высокочастотное электрическое поле возбуждает что

Электромагнитные поля и влияние их на организм человека

Электромагнитное поле (ЭМП) – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

ЭМП состоит из двух составляющих: электрического поля, которое создается электрическими зарядами заряженными частицами в пространстве и магнитного поля, которое создается при движении электрических зарядов по проводнику.

Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля (Е, В/м), магнитное поле – напряженностью магнитного поля (Н, А/м). Физической причиной существования ЭМП является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а магнитное поле – вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. ЭМП характеризуется длиной волны (м) и частотой (Гц).

Электромагнитные волны как правило классифицируются по частотам и длине волны. По частотному и волновому диапазону электромагнитные волны подразделяются: на крайне низкие, КНЧ (3-30Гц) – декамегаметровые (100-10Мм); сверхнизкие, СНЧ (30-300Гц) – мегаметровые (10-1Мм); инфранизкие, ИНЧ (0,3-3Кгц) – гектокилометровые (1000-100км); очень низкие, ОНЧ (3-30Кгц) – мириаметровые (100-10км); низкие частоты, НЧ (30-300Кгц) – километровые (10-1км); средние, СЧ (0,3-3МГц) – гектометровые (1-0,1км); высокие, ВЧ (3-30МГц) – декаметровые (100-10м); очень высокие, ОВЧ (30-300МГц) – метровые (10-1м); ультравысокие, УВЧ (0,3-3ГГц) – дециметровые (1-0,1м); сверхвысокие, СВЧ (3-30ГГц) – сантиметровые (10-1см); крайне высокие, КВЧ (30-300ГГц) – миллиметровые (10-1мм); гипервысокие, ГВЧ (300-3000ГГц) – децимиллиметровые (1-0,1мм).

Электромагнитные поля радиочастот обладают рядом свойств (способностью нагревать материалы, распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела двух сред, взаимодействовать с веществом), благодаря которым ЭМП широко используется в различных отраслях народного хозяйства: промышленности, науке, технике, медицине. Электромагнитные волны диапазона низких, средних, высоких и очень высоких частот применяется для термообработки металлов, полупроводниковых материалов и диэлектриков (поверхностный нагрев металла, закалка и отпуск, напайка твердых сплавов, пайка, плавка металлов и полупроводников, сушка древесины и др.).

ЭМП диапазона ВЧ и ОВЧ часто применяются в радиосвязи, телевидении, медицине, для нагрева диэлектриков в высокочастотном электрическом поле (сварка полимерной пленки, полимеризации клея при склейке деревянных изделий, нагрев пластмасс и пресспорошков и др.).

Электромагнитные волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ используются в радиолокации, радионавигации, для релейной связи, геодезии, дефектоскопии,

физиотерапии. ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработке, стерилизации, пастеризации, вторичного нагрева пищевых продуктов и т.д.

В физиотерапии ЭМП используют как один из терапевтических факторов в комплексном лечении многих заболеваний ( ВЧ-установки для диатермии и индуктотермии, специальные аппараты УВЧ-терапии, СВЧ-аппараты для микроволновой терапии).

В обычных условиях в качестве основных источников электромагнитного поля можно выделить: линии электропередач (ЛЭП), бытовые электроприборы, персональные компьютеры, теле-радиопередающие станции, спутниковая и сотовая связь (приборы, ретрансляторы), электротранспорт, радарные установки и др.

Таким образом, в повседневной жизни человек постоянно подвергается воздействию электромагнитных полей, которые частично или полностью поглощаются тканями биологического объекта и биологическое воздействие зависит от физических параметров ЭМП: длины волны, частоты колебаний, интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), продолжительности и характера облучения организма (постоянное, интермиттирующее), а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани.

Поглощенная энергия ЭМП приводит колебаниям молекул воды и ионов, содержащихся в тканях, которые в свою очередь приводят к преобразованию поглощенной электромагнитной энергии в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, стекловидное тело, семенники и др.). Тепловой эффект зависит от интенсивности облучения, пороговые интенсивности теплового действия ЭМП на организм животных составляют: для диапазона средних частот 8000В/м, высоких – 2250В/м, очень высоких – 150В/м, дециметровых – 40В/м, сантиметровых – 10В/м, миллиметровых – 7мВт/см2. ЭМП ниже указанных величин не оказывает тепловое действие на организм, а определяется своеобразное специфическое действие, выражающееся в явлении возбуждения в блуждающем нерве.

