Виды и масштабы электромагнитного загрязнения окружающей среды

Комплекс отрицательных  ЭМП является непосредственной причиной множества заболеваний. Человеческий организм чутко отзывается на волновую нагрузку сначала снижением работоспособности, ослаблением внимания, эмоциональной  неустойчивостью, а затем лавиной  заболеваний нервной и сердечно-сосудистой систем, большинства внутренних органов и особенно почек и печени.

На основании данных литературы можно утверждать, что ЭМП оказывает  неблагоприятное влияние на организм и при определенных условиях может  послужить предпосылкой к формированию патологических состояний среди  населения, подвергающегося хроническому воздействию этого излучения. ЭМП  приводит к развитию синдрома старения организма, признаками которого являются снижение работоспособности и иммунитета, наличие многих заболеваний, раннее нарушение уровня холестерина, угнетение  функции репродуктивной системы, развитие возрастной патологии в ранние годы (гипертоническая болезнь, церебральный атеросклероз). Сроки возникновения нарушений в организме при облучении ЭМП зависят от многих факторов: частотного диапазона, продолжительности воздействия (стажа работы), локализации облучения (общее или местное), характера ЭМП (модулированное, непрерывное, прерывистое) и других. При этом существенную роль играют индивидуальные особенности организма. Экспериментально доказано, что воздействие модулированных ЭМП может вызвать эффекты, противоположные эффектам немодулированных ЭМП. Использование в эксперименте ЭМП импульсной генерации дает возможность получать более выраженный биологический эффект, чем при непрерывном облучении. О большой биологической активности импульсных излучений свидетельствует также большая к ним чувствительность холинергических систем мозга.

В последние годы было убедительно  доказано, что нарушения функций  организма под действием СВЧ  излучений происходят не только вследствие образования избыточного тепла  в тканях. Следовательно, биофизические  механизмы воздействия ЭМП на биологические системы нельзя свести к двум рассмотренным выше: перегреванию в высокочастотных полях и  возбуждению — в низкочастотных. Сейчас внимание исследователей биологических  эффектов электромагнитных излучений  сосредоточено на третьем механизме. Его называют специфическим. Наиболее характерная особенность специфического действия ЭМП на организм состоит  в том, что биологические системы  реагируют на излучение крайне низкой интенсивности, недостаточной для возбуждения и нагревания, но такие реакции возникают не во всем диапазоне ЭМВ, а на определенных частотах. Поэтому третий тип реакций биологических систем на ЭМП имеет еще и такие названия, как резонансные и слабые взаимодействия, частотнозависимые биологические эффекты ЭМП.

ЧАСТОТНОЗАВИСИМЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ  ЭФФЕКТЫ  ЭМП

Частотнозависимые биологические эффекты ЭМП, описанные на сегодняшний день, немногочисленны и вместе с тем разнообразны, что затрудняет их классификацию.

Под действием СВЧ излучений  некоторые бактерии (например, кишечная палочка) синтезируют своеобразный белок—колицин, обладающий антигенными свойствами для бактерий других штаммов. Это наблюдается только на определенных частотах (от 45,6 до 46,1 ГГц) при довольно низкой интенсивности поля (вплоть до 0,1 Вт-м-²), хотя синтез колицина происходит и под влиянием других факторов. Образование нового белка принято объяснять избирательным действием таких факторов, в том числе ЭМВ определенных частот, на генетический аппарат клетки. Авторы этой гипотезы полагают, что среди процессов хранения и передачи генетической информации изменяются не репликация и транскрипция, а трансляция. Вероятно, СВЧ излучение может нарушить нормальную последовательность нуклеотидов в матричной РНК, следствием чего явится продукция необычных для клетки макромолекул, которые не способны обеспечить полноценное отправление соответствующих функций. Синтез «неполноценных» белков отражается в первую очередь на тех субстратах, которые активно обновляются (например, ферменты). С такими нарушениями связывают изменения уровня обменных процессов и физиологической активности животных, наблюдавшиеся рядом исследователей.

Данные о влиянии ЭМВ  на генетический аппарат клеток малочисленны, противоречивы и фрагментарны. Так, гамма-глобулин человека теряет антигенные свойства при действии на кровь электромагнитных излучений частотой 13,1 — 13,3—13,9 — 14,4 МГц. ЭМП других частот не приводят к подобному эффекту. Вместе с  тем его можно объяснить без  привлечения гипотезы о действии ЭМВ на генетический аппарат. Существует предположение о возможности  взаимодействия внешних ЭМП с компонентами плазматической мембраны клетки. Так объясняют усиление выхода ионов кальция из тканей мозга, подвергнутого облучению ЭМВ низкой частоты (18). Это явление возникает только на определенных частотах (6— 16 Гц). Особенно эффективно применение не гармонических колебаний низкой частоты, а УВЧ полей, модулированных низкими частотами (при глубине модуляции 80—90%).

