Транспорт заряженных частиц в вязкой среде при наличии высокочастотных полей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.04, кандидат наук Барышев, Дмитрий Анатольевич

• Барышев, Дмитрий Анатольевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Барышев, Дмитрий Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ

1.1 Категории излучения, частотные диапазоны, допустимые уровни электромагнитного излучения

1.2 Электрические и магнитные свойства тканей биологических объектов

1.3 Физические аспекты воздействия электромагнитного излучения на биологические объекты

1.4 Действие электромагнитного излучения на биологические мембраны

клеток

Выводы по главе 1

2 ГЛУБИНА ПРОНИКНОВЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ

2.1 Глубина проникновения без учета потерь

2.2 Глубина проникновения с учетом дисперсионных потерь

Выводы по главе 2

3 ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ ПРИ ПАССИВНОМ ТРАНСПОРТЕ ИОНОВ

3.1 Низкочастотные границы сверхвысокочастотного излучения низкой интенсивности

3.2 Токи через мембрану при различных законах распределения_потенциала и

концентрации ионов

Выводы по главе 3

4 ОСОБЕННОСТИ ПАССИВНОГО ТРАНСПОРТА ИОНОВ ПРИ НАЛИЧИИ СЛАБЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ

4.1 Поиск граничных частот

4.2 Токи через мембрану с учетом наличия высокочастотных составляющих.. 70 Выводы по главе 4

5 ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ_ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ НА ТРАНСПОРТ ИОНОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ

МЕМБРАНАХ

Выводы по главе 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Транспорт заряженных частиц в вязкой среде при наличии высокочастотных полей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Расширение области применения радиоэлектронных устройств и выполняемых ими функций требует освоение новых частотных диапазонов, что ставит задачи поиска нетрадиционных путей в создании элементной базы. Известно, что с укорочением длины волны резко уменьшаются габариты приборов и уровни их мощности, в результате чего практически невозможно получить приемлемые параметры генераторов и усилителей в терагерцовом частотном диапазоне электромагнитного излучения. Сложно и резко уменьшать габариты приборов в иных частотных диапазонах (сверхвысокочастотном, диапазоне крайне высоких частот), хотя вопросы их миниатюризации также вполне актуальны. В этой связи представляет интерес изучение процессов в иных системах, где процессы движения заряженных частиц используются как элементы преобразования видов энергии одну в другую.

Одной из таких систем может рассматриваться живая клетка биологического объекта, в которой основные процессы обусловлены транспортом ионов, обеспечивающих дальнейшее биохимическое преобразование веществ сквозь поры мембраны, заполненных вязкой субстанцией, как правило, водой или физиологическим раствором. Наличие высокочастотных полей влияет на процессы движения, причем это влияние в большой степени зависит от уровня падающей мощности.

Считается, что основное воздействие излучения низкой интенсивности связано с наличием резонанса внешних колебаний с частотой колебаний клетки, что приводит к активизации ее деятельности. При этом, как правило, не детализируется, каким именно образом высокочастотная энергия проникает внутрь объекта, а глубина скин-слоя, характеризующая уменьшение напряженности электрической составляющей поля в е раз (а мощности - в раз) при длине волны внешнего ЭМИ порядка 10"3 м, составляет величину

менее 0,01 мм, поскольку предполагается, что все явления происходят в среде, имеющей высокую проводимость.

Процессы, связанные с переносом заряженных частиц в биологических мембранах, а особенно при наличии внешних слабых высокочастотных полей, могут быть описаны методами, используемыми в электронике, с учетом того, что перенос частиц происходит в среде, обладающей вязкостью и не позволяющей обеспечивать большие скорости, как в вакуумной электронике. Тем не менее, определенная аналогия явлений, с учетом особенности организации концентрации заряженных частиц (ионов) вне и внутри клетки, может оказать помощь в понимании физических процессов, происходящих в биологическом объекте.

Несмотря на большое количество работ в этом направлении [1-5], вопросы, связанные с исследованиями физических механизмов транспорта ионов в результате воздействия сверхвысокочастотного электромагнитного излучения низкой интенсивности, все еще остаются. Таким образом, создание моделей, позволяющих описать этот процесс хотя бы с учетом ограничений и приближений, является актуальной задачей.

Степень разработанности диссертации. Изучению влияния высокочастотного, особенно сверхвысокочастотного (СВЧ) и крайне высокочастотного (КВЧ), излучений на биологические объекты посвящено много экспериментальных и теоретических работ. Данную проблему исследовали такие ученые, как: Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В., Лебедева H.H., Пре-сман A.C., Кузнецов А.Н., Исмаилов Э.Ш., Фрёлих Г. Изучение литературы по данной проблематике показывает, что накопленная богатая экспериментальная база результатов воздействия электромагнитного излучения на биологические объекты нашла свое отражение в создании реальных терапевтических аппаратов. Высказанная академиком Н.Д. Девятковым [1] гипотеза о наличии информационного характера воздействия низко интенсивного электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на биологические объекты нашла практическое применение: разрешено использование ряда частот

для диагностики и терапевтического воздействия на человека, для чего разработаны аппараты, используемые при лечении целого комплекса болезней [2-4]. Данные аппараты активно развиваются и производятся в ФГУП «НПП Исток» в настоящее время. Однако выбор «терапевтических» частот электромагнитного излучения произведен на основании экспериментальных исследований. В то же время нет полной уверенности, что выбор таких частот является оптимальным, поскольку до сих пор известные способы передачи электромагнитной энергии и механизмы воздействия излучения на организм подвергаются сомнению.

