0 2 4 а 12 16

20 24 28 J2 JS 40 Время пос/ie облучения, сут

44 4а

Рис. 4.8. Изменение числа нейтрофилов (/ и 2) и лимфоцитов (3 и 4) 10-кратного воздействия ЭМИ ППЭ 10 мВт/см (19 Дж/г) и у-изл в дозе 4 Гр:

I и 3 - Т-облучеиие; 2 и 4 - ЭМИ и у-облучение

ненцнальную иаправлениость постлучевой атрофии кроветворных органов,! само вызывать атрофию кроветворных органов, постепенно увеличиваюи порционально числу воздействий ЭМИ. Между тем как 10-кратное вози ЭМИ с ППЭ 10 мВт/см при поглощенной дозе 18 Дж/гне вызывает усиленив ционного поражения селезенки и тимуса (рис. 4.7). В экспериментах на C57BL6 показана их большая чувствительность к ЭМИ. Общие законоь радиационных изменений количества нейтрофилов и лимфоцитов 10 мВт/см и поглощенной дозе 18 Дж/г после 10-кратиого облучения лены на рис. 4.8. Из рисунка видно, что даже при ППЭ 10 мВт/см идет ; восстановления числа лимфоцитов.

В последние годы многие клиницисты и гематологи уделяют внимание i иому подъему количества нейтрофилов, понимая под этим преходящее ние абсолютного числа клеток (Бонд, Флиднер, 1971). Этот подъем биологического вида животных и дозы ионизирующего излучения. В дополнительного микроволнового облучения абортивный подъем доста ко зависит от интенсивности ЭМИ (рис. 4.9). ЭМИ не оказало дополни влияния на послерадиационные изменения эрнтропоээа.

Как указывалось (см. гл. 2), при одном СВЧ-воздейсгвии с большой i ностью происходит угнетение функций кроветворной системы. Это вь в падении массы кроветворных органов, уменьшении количества клеток! значительной пейкопеиии, лабильности гематологических показателей в* последствия и удлинении сроков восстановления по большинству ис показателей. Эти изменения и могли обусловить утяжеление лучевой реак 7-облучения, что проявилось в большей атрофии кроветворных органов, i уровня абортивного подъема нейтрофилов и как следствие этого -сроков полного восстановления числа нейтрофилов, лимфоцитов и в к< итоге лейкоцитов.

Полученные данные свидетельствуют о том, что ЭМИ с ППЭ 10 мВт/см* глощенной дозе 18 Дж/г не вызьшает изменений радиационной гибели их средней продолжительности жизни и состояния кроветворной системы, можно характеризовать как патологические. Все изученные показатели лишь при интенсивности более 10 мВт/см и достигали максимума при lOOl

Плотность

10 to

мВт/см«

знергии,

Рис. 4.9. Изменения массы селезенки (/), тимуса (2), величины абортивного подъема нейтрофилов (5) и числа пейкоцигов (4) после ЭМИ и 7-облучения:

---одно 7-облучеиие

При последнем значении ППЭ утяжеление радиационных эффектов бьшо на 2-2,5 Гр больше, чем при воздействии одного ионизирующего излучения.

Несколько слов о восстановлении кроветворения после воздействия ЭМИ, оцениваемом методом дополнительного воздействия ионизирующего излучения в дозах, адресованных к кроветворной системе.