В основе кальциевой гипотезы лежат сведения о структуре плазмолеммы. Многие молекулы, входящие в ее состав, имеют конечные цепочки аминосахаров выступающие в примембранное пространство. Они образуют па поверхности клеточной мембраны многочисленные участки неподвижных отрицательных зарядов, обладающих сильным сродством к Н- и Са^2 + . Эти катионы адсорбируются плазмолеммой из межклеточной среды. Вероятно, катионы, фиксированные полианионным слоем плазмолеммы нервной клетки, могут обеспечить се взаимодействие со слабыми ЭМП. Энергия таких полей недостаточна для изменения ионной проницаемости возбудимой мембраны (то есть для активации потенциалзависимых ионных каналов в ней), но этой энергии может хватить для нарушения электростатической связи катионов с мембранными аминосахарами. В результате катионы покидают поверхность плазмолеммы и в межклеточной среде создается их избыток. Согласно кальциевой гипотезе, это относится, прежде всего, к ионам кальция. Резкое повышение градиента Са²⁺ на плазматических мембранах нейронов ЦНС может вызвать возбуждение, поскольку нервные клетки возбуждаются входящим кальциевым током через плазмолемму, покрывающую их тела.

Помимо ионной, рассматриваются  также мембранная и дипольная  теории взаимодействия ЭМП с микроструктурами, в рамках которых преобразование энергии ЭМП в кинетическую энергию  молекул также связано с представлениями  о флуктуационно-вероятностном влиянии, реализующемся через триггерные усилительные механизмы живой системы.

Специфическое действие ЭМИ  объясняют нелинейным характером влияния  поля на микроструктуры. Механизм действия СВЧ заключается в изменении  мембранной проницаемости клетки, что  приводит к изменению функции  нуклеотидциклазной системы, влияющей на активность окислительно-восстановительных ферментов. Продукты метаболизма гуморальным путем вызывают изменения физиологического состояния. Некоторыми авторами высказываются предположения о существовании у животных и человека специфических рецепторов для восприятия ЭМП.

А. С. Пресман предложил новый теоретический подход к проблеме биологической активности ЭМП, считая, что ее следует разрешать как на основе концепции энергетического взаимодействия поля и организма, так и с позиций теории информации. Электромагнитные излучения определенных (резонансных) частот способны, по мнению А. С. Пресмана, выполнять роль сигналов, то есть управлять выделением свободной энергии биологической системы, не внося в эту систему значительной энергии извне. Критерием информационного воздействия ЭМП является преобладание энергии ответных реакций организма (изменений метаболизма и физиологической активности) над энергией внешнего поля, которое их вызвало. Энергетические эффекты ЭМП характеризуются тем, что энергия ответных реакций биологической системы меньше энергии, привносимой в нее полем.

Биологические эффекты слабых ЭМП определяются высокой избирательной  чувствительностью к ним (в узком  спектральном диапазоне) того или иного  типа клеток. По-видимому, наибольшей восприимчивостью к слабым полям обладают нейроны. Специализированные электрорецепторы обнаружены у немногих представителей животного мира. У человека их не нашли. Однако отсутствие как электрорецепторов, так и специфических «электрических» ощущений не свидетельствует о невозможности восприятия человеком слабых ЭМП. Одним из механизмов избирательной чувствительности нейронов головного мозга к низкочастотному излучению может служить взаимодействие их с катионами (например Са²⁺ — согласно кальциевой гипотезе), когда они десорбируются с плазматических мембран, которые их прежде связывали.

По аналогии с принципом  работы усилителя (слабый сигнал на входе  управляет перераспределением значительной энергии на выходе) механизмы реагирования биологических систем на слабые ЭМП определяются как усилительные (или кооперативные). Роль пускового сигнала для некоторых биологических систем способны, вероятно, выполнять слабые ЭМП определенных частот. Они могут взаимодействовать как с зарядами, фиксированными на клеточной мембране, так, по-видимому, и с внутриклеточными субстратами, вплоть до генетического аппарата клетки. Однако высокий градиент электрического потенциала, существующий на плазмолемме, затрудняет воздействие ЭМП на внутриклеточные системы. При некоторых патологических состояниях уровень мембранного потенциала понижается, что может привести к большей уязвимости внутриклеточных процессов для внешних полей. Этим, вероятно, обусловлена повышенная чувствительность больных к атмосферным явлениям.

Исследования последних  десятилетий убедительно подтвердили  информационную роль и значение для  биологических систем сверхслабых  ЭМП, в том числе в диапазоне  СНЧ при определенных законах  их модуляции.

