Текст
                    Академия наук СССР
Национальное управление по аэронавтике
и исследованию космического пространства США
Academy of Sciences of the USSR
National Aeronautics and Space Administration USA


FOUNDATIONS OF SPACE BIOLOGY AND MEDICINE Joint USA/USSR Publication in Three Volumes Co-chairmen MELVIN CALVIN (USA) and OLEG G. GAZENKO (USSR) Volume II, Book Two ECOLOGICAL AND PHYSIOLOGICAL BASES OF SPACE BIOLOGY AND MEDICINE Scientific and Technical Information Office NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION Washington, D. C. 1975
основы КОСМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЫ Совместное советско-американское издание в трех томах Под общей редакцией О. Г. ГАЗЕНКО (СССР) и М. КАЛЬВИНА (США) Том II, книга вторая ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОСМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЫ ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» МОСКВА, 1975
УДК 613.693*НЙ2*577:462 Редколлегия Бурназян А. И., Васильев П. В., Газенко О. Г., Гении А. М., Имшенецкий А. А., Петров Г. И., Черниговский В. Н. (СССР) Кальвин М., Краусс Р. В., Марбаргер Дж. П., Рейнольде О. Е., Тальбот Дж. М. (США) Ответственные секретари Панченкова Э. Ф. (СССР), Джонс У. Л. (США) Редакторы II тома Васильев П. В. (СССР), Марбаргер Дж. П. (США) Editorial Board Burnazyan A. I., Vasilyev P. V., Gazenko О. С, Genin A. M., Imshenetskiy A. A., Petrov G. I., Chernigovskiy V. N. (USSR) Calvin M., Krauss R. W., Marbarger J. P., Reynolds 0. E., Talbot J. M. (USA) Executive Secretaries Panchenkova E. F. (USSR), Jons W. L. (USA) Volume II Editors Vasilyev P. V. (USSR), Marbarger J. P. (USA) «ss^---—
Том II, книга вторая ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОСМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЫ
ОГЛАВЛЕНИЕ Часть III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА Глава 10. Радиоизлучения. Магнитные и электрические поля 9 майкелсон с. м. Глава 11. Ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи 59 ЛЕТАВЕТ А. А., ТЕЙЛОР ДЖ. X. Глава 12. Ионизирующие излучения 78 ГРИГОРЬЕВ Ю. Г., ТОБАЙС К. А. Часть IV. ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С КОСМИЧЕСКИМИ ПОЛЕТАМИ Глава 13. Биологические и физиологические ритмы 139 ШТРУГОЛЬД Г., ХЕЙЛ Г. Б. Глава 14. Психофизиологический стресс космического полета .... 153 СИМОНОВ П. В. Глава 15. Физиология сенсорной сферы человека в условиях космического полета 173 ЮГАНОВ Е. М., КОПАНЕВ В. И. Глава 16. Деятельность космонавта 198 ЛОФТУС Дж. П., БОУНД Р. Л., ПАТТОН Р. М. Часть V. КОМБИНИРОВАННОЕ ДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Глава 17. О комбинированном действии различных факторов полета 243 АНТИПОВ В. В., ДАВЫДОВ Б. И., ВЕРИГО В. В., СВИРЕЖЕВ Ю. М. Глава 18. Методы исследований в космической биологии и медицине. Передача биомедицинской информации 268 БАЕВСКИЙ Р. М., ЭЙДИ У. Р. Глава 19. Биологическая индикация новых космических трасс .... 306 ПАРФЕНОВ Г. П. ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 338
Часть III ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
Глава 10 РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ СОЛ М. МАЙКЕЛСОН Рочестерский университет, Факультет радиационной биологии и биофизики Рочестер, шт. Нью-Йорк, США Обычно человек находится в состоянии равновесия в очень узком диапазоне влияния таких физических условий Земли, как температура, давление, электромагнитные излучения и геомагнитные поля. Начало эры космических полетов выдвинуло проблему обеспечения жизнедеятельности человека за пределами его земной экосферы. В этой главе биологическое действие радиочастотного излучения, так же как и действие электрических и магнитных полей, будет рассматриваться в аспекте их влияния на функциональные резервы человека. Вообще маловероятно, что эти виды энергии окажутся опасными для экипажей в космическом полете, в обычных условиях его протекания и, тем не менее, не только с академической точки зрения, но и с точки зрения практических задач необходимо подытожить все, что известно о влиянии этих видов энергий на физиологию и поведение организмов, с* тем, чтобы создать основу для оценки и прогнозирования состояния человека в космическом полете. Эта глава содержит обзор и анализ соответствующей литературы, данных, полученных автором, а также материалы, составленные Ю. И. Новицким, 3. В. Гордон, А. С. Пресма- ном и Ю. А. Холодовым, которые с признательностью приняты [52]. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Наиболее характерным свойством электромагнитных полей (ЭМП) всех разновидностей — от геомагнитного и геоэлектрического до солнечного радиоизлучения — является то, что все они подвержены периодическим изменениям своей интенсивности (ежедневным, месячным и сезонным). Второй характерной особенностью электрического поля Земли и атмосферы и радиоэмиссионных полей является их примерно одинаковый средний минимум интенсивности в окружающей среде порядка 10~5 в/м (для радиоизлучения в атмосфере, для атмосфериков и для электрического поля в водной среде). Наряду с периодическими изменениями относительно этого среднего значения встречаются также и спонтанные сдвиги (нарастание напряженности) в электромагнитном поле биосферы. Диапазон изменения последних варьирует от двухкратного повышения интенсивности до ее возрастания в сотни раз выше обычного уровня (радиоизлучение) [52]. Помимо электромагнитной радиации, в будущих космических полетах люди могут подвергаться воздействию магнитных полей широкого диапазона напряженностей и градиентов. На постоянное геомагнитное поле накладываются периодические и случайные изменения, которые, как полагают, обусловлены электрическими токами в верхней атмосфере. Хотя эти токи имеют величину несколько миллионов ампер, плотность тока очень низка. Электрическое поле, связанное с токопро- водящей системой, имеет величину порядка 10~4 в/см, которая совершенно безвредна [166]. Физические параметры электромагнитного, магнитного и электрического полей в космосе детально рассматриваются в I томе (часть 1, глава 2), и для дальнейших справок читателю следует обращаться к этому разделу. Чтобы получить представления о механизмах биологического действия радиочастотного излучения, необходимо рассмотреть ряд фундаментальных аспектов электромагнитных полей. Ионизирующая часть электромагнитного спектра охватывает диапазон длин волн от ЗХЮ8 м до ЗХЮ~2 нанометра
10 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ v Частота, герцы 10° 4-1гц 101-- Ю2 -ЬбОщ Ю34-1Кгц Длина волны, метры 3 108- - 3-107-- ЗЮ6-.ЗМн 3-10Г)-- Энергия, джоули электрон-вольты 6,625 •10"34+4,13510 ю-»Ч л-15 -10 .-13 -ю-11 Ni 106- -Шгц ю7-- 10 I8-. 3-10--Зкм 3 102-- 3-101-- 310 ,°-- Зм 10^я- 10"28- 10"27Ч 10"26- -10' -10н -10 lo--6- 109-|-1Гщ 1010+ 10'i- 310"1- - 310"2+Зсм -310~JU--3mi£ ю-25Ч ю-23Ч 10"' •10" Юч -1Тщ ю17- - ю"-. ю20-. 310"4+ зю"й 310"64-Змкм 310" 310"1 310" п-7 МО"10- -; 310"1-- -Знм ЗА0 ю-22Ч ю-21Н ю-2^ 10"17Ч io-i64 ю-14Ч -10"' -10 ,-2 ю"1 10°,1эв -101 -102 -103,1кэв -104 -105 Рис, 1, Неионизирующее электромагнитное излучение [221] а — промышленная частота (60 гц) *; б — телефонная сеть; в — амшштудно-модулированная частота (535—10 605 кгц); г — диатермия (27,12 Мгц); д — частотно-модулированная частота (88—108 Мгц); е — телевизионная сеть; ж — радар; з — мазеры; и — инфракрасное излучение; к — лазеры; л — видимый свет; м — ультрафиолетовое излучение; н — диапазон микроволнового излучения; о — диапазон радиочастотного излучения (Составлено по материалам ВВС США — А М161-8, 1969) (нм), которые могут распространяться в вакууме или в других средах (вода, воздух, ткани). Электромагнитная энергия излучается при изменении состояния (движения) * Промышленная частота в СССР 50 гц ред.). (прим. электрона, причем это изменение сопровождается излучением или поглощением электромагнитной энергии. Энергия электромагнитных волн изменяется в пространстве и времени, а длина волны обратно пропорциональна частоте изменения энергии. Физически отличительные свойства волн, в сущности, определяются соотношением двух параметров: векторов электрического (Е) и магнитного (Я) полей. Эти векторы перпендикулярны друг другу, изменяются по синусоидальному закону, и результирующей этих двух видов является распространяющаяся электромагнитная волна. Измеряемыми параметрами, характеризующими волны, являются частота синусоиды, расстояние от пика до пика амплитуд между компонентами синусоидальной волны (длина волны) и запас энергии. Земля находится в геомагнитном поле, простирающемся от северного до южного полюсов планеты. Другими характеристиками магнитного поля являются его направленность, гомогенность и напряженность.
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 11 Энергия электромагнитного спектра (рис. 1) распространяется в виде волн, которые действуют, как маленькие порции энергии со свойствами, обычно приписываемыми частицам [221]. Они называются фотонами или квантами. Энергия, заключенная в этих фотонах (Е), прямо пропорциональна частоте колебания электромагнитного излучения, связанного с ними по формуле E=hv, где h — постоянная Планка. Энергия фотона измеряется в электронвольтах (эв); частота электромагнитной волны обратно пропорциональна ее длине. Радиочастотная часть (РЧ) электромагнитного спектра охватывает диапазон от величины 0,03 Мгц (инфранизкие частоты — ИНЧ) до 300000 Мгц (сверхвысокие частоты — СВЧ). В практике частоты в диапазоне от 100 Мгц до 300000 Мгц (300 Ггц) обозначаются как микроволны. Таблица L Радиочастотные диапазоны Частоты, Мгц Обозначение Определение <0,03 0,03—0,3 0,3-3 3—30 30—300 300—3000 3000—30 000 30000—300000 ИНЧ нч сч вч ивч УВЧ СВЧ чвч Инфранизкая частота Низкая частота Средняя частота Высокая частота Инфравысокая частота Ультравысокая частота Сверхвысокая частота Чрезвычайно высокая частота Различные радиочастотные диапазоны показаны в табл. 1. Различают два способа передачи радиочастотной энергии — непрерывный и импульсный. БИОФИЗИКА С уменьшением частоты колебаний электромагнитная энергия испускаемых фотонов становится недостаточной, чтобы в нормальных условиях выбить орбитальные электроны с образованием ионных пар. Минимальные величины энергии фотона, способные вызвать ионизацию воды и атомарного кислорода, водорода, азота и углерода, находятся в диапазоне от 12 до 15 эв. Поскольку эти атомы являются основными элементами живой ткани, 12 эв могут рассматриваться как нижний предел для ионизации в биологических системах. Так как величина энергии одного радиочастотного кванта составляет 0,024—4,0 Х10~в эв, уровень электронного возбуждения, необходимого для ионизации, не зависит от того, какое количество квантов поглощено. Неионизирующие излучения, поглощенные молекулой, либо нарушают уровни электронной энергии ее атомов, либо изменяют вращательные, вибрационные и переходные энергии молекулы. В биологических системах абсорбированная радиочастотная энергия трансформируется в возрастающую кинетическую энергию поглощающих молекул, вызывая таким путем общий нагрев ткани. Такой нагрев является следствием и ионной проводимости и колебания дипольных молекул воды и белков [204]. Поглощение радиочастотной энергии зависит от электрических свойств поглощающей среды, в особенности от ее диэлектрической проницаемости и электропроводности. Эти свойства изменяются с изменением частоты приложенного электрического поля. Величины диэлектрической проницаемости и электропроводности, а также глубины проникания определены для многих тканей [287]. В тканях с большим содержанием воды, таких, как мышечная ткань, ткань мозга, внутренних органов и кожи, поглощение радиочастотной энергии высокое, а глубина проникновения низкая, в то время как в тканях с малым содержанием воды, таких, как жировая и костная, поглощение невелико. Отражение электромагнитных волн на границах Сред, разделяющих ткани с высоким и низким содержанием воды, может привести к возникновению стоячих волн, сопровождающихся «горячими точками»; последние могут достичь максимума независимо от диэлектрической проницаемости или проводимости [204]* Если учитывать биологическое действие радиочастотной энергии, то длина волны или частота излучения и их соотношение с физическими размерами объектов, подвергающихся радиации, становятся важными факторами. Поглощение энергии, излучаемой источником в пространство, кроме того, зависит от относительного размера поперечного сечения облучаемых объектов. Таким образом, величина объектов относительно длины волны воздействующего поля очень важна [111]. Полное описание радиочастотных энергетических взаимодействий с тканями в этой главе не представляется возможным. Однако имеется ряд блестящих обзоров, которые и рекомендуются читателю. [60, 111,. 187, 204, 222, 239, 275,^280, 283, 287—290, 311].
