подъем или плато после окончания облучения, экспоненциальный; восстановления до исходных значений и, наконец, фаза отрицат градиента температуры. Продолжительность плато и величина отр ного градиента особенно четко коррелируют с интенсивнс (рис. 5.7).

3 i80

30 40 50 SO 70 Время наблюдения, мин

Рис. 5.8. Пульс (J) и дыхание (б) у собак прн ЭМ-облучеинн 300 мВт/см 3, 6 и 8 мин:

• - во время облучения; О - после облучения; К - исходные значения

Нормализация сердечной и дыхательной систем зависит от общей позиционной дозы, и при критических значениях ППЭ (144 Дж/см) е яе происходит и через 10 ч после облучения (рис. 5.8). При пороговом уровне воздействия (0,1%-ная гибель) через 30 мин наступает восстанов-дейие ректальной температуры. Частота дыхания и частота сердечных .ркращений восстанавливаются через 22 и 70 мин после облучения соответственно.

При многократном воздействии довольно отчетливо выявляются адап-зционные возможности организма по таким показателям, как температура тела, частота сердечных сокращений и частота дыхательных движений (рис. 5.9 и 5.10). После облучения через 1-2 сут все показатели находятся в пределах вариабельности данных показателей у контрольных животных.

Таким образом, функциональные сдвиги со стороны сердечнососудистой системы при микроволновом облучении, не вызывающем эффекта поражения более 0,1%, носят не патологический характер. Они отражают адаптационные возможности организма животных, направленные на наиболее эффективную злиминацию тепла при воздействии ЭМИ.

В заключение можно сделать ряд обобщений. Гибель животных, вероятно, происходит в пределах прироста температуры тела от 2 до 5°С при среднем значении, равным примерно 3°С.

Восстановление температуры и физиологических функций происходит в три фазы: фаза медленного восстановления и латентного периода -время включения регуляторных механизмов; фаза быстрого восстановления - процесс активной теплоотдачи, гомеостатирования. Скорость восстановления постоянна для данного вида и не зависит от ППЭ и дозы облучения; фаза неустойчивого восстановления - волнообразное восстановление с отрицательным ДТ", когда время восстановления зависит от

S5 40 48 55 Число облучений

Колебания ректальной температуры у сбак при многократном ЭМ-о6лу-

(), и у к<жтролы1ых животных сразу после облучения

>-5.9.

dI"* течение 3 мин с ППЭ, равной 300 мВт/см Показатели у подопытных животных снимали ct

20 26 35 iO 48 56 Число - боздейстбий

82 88

Рис. 5.10. Сердечные сокращения (а) и дыхание (б) у собак при многок ЭМ-облучении в течение 3 мин с ППЭ, равной 300 мВт/см (/), и у контр животных (2). Показатели у подопытных животных снимались сразу после] чения

AQ. Эта фаза при определенных условиях может формировать тимые" функциональные изменения.

При ППЭ, равной или менее 50 мВт/см (2,4 ГГц), наблюдается j сительное динамическое тепловое равновесие между выделяемым щ низме при воздействии ЭМИ теплом и его элиминацией. В зтом наблюдается напряжение регуляторных механизмов сердечно стой, дыхательной и гормонально-эндокринной систем; однако много ниже 50 мВт/см вызывает стрессорные сдвиги, сравв средней мьпиечной нагрузкой.

5.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА ПРИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ОБЛУЧЕНИИ

Тепловые эффекты в организме, вызванные ЭМП, имеют много i с конвекционным или радиационным тепловым воздействием, того, интенсивная физическая нагрузка может служить неплохо делью теплового состояния организма при ЭМИ. Действительно, кя ЭМИ, так и при физической нагрузке теплойакопление идет преждв в более глубоких слоях тела, чем при инфракрасном излучении.