Развитие идеи о том, что  электроны и ЭМП как более  лабильные, чем молекулы (элементы живой  материи) несут энергию, заряды и  информацию, являясь своего рода горючим  для жизненных процессов, привело  многих авторов к мысли о существовании  в организме системы поддержания  биоэлектрического гомеостаза, обеспечивающей нормальное физиологическое состояние  клеток. Предположение о том, что в организме существует механизм центральной регуляции физиологических процессов, согласованный с периодически изменяющимися параметрами электрических и магнитных полей Земли и предназначенный для защиты от помех со стороны спорадически возникающих интенсивных космических ЭМП всех частотных диапазонов, приводит к мысли о наличии в высокоорганизованном организме сенсорной системы, воспринимающей изменения ЭМП внешней среды.

Среди выявленных различными авторами закономерностей в действии СВЧ-полей нетепловой интенсивности  можно отметить следующие, связанные  способностью ЭМП:

-     влиять на течение биохимических реакций внутриклеточного метаболизма; 
-     влиять на ферментативную активность белков - ферментов в головном мозге, печени и других структурах; 
-     воздействовать (прямо или косвенно) на процессы передачи генетической информации (на процессы транскрипции и трансляции); 
-     влиять на уровни сульфгидрильных и других групп, определяющих полярность белковых молекул; 
-     действовать на нейрогуморальную регуляцию, в частности, на гипоталамо-гипофизарную и симпатоадреналовую системы; 
-     изменять динамику иммунного ответа; 
-     изменять физико-химические свойства глии, в частности, ее электронно-оптическую плотность; 
-     перестраивать рисунок импульсных потоков, генерируемых нейронами; 
-     изменять функциональную активность рецепторов и различных ионных каналов.

Таким образом, в результате взаимодействия организма с электрической  составляющей ЭМП могут возникать  биологические эффекты трех типов: возбуждение, нагревание и кооперативные процессы. Два из них хорошо изучены и находят объяснение в рамках концепции энергетического взаимодействия поля с организмом. Третий эффект, проявляющийся в восприятии биосистемами слабых электромагнитных излучений, исследован недостаточно. Его происхождение связано, по-видимому, с тем, что в процессе эволюции биологических систем ЭМП определенных частот выполняли по отношению к ним миссию носителя информации об окружающей среде. Для света это очевидно. Информационная функция других участков электромагнитного спектра еще не доказана и по-настоящему не объяснена.

ОСОБЕННОСТИ  ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЦИФРОВОГО ШУМА С ЖИВЫМИ СИСТЕМАМИ И ПРОБЛЕМЫ  БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ  ЭМИ

Повсеместное использование  цифровых технологий привело к появлению  новой составляющей электромагнитного  окружения человека - цифрового шума. Если в целом электромагнитное загрязнение  окружающей среды является предметом  озабоченности специалистов-экологов, то возможная роль цифровой компоненты как фактора дополнительного  риска до сих пор не рассматривалась. Необходимость выделения ЦШ из всего  спектра электромагнитного фона продиктована экспериментов о качественно  новых чертах биоэффектов ЦШ на клеточном уровне.

Внедрение любой новой  технологии, сопряженной с излучением в окружающее человека пространство электромагнитных волн, неизбежно сопровождается дискуссиями о возможных последствиях для здоровья. Для мобильной связи  это особенно актуально, поскольку  в наше время всем известно, что  излучение СВЧ может быть далеко не безвредным, а радиопередатчик  абонентского аппарата работает непосредственно  около уха, в нескольких сантиметрах  от головного мозга. Многочисленные исследования, однако, не дают пока ясного ответа на вопрос: насколько вредно излучение мобильного телефона для  его пользователя. Сложность проблемы, недостаточность финансирования, лоббирование компаний-производителей способствуют тому, что в обозримом будущем  вряд ли следует ожидать получения  однозначных выводов по рассматриваемой  проблеме. Поэтому, для качественной оценки возможных последствий воздействия  ЭМИ мобильного телефона на организм человека мы воспользовались известными в электромагнитной биологии закономерностями, а также некоторыми положениями  физики живого.

Основным критерием безопасности считается малость повышенной дозы ЭМИ, которая определяется из тех  соображений, что допустимый предел облучения должен быть с достаточно хорошим запасом ниже того порога, при превышении которого в организме  человека происходят заметные изменения. Международные нормы безопасности устанавливают предел для так  называемого коэффициента удельного  поглощения (Specific Absorptioп Rate - SAR) производной по времени от энергии ЭМП, поглощаемого единицей массы в объеме тела заданной формы и плотности. В зависимости от местного стандарта, в различных странах SAR колеблется в пределах 10^-2-10^-3 Вт /г, что в пересчете в плотность потока мощности с учетом временного интервала усреднения дает –10^-3-10^-4Вт/см². Такие порядки величин гарантированно (примерно, на порядок) превышают значения уровня облучения, полученные в модельных расчетах и в экспериментах с подопытными добровольцами. Отметим, однако, что все расчеты и измерения относятся к несущей частоте. Относительный уровень мощности излучения вне рабочей полосы в диапазоне СВЧ-КВЧ  не превышает 10% и, казалось бы, тем более соответствует стандартам безопасности.