12 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ Систематическое исследование биологического действия радиочастотного излучения началось тотчас после окончания второй мировой войны [81]. Результаты этих исследований изложены в отчетах «Программы трех служб» [243], обзорах [151, 207, 241, 253, 275], книгах [19, 52, 60, 86, 239] и трудах симпозиума [152, 171]. Глэйсер [182] недавно подготовил исчерпывающую библиографию по биологическому действию радиочастотных излучений. Обширные исследования биологического действия микроволнового облучения за последние 25 лет ясно показывают, что для частот между 1200 Мгц и 24500 Мгц воздействие плотности потока мощности в 100 мвт/ /см2 в течение одного часа или более вызывает развитие патофизиологических проявлений тепловой природы. Эти нарушения характеризуются повышением температуры, которая представляет собой функцию терморегуляции и активной адаптации животного. Конечным результатом воздействия являются либо обратимые, либо необратимые сдвиги, зависящие от условий облучения и физиологического состояния животного. Однако при плотностях потока мощности менее 100 мвт/см2 развитие патологических изменений не выявлено или они сомнительны. Тем не менее вопрос об относительной роли теплового и нетеплового воздействия радиочастотного облучения вызывает много споров. Результаты некоторых исследований in vitro могут оцениваться как указание на наличие нетеплового влияния радиочастотного облучения. Несмотря на то, что одни исследователи все еще высказывают сомнения по поводу так называемых «нетепловых» эффектов [241, 242, 253, 275, 279, 296, 297], другие поддерживают версию о «нетепловых» воздействиях на ткани магнитных и электрических полей [52, 60, 68, 99, 239]. Явление образования жемчужной цепочки расценивается как доказательство «нетепловых» эффектов радиочастотного облучения. Этот феномен наблюдается, когда взвешенные частицы угля, крахмала, молока, эритроцитов или лейкоцитов помещаются в поле непрерывного или импульсного режима радиочастотного облучения в диапазоне частот от 1 до 100 Мгц. Частички образуют упорядоченные цепочки, параллельные электрическим силовым линиям. Для каждого вида частиц имеется свой диапазон частот, в котором явление развивается при минимальных величинах напряженности поля [204]. Очевидно, некоторые образования жемчужных цепочек обусловлены притяжением между частичками, в которых дипольные заряды наводятся радиочастотными полями [279]. В этой связи интересны наблюдения за бактериями, пла- нариями и улитками, реагирующими на относительно слабые электрические и магнитные поля [143]. Вообще-то маловероятно, что существует какая-либо гистологическая структура в организме, которая могла бы быть расположена близко к поверхности тела и достаточно свободно ориентируема [296]. Эффект имеет место в биологической ткани при уровне энергии поля, когда наступает тепловое разрушение структур; следовательно, образование жемчужных цепочек не имеет никакого биологического значения, если речь ведется о человеке [279,297]. Литература по биологическому действию радио- и низкочастотного (ниже или до 30 Мгц) электромагнитного излучения изучена рядом авторов [52, 68, 99, 128, 239, 244]. Болинджер [141] сообщил об обширном биомедицинском исследовании «низкочастотного» радиодиапазона излучения. Кратковременные (в течение 1 часа) воздействия на обезьян в 10,5; 19,3 и 26,6 Мгц в условиях эксперимента (100—200 мвт/см2) не производили заметного биологического эффекта. Акустическая реакция, соответствующая частоте модуляции, была описана у людей, подвергавшихся облучению передатчиками радиолокационных станций относительно низкого уровня мощности [177]. По-видимому, это явление вызвано не прямой стимуляцией нервных волокон или клеток коры, а скорее раздражением улиткового аппарата за счет поля электромеханических сил воздушной пли костной проводимости [189, 298]. ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ Увеличение температуры тела при воздействии микроволнового электромагнитного поля зависит от следующих факторов: а) анатомической локализации облучаемого участка тела и коэффициента теплоотражения, б) напряженности поля, в) длительности воздействия, г) частоты или длины волны, д) тол-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 13 щины кожи и подкожной клетчатки. Эти переменные определяют процент лучистой энергии, которая поглощается различными тканями тела [289, 290]. При частичном облучении тела в обычных условиях организм действует как охлаждающий резервуар, который стабилизирует температурный режим облучаемого участка. Эта стабилизация является результатом равновесия, установившегося между поглощенной энергией и количеством тепла, отводимого из облучаемой части тела. Этот теплоперенос осуществляется за счет повышения кровотока к охлаждающим частям тела, температура которых поддерживается на нормальном уровне благодаря терморегулирующим механизмам, таким, как теплоотдача испарением потовой жидкости, радиация и конвекция. Если количество поглощенной энергии превышает оптимальное количество тепловой энергии, с которой могут справиться механизмы терморегуляции, то избыток энергии будет способствовать постепенному повышению температуры тела во времени. В результате может развиться озноб, а в ряде случаев — локальные очаги тканевого распада [289,290]. Пороги восприятия Ощущение воздействия микроволнового облучения обеспечивается рядом механизмов, включая кожное восприятие теплоты или боли. Физиологические механизмы ощущения тепла и боли в отношении восприятия воздействия микроволнового облучения рассмотрены в обзоре Майкелсона [244]. Субъективное ощущение тепла могло бы служить индикатором микроволнового облучения, и ряд иссле- Таблица 2. Интенсивность раздражителя,вызывающая пороговое болевое ощущение [156, 195] 1 ее х «g 3000 Мгц плотность потока мощности, мвт/см2 10 000 Мгц плотность потока мощности, МВТ/СМ2 увеличение температуры кожи, °С За инфракрасным диапазоном плотность потока мощности, мвт/см2 увеличение температуры кожи, °С 1 2 4 20 60 120 58,6 46,0 33,5 3100,0 1800,0 1000,0 21 16 12 ,0 ,7 ,6 0 0 0 ,025 ,040 ,060 4 4 4 ,2-8,4 ,2 ,2 0 0 ,035 ,025 — дователей определил пороги для микроволн, вызывающих ощущение теплового эффекта и боли у человека [156, 157, 195, 286, 309]. Результаты этих исследований приведены в табл. 2. Эти данные свидетельствуют о том, что кожное восприятие могло бы быть использовано в качестве аварийного сигнализатора, предупреждающего воздействие микроволн до уровня, который способен нанести радиационную травму. КАТАРАКТЫ Доказано, что микроволны вызывают появление катаракты хрусталика у ряда экспериментальных животных; имеются также сообщения о том, что микроволновые энергии вызывают катаракты у человека. Однако использованные в работах методы и интерпретация результатов и выводов зачастую носят сомнительный характер. Тщательный обзор этих материалов свидетельствует о том, что по этому вопросу собрано недостаточное количество данных и не установлена корреляция патофизиологических изменений с уровнем микроволнового облучения. Литература по этому вопросу приводится рядом исследователей [106, 145, 207, 234, 241, 242, 244, 249. 253,254,275]. Карпентер и сотр. [150] сообщили, что однократное или повторное воздействие микроволнового облучения импульсного или непрерывного режима с частотой в 2450 Мгц на глаза кролика может вызвать помутнение хрусталика, если его температура повышается на 4° С. Чем больше плотность потока мощности, тем выше температура и меньше время, необходимое для развития катаракты хрусталика. Скрытое время таких изменений в прозрачности хрусталика составило в среднем 3,5 дня. Бэйли [112] определил, что помутнение хрусталика есть следствие теплового нагрева его тканей. Карпентер [150] также признает кумулятивный эффект подпорого- вых воздействий микроволнового облучения на глаза кролика. Указанный эффект является практически накоплением повреждений, возникающих в результате повторных воздействий, каждое из которых само по себе способно вызывать повреждающий эффект определенной степени (кумулятивного повышения температуры не наблюдается, если интервал между повторными воздействиями превышает время, необходимое для охлаждения облученных тканей до нормальной температуры). Концепция кумулятивного эффекта в отношении механизмов помутнения хрусталика при
14 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ воздействии микроволн рассматривается Май- келсоном [241]. Зарет и сотр. [314] провели офтальмологические исследования ряда лиц, подвергавшихся микроволновому облучению, и не нашли при этом специфических нарушений в хрусталике. Они выявили статистически значимые дефекты в области заднего полюса хрусталика, однако острота зрения оказалась ненарушенной. Другие исследователи показали, что хрусталиковые «отметины», которые, возможно, имеют врожденный характер, могут достичь определенных размеров и далее остановиться на этом уровне даже в том случае, когда не изменены условия профессиональной деятельности [106]. Следует отметить, что выводы Зарета и сотр. [314] не разделяются большинством офтальмологов. Вообще же имеющиеся сведения не позволяют определить взаимосвязь между уровнем мощности облучения и патологическими изменениями. Анализ данных по катарактам хрусталика, вызванным микроволновым воздействием [107, 197, 220, 255], позволяет прийти к заключению, что, как правило, развитие или. обнаружение катаракты только случайно совпадает во времени с воздействием на живой организм микроволн, а фактически вызывается другими причинами, такими, как воспаление сосудистой оболочки, врожденное помутнение и т. д. [106]. Следует признать, что испытуемые в этих наблюдениях могли также подвергнуться и воздействию ионизирующей радиации в той же мере, что и микроволновому облучению. Кроме того, важно иметь в виду, что в реальных условиях эксплуатации радиолокационных-станций или микроволновой связи технический персонал редко подвергается микроволновому облучению высокой интенсивности в течение времени, которое могло бы привести к опасным сдвигам. Ими, вероятнее всего, был бы замечен тепловой эффект, связанный с поглощением энергии, и этот эффект послужил бы сигналом опасности. Становится очевидным, что повреждение хрусталика в результате микроволнового облучения встречается в редких случаях (если оно бывает) и только при необычных обстоятельствах. В нормальных условиях работы персонал подвергается облучению на несколько порядков ниже того уровня, который в экспериментальных условиях вызывает различные изменения в хрусталике. Облучение от вращающейся антенны радиолокационной станции практически не представляет угрозы для хрусталика даже при высоких плотностях потока мощности [106]. Отсутствуют данные, свидетельствующие об образовании катаракты в результате облучения всего тела животных [106, 241, 249]. На основе имеющихся сведений об условиях, при которых развивается «микроволновая» катаракта, для ее диагностики и лечения следует иметь в виду, что ни один из описанных в литературе случаев катаракты от облучения микроволновой энергией полностью не-удостоверен. В будущем потребуются тщательно продуманные исследования с педантичной регистрацией микроволнового облучения, для того чтобы определить, может ли вызвать образование катаракты профессиональное облучение волнами сверхвысокой частоты при плотностях потока мощности в диапазоне от 10 до 100 мвт/см2 [106]. ВЛИЯНИЕ НА ФУНКЦИЮ РАЗМНОЖЕНИЯ Яички. Действие микроволн на яички изучалось в ряде работ [16, 172, 203, 293]. Облучение области мошонки высокоэнергетичес- кими плотностями микроволн (250 мвт/см2) вызывает патологические изменения тканей яичек различных степеней тяжести, такие, как отек, набухание яичек, атрофия, фиброзное перерождение и коагуляционный некроз семявыводящих канальцев у крыс, кроликов или собак, подвергшихся воздействию микроволн на частотах 2450, 3000, 10000 или 24000Мгц. Эли и др. [172], используя частоту облучения в 2880 Мгц, попытались определить минимальную плотность энергии, которая могла бы вызвать минимальные сдвиги у наиболее чувствительных животных в группе собак. Авторы обнаружили, что величина потока мощности в 5 мвт/см2 является «пороговой» для повреждения яичек при облучении в течение длительного периода времени. Напряженность поля, необходимая для поддержания пороговой температуры, была определена у наиболее чувствительных из 35 облученных собак. Результаты этого исследования показали, что пороговая температура в 37° С была минимальной температурой, вызывающей нарушение функций. Следует отметить, что эти данные, основанные на экспериментальных наблюдениях, полученных у одного животного, могут оказаться ложными. Авторами не было поставлено необходимое число чистых контрольных экспериментов. Кроме того, у необлученных животных может иметь место повреждение тканей, не выходящее за пределы нормы. Авторы подчеркивают, что
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 15 выявленные при воздействии столь низких уровней микроволновых энергий повреждения носят легкий, почти во всех случаях полностью обратимый характер и реакция яичек на нагревание от генератора радиостанции аналогична реакции на нагрев от других источников теплового воздействия. Тот же самый эффект обратимого характера может быть также вызван погружением в горячую воду или сконструированным аппаратом для локального нагрева яичек и потому не может рассматриваться как опасный эффект микроволнового воздействия. В связи с этим возникает вопрос, можно ли считать подобное явление достаточным основанием для оценки неблагоприятного действия микроволнового облучения [207]. Облучение всего тела собак при частоте в 24000 Мгц [41] или морских свинок при частоте 3000 Мгц [175] не отражалось на функции размножения. Воздействие микроволн с частотой 3000 Мгц и плотностью потока в 8 мвт/см2 не оказывало никакого влияния на сексуальное поведение мышей или крыс [258]. Что касается сведений о бесплодии человека в результате микроволнового облучения, которые встречаются в литературе, то они вызывают сомнение. Баррон и соавт. [124, 125] не обнаружили изменения плодовитости у людей, состоявших под их наблюдением. В литературе описан единственный случай изменения плодовитости у мужчины в результате чрезмерно интенсивных воздействий микроволн [274]. Однако этот человек не был обследован в периоде, предшествующем облучению, так что вывод об этиологической роли микроволнового облучения в генезе сдвигов половой функции может быть принят с большой натяжкой. Авторы указывают, что пострадавший работал ремонтником на радиолокационной станции прогнозов погоды, где многократно подвергался облучению при отладке антенны радиолокационной станции, когда генератор был включен; пациент специальным защитным снаряжением не пользовался. Однажды, проводя работу в условиях микроволнового облучения, пострадавший отметил ощущение тепла. Ретроспективный анализ показал, что он подвергался неоднократному воздействию облучения с плотностью потока мощности, превышающей более чем в 3000 раз предельно допустимые безопасные уровни, установленные в ВВС США. Яички являются органами, чувствительными к повышению температуры в связи с их специфической локализацией относительно поверхности тела и слабой способностью рассеивать тепло с помощью сосудистой системы. Любое снаряжение, которое затрудняет тепловой баланс мошонки и препятствует сохранению внутримошоночной температуры по крайней мере на 1° С ниже температуры тела, вызывает достоверное снижение продуцируемой спермы. Реакция яичек на тепловое воздействие, связанное с радиочастотным облучением, по-видимому, аналогична реакции яичек на высокую температуру тела, наблюдающейся при многих заболеваниях. Яичники. В исследовании С. Ф. Городецкой [17] указывается, что пятиминутное облучение на частоте 10000 Мгц с плотностью потока мощности в 400 мвт/см2 мышей в возрасте 2—3 месяцев приводило к уменьшению числа циклов течки с увеличением индивидуальных фаз между циклами. Спустя месяц после воздействия ритмическая структура течки восстанавливалась. Спаривание здоровых самок и самцов, подвергшихся облучению микроволновым генератором, приводило к уменьшению рождаемости животных, уменьшению среднего веса новорожденных мышат и повышению числа мертворожденных. При спаривании здоровых самцов с облученными микроволновым источником самками наблюдалось более значительное ослабление потомства, чем при аналогичном спаривании здоровых самок с облученными самцами. Появление уродств у новорожденных наблюдалось только при облучении микроволновой энергией особей женского пола. Гистологические исследования обнаружили дегенеративные процессы у зародышей и новорожденных животных. В яичниках наблюдалась дегенерация эпителиальных клеток фолликулов с пикнотизацией ядер. Сопоставление па- тогистологических сдвигов, наблюдаемых в яичках и яичниках, свидетельствует о том, что гонады самок более чувствительны к воздействию микроволновых облучений. Подобные, хотя и менее выраженные сдвиги наблюдаются в результате конвективного перегрева половых органов животных. В других работах, посвященных исследованию функции размножения у морских свинок при облучении микроволнами частотой 3 Ггц [175] и собак, подвергшихся облучению микроволнами частотой 24 Ггц, каких-либо неблагоприятных последствий выявлено не было [163]. Воздействие на крыс и мышей микроволнового облучения с частотой в 3 Ггц (что приблизительно равно плотности потока мощности в 10 мвт/см2) не сопровождалось
16 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ какими-либо отклонениями в сексуальном поведении [258]. Г. Ф. Тимешкова [82] проводила исследование влияния микроволнового облучения на функции яичек, оплодотворение, течение беременности и на потомство у половозрелых кроликов, подвергавшихся тотальному облучению сантиметрового диапазона при плотности потока мощности в 100 мвт/см2 в течение 15-минутного воздействия. У подопытных животных ректальная температура повышалась в результате воздействия микроволн на 3—4° С. В этих экспериментах было показано, что гранулезные клетки в зрелых и созревающих фолликулах крольчих претерпевают дегенеративные процессы и распадаются. Облученные самки обнаруживали заторможенное поведение в процессе совокупления и оплодотворялись только спустя шесть или даже десять дней совместного пребывания в одной клетке с самцами. Следует подчеркнуть, однако, что плотность потока мощности в 100 мвт/см2 является чрезмерно, высокой и не встречающейся в практической деятельности и отмеченные явления, несомненно, связаны с чрезмерным перегревом половых желез. Две самки коротконогих гончих собак были подвергнуты микроволновому облучению с частотой в 24000 Мгц с плотностью потока мощности в 20 мвт/см2. На протяжении 20 месяцев одна собака подверглась в общей сложности облучению в течение 2631 часа (по 6,7 часа в день, 5 дней в неделю). Другая собака подверглась воздействию микроволнового облучения в общей сложности в течение 3670 час. (по 16,5 часа в день, 4 дня в неделю). Функции размножения у облученных животных сохранились нормальными. Одна собака ощенилась 5 щенками (один мертворожденный) после 1500 час. облучения; другая собака ощенилась дважды 5 щенками (2 мертворожденных) после 200 час. облучения и 4 щенками (один мертворожденный) после 1850 час. облучения [163]. Хотя имеется ряд экспериментальных наблюдений, свидетельствующих о том, что воздействие микроволн с высокими плотностями мощности может вызвать изменения в яичках и яичниках, становится ясным, что эти реакции являются результатом перегрева, который развивается в организме облучаемого животного. Экспериментальными данными подтверждается вывод о том, что влияние микроволновой радиации на гонады обусловлено преимущественно тепловым фактором. В литературе представлено незначительное количество данных по реакции организма женщин на воздействие микроволнового облучения. Рубин и Эрдман [276] отметили, что использование микроволновой диатермии в терапевтических целях не отражалось ни на способности к зачатию, ни на беременности самих женщин. Осипов [57] обнаружил нарушение менструального цикла в результате воздействия электромагнитного поля на организм женщины, хотя результаты других наблюдений за женщинами, работающими от 3 до И лет в условиях воздействия микроволновых полей, не подтверждают этого [58]. Эффекты микроволнового облучения, по данным Марха и соавт. [238, 239], включают: снижение функции сперматогенеза, нарушение коэффициента рождаемости мальчиков и девочек, изменения менструального цикла, замедление эмбрионального развития, врожденные уродства у новорожденных детей и уменьшение лактации у кормящих матерей. Авторы указывают также на повышенный уровень выкидышей у женщин, работающих в электромагнитных полях микроволнового диапазона. На основе приведенных данных девочки-подростки и беременные женщины не допускаются к работе, связанной с воздействием полей высокой частоты, очень высокой частоты или ультравысокой частоты [239]. По мнению этих авторов, такие явления могут наступить при воздействии микроволн с плотностью потока мощности, вызывающей тепловой эффект (более 10 мвт/см2). Необходимо отметить, что в одних странах на работе в промышленных предприятиях занято гораздо большее число женщин, чем в других, и многие из этих женщин работают по «скользящим графикам», совмещая в своей работе выполнение обязанностей, возложенных на них семьей. В указанных выше работах недооценивается роль этих взаимодействующих факторов. Говоря о нарушении половой функции женщин, занятых на производстве с воздействием микроволновых полей, необходимо более детально описывать условия работы, в особенности рабочие циклы по скользящим графикам работы в разные смены, и проследить, как такие условия работы влияют на структуру менструального цикла женщин и процессы лактации кормящих матерей, которые составляют часть профессионально занятых контрольных групп населения. На основе указанных данных ставится на повестку дня вопрос о том, какое влияние оказывает размеренная работа или иррегулярные сдвиги на процессы лактации и менструации вообще. Кроме того, необходимо знать, какова частота и какова степень преоблада-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 17 ния самопроизвольных выкидышей в общей группе работающих женщин по сравнению с группой женщин, подвергающихся микроволновому облучению в процессе обычной повседневной работы, за исключением несчастных случаев. ВЛИЯНИЕ НА СОСТОЯНИЕ И ФУНКЦИЮ НЕКОТОРЫХ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ У крыс, подвергавшихся тотальному облучению микроволновым генератором с частотой в 2450 Мгц и уровнем плотности потока мощности в 100 ± 15% мвт/см2 в течение различных промежутков времени от 8 до 15 мин. при 1—28-кратном повторении, проводилось патогистологическое исследование внутренних органов: яичек, хрусталика глаза, печени, селезенки, легких, почек, сердца, щитовидной железы и мозга. Достоверным отклонением в тканях облученных животных была атрофия канальцев яичек. Других достоверных патологических сдвигов внутренних органов у облученных микроволновой радиацией крыс выявлено не было [208]. Использованная в эксперименте плотность потока мощности была чрезвычайно высокой, в особенности для крыс. В работе Маклиса и соавт. [235], в которой крысы с частичной резекцией печени подвергались микроволновому облучению с частотой 13,12 Мгц с плотностью потока мощности, приблизительно равной 1 мвт/г веса, исследование срезов печени, полученных непосредственно после 28—44 час. воздействия, не выявило каких-либо патологических отклонений. Не было выявлено набухания печеночных клеток или скопления эритроцитов. У собак, облученных микроволнами на частоте 300—3000 Мгц с плотностью потока мощности в 1 мвт/см2 в течение 30 мин., было выявлено замедление эвакуаторной функции желудка [20, 80]. Повторные воздействия микроволнового облучения приводили к уменьшению и смягчению этого эффекта. Повышение эвакуаторной функции желудка наблюдалось после частичной денервации его. Аналогичные результаты были получены у морских свинок при облучении на частоте в 3000 Мгц с плотностью потока мощности в диапазоне от 0,5 до 1 мвт/см2 [80]. При исследовании секреторной функции желудка у собак, которые подвергались облучению микроволнами в диапазоне частот 300—3000 Мгц с плотностью потока мощности в 1 мвт/см2, наблюдалось вынужденное угнетение секреции желудочного сока при приеме пищи, в 2 Заказ N 1039 особенности в первую (нервнорефлекторную) фазу, и его кислотность значительно понижалась [80]. По мнению Субботы [80], при микроволновом облучении низкой, «нетепловой» напряженности, доминирующей патофизиологической картиной является угнетение эвакуа- торно-двигательной функции желудочно-кишечного тракта. Поскольку аналогичная картина наблюдается при частичной денервации желудка, необходимо предположить, что микроволны при «нетепловых» уровнях потока мощности оказывают двоякий эффект на функцию желудочно-кишечного тракта: опосредованное действие благодаря изменениям функционального состояния ЦНС и прямое действие на орган или его иннервационные локальные структуры. Не исключено также, что аналогичные сдвиги могут быть вызваны возможными гуморально-химическими изменениями. Питенин и Суббота [63] отметили, что локальное облучение передней подвздошной области у кроликов (что соответствует эпи- гастральной области у человека) вызывает избирательное повреждение слизистой желудка. После 10-минутного облучения источником микроволн на частоте в 2450 Мгц с плотностью потока мощности в диапазоне 110—120 мвт/см2 у половины облученных животных наблюдалось образование язв на передней стенке желудка, т. е. на стенке, наиболее близко расположенной к источнику облучения. Все другие ткани, через которые проникала микроволновая энергия до попадания на слизистую желудка, оставались практически неизмененными. Температура содержимого желудка не повышалась более 40— 42° С. При более высоких уровнях плотности потока энергии микроволнового облучения (150 мвт/см2 и более) язвы наблюдались практически у всех животных. Становится ясным, что степень повышения температуры во внутренних органах при облучении источником микроволн на частоте 2450 Мгц является функцией геометрических размеров животного, а также длительности и мощности излучения. Имич и Сеэрл [202] и Сеэрл и соавт. [291] показали, что степень повышения температуры в тканях внутренних органов в момент облучения была обратно пропорциональна геометрическим размерам животного и обнаруживала наибольшие значения у кроликов, затем у маленьких собак, а наименьшие значения повышения температуры отмечались у собак больших размеров.