При действии ЭМП, особенно радиоволн, первоначальные проявления возникают в тканях, отдельных органах, в связи непосредственным воздействием на них ЭМП энергии, далее изменения функционального состояния центральной нервной системы с нарушением нейрогуморальной регуляции, рефлекторные изменения со стороны ряда органов и систем, в т.ч. сердечно-сосудистой.

В клинической картине, в зависимости от интенсивности и продолжительности воздействия ЭМП радиоволн выделяют острые и хронические формы поражения организма.

Острое поражение, как правило, возникает только при авариях или грубом нарушении техники безопасности, когда работающий оказывается в мощном ЭМП.

При этом наблюдается повышение температуры тела (39-40 0 С), появляется одышка, ощущение ломоты в руках и ногах, мышечная слабость, головные боли, сердцебиение, повышение давления.

При хроническом воздействии ведущее место занимают функциональные нарушения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Изменения нервной системы характеризуются проявлением астенических, невротических и вегетативных реакций. При этом больные предъявляют жалобы на общую слабость, быструю утомляемость, снижение работоспособности, расстройства сна, раздражительность, головную боль неопределенной локализации. Некоторых беспокоит боли в области сердца, иногда сжимающего характера с иррадиацией в левую руку и лопатку, одышка.

На фоне функциональных расстройств центральной нервной системы, развиваются нарушения сердечно-сосудистой системы. Как правило, у таких больных отмечаются снижение пульса и артериального давления, которые отличаются неустойчивостью и нередко обнаруживается асимметрия показателей артериального давления. При объективном исследовании выявляется увеличение границ сердца, приглушение тонов, нередко выслушивается систолический шум на верхушке сердца.

Эндокринно-обменные нарушения проявляются также на фоне функциональных расстройств центральной нервной системы. Нередко отмечаются сдвиги в функциональном состоянии щитовидной железы, в сторону повышении активности, при выраженных формах патологии нарушается деятельность половых желез. Могут проявляться нарушения со стороны желудочно-кишечного тракта, печени.

Воздействие ЭМП радиоволн сопровождается изменениями показателей периферической крови, причем нередко отмечаются фазовые изменения количества лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина (чаще лейкоцитоз, повышение эритроцитов и гемоглобина). Есть данные о повышении содержания холестерина и снижении количества хлоридов, о нарушении минерального обмена.

СВЧ-излучения мобильных телефонов воздействуют на головной мозг, зоны вестибулярного слухового анализатора, сетчатку глаза, увеличивает температуру кожи головы в зоне расположения антенны и температуру барабанной перепонки. Экспериментальные исследования на различных видах сотовых телефонов выявили повышение температуры кожи головы от 1,7 до 4,5 0 С.

ЭМП промышленной частоты (50Гц), источники которых широко распространены не только в различных отраслях промышленности, но и в быту, также влияют на здоровье человека. Неоднократные исследования показывают, что существует связь между возникновением болезни Альцгеймера (слабоумие), опухоли головного мозга, рака крови (особенно лейкемии у детей), различной степени неврологических нарушений и воздействием ЭМП (50Гц).

Защитные мероприятия при работе с источниками ЭМП.

Организационные мероприятия: как при проектировании, так и на действующих объектах должны быть предусмотрены меры по предотвращению попадания людей в зоны с высокой напряженностью ЭМП, создание санитарно-защитных зон вокруг антенных сооружений различного назначения.

Инженерно-технические мероприятия: электрогерметизация элементов схем, блоков, узлов установки в целом; защита рабочего места от облучения отражающими экранами (сплошные металлические или металлические сетки), поглощающими (из радиопоглощающих материалов) или удаление его на безопасное расстояние от источника излучения. Использование средств индивидуальной защиты в виде спецодежды, выполненной из металлизированной ткани, и защитных очков.

Лечебно-профилактические мероприятия: одним из важных мероприятий по профилактике заболеваний от воздействия ЭМП является организация и проведение предварительных и периодических медицинских осмотров работников в соответствии с приказом Минздрава России от 12.04 2011г. № 302н.

