УДК 577.3 АППАРАТНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ

ЕЛЕКТРОННІ АПАРАТИ, КОМП’ЮТЕРНА ТЕХНІКА І ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ ТЕХНОЛОГІЇ
УДК 577.3
АППАРАТНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
ПОЛЕЙ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Олейник В.П., к.т.н., доц., Кулиш С.Н., к.т.н., доц., Литвин В.В., асп.
Национальный аэрокосмический университет им. М.Е. Жуковского «ХАИ», г. Харьков
61070, Харьков-70, ул. Чкалова, 17
E-mail: [email protected]
Останні десятиріччя минулого сторіччя та початок теперішнього характеризуються інтенсивним зростанням
такої техногенної компоненти, як радіочастотне випромінювання. Це явище отримало назву «електромагнітне
забруднення середовища». В той же час, розроблена і впроваджується в клінічну практику апаратура низькоінтенсивної хвильової терапії. Тому однією з задач забезпечення безпеки людини є визначення кількісних показників реакції організму на певну дозу випромінювання.
Ключові слова: електромагнітне випромінювання, реакція організму, апаратура.
Last decades of the last century and the beginning of the present are characterized by intensive growth technology’s
component of radio-frequency radiation. This phenomenon has received the name «electromagnetic pollution of environment». Even more often there is in the market an equipment low-Intensity wave therapies. Therefore one of tasks of
the person safety is determination quantity indicators of organism’s reaction on the certain doze of radiation.
Key words: electromagnetic radiation, organism’s reaction, equipment.
Введение. Рассматриваемый вопрос проходил
несколько этапов развития. В 30-40 годах прошлого
столетия появляются сверхмощные (до сотен киловатт) радиопередающие станции. Увеличение расстояния передачи сигналов достигалось увеличением мощности. Воздействию подвергались обслуживающий персонал и население, проживающее в зоне
эффективного воздействия. В 60-70 годах создается
мощная радиолокационная техника, техника СВЧ
диапазона [1,2]. В этот же период более полно заполняется радиочастотный диапазон. В 80-90 годах
развиваются средства индивидуальной радиосвязи,
происходит насыщение сферы обитания человека
источниками электромагнитных (ЭМ) излучений.
Начало 21 века характеризуется бурным развитием
средств передачи информации. Действию этих излучений средней и низкой интенсивности подвергается практически все население.
Анализ предыдущих исследований. Проблему
влияния радиоизлучения на здоровье человека уже
давно изучают Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), специализированные медицинские
исследовательские организации, общественные организации и журналисты. Эта проблема беспокоит и
обычных людей, пользующихся бытовыми приборами, в том числе, излучающими ЭМ поля.
Взаимодействие ЭМ излучения с биологическими объектами приводит лишь к частичному поглощению энергии. Наблюдаемые при таком взаимодействии биологические эффекты являются результатом поглощения энергии ЭМ излучений атомами,
молекулами, клетками, тканями, органами и всем
организмом в целом. Любой определяемый
эффект, возникновение которого приписывается влиянию ЭМ излучений, – следствие присвоения части
энергии излучения исследуемым объектом. Соглас-
но принципа Гроттгауса, только та часть энергии
излучения может вызвать изменения в веществе,
которая поглощается этим веществом; отраженная
или проходящая энергия не оказывает никакого
действия [2].
Согласно рекомендациям Международного комитета по неионизирующему излучению Международной ассоциации по радиационной защите
(IRPA/INIRS), в качестве основной дозиметрической
величины поглощенной телом энергии ЭМ излучения для частот более 10 МГц принимается специфическая поглощенная мощность (Specific absorption
rate – SAR) или удельная поглощенная мощность,
отнесенная к единице массы тела (Вт/кг). Очевидно,
что непосредственное аппаратное измерение этого
параметра для человеческого организма затруднено.
Поэтому для определения SAR используют методы
математического и физического моделирования. Математическое моделирование сводится к решению
задач электродинамики. Объект при этом моделируется эллипсоидальной моделью с распределенными
диэлектрическими и проводящими свойствами. Проверкой адекватности математических моделей служит физическое моделирование с использованием
материалов, близких по электрофизическим параметрам к живым тканям. Измерение поглощенной
мощности физической моделью производится, как
правило, набором дискретных датчиков размещенных внутри модели. Как физическое, так и математическое моделирование не может учесть всю специфику физиологических реакций на воздействие.