Несмотря на большое количество гипотез, пытающихся объяснить ме-ха-низмы воздействия электромагнитного излучения низкой интенсивности на биологические объекты различных уровней организации [Девятков Н.Д., Фрёлих Г., Бецкий О.В., Овчиникова Г.И., Никулин Р.Н., Грецова Н.В., Шеин А.Г., Харланов A.B.], адекватных моделей, в том числе "и математических, бесспорно и достоверно описывающих эффекты данного взаимодействия, так и не было предложено. И это не удивительно, так как создание общей теории проблематично, прежде всего, потому, что электромагнитное излучение (ЭМИ) оказывает воздействие на всех уровнях организации живой материи, начиная с электронного и кончая биосферным, причем на каждом из уровней имеют ме-сто различные механизмы и явления.

Целью исследования является изучение физических механизмов влияния электромагнитного поля высокой частоты на пассивный транспорт ионов через мембрану на основе математических моделей, позволяющих определять границы частот, способных регулировать ток через мембрану, и оценить степень воздействия высокочастотных возмущений на процессы транспорта с учетом вязкости среды.

При реализации поставленной цели решены следующие задачи:

- обобщены теоретические модели, описывающие влияние электромагнитного излучения на биологические объекты;

- на основе уравнения Нернста-Планка, с использованием методов анализа линейных процессов, принятых в электронике, разработана диффузионная модель, учитывающая воздействие электромагнитных возмущений, в рамках которой возможно определять границы частот возмущений, влияющих на пассивный транспорт ионов через мембрану в зависимости от сорта ионов и параметров среды;

- предложена электростатическая модель влияния электромагнитного излучения на пассивный транспорт ионов с учетом вязкости среды;

- проанализированы результаты влияния СВЧ-излучения на характер распределения тока вдоль толщины мембраны в зависимости от закона распределения концентрации ионов по толщине, диэлектрической проницаемости среды, сорта ионов, частоты и величины падающей мощности;

- проведена оценка глубины проникновения ЭМИ для различных биологических тканей без учета и с учетом омических и диэлектрических потерь.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- оценены диапазоны частот, при которых электромагнитные возмущения способны повлиять на пассивный транспорт ионов через мембраны;

- найдены при постоянстве плотности тока законы распределения концентрации ионов вдоль толщины мембраны при выполнении условия постоянства градиента потенциала и распределение потенциала при линейном законе распределения концентрации;

- показано влияние слабых высокочастотных возмущений на пассивный транспорт ионов в мембранах при различных законах распределения концентрации и потенциала, параметров среды, заполняющей канал, сорта ионов;

- показаны изменения в значениях силы трансмембранного ионного тока на основе электростатической модели при наличии и в отсутствии воздействия внешнего высокочастотного излучения низкой интенсивности;

- оценена глубина проникновения ЭМИ для различных биологических тканей без учета и с учетом омических и диэлектрических потерь.

Теоретическая и практическая ценности заключаются в том, что:

- разработанная электродиффузионная численная модель позволяет определять граничные частоты и, следовательно, позволяет корректно выбирать диапазон частот ЭМИ, в рамках которого целесообразно проводить экспериментальные исследования;

- на основе электродиффузионной и электростатической моделей можно оценить степень влияния низко интенсивного электромагнитного излучения на пассивный транспорт ионов через мембраны, что позволяет предсказать последствия воздействия излучения на клетку и организм в целом;

- согласно разработанной методике возможно определять глубину проникновения ЭМИ в различные ткани живого организма.

Методология и методы исследования.

При выполнении диссертационной работы была использована следующие экспериментальные и теоретические методологии исследований:

- для построения электродиффузионной и электростатической моделей транспорта ионов через мембрану применялись методы физической электроники, биофизики, электродинамики, численные методы решения систем дифференциальных уравнений;

- для формирования методики определения глубины проникновения электромагнитного излучения в ткани живого организма применялись методы электродинамики и физической электроники;

- численные эксперименты, основанные на разработанных моделях, проводились с использованием методов компьютерного моделирования.

Внедрение результатов работы.

Работа велась в рамках НИР «Исследование взаимодействия электромагнитных волн и электронных потоков со средами и изучение характеристик мишеней» (тема №54-53/281), выполняемая на кафедре физики Волго-

градского государственного технического университета в рамках плана перспективных и фундаментальных работ.

Достоверность результатов исследования обусловлена строгой аналитической аргументацией полученных теоретических положений с использованием классических физических законов, достаточным количеством результатов, коррелирующих с экспериментальными и литературными данными.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1 Электродиффузионная модель транспорта ионов через биологическую мембрану с учетом различных законов распределения трансмембранного потенциала и концентрации ионов при наличии высокочастотных возмущений.

