На живые организмы

В настоящее время научно установлены два механизма влияния электрических, магнитных и электромагнитных полей на человека за счет индуцированных в теле токов: изменение разности потенциалов между наружными и внутренними поверх­ностями мембран клеток (возникновение так называемого потенциала действия); нагрев тканей.

Проявления этих механизмов при воз­действии магнитного поля в зависимости от частоты показаны на рис. 11.6. Проявление первого механизма рассмотрено в п. 11.1.1. Кроме отмеченных там эффектов сущест­вуют более слабьте эффекты воздействия электрических и магнитных полей на орга­низм, обусловленные изменением потенци­ала действия, которые имеют место при меньших, указанных в п. 11.1.1 (на несколько порядков), напряженностях полей. Одним из таких эффектов является восприимчи­вость поля человеком не только по косвен­ным признакам (шевелению волос или ощу­щениям покалывания при частичных разря­дах между кожей и одеждой), но и по подсо-

знательному ощущению наличия поля, а также появлению магнито- или электрофос-фенов (ощущению мерцаний на периферий­ных участках поля зрения) при наличии магнитного или электрического поля опре­деленной напряженности. Восприимчи­вость полей исключительно индивидуальна. Примерно 5 % людей чувствуют наличие электрического поля промышленной час­тоты, начиная с напряженности 7 кВ/м, а 60 % — не ощущают поле напряженностью до 20 кВ/м. Усредненные границы воспри­имчивости электрических и магнитных полей промышленной частоты приведены на рис. 11.1, а граница ощущения наличия магнитного поля в зависимости от частоты — на рис. 11.6 (кривая 2). Объективно регист­рируемые нарушения зрения, недомогание, головные боли наблюдаются при напряжен-

ностях около 10⁵ А/м (рис. 11.6, кривая 3). У некоторых людей магнитофосфены появ­ляются при напряженностях, соответствую­щих кривой 1.

Как видно из рис. 11.6, кривые 1 и 2 имеют минимум в области промышленных частот. Возрастание кривых с увеличением частоты объясняется инерционностью сис-

Н.А/м

Рис. 11.6. _эффекты воздействия магнитного поля разной частоты на человека:

I — появление мерцания на периферийных участки ноля зрения; 2 — ощущение наличия поля; 3 — объ­ективно регистрируемые нарушения зрения, недомо­гание, головные боли; 4 — нарушение pa6oты серд­ца; 5 — нарушения работы нервной системы; 6 — джоулев нагрев тканей при мощности 4 Вт/кг

390 Глава 11. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ И ТЕХНОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

темы открытия каналов в стенках клеточ­ных мембран, а с уменьшением частоты — снижением индуцированных токов.

Значения напряженности магнитного и электрического полей, воспринимаемых человеком, лежат, как правило, выше встре­чающихся в быту и на производстве (см. рис. 11.1). Если напряженность электри­ческого поля частотой 50 Гц, воспринимае­мая человеком, может встречаться на прак­тике, например под проводами BJT или на территории ОРУ сверхвысокого напряже­ния, то соответствующая напряженность магнитного поля может быть получена только в специальных условиях.

Вторым научно установленным механиз­мом воздействия полей на организм чело­века является нагрев тканей при протекании в них емкостных или индуцированных токов. Считается безопасным для организма нагрев тканей на 1 °С, чему соответствует удельная мощность 4 Вт, приходящаяся на 1 кг массы тела. При этой мощности сис­тема терморегулирования организма спо­собна обеспечить отвод тепла в окружаю­щее пространство без опасного повышения температуры внутренних органов человека. При частоте 50 Гц напряженность внешнего электрического поля, способная обеспечить тепловую удельную мощность 4 Вт/кг, сос­тавляет около 4 МВ/м, т.е. превышает элект­рическую прочность воздуха. Напряжен­ность магнитного поля, необходимая для выделения указанного тепла в организме, равна примерно 50 МА/м. Таким образом, напряженность электрического или магнит­ного поля промышленной частоты, способ­ная повысить температуру на безопасное значение, равное примерно 1 °С, на много порядков превышает пороговые значения восприимчивости полей человеком и встре­чающиеся на практике. Ситуация меняется при высоких частотах, так как индуциро­ванные токи с увеличением частоты возрас­тают. Количественные данные о зависи­мости напряженности магнитного поля от частоты, при которой удельная мощность

тепла, выделенного внутри организма чело­века, составляет 4 Вт/кг, приведены на рис. 11.6 (кривая 6).