Удовлетворительный результат оценки SAR получают при рассмотрении задач облучения с достаточно большой интенсивностью объекта в открытом
пространстве. При оценке действия маломощных
Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського. Випуск 6/2007 (47). Частина 1
47
ЕЛЕКТРОННІ АПАРАТИ, КОМП’ЮТЕРНА ТЕХНІКА І ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ ТЕХНОЛОГІЇ
ЭМ излучений методы определения SAR не столь
эффективны.
Однако данные исследований показали наличие
определенных реакций организма человека при воздействии сверхнизких по интенсивности излучений
[3, 4, 5]. Примерами этого могут быть влияние
флуктуаций биосферных магнитного и электрического полей, ЭМ излучения профессиональной и
бытовой аппаратуры, средств микроволновой резонансной и информационно-волновой терапии.
Цель работы. Предложить метод исследования
воздействия электромагнитного излучения низкой и
сверхнизкой интенсивностей на организм человека,
основанный на измерении объективных параметров.
Материалы и результаты исследования. Рассмотрим общий характер реакции биологического
объекта на действие физического поля (рис. 1). Заштрихованная область этой характеристики соответствует фазе субнормальности. Она сохраняется
на некоторое время и после снятия воздействия.
Рассматривая фазу субнормальности, более детально, отметим, что биологической реакции организма
предшествуют
физическая,
физикохимическая и химическая фазы, общая продолжительность которых, около – 10−6 с. Биологическая
реакция организма может длиться от долей секунды
до нескольких лет.
Известно, что часть аппаратуры радиочастотного диапазона (особенно средств мобильной связи)
работает в импульсном режиме. Это дает возможность наблюдать фазу субнормальности в промежутках между видеоимпульсами, а также производить запись медико-биологических параметров в
эти моменты (рис. 2).
Отклик
системы
Величина
воздействия
Рисунок 1 – Общий характер реакции биологического объекта на действие физического поля
Для исследования короткоживущих субнормальных фаз, при соответствующей синхронизации,
может использоваться аппаратура для электроэнцефалографии (ЭЭГ) и электрокардиографии (ЭКГ).
Исследование более продолжительных физиологических реакций, например, изменений теплового
поля, кровенаполнения конечностей, а также электрофизических параметров биологически активных
точек можно проводить при помощи аппаратуры
для пирометрии, реовазографии и электропунктуры,
соответственно. Причем, эти измерения могут проводиться в момент действия раздражителя радиочастотного диапазона. Это важно для исследования
влияния непрерывного ЭМ излучения.
A
t
Медикобиологические
параметры
1 мкс
t
Рисунок 2 – Наблюдение фаз субнормальности
Структура аппаратных средств исследования
воздействия ЭМ полей на человека представлена на
рис. 3. Здесь вышеупомянутая аппаратура ЭЭГ,
ЭКГ, реовазографии, пирометрии, электропунктурной диагностики относится к средствам для косвенной оценки воздействия ЭМ поля.
Для измерения SAR используются испытательные фантомы, а также приборы для измерения электрической (E), магнитной (H) напряженностей и
интенсивности ЭМ поля. Последние также применяются для определения объективных характеристик ЭМ поля как действующего фактора, в том
числе, и для проведения математического моделирования.
Определяющее значение в корректности проведения исследований является объективное определение характеристик действующего электромагнитного излучения. Структура оборудования для измерения параметров ЭМ поля [6] представлена на рис.
4. Здесь также указан рабочий диапазон частот для
каждого типа.
Измерительные приемники предназначены для
измерения электрической напряженности индустриальных радиопомех и синусоидальных колебаний. Эти приборы представляют собой высокочувствительные супергетеродинные приемники, с точно устанавливаемыми при измерениях коэффициентами усиления и стандартизированными характеристиками избирательности. Измерительные приемники подразделяются на приемники с ручным
управлением и автоматизированные (программируемые). Автоматизированные приемники могут
применяться как автономно, так и в составе автоматизированных измерительных систем.
Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського. Випуск 6/2007 (47). Частина 1
48
ЕЛЕКТРОННІ АПАРАТИ, КОМП’ЮТЕРНА ТЕХНІКА І ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ ТЕХНОЛОГІЇ
А П ПА Р А ТНЫ Е С РЕ ДС ТВ А
И СС ЛЕДОВАНИ Я ВОЗДЕЙС ТВИЯ
Э ЛЕКТРО М АГНИ ТНЫ Х ПО Л ЕЙ
СРЕДСТВА ДЛЯ КОСВЕНН ОЙ
О Ц ЕНКИ ВО ЗДЕЙС ТВИЯ
ЭЛ ЕК ТРО М АГН ИТН О ГО ПО Л Я
ЭЭГ
ЭКГ
ПРИБОРЫ ДЛЯ
И ЗМ Е РЕ Н ИЯ
E, H И
ИН ТЕНС ИВН ОСТИ
ЭМП
Р Е О В А ЗО ГРА Ф И Я
П ИРОМ ЕТРИ Я
ЭЛ ЕКТРО ПУН КТУРНАЯ
ДИАГНО СТИ КА
СР Е ДС ТВА
ДЛЯ ИЗМ ЕРЕНИЯ
SAR
ИС ПЫ ТАТЕЛЬНЫ Е
Ф АНТО М Ы
(Ф И З И Ч Е С КИ Е М О Д Е Л И
БИ О Л О ГИЧЕСКО ГО
О Б Ъ ЕК ТА)
М А ТЕМ А ТИ Ч ЕС КО Е
М О ДЕЛ И РО ВА Н ИЕ
Рисунок 3 – Аппаратные средства исследования
воздействия ЭМ полей
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРИЕМНИКИ
ESVP (20 - 1000МГц)
EATON (25 - 1000МГц)
ПРИБОРЫ ДЛЯ
ПОИСКА
РАДИОПОМЕХ
FVS - 1000
(30 - 1000МГц)
ИЗМЕРИТЕЛИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
ПОЛЕЙ
EMC-30 (9кГц -1000МГц)
NM-37/57B (30 -1000МГц)
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
СИСТЕМЫ
EMR-200, EMR-300
(100кГц - 60ГГц)
EMR-20, EMR-30
(100кГц - 3ГГц)
EP- 6 (20кГц - 1000МГц)
EATON 3018, 3038
(9кГц - 1000МГц)
HP 8574A
(10кГц - 1500МГц)
SMV 21 (25 - 1000МГц)
Рисунок 4 – Приборы для измерения параметров
ЭМ поля
Автоматизированные измерительные системы
функционируют под управлением ЭВМ в соответствии с прикладными программами, обеспечивающими проведение испытаний технических средств
(ТС) с учетом требований нормативно-технических
документов. Известными зарубежными производи-
телями автоматизированных систем для измерения
радиопомех являются фирмы EATON (США),
HEWLETT-PACKARD, RONDE & SCHWARZ
(ФРГ).
Измерители ЭМ полей предназначены для ненаправленного измерения напряженности высокочастотных электрических полей, создаваемых различными источниками. Показания прибора – в процентах от устанавливаемого граничного значения. В
этих приборах реализована высокая точность измерений с автоматической настройкой нулевого уровня.
Выводы. Предлагаемый метод состоит в определении параметров ЭМ поля известными метрологическими средствами и выделении их в качестве
объективного действующего фактора. В качестве
реакции организма на воздействие рекомендуется
рассматривать комплекс медико-биологических
показателей и, особенно, данных ЭЭГ, ЭКГ, реовазографии, теплового поля, СВЧ пирометрии, электропунктуры. Предполагается, что статистическая
обработка совокупности параметров позволит выделить устойчивые коррелированные с воздействием ЭМ поля объективные характеристики. Последние необходимы для разработки санитарногигиенических норм, определения допустимых
уровней воздействия, оптимизации методик лечения ЭМ полями.
ЛИТЕРАТУРА
1. Думанский Ю.Д., Сердюк А.М., Лось И.П.
Влияние электромагнитных полей радиочастот на
человека. – Киев: Здоров'я, 1975. – 160 с.
2. Тихончук В.С., Давыдов Б.И. и др. Биологическое действие, нормирование и защита от электромагнитных излучений. – М.: Энергоатомиздат,
1984. – 176 с.
3. Чухраев Н.В., Писанко О.И., Самосюк И.З.
Биорезонансная КВЧ-терапия и аппаратура для ее
реализации // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. – 2002. - №10-11.– С. 60-65.
4. Чухраев Н.В., Самосюк И.З., Писанко О.И.
Аппаратура для резонансной низкоинтенсивной
физиотерапии физиопунктуры // Биомедицинские
технологии и радиоэлектроника. – 2001. – №8. – С.
48-51.
5. Петросян В.И., Синицин Н.И., Елкин В.А.,
Девятков Н.Д. и др. Роль резонансных молекулярно-волновых процессов в природе и их использование для контроля и коррекции состояния экологических систем // Биомедицинская радиоэлектроника. – 2001. - № 5-6. – С. 62-129.
6. Электромагнитная совместимость технических средств. Средства измерения и испытательное
оборудование: Каталог. – М.: ИНПЛАТЕК, 1991. –
201 с.
Статья поступила 08.11.2007.
Рекомендовано к печати к.т.н., доц.
Мосьпаном В.А.
Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського. Випуск 6/2007 (47). Частина 1
49