проведению контроля записано, что контроль уровней ЭП осуществляется по значению напряженности ЭП. Контроль уровней МП осуществляется по значению напряженности МП или значению магнитной индукции. В зоне сформировавшейся волны контроль осуществляется по плотности потока энергии.

В России установлены самые жесткие в мире предельно допустимые уровни облучения населения электромагнитными полями. Система Санитарно-гигиенического нормирования ПДУ ЭМП для населения в России исходит из принципа введения ограничений для конкретных случаев облучения.

Рассматривая введенные гигиенические нормативы, необходимо отметить, что в России в качестве предельно допустимого принимается уровень воздействия ЭМИ, который не вызывает у человека даже временного нарушения функций организма (включая репродуктивную), а также напряжения защитных механизмов ни в ближайшем, ни в отдаленном времени. При этом в качестве предельно допустимого уровня принимается дробная величина от уровня ЭМИ, способного вызвать какие-либо изменения состояния организма человека. За рубежом при определении предельно допустимого уровня исходят из значений ЭМИ, воздействие которых способно вызвать доказуемо опасные последствия. Иными словами, российские нормативы можно считать более гуманными. Поэтому в настоящее время все большее количество зарубежных специалистов поддерживают российские принципы гигиенического нормирования. Во всем мире намечается сближение стандартов разных стран в области электромагнитной безопасности.

Вместе с тем, существующая система санитарно-эпидемиологического нормирования ЭМП в Российской Федерации имеет существенные недостатки. Так, например, отсутствуют ПДУ, регламентирующие воздействие магнитной составляющей ЭМП во всем рассматриваемом частотном диапазоне (0−300 ГГц) для условий непрофессионального воздействия, прежде всего магнитного поля промышленной частоты 50 Гц. Необходимо создание ПДУ для квазистатического и низкочастотного (до 30 Гц) ЭМП, создаваемого транспортом на электротяге, медицинским оборудованием и т. п., а также для ЭМП в диапазоне частот 50 Гц — 10 кГц. Кроме того, в имеющихся на сегодняшний день нормативах не рассматривается модифицирующее влияние модуляции ЭМП, в том числе импульсного воздействия, а также других факторов окружающей среды (физических и химических).

При этом полное или частичное заимствование ПДУ (менее жестких по сравнению с российскими), содержащихся в стандартах по электромагнитной безопасности зарубежных стран и международных организаций, например, Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), в настоящее время не представляется возможным из-за принципиальных отличий в философии санитарно-эпидемиологического нормирования в России и за рубежом.

В настоящее время из-за увеличения электромагнитного загрязнения, появления новых видов источников ЭМП и их широкого распространения возникла необходимость регламентации воздействия ЭМП на окружающую среду. К источникам ЭМП гигиенически значимого уровня (потенциально биологически опасным) относятся:

1) электропередачи постоянного тока;

2) устройства постоянного тока;

3) ускорители частиц (синхрофазотроны и т. п.);

4) воздушные линии и переменного тока высокого и сверхвысокого напряжения 6−1150 кВ;

5) открытые распределительные переменного тока высокого и сверхвысокого напряжения 6−1150 кВ;

6) трансформаторные подстанции (ТП);

7) кабельные линии;

8) система электроснабжения зданий напряжением 0,4 кВ;

9) телевизионные станции;

10) радиовещательные станции различных частотных диапазонов объекты радионавигации,

11) радиолокационные станции;

12) наземные станции космической связи;

13) радиорелейные станции;

14) базовые станции систем подвижной радиосвязи, прежде всего сотовой;

15) сотовые, спутниковые и бесшнуровые радиотелефоны, персональные радиостанции;

16) полигоны для испытаний передающих радиотехнических устройств;

17) промышленное электрооборудование и технологические процессы — станки, индукционные печи, сварочные агрегаты, станции катодной защиты, гальванопластика, сушка диэлектрических материалов, и т. п.;

18) медицинское диагностическое, терапевтическое и хирургическое оборудование;

19) транспорт на электрической тяге — трамваи, троллейбусы, поезда метро и т. п., — и его инфраструктура;

20) персональные компьютеры и видеодисплейные терминалы, игровые автоматы;

21) бытовые электроприборы — холодильники, стиральные машины, кондиционеры воздуха, фены, электробритвы, телевизоры, фотои кинотехника и т. п.;

22) СВЧ печи.

