Дозовые закономерности летального действия микроволнового излучения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.01, кандидат биологических наук Калугина, Анастасия Васильевна

• Калугина, Анастасия Васильевна
• кандидат биологических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Калугина, Анастасия Васильевна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Некоторые радиобиологические аспекты действия электромагнитных излучений.

1.2. Расчетные методы дозиметрии неионизирующих электромагнитных излучений.

1.3. Чувствительность животных разных видов к микроволновому облучению в зависимости от плотности потока энергии.

1.4. Комбинированное воздействие микроволнового излучения с факторами окружающей среды.

1.5. Нормирование электромагнитных излучений.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА.

2.1. Методы количественной оценки поглощенной дозы и ее мощностиЗб

2.2. Математическая модель синергического взаимодействия факторов окружающей среды.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Дозиметрические исследования.

3.2. Зависимость гибели животных в процессе облучения от плотности потока энергии и мощности поглощенной дозы (частота 7 ГГц, 0,

ГГц).

3.3. Зависимость чувствительности животных к микроволновому облучению от мощности поглощенной дозы и плотности потока энергии (частота 2,4 ГГц).

3.4. Летальные эффекты при микроволновом облучении животных с частотой 0,2; 10; 24 ГГц.

3.5. Математическое описание синергического взаимодействия температуры окружающей среды и микроволн при нагреве животных

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Дозовые закономерности летального действия микроволнового излучения»

Актуальность работы. В последние десятилетия возник новый источник опасности — электромагнитные воздействия неионизирующей природы, сформированные источниками антропогенного происхождения. Электромагнитные поля (ЭМП) и электромагнитные излучения (ЭМИ) не являются чуждыми человеку, они присутствовали на Земле на протяжении всего времени существования планеты. Но за последние 50 лет прошлого XX века произошел резкий скачок уровня их напряженности и интенсивности. Это во многом связано с активным развитием и освоением электротехнических и радиоэлектронных комплексов, используемых во всех сферах человеческой деятельности. Поэтому можно считать естественным большой интерес со стороны ученых всего мира к исследованиям биологических эффектов ЭМИ. При этом очень важна корректная оценка величины действующего фактора.

В последнее время опубликовано большое количество работ, посвященных анализу экспериментальных и клинических данных, описывающих воздействие на живые объекты микроволнового облучения. В отечественной литературе практически отсутствуют данные по описанию эффекта микроволн в зависимости от мощности поглощенной дозы (МПД). В России по настоящее время используют для описания воздействия микроволн плотность потока энергии (ППЭ), падающего на облучаемый объект. Описание зависимости СВЧ эффектов от плотности потока энергии не является корректным, поскольку реальная поглощенная энергия, вызывающая реакции живых систем, может быть различной при одинаковых значениях ППЭ. Это различие определяется прежде всего соотношением между длиной волны электромагнитного излучения и размером облучаемого объекта, которое детерминирует эффективность взаимодействия радиоволн с объектами. Кроме того, на конечную эффективность ЭМИ может существенно влиять наличие синергического взаимодействия излучения с другими факторами окружающей среды. Поэтому актуальным являлось преобразование зависимости биологических эффектов от плотности потока энергии в аналогичные зависимости от мощности поглощенной дозы, а также анализ значимости синергического взаимодействия микроволн и других факторов окружающей среды.

Цель и задачи исследования. Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы является сопоставление зависимости летальных эффектов микроволнового облучения от плотности потока энергии и мощности поглощенной дозы.

Для реализации намеченной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:

- сопоставить экспериментальные данные по дозиметрии неионизирующих электромагнитных излучений с результатами опубликованных теоретических расчетов;

- преобразовать зависимости чувствительности животных к микроволновому облучению от плотности потока энергии, опубликованные в отечественной литературе, в аналогичные зависимости от мощности поглощенной дозы;

- выявить различия в характере зависимостей летальных эффектов от плотности потока энергии и от мощности поглощенной дозы;

- количественно описать взаимодействие температуры окружающей среды и микроволн при нагреве животных.

Научная новизна. В результате проведенных исследований были получены следующие новые данные:

- установлено соответствие экспериментальных данных по измерению поглощенных доз электромагнитных излучений с результатами теоретических расчетов;

- проведено преобразование зависимостей летальных эффектов от плотности потока энергии, опубликованных отечественными исследователями, в аналогичные зависимости от мощности поглощенной дозы;

- показано, что выводы о чувствительности животных к микроволнам различны в зависимости от используемого дозиметрического параметра;

- получены математические выражения, описывающие зависимость гибели животных от продолжительности и интенсивности воздействия ЭМИ;

- продемонстрирована возможность оптимизации и прогнозирования синергического взаимодействия микроволн с факторами окружающей среды.

