Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных

Биологическое влияние электрических  и магнитных полей на организм людей и животных достаточно много  исследовалось. Наблюдаемые при  этом эффекты, если они и возникают, до сих пор не ясны и трудно поддаются  определению, поэтому эта тема остается по-прежнему актуальной.

Магнитные поля на нашей планете  имеют двоякое происхождение - естественное и антропогенное. Естественные магнитные  поля, так называемые магнитные бури, зарождаются в магнитосфере Земли. Антропогенные магнитные возмущения охватывают меньшую территорию, чем  природные, зато их проявление значительно  интенсивнее, а следовательно, приносит и более ощутимый ущерб. В результате технической деятельности человек  создает искусственные электромагнитные поля, которые в сотни раз сильнее  естественного магнитного поля Земли. Источниками антропогенных излучений  являются: мощные радиопередающие устройства, электрифицированные транспортные средства, линии электропередачи.

Частотный диапазон и длины волн некоторых источников электромагнитного излучения 

Один из наиболее сильных  возбудителей электромагнитных волн —  токи промышленной частоты (50 Гц). Так, напряженность электрического поля непосредственно под линией электропередачи  может достигать нескольких тысяч  вольт на метр почвы, хотя из-за свойства снижения напряженности почвой уже  при удалении от линии на 100 м напряженность  резко падает до нескольких десятков вольт на метр.

Исследования биологического воздействия электрического поля обнаружили, что уже при напряженности 1 кВ/м  оно оказывает неблагоприятное  влияние на нервную систему человека, что в свою очередь ведет к  нарушениям эндокринного аппарата и  обмена веществ в организме (меди, цинка, железа и кобальта), нарушает физиологические функции: ритм сердечных  сокращений, уровень кровяного давления, активность мозга, ход обменных процессов  и иммунную активность.

Начиная с 1972 г. появились  публикации, в которых рассматривалось  влияние на людей и животных электрических  полей с величинами напряженности  более 10 кВ/м.

Напряженность магнитного поля пропорциональна току и обратно  пропорциональна расстоянию; напряженность  электрического поля пропорциональна  напряжению (заряду) и обратно пропорциональна  расстоянию. Параметры этих полей  зависят от класса напряжения, конструктивных особенностей и геометрических размеров высоковольтной ЛЭП. Появление мощного  и протяженного источника электромагнитного  поля приводит к изменению тех  естественных факторов, при которых  сформировалась экосистема. Электрические  и магнитные поля могут индуцировать поверхностные заряды и токи в  теле человека.

Исследования показали, что  максимальный ток в теле человека, индуцированный электрическим полем, намного выше, чем ток, вызванный  магнитным полем. Так, вредное воздействие  магнитного поля проявляется лишь при  его напряженности около 200 А/м, что  бывает на расстоянии 1—1,5 м от проводов фазы линии и опасно только для  обслуживающего персонала при работах  под напряжением. Это обстоятельство позволило сделать вывод об отсутствии биологического влияния магнитных  полей промышленной частоты на людей  и животных, находящихся под ЛЭП  Таким образом, электрическое поле ЛЭП является главным биологически действенным фактором протяженной  электропередачи, который может  оказаться барьером на пути миграции движения разных видов водной и сухопутной фауны.

Силовые линии электрического и магнитного полей воздействующих на человека, стоящего под воздушной  линией электропередачи переменного  тока

Исходя из конструктивных особенностей электропередачи (провисания провода) наибольшее влияние поля проявляется  в середине пролета, где напряженность  для линий сверх - и ультравысокого напряжения на уровне роста человека составляет 5 - 20 кВ/м и выше в зависимости от класса напряжения и конструкции линии.

У опор, где высота подвеса  проводов наибольшая и сказывается  экранирующее влияние опор, напряженность  поля наименьшая. Так как под проводами  ЛЭП могут находиться люди, животные, транспорт, то возникает необходимость  оценки возможных последствий длительного  и кратковременного пребывания живых  существ в электрическом поле различной напряженности.

Наиболее чувствительны  к электрическим полям копытные животные и человек в обуви, изолирующей  его от земли. Копыто животных также  является хорошим изолятором. Наведенный потенциал в этом случае может  достигать 10 кВ, а импульс тока через  организм при касании к заземленному предмету (ветке куста, травинке) 100 - 200 мкА. Такие импульсы тока безопасны  для организма, но неприятные ощущения заставляют копытных животных избегать трассы высоковольтных ЛЭП в летнее время.

В действии электрического поля на человека доминирующую роль играют протекающие через его тело токи. Это определяется высокой проводимостью  тела человека, где преобладают органы с циркулирующей в них кровью и лимфой.

В настоящее время экспериментами на животных и людях-добровольцах установлено, что плотность тока проводимостью 0,1 мкА/см и ниже не влияет на работу мозга, так как импульсные биотоки, обычно протекающие в мозгу, существенно  превышают плотность такого тока проводимости.