Врач по гигиене труда

ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии

в Чувашской Республике-Чувашии» В.А.Алексеев

Источник

БИОФИЗИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ

Физика.Лекция №2.

Биофизическое действие токов и полей на ткани организма

1.Биофизическое действие низкочастотных токов на электровозбудимые ткани:

В возбудимых тканях электрический ток низкой частоты (до 200 Гц)

сопровождается перемещением ионов в клетках, накоплением их на мембране и, как следствие, изменением на ней электрического потенциала, который может оказаться достаточным для возникновения специфического электрического импульса, называемого потенциалом действия.

Механизм возникновения начальной фазы действия.

В данном случае электрический ток оказывает раздражающее действие на биологическую ткань.

Лечебный метод, использующий внешнее электрическое раздражение органов и тканей с помощью электрических импульсов с различными параметрами, называется электростимуляцией.
Электрический импульс представляет электрический ток, изменяющийся в течение некоторого конечного промежутка времени,

Параметры электрического импульса:

скважность импульсного тока Q = ,
крутизна фронта tg =

Закон Дюбуа-Реймона

Пороговая сила тока — это минимальная сила тока, вызывающая ответную реакцию электровозбудимой ткани, например, сокращение мышечной ткани. Чем быстрее нарастает ток (больше крутизна фронта импульса tg = ), тем меньше времени проходит до возбуждения

Если — часть заряда, вынесенную из клетки активным транспортом. Тогда общее количество заряда q, которое необходимо доставить к мембране для увеличения ее потенциала до критического уровня, равно:

здесь — количество подводимого заряда, без учета работы активного транспорта.

Закон Вебера

По закону Вебера для электровозбудимой ткани раздражающее действие РД импульсного тока пропорционально логарифму его амплитуды:

Способность разных возбудимых тканей воспроизводить электрические
импульсы с неодинаковой частотой называется лабильностью.
Показатель лабильности возбудимой ткани — это максимальное число
электрических импульсов, которое способна воспроизводить возбудимая ткань в1 с.
Согласно закону Введенского, существует диапазон частот импульсных токов,
которые вызывают оптимальную реакцию данной ткани. Ткань будет
оптимально реагировать на раздражение только, если частота следования
раздражающих импульсов не превышает показателя лабильности .

7. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАЗДРАЖАЮЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА:

Для стимуляции здоровых мышц с нарушенной иннервацией используется т.н. тетанизирующий ток в виде импульсов треугольной формы. Для стимуляции сокращения пораженных мышц используются импульсы, в которых возрастание и убывание тока происходит по экспоненциальному закону. Для восстановления нервных волокон применяются импульсные токи прямоугольной формы.

8. ДЕЙСТВИЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО НИЗКОЧАСТОТНОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ:

а) Порогом ощутимого тока называют наименьшую силу тока, раздражающее действие которого ощущает человек (кривая 1). В норме у мужчин порог ощутимого тока промышленной частоты 50 Гц равен 1 мА;

б) При некоторых величинах тока человек уже не может, например, разогнуть руку, если раздражается мышца, сгибающая руку. Минимальная сила тока, раздражающее действие которого человек не может преодолеть, называется порогом неотпускающего тока (кривая 2). В норме эта величина 50 мА при частоте 50 Гц. Превышение этого порога вызывает электротравму.

БИОФИЗИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ

ТОКОВ И ПОЛЕЙ НА ТКАНИ ОРГАНИЗМА:

Переменный ток очень высокой частоты (более 500 кГц) не вызывает

заметного раздражающего действия, Т.К. в этом случае смещение ионов в

тканях организма слишком мало, и они не успевают достаточно накопиться на клеточной мембране, чтобы изменить ее потенциал до критического уровня, необходимого для развития потенциала действия.

Энергия упорядоченного движения ионов превращается в тепло, и,

следовательно, основным эффектом, сопровождающим прохождение

высокочастотных токов в тканях организма, является их нагревание.

10. РАДИОЧАСТОТНАЯ ХИРУРГИЯ:

Среднее за период значение мощности тока, расходуемой на нагревание ткани:

где — мгновенное значение мощности тока силой I, выделяющейся на участке проводящей ткани сопротивлением R.

Если — эффективное значение силы тока, тогда

— эффективное значение плотности тока;

— сопротивление участка ткани.