2 Материалы и методы исследования

2.1 Выбор объекта исследования

Воздействие электромагнитных и магнитных полей на организм человека и животных приводит к серьёзным нарушениям в жизнедеятельности различных органов и ведёт к ухудшению здоровья различной степени тяжести. Кровь, это та организменная среда, которая в наибольшей степени подвержена влиянию негативных факторов внешней среды.

Кровь — это соединительная ткань, клетки которой циркулируют в замкнутой системе кровеносных сосудов. Она состоит из твердых элементов: красных (эритроцитов), белых (лейкоцитов), кровяных клеток и тромбоцитов, взвешенных в жидкой среде, называемой плазмой. Кровь обладает способностью свертываться (коагулировать). Остающаяся при этом жидкая фаза называется сывороткой. Эритроциты крови традиционно используют в качестве объекта изучения при различных экстремальных воздействиях и дают объективную оценку степени стрессорных повреждений клеточных мембран.

Плазма крови человека содержит более чем 100 индивидуальных белков. Общее содержание белка составляет 6,5−8%. 90% общего белка составляет альбумин, иммуноглобулин, липопротеины, фибриноген, трансферин.

Состав крови нормального здорового организма довольно постоянен, это поддерживается регуляторными системами, однако воздействие внутренних или внешних факторов сказывается на протекании обменных процессов и на состав крови в целом, приводя к их изменению. Анализ белкового состава и реологических показателей помогают понять, в чём состоит влияние фактора на организм, и позволяют судить о том, на какие химические реакции обмена веществ он влияет [46,47].

Во избежание неблагоприятного влияния фактора на организм необходимо важное место уделять вопросу о защите. В настоящее время арсенал эффективных средств защиты от электромагнитных излучений не достаточен.

Таким образом, объектом исследования в данной работе были выбраны гемореологические показатели и белки сыворотки крови, а также свойства магнитнитозащитного материала.

2.2 Экспериментальная модель

Комплексное исследование влияния магнитного поля на кровь и оценка свойств защитного материала включала в себя ряд методик, разработанных сотрудниками Ярославского государственного университета П. Г. Демидова, У, Ярославского государственного педагогического университета им К. Д. Ушинского и Ярославского государственного технического университета.

Первый этап заключался в исследовании и анализе влияния МП на гемореологические показатели крови крыс, и оценку свойств магнитозащитного материала.

Исследование было проведено на 12 половозрелых белых беспородных крысах — самцах массой 280 — 330 г. Все крысы находились в одинаковых условиях содержания и кормления. С животными работали в соответствии с «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных».

Моделирование магнитного поля осуществляли путем помещения образца крови (0,5 мл) в магнит напряженностью 200 мTл в течение 10 минут при температуре +37⁰ С. Объем пробы не превышал 4% от объема циркулирующей крови, а масса ее составляла не более 0,3% массы тела.

Моделирование воздействия магнитного поля через защитный материал осуществляли путем помещения образца крови (0,5 мл) в специально изготовленную установку (Приложение 1) на 10 минут при температуре +37⁰С.

Забор крови производили из хвостовой вены. Объем каждой пробы составлял 1 мл. Кровь от одного и того же животного делили на две равные пробы по 0,5 мл, одна из которых являлась контрольной, а другая опытной.

В качестве стабилизатора использовали гепарин в микродозах. Он является естественным антикоагулянтом и при добавлении не более чем 1 мл на 3 мл крови не влияет на реологические показатели.

Поскольку крысы относятся к тому же классу млекопитающих, что и человек, то данные, полученные в результате исследования, могут быть в некоторой степени перенесены и на человека.

На следующем этапе исследования были рассмотрены эффекты влияния магнитного поля на распределение белковых фракций сыворотки крови человека и оценка свойств защитного материала.

Первый эксперимент проводился на сыворотке крови человека. У трех доноров было отобрано по 10 мл крови и проведен электрофорез сыворотки крови. Мероприятия по отбору крови проводились в рамках Дня донора.

