Микроволны

Микроволны — короткие радиоволны (длина волны 1 м — 1 мм), примыкающие к инфракрасной части спектра электромагнитного излучения. В зависимости от длины волны различают дециметровые (1 м — 10 см, частота 300-3000 МГц), сантиметровые (10-1 см, частота 3000-30000 МГц) и миллиметровые (1 см — 1 мм, частота 30000-300000 МГц) волны. Микроволны широко используются не только в промышленности (радиолокация, телевидение, спектроскопия, микроволновые печи и др.), но и в медицине как один из активных лечебных физических факторов. Широкое использование микроволн обусловлено рядом особенностей, отличающих их от других волн радиодиапазона: невысокий уровень внешних помех и высокое качество сигналов при приеме; свободное (без отражения) прохождение через ионосферу; возможность концентрировать их в направленный пучок заданной мощности.
Применение микроволн в медицине объясняется их особыми биофизическими свойствами и высокой биологической активностью, зависящими от дозировки, спектра излучения и условий облучения. К тому же следует помнить о том, что природные электромагнитные поля — важнейший фактор эволюции и жизнедеятельности организмов.
Воздействие микроволнами сопровождается отражением значительной части энергии от поверхности тела человека и рассеиванием ее в окружающем пространстве. Отражение и рассеивание энергии микроволн зависит прежде всего от частоты действующего электромагнитного поля. Для дециметровых волн рассеивание колеблется от 35 до 65 %, для сантиметровых — от 25 до 75 %. К тому же дециметровые волны отражаются в основном от кожи, в то время как сантиметровые — еще и от границ раздела глубжележащих тканей. В связи с этим у сантиметровых волн велика вероятность возникновения «стоячих» волн, являющихся причиной возможного развития локального перегрева тканей, особенно в условиях нарушений центральной или периферической гемодинамики. Различаются микроволны и глубиной проникновения в биологические ткани. Принято считать, что волны миллиметрового диапазона поглощаются поверхностными слоями кожи, сантиметрового — кожей и подкожной клетчаткой, а дециметрового мышцами и внутренними органами. В среднем дециметровые волны проникают на глубину 8-10 см, сантиметровые — на 3-5 см, в то время как миллиметровые волны — всего лишь на доли миллиметра. Увеличение содержания воды в тканях заметно снижает глубину проникновения электромагнитных волн сверхвысокой частоты.
Современные представления о взаимодействии энергии электромагнитного поля с веществом позволяют считать, что поглощение микроволн в тканях организма может быть обусловлено несколькими физическими механизмами, основными из которых являются: релаксация полярных молекул, структурная релаксация и ионная проводимость. Весьма существенное место в поглощении энергии микроволн играют молекулы связанной (дециметровые волны) и свободной неструктурированной (сантиметровые и особенно миллиметровые волны) воды. Поглощение энергии микроволн происходит и за счет резонансного механизма, который преимущественно присущ белкам, ферментам, полипептидам, гликолипидам и аминокислотам. Относительное поглощение энергии микроволн, а следовательно, и значение коэффициента поглощения их неодинаково на разных частотах электромагнитного спектра, т.к. проявление того или иного механизма поглощения энергии электромагнитного поля зависит от частоты.
Поглощение энергии микроволн сопровождается теплообразованием и иными первичными физико-химическими сдвигами, приводящими к ускорению диффузии и обменных, прежде всего окислительно-восстановительных, процессов, изменению конформации и проницаемости мембран, активности клеточного дыхания, модуляции межмолекулярных и электростатических взаимодействий в клетке и др. В первичных механизмах биологического действия микроволн большое значение придается релаксационным колебаниям полярных молекул воды, сопровождающимся не только ярко выраженным термическим эффектом, но и другими структурно-функциональными изменениями воды в живых тканях, сказывающимися на построении и деятельности тканевых структур. В конечном счете перечисленные первичные сдвиги, вызываемые микроволнами, прямо или косвенно (нейрогуморальным путем) влияют на различные функции органов и систем, определяя тем самым спектрально- и дозозависимое биологическое действие фактора. В его формировании возможно участие и информационного механизма.
Облучение микроволнами сопровождается как местными сдвигами, так и общей (системной) реакцией организма с участием различных органов и систем. Воздействие микроволнами (сантиметрового и дециметрового диапазонов) прежде всего сопровождается повышением температуры тканей вследствие теплообразования. Степень нагрева тканей при облучении микроволнами зависит от многих факторов: интенсивности и продолжительности воздействия, размеров облучаемого участка, длины волны, диэлектрических свойств тканей, скорости кровотока в них. Максимальное теплообразование при применении сантиметровых волн происходит в коже, подкожно-жировой клетчатке и подлежащих тканях, температура которых может увеличиваться на 2-5 °С. Под действием дециметровых волн наиболее сильно нагревается кровь, лимфа, мышцы и богатые водой ткани. Температура в них может подниматься на 4-6 °С при сравнительно низком нагреве подкожно-жирового слоя. Нагрев тканей при использовании миллиметровых волн в дозировках, применяемых в физиотерапии, не превышает 0,1 °С, т.е. практически отсутствует.
В зоне облучения вследствие прежде всего нагрева тканей происходит расширение капилляров, повышение сосудистой проницаемости, изменение активности ферментов и обмена веществ, увеличивается содержание биоактивных соединений.
