Электромагнитные излучения: диапазоны, биологическое воздействие, нормирование.

Большую часть спектра неионизирующих электромагнитных излучений (ЭМИ) составляют радиоволны (3 Гц...3000 ГГц), меньшую часть — колебания оптического диапазона (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое излучение). В зависимости от частоты падающего электромагнитного излучения ткани организмов проявляют различные электрические свойства и ведут себя как проводник или как диэлектрик.

С учетом радиофизических характеристик условно выделяют пять диапазонов частот: от единиц до нескольких тысяч герц, от нескольких тысяч до 30 МГц, 30 МГц...10 ГГц, 10...200 ГГц и 200...3000 ГГц.

Действующим началом колебаний первого диапазона являются протекающие токи соответствующей частоты через тело как хороший проводник; для второго диапазона характерно быстрое убывание с уменьшением частоты поглощения энергии, а следовательно, и поглощенной мощности; особенностью третьего диапазона является «резонансное» поглощение. У человека такой характер поглощения возникает при действии ЭМИ с частотой, близкой к 70 МГц; для четвертого и пятого диапазонов характерно максимальное поглощение энергии поверхностными тканями, преимущественно кожей.

В целом по всему спектру поглощение энергии ЭМИ зависит от частоты колебаний, электрических и магнитных свойств среды. При одинаковых значениях напряженности поля коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды примерно в 60 раз выше, чем в тканях с низким содержанием. С увеличением длины волны глубина проникновения электромагнитных волн возрастает; различие диэлектрических свойств тканей приводит к неравномерности их нагрева, возникновению макро- и микротепловых эффектов со значительным перепадом температур.

В зависимости от места и условий воздействия ЭМИ различают четыре вида облучения: профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и облучение, осуществляемое в лечебных целях, а по характеру облучения — общее и местное.

Степень и характер воздействия ЭМИ на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размером облучаемой поверхности, индивидуальными особенностями организма, наличием сопутствующих факторов (повышенная температура окружающего воздуха, свыше 28°С, наличие рентгеновского излучения). Наряду с интенсивностно-временными параметрами воздействия имеют значение режимы модуляции (амплитудный, частотный или смешанный) и условия облучения. Установлено, что относительная биологическая активность импульсных излучений выше непрерывных.

Биологические эффекты от воздействия ЭМИ могут проявляться в различной форме: от незначительных функциональных сдвигов до нарушений, свидетельствующих о развитии явной патологии. Следствием поглощения энергии ЭМИ является тепловой эффект. Избыточная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции; начиная с определенного предела организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов и температура их может повышаться. Воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте), причем развитие катаракты является одним из немногих специфических поражений, вызываемых ЭМИ радиочастот в диапазоне 300 МГц...300 ГГц при плотности потока энергии (ППЭ) свыше 10 мВт/см2. Помимо катаракты при воздействии ЭМИ возможны ожоги роговицы.

Для длительного действия ЭМИ различных диапазонов длин волн при умеренной интенсивности (выше ПДУ) характерным считают развитие функциональных расстройств в ЦНС с нерезко выраженными сдвигами эндокринно-обменных процессов и состава крови. В связи с этим могут появиться головные боли, повышение или понижение давления, урежение пульса, изменение проводимости в сердечной мышце, нервно-психические расстройства, быстрое развитие утомления. Возможны трофические нарушения: выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдаются изменения возбудимости обонятельного, зрительного и вестибулярного анализаторов. На ранней стадии изменения носят обратимый характер, при продолжающемся воздействии ЭМИ происходит стойкое снижение работоспособности.

В пределах радиоволнового диапазона доказана наибольшая биологическая активность микроволнового СВЧ-поля в сравнении с ВЧ и УВЧ.

Острые нарушения при воздействии ЭМИ (аварийные ситуации) сопровождаются сердечно-сосудистыми расстройствами с обмороками, резким учащением пульса и снижением артериального давления. В последнее время особое беспокойство у специалистов в области электромагнитной безопасности человека вызывают сотовые телефоны и компьютеры, а также разнообразные радиоэлектронные и электрические изделия, широко используемые в быту: телевизоры, игровые приставки, микроволновые печи, электроплиты, электрочайники, холодильники, электроутюги, электрофены, электробритвы, электромассажеры, электрогрелки, электроодеяла, отопительные электрорадиаторы и другая бытовая техника.