При экспозиционной дозе ЭМИ 24 Дж/см и поглощенной 18 Дж/г порог по ППЭ составляет 20-30 мВт/см . При больших значениях ППЭ эффект выявляется в условиях радиационного синдрома, вызывающего кроветворную гибель (рнс. 4.10). Облучение ЭМ полем проводили 10-кратно с суточным интервалом. Поэтому при отсутствии восстановления суммарная доза составила бы 240 Дж/см Однако полный период восстановления теплового эффекта СВЧ-поля много меньше суточного интервала. Только ЭМ-облучение животных не дает возможности выявить кумуляцию. Однако с помошью ионизирующего излучения определяется эффект кумуляции СВЧ-воздействия на уровне кроветворной ткани при ППЭ 10 мВт/см и Дозе 18 Дж/г. Утяжеление лучевой реакции, очевидно, вызывается непосредственным воздействием СВЧ-поля на кроветворную ткань и характеризуется угнете-иием белого ростка. Такой феномен возможен, очевидно, лишь на животных с малыми геометрическими размерами, у которых энергия электромагнитных волн с частотой 2,45 ГГц проникает практически до костного мозга, селезенки и тимуса. С увеличением размеров животных (например, собаки) аналогичные параметры микроволнового излучения могут вызвать реакцию кроветворной системы по типу

Рис.

4.10. Гибель мышей воздействии только и при воздействии •МИ и 7-излучения:

I - гибель, равная "ну- , при воздействии толь-«0 ЭМИ; 2 - ЭМИ, не вы-Ываются модификации лу-«вого поражения; 3 - отношение ЛД 5 о (ЭМИ+7-об-Тение) к ЛД50 (только "Облучение)

5 7 9 11 13 15

17 19

«5 10 15 20 SO

Время после j-облуиения, сут

Рис. 4.11. Гибель крыс после 7-обл интактных животных в дозе 5,5 Гр после предварительного СВЧ-возде (2> (391

стресса [121, 126]. Поэтому усиле днациониых эффектов при возде ЭМ-поля на крупных животных мо обнаружить. Перенос данных, свиде вующих об усилении радиационных тов при воздействии ЭМИ на че должен быть осторожным особенно для частот 2- 3 ГГц, поскольку при 24 , поглошениая доза составляет примерно 1 Дж/г. Более того, при слабых воздей микроволн можно наблюдать даже защитный эффект от ионизирующего из по таким показателям, как гибель, средняя продолжительность жизни, коли лейкоцитов, реакция Т-лимфоцитов взаимодействовать с антигеном ФГА-Р и поведенческие реакции. В этой связи целесообразно привести результаты выполненных под руководством Ю. Г. Григорьева [14, 15, 37, 39).

Исследования проведены на 54 белых беспородных крысах-самках. 18 ежедневно по 30 мин в течение 8 сут подвергали облучению ЭМ-полем с\ 200 ±25 мкВт/см . 36 животных служили контролем. Поляризация поля нейиой, постоянной, с ориентацией вектора Е параллельно площадке, иа ко размещали животных (облучение велось сверху). Температура окружающей i в зоне облучения составляла 21 ±0,5°С. Влажность и освещенность мест расг ния подопытных и контрольных животных вьшерживались примерно одинак На 9-е сутки после начала облучения микроволнами животных контрольной I опытной групп подвергали однократному общему "у-облучеиию в суммарно 5,5 Гр (мощность дозы 0,01 Гр/с).

Результаты исследований показали, что предварительное облучение мик нами с малой интенсивностью более чем в 1,5 раза повыщает выживаемость! по сравнению с выживаемостью крыс, подвергнутых только у-облученню.

Среднее эффективное время, за которое погибло 50% животных подоп группы, составило 26,6 сут (17,7-39,9), а эффективное время животных ко иой группы 15,4 сут (12,2-19,4) (рнс. 4.11). Следующие работы, выг Ю. Г. Григорьевым и сотр. (14, 15], касаются изучения поведенческих реаки комбинированном воздействии ЭМ- и ионизирующего излучений. Авторы вали поведенческие реакции (двигательную активность) животных при вии ЭМ- и 7-излучений с весьма слабой интенсивностью.