18 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ВЛИЯНИЕ НА КРОВЕТВОРНУЮ ТКАНЬ И КРОВЬ В связи со значительной легкостью количественной оценки изучение сдвигов в системе крови в условиях биологического действия микроволновых и радиочастотных энергий проводилось в многочисленных исследованиях. Большинство полученных данных базируется на опытах с использованием грызунов, кроликов и собак в условиях дозируемого действия или на исследованиях человека, при которых, однако, измерения напряженности электромагнитного поля и длительности его воздействия связаны со значительными трудностями. Хотя ряд авторов утверждает, что картина крови существенно не меняется в результате воздействия микроволновых или радиочастотных энергий [69, 124, 159, 224], в литературе имеются сведения о наличии лейкоцитоза, лимфоцитопении, эозинопении, а также изменении продолжительности жизни красных кровяных клеток, функции костного мозга и связанного с этим понижения уровня гемоглобина [8, 75, 198, 199, 200, 252, 277]. Проводилось также исследование влияния микроволновой радиации на кроветворные органы. В некоторых из них не обнаружено каких-либо сдвигов [92]. Однако Кицовская [34] отметила незначительное понижение числа полиморфонукле- арных нейтрофилов. Время появления и степень изменения ге- мопоэза могут зависеть от длины волны, напряженности поля и длительности микроволнового облучения [34, 248, 252]. Высказывается мнение, что лейкоцитарная реакция связана с возбуждением гипоталамо-гипофи- зарно-адреналовой системы вследствие теплового стресса [247]. Достоверное уменьшение числа лейкоцитов и эритроцитов было выявлено у крыс после 7-часового непрерывного облучения их микроволновым генератором на частоте 24000 Мгц при плотности потока мощности в 20 мвт/см2 и 3-часового непрерывного воздействия микроволнового источника с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2 с восстановительным периодом в* 2 суток [164]. У мышей, облученных микроволновыми генераторами на частоте 10 000 Мгц с плотностью потока мощности в 450 мвт/см2 в течение 5 мин., наблюдалось уменьшение числа эритроцитов как непосредственно после воздействия, так и на 1-е и 5-е сутки. Восстановление гематологических показателей отмечалось спустя 10 суток с момента облучения. Воздействие конвективной тепловой нагрузки вызывало менее выраженные сдвиги в гематологических показателях с более быстрым их восстановлением по сравнению с животными, подвергшимися микроволновому облучению [18]. У мышей, которые были помещены в замкнутый вращающийся полисте- роловый ящик и облучавшихся ежедневно на протяжении 16—19 месяцев микроволновым генератором на частоте 10 000 Мгц с плотностью потока мощности в 100 мвт/см2 в течение 4,5 мин. в сутки, отмечалась реакция — лейкоцитоз. После каждого сеанса облучения ректальная температура тела у мышей повышалась в среднем на 3,3° С [267]. Хайд и Фридман [201] проводили исследования биологического действия микроволновой радиации у мышей при частоте в 3000 Мгц, с плотностью потока мощности в 20 мвт/см2 и частоте в 10 000 Мгц при плотности потока мощности в 17, 40 или 60 мвт/см2 с продолжительностью до 15 мин. При этом каких-либо достоверных сдвигов со стороны общего числа лейкоцитов или формулы белой крови, а также концентрации гемоглобина тотчас после воздействия на 3-й, 7-е или 20-е сутки после облучения выявлено не было. Не было выявлено никаких сдвигов в функции гемопоэза в костном мозгу бедренной кости; наблюдалось лишь незначительно выраженное, непостоянное увеличение эозино- филового ряда у животных, подвергшихся облучению, причем отмеченные сдвиги не сопровождались изменениями гематологических показателей в периферической крови. И. А. Кицовская [34] подвергала крыс облучению микроволнами на частоте в 3000 Мгц по следующей методике: 10 мвт/см2 в течение 60 мин. на протяжении 216 дней; 40 мвт/см2 в течение 15 мин. на протяжении 20 дней; 100 мвт/см2 в течение 5 мин. на протяжении 6 дней. При облучении микроволновым источником с плотностью потока мощности в 40 мвт/см2 и 100 мвт/см2 наблюдалось снижение эритроцитов, лейкоцитов и абсолютного числа лимфоцитов; одновременно наблюдалось повышение числа гранулоцитов и рети- кулоцитов. При облучении микроволнами с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2 уменьшалось общее число лейкоцитов и абсолютное число лимфоцитов, циркулирующих в крови, тогда как число гранулоцитов увели-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 19 чивалось. Исследование костного мозга выявило эритроидную гиперплазию при более высоких уровнях плотности потока мощности облучающих источников. После прекращения микроволнового воздействия исследуемые показатели крови обнаруживали патологическое отклонение еще спустя несколько месяцев после воздействия. Бараньски [114] подвергал морских свинок и кроликов микроволновому облучению на частоте в 3000 Мгц в импульсном или непрерывном режимах с плотностью потока мощности в 3,5 мвт/см2 в течение 3 месяцев по 3 часа ежедневно. Проводилось исследование показателей периферической крови, костного мозга, лимфатических узлов и селезенки. При этом было выявлено увеличение абсолютного числа лимфоцитов в периферической крови, патологические отклонения в строении ядер и митозы клеток эритробластического ряда в костном мозге и в лимфоцитарных клетках лимфатических узлов и селезенки. Бараньски высказывает мнение о том, что патофизиологическими механизмами отмеченного явления, по-видимому, являются экстратермальное, комплексное взаимодействие факторов. Бадд и др. [146] проводили исследование чувствительности гематологической системы крыс в эмбриональном периоде развития после облучения эмбрионов микроволновыми генераторами внутриматочно. Беременные крысы Спрай-Дойля подвергались тотальному облучению микроволнами на частоте 2450 Мгц с плотностью потока мощности в 100 мвт/см2 в непрерывном режиме работы генератора на 15-е сутки беременности. В этих условиях эксперимента ректальная температура тела беременных крыс при облучении поднималась на 4,2° С выше контрольных показателей. Гематологические сдвиги у беременных крыс регистрировались спустя 4 часа, 24 часа и 5 суток с момента облучения (незадолго до извлечения плодов из матки). У эмбриональных плодов 20-дневного возраста проводилось исследование гематологических сдвигов, изменения веса тела и селезенки. Судя по весу тела, общему числу лейкоцитов, эритроцитов, гематокрита и уровня гемоглобина достоверных различий между контрольными и опытными животными (беременными крысами, подвергавшимися микроволновому облучению) выявлено не было. Облученные микроволновым потоком эмбрионы крыс обнаруживали достоверное снижение веса се- лезенкп на уровне вероятности (р<0,05), общего числа лейкоцитов (р<0,01) и некоторое понижение уровня гемоглобина на уровне вероятности (р < 0,1) по сравнению с контрольными эмбрионами. Отчетливых различий по весу тела, потреблению меченого изотопа Fe59 в крови или его поглощению эмбрионом между контрольными и облученными микроволновым генератором эмбрионами выявлено не было. Отсутствие какого-либо действия микроволнового облучения на беременных крыс, подвергавшихся воздействию плотности потока мощности в 100 мвт/см2, или физиологических сдвигов в организме плода, выходящих за указанные пределы, заслуживает особого внимания. Спалдинг [300] подвергал мышей микроволновому облучению на частоте в 800 Мгц в течение 2 час. ежедневно на протяжении 120 дней пребывания в замкнутой системе (волновод) при уровне плотности потока мощности в 43 мвт/см2. Вес тела, общее число эритроцитов и лейкоцитов, показатели гематокрита, гемоглобина, роста, произвольной мышечной активности и продолжительности жизни сохранялись нормальными. Иванов [30] обнаружил отчетливые изменения соотношений в содержании клеточных элементов белого и красного ростков костного мозга у кроликов, постоянно подвергавшихся воздействию волн метрового диапазона при плотности потока мощности в 1 мвт/см2. У собак, подвергавшихся тотальному облучению микроволновой радиацией, наблюдалось выраженное уменьшение лимфоцитов и эозинофилов после 6-часового действия микроволн на частоте в 2800 Мгц с плотностью потока мощности в 100 мвт/см2 [249]. В первые 24 часа после облучения отмечалось легкое повышение числа нейтрофилов, тогда как уровни эозинофилов и лимфоцитов возвращались до нормальных показателей. После 2-часового воздействия микроволновым облучением с плотностью потока мощности в 165 мвт/см2 наблюдали преходящую лейкопению и уменьшение числа нейтрофилов. В условиях 3-часового воздействия аналогичной плотности потока мощности тотчас после воздействия наблюдалась лейкоцитарная реакция. Наиболее выраженный лейкоцитоз отмечался в течение первых 24 час. воздействия и характеризовался преобладанием нейтрофилов. При этом наблюдалось умеренное уменьшение числа лимфоцитов непосредственно после 2- или 3-часового воздействия с восстановлением до исходного уровня в первые 24 часа после воздействия.