2 Электростатическая модель транспорта ионов через мембрану с учетом различных законов распределения концентрации и вязкости среды при наличии высокочастотных возмущений.

3 Способ определения граничных частот, ниже которых электромагнитное излучение низкой интенсивности не способно повлиять на пассивный транспорт ионов через мембрану клетки.

4 Методика определения глубины проникновения электромагнитного излучения в различные ткани биологического организма.

Апробация результатов.

Результаты исследования докладывались на семинарах кафедры Физики ВолгГТУ (2010 - 2013 гг.), на внутривузовской конференции ВолгГТУ (2012 г), на XIII и XIV Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2008 г., 2009 г.), на всероссийской конференции ВНКСФ (2010 г), на Международных конференциях Крымико (2010 г) и ММТТ-25 (2012 г).

Соответствие паспорту научной специальности.

Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 01.04.04 - «Физическая электроника», а именно пункту 3 - «Вакуумная электроника, включая методы генерирования потоков заряженных частиц,

электронные и ионные оптические системы»; 03.01.02 - «Биофизика», а именно пункту 2 - «Биофизика клетки: биофизика мембран; биофизика ионных каналов».

Публикации.

В журналах из списка ВАК РФ:

1 Барышев, Д.А. Низкочастотные границы СВЧ излучения низкой интенсивности / А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2008. - №4. - С. 4 - 8.

2 Барышев, Д. А. Токи через мембрану с учетом наличия высокочастотных составляющих /А.Г. Шеин, Д.А. Барышев// Биомедицинская радиоэлектроника. - 2009. - №4. - С. 4 - 9.

3 Барышев, Д. А. О влиянии закона распределения концентрации и потенциала по толщине мембраны на величину протекающих ионных токов / А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2010. -№6.-С. 8-11.

4 Барышев, Д. А. Оценка потерь энергии ЭМВ в биологических средах / Р.Н. Никулин, Д. А. Барышев, A.C. Пенской [и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника. -2010.-№6-С.12-15.

Тезисы докладов:

5 Барышев, Д. А. Модель влияния электромагнитного излучения на характер протекания ионных токов в биологических мембранах /Д. А. Барышев // ХПРегион.конф. молодых исслед. Волгоградской обл.: Тез.докл. - Волгоград: РПК «Политехник». - 2008. - С. 271 - 272.

6 Барышев, Д. А. Модель транспорта ионов через биологическую мембрану при наличии электромагнитных возмущений /Д. А. Барышев //ХШРегион.конф. молодых исслед. Волгоградской обл.: Тез.докл. - Волгоград: Изд-во ВГПУ «Перемена». - 2009. - С. 55 - 60.

7 Барышев, Д.А. Ионный ток в биологических мембранах с учетом высокочастотных составляющих / Д. А. Барышев // ВНКСФ-16: Шестнадца-

тая Всеросс. научн.конфер. студентов-физиков и молодых ученых, г. Волгоград, 22-29 апреля 2010 г.: матер.конф., информ. бюл. / Екатеринбург ; Волгоград : Изд-во АСФ России. - 2010. - С. 393-394.

8 Барышев, Д. А. Токи через мембрану с учетом наличия высокочастотных составляющих /А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // 20-я Междунар. кон-фер.«СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 13-17 сентября 2010 г. Севастополь, Крым, Украина. - 2010. - С. 1155-1156

9 Барышев, Д.А. О влиянии закона распределения концентрации и потенциала по толщине мембраны на величину протекающих ионных токов / А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // 25 Международная научная конференция "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-25), Волгоград, 29-31 мая 2012, Харьков, 2-4 окт., 2012: Сборник трудов. Т. 9. Секц. 3. Математическое моделирование технологических процессов. Секц. 5. Компьютерная поддержка производственных процессов. Секц. 7. Математические методы и задачи в медицине и биофизике. Секц. 10. Математическое моделирование информационно-измерительных и телеметрических систем. - 2012. - С. 113114.

Личный вклад автора заключается в том, что им а) построены математические модели влияния слабых высокочастотных возмущений на пассивный транспорт ионов через мембрану [1, 2, 3, 5-9] и методы оценки глубины проникновения ЭМИ в биологические ткани [4]; б) получены численные реализации моделей влияния слабых высокочастотных возмущений на пассивный транспорт ионов через мембрану[1, 2, 3, 5-9] и численные значения глубин проникновения ЭМИ внутрь различных биологических тканей [4]; в) совместно с научным руководителем проанализированы результаты численных экспериментов.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, определений, обозначений и сокращений списка использованных источников, включает 101 страницы, 26 рисунков и 11 таблиц.