Эксперименты проводили на крысах-самцах линии "Вистар" в одно и то же 1 суток - с 14 до 17 ч. Животных в эксперименте использовали однократно. Ре ты эксперимента обрабатывали трехкратным дисперсионным анализом, подвергали у-облучению в дозе 0,34 Гр, длительность облучения 20 мин. ние велось партиями по семи животных, контрольных - подвергали "лол облучению. СВЧ-воздействия на животных проводили через сутки после нон« щего излучения (10 ГГц, 40 мкВт/см, время облучения 1 мии). Во время > ния животное находилось в коробке 200x200x200 мм из оргстекла, пои крышкой нз пенопласта; облучение велось сверху. Измерение двигательной i иости крыс проводили через 1 мин после СВЧ-облучеиия. Всего в экспер было использовано 28 животных.

Для регистрации двигательной активности и измерения параметров траек движения крыс была использована установка "Оптоваримекс", содержащая скую платформу с инфракрасными датчиками положения животного в простр двухкоординатного самописца непрерьгвной регистрации положения животнс; плоскости, 8-канальиого счетчика с цифропечатающим устройством, Koropii чатает на бумажной ленте показания: Я - интегральный показатель двн активности (путь, пройденный животным за время анализа); X, У - пр

траектории пути, пройденного животным на оси X к Y; п - число вставаний животного на высоту 5 см от пола коробкн. Во время измерения двигательной активности около установки включали генератор "Брюль" типа 1027 белого шума (67 дБ).

у-Облучение вызывало достоверное изменение (р<0,05) двигательной активности животных по оси У. Достоверных изменений в показателях Н, X и п под влиянием 7-облучения ие обнаружено. СВЧ-облучснне животных в течение 1 мин не вызывало изменений в показателях двигательной активности крыс. Для получения так называемого специфического эффекта действия микроволнового и ионизирующего излучений в малых дозах те же авторы [14, 15] предложили интересную • щодель - особый вид памяти - импринтинг. Эапечатление (импринтинг) заключается в установлении связи животного с впервые предъявленным раздражителем нли движущимся объектом внешней среды.

Работа бьша выполнена на цыплятах, разделенных на четыре группы (три подопытных и одна контрольная). Через 24 ч после начала инкубации эмбрионы первой гру1шы в течение 5 мии облучались нсмодулнрованнымн микроволнами (9340 ±10 МГц, 40 мкВт/см), эмбрионы второй группы подвергались воздействию 7-излучения в дозе 0,36 Гр; эмбрионы третьей группы предварительно облучались микроволнами с теми же параметрами, что и эмбрионы первой группы, а затем подвергались 7-облученню в дозе 0,36 Гр; эмбрионы четвертой группы находились в тех же условиях, но без облучения. Яйца в процессе инкубации за несколько часов до вылупления закладывали в отдельные коробкн, чтобы после вылуплеиия у цыплят ие происходило взаимного запечатлевання. Имприитированне цыплят проводили в сенситивный период через 20- 24 ч после вылупления в два этапа: тренировочный и сенситивный. В качестве импрннт-стнмула использовали мелькающий свет лампы фотостимулятора с частотой 10 Гц. Теститроваиие иа запоминание им-принт-стимула проводили через 24 ч после имприитирования, оставляя одну лампу мелькать с частотой 10 Гц (импринт-стимул). а другую - с частотой 2 Гц Охиффе-ренцнровочный стимул). При количественной оценке реакции учитывали время нахождения цыплят вблизи стимулов, количество подходов и контактов с ними.

Проведенные исследования показали, что в данных условиях эксперимента произошло усиление эффекта при воздействии на цыплят в раннем эмбриогенезе немодулированных микроволн ППЭ 40 мкВт/см и 7-излучения в суммарной дозе 0,36 Гр. 7-Облучение устраняло имеющееся у цыплят контрольной группы предпочтение импринт-стимула (снижение индекса предпочтения с 0,8 до 0,54). Предварительное СВЧ-облучение усиливало эффект 7-облучения так, что цыплята избегали импринт-стимула (индекс предпочтения 0,36). Авторы заключают, что комбинированное воздействие микроволн и 7-излучения в период раннего эмбриогенеза может оказывать так называемое специфическое действие на ЦНС - нарушать образование импринтинга, oco6off формы памяти.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о возможном модифицирующем влиянии микроволн СВЧ-диапазоиа нетепловой интеисивности иа последующую реакцию различных систем организма в ответ на действие ионизирующего излучения, развитие трех типов реакции при комбинированном воздействии ионизирующего и неионизирующего излучений: повышение общей реактивности, компенсации функциональных сдвигов иа системном и организменном уровнях и. Наконец, усиление специфических эффектов.