20 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ После 2-часового воздействия наблюдалось легкое уменьшение числа эозинофилов, которое оставалось неизменным в течение 24 час. после воздействия. По окончании 3-часового воздействия эозинофильный сдвиг в цветной формуле белой крови был незначительным, и на протяжении 24 час. после воздействия отмечалось умеренное снижение числа эозинофилов. После микроволнового облучения от передатчика на частоте в 1285 Мгц с плотностью потока мощности в 100 мвт/см2 в течение 6 час. изменялось число лейкоцитов и нейтрофилов в сторону увеличения. На протяжении 24 час. после воздействия уровень содержания нейтрофилов оставался заметно повышенным по сравнению с тем же показателем до облучения. Уровни содержания лимфоцитов и эозинофилов умеренно понижались. Однако к концу суток после воздействия их число слегка превышало свои исходные значения. Шесть часов воздействия микроволн на частоте в 200 Мгц с плотностью потока мощности в 165 мвт/см2 приводило к выраженному увеличению числа нейтрофилов и умеренному снижению лимфоцитов. В дальнейшем число лейкоцитов повышалось; число лимфоцитов увеличивалось лишь на следующие сутки после воздействия. Отмечалось умеренное понижение числа эозинофилов [249]. Сравнительный анализ лейкоцитарной реакции на протяжении 60-суточного периода наблюдения после 6-часового воздействия микроволн с плотностью потока мощности в 100 мвт/см2 на частоте в 2800 Мгц или 1285 Мгц показал, что на частоте 1285 Мгц наблюдались более выраженные и продолжительные лейкоцитарные реакции. Восстановление числа лейкоцитов и нейтрофилов до исходного уровня отмечалось спустя одну-две недели после воздействия микроволн с частотой в 1285 Мгц и в течение одной недели после микроволнового облучения на частоте в 2800 Мгц. По сравнению с контрольными (до облучения) показателями число лимфоцитов повышалось на 25—40% в течение от одних до двух суток после облучения на частоте в 1285 Мгц. В этот же период наблюдалось умеренное снижение числа ретикулоцитов. Лимфоцитопеническая реакция, выявленная после облучения микроволнами на частоте в 2800 Мгц, сменялась восстановлением этого показателя до 95 % от контрольного значения на протяжении 24 час. после воздействия с постепенным понижением до 54% от начального значения на шестые сутки наблюдения. Ранний и длительный лейкоцитоз у собак, подвергавшихся микроволновому облучению с тепловым эффектом, может быть вызван стимуляцией кроветворной системы, мобилизацией лейкоцитов или рециркуляцией погибших клеток. Эозинопеническая реакция или преходящая лимфоцитопения с последующим подскоком или чрезмерным лимфоцитозом на фоне нейтрофилии может служить доказательством повышения функции адреналовых желез. Обезьяны «резус» подвергались микроволновому облучению на частоте в 10,5 Мгц с плотностью потока мощности в 200 мвт/см2 в течение 1 часа; на частоте в 19,27 Мгц с плотностью потока мощности в 170 мвт/см2 в течение 4 час, а также в течение 13 последующих суток ежедневным 4-часовым облучениям на уровне плотности потока мощности в 115 мвт/см2 и частоте в 26,6 Мгц; и, наконец, с плотностью потока мощности в 100 мвт/см2 в течение 1 часа. В анализ гематологических показателей были включены: уровень гематокрита, общее число лейкоцитов, формула элементов белой крови и их морфологическая оценка. Результаты исследования показали, что воздействие радиочастотного поля не оказывало никакого достоверного эффекта на зрелые элементы крови. Уровень гематокрита, общее число лейкоцитов и формула белой крови оставались в диапазоне нормальных значений. Сохранялось на нормальном уровне число тромбоцитов, и каких- либо отклонений со стороны механизмов свертывания крови обнаружено не было. Гистологическое исследование костного мозга и селезенки не выявило признаков патологических изменений [259]. Авторы пришли к выводу о том, что воздействие радиочастотной радиации не оказывает никакого влияния на гематологическую систему. Что касается гематологических сдвигов, вызываемых воздействием радиочастотного или микроволнового облучения у человека, то в литературе об этом представлено мало сведений. При обследовании военных и гражданских специалистов, обслуживающих радиолокационные станции, были выявлены различные гематологические сдвиги [49, 77, 124, 125, 159, 190, 223, 257]. В ряде исследований отмечены случаи ретикулоцитоза [77, 225]. Бэррон и др. [125] наблюдали отчетливое снижение числа полиморфонуклеарных клеток и унеличение эозинофилов и моноцитов
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 21 у группы лиц, подвергавшихся облучению микроволновым генератором в процессе профессиональной деятельности. Однако в более поздней работе эти авторы [124] указывают, что выявленные сдвиги были связаны с недостаточной подготовкой лаборанта, проводившего исследование крови. Бараньски и Черски [116] провели гематологическое исследование большой группы лиц, подвергавшихся микроволновому облучению в процессе профессиональной деятельности. Они пришли к выводу о том, что небольшое снижение числа эритроцитов наблюдается у всех людей, подвергающихся воздействию микроволн; явление связано с режимом продолжительности работы передатчика и длительностью самого воздействия. В течение одного года их работы отмечались различные сдвиги в формуле белой крови. Позднее наступает нормализация и этот симптом не наблюдается у группы лиц со стажем работы на генераторах сверхвысоких частот от одного года до пяти лет. У лиц, проработавших более пяти лет в условиях воздействия микроволнового облучения малой и средней мощности, наблюдается тенденция к лимфо- цитозу на фоне эозинофилии. Лица, подвергавшиеся значительному микроволновому облучению на протяжении свыше пяти лет работы, обнаруживают сдвиги в лейкоцитарной формуле трех разновидностей. Наиболее характерным является наличие абсолютного и относительного лимфоцитоза на фоне эозинофилии и моноцитоза, или только относительного лимфоцитоза. На втором месте стоит абсолютный лимфоцитоз с моноцитозом. Позднее наступает лейкоцитоз с нейтрофилией. Около 50% лиц, подвергавшихся СВЧ-облу- чению, обнаруживают умеренное снижение числа тромбоцитов. Некоторые даже ставят вопрос, не связаны ли указанные сдвиги непосредственно с воздействием рентгеновских лучей мягкого диапазона и других факторов внешней среды, или, по крайней мере, не играют ли указанные факторы провоцирующую роль [60]. ДЕЙСТВИЕ НА СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТУЮ СИСТЕМУ Ряд исследователей указывают, что воздействие микроволнового облучения на животных или человека может привести к возникновению прямых или косвенных нарушений функций сердечно-сосудистой системы [10, 25, 37, 39, 50, 53, 55, 56, 67, 69, 78, 93, 68, 89, 151, 159, 209, 212, 215, 216, 230, 233, 279, 301]. Некоторые авторы высказывают мысль о том, что воздействие микроволн с плотностями потока мощности, не вызывающими отчетливых тепловых эффектов, может послужить причиной функциональных расстройств. Эти расстройства наблюдаются как при остром, так и при хроническом воздействиях [10, 69]. В литературе описаны нарушения гемодинамики [22], выражающиеся в изменении скорости кровотока [272], как правило, в сторону повышения, которое прямо пропорционально мощности и длительности воздействия [271]. Снижение скорости кровотока наблюдалось только в денервированных конечностях. Указанные явления связаны с расширением сосудов. Однако в литературе имеются данные, полученные при обследовании персонала радиолокационных станций, которые указывают на отсутствие каких-либо сдвигов со стороны сердечно-сосудистой системы [277]. Приводятся также данные о патологических сдвигах в сосудистых реакциях, таких, как осцилляция сосудистого тонуса [173]. Повышение частоты сердцебиений наблюдалось после микроволнового облучения с уровнем плотности потока мощности в диапазоне от 50 до 130 мвт/см2 в различные периоды времени воздействия от 10 до 140 мин. [78, 158, 240]. Рядом исследователей указывается на факт замедления сердечного ритма при воздействии микроволн с низкими плотностями потока мощности — уровней, которые не приводят к развитию тепловых сдвигов [75, 92, 93, 214], хотя другие указывают на повышение частоты сердцебиений при воздействии микроволн с низкими уровнями плотности потока мощности в условиях тотального облучения кроликов со стороны спины [70,72]. Уменьшение кровяного давления в результате микроволнового облучения описано в ряде работ [10, 14, 54, 75, 214], в то время как другие (исследователи указывают на повышение артериального давления крови [158, 230, 265]. В некоторых работах говорится о том, что артериальное давление вначале слегка повышается, а затем начинает падать [1, 3, 277]. Этот эффект может оказаться весьма отчетливым и длиться несколько недель после воздействия. Окончательно запутывают картину указания, содержащиеся в ряде работ, на то, что в «аналогичных» условиях микроволнового облучения у человека наблюдается понижение артериального давления, а у кроликов— его повышение [2, 3]. Подобные не-
22 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ сколько противоречивые данные свидетельствуют о том, что зависимость между облучением и сдвигом со стороны сердечно-сосудистой системы носит очень сложный характер, и именно эти расхождения выявляют ряд недостатков, допущенных при проведении экспериментов. К ним относится несоблюдение чистоты эксперимента по таким показателям, как частотные характеристики, плотность потока мощности, длительность воздействия и т. д. Суббота [80] отметил, что у кроликов в условиях хронического облучения микроволнами на частоте в 2450 Мгц с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2 наблюдались незначительные колебания в артериальном давлении. Однако гемодинамические сдвиги были совершенно отчетливы при воздействии плотности потока мощности в 1 мвт/см2. Гемодина- мических сдвигов не наблюдалось при 4- или 5-кратной обработке. Когда кролики были подвергнуты воздействию микроволнового источника с плотностью потока мощности в 50 мвт/см2, то было обнаружено, что артериальное давление сначала падало, а затем восстанавливалось до своего исходного уровня спустя 1—-2 часа после воздействия. Характерно, что всплески регистрировались только после первых воздействий микроволнового облучения, а позднее, по мере повторения (однократное воздействие каждые 1—3 дня), сдвиги артериального давления уменьшались до полного исчезновения на 9-м или 10-м воздействии. Ректальная температура тела повышалась, на 1—1,7° С после первого облучения, но после 9—10-го сеанса облучения она повышалась всего лишь на 0,7—0,9° С. Пресман и Левитина [70, 72] описали дифференцированное действие микроволн на частоту сердцебиений кроликов. Они облучали кроликов на частоте в 2450 Мгц (в непрерывном режиме) с плотностью потока мощности в 7—12 мвт/см2 в течение 20 мин. Облучение со стороны брюшной полости приводило к брадикардии (замедлению частоты сердцебиений). Облучение со стороны спины — головы приводило к учащению ритма сердцебиений. В более поздней работе те же самые исследователи использовали облучение микроволнами в импульсном режиме на частоте в 3000 Мгц с плотностью потока мощности в 3—5 мвт/см2. В этих условиях облучение со стороны брюшной полости у животных вызывало изменение частоты пульса в сторону его увеличения. Повышение частоты сердцебиения более отчетливо наблюдалось при облучении передатчиком, работающим в импульсном режиме, по сравнению с аналогичным передатчиком, работающим в непрерывном режиме излучения. Авторы полагают, что возможной причиной этого является более глубокое проникновение в ткани модулированных импульсных волн. Кроме того, Пресман истолковывает полученные данные как указание на влияние парасимпатической нервной системы (вагус- ного эффекта) в условиях облучения животного со стороны брюшной полости и наличие симпатического эффекта при облучении животного со стороны спины. Левитина [39] высказала предположение, что периферическая нервная система играет роль посредника между микроволновым облучением и возможным изменением частоты сердцебиения. Облучение со стороны брюшной полости кроликов с высокой плотностью потока мощности импульсных микроволн приводило к уменьшению частоты пульса. Если кожа обезболивалась, сердечный ритм не изменялся. Авторы пришли к выводу о том, что понижение сердечного ритма в результате облучения микроволнами со стороны брюшной полости живота связано с возбуждением рецепторов кожи. МакЭйфи [229] акцентировал внимание на том, как ложно могут быть истолкованы результаты неизвестного биологического действия микроволнового облучения, когда отсутствует эффект перегрева. У кошек при стимуляции периферических нервов фактором повышенной температуры в 45° С наблюдается повышение функции мозгового слоя надпочечников и увеличение артериального давления как результат секреции адреналина [227]. Хорошо известно, что обезболивающие наркотические вещества из ряда галогенизирован- ных углеводородов в комбинации с инъекцией адреналина нередко вызывают повышение желудочковой аритмии сердечной деятельности [209]. Если животное подвергнуто микроволновому облучению и при этом произвольно или случайно вызван возбуждающий эффект, то начнет развертываться цепочка реакций, аналогичных тем, которые вызываются простой инъекцией адреналина. У собак частота сердцебиения повышается при воздействии некоторых обезболивающих препаратов, а у ненаркотизированных животных частота сердцебиения изменяется под влиянием ана- лептического эффекта, если последний вызывается случайным образом [227]. МакЭйфи [229] ставит под сомнение чистоту экспери-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 23 ментов, результаты которых свидетельствуют о том, что под влиянием микроволнового облучения происходят сдвиги в сердечной деятельности. Может быть это и так, но больше в литературе нет таких ссылок. У кроликов и собак тотальное микроволновое облучение при плотности потока мощности в 100—200 мвт/см2 вызывает кратковременное сужение и последующее расширение сосудов, в особенности венозных сосудов мягкой мозговой оболочки [78]. При облучении микроволновым источником на частоте в 3000 Мгц с плотностью потока мощности в 5 мвт/см2 у собак наблюдается замедление сердечной деятельности с изменением ЭКГ. При этом отмечаются явления брадикардии, синусовой аритмии, замедление аурикулярной и вентрикулярной проводимости, изменения (обычно уплощение) зубцов Р и Т и расширение желудочкового комплекса [93]. Более отчетливые и стойкие изменения в ЭКГ наблюдаются у собак с экспериментально вызванной моделью инфаркта миокарда, чем у здоровых собак, подвергнутых микроволновому облучению [93]. У собак, подвергнутых микроволновому облучению на частоте в 3000 Мгц с плотностью потока мощности в 5 мвт/см2 в течение 30-минутного воздействия, наблюдались изменения в сердечной динамике, времени свертывания крови и снижение артериального давления [69]. Первым характерным признаком теплового воздействия у млекопитающих является разжижение крови, которое отмечается в первые 30 мин. от начала воздействия до повышения температуры тела. По мере продолжения воздействия разжижение крови сменяется ее сгущением в результате потерь влаги и наступает гемоконцентрация. Первоначальное разжижение крови, по-видимому, является следствием поступления экстраваскулярной жидкости в результате диффузного расширения периферических сосудов. Эта реакция позволяет организму избавиться от поглощенного тепла. Гемодинамическая реакция собаки, подвергнутой воздействию микроволнового импульсного источника на частоте в 2800 Мгц, напоминает аналогичную реакцию на тепловую нагрузку, судя по начальному явлению разжижения крови с последующим ее сгущением. По мере удлинения периода воздействия сгущение крови становится более выраженным. Собаки, подвергавшиеся облучению микроволнами при плотности потока мощности в 165 мвт/см2, обнаруживают потерю в весе, составляющую величину 2% в 1 час. При облучении микроволновым источником с плотностью потока мощности в 100 мвт/см2 наблюдается потеря веса величиной в 1,25% в 1 час и отмечается разжижение крови, тогда как при облучении с плотностью потока мощности в 165 мвт/см2 отмечается сгущение крови [249]. Функциональное нарушение со стороны сердечно-сосудистой системы выражается в гипотонии, в появлении брадикардии, в замедлении внутрипредсердной и внутрижелудоч- ковой проводимости и в уменьшении высоты зубцов ЭКГ у лиц, работающих при воздействии радиочастотных полей [24, 53, 55, 56]. Дрогичина и соавт. [25] представили результаты клинического обследования лиц, хронически подвергавшихся воздействию «интенсивного» микроволнового облучения, которые свидетельствуют о том, что у отдельных лиц проявления «сосудистой дистонии» в результате хронического воздействия сверхвысокочастотной радиации могут перейти в серьезные патологические отклонения со стороны вегетативной нервной системы и сердечно-сосудистой деятельности. Эти отклонения характеризуются сосудисто-спастическими реакциями и вегетативными сосудистыми кризами мозгового кровообращения, сопровождающимися выраженной лабильностью артериального давления и явлениями коронарных спазм сосудов, соответствующими изменениями в ЭКГ. Осипов [57], однако, подчеркивает, что эти сдвиги не приводят к уменьшению рабочей емкости мышц и носят обратимый характер. Хотя у некоторых лиц не найдено заметного повышения температуры, Осипов считает, что это есть следствие отсутствия точных термометрических приборов, и он склонен относить отмеченные сдвиги на счет процессов, протекающих на «микротермальном» уровне, нежели связывать их с нетепловым эффектом микроволнового облучения. Ряд авторов подразделяют клинику хронического облучения, вызванную микроволновыми генераторами сантиметрового диапазона (уровень вазомоторных расстройств), на три стадии [239]: а) начальную, компенсированную стадию, б) стадию постепенных сдвигов, в) стадию, в которой нарушения характеризуются быстрым градиентным течением. Степень сдвигов зависит от интенсивности и длительности воздействия. Становится очевидным, что функциональные изменения в сердечно-сосудистой системе, которые могут развиться в результате