Практическая значимость работы. Результаты данной работы могут найти применение в области радиобиологии, биофизики, медицинской радиологии и экологии неионизирующих излучений. Полученные данные о принципиальном различии зависимостей летальных эффектов от ППЭ и МПД имеют значение для экстраполяции данных на человека. Математическое описание и прогнозирование синергического взаимодействия неионизирующих электромагнитных излучений с факторами окружающей среды могут быть полезны для оценки безопасных уровней микроволнового облучения в условиях комбинированного воздействия. Весь комплекс полученных новых данных имеет практическое значение при разработке норм безопасности неионизирующих электромагнитных полей.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Значения удельного сечения поглощения, полученные на основании экспериментальных данных, фактически совпали с результатами теоретических расчетов.

2. Выводы о чувствительности животных к микроволновому воздействию различны в зависимости от используемого дозиметрического параметра (ППЭ или МПД).

3. Летальная эффективность микроволнового облучения может возрастать или убывать с ростом массы животных в зависимости от анализируемого диапазона мощностей поглощенных доз.

4. Получены математические выражения, описывающие видовую чувствительность лабораторных животных различных видов к микроволновому облучению в зависимости от плотности потока энергии и мощности поглощенной дозы для частот 0,2; 0,46; 2,4; 7; 10; 24 ГГц.

5. Возможность описания и прогнозирования синергизма при нагреве кроликов после одновременного действия ЭМИ и повышенной температуры окружающей среды.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены и докладывались на:

- Международном конгрессе «Энергетика 3000» (Обнинск 1998 г.);

- Международном конгрессе «Radio Frequency Radiation Dosimetry and Its Relationship to the Biological Effects of Electromagnetic Fields» (Gozd Martuljek, Slovenia 1998 r.)

- Второй международной конференции «Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования. Нормирования ЭМП: философия, критерии и гармонизация» (Москва 1999 г.);

- Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы аэрокосмической науки и техники» (Жуковский-Москва 2000 г.) (Диплом 1 степени);

- Международном экологическом конгрессе «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург 2000 г.);

- IV съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность). (Москва, 2001 г.)

Научной сессии МИФИ - 2002. (Москва - 2002 г.);

- Третьей международная конференции «Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования». (Москва - Санкт-Петербург, 2002 г.);

- Молодежной научной конференции. XXVII Гагаринские чтения. (Москва, 2002 г.);

- Конкурсе научных работ Российского Национального Комитета по защите от неионизирующих излучений «Электромагнитная безопасность человека и экосистем». (Москва, 2004 г.) (Диплом 1 степени).

Публикации. Основные результаты работы изложены в 12 публикациях.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, материалов и методов, результатов собственных исследований, обсуждения и выводов. Работа изложена на 130 стр. (включая список литературы), иллюстрирована 27 рисунками и 3 таблицами. Список литературы содержит 169 наименований, из которых 74 работы отечественных и 95 работ зарубежных авторов.

Заключение диссертации по теме «Радиобиология», Калугина, Анастасия Васильевна

ВЫВОДЫ

1. Установлено соответствие экспериментальных данных по определению мощности поглощенной дозы неионизирующих электромагнитных излучений, измеренной с помощью дифференциального и калориметрического дозиметров на различных видах лабораторных животных, с результатами теоретических расчетов, проведенных другими исследователями.

2. Получены уравнения, описывающие зависимости удельного сечения поглощения от массы лабораторных животных для Е Н -, К - поляризации. Показано, что величина удельного сечения поглощения для частот 7 и 2,4 ГГц изменяется обратно пропорционально массе лабораторных животных.

3. Получены математические выражения, описывающие продолжительность жизни лабораторных животных в зависимости от плотности потока энергии и мощности поглощенной дозы. Установлено, что зависимости летальных эффектов от плотности потока энергии и мощности поглощенной дозы носят различный характер.

4. Показано, что при использовании в качестве дозиметрического параметра плотности потока энергии чувствительность животных к действию микроволн уменьшалась с увеличением массы животных на частотах 0,2; 0,46; 2,4; 7; 10; 24 ГГц. Если в качестве дозиметрического параметра использовать мощность поглощенной дозы, то наблюдаются диапазоны мощностей поглощенных доз, в которых чувствительность животных различных видов к микроволновому облучению возрастает с увеличением массы.

5. Математическая модель синергизма адаптирована к описанию нагрева кроликов при одновременном действии микроволн и повышенной температуры окружающей среды.