1 БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ

1.1 Категории излучения, частотные диапазоны, допустимые уровни электромагнитного излучения

По происхождению все электромагнитные поля можно разделить на следующие три категории [5]:

- электромагнитные поля, генерируемые космическими объектами, для которых следует различать постоянное электростатическое и магнитное поле Земли, и электромагнитные волны, порождаемые космическими источниками (Солнце, звезды и пр.), а также поля при некоторых процессах, происходящих в атмосфере и ионосфере Земли (разряды молнии и др.);

- излучение антропогенного происхождения;

- электромагнитные поля биологической природы, порождаемые биообъектами.

На рисунке 1 представлены частотные диапазоны электромагнитного спектра.

Рентгеновское Инфракрасное излучение

излучение

Радиоволны

Уф- у-излучение

излучение •_у,_

^—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—нн—I—I—I—I—I—I-

10б Ю4 102 1 102 104 10 е 108 1010 1012 ^м

З-'ю2 З-'ю5 З-'ю8 3 • 10й 3-1014 з • 1017 3 1020 v, Гц Рисунок 1 - Частотные диапазоны электромагнитного спектра

Основным источником электромагнитного излучения (ЭМИ) для Земли является Солнце. Большая часть этого излучения приходится на видимый диапазон спектра. Эта часть излучения вносит основной вклад в суммарную энергию, поступающую на Землю, которую принято называть солнечной постоянной.

Большинство изменений в конкретных участках электромагнитного спектра связано с активностью Солнца. От изменений солнечной активности не зависит лишь узкая полоса спектра в области ультрафиолетового (УФ), видимого (ВИ) и ближнего инфракрасного (ИК) излучений, доходящих до поверхности Земли через озоновый экран биосферы. Действие ЭМИ космического происхождения необходимо рассматривать комплексно с «работой» других категорий излучений (антропогенного и биологического), являющихся в определенной степени производными от космического излучения. Общим для всех категорий излучений является то, что большинство биологических расстройств организмов (включая нервные) коррелируют с внешней электромагнитной обстановкой, поскольку клетки, в основном, электрически поляризованы, а по нервным волокнам протекают электрические токи. Изменение направления токов или потенциалов поляризации на обратное или уменьшение силы тока дает качественно новое состояние.

Применительно к решению основных экологических задач в электромагнитном излучении различают оптический и радиодиапазон, включающий СВЧ-излучение. Кроме того, отдельно выделяют ионизирующее электромагнитное излучение.

Допустимые уровни электромагнитного излучения (плотность потока электромагнитной энергии) отражаются в нормативах, которые устанавливают государственные компетентные органы, в зависимости от диапазона ЭМП. Эти нормы существенно различны в разных странах.

В России действует СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях, на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы» [6], отменивший ранее действовавшие гигиенические нормативы «Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля» № 1757-77; «Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами» № 1742-77; «Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электри-

ческих полей промышленной частоты (50 Гц)» № 5802-91; «Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.723-98»; «Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц» № 3206-85; «Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 10-60 кГц» № 5803-91.

Допустимые уровни излучения базовых станций мобильной связи (900 и 1800 МГц, суммарный уровень от всех источников) в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:

Украина: 2,5 мкВт/см2;

Россия, Венгрия: 10 мкВт/см2;

США, Скандинавские страны: 100 мкВт/см2.

Воспользовавшись «Федеральными санитарными правилами, нормами и гигиеническими нормативами» [6], приведем две таблицы (таблица 1 и таблица 2), устанавливающие ПДУ воздействия ЭМИ радиодиапазона на человека. Следует отметить, что в настоящих Санитарных нормах и правилах во всех случаях при указании диапазонов частот каждый диапазон исключает нижний и включает верхний предел частоты.

Таблица 1 - Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

Диапазоны частот Предельно допустимая энергетическая экспозиция

По электрической составляющей, (В/м)2 • ч По магнитной состав- л ляющей, (А/м) • ч По плотности потока л энергии (мкВт/см ) • ч

30 кГц - 3 МГц 20000,0 200,0 -

3 - 30 МГц 7000,0 Не разработаны -

30 - 50 МГц 800,0 0,72 -

50 - 300 МГц 800,0 Не разработаны -

300 МГц -300 ГГц - - 200,0

Таблица 2 - Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия

Продолжительность воздействия Т, час ППЭпду, мкВт/см2 Продолжительность воздействия Т, час ППЭпду, мкВт/см2 Продолжительность воздействия Т, час ППЭПду, мкВт/см2