Согласно определению стресса как общего адаптационного синдрома, вызывающего  неспецифические реакции организма, ЭМИ, безусловно, могут быть определены как стрессирующий фактор. Уже при уровнях, превышающих фоновые, но не достигающих ПДУ для соответствующего диапазона частот, отмечаются значимые функциональные изменения состояния сердечно-сосудистой и нервной систем, гематологических, иммуноцитохимических показателей, свидетельствующие об адаптационно-компенсаторных процессах в организме, что является проявлением реакции напряжения. Субъективно человеком отмечаются повышенная раздражительность, утомляемость, головные боли, расстройства сна, памяти.

Систематическое воздействие на человека ЭМИ с уровнями, превышающими ПДУ, приводит к развитию явлений дезадаптации, что проявляется в виде серьезных изменений в состоянии его здоровья, которые, однако, не имеют специфического характера.

В первую очередь страдают центральная нервная, эндокринная и иммунная системы.

В настоящее время имеются данные, свидетельствующие о том, что ЭМИ следует рассматривать как один из факторов риска в развитии раннего атеросклероза, гипертонической болезни, ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда, синдрома депрессии таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, прогрессирующая мышечная атрофия.

Нормирование. Нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона проводится по ГОСТ 12.1.006-84, СанПиН 2.2.4.1191-03 для производственной среды и СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 для условий окружающей среды. В основу гигиенического нормирования положен принцип действующей дозы, учитывающей энергетическую.

Согласно ГОСТ 12.1.006-84, напряженность ЭМП в диапазоне частот 60 кГц — 300 МГц на рабочих местах персонала в течение рабочего дня не должна превышать установленных предельно допустимых уровней (ПДУ) по электрической составляющей, В/м:

50 — для частот от 60 кГц до 3 МГц;

20 — для частот свыше 3 МГц до 30 МГц;

10 — для частот свыше 30 МГц до 50 МГц;

5 — для частот свыше 50 МГц и до 300 МГ2;

по магнитной составляющей, А/М.:

5 — для частот от 60 кГц до 1,5 МГц;

0,3 — для частот от 30 МГц до 50 МГц.

В диапазоне частот 60 кГц...300 МГц интенсивность электромагнитного поля выражается предельно допустимой напряженностью Епд электрического и Нпд магнитного полей. Помимо напряженности нормируемым значением является предельно допустимая энергетическая экспозиция электрического ЭЭ и магнитного полей ЭЭН. Энергетическая нагрузка, создаваемая электрическим полем, равна ЭЭЕ= Е2Т, магнитным — ЭЭН= Н2Т (где Т— время воздействия, ч).

Предельно допустимые значения Е и Н в диапазоне частот 60 кГц...300 МГц на рабочих местах персонала устанавливают, исходя из допустимой энергетической экспозиции и времени воздействия, и могут быть определены по следующим формулам:

где ЭЭЕпд и ЭЭНпд — предельно допустимые значения энергетической экспозиции в течение рабочего дня, (В/м2) ч и (А/м)2 ч (табл. 7).

Таблица 7

. Максимальные значения Епд , Нпд , ЭЭЕпд  , ЭЭНпд

В диапазоне частот 300 МГц...300 ГГц интенсивность ЭМИ характеризуется плотностью потока энергии (ППЭ); энергетическая экспозиция представляет собой произведение плотности потока энергии поля на время его воздействия ЭЭППЭ= ППЭ Т.

Предельно допустимые значения ППЭ электромагнитного поля

ППЭпд = k ЭЭППЭпд/ Т

где k — коэффициент ослабления биологической эффективности, равный: 1 — для всех случаев воздействия, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн; 10 — для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн; 12,5 — для случаев локального облучения кистей рук (при этом уровни воздействия на другие части тела не должны превышать 10 мкВт/см2); ЭЭППЭпд — предельно допустимая энергетическая экспозиция, равная 2 Вт • ч/м; Т — время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Во всех случаях максимальное значение ППЭпд не должно превышать 10 Вт/м2, а при локальном облучении кистей рук —50 Вт/м.