Повышение температуры в зоне поглощения микроволн создает поток афферентной импульсации в соответствующие сегменты спинного мозга и таламогипофизарные центры, где в зависимости от интенсивности раздражения и объема вовлекаемых в него тканей включаются различные уровни реагирования, в т.ч. и через гуморальные системы. При использовании миллиметровых волн рефлекторная реакция развивается вследствие возникновения конформационных изменений в рецепторах и нервных проводниках. Формирующаяся при этом реакция организма проявляется изменением функционального состояния ЦНС, общего тонуса организма, повышением неспецифической резистентности организма, стимуляцией деятельности периферических эндокринных желез и изменением функционального состояния внутренних органов.
В действии микроволн, особенно миллиметрового диапазона, важное значение имеет их влияние на иммунитет. Микроволны сантиметрового и дециметрового диапазонов оказывают иммуномодулирующее действие, и в зависимости от дозировки и локализации воздействия с их помощью можно вызвать как иммуностимуляцию, так и иммуносупрессию. Электромагнитному излучению миллиметрового диапазона присуще иммуностимулирующее действие. При использовании миллиметровых волн отмечается также улучшение реологических свойств крови, стимуляция кроветворения, активация системы опиоидных рецепторов и антиоксидантной системы.
Приведенные сведения об отдельных сторонах биологического действия микроволн свидетельствуют о том, что они обладают весьма многообразным и интенсивным влиянием на различные органы, системы и физиологические процессы. Это, с одной стороны, свидетельствует о возможности применения микроволн различного диапазона с лечебными целями, а с другой стороны, о необходимости соблюдения защитных мероприятий и нормирования облучений микроволнами, так как воздействия ими в больших дозировках могут вызвать повреждающий эффект. К тому же, как показывают исследования, возможна кумуляция эффектов действия сверхвысокочастотных электрических колебаний.
В настоящее время приняты следующие предельно допустимые уровни облучения микроволнами: при облучении в течение всего рабочего дня — не более 10 мкВт/см2 (0,01 мВт/см2); при облучении, не превышающем 2 ч за рабочий день, — 100 мкВт/см2 (0,1 мВт/см2); при 15-20-минутном облучении за рабочий день — 1000 мкВт/см2 (1 мВт/см2) при обязательном использовании защитных очков.
Превышение предельно допустимых уровней облучения электромагнитными волнами сверхвысокой частоты (прежде всего сантиметровыми) может привести к деструктивным изменениям в различных органах и тканях. Поражения, вызываемые микроволнами, могут быть острыми и хроническими различной степени тяжести. Острые формы поражения встречаются крайне редко и возникают лишь при авариях и грубом нарушении техники безопасности.
Характерным для них является выраженная полисиндромность. Наиболее часто наблюдаются остро развивающиеся астеноневротические состояния и нарушения функций сердечно-сосудистой системы. При относительно низких уровнях воздействия возникают головокружения, слабость, головная боль, тошнота, которые могут сочетаться с сердечно-сосудистыми реакциями.
Хронические поражения развиваются в результате длительного или хронического воздействия небольших интенсивностей (но превышающих предельно допустимые уровни) сверхвысокочастотных излучений. Чем больше длина воздействующих микроволн, тем быстрее при прочих равных условиях развивается заболевание. Для хронических воздействий характерно развитие астенических состояний и вегетативных расстройств, главным образом со стороны сердечно-сосудистой системы. Наряду с общей астенизацией, характеризующейся слабостью, повышенной утомляемостью, беспокойным сном, у больных часто возникают головные боли, ослабление памяти, головокружения, психоэмоциональная лабильность, боли в области сердца, повышенная потливость, снижение аппетита, иногда отмечаются расстройства менструального цикла, снижение сексуальной потенции, диэнцефальные кризы, изменения функции эндокринных желез. Характерным признаком считают нестабильность количества лейкоцитов в крови, которая может проявляться как лейкопенией, так и лейкоцитозом. Микроволновое облучение может вызвать также катаракту.
Профилактика поражений у лиц, непосредственно работающих с микроволновой аппаратурой (в т.ч. и в физиотерапевтических кабинетах), включает мероприятия, направленные, с одной стороны, на ослабление или полное исключение интенсивного воздействия микроволн, с другой — на укрепление здоровья работающих. Ослабление интенсивности воздействующих микроволн достигается широким использованием защитных материалов и рациональным размещением аппаратуры, обеспечивающим наименьшее влияние микроволн на работающих. Стационарные аппараты микроволновой терапии эксплуатируются только в экранированной комнате или в кабине, огражденной специальной защитной тканью с экранирующими свойствами (или мелкоячеистой сеткой). С этой же целью отдают предпочтение контактным или с минимальным воздушным зазором воздействиям. Для защиты глаз используются очки типа ОРЗ-5.
Стремление ослабить влияние на организм человека электромагнитных полей сверхвысоких частот привело к созданию защитной одежды из специальных тканей. Существенное значение в профилактике поражений микроволнами имеют улучшение общегигиенических условий труда и допуск к работе лишь здоровых лиц, что обеспечивается предварительным медицинским освидетельствованием поступающих на работу. Работающие с источниками сверхвысокочастотных излучений, в т.ч. и медперсонал, должны один раз в год проходить медицинский осмотр, целью которого является выявление начальных признаков нарушений здоровья, связанных с воздействием электромагнитных колебаний сверхвысоких частот.
Важное значение в укреплении здоровья работающих имеют специальные льготы, предусмотренные государством. Профилактика поражений микроволнами должна опираться на хорошо поставленную службу дозиметрического контроля и строгое соблюдение правил техники безопасности работающими с источниками микроволн.