8,0 и более 25 5,0 40 2,0 100

7,5 27 4,5 44 1,5 133

7,0 29 4,0 50 1,0 200

6,5 31 3,5 57 0,5 400

6,0 33 3,0 67 0,25 800

5,5 36 2,5 80 0,20 и менее 1000

Длительное время большинство медико-биологических исследований касалось воздействия на людей полей сравнительно большой интенсивности - с напряженностью ЭМП, измеряемых вольтами и десятками вольт на метр. Исследованиям подвергался персонал, непосредственно имеющий дело с передающей аппаратурой. Лишь в последние 10-15 лет обследованию стали подвергать людей, находящихся под воздействием полей сравнительно небольших напряженностей. Обнаружилось, прежде всего, что это воздействие имеет кумулятивный (накопительный) характер. Выявлено также, что это воздействие проявляется чаще всего не непосредственно на органы и систему человеческого организма, а опосредованно, через нервную систему. Отмечено, что в диапазоне метровых волн возможны резонансные максимумы поглощения мощности, обусловленные соразмерностью тела" человека с длиной волны. Поэтому специальному исследованию подверглась реакция людей на слабые поля частот порядка 150 МГц. В сериях опытов использовались напряженности поля 7... 16 В/м и 3...5 В/м, Опыты продолжались 25...30 дней, при ежедневном облучении по 30 мин. Были выявлены заметные воздействия на симпатический отдел нервной системы, а через него - на изменение функции периферийных сосудов, выражающееся в перестройке состояния периферического кровообращения, изменении пульса и температурной реакции кожи, изменении электровозбудимости зрительного анализатора, на изменения скорости некоторых физиологических реакций."[5]

С появлением мобильных телефонов, возникла потребность в исследованиях касательно проблемы влияние излучения сотовых телефонов и базо-

15

вых станций на жизнедеятельность человека. По данному вопросу существует значительное число публикаций, как отечественных, так и зарубежных [715].

Так в статье [7] рассматривается вопрос о последствиях воздействия ЭМИ от базовых станций мобильного телефона на людей с повышенной чувствительностью к электромагнитному излучению. Это исследование использовало открытое воздействие совместно с двойными слепыми тестами, чтобы определить действительно ли чувствительные или контрольные люди испытывают отрицательные эффекты на свое здоровье при воздействии на них сигналом от базовых станций. Авторы статьи провели систематический обзор 31 исследования, который не привел к доказательству того, что люди с повышенной чувствительностью могли обнаружить присутствие радиочастотных электромагнитных полей. Согласно обзору только семь исследований показали, что воздействие ЭМИ радиодиапазона действительно влияло на показатели здоровья. В двух из этих исследований авторы были не в состоянии повторить свои собственные результаты. В четырех исследованиях неправильно использовалась статистика, в то время как одно исследование показывало, что ЭМИ улучшало показатели здоровья. Авторы статьи [7] провели самостоятельное исследование в результате которого было выявлено, что кратковременное воздействие сигналом базы GSM не оказывало влияние на здоровье или физиологические функции среди чувствительных или контрольных людей. Чувствительные люди сообщили об ухудшении самочувствия, лишь когда они были подвержены воздействию сигнала UMTS. Дальнейший анализ указал, что подобная реакция происходит, вероятно, из-за эффекта самовнушения, а не воздействия непосредственно. Однако, если учитывать что эффект воздействия ЭМИ носит кумулятивный характер, то результаты данного эксперимента могут быть не совсем достоверны.

Исследование [15] посвящено развитию плода после ежедневного низкоинтенсивного воздействия на беременных мышей электромагнитным излучением от мобильного телефона. Физически сопоставимых беременных мы-

шей подвергали радиочастотному излучению GSM 900 МГц, испускаемого мобильным телефоном. В течение 5 часов после рождения у большинства детенышей были зафиксированы как двойное окрашивание в целом, так и обычные парафиновые гистологии. В данном исследовании использовалось статистически достаточное количество экспериментальных животных, подвергнутых воздействию, длительность и мощность которого может представлять минимальный уровень воздействия на человека электромагнитное излучение. Было четко указано, что даже такие слабые условия воздействия могут повлиять, хоть и временно, на эмбриональное развитие млекопитающего. В частности, эмбриональное развитие происходящее в присутствии слабого ЭМП во время всего периода беременности всего 6 минут каждый день, влияет обратимо на формирование костей у плода. Возможно, это связано с воздействием СВЧ или КВЧ компонентов излучения мобильных телефонов на важные молекулы и ионы, участвующие в эмбриогенезе.

В общем случае представляются наиболее вероятными три основных вида биологической активности ЭМП:

- влияние на живые организмы электромагнитных процессов, протекающих во внешней среде;

- участие внутренних электромагнитных процессов в жизнедеятельности организмов;

- электромагнитные взаимосвязи между организмами [16].

Для радио диапазона (103-1011 Гц) наиболее актуальным являются техногенные ЭМИ. В частности, энергия электромагнитных полей широко используется в промышленности и сельском хозяйстве. При этом уровни ин-тенсивностей излучения с каждым годом возрастают по сравнению с фоном (радиофоном) нашей планеты. Электромагнитное поле радиочастот стало новым фактором окружающей среды.

1.2 Электрические и магнитные свойства тканей биологических объектов

1.2.1 Поляризация клеток ткани. Частоты релаксации

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Барышев, Дмитрий Анатольевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Бецкий, О.В. Миллиметровые волны в биологии / О.В. Бецкий, М.Б. Голант, Н.Д. Девятков. - М.: Знание, 1988. - 64 с.

2 Девятков, Н.Д. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности / Н.Д. Девятков, М.Б. Голант, О.В. Бецкий. - М.: Радио и связь, 1991. - 160 с.