При плотностью тока проводимостью 1 мкА/см в глазах человека наблюдается  мелькание световых кругов, более  высокие плотности токов уже  захватывают пороговые значения стимуляции сенсорных рецепторов, а  также нервных и мышечных клеток, что ведет к появлению испуга, непроизвольным двигательным реакциям.

В случае касания человека к изолированным от земли объектам в зоне электрического поля значительной интенсивности, плотность тока в  зоне сердца сильно зависит от состояния  «подстилающих» условий (вида обуви, состояния  почвы и т. д.), но уже может достигать  этих величин.

При максимальном токе, соответствующем  Еmах == 15 кВ/м (6,225 мА), известной доле этого тока, втекающего через область головы (около 1/3), и площади головы (около 100 см ) плотность тока<0,1 мкА/см, что и подтверждает допустимость принятой напряженности 15 кВ/м под проводами воздушной линии.

Для здоровья человека проблема состоит в определении связи  между плотностью тока, наведенного  в тканях, и магнитной индукцией  внешнего поля, В. Вычисление плотности  тока

осложняется тем, что его  точный путь зависит от распределения  проводимости у в тканях тела.

Так, удельную проводимость мозга определяют у=0,2 см/м, а сердечной  мышцы у=0,25 см/м. Если принять радиус головы 7,5 см, а сердца 6 см, то произведение yR получается одинаковым в обоих случаях. Поэтому можно давать одно представление для плотности тока на периферии сердца и мозга.

Определено, что безопасная для здоровья магнитная индукция составляет около 0,4 мТл при частоте 50 или 60 Гц. В магнитных полях (от 3 до 10 мТл, f =10 - 60 Гц) наблюдалось возникновение световых мерцаний, аналогичных тем, которые возникают при надавливании на глазное яблоко.

Плотность тока, индуцированного  в теле человека электрическим полем  с величиной напряженности Е, вычисляется таким образом:

c различными коэффициентами к для области мозга и сердца.

Значение к=3-10^-3 см/Гцм.

По данным немецких ученых напряженность поля, при которой  вибрацию волос ощущают 5% испытуемых мужчин, составляет 3 кВ/м и для 50% мужчин, подвергшихся испытаниям, она  равна 20 кВ/м. В настоящее время  отсутствуют данные о том, что  ощущения, вызванные действием поля, создают какое-либо неблагоприятное  влияние. Что касается связи плотности  тока с биологическим влиянием, то можно выделить четыре области, представленные в таблице.

J, мкА/см	Наблюдаемые эффекты
0,1	Нет
1,0	Мелькание световых кругов в глазах
10-50	Острые невралгические симптомы подобные тем, которые вызываются электрическим током
более 100	Возрастает вероятность  фибрилляции желудочка сердца, остановка  сердечной деятельности, длительный спазм дыхательных мышц, серьезные  ожоги

Последняя область значения плотности тока относится к временам воздействия порядка одного сердечного цикла, т. е. приблизительно 1 с для  человека Для более коротких экспозиций пороговые значения выше. Для определения  порогового значения напряженности  поля были выполнены физиологические  исследования на людях в лабораторных условиях при напряженности от 10 до 32 кВ/м. Установлено, что при напряженности 5 кВ/м 80% людей не испытывают болевых  ощущений при разрядах в случае касания  заземленных предметов. Именно эта  величина была принята в качестве нормативной при работах в  электроустановках без применения средств защиты.

Зависимость допустимого  времени пребывания человека в электрическом  поле с напряженностью Е более порогового аппроксимируется уравнением

Выполнение этого условия  обеспечивает самовосстановление физиологического состояния организма в течение  суток без остаточных реакций  и функциональных или патологических изменений.

Ознакомимся с основными  результатами исследований биологических  влияний электрических и магнитных  полей, проведенных советскими и  зарубежными учеными.

Влияние электрических  полей на персонал

Во время исследований на верхней части предплечья каждого  рабочего закрепляли интегрирующий  дозиметр. Установлено, что у рабочих  на высоковольтных линиях среднее значение дневной экспозиции составило от 1,5 кВ/(м-ч) до 24 кВ/(м-ч). Максимальные значения отмечены в очень редких случаях. Из полученных данных исследования можно  сделать вывод об отсутствии заметной взаимосвязи между экспозицией  в полях и общим состоянием здоровья людей.

Воздушные ЛЭП  и рак у детей 

В жилых помещениях магнитное поле может создаваться бытовым электрооборудованием и электропроводкой, внешними подземными кабелями, а также воздушными ЛЭП. Исследуемые и контрольные объекты группировали в интервалах 25 м до воздушной ЛЭП, причем степень риска на расстоянии более 100 м от линии была принята за единицу.