Таким образом, при промышленной час­тоте единственным научно установленным механизмом воздействия на организм чело­века является изменение потенциала дей­ствия индуцированными токами.

В настоящее время остается открытым вопрос о возможном влиянии на здоровье человека слабых полей (с гораздо мень­шими напряженностями, чем указанные ранее), вплоть до сверхслабых магнитных полей частотой 50 Гц напряженностью примерно 10^-1 А/м, соизмеримой с напря­женностью низкочастотного геомагнитного поля Земли. Для выявления механизмов влияния и установления фактов влияния ставятся разнообразные медико-биологи­ческие эксперименты, проводятся эпиде­миологические исследования в целях уста­новления корреляции частоты тех или иных заболеваний людей, длительно под­вергающихся воздействию полей промыш­ленной частоты.

Главным недостатком практически всех высказываемых гипотез о возможном влия­нии слабых полей на биологические объ­екты является отсутствие прямых доказа­тельств физических основ того или иного механизма влияния из-за низкого энергети­ческого уровня взаимодействующего с клетками организма поля. Поэтому при рассмотрении механизмов влияния обра­щается внимание либо на кумулятивный эффект при длительном воздействии поля, локальное увеличение напряженности поля, либо на усиление воздействия за счет раз­личных резонансных эффектов, с прояв­лениями которых связаны, вероятно, и эффекты в биологических объектах, под­вергающихся воздействию высокочастот­ных полей.

Одним из возможных резонансов мог бы быть циклотронный резонанс — увели­чение энергии ионов при их движении в каналах мембран в постоянном магнитном

11.1. Экологические аспекты электромагнитной совместимости

поле Земли при наличии переменного элек­трического поля, индуцированного вне­шним источником. Однако количествен­ные оценки показывают, что циклотронный резонанс в тканях живого организма при промышленной частоте невозможен, пре­жде всего, из-за малой длины свободного пробега ионов и небольших размеров кана­лов в мембранах.

Индивидуальная восприимчивость полей, ощущение некоторыми индивидуумами слабых высокочастотных полей в опреде­ленном диапазоне частот и т.д., отмечаемые в ряде публикаций, вероятно, объясняются особенностями тканей каждого человека, поскольку живая ткань представляет собой очень сложную и разнообразную струк­туру, основу которой составляет вода. Известно, что даже чистая вода может иметь до нескольких сотен структурных разновидностей, отличающихся друг от друга компоновкой и связями молекул друг с другом. Также известно, что биологиче­ские свойства воды зависят от предысто­рии: где и как долго находилась вода, под­вергалась ли она магнитной обработке и т.д. Ситуация намного усложняется при наличии примесей, растворенных веществ, при нахождении воды в капиллярах, обра­зовании жидкокристаллических структур и т.д. Однако различные состояния молеку­лярных структур энергетически различа­ются незначительно, поэтому даже при сла­бом внешнем воздействии возможны изме­нения структуры. Причем эти воздействия могут обладать избирательными свойс­твами: определенные изменения могут про­исходить при конкретной ориентации струк­туры относительно силовых линий поля и при определенном значении напряжен­ности. При большей или меньшей напря­женности эффект может отсутствовать или носить другой характер.

Многие исследователи указывают на то, что обменные процессы и размножение клеток различных органов человека уско­ряются при наличии низкочастотного маг-

нитного поля и этот эффект воспроизводим при напряженности порядка нескольких килоампер на метр и часто невоспроизво­дим в слабых полях. Этот эффект проявля­ется слабо, и возможной причиной его воз­никновения могут быть и иные факторы, например небольшие (доли градуса) изме­нения температуры. Несмотря на это. сокращение жизненного цикла клеток в магнитном поле может быть причиной ракового перерождения клеток, так как остается меньше времени для реализации компенсационных механизмов. Однако нельзя не считаться и с тем, что ускоренное размножение здоровых клеток скажется благоприятно на организме в целом.