1,оДействие ЭМИ с организмом имеет много специфических особенно-тей: физические - взаимодействие ЭМ-поля с телом как антеной (отсюда явление поляризации, резонанса и эффекта заземления), биофизические -дожность (многослойность) биологического объекта, обладающего саморегуляцией, восстановлением и даже усилением принимаемого импульса ЭМИ. При увеличении ППЭ ЭМИ значимость общих физиологических механизмов гомеостаза постепенно уменьшается, а роль локальных эффектов воздействия ЭМИ увеличивается. А priori можно сказать, что дри неких константных критических значениях теплонакопления и мощности дозы время кровотока (как основного усреднителя тепла в организме) будет лимитирующим параметром перехода от общих тепловых эффектов ЭМИ к локальным.

физические и биологические параметры могут быть учтены и связаны с помощью формальных моделей, основанных на тепловых эффектах ЭМИ. Такой подход наряду с другими методами позволяет более объективно произвести экстраполяцию экспериментальных данных на человека. Конечно, зто можно сделать эмпирически или использовать такие хорошо коррелируемые функции, как масса тела, продолжительность жизни, уровень основного обмена или потребление кислорода.

Моделирование на основе тепловых эффектов можно проводить, включая бесчисленное множество параметров, влияющих на термодинамику живого организма. Однако это не всегда целесообразно, поскольку нестабильность (в определенных пределах) теплового состояния человека свидетельствует, что тепловой гомеостаз выражается не в жесткой фиксации тех или иных показателей на определенном уровне, а скорее в их колебании вокруг среднего значения. Колебания температуры "ядра" (сердцевины) могут достигать 2°С. Регуляция теплового баланса человека в отличие от животных может осуществляться в довольно широких пределах. Например, поза "калачиком" уменьшает отношение поверхности тела к массе в 3 раза. У животных этот показатель меньше, и с уменьшением массы тела, например, у грызунов, он практически несуществен. Человек с помощью"различных способов и средств (одежда, искусственный обогрев, охлаждение и т. д.) активно поддерживает тепловое состояние в комфортных пределах.

Все высказанные соображения затрудняют видовую экстраполяцию и установление порога действия ЭМИ для человека, даже по тепловому эффекту. Еще большие сложности и неопределенности встречаются перед Исследователями при экстраполяции на человека так называемых слабых эффектов. Поэтому любая модель при ее использовании имеет много ограничений.

Прежде чем приступить к описанию "тепловых" моделей при ЭМИ и критическому разбору, целесообразно дать основные термодинамиче-•ие характеристики условного (стандартного) человека, их колебания * зависимости от физической активности, возраста и т. д. Таблица 5.1 •Оставлена на основе данных работ [ 1, 74, 77].

Для удобства сравнения все размерности энерготрат приведены в мил-йватхах на квадратный сантиметр или грамм. Как видно из табл. 5.1,

врготраты человека могут достигать 60 мВт/см при основном обмене

Таблица 5.1. Энерготраты Q человека (мужчина 60-70 кг, рост 170-180 < 20-30 лет. Температура окружающей среды 15-20С)

Условия

Основной обмен В покое Работа:

легкая

тяжелая

чрезмерно тяжелая до полного физического истощения в открытом космосе на поверхности Луны Суточные колебания: мужчина женщина Зависимость от возраста (покой, сидя,стоя): До 1 года*2

9-11 лег*з

20-30 лег

50 лег

Увеличение основного обмена прн приеме

пищи иа 10-15% Сезонные колебания энерготрат ±10-15% Сердечная недостаточность

(повышение на 30-50%) Нарушение функщ1Н щитовидной

железы (+20-40%)

Примечание, б, = 152Л/*; (2 =66,5 +13,8М+0,5Я-6,8г, где (?„ • энерготраты (муж.); М- масса, кг; Н - рост, см; t - возраст, годы.

