Тепловой эффект ЭМП в тканях живых организмов

Нагревание тканей тела животных и общее повышение тем­пературы тела под действием ЭМП зависят не только от вели­чины электромагнитной энергии, преобразующейся в тепловую, но в значительной степени от терморегуляторных свойств орга­низма.

У гомойотермных животных (птиц и млекопитающих) при данной температуре тела результирующая теплоотдача равна алгебраической сумме теплообразования за счет обменных процес­сов и теплопотерь за счет излучения, а так­же испарения при ды­хании (а у человека и при потоотделении).

В интервале температур, при кото­рых организм еще спо­собен к терморегуля­ции, - между точками пересечения результи­рующей кривой с осью абсцисс — преоблада­ют теплопотери, что ве­дет к восстановлению нормальной температуры тела.

При дальнейшем повышении температуры теплообмен может стать положительным, итемпература тела будет возрастать вплоть до гибельной.

Эксперименты, проведенные с фантомами, имитирующими тело животных, показали, что с увеличением объема объекта требуется все большее время для нагревания его до заданной температуры при помощи ЭМП данной мощ­ности. Это объясняется, во-первых, тем, что для нагревания большего объема нужно больше калорий, и, во-вторых, тем, что при одинаковой глубине проникновения энергии ЭМП в ткани доля объема, в которой происходит поглощение, будет тем боль­ше, чем меньше объем. Например, если ЭМП с частотой 300 Мгцпроникает на глубину 2,5 см (для мышечных тканей), то это означает, что у крысы (диаметр тела 5-6 см ) энергия ЭМП поглощается практически во всем теле, а у собаки (диаметр тела 20-25 см ) - только в незначительной поверхности части тела.

Было проведено более детальное теоретическое ис­следование условий нагревания тканей тела человека и различ­ных животных под действием микроволн. Время, необходимое для повышения температуры тела на 5° (ΔΤ = 5°), вычислялось из уравнения

где G - масса тела, С_b - удельная теплоемкость, М - тепло за счет метаболизма, Е-тепло за счет облучения микроволнами, S_b - поверхность тела, α_ab - коэффициент теплопередачи воз­дух - тело, θ_ab- начальная разница температур воздух - тело.

В результате исследователи пришли к выводу, что при очень больших значениях t, соответствующих малой интенсивности облучения, практически нет разницы в скорости нагревания животных разных размеров, но при больших интенсивностях (t мало) тело малых животных нагревается быстрее.

Результаты большинства исследований зависимости теплообразования в тканях животных от интенсивности и времени воздействия ЭМП, а так­же характера распределения температуры в тканях были противоречивыми: в одних случаях отмеча­лось более значительное нагревание в глубоких тканях по срав­нению с поверхностными, в других - противоположное распреде­ление температуры, в третьих - наличие как положительного, так и отрицательного градиента температуры в зависимости от условий воздействия ЭМП. Основными причинами этих расхож­дений можно считать несовершенство дозирования поглощаемой мощности и несопоставимость ряда условий экспериментов.

Делались попытки теоретически оценить количество тепла, выделяющегося на заданном расстоянии от облучаемой поверх­ности, и рассчитать соответствующее повышение температуры. Однако сравнение расчет­ных данных с эксперимен­тальными показало при­ближенное соответствие только при малых продолжительностях облучения.

Экспериментальная оценка пороговых интенсивностей ЭМП для теп­лового эффекта была про­ведена в различных ча­стотных диапазонах при общем и локальном воз­действии ЭМП на человеке и животных. Границу теплового эффекта опре­деляли по минимальному повышению температуры тела или тканей, не превышающему нормальных ее колебаний в организ­ме. В качестве признака появления теплового эффекта у челове­ка использовали также и минимальное теплоощущение. Было установлено, что зависимость между теплоощущением и мощностью ЭМП, поглощаемой в тканях (в диапазоне 20-200 Мгц ), выражается соотношением:

H=lg P - a lg P₀

где H - теплоощущение, оцениваемое по 4-балльной системе (ед­ва ощутимое тепло, умеренное тепло, интенсивный нагрев, едва переносимый нагрев), Ро-поглощаемая мощность, при которой ощущается едва заметное тепло, Р-данная поглощаемая мощ­ность, а - постоянная, не зависящая от частоты (хотя Р_о варьи­рует с частотой).

Из результатов эксперимента следует, что пороговые интенсивности ЭМП умень­шаются с повышением частоты. Это и понятно, так как коэффи­циент поглощения электромагнитной энергии пропорционален частоте и величине электрических параметров σ и ε, которые в свою очередь изменяются с частотой.

В заключение следует отметить, что в работах, посвященных тепловому эффекту ЭМП, неоднократно обсуждалась возмож­ность избирательного нагревания микрочастиц в биосредах, не сопровождающегося существенным нагреванием окружающей их среды. Однако теоретический анализ показал, что такое избирательное нагревание возможно только в том случае, если частицы достаточно крупны—не менее 1 ммв диаметре. Поэтому нет оснований рассчитывать на избиратель­ное нагревание микрочастиц (клеток, бактерий) при отсутствии существенного нагревания среды, в которой они суспендированы.