Об антагоническом эффекте сообщалось и в более ранних работах [55, 156]. Чаще всего этот эффект наблюдали в том случае, если ЭМ-поле воздействовало после 7-облучения (Лаппенбаш и др. 1973, Ратковска и Вацек, 1977). В более поздних исследованиях [19, 45, 61], как правило, отмечалось ахздитивное нли синерге-тическое биологическое взаимодействие ионизирующего и неионизирующего излучений. Маррей и Маккелли [130] придерживаются последней точки зрения. К тем *е самым выводам приходят К. В. Никонова, И. П. Соколова, М. С. Толгская [61]. Более того, А. Н. Либерман и др. [61] также приходят к выводу, что этот синергизм (нли аддитивизм) возможен на уровне пороговых доз ионизирующего излучения и микроволнового облучения.

В опытах иа мышах при частоте 2,4 ГГц, экспозиционной дозе 24 Дж/см и логло-ЦЭДной 18 Дж/г мы ие обнаружили изменений по всем изученным показателям при

ППЭ, равной 10 мВт/см . В пересчете на УПМ для человека массой 70 кг оно ( вило всего 0,3 мВт/г, а поглощенная доза - примерно 0,1 Дж/г. Уровень ме лизма спящего человека составляет 1 мВт/г, а у человека, выполняющего пред большую физическую работу (бег на длинные дистанции), - 18 мВт/г. Коне экстраполируя экспериментальные данные на человека прн комбинированном : действии ЭМИ и ионизирующего излучения, следует учитывать особенности кр творения грызунов и человека. Поскольку ионизирующее излучение из этих факторов является ведущим, экстраполяцию следует вести по тем при которые приняты для этого фактора [1,45, 97].

Постановка экспериментов с сочетанным воздействием указанных факта один нз которых является тестирующим, позволила количественно оценить уров интенсивности электромагнитных волн, прн котором у животных действи возникали патологические илн реактивные состояния. В обычных условиях нить биологические эффекты при действии ЭМИ с достаточной степенью объе» ности чрезвычайно трудно.

Можно предположить полезность таких методических подходов для об ния критериев оценки предельно допустимых уровней ЭМИ для человека. Не нее важное значение, на наш взгляд, подобные методические подходы будут i и в плане изучения модификации лучевого поражения прн сочетанном воздеЯ ЭМП и ионизирующего излучения, так как они позволяют получить соотве щие поправочные коэффициенты при нормировании биологического эффекта I зирующего излучения.

Глава 5

нетепловые эффекты. тепловой стресс. моделирование

При воздействии ЭМ-излучений на живые организмы следует чать по крайней мере три уровня взаимодействия ЭМ-энергии с биолс ческими системами [32,33, 42, 73]:

1) слабые энергетические воздействия (иногда их называют инфо; ционными). Предполагают, что они вносят очень незначительные вс щения в термодинамику живого организма и сравнимы с тепло шумом биологической системы. Примером такого рода воздей ЭМ-поля с биологическими системами может служить восприятие В1 мого света, который обладает достаточно выраженным информа ным значением, поскольку имеются соответствующие рецепторы;

2) средние энергетические воздействия. По уровню они сопоставя с уровнем основного обмена того или иного вида животного. По-в« мому, такие воздействия могут вносить возмущение в термор скую систему живого организма лишь при очень длительном возде вии или при возникновении локальных "горячих точек";

3) сильные энергетические воздействия. На этом уровне четко ляются количественные зависимости эффекта от дозы. Можно on лить границы патологического и физиологического состояний по та интегральным эффектам, как смертность, средняя продолжительнв жизни, генетические эффекты.