24 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ микроволнового облучения, несомненно, связаны с реакцией автономной нервной системы на тепловые эффекты микроволнового воздействия. Как уже говорилось, МакЭйфи [227] указал, что именно тепловая стимуляция периферических нервов вызывает отмеченные нейрофизиологические сдвиги и изменения поведенческих реакций. Скорее всего взаимодействие между периферической нервной системой и ЦНС является причиной указанных нарушений сердечного ритма, биохимических сдвигов в крови и так далее. С другой стороны, Толгская и Гордон [84] выявили морфологическое изменение рецепторов после однократного воздействия микроволнового облучения. Эти изменения уменьшались при повторных воздействиях. Авторы считают, что рецепторы рефлексогенной зоны дуги аорты, каротидного синуса и всех слоев стенки предсердия высокочувствительны к действию микроволн. ДЕЙСТВИЕ НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ НЕРВНУЮ СИСТЕМУ Рядом исследователей [10, 11, 42, 52, 60, 65, 68, 72, 75, 84, 92, 99, 239, 255] выдвинута гипотеза о том, что микроволны могут воздействовать на ЦНС за счет их так называемого нетеплового эффекта. Эти авторы подчеркивают, что ЦНС следует рассматривать как структуру, чувствительную к радиационной травме в умеренной или высокой степени. Подобные взгляды и представления авторов в основном базируются на исследованиях павловских условных рефлексов. Эти данные представлены преимущественно в работах советских исследователей и основаны на понимании теплового эффекта как совокупности реакций, связанных с локальным или тотальным повышением температуры организма от исходного уровня теплового равновесия. Большинство других авторов используют термин «тепловой» в несколько ином понимании, учитывая, что тепловое действие микроволн на организм может протекать без видимого повышения температуры. Действительно, когда температура повышается, это означает, что функциональные резервы организма по сохранению теплового гомеостаза в известной мере исчерпаны и истощены. Одним из самых первых исследований по действию микроволн на центральную нервную систему является работа Олдендорфа [263], который обнаружил явление очагового коагуляционного некроза в мозговой ткани кроликов, подвергшихся воздействию микроволн на частоте в 2450 Мгц. Первое исследование по биологическому действию сантиметрового диапазона на условнорефлектор- ную деятельность экспериментальных животных было проведено Гордон и др. [15]. В последующие годы исследование «нетеплового» действия микроволн постепенно занимало все более доминирующую роль в электрофизиологических исследованиях в СССР [52]. Болдуин, Бэч и Льюис [113] обнаружили, что облучение микроволнами обезьян на частотах в диапазоне 225—400 Мгц сопровождалось появлением клинических расстройств, свидетельствующих о поражении ЦНС, состоящих из возбуждения, сонливости, адинамии, изменения глазодвигательной активности, а также отклонений сенсорной, двигательной и вегетативной сфер. Были выявлены признаки поражения промежуточного и среднего мозга; отмечалось изменение возбудительного процесса и сонливости с соответствующими изменениями электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Тяжесть этой реакции зависела от направления головы животного в высокочастотном электромагнитном поле и степени отражения микроволновых лучей от стенок окружающего помещения. У кроликов, голова которых в течение 30 мин. подвергалась воздействию микроволн в диапазоне частот от 3 до 300 Мгц, наблюдалась повышенная возбудимость зрительного анализатора [84]. Цыплята, голуби и морские чайки, подвергавшиеся микроволновому облучению на частотах в 9300 и 16 000 Мгц (в импульсном режиме) с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2, обнаруживали длительное повышение мышечного тонуса экстензора крыльев и ног уже через несколько секунд от начала воздействия облучения. У этих птиц наблюдалось беспокойное поведение и нарушение походки [283]. Тотальное облучение кур микроволнами на частоте в 24 000 Мгц вызывало шаткую походку и появление мышечной слабости [165]. Крысы, у которых облучали голову источником микроволн на частоте в 24 500 Мгц, обнаруживали реакцию бегства из микроволнового поля, что указывало на восприятие животными раздражителя [213]. Наиболее типичными явлениями биологического действия микроволн были мышечные спазмы, появление тремора и клонических судорог. Указанная стимуляция оказывала возбуждающий эффект на крыс, находящихся под глубоким хирургическим наркозом. При исследовании мышей, восприимчивых к
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 25 аудиогенным судорогам, и крыс, чувствительных к звуковой стимуляции, Кицовская [33, 35] обнаруживала, что судорожная реакция на воздействие шума тормозилась после воздействия на животных источником микроволн на частоте в импульсном режиме и при средней плотности потока мощности в 10 мвт/см2. Толгская [87] проводила исследование биологического действия микроволн в импульсном или в непрерывном режиме на частотах в 3000 и 10000 Мгц при различных плотностях потока мощности. Основной упор был сделан на выявление морфологических сдвигов. Более выраженные морфологические сдвиги в нервной системе после облучения источником микроволн на частоте в 300 Мгц по сравнению с источником на частоте в 10 000 Мгц в диапазоне плотностей потока мощности 1—10 мвт/см2 были истолкованы как доказательства наличия нетеплового действия. Биологическое действие микроволн в импульсном режиме было более значительным, чем в непрерывном режиме. Более выраженный биологический эффект микроволн в импульсном режиме был отмечен также в работе Марха [237]. Условнорефлекторные реакции. Троянский и Кругликов [89, 90] подвергали крыс воздействию полей СВЧ. Облучение на «тепловом» уровне (50 мвт/см2) и «нетепловом» уровне (10 мвт/см2) оказывало неблагоприятное влияние на эмбриональное развитие плодов и приводило к сдвигам функции высших отделов ЦНС у пренатально облученных животных. Воздействие на беременных крыс микроволнового облучения с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2 приводило к ускорению постнатального развития крысят и вызывало ухудшение показателей условнорефлек- торной деятельности у потомства. Животные, пренатально облученные микроволнами с плотностью потока мощности в 50 мвт/см2, и животные, полученные от скрещивания облученных самцов с необлученными самками, обнаруживали аналогичные сдвиги, которые заключались в появлении аномалий, уродств, отклонениях в высшей нервной деятельности [89]. У потомства облученных животных, помимо анатомических уродств и отклонений в развитии, отмечались также нарушения функций высших отделов ЦНС. Эти нарушения выражались в замедленном развитии и изменении двигательно-пищевых и электро-оборонительных условных рефлексов [90]. Яковлева и др. [109, 110], описавшие явления биологического действия микроволн с плотностью потока мощности от 5 до 15 мвт/см2 при однократном и многократных воздействиях, отметили ослабление возбудительного процесса и снижение функциональной подвижности клеток коры мозга. Чаще всего наблюдались явления диффузного отека на всех срезах коры мозга. Наибольшее число поврежденных клеток было выявлено при повторных воздействиях с плотностью потока мощности в 15 мвт/см2 [110]. В другом исследовании было показано, что фоновая биоэлектрическая активность, которая регистрировалась в эфферентных волокнах почечного, селезеночного и нижнего мезентериального нервов у кошек, после однократного воздействия микроволн с плотностью потока мощности в 30 мвт/см2 повышалась в 50% случаев [109]. Лобанова [45] на основе полученных данных при облучении животных микроволнами на частоте в 3000 Мгц пришла к выводу о том, что условнорефлекторная деятельность животных при микроволновом воздействии проходит через две фазы — фазу повышения возбудимости ЦНС, т. е. ослабление активного торможения, и вторую фазу — понижение возбудимости с развитием внешнего торможения. В более позднем исследовании, однако, Лобанова и Гончарова [46] показали, что длительное хроническое воздействие на животных радиочастотного поля в диапазоне частот 155—191 Мгц в течение 4,5 месяца при «низких уровнях» потока мощности не оказывало заметного эффекта на показатели их условно- рефлекторной деятельности. В исследовании условнорефлекторной деятельности собак, подвергавшихся микроволновому облучению на частоте в 50 Мгц с локальным раздражением определенных зон коры мозга, воздействие выходной мощности в диапазоне 7—14 вт не вызывало какой-либо ответной реакции; облучение мощностью в 20—25 вт вызывало появление оборонительных реакций и ухудшение способности к распознаванию [42]. Суббота [79] обнаружил изменение условнорефлекторной деятельности у собак, подвергавшихся воздействию СВЧ в диапазоне 3000—30 000 Мгц. Длительность воздействия была 1—2 часа. Направленность сдвигов при интенсивном облучении в большинстве случаев была противоположной тому, что наблюдалось при слабом облучении. При облучении плотностью потока мощности в 5 мвт/см2 отмечалось повышение слюновы- делительной функции. Этот положительный условный рефлекс свидетельствовал об относительной устойчивости процессов дифферен-
26 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ цировки. При облучении с плотностью потока мощности в 100 мвт/см2 в большинстве случаев наблюдалось укорочение латентного периода условнорефлекторных реакций. Почти всегда наблюдались угнетение положительного условного рефлекса и замедление диффе- ренцировок. Эксперименты с повторными воздействиями микроволнового облучения свидетельствуют о возможной адаптации коры к электромагнитному полю. С другой стороны, тотальное облучение двух самок собак в течение нескольких часов в сутки на протяжении периода более года источником облучения на частоте в 24500 Мгц с плотностью потока мощности в 20 жът/омг не вызывало каких- либо нарушений со стороны поведенческих реакций животного. Поведение сохранялось нормальным в течение всего периода экспериментального наблюдения [163]. Кратковременное воздействие на кроликов микроволн очень высокой частоты (30—300 Мгц) с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2 приводило к усилению условных рефлексов на различные стимулы, тогда как длительное воздействие оказывало тормозящий эффект. Избирательная чувствительность мозга к этой частоте была подтверждена наличием обратимых структурных изменений в коре мозга и в промежуточном мозге [96]. Промотова [73] подчеркнула, что при исследовании условнорефлекторных процессов огромную роль играет исходное функциональное состояние животных. У здоровых собак вначале наблюдалось повышение условных пищевых рефлексов с сохранением дифферен- цировки, которая в последующем сменялась фазой острого угнетения условнорефлектор- ной деятельности и замедлением дифферен- цировок. У собак с нарушением деятельности высших отделов нервной системы действие ультравысокой частоты в диапазоне от 3 до 300 Мгц приводило к отягощению патологического состояния коры мозга в первую фазу и нормализации высшей нервной деятельности во вторую фазу. По мнению Субботы [79], при действии слабых и интенсивных полей СВЧ в диапазоне частот от 300 Мгц до 300 Ггц изменения в высшей нервной деятельности могут иметь место за счет трех основных механизмов: а) из-за прямого действия электромагнитных волн на ткани мозга, б) действия микроволн в результате стимуляции рецеп- торного аппарата периферической нервной системы и в) за счет гуморально-химических механизмов. Физическая выносливость. Лобанова [44] подвергала крыс воздействию микроволн на частоте в 3000 Мгц в импульсном режиме. После воздействия исследовалось время выживания крыс в пробе с плаванием. Было выявлено снижение показателя физической выносливости у крыс, подвергнутых воздействию плотности потока мощности в диапазоне от 100 мвт/см2 на протяжении 5 мин., и с 10 мвт/см2 в течение 90 мин. воздействия микроволновых энергий. Кортикальные эффекты. В работах ряда исследователей было показано, что воздействие радиочастотного поля или микроволн вызывает изменения в электроэнцефалограмме ~ ЭЭГ [6, 27, 41, 97, 98, 99, 101, 108, 113]. Микроволновое воздействие нередко сопровождается повышением амплитуды и уменьшением частоты компонентов ЭЭГ или уменьшением амплитуды и повышением частоты. Общий характер выявленных отклонений ЭЭГ остается сравнительно постоянным в широком диапазоне изученных плотностей потока мощности (от 0,02 мвт/см2 до приблизительно 100 мвт/см2). Вообще, процент случаев, указывающих на изменение ЭЭГ, возрастает с повышением интенсивности микроволнового облучения. Однако в одной работе выявлен значительно больший процент отклонений изучаемого показателя при облучении на уровне плотности потока мощности в 0,02 мвт/см2, чем при облучении с плотностью потока мощности промежуточной величины [41]. Реакции ЭЭГ обнаруживают значительное запаздывание, которое уменьшается с повышением интенсивности облучения от 100 сек. при облучении с плотностью потока мощности в 0,02 мвт/см2 примерно до 20 сек. при облучении с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2. Складывается впечатление, что отмеченные сдвиги не изменяются, когда блокированы зрительный, слуховой и обонятельный каналы восприятия [41, 99]. Аналогичные нейроэлектрические сдвиги были отмечены в полоске тканей коры, изолированной хирургическим путем от окружающих тканей [99]. Анализ ЭЭГ у кроликов, подвергшихся воздействию микроволн на частоте в 3000 Мгц в импульсном режиме с плотностью потока мощности в 5 мвт/см2, свидетельствует о наличии легкой десинхронизации в области двигательного анализатора; при воздействии микроволн с плотностью потока мощности в 20 мвт/см2 наблюдаются изменения амплитуды ЭЭГ. Кролики, подвергавшиеся микроволновому облучению в диапазоне частот от 300 до 3000 Мгц, обнаруживали сдвиги в ЭЭГ; облучение частотой в 300 Мгц оказывало
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 27 наибольший биологический эффект по сравнению с частотой в 3000 Мгц, которая приводила к менее выраженным сдвигам в корковых потенциалах. Воздействие микроволн в импульсном режиме оказывало более выраженный эффект, чем в непрерывном режиме излучения. Кролики, подвергавшиеся воздействию микроволнового облучения на частоте в 40 Мгц с плотностью потока мощности в 0,1 мвт/см2, обнаружили сдвиги ЭЭГ в корковой и подкорковой структурах мозга после 3-минутного облучения [103]. При воздействии в течение 1 мин. поля СВЧ (300 Мгц — 300 Ггц) с плотностью потока мощности в 40 мвт/см2 только на голову кролика было выявлено изменение фоновой активности нейронов в зрительной коре мозга [104]. Воздействие поля СВЧ приводило к снижению порога реакций нейронов на световые вспышки. По мнению автора, судя по морфологическим данным, элементы глии, по-видимому, более чувствительны, чем нейроны. Воздействие на кроликов в течение 5 мин. микроволн на частотах в 300, 577 или 2400 Мгц в непрерывном режиме излучения с плотностями потока мощности порядка 0,02 мвт/см2 вызывало сдвиги в ЭЭГ более чем у половины обследованных животных [6, 29, 99]. Другие исследователи [117], однако, указывают, что кролики, подвергнутые воздействию поля микроволн на частоте в 3000 Мгц в непрерывном режиме излучения или 10000 Мгц в пульсирующем режиме излучения на уровне плотности потока мощности в 5 мвт/см2, не выявили каких-либо изменений в ЭЭГ. Эти данные свидетельствуют о том, что микроволновое облучение может привести к нарушению функции гипоталамуса и среднего мозга и что имеются убедительные доказательства по его воздействию на функции мозга, коры или ретикулярной формации [27, 304]. По данным Гвоздиковой и соавт. [6], наибольшая чувствительность коры обнаруживается при облучении волнами метрового диапазона, в меньшей степени — при облучении волнами дециметрового диапазона и наименьшая чувствительность — при облучении волнами сантиметрового диапазона. При анализе литературы по биологическому действию микроволн на ЭЭГ следует иметь в виду определенные недостатки в использованной методологии исследования. Дело в том, что между эмоциональным состоянием и характером ЭЭГ, которые регистрируются у живых объектов, никогда нет полного соответствия, и это в свою очередь может привести к ошибочной интерпретации последствий функциональных сдвигов в структуре спонтанной электрической активности ЦНС под действием микроволн. Спонтанная активность легко регистрируется, но чрезвычайно трудно поддается четкому анализу [193]. Фрей [179] при воздействии на кошек микроволновым облучением импульсного режима в диапазоне УВЧ наблюдал вызванные потенциалы в стволовой части мозга. Пороговая плотность потока мощности, необходимая для того, чтобы вызвать потенциалы, была приблизительно равной 30 мквт/см2 и имела предельное значение 60 мвт/см2. Фрей предполагает, что эти потенциалы были скорее нейронными, нежели артефактом. В диапазоне использованных несущих частот (1,2— 1,525 Ггц) наименьший биологический эффект наблюдался при наибольшей частоте облучения. Изменение в плотности потока мощности отчетливо отражалось на структуре вызванных потенциалов. Действие микроволн на поведенческие реакции. Джуйстесен и Кинг [205] провели исследование поведенческих реакций у крыс, подвергавшихся в замкнутом пространстве воздействию микроволн на частоте в 2450 Мгц. Средние уровни плотности потока мощности были приблизительно равны 2,5; 5,0; 10 или 15 мвт/см2. Основные результаты исследования следующие: частота возвратно-поступательных повторных движений языка при рефлексе облизывания повышалась, а затем уменьшалась при увеличении плотности потока мощности до 14 мвт/см2. При более высоком уровне плотности потока мощности, чем 14 мвт/см2, во всех случаях наблюдалась стереотипная поведенческая реакция, указывающая на наличие вялого паралича. Животное возвращалось в нормальное состояние спустя 5—10 мин. после выноса из экспериментальной камеры, и в последующем в его поведении не наблюдалось никаких отклонений, свидетельствующих о наличии стрессового состояния. Показатели ректальной температуры у животного снимались непосредственно до и после воздействия при плотности потока мощности от 0 и до 4,5; 9,6 и 14 мвт/см2. Воздействие от 0 до 4,5 мвт/см2 приводило к статистически недостоверному повышению температуры спустя 60 мин. прерывистого воздействия облучением. Воздействие 14 мвт/см2 приводило к достоверному повышению температуры тела после 19 мин. прерывистого облучения, и после 60 мин. облучения у двух подопытных животных температура тела поднималась выше 44° С. Анализ
28 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ показателей температуры тела животного при микроволновом облучении подтверждает выводы, сделанные на основе наблюдений за поведенческими реакциями, о том, что крысы характеризуются значительной вариацией своих индивидуальных процессов терморегуляции. Крысы подвергались микроволновому облучению на частоте в 2450 Мгц, получая в качестве дифференцировочного показателя подслащенную воду, но ни одна из облученных крыс не оказалась в состоянии определить ее. По существу, Джуйстесен и Кинг [205] не выявили хронического биологического действия микроволнового облучения на поведенческие или нейрогистологические механизмы при довольно продолжительном прерывистом воздействии микроволновой энергии с плотностью потока мощности порядка от 2,5 до 15 мвт/см2. Хотя авторами был выявлен ряд острых симптомов биологического воздействия микроволн, ни один из них не противоречил и не исключал гипотезу о том, что тепловое действие было единственным проявлением микроволнового облучения. Нэйли и др. обнаружили, что воздействие на крыс микроволнового источника на частоте в 2450 Мгц с плотностью потока мощности в 50 мвт/см2 непосредственно до предъявления крысам задачи поиска в U-образном лабиринте приводило к достоверному повышению показателей их деятельности [261]. Высказывается мнение о том, что воздействие микроволн может вызвать биологические эффекты, аналогичные действию различных стимуляторов, которые способствуют процессам консолидации следов памяти, улучшению процессов обучения. В другом исследовании, проведенном теми же авторами, щенки коротконогой гончей собаки в возрасте 10 недель после тотального облучения микроволнами на частоте в 2450 Мгц не обнаружили ухудшения показателей поведенческих реакций в задаче с поиском выхода. У животных не было выявлено каких-либо отчетливых сдвигов в условнорефлекторной деятельности или в задаче мотивации. В биологическом действии микроволн на поведенческие реакции необходимо учитывать то обстоятельство, что поведение не является простым процессом и что поведенческие реакции представляют собой алгебраическую сумму различных эффектов различных систем. Поведенческие реакции могут быть следствием поступления сигналов от рецепторов организма о незначительном повышении температуры тела. Указанные сдвиги температур могут иметь место во многих структурах тела животного. Влияние микроволн на способность к обучению. Исследования условнорефлекторной деятельности позволили выявить ряд нарушений в процессах обучения в результате воздействия радиочастотных или микроволновых энергий [3, 10, 48, 79]. У крыс, подвергнутых микроволновому облучению, были обнаружены явления ретроградной амнезии и торможения процессов обучения [144, 206]. Напряженность поля в этих исследованиях была весьма высокой. Тем не менее изменения в поведенческих реакциях наблюдались также и при воздействии микроволновых полей с низкой напряженностью, по данным ряда авторов [216, 217, 302]. Следует, однако, заметить, что более точные измерения плотности потока мощности [188] позволили выявить в ряде таких исследований достоверно повышенные уровни теплового воздействия микроволн [216,217]. Суббота [79] обнаружил у собак, подвергнутых воздействию ультравысокочастотных полей в импульсном режиме облучения, последовательно чередующиеся и сменяющие друг друга реакции возбуждения и сонливости. Тернер [307] считает, что явление сонливости, отмеченное при микроволновом облучении в импульсном режиме, может