3 Бецкий, О.В. Лечение электромагнитными полями. Ч.З / О.В. Бецкий, Н.Д. Девятков, Н.Н. Лебедева // Биомедицинская радиоэлектроника. 2000.-№12.-С. 10-30.

4 Бецкий, О.В. Миллиметровые волны и живые системы / О.В. Бецкий, В.В. Кислов, Н.Н. Лебедева. - М.: САЙНС-ПРЕСС, 2004. - 272 с.

5 Павлов, А. Н. Воздействие электромагнитных излучений на жизнедеятельность: Учебное пособие / Н.А. Павлов. - М. Гелиос АРВ, 2002. - 224 с.

6 Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы. Утверждено Госкомсанэпиднадзора России от Я мая 1996 г. № 9. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96. Дата введения: с момента утверждения.

7 Does Short-Term Exposure to Mobile Phone Base Station Signals Increase Symptoms in Individuals Who Report Sensitivity to Electromagnetic Fields? A Double-Blind Randomized Provocation Study / S. Eltiti [and others] // Environmental Health Perspectives. 2007. - №11. - P. 1603 - 1608.

8 The Effects of 884MHz GSM Wireless Communication Signals on Self-reported Symptoms and Sleep - An Experimental Provocation Study/ В Arnetz [and others] // PIERS ONLINE. - 2007. - V. 3. - №. 7. - P. 1148 - 1150.

9 On the exposure to mobile phone radiation in trains [Электронный-pecypc] / J. Ferrer [and othes] // Applied Physics Letters. 2005. URL: http://dx.doi.Org/10.1063/l.1940120 (дата обращения: 23.09.2008)

10 Nageswari, К. Sri. Biological Effects of Microwaves and Mobile Telephony / K. Sri. Nageswari // Proceedings of the International Conference on

94

Non-Ionizing Radiation at UNITEN. ElectromagneticFieldsandOurHealth - 2003. -P 1-11.

11 Are some people sensitive to mobile phone signals? Within participants double blind randomised provocation study / G. J. Rubin [and others] // BMJ. - 2006. - V. 332, № 7546. - P. 886-891.

12 Ching-Sui, H. Mobile phone talk-mode signal delays EEG-determined sleep onse / H. Ching-Sui, C. Andersona, J. A. Hornea // Neuroscience Letters. 2007.-V.421,№. l.-P. 82-86.

13 Сарьян, В. К. Сотовый телефон и здоровье человека - от конфронтации к сотрудничеству / В.К. Сарьян // Мобильные системы. 2005 - № 5.-С. 18-22

14 Effect of microwave radiation on human EEG at two different levels of exposure / A. Suhhova [and others] // Bioelectromagnetics - 2013 - V. 34(4). -P 264-274.

15 Cranial and postcranial skeletal variations induced in mouse embryos by mobile phone radiation / A. F. Fragopoulou [and others] // Pathophysiology. 2010.-V. 17 - № 3. - P. 169-177.

16 Никулин, P. H. Физические механизмы воздействия СВЧ - излучения низкой интенсивности на биологические объекты [Электронный ресурс]: дис. ... канд. физ.-мат. наук / Р. Н. Никулин; ВолгГТУ. - Волгоград, 2004. - 129 с. - Режим доступа: 1 электрон.опт. диск (CD-ROM).

17 Кузнецов, А. Н. Биофизика низкочастотных электромагнитных воздействий / А.Н. Кузнецов. - М.: Изд. МФТИ, 1994. - 164 с.

18 Пресман, А.С. Электромагнитные поля и живая природа / А.С. Пресман. - М.: Изд. «Наука», 1968. - 288 с.

19 Кудряшов, Ю. Б. Биофизические основы действия микроволн / Ю.Б. Кудряшов, Э.Н. Исмаилов, С.М. Зубкова. - М.: Изд-во МГУ, 1980 - 160 с.

20 Холодов, Ю.А. Влияние электромагнитных и магнитных полей на центральную нервную систему / Ю.А. Холодов. - М.: Наука, 1966. - 284 с.

95

21 Холодов, Ю А. Мозг в электромагнитных полях / Ю.А. Холодов. -М.: Наука, 1982- 121 с.

22 Энди, У.Р. Частотные и энергетические окна при воздействии слабых электромагнитных полей на живую ткань / У.Р. Энди // ТИИЭР -1980-т. 68-№ 1 - С. 140-148.

23 К вопросу о действии электромагнитного поля на биологическую активность коры головного мозга кролика. / М.Н. Ливанов [и др.] // БЭБМ -1960 - т. 49, № 5 - С. 63-67.

24 Исмаилов, Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излучений / Э.Ш. Исмаилов. - М., Энергоатомиздат, 1987 - 144с.

25 Антипов, С.С. Влияние ЭМИ СВЧ на регулярные системы Escherichiacoli: Автореф. Дис. на соиск. уч. степ.канд. биол. наук. Ин-т био-физ. клетки РАН. Пущино, 2007. 23 с.