Полученные результаты не подтверждают гипотезы о том, что  магнитные поля промышленной частоты  влияют на возникновения рака у детей.

Электростатическое  влияние на волосяной покров человека и животных

Исследования проводились  в связи с гипотезой о том, что влияние поля, ощущаемое поверхностью кожи, вызвано действием электростатических сил на волосы. В результате получено, что при напряженности поля в 50 кВ/м испытуемый ощущал зуд, связанный  с вибрацией волос, что зарегистрировано специальными приборами.

Влияние электрического поля на растения

Опыты проводились в специальной  камере в неискаженном поле с напряженностью от 0 до 50 кВ/м. Было выявлено небольшое  повреждение ткани листьев при  экспозиции от 20 до 50 кВ/м, зависящее  от конфигурации растения и первоначального  содержания влаги в нем. Омертвление  ткани наблюдалось в частях растений с острыми краями. Толстые, с гладкой  закругленной поверхностью растения не повреждались при напряженности 50 кВ/м. Повреждения являются следствием короны на выступающих частях растений. У  наиболее слабых растений повреждения  наблюдались уже через 1 - 2 ч после  экспозиции. Важно, что у сеянцев  пшеницы, имеющих очень острые концы, корона и повреждения были заметны  при сравнительно низкой напряженности, равной 20 кВ/м. Это был самый низкий порог появления повреждений  в исследованиях.

Наиболее вероятный механизм повреждения ткани растений - тепловой. Поражение ткани появляется тогда, когда напряженность поля становится достаточно высокой, чтобы вызвать  коронирование, и через кончик листка течет ток короны высокой плотности. Тепло, выделяемое при этом на сопротивлении  ткани листа, приводит к гибели узкого слоя клеток, которые сравнительно быстро теряют воду, высыхают и сжимаются. Однако этот процесс имеет предел и процент высохшей поверхности  растения невелик.

Влияние электрического поля на животных

Исследования проводились  по двум направлениям: изучение на уровне биосистемы и изучение порогов обнаруженных влияний. Среди цыплят, помещенных в  поле с напряженностью 80 кВ/м, отмечалась прибавка массы, жизнеспособность, низкая смертность. Порог восприятия поля измерялся на домашних голубях. Было показано, что голуби обладают каким-то механизмом для обнаружения электрических  полей малой напряженности. Генетических изменений не наблюдалось. Отмечено, что животные, пребывающие в электрическом  поле большой напряженности, могут  испытывать мини-шок из-за посторонних  факторов, зависящих от условий эксперимента, которые могут привести к некоторому беспокойству и возбуждению испытываемых.

В ряде стран имеются нормативные  документы, ограничивающие предельные значения напряженности поля в зоне трасс воздушных ЛЭП. Максимальная напряженность 20 кВ/м была рекомендована  в Испании, и такое же значение рассматривается в настоящее  время как предельное в Германии.

Общественная осведомленность  о влиянии электромагнитного  поля на живые организмы продолжает расти, и некоторый интерес и  беспокойство в связи с этим влиянием будут приводить к продолжению  соответствующих медицинских исследований, особенно на людях, проживающих вблизи воздушных линий электропередачи.

Еще больше информации по этой теме:

В. И. Чехов "Экологические  аспекты передачи электроэнергии" (скачать книгу - Zip, DjVu)

В книге дана общая характеристика влияния воздушных линии электропередачи  на окружающую среду. Рассматриваются  вопросы расчета максимальной напряженности  электрического поля под линией переменного  тока и методы его уменьшения, отторжения земель под трассу линии, воздействия  электромагнитного поля на людей, животный и растительный мир возникновения  радио - и акустических шумов. Рассмотрены  особенности воздействия на окружающую среду линий постоянного тока и кабельных линий сверхвысокого  напряжения.

Микроволновое излучение влияет так-же  на  сроки  плодоношения  и  урожайность    растений.        Так    у    опытных (облучённых)  растений  томата  цветение наступает  по  срокам  раньше  обычного, заметно  увеличивается  количество  цветков и соответственно плодов.   На рисунке  1  видно,  что  плодоношение  наступает на две недели  раньше, чем в контроле и первые плоды появляются уже  на 14-й день после посадки рассады  в грунт  при облучении волнами 18 см диапазона. По урожайности также опытные растения превосходят контрольные и, особенно, в вариантах 21 см и 18 см диапазонов волн. Микроволновое излучение оказывает закономерное влияние на все фазы  развития растений. Как видно на рисунке у опытных растений плодоношение наступает быстрее чем у контрольных, затем оно как бы замедляется, а на 30-й день после посадки активизируется и дальше идёт с ещё более высокими темпами с образованием большого количества плодов. Проведённые нами эксперименты по воздействию низко интенсивного УВЧ-излучения на  рассаду томата подтверждают: