9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

592

НЕИНВАЗИВНАЯ ЛОКАЛЬНАЯ МИКРОВОЛНОВАЯ ГИПЕРТЕРМИЯ

ОДНОРОДНЫХ ПРОВОДЯЩИХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ

О.

Ш.

АУТОВ

ОССИЯ

С.

В.

АРСУКОВА

ОССИЯ

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева,

Казанский государственный энерге-

тический университет, e-mail: barsukova_kgeu@mail.ru

Аннотация. Рассматривается возможность формирования максимума напряженности электрическо-

го поля в локальной зоне однородных биологических объектов внешними источниками, излучающи-

ми электромагнитное поле СВЧ-диапазона, путем подбора амплитудно-фазовых характеристик ис-

точников и геометрических размеров объектов.

Abstract. The possibility of formation of the maximum electric field intensity in the local area of homoge-

neous biological objects from external sources which emit an electromagnetic field in the microwave range

is considered, by adjusting the amplitude and phase characteristics of the sources and the geometric dimen-

sions of objects.

Введение

В настоящее время гипертермические методы

лечения в медицине применяют многие врачи. Су-

ществует целый ряд направлений практического

применения разогрева отдельных тканей человече-

ского тела. Одно из этих направлений основано на

использовании эффектов, к которым приводит разо-

грев тканей, для лечения онкологических заболева-

ний. В зависимости от степени локализации области

нагрева гипертермия может быть общей и локальной.

В рамках общей гипертермии нагревается значи-

тельная часть тела человека, что вызывает гибель не

только раковых клеток, но и клеток здоровых тканей.

В этом направлении особое место занимают ванны

известного физика из Германии Манфреда фон Ар-

денне, с именем которого связано многое в истории

метода гипертермии. Предложенная им двухкамер-

ная ванна предусматривала одновременное согрева-

ние тела и охлаждение головы [1]. Однако данный

метод позволяет поднимать температуру до значений

не более 42°С, что недостаточно для достижения

положительного эффекта в лечении. В настоящее

время все большую актуальность приобретает поиск

новых методов локальной гипертермии. Они позво-

лят достичь более высоких температур, необходи-

мых для успешного лечения, а также точечно воз-

действовать на заданные области биологических

объектов. Известны различные способы локального

нагрева объекта: с применением лазера, микроволно-

вой аппаратуры, ультразвука, оптических линз и др.

[2]. Главная задача этих методов – достижение тре-

буемой температуры в заданной области биологиче-

ского объекта. Однако каждый из перечисленных

методов обладает рядом недостатков. Наряду с труд-

ностью контроля и регулирования температурного

режима основным недостатком является трудность

локального неинвазивного воздействия на поражен-

ные органы. Эта проблема частично может быть ре-

шена микроволновым воздействием с соответст-

вующей настройкой внешних источников для дости-

жения фокусировки поля в заданной области объекта

воздействия. Однако наличие затухания электромаг-

нитных волн в средах с потерями значительно ус-

ложняет задачу и требует исследования возможности

применения метода не только с учетом скин-

эффекта, но и размеров и геометрической формы

объекта воздействия.

Фокусировка электромагнитного излучения

в неоднородной среде

В данной работе исследуется возможность

обобщения предложенного нами ранее метода фор-

мирования максимума напряженности электрическо-

го поля в локальной зоне однородного биологиче-

ского объекта внешними источниками, излучающи-

ми электромагнитное поле СВЧ-диапазона на случай

кусочно-однородного [3].

В качестве модели рассматривается шаровой

объект, возбуждаемый системой точечных источни-

ков типа диполей, размещенных на поверхности ци-

линдра, окружающего шар (рис. 1).

Источники возбуждающего

тока

Исследуемый объект

Рис. 1. Модель объекта воздействия.

593

Каждый диполь излучает электромагнитное по-

ле с векторным потенциалом А

в направлении оси Y,

определяемым по формуле:

)(

),,(

kRi

yzyxA

−ϕ

, (1)

где

– единичный вектор оси Y; J

– амплитуда

интенсивности поля j-излучателя; R

– расстояние от

j-излучателя до точки наблюдения с координатами x,

y, z:

222

)()()(

jjjj

zzyyxxR −+−+−=

;

– фазовый сдвиг излучателя относительно задан-

ного момента времени; k – волновое число:

µ⋅µ⋅ε⋅εω=

;

– диэлектрическая проницаемость вакуума; µ

–

магнитная проницаемость вакуума.

В этом случае напряженность электрического

поля

, излучаемого диполем в заданной точке, оп-

ределяется по формуле:

)(

),,(

AkAdivgrad

zyxE

µωε

, (2)

где с – метрическая константа.

Суммарная составляющая электрического поля

определяется на основе принципа суперпозиции:

∑

zyx

, (3)

где n – количество излучателей; E

, E

– x-, y-, z-

составляющие электрического поля соответственно.