Говоря о первичных механизмах взаимодействия ЭМИ с веще следует прежде всего сразу оговориться, что речь пойдет лишь о крат изложении существующих представлений о возможных физико-л

i биофизических взаимодействиях, связанных прежде всего с злек-I ичёскими свойствами отдельных компонентов клеток (воды, макро-•рдекул, белково-липидных комплексов, мембран), без рассмотрения аимодействий ЭМ-излучения с более сложными биологическими си-темами, необходимых для понимания количественных зависимостей, g дозиметрической оценке ЭМ-излучения (см. гл. 1).

Средние и сильные энергетические воздействия приводят к тепловым vgHoMenaM ЭМП, которые основаны прежде всего на термодинамике биологического объекта и патофизиологии терморегуляции. Отсюда дозникает необходимость рассмотрения тепловых моделей, наиболее приемлемых для описания теплового состояния биологических объек-lOB при воздействии ЭМ-излучений.

5.1. ВОЗМОЖНОСТИ СЛАБОГО НЕТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗМП

Многие ученые признают, что в конечном счете взаимодействие ЭМИ с биологическими системами приводит к преобразованию энергии ЭМ-поля в тепловую. Охша-ко в последнее время некоторые исследователи пытаются объяснить ряд эффектов ЭМИ (исключая тепловое преобразование энергии), используя для этого сложные физические феномены: теорию солитонов, сверхпроводимость и т. д. [73, 85, 104, 105]. Сторонники "неспецифического" (или "слабого") взаимодействия ЭМИ с веществом - это, как правило, нейрофизиологи илн гигиенисты, которые в качестве основного критерия "вредности" ЭМИ выдвигают эффекты ЦНС. По нашему мнению, будет совершенно несправедливо отвергать феномены слабых энергетических взаимодействий. Следует оговориться, что с физиологической точки зрения ли феномены интересны. Однако непостоянство их обнаружения исследователями, низкий уровень выявляемых физиологических сдвигов не дают пока оснований ОЛЯ их использования при оценке профессиональной вредности ЭМИ. Постоянно существующий фон других факторов создает такой энергетический шум в организме, что слабые эффекты ЭМИ пока имеют только научный интерес. Более того, они могут быть выявлены только в строго контролируемых, "стерильных" с точки зрения "участия" других факторов экспериментах. При изложении биофизики ЭМИ мы воспользовались интересными данными, приведенными в работах (75, «5,88,104, 105, 141, 156].

Несколько слов о диэлектрических свойствах воды, белковых молекул и мем-5ран с точки зрения энергетических параметров воздействия ЭМП. Водная фаза биологических тканей - самая значительная в количественном отношении. Диэлектрические свойства чистой воды хорошо изучены в большом частотном интервале (« нуля до частот, приближающихся к инфракрасной области). Эти свойства харак-Кризуются уровнем релаксации при 20 ГГц. Границы диэлектрической проницаемости от статического электричества до бесконечно больших частот прн комнат-"ой температуре составляют примерно 75-5. Диэлектрические свойства воды не за-•чсят от напряженности электрического поля примерно до 100 кВ/см. Электрнче-*ке свойства и вязкость воды характеризуются тремя диэлектрическими парамет-ИМи: статической диэлектрической проницаемостью, измеряемой в области /•< с if с - критическая частота); частотой релаксации 20 ГГц и ионной провоци-чосгыо.

Дизлектрические свойства электролитов практически такие же, как и воды. I „ *Ическая диэлектрическая проницаемость электрохштов с обычной для физио-i огич!

йских растворов концентрацией (0,15 н.) лишь иа две единицы меньше про-емости чистой воды, чем, безусловно, можно пренебречь. °явижность ионов в жидкостях ткани ие очень заметно отличается от их по-I. "«Ностн в воде. Релаксационная частота чистой и связанной воды практически ова. Б диапазоне 500-2000 МГц удельная проводимость связанной с белка-