* Поверхность 1,8 м (S). *М=г,5кг, 5=0,21 м*. *ЗЛ#=30кг, 5 = 1,1 м

около 4 мВт/см. Физиологические колебания основного обмена ляют около 10%, или 0,5 мВт/см. Забегая несколько вперед и j вая это значение с точки зрения установления "пороговых ур можно с уверенностью сказать, что дополнительный приток (в том числе и электромагнитной) извне, равный 0,5 мЕ (500 мкВт/см), не может нарушить тепловой гомеостаз человека. у века очень совершенная теплорегуляция. Достаточно сказать, что с i шением температуры окружающей среды с 12 до 48С тепловая : димость тканей возрастет почти в 8 раз, а при физической натру в 130 раз (!). Особая роль принадлежит конечностям, кро1 которых изменяется в широких пределах. Однако интенсивность вого потока наибольшая в области головы. С физиологической зрения это вполне понятно, поскольку гипоталамус осуществляет ] щпо температуры тела. Температурные колебания мозга у человека! дятся в пределах 0,1 °С (у мьпией 1 "С) с чувствительностью pears 0,01 "С. Повьпиение температуры на такую величину вызывает ние теплопродукции на 10% (соответствует уровню физиолог

олебаний основного обмена). Отсюда следует, что область головы по равнению с эквивалентной массой туловища должна быть более чувстви-йтьяа к перегреванию при локальном воздействии ЭМИ. Биологические эффекты при неравномерности облучений ЭМП изучали

jjHO (цит- по [54]). Эта проблема интересна и с гигиенической точки зрения [46]. В наших исследованиях (И. Б. Ушаков, В. Г. Зуев) бьша доказана большая поражаемость организма (по критерию гибели) в случае локального облучения головы ЭМП.

Опыты поставпены на крысах, которых облучали в пластиковых пеналах. Обла--ги тела экранировали алюминиевой фольгой. В ряде экспериментов использовали рздиопоглощающий материал с ослаблением в 36 дБ. Варианты различных условий Облучения представлены на рнс. 5.11. Животных подвергали микроволновому облучению (2,4 ГГц) при ППЭ 300 ±60 мВт/см и времени облучения, равном приблизительно среднеэффективному времени. Поэтому с этой целью были проведены предварительные эксперименты для получения кривых время-эффект прн трех вариантах облучения: общее облучение, облучение 75% массы тела (кроме головы), облучение головы (25% массы тела). Соответственно получены следующие зависимости: £=18,2f-33; Z,=13,lf-31; Z,=5,8r-7,5, где L - гибель выражена в пробит, ед.; г - время облучения, мин.

Эксперименты показали, что при равных массах облученных тканей и практически одинаковых локальных УПМ эффект всегда выше, когда в ЭМП находилась голова (табл. 5.2). Кранно-каудальное облучение (вариант IV) в условиях экранирования животных по длине тела (экран в виде цилиндра) также более эффективно, чем каудо-краниальное (вариант IV) воздействие: гибель животных 100 и 0% соответственно. Однако в течение двух последующих суток прн последнем варианте облучения погибло 80% животных.

Таблица 5.2. Гибель 1фыс прн различном локальном облучении микроволнами (2,4 ГГц, 300 ±60 мВт/см )

Вариант Число

облуче- живот-

ния (см. ных рнс. 5.10)

Масса тела, г

Масса облученной ткани, %

Время облучения, мин

Локаль- ОПМ (во ное УПМ, всем фанто-Вт/кг* ме) в облученных секциях фантома, Вт

Гибель,

8,0(8,4)

5,5 (6,0)

2,4(3,2)

1,6(2,4)

4,8(6,2)

4,4(6,8)

15,5(19,8)

14,9(18,3)

4,8 (6,2)

9.8(10,9)

4,8 (6,2)

9.8(10,9)

6,0(6,8)

68 0 50 0

100 0

50 0

* Четырехсекционный фантом массой 272 г,.заполнитель - физиологический Р»СТвор.

* В краниальной секции фантома.

* В каудальной секции фантома; вариант V - облучение через щель в экране £;Мером 7,5x5 см.