Для моделирования процесса фокусировки счита-

ем, что в исследуемом объекте устанавливается сфери-

ческая волна, образуемая совокупным полем дискрет-

ных источников, с центром в некоторой точке

. То-

гда векторный потенциал, описывающий это поле,

должен стремиться к функции Дирака (δ-функция).

Такое электромагнитное поле может иметь вид:

)(sin

))((

)(

)(cos)(sin

))(3((

rraa

rkrkrk

arar

Wik

⋅

⋅−+

⋅

⋅⋅⋅−⋅

×−⋅

−=

rrrr

(4)

где

'ε

;

rrr

−=

– расстояние от центра

фокусировки до точки наблюдения

;

– единич-

ный вектор, направленный из точки

в точку на-

блюдения,

– постоянный единичный вектор, ха-

рактеризующий поляризацию поля в точке фокуси-

ровки

Подбором амплитудно-фазового распределения

источников внутри шара создается поле, в виде схо-

дящейся в точку фокуса сферической волны, где поле

имеет локальный максимум. Фокус при этом может

перемещаться внутри шара и занимать любое задан-

ное положение. Наиболее неблагоприятным является

положение фокуса в центре сферы на наибольшем

удалении от границы, поскольку распространение

электромагнитного поля в неоднородной среде, име-

ющей высокую электрическую проводимость и боль-

шую диэлектрическую проницаемость, сопровождает-

ся затуханием. При определенном сочетании электро-

физических параметров и радиуса сферы вместо фо-

кусировки получается затухание поля.

Исследование процесса фокусировки произ-

водилось для биологических тканей, электрофизиче-

ские свойства которых определены на частоте

1800 МГц и имеют следующие значения, приведен-

ные в табл. 1.

Таблица 1

Вид биологи-

ческой ткани

Относительная

диэлектрическая

проницаемость

ε, отн. ед.

Удельная про-

водимость σ,

См/м

Мышцы 54 1,4

Кость 15,5 0,46

Головной

мозг

43 1,2

Спинной

мозг

31 0,88

С этой целью были проведены расчеты распре-

деления электромагнитного поля для объектов с выше-

указанными электрофизическими параметрами. Подбор

их геометрических размеров производился исходя из

реальных размеров соответствующих биологических

тканей.

На рис. 2 представлен график распределения на-

пряженности электрического поля в мышечной ткани,

радиус модели объекта которого составляет 0,05 м.

594

Рис. 2. Образование локального максимума

ЭМП в мышечной ткани радиусом 0,05 м.

Результат расчета показывает, что в центре дан-

ной биологической ткани при заданных размерах

возможно образование локального максимума поля.

На следующем этапе расчета увеличиваем раз-

мер ткани до тех пор, пока не будет наблюдаться

затухание поля в заданной точке фокуса. Это проис-

ходит при радиусе объекта около 0,1 м. Результаты

расчета представлены на рис. 3.

Рис. 3. Образование локального максимума

ЭМП в мышечной ткани радиусом 0,1 м.

Аналогично производили расчет распределения

напряженности электрического поля в вышеуказан-

ных биологических тканях, изменяя геометрические

параметры каждой таким образом, чтобы определить

предельный размер, при котором возможно образо-

вание максимума. Результаты расчетов для костной

ткани приведены на рис. 4, 5.

Рис. 4. Образование локального максимума

ЭМП в костной ткани радиусом 0,02 м.

Рис. 5. Образование максимума ЭМП в костной

ткани радиусом 0,18 м.

Заключение

Произведено исследование возможности неин-

вазивного локального воздействия на кусочно-

однородные проводящие биологические ткани: мы-

шечную, костную, спинной мозг и головной мозг.

Исследование показало возможность реальной фоку-

сировки поля для многих типов биологической тка-

ни, управления положением фокуса и концентрацией

поля в зависимости от количества и положения ис-

точников.

Литература

1. Баллюзек Ф., Джагинян А. Управляемая ги-

пертермия: Наука и жизнь, № 12, 1983 г.

2. Гончаров В.Д., Гончаров Д.В., Фискин Е.М.,

Шлыкова Ю.С. Способ локального нагрева внутрен-

них тканей человеческого тела, Патент на изобрете-

ние № RU 2334530, 2008 г.

3. Даутов О.Ш., Дроздиков В.А., Невзоров В.Н.

Формирование сфокусированного поля с помощью

дискретных излучателей: Вестник КГТУ им. А.Н.

Туполева, № 3, КГТУ, 2001 г.

595

ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЙ МИТОТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

ЭПИТЕЛИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОГО

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ХРОНИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

З.

А.

ОРОНЦОВА

О.

А.