Одним из возможных механизмов влия­ния полей на человека является воздей­ствие поля на выработку жизненно важного гормона — мелатолина. Он вырабатыва­ется в темное время суток и является веществом, подавляющим развитие рако­вых клеток. На клеточном уровне показано, что добавка мелатолина в физиологический раствор существенно замедляет размноже­ние раковых клеток молочной железы, о чем сообщается в исследованиях, проводи­мых в лаборатории Л. Беркли. При наложе­нии же магнитного поля частотой 60 Гц напряженностью всего около 1 А/м этот эффект исчезает. Таким образом, механизм влияния магнитных полей на организм человека и, в частности, повышение риска раковых заболеваний связывают с двумя обстоятельствами: замедлением выработки мелатолина во время сна и с утратой свойств подавления размножения раковых клеток при наличии магнитного поля.

Первое обстоятельство проверялось экспериментально. Содержание мелато­лина в крови специалистов, подвергаю­щихся на рабочих местах воздействию как слабых, так и сильных магнитных полей промышленной частоты, заметно не отли­чается от содержания в крови людей конт­рольных групп. В крови людей, находив­шихся в магнитном поле напряженностью

392 Г да «О II. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ И ТЕХНОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

около 1600 А/м в течение двух ночей, не обнаружено снижения концентрации мела­толина, и лаже напротив, наблюдается тен-денция увеличения. Таким образом, гипо­теза о замедлении выработки мелатолина у человека, находящегося в магнитном поле, не подтверждается.

Второе обстоятельство — ослабление тормозящего действия мелатолина на раз­витие раковых клеток в организме человека при наличии магнитного поля — прямыми экспериментами проверить невозможно, а делать фундаментальные выводы о влия­нии полей на здоровье человека на основе экспериментов с живыми клетками вне организма и даже с подопытными живот­ными не представляется обоснованным.

Из сказанного следует, что, по-види­мому, малоперспективным является поиск единого механизма воздействия слабых полей на организм человека, так как таких механизмов может оказаться множество, каждый из которых или несколько одновре­менно могут иметь место в тех или иных условиях. Познание механизмов влияния усложняют разнообразные компенсацион­ные системы такого сложного объекта, как организм человека. Поэтому особое зна­чение приобретают эпидемиологические исследования.

Методика большинства эпидемиологи­ческих исследований, как правило, заклю­чается в следующем. На определенной тер­ритории выбирается группа людей, имею­щих одинаковое заболевание. Группа под­бирается по определенному признаку, например дети одного возраста. Методом случайных чисел подбирается контрольная группа здоровых людей, проживающих в аналогичных условиях. В каждой группе определяется количество людей, подверга­ющихся воздействующему фактору. При этом воздействия градированы, например, по критериям: слабое, среднее, сильное. Отношение числа заболевших к числу здо­ровых при слабом воздействии принима­ется за базовое, по которому в каждой гра-

дации определяется коэффициент корреля­ции степеней воздействия и риска заболе­вания.

Основной сложностью эпидемиологи­ческих исследований влияния длительно воздействующих полей на здоровье чело­века является определение степени воздей­ствия. В первых таких исследованиях, про­веденных в США, воздействующим факто­ром считалось наличие ВЛ вблизи жилых домов и не учитывалось то обстоятельство, что линии ВЛ в США обычно проходят вдоль автомагистралей. Затем стали исполь­зовать измеренные значения напряжен­ности поля внутри помещения например у входной двери или в спальной детской ком­нате, учитывать суточные колебания напря­женности и т.д. Однако и при этом остава­лась некоторая неопределенность воздей­ствия, связанная с индивидуальным пове­дением человека в повседневной жизни.

В настоящее время нет достаточных оснований утверждать о негативном влия­нии слабых магнитных полей промышлен­ной частоты на здоровье населения, так как одна часть проведенных эпидемиологиче­ских исследований подтверждает такое влияние, а другая — отрицает. Так, первые-результаты эпидемиологических исследо­ваний показали повышенный в 2—3 раза риск заболеваний детей лейкемией при проживании вблизи ВЛ, однако последую­щие исследования в этом направлении пос­тавили под сомнение эти результаты. При­чинами этого являются статистическая недостоверность результатов из-за мало­численности групп, а также неопределен­ность степени воздействия. Так, использо­вание разных критериев степени воздей­ствия (например, наличия вблизи жилого дома ВЛ или же измененной в доме напря­женности поля) часто дает противополож­ные результаты. Различаются результаты и при оценках риска заболеваний разными болезнями. Методические недостатки того или иного исследования, влияние на здоро­вье множества других факторов, таких как