Всё многообразие живого на нашей планете возникло, эволюционировало и ныне существует благодаря непрерывному взаимодействию с различными факторами внешней среды, приспосабливаясь к их влиянию и изменениям, используя их в процессах жизнедеятельности. А большинство этих факторов имеют электромагнитную природу. На протяжении всей эпохи эволюции живых организмов электромагнитные излучения существуют в среде их обитания ― биосфере. Такие электромагнитные поля называют естественными.

К естественным излучениям относятся слабые электромагнитные поля, создаваемые живыми организмами, поля атмосферного происхождения, электрические и магнитные поля Земли, солнечное излучение, а также космическое излучение. Когда человек стал активно использовать электроэнергию, пользоваться радиосвязью, и. т. д., то в биосферу стало поступать искусственное электромагнитное излучение, в широком диапазоне частот (примерно от 10-1 до 1012 Гц).

Электромагнитное поле необходимо рассматривать как состоящее из двух полей: электрического и магнитного. Можно считать, что в объектах, содержащих электрические цепи, электрическое поле возникает при напряжении на токоведущих частях, а магнитное ― при прохождении тока по этим частям. Допустимо также считать, что при малых частотах, (в том числе 50 Гц), электрическое и магнитное поля не связаны, поэтому их можно рассматривать раздельно, как и оказываемые ими влияния на биологический объект.

Эффект воздействия электромагнитного поля на биологический объект принято оценивать количеством электромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле.

Искусственные низкочастотные электромагнитные поля большей частью создаются энергетическими установками, линиями электропередачи (ЛЭП), электробытовой техникой, работающей от сети.

Выполненные для действительных условий расчеты показали, что в любой точке электромагнитного поля низкой частоты, возникающего в электроустановках, на промышленных объектах, и. т. д., поглощенная телом живого организма энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля. Вместе с теми измерениями в реальных условиях было установлено, что напряженность магнитного поля в рабочих зонах открытых распределительных устройств и воздушных линий с напряжением до 750 кВ, не превышает 25 А/м, в то время как вредное действие магнитного поля на биологический объект проявляется при напряженности, во много раз большей.

На основании этого можно сделать вывод, что отрицательное действие электромагнитного поля на биологические объекты в промышленных электроустановках обусловлено электрическим полем; магнитное же поле оказывает незначительное биологическое действие, и в практических условиях им можно пренебречь.

Электрическое поле низкой частоты можно рассматривать в каждый данный момент как электростатическое поле, т. е. применять к нему законы электростатики. Это поле создается по крайней мере между двумя электродами (телами), которые несут заряды разных знаков и на которых начинаются и оканчиваются силовые линии.

Низкочастотные радиоволны имеют очень большую длину волны (от 10 до 10000 км), поэтому установить экран, который бы не пропускал это излучение трудно. Радиоволны будут его беспрепятственно огибать. Поэтому низкочастотные радиоволны, имеющие достаточный запас энергии могут распространятся на достаточно большие расстояния.

Предполагается, что низкочастотные электромагнитные излучения наиболее масштабный вид загрязнения, имеющий глобальные неблагоприятные последствия для живых организмов и для человека.

Исследованы низкочастотные электромагнитные поля (НЧ ЭМП) в бытовых

условиях от различных внешних и внутренних источников, изучено влияние данного фактора на состояние здоровья населения.

В процессе эксплуатации электроэнергетических установок — открытых распределительных устройств (ОРУ) и воздушных линий (ВЛ) электропередачи сверхвысокого напряжения (330 кВ и выше) было отмечено ухудшение состояния здоровья персонала, обслуживающего указанные установки. Субъективно это выражалось в ухудшении самочувствия работающих, которые жаловались на повышенную утомляемость, вялость, головные боли. плохой сон. боли в сердце и т. п.

В условиях населенных мест основным внешним источником низкочастотных электрических и магнитных полей в квартирах жилых зданий, являются ЛЭП различного напряжения. В зданиях расположенных вблизи ЛЭП от 75 до 80% объема помещений квартир находятся под воздействием высоких уровней НЧ ЭМП и население, проживающее в них подвергается круглосуточному воздействию данного неблагоприятного фактора.

Специальные наблюдения и исследования, проводимые в Советском Союзе, в России и за рубежом, подтвердили обоснованность этих жалоб и установили, что фактором, влияющим на здоровье персонала, работающего с электрооборудованием, является электромагнитное поле, возникающее в пространстве вокруг токоведущих частей действующих электроустановок.