26 Применение микроволновой техники в лабораторных исследованиях и промышленности (обзор) / Д.Л. Рахманкулов [и др.] //Журнал прикладной химии. - 2002. - Т. 75, №9. - С. 1409 - 14216.

27 Лев, A.A. Ионная избирательность клеточных мембран / A.A. Лев. - Л.: Наука, 1975. - 323 с.

28 Шеин, А.Г. Выбор критериев по степени воздействия электромагнитного излучения на биологические объекты/ А.Г. Шеин, Р.Н. Никулин // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2001. - №4. - С. 19-23.

29 Рубин, А.Б. Биофизика: В 2-х кн.: Учеб.для биол. спец. вузов. Кн. 2. Биофизика клеточных процессов / А.Б. Рубин - М.: Высшая школа, 1987. -303 с.

30 Овчиникова, Г.И. Сегнетоэлектрическая модель микроволнового воздействия на биологические системы/ Г.И. Овчиникова, Ю.А. Пирогов, А.Н. Солошенко // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2000. - №3. - С. 56-59.

31 Шеин, А.Г. Подходы к моделированию воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты низкой интенсивности на ионный

транспорт веществ через биологические мембраны/ А.Г. Шеин, Р.Н. Никулин // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2003. — №4. - С. 4-11.

32 Девятков, Н.Д. Особенности взаимодействия миллиметрового излучения низкой интенсивности с биологическими объектами / Н.Д. Девятков, О.В. Бецкий // Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и медицине . - 1985. - С. 6 -20.

33 The influence of microwave radiation from cellular phone on fetal rat brain / J. Jing [and others] // Electromagnetic Biology and Medicine. - 2012 - Vol. 31, No. 1 - P. 57-66

34 Warchalewskil, J. R. Influence of Microwave Heating on Biological Activities and Electrophoretic Pattern of Albumin Fraction of Wheat Grain / J. R. Warchalewskil, J. Gralik // CerealChemistry. - 2010. - Vol. 87, N. 1. - P. 35 - 41.

35 Bernard, E. P. Further Observations on the Electrical Properties of Hemoglobin / E.P. Bernard, P. S. Herman // J. Phys Chem. - 1969. - V. 73, № 8/ -P. 2600-2610.

36 Baranski, S. Effects of mocrowave irradiation in vitro on cell membrane permeability. Biologic effects and Health Hazards of Microwave Radiation / S. Baranski, S. Szmigielski, J. Moneta.// Polish Med. Publ., Warshawa. - 1974. -P. 173-177

37 Алексеев, С. И. Влияние высокочастотного электромагнитного поля на транспорт тетрафенилбората через бислойные липидные мембраны / С. И Алексеев // Биофизика. - 1982. - т. 27, вып. 1. - С. 162-163.

38 Казаринов, К. Д. Ускорение трансэпителиального переноса Na+ кожей лягушки при миллиметровом облучении низкой интенсивности / К.Д. Казаринов, B.C. Шаров // Биологическое действие электромагнитных полей. Пушино. - 1982. - С. 43-44

39 Надарейшвили, Г.Г. Комплексное воздействие малых доз ионизирующей радиации, электромагнитного поля и гомеопатических препаратов при низких разведениях на трансмембранный перенос Na+, К+, Са2+ в опу-

холевых клетках / Г.Г Надарейшвили // Изв. АН Грузии. - 2006. - № 2. - С. 373-377.

40 Надарейшвили, Г.Г. Комплексное воздействие ЭМП и ионизирующей радиации на трансмембранный перенос ионов в клетке / Г.Г Надарейшвили // Изв. АН Грузии. - 2006. - № 3. - С. 547-551.

41 Сорокина, Т. П. Электронный учебник для дистанционного обучения по курсу: физика и биофизика [Электронный ресурс]. / Т.П. Сорокина, О.П. Квашина. - Красноярск: ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, 2006. URL: http://www.kgau.ru/distance/etf 04/biophysics/index.htm

42 Рамо С., Уиннери Дж. Поля и волны в современной радиотехнике /пер. с англ. Лисовского Л.П., Полетаева И.А., Шестакова А.И.; под ред. Ю.Б. Кобзарева. М.: ГИТТЛ, 1948. 631 с.

43 Федорченко, А.М. Классическая электродинамика / А.М Федор-ченко. - К.: Выщашк., 1988. - 280 с.

44 Ахадов, Я.Ю. Диэлектрические свойства бинарных растворов / Я.Ю. Ахадов. - М.: Наука, 1977. - 399 с

45 Дебай, П. Полярные молекулы / П. Дебай. - М.-: ГНТИ, 1931. - 281

с.

46 Седунов, Б.И. Диэлектрическая проницаемость биологических объектов / Б.И. Седунов, Д.А. Франк-Каменецкий // УФН. - 1963. - T. LXXIX. Вып.4.-С. 617-639.

47 Микроволновая термовлагометрия / П.А. Федюнин [и др.]. М.: Изд. «Машиностроение-1», 2004. 208 с.