Максимальное количество теплоты будет выделяться в тканях, обладающих наибольшим сопротивлением.

Индуктотермия – физиотерапевтический метод, использующий высокочастотное магнитное поле для целей прогревания. В методе индуктотермии электрод имеет форму катушки, по которой пропускают Высокочастотный электрический ток, вследствие чего в окружающем пространстве возникает высокочастотное
магнитное поле.
Для индуктотермии применяют переменное магнитное поле частотой 10-15 МГц. В соответствии с законом электромагнитной индукции под действием переменного магнитного поля в проводящих тканях организма возникают вихревые токи, нагревающие облучаемые ткани (пунктирные линии на рис.).

Введем — эффективное значение магнитной индукции, тогда на основе закона электромагнитной индукции можно получить следующую формулу для оценки удельной тепловой мощности тока в методе индуктотермии:

где — удельное сопротивление участка ткани.

Сильнее будут нагреваться ткани с малым сопротивлением, в которых много кровеносных сосудов, как, например, мышцы, легкие и др.

Ультравысокочастотная (УВЧ) терапия— метод, использующий

высокочастотное электрическое поле для целей прогревания.

В данном методе электроды имеют форму пластин, которые не касаются

поверхности тела пациента. Используемая при этом частота колебаний

электрического поля составляет 40-50 МГц.

а) Высокочастотное электрическое поле в проводящих тканях вызывает появление в них токов проводимости. В этом случае среднее значение удельной тепловой мощности тока определяется из выражения:

где — эффективное значение плотности тока, — эффективное значение напряженности электрического поля, связанное с ее амплитудным значением соотношением , — удельное сопротивление. Формула для ее удельной тепловой мощности тока в проводящей ткани выглядит следующим образом:

б) В непроводящей ткани под действием высокочастотного электрического

поля происходит периодическое смещение связанных разноименных

электрических зарядов, входящих в состав молекул вещества ткани. Данное явление называют поляризацией вещества электрическом поле.

Периодическая поляризация биологической ткани вызывает ее нагревание

(энергия колебательного движения зарядов превращается в тепло).

в качестве электрической схемы, отвечающей поведению живой ткани в

переменном электрическом поле, возьмем цепь из параллельно подключенных конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R.

Для удельной тепловой мощности в этом случае получаем следующую формулу:

где — частота колебаний напряженности электрического поля, —

диэлектрическая проницаемость вещества ткани, — электрическая

постоянная, — разность фаз колебаний полного тока в цепи и тока в

Величину tg -называют тангенсом угла диэлектрических потерь, под

которым понимают тангенс фазового сдвига между изменениями направления внешнего электрического поля и поворотами полярных молекул в среде, на которые действует поле. Она отражает запаздывание механического процесса вращения диполей относительно колебаний внешнего электрического поля и, следовательно, характеризует инерционность среды.

13. МВ-ТЕРАПИЯ:
Микроволновая (MB) терапия-метод, применяемый ДЛЯ прогревания тканей электромагнитными волнами сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона ( — МГц).
В данном методе ткани организма попадают в зону сформировавшейся электромагнитной волны, источником которой служит волновод- излучатель. Тепловой эффект создается за счет процессов поляризации биоткани.

Под действием колеблющегося электрического поля в электромагнитной волне небольшие полярные молекулы, прежде всего молекулы воды, совершают вращательно-колебательные движения. Поэтому именно водные среды организма (мышцы, внутренние органы) поглощают энергию электромагнитных волн СВЧ диапазона в наибольшей степени.

Согласно закону поглощения электромагнитного излучения можно записать:

где — изменение интенсивности излучения в слое толщиной , І –
интенсивность излучения, падающего на слой, — показатель поглощения
вещества, зависящий от диэлектрической проницаемости среды , удельного сопротивления и частоты излучения . Учитывая, что средняя удельная тепловая мощность связана с убылью интенсивности соотношением , окончательно получаем
,
где I – интенсивность излучения, падающего на слой.
СВЧ излучение может быть опасно для организма. При работе с источниками СВЧ излучения интенсивность воздействия на человека должна быть

14.ГРАФИК РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛА В ТКАНЯХ:

На рис.: Ж-жировая ткань, М-мышечная ткань, К- костная ткань.

Источник