ВИРИДОВА

ГОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко

Минздравсоцразвития РФ», e-mail: z.vorontsova@mail.ru

Аннотация. В эксперименте, выполненном на белых беспородных крысах самцах с начальным

возрастом 4 месяца, рассматривали динамику митотической активности эпителиоцитов крипт

слизистой оболочки тощей кишки после 5, 7 и 10 месяцев воздействия импульсно-периодического

электромагнитного поля с плотностью наведенных токов 0,37; 0,7; 0,8; 2,7 кА/м

и периодичностью

импульсов 50, 100 и 500 в неделю независимо от их дробности. Изменение митотической активности

в условиях хронического эксперимента представляется разнонаправленными эффектами и может

быть модифицировано различными параметрами электромагнитного излучения, как в форме

синергизма так и антагонизма.

Abstract. In the experiment executed on white not purebred rats males with initial age of 4 months, studied

mitotic activity of the jejunum mucous membrane crypts epitheliocytes after 5, 7 and 10 months of impuls-

periodic electromagnetic fields influence with the density of the directed currents 0,37; 0,7; 0,8; 2,7 kA/m

and periodicity of impulses 50, 100 and 500 in a week irrespective of their divisibility. Changes of mitotic

activity in chronical experiment are shown variable effects and may modified by different electromagnetic

irradiation like synergism and antagonism.

Актуальность

Современная техногенная среда в значительной

степени насыщена электромагнитными полями

(ЭМП), интерес к биологическому действию кото-

рых обусловлен их существенным влиянием на

живые организмы. Внедрение во все сферы дея-

тельности человека новых источников ЭМП различных

частотных диапазонов, средств мобильной, сотовой и

спутниковой связи, персональных компьютеров, разно-

образной электробытовой техники, новых диагности-

ческих и лечебных аппаратов приводит к усложнению

электромагнитной обстановки в местах работы и про-

живания населения [1,2]. К настоящему времени из-

вестно, что импульсно-периодическое электромагнит-

ное излучение (ИПЭМИ) оказывает наиболее выра-

женное биологическое действие, однако информатив-

ность о характере и особенностях реагирования живых

систем на воздействие ИП ЭМИ недостаточна [3]. Про-

явления их воздействий, несомненно, определяются

изменениями на разном уровне организации. Исследо-

вание индивидуальных клеточных реакций позволит

выявить чувствительность компонентов системы и оп-

ределить соотносимость к органам-мишеням ИПЭМП с

целью разработки мероприятий по повышению эффек-

тивности защиты от электромагнитного поражения [4].

Цель: проанализировать динамику изменения ми-

тотической активности эпителиоцитов крипт слизистой

оболочки тощей кишки в условиях хронического воз-

действия ИП ЭМП с различными параметрами.

Материалы и методы

Экспериментальная модель представлена белы-

ми крысами-самцами с начальным возрастом от 4 до

14 месяцев, которые испытывали воздействие редко

повторяющихся импульсов ЭМП ультракороткой

длительности 15 ÷ 40 нс в течение 5, 7 и 10 месяцев.

Уровни воздействующих ИПЭМП подбирались та-

ким образом, чтобы плотность наведенных токов

(ПНТ) в теле человека при его профессиональной

деятельности была эквивалентна уровням токов в

теле экспериментальных животных, и составила

0,37; 0,7; 0,8; 2,7 кА/м

. Эта градация дает возмож-

ность адекватного проведения как интерполяции, так

и экстраполяции для других уровней ПНТ. Вследст-

вие неопределенности периодичности работы персо-

нала в условиях воздействия фактора при моделиро-

вании, животные находились в свободном режиме

передвижения, и количество импульсов, подаваемых

в неделю на каждом уровне воздействия, составляло

50, 100 и 500, независимо от их дробности. Хрониче-

ский эксперимент продолжался 10 месяцев.

Результаты исследования

Анализ хронодинамики воздействия ИПЭМП в

изученных параметрах показал существенную чувст-

вительность недифференцированных эпителиоцитов

крипт слизистой оболочки тощей кишки, зависящую

от его параметров, с наибольшими значениями пока-

зателей спустя десять месяцев.

Коэффициент модификации (Км) позволил ус-

тановить эффект изменения средних величин показа-

теля митотической активности под действием пара-

метров ИПЭМП и определялся логарифмической за-

висимостью отношения числа митотически делящихся

эпителиоцитов крипт в эксперименте и контроле.

596

При 5-тимесячном воздействии ИП ЭМП К

ми-

тотических клеток эпителия крипт существенно по-

вышался (р<0,05) при ПНТ 0,37 кА/м

с учащением

периодичности, а для ПНТ 0,7; 0,8 и 2,7 кА/м

на-

блюдался обратный эффект (рис. 1).

Рис. 1. Динамика коэффициента модификации

митотической активности при 5-тимесячном

воздействии ЭМП в импульсном диапазоне.

7-мимесячное воздействие ИП ЭМП показало

увеличение К

при 100 И/н для ПНТ 0,37 и 0,7 кА/м

и снижение при 2,7 кА/м

, а при ПНТ 0,8 кА/м

с пе-

риодичностью 100 и 500 И/н значения К

были ми-

нимальными (р<0,05) (рис 2).

Рис. 2. Динамика коэффициента модификации

митотической активности при 7-мимесячном

воздействии ЭМП в импульсном диапазоне.