6. Результаты прогнозирования этой модели хорошо соответствовали экспериментальным данным по изучению нагрева кроликов микроволнами (7 ГГц) при различных температурах окружающей среды, полученных другими авторами. Предложенная математическая модель предсказывает величину максимального синергического эффекта, его зависимость от интенсивности ЭМП и условие, при котором оно может быть достигнуто. Любое отклонение соотношения воздействующих агентов от оптимального приводило к уменьшению эффективности синергического взаимодействия.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Калугина, Анастасия Васильевна, 2005 год

1. Акоев И.Г. Современные проблемы радиобиологии электромагнитных излучений радиочастотного диапазона. // Радиобиология. Т 20. Вып. 1. 1980 С. 3 - 8.

2. Воронин Г.П. Электромагнитная совместимость: безопасность электронных систем и аппаратуры, защита окружающей среды и здоровья человека // Электроника: наука, технология, бизнес. N 2. 2000.- С. 5 7.

3. Гончаров A. Exel 97 в примерах. СПб: Питер. 1997. - 336 с.12 . Гордон З.В. Вопросы гигиены труда и биологического действия электромагнитных полей сверхвысоких частот. Л.: Медицина. 1966. - 163 с.

4. Механизмы биологического действия ЭМИ. Пущино. 1987. - С. 129 -131.

5. Григорьев Ю.Г., Батанов Г.В., Степанов B.C. Изменение иммунологической реактивности при комбинированном действии микроволнового, инфразвукового и гамма излучения. // Радиобиология. Т. 23. Вып. 3. 1983.- С. 406 409.

6. Жидков М.П., Лихачева Э.А., Некрасова Л.А. Аномальное магнитное поле как экологический фактор (его влияние на расположение городов) // Доклад АН. Т. 349. N 4. 1996. С. 539 - 541.

7. О.Газенко и М. Кельвина. // Основы космической биологии и медицины. Сов.-Аменр. изд. Т. 2. Кн. 2. М.:Наука. 1975. - С. 9 - 58.4 0. Маслов О.Н. Электромагнитная безопасность радиоэлектронныхсредств. М.: МЦНТИ. Мобил, коммуникации. 2000. - 82 с.

8. Неионизирующее электромагнитное излучение и поля (экологические и гигиенические аспекты) / Суворов Г.А., Пальцев Ю.П., Хунданов J1.JT. и др. М.: Вооружение. Политика. Конверсия. 1998. - 102 с.

9. Петин В. Г., Дубовик Б. В., Рожков М. Ф., Комаров В. П. Использование дозовых характеристик СВЧ — воздействия при интерпретации летальных эффектов у лабораторных животных. // Радиационная биология и радиоэкология. Т. 36. Вып. 2. 1996. С. 310 - 316.

10. Петин В.Г., Комаров В.П. Количественное описание модификации радиочувствительности. М.: Энергоатомиздат. 1989. - 190 с.

11. Вселенная. N 5. 1999 С.28 - 36.5 0 . Протасевич Е.Т. Электромагнитные излучения в окружающей среде ивозможность их локализации. Томск: ТПУ. 2000. - 60 с.

12. СанПиН 2.2.4.1191-03. Санитарно эпидемиологические правила и нормативы «Электромагнитные поля в производственных условиях.».- М.: ЦГСЭН. 2003.

13. Справочник по электромагнитной безопасности работающих и населения / Шандала М.Г., Зуев В.Г., Ушаков И.Б., Попов В.И.; РАМН, РАМТН. Воронеж, 1998. - 82 с.

14. Холодов Ю.А., Лукьянова С.Н, Чиженкова P.A. Электрофизиологический анализ влияния электромагнитных полей на центральную нервную систему. // Современные проблемы электрофизиологии центральной нервной системы. М.: Наука. 1967. С. 273.

15. Ушаков И.Б., Зуев В.Г. Комбинированное действие неравномерного микроволнового (2,4 ГГц) и гамма — облучений на гематоэнцефалитический барьер крыс. // Изв. АН СССР. Сер. Биол. № 5. 1984. С. 795 - 797.

16. Шван. СВЧ биофизика. // СВЧ - энергетика. - М.: Мир. 1971. - С. 7 -32.

17. Barber P.W. Electromagnetic power deposition in prolate spheriod models of man and animals at resonance. // IEEE Trans BME 24. 1977 a. - P. 513 -521.

18. Barlow H.B., Koch H.I., and Walsh E.G. Visual sensation aroused by magnetic filds. //Am. J. Physiol. 148. 1947 a. P. 372 - 375.