Сыворотка была получена центрифугированием взятых образцов крови и разделена на три пробы по 3 мл в каждую. Первая контрольная (т.е. находилась вне магнитного поля), вторая и третья находилась в магнитном поле напряженностью 200 мТл, причем третья была вставлена в футляр из магнитозащитного материала. Через 1 час образцы крови подверглись электрофорезу. Электрофоретическое исследование в диагностическом отношении более информативно, чем определение только общего белка, к тому же позволяет «одним взглядом» оценить общую картину белкового спектра и получить значимую информацию о происходящих изменениях. По результатам электрофореза были рассчитаны индексы ОЭП для белковых фракций каждой пробы (Приложение 4).

Второй эксперимент был поставлен для раствора яичного альбумина. Данный опыт проводился с целью анализа распределения только одной белковой фракции — альбумина, так называемый «чистый» опыт.

Раствор яичного альбумина был помещен в 4 пробы по 3 мл в каждую. Первая — контрольная, вне магнитного поля, вторая — в присутствии магнитного поля, третья проба подвергалась влиянию магнитного поля в присутствии защитного материала, четвертая выдерживалась в течение часа в магнитном поле, а затем помещалась в защитный материал на 60 минут. С помощью введения в эксперимент 4 пробы мы хотели выяснить, обладает ли используемый защитный материал магнитонейтрализующими свойствами. Далее, после экспозиции образцов в один час в магнитном поле напряженностью 200 мТл, проводился электрофорез в ПААГе. По результатам электрофореза были рассчитаны индексы ОЭП альбуминовой фракции для всех проб (Приложение 6).

Полученные данные в ходе всех проведённых исследований были проанализированы. Статистическая обработка проводилась с помощью программы Microsoft Exel. По результатам эксперимента были сделаны выводы.

2.3 Характеристика защитного материала

Используемый в исследовании железосодержащий защитный материал является продуктом переработки гальваношламов — образованных при очистке сточных вод гальванических производств.

Таблица 5. Состав защитного материала

Данный защитный материал был разработан и получен в Ярославском Техническом Университете на кафедре охраны труда и природной среды.

2.4 Методы исследования

2.4.1 Методы определения макро и микрореологических параметров крови

Для определения гемореологических параметров использовали микрометоды. Опытную пробирку помещали в магнитное поле напряженностью 100 mT на 10 минут.

Оценка показателей гематокрита определена путем центрифугирования крови в микрокапилярах в течение 30 мин. При 3000 об/мин.

Количество гемоглобина определяли гимиглобинцианидным методом на спектрофотометре при длине волны 540 нм.

Индекс агрегации рассчитывали по отношению числа агрегатов к количеству неагрегированных эритроцитов при исследовании в камере Горяева.

Деформируемость эритроцитов определяли по скорости фильтрации суспензии эритроцитов в физиологическом растворе с геамтокритным показателем — 2% через фильтр фирмы ВЛАДИПОР (Владимир) с диаметром пор 2 — 4,5 мк. Статистическая обработка данных производилась с помощью компьютерных программ.

Определение объемного соотношения плазмы и форменных элементов с помощью центрифугирования

Принцип. В основе работы центрифуги используется центробежная сила, развивающаяся при быстром вращении.

Подготовка к работе.

Центрифуга состоит из корпуса со съемной стеклянной крышкой. В центре под крышкой находятся ячейки, в которые помещаются микрокапилляры.

Ход определения.

Кровь набирают в микрокапилляр, который закрепляют в ячейке центрифуги. В микрокапилляр не должны попадать пузырьки воздуха. Закрывают крышку и начинают центрифугирование в течение 30 минут при 3000 об/мин, затем, открывают крышку и вынимают микрокапилляр. Форменные элементы располагаются внизу микрокапилляра, а плазма — вверху. С помощью линейки вычисляют соотношение между объемами плазмы и форменных элементов. Результаты выражаются в процентном соотношении.

Определение концентрации гемоглобина в крови с помощью спектрофотометра

Прибор состоит из осветителя, монохроматора, кюветного отделения, приемно-усилительного блока и микропроцессорной системы.

Принцип. В основу работы спектрофотометра положен принцип измерения отношения двух световых потоков: потока, прошедшего через исследуемый образец, и потока, падающего на исследуемый образец.

Подготовка к работе.

Включить спектрофотометр. Прогреть не менее 30 мин. Установить держатель от одного до трех исследуемых образцов, в четвертую позицию держателя может быть установлен контрольный образец. Установить держатель на каретку в кюветном отделении.