Воздействие ИП ЭМП в течение 10-ти месяцев

приводило к повышению значений К

эпителия

крипт по мере возрастания периодичности импуль-

сов при ПНТ 0,37 кА/м

, а при 0,8 кА/м

, напротив, к

снижению. Изменения К

при ПНТ 0,7 и 2,7 кА/м

были разнонаправленными с минимальным и макси-

мальным значением при 100 И/н (р<0,05) (рис. 3).

Рис. 3. Динамика коэффициента модификации

митотической активности при 10-тимесячном

воздействии ЭМП в импульсном диапазоне.

Следует отметить, что при 7-ми и 10-

тимесячном воздействии ИП ЭМП с ПНТ 0,8 кА/м

периодичностью 50 и 500 И/н соответственно, был

установлен эффект «окна», который проявлялся от-

сутствием изменений и рассматривался как проявле-

ние толерантности к комплексному воздействию

параметров ИП ЭМП.

Выводы

Таким образом, изменение митотической актив-

ности в условиях хронического эксперимента пред-

ставляется разнонаправленными эффектами и может

быть модифицировано различными параметрами

ИПЭМП (плотность наведенных токов, периодич-

ность, длительность) как в форме синергизма так и

антагонизма.

Литература

1. Григорьев Ю.Г. Отдаленные последствия

биологического действия электромагнитных полей /

Ю.Г. Григорьев // Радиационная биология. Радио-

экология. – М., 2000. – Т. 40, №2. – С. 217-225.

2. Григорьев Ю.Г. Электромагнитные поля и

Здоровье человека / Ю.Г. Григорьев. – М.: Издатель-

ство Российского университета дружбы народов,

2002. – 177 с.

3. Должанов А.Я., Воронцова З.А., Зуев В.Г.

Митотическая активность кишечного эпителия при

хроническом воздействии электромагнитного факто-

ра. // Труд. эколог. конгресса. – М. 2002. – С. 32-34.

4. Патогенные воздействия неионизирующих

излучений на организм человека. / Под ред. А.А. Ха-

дарцева и А.А. Яшина: ГУП НИИ НМТ, ООО НИЦ

«Матрикс». – Москва – Тверь – Тула: ООО «Изда-

тельство «Триада», 2007. – 160 с.

597

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ МОДИФИКАЦИИ

ЭФФЕКТОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

С.

Н.

ОЛОТАРЕВА

ОССИЯ

З.

А.

ОРОНЦОВА

ОССИЯ

ГОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко

Минздравсоцразвития РФ», e-mail: z.vorontsova@mail.ru

Аннотация. В эксперименте на белых беспородных крысах-самцах изучали морфофункциональное

состояние слизистой оболочки тонкой кишки в условиях однократного изолированного воздействия

электромагнитного излучения СВЧ – диапазона и его модификации измененной газовой средой с по-

вышенным и пониженным содержанием кислорода. Результаты исследования показали, что модифи-

цирующий эффект измененной газовой среды проявлялся активацией адаптивных процессов, на-

правленных на восстановление функциональной активности морфологических эквивалентов слизи-

стой оболочки тонкой кишки, с большей выраженностью для нормобарического кислорода.

Abstract. In experiment on white purebred rats-males

studied morph functional a condition of a mucous mem-

brane of jejunum in the conditions of the unitary isolated influence of electromagnetic radiation of the micro-

wave oven – a range and its updating by the changed gas environment with the raised and lowered maintenance

of oxygen. Results of research showed the modifying effect of the changed gas environment had developed as

the activation of adaptive processes directed on restoration of functional activity of morphological equivalents

of a mucous membrane of jejunum, with more expressive effect at the standard oxygen.

Введение

В последние годы весьма актуальной стала про-

блема электромагнитной безопасности населения на

фоне возрастающего загрязнения окружающей среды

и как следствие повышение риска потери здоровья.

Воздействие электромагнитного излучения (ЭМИ)

вызывает перенапряжение регуляторных механизмов

различных функциональных систем организма, бы-

строе истощение их функциональных резервов и в

конечном итоге может привести к развитию патоло-

гических состояний. В большинстве литературных

источников освещены вопросы влияния ЭМИ на

сердечно-сосудистую, эндокринную и нервную сис-

тему и практически не затрагиваются механизмы,

происходящие в органах пищеварительной системы,

где интенсивно происходят обменные и иммунные

процессы, прямо или опосредованно влияющие на

гомеостатическое равновесие всего организма [5,7].

С этих позиций наиболее актуальным является рас-

смотрение морфофункционального состояния эпите-

лиальной выстилки и клеточного представительства

собственного слоя слизистой оболочки тощей кишки

как наиболее чувствительных клеточных популяции,

регулирующих ее функциональность.