19. Meeting, Boulder, CO. October 20-23. Vol. II, DHEW Publication (FDA) 77 -8011. 1975.-P. 324-327.8 9 . Chiabrera, A., Nicolini, C., and Schwan, H.P. Eds. Interaction between

20. Electromagnetic Fields and Cells Plenum Press. New York. 1985.9 0 . Dalziel C.F. and Mansfild T.H. Effects of frequency on perception current

21. AIEE Trans. 69, 1950. P. 1162 - 1168.

22. Elder J.A., Czerski P.A., Stuchly, M.A., Mild, K.H., and ShePard, A.R. Radiofrequency, in Nonionizing Radiation Protection. // WHO Regional Publications. Europe. Ser. №. 25. Copenhagen. 1989. - P. 117 - 173.

23. Guy A.W. Bioeffects of long term exposures of animals. // Radiofrequency Radiation Standarts. Biological Effects, Dosimetry, Epidemiology, and Public. 1995. P. 311 - 326.

24. Hahn G.W. Hyperthermia and Cancer. N.Y.: Plenum Press. 1982. - 285 P.

25. Ho H.S. and Youmans H.D. Development of dosimetry for RF and microwave radiation. //Health Physics 20. 1975. P. 325-329.

26. Hume S.P. Experimental studies of normal tissue response to hyperthermia given alone or combined with radiation // Hyperthermic Oncology 1984/ Ed. J. Overgaard. London and Philadelphia: Taylor and Frartcis. V. 2. 1985. - P. 53 -70.

27. Jauchem J.R. and Frei M.R. Cardiorespiratory changes during microwave-induced lethal heat stress and P-adrenergic blockade // J. API. Physiol. 77, 1994. . p. 434 . 440.

28. Küster N. and Balzano Q. Experemental and numerical dosimetry. / N. Küster, Q. Balzano and J.C. Lin (eds.) // Mobile Communications Safety. -London. Chapman Hall. 1996. P. 13 - 64.

29. Massoudi H., Durney C.H., Barber P. W., and Iskander M.F. Postresonance electromagnetic absoption by man and animals. // Bioelectromagnerics 3. 1982. -P. 333-339.

30. Massoudi H. et al. Long wavelength analysis of planewave irradiation of an ellipsoidal models of man. // IEEE Trans MTT - 25. 1977 a. - P. 41 - 46.

31. Massoudi H. et al. Long wavelength electromagnetic power absorption in ellipsoidal models of man and animals. // IEEE Trans MTT - 25. 1977 b. - P. 47 -52.

32. Massoudi H. et al. Comparison of the average specific absorption rate in the ellipsoidal conductor and dielectric models of humans and monkeys at radio frequencies. Radio Sei 12, 1977 c, P 65 72.

33. Massoudi H. et al. Geometrical optics and exact solution for internal fields and SARs in a cylindrical model of man as irradiated by an electromagnetic plane wave. // Radio Sei 14 (6 s). 1979 a. - P. 35 - 42.

34. Michaelson S.M. The tri service program - a tribte to George M. Knauf, USAF (MC). // IEEE. Transactions on microwave theory and techniques MTT -19. 1971. - P. 131 - 146.

35. Petin V.G., Komarov V.P. Mathematical description of synergistic interaction of hyperthermia and ionizing radiation // Mathematical Biosciences. V. 146. №2. 1997.-P. 115-130.

36. Relly J.P. APlid Bioelectricity: from Electrycal Stimular to Electropathology. Springer - Verlag. Berlin. 1998.

37. Sapareto S.A. Thermal isoeffect dose: addressing the problem of thermotolerance. // J. Hyperthermia 3. 1987. P. 297 - 305.

38. Schenk J.F., Kumoulin C.L., Redinton C.L., Kressel R.W., Elliot H.Y., and McDougall I.L. Human exposure to 4.0 Tesla magnetic filds in a whole body scanner // Med. Phys. 19. 1992. - P. 1089 - 1098.

39. Smalowicz R.J. Htmatologic and immunologic effects of nonionizing electromagnetic radiation. // Bull. N.Y. Acad. Med. V. 55. N 11. 1979 P. 1094 -1118.

40. Smalowicz R.J. Immunologic effects on nonionizing electromagnetic radiation. // IEEE EMB Magazine. Vol. 6. N 1. 1987. P. 47 - 51.

41. Stevens R. Electric Power and risk of hormone related cancer. // Biological Effects of Electric and Magnetic Fields. Beneficial and Harmful Effects. // Acad. Press. V. 2. 1994. - P. 263 - 278.

42. Stevens R. Electric power pineal function and the risk of breast cancer. // FASEB J. Vol. 6. 1992. P. 853 - 860.

43. Toler J.C., Shelton W.W., Frei M.R., Merritt J.H. and Stedham M.A. long -term, low level exposure of mice prone to mammary tumors to 435 MHz radiofrequency radiation. // Radiation Research 148. 1997. // P. 227 - 234.