быть связано с описанными выше эффектами. По этому методу ток слабой силы (0,2 ма) прикладывается на структуры мозга с помощью электродов, наложенных на глазничную и затылочную области. Этот ток подается в импульсном режиме, с частотой воздействия от 1 до 100 импульсов в секунду, с длительностью импульса в 0,3 мсек. В этих условиях наблюдается появление сноподобного состояния, которое, по-видимому, адекватно обычному физиологическому сну. В СССР действие микроволновой энергии в импульсном режиме облучения используется для лечения ряда психопатологических состояний [304]. Результаты гистопатологических исследований. По данным ряда авторов [83, 85, 86], после облучения микроволновым генератором в диапазоне частот от 3000 до 30000 Мгц с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2 морфологические и гистохимические исследования нервной системы позволяют выявить изменения на клеточном уровне. Облучение микроволновой энергией на частоте в 200 Мгц вызывало изменение нейронов мозговой коры и последующие изменения структуры почек и миокарда у кроликов. Облучение головы передатчиком на частоте в 2450 Мгц вызы-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 29 вало появление очагов деструкции в коре мозга. Тотальное облучение тела кроликов микроволновым излучателем на частоте 1430 Мгц приводило к гистологическим повреждениям мозга [84,263,293]. Кролики, подвергавшиеся воздействию микроволнового облучения на частоте в 3000 Мгц (в импульсном или непрерывном режиме воздействия) с уровнем плотности потока мощности от 5 до 20 мвт/см2, обнаруживали признаки поражения мозговой ткани; при облучении микроволнами с плотностью потока мощности в 30 мвт/см2 нередко в клетках коры мозга, мозжечка и подкорковых структур наблюдалось исчезновение тигроидной субстанции, в некоторых клетках — процессы вакуолизации, пролиферация глиальных элементов, застойные явления в сосудах мозговых оболочек и поверхностных сосудах коры мозга; в ряде случаев наблюдались выход эритроцитов за пределы сосудистого русла и увеличение околососудистых пространств. Более выраженные морфологические изменения в нервной системе облученных крыс наблюдались после воздействия микроволн на частоте в 3000 Мгц по сравнению с аналогичным воздействием на частоте в 10000 Мгц с плотностью потока мощности от 1 до 10 мвт/см2; биологическое действие микроволн в импульсном режиме излучения было более выраженным, чем в непрерывном режиме излучения [84]. Одночасовое воздействие на кошек микроволнами на частоте в 10000 Мгц с плотностью потока мощности в 400 мвт/см2 приводило к повреждению нейронов коры и спинного мозга; отмечались изменения в тигроидном веществе и в других компонентах нейронов [4]. Кролики, подвергшиеся микроволновому облучению на частоте в 10 000 Мгц (в импульсном режиме излучения) с плотностью потока мощности в 5 мвт/см2, не обнаруживали каких-либо признаков морфологического поражения мозга [117]. Облучение головы собаки источником микроволн на частоте в 2450 Мгц не оказывало никакого влияния на ткани мозга или цереброспинальной жидкости [292]. Гордон и др. [14] обнаружили, что воздействие микроволн «слабой интенсивности» вызывало легкие морфологические изменения в теле аксона и в межнейронных соединениях аксонов-дендритов в коре мозга и в рецептор- ных структурах различных рецепторных зон (кожи, стенки тонкого кишечника, стенки мочевого пузыря, миокарда, аорты и т. д.) — интерорецепторов. В дополнение к указанным изменениям микроволновое облучение слабой интенсивности вызывало гистохимические сдвиги, которые выражались в уменьшении содержания нуклеопротеинов в различных клетках и тканях. Эти изменения носили обратимый характер и исчезали в течение 3—4 недель после воздействия облучения. Дальнейшее подтверждение о наличии морфологического изменения в ЦНС при облучении микроволнами «низкой мощности» было представлено в работах других исследователей [48, 59, 87]. Во всех указанных исследованиях морфологические изменения в основном характеризовались изменениями структуры и атипичными сдвигами внешней картины синэптических зон. Кеворкян [214] подчеркивает, что яри кратковременном воздействии ультравысокочастотного облучения имеет место «желатинизация» синапса, причем этот эффект носит обратимый характер. Толгская и др. [48, 83, 84, 87, 88] проводили исследования влияния микроволн в импульсном режиме облучения или в непрерывном режиме на частотах соответственно в 3000 Мгц и в 10 000 Мгц на морфологию нервной ткани у крыс и кроликов. При кратковременном воздействии микроволнового передатчика на частоте в 3000 Мгц (с плотностями потока мощности в 110 и в 40 мвт/см2) были выявлены тяжелые «клинические» симптомы теплового перегрева, нередко заканчивающиеся гибелью животного. В морфологической картине доминировали тяжелые нарушения кровообращения в виде отека, многочисленных очагов кровоизлияния в мозг и внутренние органы. При повторном, но менее продолжительном воздействии микроволнового облучения с высокими и умеренными плотностями потока мощности изменения кровообращения и дегенеративные процессы во внутренних органах и тканях нервной системы были выражены в меньшей степени. При последующем повторении воздействий микроволновых облучений устойчивость животных с каждым разом повышалась. Животные стали прибавлять в весе, температура тела после прекращения облучения быстро возвращалась к нормальному уровню и явление перегрева исчезало [87]. Первушин [59] выявил аналогичные изменения в клетках афферентных нервов у кошек. Применяя воздействие микроволн в диапазоне ультравысокочастотных энергий с плотностями потока мощности от 0,5 до 10 мвт/см2 и в 30 мвт/см2 в течение 2 час. в сутки на протяжении от 1 до 5 суток, исследователь обнаружил повышенную чувствительность в претерминальных окончаниях
30 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ нервных афферентных клеток и в миэлинизи- рованных волокнах; исследование немиэлини- зированных волокон отчетливой патологии не выявило. При более высоких напряженностях поля, когда в результате перегрева наступает смерть животного (гипертермия), сосудистые сдвиги характеризуются явлением гиперемии, кровоизлияний и острых дистрофических процессов [23, 115, 256, 262]. Описанные изменения в наибольшей мере характерны для участков, подвергшихся прямому действию облучения. При более низких напряженностях поля, па- тогистологические изменения носят общий дистрофический характер и пролиферативные изменения глии и сосудистые сдвиги не столь выражены [23]. Если подопытное животное забивается через одну — три недели после воздействия облучения, то дистрофические изменения носят лишь очаговый, изолированный характер и при этом не обнаруживается явлений гиперемии [23]. Следует, однако, заметить, что после тотального облучения тела патогистологические сдвиги у животного наблюдаются не только в ЦНС, но и в тканях других органов: миокарде, тонком кишечнике, печени, желчном пузыре, мочевом пузыре и т. д. [23, 142, 196, 256, 262, 36, 66, 116, 202, 208]. Это было доказано Долиной [23], которая подвергала кроликов ежедневному облучению источником микроволн на частоте в 3000 Мгц в непрерывном режиме с плотностью потока мощности в диапазоне 220— 270 мвт/см2 в течение 5—15 мин. Она выявила диффузное повреждение нервной системы и сосудов. В ряде обзоров [242, 246, 249, 253] указывается, что исследования, целью которых было выявление неврологических сдвигов при «нетепловых» интенсивностях микроволн, не дают возможности четко разграничить, являются ли сдвиги, вызванные микроволновым облучением, следствием генерализованных тепловых эффектов или результатом более специфического влияния микроволн на особенно ранимые и чувствительные ткани организма. Среди авторов, которые проводили исследования условных рефлексов у животных различных видов, нет полного единодушия в оценке феномена, который они выявили, и представлениях о механизмах этих явлений. Указанные явления сложны и требуют специального исследовательского подхода [43]. Что касается взаимосвязи температуры тела и физиологических функций, то здесь важно, что сигналы о повышении температуры поступают в нервную систему из многих структур тела, из которых в эксперименте достоверно показана роль следующих: а) прб- оптическая передняя часть гипоталамуса, б) задний гипоталамус, в) средний мозг, продолговатый мозг, двигательная кора и тала- мус, г) спинной мозг, д) кожа, верхние дыхательные пути и е) внутренние органы. Все они, за исключением двигательной коры и таламуса, обнаруживают физиологические сдвиги при изменении локальных температур [192]. Отвечая на вопрос о чувствительности нервной ткани к действию микроволн, необходимо отдавать себе отчет в том, что величина электрических потенциалов мембраны нервной ткани вообще порядка милливольт. Мембранный потенциал мышцы животного и нервных клеток, в общем, находится в диапазоне от —70 до —110 мв; потенциалы клеток животного, культивируемых in vitro, имеют значения порядка только от —10 до —30 мв, а у простейших эта величина заключена в диапазоне от —30 до —100 мв [231]. Вследствие своей избирательной проницаемости двойные электрические слои, из которых сформированы биологические мембраны, образуют разность потенциалов между обеими сторонами мембраны. По этой причине мембраны находятся внутри электрических полей, граница которых определяется двойными электрическими слоями. Напряженность этих полей весьма значительна. Она достигает величины порядка 105 в/см при разности потенциалов в 100 мв и толщине мембраны порядка 100 А. Очевидно, для того чтобы вызвать сдвиги, микроволновая энергия должна иметь достаточную мощность [139]. Микроволновые поля могут лишь вызвать в биологических мембранах потенциалы, которые на много порядков ниже величины остаточного потенциала и по этой причине не способны возбудить или изменить нормальные стереотипы клеточной деятельности [281, 282, 283]. В литературе представлено большое множество данных по возбуждению мембран низкочастотными или постоянными токами. В этих случаях возбуждение возможно при плотности тока порядка 1 ма/см2 ткани. При более высоких частотах, и в особенности в диапазоне частот микроволновых энергий, требуются более высокие плотности тока, для того чтобы привести клетку в состояние возбуждения, если это возможно вообще. По этой причине трудно представить себе, как микроволновые поля могут нарушить возбуждаемые биологические мембраны при плотностях по-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 31 тока мощности меньших, чем те, которые вызывают тепловые эффекты в организме облученных животных [283]. Наблюдения на человеке. В литературе представлен ряд данных, относящихся к чувствительности ЦНС человека на воздействие микроволн [10, 52, 57, 60, 68, 75, 84, 214, 239, 255]. Большинство из описанных эффектов носит субъективный характер, выражающийся в ощущении утомления, головной боли, сонливости, раздражительности, потери аппетита и в ухудшении памяти. Указанные реакции организма включают также неустойчивое настроение, гипохондрические реакции и реакции тревоги. Большинство из перечисленных субъективных симптомов — обратимого характера, и патологические нарушения нейронных структур — незначительны. Только в редких случаях, если это вообще возможно, микроволновые энергии приводили к появлению галлюцинаций, обморочного состояния, адинамии и другим проявлениям так называемого «диэнцефального синдрома». Подчеркивается то обстоятельство, что большинство работ основано скорее на субъективных, чем объективных наблюдениях, и надежных измерений плотности потока мощности, которые можно было бы сопоставить при анализе работ различных авторов, получено не было [264]. Следует сказать также, что ряд лиц, страдающих от различных хронических заболеваний, может обнаруживать те же самые функциональные нарушения ЦНС, сердечнососудистой системы, как и нарушения, приписываемые воздействию микроволновых энергий. Ученые СССР и других социалистических стран внесли большой вклад в исследование биологического действия радиоизлучений на человека. Наибольший упор указанными авторами делается на уровни плотности потока мощности, лежащие за пределами «термогенной зоны» микроволнового потока (менее 10 мвт/см2). По данным этих авторов, реакции организма на воздействие микроволн прямо или косвенно связаны с изменением функционального состояния ЦНС [12, 60, 68, 241,246]. Нейроастенические синдромы. Отмеченные явления классифицируются по категориям в зависимости от длины волны, функционального нарушения системы, органа, или в зависимости от структуры клинического синдрома. Многие результаты проведенных наблюдений по биологическому действию микроволновой радиации на человека могут быть разбиты на три следующих категории: а) «нейроастенический синдром», б) «вегетативная вагусная дистония» и в) «диэнцефаль- ный синдром» [167]. Дрогичина и др. [25] приводят данные всех трех разновидностей симптомов у лиц, подвергавшихся воздействию микроволн с плотностью потока мощности в «несколько мвт/см2». Основная симптоматика и нейропатология, которая лежит в основе всех указанных синдромов, приписывается функциональному расстройству ЦНС, которое вызывается «нетепловыми» механизмами биологического действия микроволн. Эти явления не есть результат отмеченного повышения температуры тела, они наблюдаются при уровнях плотности потока мощности гораздо меньших тех, которые необходимы, чтобы вызвать такое повышение температуры. Симптомы выражаются в ощущении слабости, повышенной утомляемости, в непонятных ощущениях дискомфорта, в головной боли, сонливости, в ощущении сердцебиения, в бледности, потере памяти и в затруднении ориентировки. В большинстве случаев указанные синдромы носят полностью обратимый характер с незначительной потерей трудоспособности или вовсе без нее [57]. Напротив, другие авторы подчеркивают значительные потери рабочего времени и необходимость госпитализации в этих случаях [11, 12, 40]. В одной работе подчеркивается, что физическая зарядка как в организованной форме, так и в неорганизованной способствует уменьшению частоты функциональных заболеваний сердечно-сосудистой системы у операторов радиолокационных станций, но автор подчеркивает, что причинными факторами функциональных расстройств сердечно-сосудистой системы являются «факторы обитания и внешней среды, а также рабочая гиподинамия» [26]. Клинические обследования лиц, подвергшихся воздействию микроволновых полей, позволяют заключить, что нарушения двигательной сферы могут сопровождаться нарушением сна, повышенной утомляемостью, повышенной раздражительностью и ухудшением памяти и внимания [74, 75, 170, 214, 294]. Кеворкян [214] указывает, что лица, подвергающиеся воздействию микроволновых полей «умеренной» напряженности, обнаруживают склонность к синдрому, включающему нарушение сна, ухудшение памяти и быструю утомляемость в условиях работы, требующей сосредоточенного внимания. Садчи- кова и Орлова [75] также обнаружили общую слабость, рассеянность и повышенную раздражительность у лиц, подвергавшихся
32 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ хроническому воздействию микроволновых полей в диапазоне от «низкой» до «умеренной» напряженности в процессе своей профессиональной деятельности. Авторы классифицируют людей, подвергающихся микроволновому воздействию, по следующей схеме: 1) периодическое воздействие, с плотностью потока мощности в 3—4 мвт/см2, 2) периодическое воздействие микроволновых энергий с плотностью потока мощности менее 1 мвт/см2 и 3) постоянное действие микроволновых энергий с плотностью потока мощности менее ОД мвт/см2. У первой группы лиц была отмечена ваготоническая реакция вместе с симптомами брадикардии и замедлением внутгрипредсердной и внутрижелудочковой электрической проводимости сердца. У лиц, подвергавшихся непрерывному воздействию микроволновых полей (третья группа лиц), наиболее типичным клиническим проявлением воздействия был астенический синдром с раздражительностью. Контрольная группа лиц была сформирована не из специалистов, а из студентов института в возрасте от 25 до 40 лет. По вопросу о нейроастенических реакциях Кохен и Уайт [154] представили обширный обзор данных по нейроциркуляторной астении как клиническому синдрому, который расценивается в качестве показателя действия микроволновых полей «слабой напряженности». Нейроциркуляторная астения (НЦА) представляет собой наследственное заболевание, которое проявляется в среднем возрасте от 26 лет (в диапазоне 25—35 лет). Оно встречается в два раза чаще у женщин по сравнению с взрослыми мужчинами. Авторы считают, что появление этого синдрома у предрасположенных лиц обычно отягощается на фоне воздействия отрицательных эмоций, какого- нибудь заболевания, непривычной или тяжелой мышечной работы (в особенности, если работа выполняется по принуждению), беременности и в различных ситуациях военной службы. Точная этиологическая природа этого синдрома не установлена, но авторы указывают на связь факторов внешней среды и наследственной предрасположенности к этому синдрому. Важно обратить внимание на то обстоятельство, что одни исследователи при проведении клинической экспертизы и анализа экспериментального материала не наблюдали явлений биологического действия микроволновых полей, описанных другими исследователями, даже при очень высоких уровнях облучения. По этой причине необходимы тщательные, детально продуманные экспериментальные и клинические исследования для того, чтобы окончательно убедиться в достоверности описанных явлений биологического действия микроволн, определить уровни энергий, при которых наблюдаются эти явления, и степень их риска для здоровья человека. Действие микроволн на обонятельный и зрительный анализаторы. У лиц, подвергающихся в процессе профессиональной деятельности воздействию микроволновых полей в диапазоне частот от 30 Мщ до 300 Ггц, было обнаружено изменение порогов обоняния, которое, по мнению авторов, является следствием торможения функции симпатической и парасимпатической системы [8, 9, 31, 47, 95]. Определенное уменьшение в возбудимости обонятельного и зрительного анализаторов было выявлено у лиц, занятых работой с воздействием микроволновых полей [9, 47]. Описано также повышение порога обоняния [31, 93] и уменьшение хронаксии [31]. Лобанова и Гордон [47] у 350 специалистов, работающих в микроволновом поле, обнаружили более выраженное снижение чувствительности обоняния, чем у лиц контрольной группы. Среди лиц экспериментальной группы, подвергающихся непрерывному воздействию микроволновых энергий с плотностью потека мощности до 1 мвт/см2, наименьшая чувствительность функции обоняния отмечалась у тех, которые подвергались воздействию микроволн за период менее одного года или более шести лет; у лиц, подвергавшихся периодическому воздействию микроволн с плотностью потока мощности порядка в несколько мвт/см2, чувствительность обоняния падала с повышением общего времени воздействия. Действие микроволн на активность корковых биопотенциалов. В литературе описаны различные изменения электроэнцефалографической активности корковых биопотенциалов у лиц, подвергающихся воздействию микроволн. Под влиянием длительного хронического воздействия микроволн слабой интенсивности отмечается снижение возбудимости и реактивности потенциалов коры мозга [94]; замедленная активность при сохранности альфа-ритма способствовала увеличению длительности латентного периода пробуждения, нарушения внимания, иногда парадоксального характера [91]. Наиболее выраженные изменения наблюдались у лиц с тяжелыми симптомами биологического действия микроволн сантиметрового диапазона. Структура этих сдвигов (генерализо-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 33 ванная пароксизмальная активность) свидетельствует, по мнению авторов [7], о функциональном нарушении на уровне среднего и промежуточного мозга. Колесник и Малышев [36] показали, что облучение головы и верхней половины туловища взрослого мужчины на частоте в 10000 Мгц с плотностью потока мощности в 10 мвт/см2 в течение 15 мин. в результате несчастного случая, вызвало состояние астении, а на ЭЭГ наблюдалось снижение вольтажа