Все выше сказанное обуславливает актуальность

поиска механизмов защиты организма при помощи

естественных модификаторов. В этом аспекте перспек-

тивным является изучение такого модифицирующего

агента как измененная газовая среда, сопровождающая

человека как в обычных, штатных условиях так и в

чрезвычайных, аварийных ситуациях. В литературе

этот фактор рассматривается как один из важных эле-

ментов повышающих естественную резистентность

организма в экстремальных условиях среды [1,2,3,6].

Тем не менее, имеется недостаточно сведений по срав-

нительному анализу эффективности защитных меха-

низмов измененной газовой среды с повышенным и

пониженным содержанием кислорода, что делает пред-

ставленную проблему весьма актуальной в плане обес-

печения электромагнитной безопасности.

Цель

Выявить модифицирующий эффект измененной

газовой среды с повышенным и пониженным содер-

жанием кислорода на проявления электромагнитного

излучения по морфофункциональному состоянию

слизистой оболочки тощей кишки.

Материалы и методы исследования Эксперимент

выполнен на белых беспородных половозрелые крысах-

самцах в возрасте 4 месяца в количестве 102. Животных

распределили согласно режимам проведения работы и ее

задач на 4 группы. Каждая группа имела четыре времен-

ных параметра удаленных от момента воздействия на

1,7; 5; 24; 72 часа. Таким образом, общее количество

групп составило 13 (табл. 1.).

Первую группу составили интактные животные.

Животных второй группы подвергали воздействию низ-

кочастотного электромагнитного излучения (ЭМИ) на

установке «Хазар 2,5 Р», работавшей с частотой 2,4ГГц,

и плотностью потока мощности 10 мВт/см

. Время облу-

чения составляло 2,5 мин. Данный вид электромагнитно-

го излучения по гигиенической классификации относит-

ся к СВЧ-диапазону (4). Крысы третьей и четвертой

групп испытывали комбинированное воздействие ЭМИ

и гипоксической газовой смеси (8% О

и 92% N

– ГГС-

8) или нормобарического кислорода (99% О

– НК), со-

ответственно. Время подачи газовой смеси 11мин 38с.

Скорость продувки – 20 л/мин.

598

Таблица 1. Распределение животных и их чис-

ленность по группам

Время после воздейст-

вия в часах

Характер

воздействия

1,7 5 24 72

1 Интактные 30

2 ЭМИ 6 6 6 6

3 ЭМИ+ГГС 6 6 6 6

4 ЭМИ+НК 6 6 6 6

Всего животных 102

Количество групп 13

Взятие материала от экспериментальных и ин-

тактной групп животных проводился в зимний период

в одно и то же время суток через 1,7; 5; 24; 72 часа по-

сле воздействия факторов с разрешения этической ко-

миссии. Животных умерщвляли декапитацией.

Для исследования морфологических критериев сли-

зистой оболочки тощей кишки проводили ее фиксацию в

растворе Беккера. После соответствующей проводки на

стандартных срединных парафиновых срезах толщиной

6 мкм окрашенных гематоксилином-эозином изучали

рельеф слизистой оболочки. Толщину базальной мем-

браны (БМ) эпителиальной выстилки слизистой оболоч-

ки тощей кишки выявляли ШИК-реакцией на гликопро-

теиды. Измерение высоты ворсинок (ВВ), глубины

крипт (ГК) и толщины базальной мембраны проводили с

помощью окуляр-микрометра. Скорость пролифератив-

ных процессов оценивали, подсчитывая митотически

делящиеся клетки (х1000) эпителия крипт участка сли-

зистой оболочки, соответствующего протяженности 20

ворсин. На этом же участке, в межкриптальной строме

при окраске основным коричневым с докраской гема-

токсилином подсчитывали общее число тучных клеток

(ОЧТК) (х1000). Помимо этого определяли соотношение

их морфофункциональных типов: активных - деграну-

лированных (Дг) и вакуолизированных (Вк), а также

недегранулированных (НДг) - покоящихся.

Статистическую обработку результатов ис-

следования проводили на ПЭВМ Реntium III-500, с

помощью пакетов программ Ехсеl 2007, Statiatica

6.0, SPSS for Windows с использованием парамет-

рических критериев.

Результаты исследования

Однократное изолированное воздействие ЭМИ

вызывало снижение высоты ворсинок и глубины

крипт во временной динамике эксперимента (р<0,05)

(рис.1.). Наблюдалось достоверное истончение ба-

зальной мембраны эпителиальной выстилки через

1,7 и 72 часа (табл.2.).

100

120

140

160

180

усл.ед.

1,7 5 24 72 1,7 5 24 72 1,7 5 24 72

И ЭМИ И ЭМИ+ГГС И ЭМИ+НК

часы

ГК ВВ

Рис. 1. Динамика соотношения морфофункцио-

нальных типов тучных клеток в условиях экспери-

мента.

Таблица 2. Динамика изменения толщины ба-

зальной мембраны слизистой оболочки тощей киш-

ки в условиях эксперимента.