Интенсивное электромагнитное поле промышленной частоты вызывает у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой системы. При этом наблюдается повышенная утомляемость, снижение точности рабочих движений, изменение кровяного давления и пульса, возникновение болей в сердце, сопровождающихся сердцебиением и аритмией, и т. п.

Предполагается, что нарушение регуляции физиологических функции организма обусловлено воздействием низкочастотного электромагнитного поля на различные отделы нервной системы. При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит вследствие рефлекторного действия поля, а тормозной эффект ― результат прямого воздействия поля на структуры головного и спинного мозга. Считается что, кора головного мозга, а также промежуточный мозг особенно чувствительны к воздействию электрического поля. Предполагается также, что основным материальным фактором, вызывающим указанные изменения в организме, является индуцируемый в теле ток (т. е. наведённый магнитной составляющей поля), а влияние самого электрического поля значительно меньше. Нужно отметить, что на самом деле влияние оказывают и индуцируемый ток и само электрическое поле.

Действие электромагнитных полей на клетки.

Рассмотрим действие электромагнитных полей (в том числе и низкочастотных) на клетки живых организмов.

Эффекты, вызываемые действием электрических полей на клеточные мембраны могут быть классифицированы следующим образом: 1) обратимое повышение проницаемости клеточных мембран (электропорация), 2) электрослияние, 3) движения в электрическом поле (электрофорез, диэлектрофорез и электроврашение), 4) деформации мембран, 5) электротрансфекция, 6) электроактивация мембранных белков.

Движение клеток в электрическом поле бывает двух типов. Постоянное поле вызывает перемещение клеток, имеющих поверхностный заряд, ― явление электрофореза. При воздействии на клеточные суспензии переменного неоднородного поля происходит движение клеток, называемое диэлектрофорезом. При диэлектрофорезе поверхностный заряд клеток не имеет существенного значения. Движение происходит из-за взаимодействия наведённого дипольного момента с внешним полем.

В теории диэлектрофореза клетку обычно рассматривают в виде сферы, имеющей диэлектрическую оболочку. Частотно-зависимая составляющая индуцируемого дипольного момента для такой сферической частицы записывется в виде:

где , ― циклическая частота. Параметры A1, A2, B1, B2, C1, C2 определяются независящими от частоты значениями проводимости и диэлектрической проницаемости наружной и внутренней сред, а также разделяющей оболочки.

Из приведённых соотношений рассчитаны частотные зависимости диэлектрофоретической силы,. Действующей на клетки в неоднородном электрическом поле, а также усилия, определяющего вращение клеток во вращающемся электрическом поле. Согласно теории, джиэлектрофоретическая сила пропорциональна действительной части безразмерного параметра К и градиенту квадрата напряжённости поля:

F=1/2·Re(K)·grad E2

Вращающий момент пропорционален мнимой части парпметра К и квадрату напряжённости вращающегося поля:

F=Im(K)·E2

Различие направлений диэлектрофоретической силына низких (килогерцы) и высоких (мегагерцы) частотах обусловлено различной ориентацией индуцированного дипольного момента по отношению к внешнему электрическому полю. Известно, что дипольные моменты плохо проводящих диэлектрических частиц в проводящей среде ориентируются противоположно вектору напряжённости электрического поля, а дипольные моменты хорошо проводящих частиц, окружённых малопроводящей средой, наоборот, ориентируются сонаправлено с вектором напряжённости.

В случае воздействия низкочастотного поля мембрана представляет собой хороший изолятор, и ток идёт в обход клетки по проводящей среде. Индуцированные заряды распределяются как показано на рисунке, и усиливают напряжённость поля внутри частицы. При этом дипольный момент антипараллелен напряжённости поля. Для высокочастотного поля проводимость мембран высока, следовательно дипольный момент будет сонаправлен с вектором напряжённости электрического поля.

Деформация мембран под влиянием электромагнитных полей происходит из-за действия на поверхность клетки сил, называемых максвелловскими напряжениями. Величина и направление силы, действующей на клеточные мембраны в электрическом поле, определяется соотношением

,

где T― сила, E ― напряжённость поля, n ― вектор нормали к поверхности, ε ― относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, ε0 ― абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума.

В случае действия на клетку низкочастотного поля силовые линии обходят клетку, т. е. поле направлено вдоль поверхности. Следовательно векторное произведение E[En] равно нулю. Поэтому

Эта сила действует на клетку, заставляя её вытягиваться вдоль силовых линий поля.

Когда на клетку действует высокочастотное поле, то сила, действующая на мембрану, растягивает концы клеток в направлении электродов.

В качестве примера электроактивации мембранных ферментов можно назвать активацию Na, К-АТФазы в эритроцитах человека при действии переменного поля с амплитудой 20 В/см и частотой 1 кГц. Существенно, что электрические поля такой слабой напряжённости не оказывают повреждающего действия на функции клеток и их морфологию. Слабые поля низкой частоты (60 В/см, 10 Гц) оказывают также стимулирующее влияние на синтез АТФ митохондриальной АТФазой. Предполагают, что электроактивация обусловлена влиянием поля на конформацию белков. Теоретический анализ модели облегчённого мембранного транспорта с участием переносчика (модель с четырьмя состояниями транспортной системы) указывет на взаимодействие транспортной системы с переменным полем. В результате такого взаимодействия энергия поля может использоваться транспортной системой и преобразовываться в энергию химической связи АТФ.

Влияние слабых НЧ ЭМП на биоритмы.

Характер и выраженность биологических эффектов ЭМП своеобразно зависят от параметров последних. В одних случаях эффекты максимальны при некоторых "оптимальных" интенсивностях ЭМП, в других ― возрастают при уменьшении интенсивности, в третьих ― противоположно направлены при малых и больших интенсивностях. Что касается зависимости от частот и модуляционно-временных характеристик ЭМП, то она имеет место для специфических реакций (условные рефлексы, изменения ориентации, ощущения).

Анализ этих закономерностей приводит к заключению, что биологические эффекты слабых низкочастотных полей, необъяснимые их энергетическим взаимодействием с веществом живых тканей, могут быть обусловлены информационными взаимодействиями ЭМП с кибернетическими системами организма, воспринимающими информацию из окружающей среды и соответственно регулирующими процессы жизнедеятельности организмов.

НЧ ЭМП антропогенного происхождения близки по параметрам к естественным электрическим и магнитным полям Земли. Поэтому в биологической системе, находящейся под влиянием искусственных НЧ ЭМП, может произойти нарушение биоритмов, свойственной этой системе.

Например, в организме здорового человека наиболее характерными короткопериодными ритмами центральной нервной системы (ЦНС) в состоянии покоя следует считать колебательную активность электрических и магнитных полей головного мозга (2―30 Гц), частоту сердечных сокращений (1.0―1.2 Гц), частоту дыхательных движений (0.3 Гц), периодичность колебаний артериального давления (0.1 Гц) и температуры (0.05 Гц). Если длительное время воздействовать на человека НЧ ЭМП, амплитуда которых достаточно велика то может произойти нарушение естественных ритмов (дизритмия), что повлечёт физиологические нарушения.

Все биологические объекты находятся под влиянием электрического и магнитного полей Земли. Поэтому большинство изменений, происходящих в биосфере, в той или иной степени связаны с изменением этого поля. Очевидно, что изменения геомагнитного поля носят периодический характер. Если происходят какие-то отклонения от установившегося периода изменений, то могут произойти нарушение физиологических параметров биологических систем.

Эти отклонения могут произойти по двум причинам. Первая причина ― естественная (например, влияние солнечной активности на геополя). Причём большинство отклонений также периодичны. Вторая причина носит антропогенный характер, следствием которой является нарушение частотного спектра параметров внешней среды. В общем случае вредным следует считать любое заметное отклонение частотного спектра искусственных полей от оптимального, определяемого спектром геомагнитного поля Земли.

Можно сказать, что в процессе эволюции живая природа использовала естественные ЭМП внешней среды как источники информации, обеспечивавшей непрерывное приспособление организмов к изменениям различных факторов внешней среды: согласование процессов жизнедеятельности с регулярными изменениями, защиту от спонтанных изменений .А это привело к использованию ЭМП как носителей информации, обеспечивающей взаимосвязи на всех уровнях иерархической организации живой природы, от клетки до биосферы. Формирование в живой природе информационных связей посредством ЭМП в дополнение к известным видам передачи информации посредством органов чувств, нервной и эндокринной систем было обусловлено надёжностью и экономичностью "биологической радиосвязи".