сигнала, появление быстрого бета-ритма и снижение тета-актив- ности. Действие микроволн на сенсорную систему человека. У лиц, подвергшихся воздействию радиочастотных полей, описан ряд сдвигов со стороны сенсорных систем. Гринберг [21] указывает, что он применял воздействие электрического поля на частоте в 50 Мгц с помощью электродов и обнаружил у испытуемых повышение болевого порога. Шейвехман [105], используя электроды для воздействия электрическим полем с частотой в 50 Мгц радиочастотной энергии в течение 5 мин. на область головы испытуемых, обнаружил изменения порогов слухового восприятия. Фрей [176, 177] отмечает, что испытуемые могут обнаруживать частотно-модулированную электромагнитную энергию в диапазоне длин волн от 10 до 70 см и при средней величине плотности потока мощности от 0,4 до 2,1 мвт/см2. Отмеченные ощущения были, как правило, звуковой природы и описывались испытуемыми как свист, жужжание или звон в ушах. Фрей [178] считает, что модуляция необходима для восприятия микроволн. О том, что слуховое восприятие микроволн представляет собой опасность для человека, в литературе каких-либо достоверных данных не приводится. Учитывая то обстоятельство, что в обычной среде имеется множество источников слуховых ощущений и они не расцениваются как опасные, необходимы более достоверные доказательства указанной опасности и риска. По-видимому, это явление не связано с прямой стимуляцией нервных волокон или корковых нервных тканей, а скорее всего вызвано стимуляцией аппарата улитки за счет электромеханических сил поля путем воздушной или костной проводимости [189, 298]. Вогельман [312] указывает на то, что в живом организме возможно значительное, хотя и неэффективное выпрямление микроволновой энергии. Гипотетические механизмы биологического действия микроволн на нервную систему. Пресман [65, 68] высказывает мысль о том, что резонансное поглощение сверхвысоких частот (в диапазоне гигагерц) может перевести молекулы, в особенности молекулы протеина, в возбужденное состояние. Кроме того, автор считает, что при этом имеют место сдвиги в соотношении ионов Na+ и К+ в клеточных мембранах в результате различного влияния микроволн на степень гидратации указанных ионов, а также сдвиги в клеточной проницаемости за счет нарушения гидратации протеина в клеточной мембране. Необходимо подчеркнуть, что все это является умозрительной гипотезой, которая не подкреплена какими-либо экспериментальными данными [60]. Пресман [65] считает также, что изменения в функциональных состояниях нервной системы под влиянием биологического действия микроволн не являются специфическими. Как известно, подобные сдвиги вызываются любой стимуляцией или изменением возбудимости периферического и центрального отделов нервной системы. Следовательно, вполне естественно предположить, что действие микроволн может быть связано со стимуляцией или изменением возбуждаемости тканей нервной системы. Выявление физических и химических механизмов биологического действия микроволн на возбудимые структуры сопряжено со значительными трудностями, поскольку физико-химические механизмы возбудимости живых тканей вообще еще не установлены. Мак Грегор [232] дал краткий обзор имеющихся в литературе работ по влиянию микроволн на нервную систему и пришел к выводу, что при воздействии микроволн слабых энергий на функцию нервных тканей могут иметь место следующие механизмы [232, 233]: А. Прямое действие микроволн (первичное действие на аппараты нейроэлектриче- ских ионных потоков). 1. Локальный нагрев: а) изменение свойств клеточной мембраны, приводящее к перерыву процессов транспортировки продуктов обмена веществ; б) возникновение конвективных токов, приводящих к перерыву процессов транспортировки продуктов обмена веществ; в) нарушение процессов синаптической передачи; г) нарушение процессов возбуждения мембраны. 2. Химические или структурные изменения в компонентах мембраны, в аппарате синаптической передачи, а также в механизмах возбуждения мембраны. Б. Непрямое действие микроволн. 3 Заказ № 1039
ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ 1. Первичное действие на обменные процессы в клетке: а) изменения, вызванные нагревом, или структурные изменения, изменение свойств мембраны, сопровождающееся нарушением обменных процессов; б) появление структурных изменений в энзиме или в каком-нибудь другом веществе на любой стадии обменных процессов; в) изменения процессов метаболизма, вызванные локальным нагревом. 2. Первичное действие — «стрессовые» сдвиги; а) реакция нервной системы, приводящая к разрыву любой нейроэндокринной системы регуляции; б) реакция нервной системы, приводящая к нарушению любого физиологического процесса; в) реакция сенсорных структур нервной системы на прямое воздействие поля или локальное повышение температур. В. Нарушение физического механизма гипотетических систем регуляции электромагнитной структуры в нервных клетках или глии. МакГрегор [233] считает, что внутричерепные электрические поля, взаимодействуя с микроволновой радиацией низкой интенсивности, могут породить трансмембранные потенциалы порядка десятых милливольта (или более) и что, следовательно, подобные поля внешней природы могут нарушить нормальное течение функции нервной системы за счет указанного механизма. С другой стороны, как уже подчеркивалось, известно, что действие радиочастотного поля может ощущаться человеком за счет локального повышения температуры в периферических окончаниях нервной системы даже в том случае, когда близко расположенные мышцы и кожные покровы не обнаруживают измеримого повышения температуры. Когда периферические нервы нагреваются выше минимального уровня, они могут спонтанно посылать импульсы в ЦНС [227]. Швэн [283] обратил внимание на тот факт, что при воздействии токов с частотой выше 100 Мгц клеточные мембраны претерпевают процессы короткого замыкания. Напряжение электрического поля в мембранах нервных клеток составляет величину порядка 500 кв/см. Величины напряженностей поля при микроволновом облучении организма человека по сравнению с указанной величиной составляют бесконечно малые значения, т. е. и не могут вызвать стимуляции. Многие исследователи отрицают возможность нетеплового раздражения нейронов и объясняют эти явления исключительно эффектами локального нагрева. Пиннео и др. [266] пришли к выводу, что многие так называемые «нетепловые» эффекты могут быть фактически специфическими тепловыми эффектами в определенных нервных структурах. Авторы проводили исследование тепловой стимуляции при облучении передатчиком периферических нервов на частоте в 3000 и 10 000 Мгц в условиях облучения инфракрасными лучами. Результаты экспериментальных исследований указанных авторов показали, что все три источника энергии оказывали одинаковое влияние на ЦНС. Они высказали мысль о том, что эксперименты, целью которых было выявить нетепловые эффекты микроволнового облучения, должны тщательно контролироваться на возможность теплового генеза вызванной микроволновым облучением нейрофизиологической реакции. МакЭйфи [225] склонен полагать, что изменение функции нейронных структур в результате микроволнового облучения связано исключительно с тепловым действием радиации и что эти эффекты связаны со стимуляцией афферентных структур периферической нервной системы. Исследования МакЭйфи и соавт. [225, 226, 227, 228, 230] дают убедительные доказательства того, что предполагаемые эффекты биологического действия микроволн на ЦНС нетеплового генеза являются результатом тепловой стимуляции периферических нервных образований. Это означает, что исследования, в которых постулируется прямое действие микроволнового облучения на функцию ЦНС, должны обеспечивать надлежащую чистоту контрольных экспериментов в плане возможного раздражения периферических нервных окончаний, как это описано в ряде работ. Приведенные результаты исследований дают объяснение изменениям, наступающим в результате микроволнового облучения за счет реакций, вызванных локальным нагревом афферентных нервных волокон. Более того, эти исследования выявляют источники ошибок, которые могут быть вызваны при сопоставительном анализе реакций в результате облучения различных анатомических областей тела животных. Подобные эксперименты и выводы, в которых физиологические сдвиги в организме животных, подвергающихся микроволновому облучению, привязываются к специфическим или нетепловым эффектам микроволновой радиации,
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 35 заслуживают тщательного анализа и основательной проверки. Складывается впечатление, что работы, в которых утверждается наличие нетепловых эффектов микроволнового облучения, не могут быть приняты без должной критики. Для окончательного выяснения этой проблемы необходимы дополнительные исследования, в особенности исследования количественной стороны указанного вопроса. Так называемые «специфические» эффекты микроволнового облучения, бытующие в литературе, представляют интерес с биологической точки зрения, но никто убедительно не доказал их связь с появлением пострадиационных симптомов у человека [275]. Независимо от того, какие механизмы лежат в основе этого эффекта, важнейшей проблемой является решение вопроса о том, действительно ли существуют подобные эффекты, связанные с указанными механизмами, и если они существуют, то в какой мере они представляют опасность для организма человека. Исследователи считают, что эффекты микроволнового облучения, выявленные ими, очевидно, вызваны нетепловым воздействием, и придают этому самое серьезное значение. Указанная концепция находит свое отражение в предельно допустимых нормах микроволнового облучения, принятого в социалистических странах. ДОПУСТИМЫЕ ДОЗЫ Чтобы добиться единого и эффективного контроля в профилактике возможных нарушений здоровья от радиочастотных и микроволновых воздействий, необходимо установить допустимые дозы или организовать защитные мероприятия. Как и во всех биологических процессах, имеется некоторый диапазон мощностей между теми, которые абсолютно безвредны, и теми, которые вызывают повреждения. В идеальном случае эффективные или пороговые значения следовало бы получить на основе достоверных данных исследования человека. Но если такие данные получить невозможно, потребуется экстраполяция из хорошо спланированных, проведенных и правильно проанализированных исследований на животных. При установлении допустимого уровня облучения необходимо помнить о значительных различиях между уровнем «облучения персонала» и параметрами «работоспособности» технического оборудования. Более детальное обсуждение допустимых уровней микроволнового облучения приводится в работах Майкелсона [244, 245] и Швэна [284]. При нормальных условиях эксплуатации и работы на радиочастотных передатчиках данных о повреждающем воздействии их облучения не получено. Тем не менее возникают опасения в отношении безопасности персонала при работе в интенсивных радиочастотных полях вблизи передающих антенн, работающих в диапазоне средних и высоких частот. Такие условия окружения встречаются при работе вблизи источника излучения электромагнитных частот, которые могут быть измерены в виде потока мощности. В полосе частот ниже 30 Мгц потенциально опасные условия окружения находятся обычно внутри сложной области (вблизи источника сверхвысокочастотного поля) [273]. Поскольку оценка опасности в этой полосе частот является функцией измерения вблизи источника СВЧ-поля, следует уделить внимание проблемам, возникающим при проведении таких измерений. Первое предложение допустимого уровня облучения 10 мвт/см2 как профилактического средства защиты от радиочастотных полей было сделано Швэном в 1953 г. для ВМС США и основывалось на простых физиологических измерениях. Количество тепла, которое тело человека способно передать во внешнюю среду в нормальных условиях, составляет величину в 0,01 вт/см2 поверхности тела, что при благоприятных условиях может быть увеличено почти в 10 раз. Последнее означает, что способность тела человека поглощать лучистую энергию без непрерывного повышения температуры ограничено значением где- то в диапазоне между 100 и 1000 вт [289, 292]. Эти принятые во внимание расчеты и довольно обширные материалы с экспериментальными данными, полученными при реализации программы «Трех служб» [243], были рассмотрены подкомитетом Американского национального института стандартов (АНИС), который в 1966 г. рекомендовал в качестве допустимого уровня облучения 10 мвт/см2 [278]. Для обычных окружающих условий среды и для воздействующей электромагнитной энергии с частотой от 10 до 100000 Мгц допустимым уровнем защиты здоровья от облучения является величина 10 мвт/см2 как средняя величина за 0,1-часовой промежуток времени. Этот уровень допускает максимальную плотность потока мощности в 10 мвт/см2 в те- 3*
36 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ чение 0,1-часового периода или более. При этом максимальная плотность энергии равна 1 мВт*час/см2 в течение любого промежутка времени длительностью ОД часа. Данный руководящий стандарт допустимого уровня относится как к облучению в непрерывном режиме работы, так и к облучению в импульсном режиме. Рекомендуемые допустимые стандарты и уровни облучения, имеющие силу на территории Соединенных Штатов и множества других стран, полностью безопасны. До настоящего времени документально не зарегистрировано случаев нарушения здоровья у военнослужащих, промышленных рабочих или у населения в результате работы по эксплуатации и обслуживанию радиолокационных установок и других радиочастотных и микроволновых передатчиков в диапазоне плотности потока мощности до 10 мвт/см2. Сводные данные различных уровней облучения представлены в табл. 3. Роджерс и Кинг [273] считают, что в условиях плоской волны (вдали от источника электромагнитного поля) тело могло бы выдержать плотность потока мощности радиочастотного облучения несколько большую, чем 10 мвт/см2 (Е«200 в/м) для высокочастотного участка диапазона. Кроме того, они утверждают, что напряженность электрического поля величиной 1000 в/м должна считаться безопасной границей при непрерывном ежедневном воздействии радиочастотного облучения в диапазоне не ниже 30 Мгц. Швэн [284] в своем обзоре по биологическому действию микроволнового облучения и критериев допустимых уровней подчеркивает, что имеются обстоятельства, в которых представленные уровни допустимого облучения могут оказаться непригодными. Это возможно вблизи источника СВЧ-поля, передающих антенн или в присутствии нескольких полей, генерируемых различными передатчиками или отражающими поверхностями. Он считает, что при этих обстоятельствах переносимая плотность тока в тканях величиной в 3 ма/см2 может служить в качестве допустимого предела для работы с воздействием сложных полей. Данная плотность тока для простых полей соответствует потоку в 10 мвт/см2 в диа- Таблица 3. Рекомендованные максимально допустимые уровни интенсивности радиочастотного облучения Уровень интенсивности, мвт/см* Частота, мгц Страна Уточнения 10 10—100 000 30— 30 000 100—100000 0,025 0,1 0,01 20 в/м, эл. поле 5 а/м, магн. поле 10 в/м 5 в/м Все >300 >300 >300 >300 0,06—30 30—300 30—300 АНИС, США, 1966 Канада, 1966 Великобритания, 1960 ВВС и сухопутные силы США, 1965 Франция (военное ведомство), 1969 Швеция, 1961 ФРГ, 1962 Швеция, 1961 Франция, 1969 СССР, 1965 Польша, 1961 Чехословакия, 1968 СССР, 1965 Польша, 1961 СССР, 1965 Польша, 1961 Чехословакия, 1968 СССР, 1965 Чехословакия, 1968 СССР, 1965 1 мвт-час/см2 каждые 6 мин. Ежедневное воздействие 10 мвт/см2 — непрерывное воздействие 10—100 мвт/см2 — предельное профес. 6000 Мш~~ (X мвт/см2)2 Профессиональное Общие для населения. Длительпое профессиональное воздействие 10—15 мин/день (требуются защитные очки) 8 час. в день — непрерывное профессиональное воздействие 2—3 часа в день Рабочий день Рабочий день Импульсный режим, 8 час/день, профессиональное воздействие 8 час/день — импульсный режим, профессиональное воздействие
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 37 пазоне частот от 100 до 1000 Мгц. Следовательно, допустимые уровни в руководящих инструкциях могут характеризовать следующие цифры: а) 3 ма/см2 — для частот свыше 10 Мгц; б) 1 ма/см2 — для частот от 10 кгц до 10 Мгц; в) 0,3 ма/см2 — для частот ниже 10 кгц. В СССР максимально допустимые уровни мощности или рекомендованные безопасные дозы были установлены в 1959 г. (Временные санитарные правила работы с генераторами волн сантиметрового диапазона, СССР, Министерство здравоохранения, 1959) и основаны на наблюдениях реакций, которые зафиксированы при воздействии радиочастотных или микроволновых полей низкой энергии. Эти уровни указаны в табл. 3. Фактор поправки на 10 был предложен для источников облучения в импульсном режиме, когда излучающие устройства применяются для кругового или секторного обзора [60]. Помимо этого, уровни облучения, отличающиеся на величину одного порядка, являются допустимыми из-за градиентов возможного поля и пределов точности измерительной аппаратуры [И]. В значительной мере расхождения в величинах предельно допустимых доз микроволнового облучения, установленных в Соединенных Штатах и в социалистических странах, связаны с различными установками исследователей по этому вопросу. Эти различия особенно отчетливо проявляются в основных концепциях промышленной гигиены и фундаментальных научных исследованиях. Допустимые дозы СВЧ-облучения, используемые в США и большинстве других стран, как уже отмечалось, основаны на измерении экзогенной тепловой нагрузки, которую переносит тело и рассеивает без какого-либо существенного повышения общей температуры. Этот уровень переносимости равен 10 мвт/см2 при непрерывном воздействии. В отличие от допустимых уровней воздействия сверхвысокочастотного поля в США, в СССР максимально допустимые уровни облучения основаны на «астенических» синдромах, которые наблюдаются у специалистов, работающих с микроволновыми облучателями. В научной литературе стран Запада не приводится доказательств, которые бы свидетельствовали о том, что принятый в США уровень облучения СВЧ-поля плотностью потока мощности в 10 мвт/см2 является опасным для здоровья. Если проанализировать общую методологию промышленной гигиены в Соединенных Штатах, то можно видеть, что для каждого «токсического вещества» существует концентрация или уровень, ниже которых не наблюдается явлений интоксикации, и что не «все явления» представляют угрозу для здоровья, причем такая позиция представляется даже более реалистичной. По мнению Мэгнисон и др. [236], основная установка промышленной гигиены в СССР базируется на признании следующих факторов: 1) максимально допустимый уровень определяется как такой уровень, при котором ежедневная работа не вызывает никаких отклонений в состоянии здоровья, а также заболеваний; 2) допустимые уровни основаны всецело на учете выраженности биологических эффектов; 3) величины допустимых уровней являются максимальными, а не усредненными за все время действия фактора; 4) независимо от установленного значения оптимальными величинами и идеальными значениями являются нулевые уровни, т. е. полное отсутствие потенциально опасного фактора. Максимально допустимые уровни микроволнового облучения не являются жесткими нормами, но, по существу, допускают колебания от указанных уровней в «диапазоне разумных пределов», и максимально допустимые уровни микроволнового облучения представляют собой желаемые значения, к которым следует стремиться, а не абсолютные величины, которыми надлежит руководствоваться в практической работе. Наличие основных различий в методологии промышленной гигиены еще не означает, что допустимые уровни, установленные в США и в СССР, вообще несопоставимы, как это может показаться на первый взгляд. Мероприятия по защите Рекомендации по защите от повреждающего действия сверхвысокочастотного поля даны в ряде публикаций [13, 28, 38, 60, 66, 269, 270, 295]. Эти мероприятия охватывают как индивидуальную, так и коллективную защиту людей от действия сверхвысокочастотного поля с помощью специальной одежды, очков и экранирующих средств. Решаются они в техническом и организационном аспектах.