Время после воздействия в часах Группы

1,7 5 24 72

Интактные

8,79

ЭМИ 7,82

±0,56*

7,99

±0,6

8,08

±0,02

7,47

±0,11*

ЭМИ+ГГС 6,61

±0,22*

6,85

±0,55*

6,55

±0,61*

6,59

±0,22*

ЭМИ+НК 6,85

±0,01*

7,02

±0,7*

6,94

±0,75*

7,15

±0,3*

Условные обозначения: *- р < 0,05 по отноше-

нию к интактной группе.

Митотическая активность снижалась спустя су-

тки и превышала контрольные значения к 72 часу

(р<0,05) (табл. 3.).

Таблица 3. Динамика изменения митотической ак-

тивности эпителиоцитов крипт слизистой оболочки

тощей кишки в условиях эксперимента.

Время после воздействия в часах Группы

1,7 5 24 72

Интактные

2,41

ЭМИ 2,24

±0,06

2,39

±0,13

1,97

±0,13*

2,74

±0,22*

ЭМИ+ГГС 2,07

±0,1

3,26

±0,54*

2,88

±0,67

4,27

±0,04*

ЭМИ+НК 2,97

±0,08*

2,48

±0,09

3,48

±0,13*

2,92

±0,43*

Условные обозначения: *- р < 0,05 по отноше-

нию к интактной группе.

Общее число тучных клеток достоверно снижа-

лось (табл.4.), при этом через 1,7 часа наблюдалось

перераспределение морфофункциональных типов

повышением вакуолизированных и дегранулирован-

ных форм на фоне снижения недегранулированных

(р<0,05). Начиная с 5 часа эксперимента число неде-

599

гранулированных тучных клеток достоверно повы-

шалось, активные формы проявляли тенденцию к

снижению (р<0,05), что свидетельствовало о нару-

шении функциональных и обменных процессов сли-

зистой оболочки тощей кишки (рис.2.).

Таблица 4. Содержание тучных клеток в меж-

криптальной строме слизистой оболочки тощей

кишки в условиях эксперимента.

Время после воздействия в часах

Группы

1,7 5 24 72

Интактные

3,18±0,17

ЭМИ 1,4

±0,07*

1,22

±0,05*

0,99

±0,04*

0,81

±0,03*

ЭМИ+ГГС 2,17

±0,1*

2,08

±0,14*

2,17

±0,1*

3,53

±0,14

ЭМИ+НК 3,15

±0,12

3,0

±0,13

2,13

±0,12*

2,83

±0,36

Условные обозначения: *- р < 0,05 по отноше-

нию к интактной группе.

20%

40%

60%

80%

100%

1,7 5 24 72 1,7 5 24 72 1,7 5 24 72

И ЭМИ И ЭМИ+ГГС И ЭМИ+НК

часы

НДг Дг Вк

Рис. 2. Динамика высоты ворсинок и глубины

крипт слизистой оболочки тощей кишки в условиях

эксперимента.

Модифицирующий эффект гипоксической газо-

вой смеси состоял в адаптивном повышении высоты

ворсин при снижении глубины крипт и повышении

пролиферативной активности с незначительной ак-

тивацией высвобождения биологически активных

веществ тучными клетками к концу 3-х суток экспе-

римента в сравнении с однократным воздействием

ЭМИ (рис. 1.;2., табл. 2.;3.;4.).

При модификиции нормобарическим кислоро-

дом происходило достоверное повышение высоты

ворсин и снижение глубины крипт (рис.1.), истонча-

лась базальная мембрана эпителиальной выстилки

(р<0,05) (табл.2.), при этом, наблюдалось усиление

митотической активности эпителиоцитов крипт

(табл.3.). На фоне общего снижения числа тучных

клеток (табл.4.) происходило достоверное повыше-

ние числа активных форм и снижение недегранули-

рованных в сравнении с соответствующими показа-

телями при однократном воздействии ЭМИ (рис.2.).

Заключение

Таким образом, модифицирующий эффект из-

мененной газовой среды проявлялся активацией

адаптивных процессов направленных на восстанов-

ление функциональной активности морфологических

эквивалентов слизистой оболочки тощей кишки, с

большей выраженностью для нормобарического

кислорода.

Литература

1. Агаджанян Н.А. Гипоксическое, гипокапни-

ческое и гиперкапническое состояния : учеб. пособие

/ Агаджанян Н.А., Чижов А.Я. – М. : Медицина,

2003. – 96 с.

2. Антипов И.В. Влияние гипоксических и ги-

поксически-гиперкапнических газовых смесей на

функциональные резервы организма человека : авто-

реф. дис. … канд. биол. наук / И.В. Антипов. – Улья-

новск, 2006. – 22 с.

3. Аполлонский С.М. Безопасность жизнедея-

тельности человека в электромагнитных полях :

учеб. пособие / С. М. Аполлонский, Т. В. Каляда, Б.

Е. Синдаловский. – СПб. : Политехника, 2006. – 263

с.

4. Грачев Н.Н. Защита человека от опасных из-

лучений / Н.Н. Грачев, Л.О. Мырова – М. : БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2005. – 317 с.