48 Klein, I.A., Swift С.Т. // IEEE Transaction Ant. Propagat. 1977. V. 25.N.1.P. 104-110.

49 Мулев, Ю.В. СВЧ-метод диагностики двухфазного состояния водного теплоносителя / Ю.В. Мулев, А.Ю. Мулев // Теплоэнергетика. -2009. - №4. - С. 47-50.

50 Барышев, Д. А. Оценка потерь энергии ЭМВ в биологических средах / Р.Н. Никулин, Д. А. Барышев, A.C. Пенской [и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника. 2010. - № 6 - С.12 - 15.

51 Жизнь растений. Энциклопедия в шести томах. T.l М.: Просвещение, 1974. 487 с.

52 Шеин, А.Г. Связанная модель раствор - мембрана / А.Г. Шеин, A.B. Волошин // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника - 2006. -№4. -С.21 -25.

53 Барышев, Д.А. Низкочастотные границы СВЧ излучения низкой интенсивности / А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2008. - №4. С. 4 - 8.

54 Барышев, Д. А. Токи через мембрану с учетом наличия высокочастотных составляющих / А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2009. - №4. С. 4 - 9.

55 Барышев, Д. А. О влиянии закона распределения концентрации и потенциала по толщине мембраны на величину протекающих ионных токов / А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2010. -№6.- С. 8-11.

56 Барышев, Д. А. Модель влияния электромагнитного излучения на характер протекания ионных токов в биологических мембранах / Д. А. Барышев // XII Регион.конф. молодых исслед. Волгоградской обл.: Тез.докл. -Волгоград: РПК «Политехник», 2008. - С. 271 - 272.

57 Барышев, Д. А. Модель транспорта ионов через биологическую мембрану при наличии электромагнитных возмущений / Д. А. Барышев // XIII Регион.конф. молодых исслед. Волгоградской обл.: Тез.докл. - Волгоград: Изд-во ВГПУ «Перемена», 2009. - С. 55 - 60.

58 Барышев, Д.А. Ионный ток в биологических мембранах с учетом высокочастотных составляющих / Д. А. Барышев // ВНКСФ-16: Шестнадцатая Всеросс. научн. конфер. студентов-физиков и молодых ученых, г. Волго-

град, 22-29 апреля 2010 г.: матер.конф., информ. бюл. / Екатеринбург ; Волгоград : Изд-во АСФ России, 2010. - С. 393-394.

59 Барышев, Д. А. Токи через мембрану с учетом наличия высокочастотных составляющих / А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // 20-я Междунар. кон-фер.«СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 13-17 сентября 2010 г. Севастополь, Крым, Украина, 2010. - С. 1155-1156

60 Барышев, Д.А. О влиянии закона распределения концентрации и потенциала по толщине мембраны на величину протекающих ионных токов / А.Г. Шеин, Д.А. Барышев // 25 Международная научная конференция "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-25), Волгоград, 29-31 мая 2012, Харьков, 2-4 окт., 2012: Сборник трудов. Т. 9. Секц. 3. Математическое моделирование технологических процессов. Секц. 5. Компьютерная поддержка производственных процессов. Секц. 7. Математические методы и задачи в медицине и биофизике. Секц. 10. Математическое моделирование информационно-измерительных и телеметрических систем - 2012 - С. 113114.

61 Квантово-механические эффекты при работе ионных каналов / А.Н. Волобуев [и др.] // Вестник новых медицинских технологий. 1998. - Т. 5. №2.-С. 7-10.

62 Boronovsky, S.E. Brownian dynamic model of the glycine receptor chloride channel; effect of the position of charged aminoacidson ion membrane currents / S.E. Boronovsky, I.P. Seraya, Y.R. Nartsissov // IEE Proc.-Syst. Biol. -2006. - V. 153. - №5. - P.394-397.

63 Boronovsky, S. E. Modeling of single ion channel current by the using of ions motion near the charged membrane surface / S. E. Boronovsky, Y. R. Nartsissov // In book: Will bottom-up meet top down? - 2008. - P.25-31.

64 Бороновский, C.E. Электростатическая модель ионного канала глицинового рецептора / С.Е. Бороновский, Я.Р. Нарциссов // Научная сессия МИФИ-2006 Сборник научных трудов. - 2006. - Т.5. - С.158-159.

65 Бороновский, С.Е. Влияние геометрии ионного канала на значения трансмембранных токов на примере молекулярно-динамической модели глицинового рецептора / С.Е. Бороновский, Я.Р. Нарциссов // Научная сессия МИФИ-2007 Сборник научных трудов. - 2007. - Т.5. - С. 156-158.

66 Бороновский, С.Е. Применение броуновской динамики для описания процессов трансмембранного переноса ионов на примере хлорного канала глицинового рецептора / С.Е. Бороновский, Я.Р. Нарциссов // Биофизика. 2009. - Т.54. №3. - С.448-453.

67 Boronovsky, S.E. Probability simulator of enzyme activity and its application to description of transmembrane currents through glycine receptor / S. E. Boronovsky, Y. R. Nartsissov // In book: Modern trends in Systems biology. Vir-tualmodelingandregulation. 2010. P. 113-119.