5. Определение подходов к нормированию воз-

действия антропогенного электромагнитного поля на

природные экосистемы / О.А.Григорьев [и др.] //

Ежегодник Российского национального комитета по

защите от неионизирующих излучений : сб. тр. – М. :

РУДН, 2003. – С. 46–74.

6. Ушаков И.Б. Комбинированные воздействия в

экологии человека и экстремальной медицине /

И.Б.Ушаков. – М. : Издатцентр, 2003. – 442 с.

7. Шафиркин А.В. Риск для здоровья человека

хронического действия электромагнитных полей

высоких и сверхвысоких частот / А.В. Шафиркин,

А.Л. Васин, В.Н. Никитина // Материалы 6-го Меж-

дунар. симпозиума по электромагнитной совмести-

мости и электромагнитной экологии (21-24 июня

2005 г., Санкт-Петербург). – СПб, 2005. – С. 297-301.

600

ESTIMATION OF THE COMPELLED ECOLOGICAL RISKS

AT INFLUENCE OF THE ELECTROMAGNETIC FIELDS CREATED BY

THE RADIOTELECOMMUNICATION EQUIPMENT IN PLACES WITH

HIGH POPULATION DENSITY

LADIMIR

ORDACHEV

EPUBLIC OF

ELARUS

Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, e-mail: emc@bsuir.by

Abstract. The technique of an estimation of compelled ecological risk for people health because of the

influence of the electromagnetic fields created by base stations of cellular communication and broadband

wireless access in places with its high spatial density, taking into account the contribution to total field

intensity of electromagnetic radiations of mobile telephones along with electromagnetic radiations of

transmitters of all main radio services (radiolocation, broadcasting, etc.) is submitted. This technique is

officially accepted in Belarus in 2010 for an assessment of electromagnetic safety of significant social

objects with increased ecological requirements – children's educational, medical and health improvement

establishments, etc.

Introduction

Intensive development of the mobile and fixed radio

communication systems and networks in places with high

population density is the reason of significant growth of

“electromagnetic stress” (EMS) on urban and suburban

territories from base stations (BS) of cellular

communication and wireless broadband access (WBA)

placed on these territories. For last 10 years this EMS in

cities of Russian Federations and Republic of Belarus has

increased approximately for 2 order, having exceeded

essentially a level caused by presence of systems of on-

air radio and TV broadcasting, radars, base radio

communication transmitters and other services and

systems. On a cumulative specific level of equivalent

isotropic radiates power (e.i.r.p.) in city areas it can be up

to 10 kW/km

and even more. In these conditions cellular

telephones and other radio telecommunication user's

devices in places with high population density also

creates an appreciable electromagnetic background,

however until last time this factor practically was not

taken into account at estimations of the compelled

electromagnetic risks for the population.

Conception of system ecology of cellular

communication developed in [1] has allowed to

substantiate the approaches [2,3] regulating a technique

of an estimation of compelled risks for the population’s

health, caused by presence of all assemblage of

electromagnetic fields (EMF) generated by radio

electronic equipment and systems of various radio

services and frequency ranges of frequencies, placed

(installed, used) on significant social objects (SSO) of

increased ecological requirements – children's

educational, medical and educational establishments,

boarding schools and houses, rest areas etc. and in their

vicinities. In particular, in Belarus according to

requirements of the accepted Regulations [3] this

estimation should be made in following situations:

− At designing of BS of cellular communication or

WBA at a stage of a selection of places and spatial

parameters of its allocation in SSO territory and/or in its

vicinity, and

− At modernization of BS radio equipment of cellular

communication or WBA in SSO territory and/or in its

vicinity, including replacement old or installation new

radio transmitting modules and equipment, antennas and

feeding lines; changing of height or allocation of antenna

masts, etc.

Substantive foundations and conditions of

regulations [3] accepted in Belarus are stated below.

Principles of Assessment of Compelled

Electromagnetic Risks

Principle of Total EMF intensity.

Regulations [3] provide an estimation of total EMF

intensity on SSO and its vicinity produced by all radio

services and the analysis of possible alternative variants

of BS allocation or upgrading and the subsequent choice

of the best variant at which the minimum level of total

EMF intensity will be received.

Principle of Total EMF representation.

Representation of total EMF intensity as two

components is provided: an intensity S

of the

electromagnetic background formed by ensemble of EMF

of stationary transmitters of all services, including EMF

generated by BS of cellular communication and WBA,

allocated on SSO territory or in its vicinity within the

remoteness of the first line of building or distance of

direct visibility, and EMF from cellular telephones in

SSO territory and in its vicinity (the first component

which is quasi-stationary), and EMF intensity S

mob

produced by the nearest cellular telephone in an active

state (the second component which is stochastic).

Principle of Summation of Relative EMF Levels.

A well-known technique [2,4,5] of summation of

relative EMF Levels is used. This technique is provided

601

definition of total intensity of an electromagnetic

background using accepted technique of summation of

number M

of relative total EMF levels of each k-th

frequency sub-range or specialized group of radio

systems for which in [4] an independent maximum

permissible levels (MPL) S

MPLk

of EMF for the

population are determined:

,SS

,1SSX

kmM

kMPLM

∑

≤=

(1)

where S

- intensity of m-th EMF of k-th frequency sub-

range or specialized group of radio systems, S

УMk

is total

EMF intensity k-th frequency sub-range or specialized

group of radio systems; values S

, S

УMk

and S

MPLk

are

expressed in terms of EMF power flux density or in terms

of a square of EMF intensity, depending on frequency

sub-range; X - total relative intensity of quasi-stationary

(background) EMF component in analyzed point of SSO;

in (1) a scalar summation of separate EMF power

parameters S

is made.

Principle of Selection of Considered EMF Levels.

The number M

of taken into account quasi-

stationary EMF components of each k-th frequency sub-

range or specialized group of radio systems is limited by

an ensemble of the most powerful EMF in considered

place of an SSO, the level of each considered EMF will

be not lower then 1 % of corresponding MPL: S

≥ 0,01

MPLk

Criterion of unacceptability of the compelled

ecological risk in Severe Multi-Component

Electromagnetic Environment.

As criterion of unacceptability of the compelled

ecological risk for people inside SSO accepted in [3], the

criterion of excess by total relative EMF intensity

(including totality of quasi-stationary and stochastic

components) of the level equal to 1, with probability

more then 1 %, is used.

Technique of Estimation of Level of Stochastic

Component of Total Relative EMF Intensity.

At definition of statistical characteristics of level of

the prevailing EMF of mobile telephone (or other user's

device with electromagnetic radiation) in considered

point pace of SSO results of [1,6-8] are used. They are

based on Poisson model of stochastic spatial distribution

of radiating user's devices and taking into account

existence of adjustment of power of user's device

electromagnetic radiation according to basic radio wave

propagation losses between BS and this device.

An estimation of probability (risk) of excess of MPL

value in any analyzed point of SSO by total relative

intensity of quasi-stationary EMF component and

intensity of stochastic EMF component produced by the

nearest cellular telephone is made with use of graphic

representation of probability distribution function (PDF)

of total EMF intensity S

УУ

for any moment of time in

considered place of SSO with given total EMF

background (quasi-stationary EMF component) intensity

and given average spatial density of radiating mobile

telephones in this place of SSO:

( )

mob1MPL

SS4

maxtree

SSS;SXS

,dttexp

SS2

maxtree

+==

−

ΣΣΣΣ

−

ΣΣΣ

ΣΣ

∫

ΣΣΣ

(2)

Here с

is a spatial density of radiated mobile telephone

or “user's stations” (US) in analyzed place of SSO, its

dimension is [US/m

]; S

MPL1

= 0,1 W/m

(10 мW/cm

)

for a frequency range of cellular communication

(> 300 MHz) according to harmonized requirements

[2,4]; P

etr max

- maximal average e.i.r.p. of cellular

telephones: P

etr max

≈ 0,4 W for GSM-900 and IMT-450,

etr max

≈ 0,2 W for GSM-1800 and UMTS; X is a total

relative EMF background intensity calculated taking into

account all frequency sub-ranges and specialized groups

of radio systems.

The Basic Stages of the Analysis of Compelled

Ecological Fisk in SSO Territory

Calculation of total EMF intensity produced by

various kinds of radio transmitting equipment on SSO

territory include the following stages:

Stage 1: calculation of total EMF intensity produced

by all BS of all cellular networks and WBA, and also

radio transmitters with continuous and pulse radiation

(except EMF from radars in a mode of the circular

scanning or scanning with frequency no more then 1 Hz

and pulse ratio ≥ 20) on frequencies ≥ 300 MHz (radio

transmitters of the first group);

Stage 2: calculation of total EMF intensity from US

of cellular mobile telecommunication on SSO territory

and its vicinity (radio transmitters of the second group);

Stage 3: calculation of total EMF intensity produced

by radars in a mode of the circular scanning or scanning

with frequency no more then 1 Hz and pulse ratio ≥ 20 on

frequencies is higher than 300 MHz if SSO is placed

relatively near one of this systems and this partial EMF

total level may exceed 1% of MPL for UHF pulse EMF

(radio transmitters the third group);

Stage 4: calculation of values of total EMF intensity

from all radio transmitters with continuous and pulse

radiation for all frequency sub-ranges less 300 MHz for

which various MPL are established (radio transmitters of

the fourth group);

Stage 5: estimation of probability (risk) of excess of

relative MPL in an any place of SSO by total EMF

intensity (sum of cumulative EMF background intensity

and intensity of EMF produced by the nearest US) (radio

transmitter of the fifth group).

Stages 1, 3 and 4 of analysis are carried out with use

of the traditional technique stated in [2,4]. Novelty of a

stated technique is defined by the second and fifth stages

described below.