38 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ Особый интерес в этом разделе представляют данные о влиянии статического электрического поля (СЭП) и низкочастотных (с частотой в 60 гц) электрических полей. Обзор работ по биологическому действию полей статического электричества представлен Новицким и др. [52]. Они отмечают, что в текстильной, деревообрабатывающей, бумагоделательной и других отраслях промышленности в процессе работы образуются и накапливаются заряды статического электрического поля в результате трения материалов с высокими диэлектрическими качествами. Число людей, работающих в СЭП, возрастает по мере увеличения использования сверхвысокочастотных линий электропередач постоянного тока (от 400 до 750 кв). Исследования на животных [5, 32, 66, 102] свидетельствуют о том, что статическое электрическое поле, если и обладает биологическим эффектом, то последний очень слаб и невыразителен. Говоря о биологическом действии электрических полей, важно различать случаи контактирования тела человека с двумя проводниками различных потенциалов (случай контактирования с двумя проводами) и случаи, когда тело находится во внешнем электрическом поле, в изоляции от проводов (случай бесконтактного воздействия). Этот раздел в основном посвящен анализу биологического действия электрического поля при отсутствии прямого контакта с проводниками. Однако для лучшего понимания биологического бесконтактного действия электрического поля необходимо вкратце рассмотреть биологические эффекты, вызываемые воздействием электрического поля при контактировании с двумя проводниками. Когда тело человека находится в контакте с двумя проводниками различных потенциалов, через него начинает протекать электрический ток. Биологические реакции, наблю- Таблица 4. Пороговые уровни электрических токов по данным Швэна [285] Показатель Ток,ма Плотность тока, ма/см2 Ощущение Появление двигательных расстройств в результате воздействия электрического тока Возникновение фибрилляции желудочков сердца 1 10 100 0,1—1 0,1—1 около 1 даемые при воздействии «электрического шока», описаны в ряде обзорных работ [160,161, 162, 210, 211, 212, 285]. Типичные пороговые значения для токов промышленной частоты 50—60 гц, составляющие длительность воздействия в несколько секунд, представлены в табл. 4. Пороговым значением для ощущения электрического тока в организме человека является показатель его силы приблизительно в 1 ма. При величине силы тока приблизительно в 10 ма достигается пороговый эффект «судорожного действия». Эта пороговая величина характеризуется нарушением способности пострадавшего человека выпустить из рук электрический проводник. Прохождение через корпус человека тока величиной приблизительно в 100 ма вызывает фибрилляцию желудочков сердца с последующей гибелью [285]. Кизи и Летчер [211, 212] в качестве предельно допустимого порога силы электрического тока для взрослого населения и детей, рекомендуют величину в 5 ма. Чувствительность различных органов и патологические изменения в них при воздействии электрического тока не одинаковы. Органические расстройства нервной системы наблюдаются в тех участках головного или спинного мозга ЦНС, через которые проходит ток. Эти расстройства неспецифичны и иногда напоминают патологические изменения, возникающие при других повреждениях головного мозга. Воздействие тока на кожу двоякое. Во-первых, при прохождении через кожу электрическая энергия трансформируется в тепло, которое нарушает структуру тканей на всем пути прохождения тока. Во-вторых, свободный разряд порождает образование электрических искр, которые вызывают ожоги третьей степени. Смерть от электрических ударов наступает, как правило, из-за паралича сердечной или дыхательной деятельности. Во многих случаях прекращение сердечной деятельности развивается вследствие фибрилляции желудочков. Остановка дыхания возникает в результате прямого действия тока на дыхательный центр или вторичного, из-за гипоксии клеток центра в связи с нарушением сосудистого кровообращения при фибрилляции желудочков [174]. На клеточном уровне биологическое действие тока является скорее всего функцией его плотности [181, 285]. Пороговое значение силы тока в 5 ма соответствует плотности тока от 0,1 до 1 ма/см2 [285].
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 39 В случае бесконтактного воздействия переменное поле индуцирует в организме человека электрический ток. Швэн [285] не исключает того, что низкочастотные поля могут способствовать появлению опасных плотностей тока в организме человека. Он показал, что плотность тока в равной мере зависит от напряженности поля и от его частоты. Его Таблица 5. Характеристики электрических полей с частотой в 60 гц> создающих в организме человека опасные плотности тока, по данным Швэна [285] Опасная плотность тока, ма/см2 Напряженность поля, мв/см ОД 1 Искровой разряд в воздухе 1 10 30 кв/см результаты, представленные в табл. 5, свидетельствуют о том, что поле, необходимое для возникновения опасных плотностей тока, имеет величину на два порядка больше величины напряженности поля, при котором воздух теряет свои электроизолирующие свойства и возникает искрение. Тем не менее имеется большой объем информации, которая свидетельствует о том, что при воздействии на животных стационарных и низкочастотных электрических полей наблюдаются биологические эффекты. Обзор литературы по этому вопросу представлен в работе Новицкого, Гордон, Пресмана и Холодова [52]. Описан широкий диапазон физиологических реакций, включая изменения показателей крови, частоты сердцебиений, дыхания, варьирующих по своей тяжести от анафилактического шока в результате повторных воздействий до смертельного исхода. Описаны также обширные морфологические изменения. Уровни напряженности поля, при которых были выявлены биологические эффекты, варьировали в пределах величин порядка 50—5000 в/см, причем в большинстве случаев уровни напряженности поля составляли величину в диапазоне от 200 до 2000 в/см. В большинстве своем представленные в этой работе материалы трудны для интерпретации, поскольку в ней точные характеристики напряженности поля и его частоты не указаны и во многих случаях были скорее пульсирующие, нежели непрерывные поля. Прямой противоположностью вышеупомянутой работы является исследование Кникер- бокера, Коувенховена и Барнса [215], в котором 22 мыши, особи мужского пола, были подвергнуты воздействию поля с частотой в 60 гц при величине напряженности в 1,9 кв/см в течение 1500 час. на протяжении 10,5 месяца наблюдения. Тщательное обследование подопытных животных не выявило каких-либо отклонений в состоянии их здоровья, в поведении или в функции размножения; патогистологическое исследование животных, проводившееся по окончании воздействия облучения, не выявило каких-либо патологических отклонений во внутренних органах. Ряд исследований был проведен также на лицах, подвергающихся воздействию электрических полей высокой мощности в процессе профессиональной деятельности [52, 76]. В этих работах авторами описывается ряд субъективных симптомов, таких, как рассеянность, повышенная возбудимость, головные боли, сонливость и утомление, связанные с воздействием электрических полей высоких энергий. Однако трудность в интерпретации этих субъективных показателей состоит в том, что нередко очень сложно определить, какие факторы рабочей среды вызывают описанные симптомы, поскольку все эти субъективные явления наблюдаются и у лиц других профессиональных групп. Алрич и Ферин [308] считают, что причиной отмеченных явлений и субъективных жалоб, по-видимому, являются факторы нерегулярного смещения суточной ритмики (т. е. работы в ночную смену) и воздействие сухого воздуха. Ковенховен и др. [218, 219] провели обследование электромонтеров, обслуживающих линии высокого напряжения, многие из которых работали по нескольку лет на высоковольтных линиях передач. Они не обнаружили каких-либо отклонений в физическом, психическом или эмоциональном статусе обследованных лиц, которые можно было бы связать с воздействием электрических полей высокого напряжения. Таким образом, ни результаты экспериментального наблюдения на животных, ни результаты клинического обследования не выявляют каких-либо отчетливых данных о неблагоприятном действии на человека стационарных или низкочастотных электрических полей. До того, как будут получены результаты, подтверждающие предполагаемое неблагоприятное влияние, предельно допустимыми величинами воздействия на человека электрического поля высокого напряжения следует считать, очевидно, пороговую величину электрического искрения.
40 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ВЛИЯНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ За последние 10 лет накоплено много данных о биологическом действии магнитных полей (МП). Хотя не все эти работы равнозначны по своей ценности, многие из них свидетельствуют о прогрессе в этой отрасли знания [52]. В последние годы появился ряд обобщающих работ, в которых детально разбираются вопросы магнитобиологии [51, 68, 99, 112, 122, 123, 126, 127, 130, 131, 138, 147, 148,149,155,180,183,191]. В полетах за пределами околоземного пространства космонавты окажутся не только вне гравитационного поля, но и вне привычного для них геомагнитного окружения. К счастью, в отличие от фактора невесомости на Земле возможно создание (правда, в ограниченных объемах) различных «магнитных условий». Полученные с помощью специальных катушек или экранирующих материалов, такие системы могут быть использованы для исследования возможных воздействий магнитных параметров на различных участках траектории будущих космических полетов [180]. Наличие биологического действия магнитных полей ныне в литературе доказано с документальной точностью. Биологические явления, связанные с воздействием МП, описаны на большом числе экспериментальных биологических объектов [52, 184]. Сюда относятся бактерии [194], культуры клеток [168, 260, 268], насекомые [153, 260, 303], растения [169] и другие организмы, так же как и млекопитающие, включая человека. Для лучшего понимания биофизических механизмов действий МП на живые организмы представляется целесообразным рассмотреть ряд физических концепций. В отличие от внешних электрических полей (случай безконтактного действия) магнитные поля легко проникают в биологические структуры, так что весь организм испытывает на себе воздействие поля. В случае равномерного магнитного поля весь организм испытывает практически равномерное воздействие. В случае градиентного поля его воздействие постепенно усиливается от одной стороны биологического объекта к другой. В табл. 6 представлен ряд возможных взаимодействий, которые, по современным представлениям, играют важную роль в биофизических механизмах биологического действия магнитных полей. Однако в литературе приведено мало прямых доказательств, свидетельствующих о значимости каждого из указанных механизмов. В случае неоднородных полей парамагнитные частицы могут притягиваться к более сильному полю, а диамагнитные — к более слабому полю; это явление невозможно в полях с равномерным распределением магнитной энергии. В случае воздействия переменных магнитных полей «непрямые» эффекты могут быть вызваны электрическим током, индуцированным магнитным полем. О специфическом действии магнитных полей высокой и низкой напряженности на человека известно относительно мало. Исследования в области магнитобиологии в прошлом были направлены главным образом на определение влияния магнитных полей, отличных от геомагнитных, на животных, растения и простые химические системы. Этой теме посвящен один из обзоров [148]. Поскольку человек развивается в магнитном поле Земли, логично предположить, что удаление человека из этого окружения может нанести ущерб его здоровью [180]. В литературе описано немного случаев воздействия ослабленного магнитного поля на организм человека. Накоплен определенный опыт в период проведения регламентных работ внутри колец с таким полем. Освидетельствование здоровья технического персонала, работающего большую часть времени в условиях воздействия ослабленного магнитного поля Таблица 6. Возможные механизмы биологического действия магнитных полей * Процесс Реагируемый агент Взаимодействие Диффузия Полупроводниковые эффекты Изменение уровня Изменение связей Изменение вращатель^ ной поляризации Изменение уровня Индукция Промежуточные свободные радикалы Клеточные мембраны Функция нейронов Гормональная секреция Фермент — субстрат Специальные участки молекул Парамагнитные и диамагнитные частицы в неоднородных полях Наведенные электрические токи в переменных полях * По материалам Барнотти [123].
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 41 в течение нескольких лет не выявило заметных отклонений [129]. Сводные данные по этому вопросу представлены в табл. 7. Таблица 7. Влияние магнитных полей на человека [129] Магнитное поле Время воздействия Влияние на человека * Переменное Постоянное, мощностью до 20 кгс Постоянное, мощностью 5 кгс 15 мин. Менее 3-х дней в год Зрительные ощущения (фосфены) Отсутствие ощущений при частичном или общем воздействии на тело Отсутствие последействия * В некоторых случаях описаны изменения вкуса и болевые ощущения в зубах, вызываемые воздействием магнитного поля на пломбу. Животные в эксперименте подвергались воздействию магнитных полей очень высокой напряженности. Бейшер [132] подвергал мышей воздействию однородных магнитных полей с напряженностью до 120 000 гауссов * и поля с напряженностью в 45 000 гауссов с градиентом в 7 000 гаусс/см. Длительность воздействия в этих экспериментах составила 1 час. Анализ результатов 8-месячного периода наблюдения после воздействия не выявил каких-либо отклонений в скорости роста облученных животных или в гемоцитарных сдвигах в крови. Еще более детальные исследования были выполнены на древесных обезьянах, подвергавшихся воздействию магнитных полей высоких энергий. У облученных обезьян были выявлены сдвиги в ЭКГ [134, 135] и электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Холодов и др. [100] также выявили сдвиги в ЭЭГ кроликов, подвергавшихся воздействию магнитных полей с напряженностью в 800 эрстед. Что касается значимости этих сдвигов для состояния здоровья, то роль указанных отклонений в ЭКГ и в ЭЭГ до сих пор не установлена. По мнению Бейшера [133], в условиях длительного воздействия (порядка нескольких суток — недель) наблюдаемые биологические эффекты, по-видимому, вызываются постепенным накоплением продуктов обмена 1 Величины напряженности магнитного поля обычно выражаются в плотности потока (В) в гауссах или напряженностью поля в эрстедах (Н). В целях простоты в этой главе оба показателя считаются численно эквивалентными. в результате нарушения физического и биохимического равновесия. У животных, подвергавшихся воздействию магнитных полей умеренной напряженности (в диапазоне от 1000 до 10 000 гауссов) в течение от нескольких суток до нескольких недель, был выявлен ряд явлений биологического действия. Сюда относятся замедление роста, изменение гематологических показателей [119], морфологические изменения [121] и замедленное заживление раны [186]. Высказывается мнение [118], что вышеупомянутые эффекты могут быть вызваны торможением процессов митоза, что быстро- делящиеся опухоли могут оказаться особенно чувствительными к действию магнитных полей. Эксперименты на мышах, восприимчивых к опухолевым заболеваниям, дали многообещающие результаты [118, 120, 185], и по этой причине возможность использования магнитных полей в лечении раковых заболеваний человека должна стать объектом пристального внимания врачей. Доказательство возможного мутагенного эффекта магнитных полей сомнительно. Кло- уз и Бейшер [153] не выявили каких-либо генетических отклонений в развитии дрозофилы, подвергавшейся воздействию полей с напряженностью до 120000 гауссов в течение одного часа. Мюлей и Мюлей [260] также не выявили каких-либо генетических последствий пребывания дрозофилы в магнитных полях с напряженностью от 100 до 4000 эрстед за период наблюдения от одного до трех поколений дрозофилы. С другой стороны, Тэйгенкамп [303], также проводивший наблюдения на дрозофиле, обнаружил мутации и отклонения в коэффициенте соотношения рождаемости особей различного пола у мух, подвергавшихся воздействию полей величиной до 520 эрстед на протяжении 24 час. Таким образом, вопрос о возможном генетическом действии магнитных полей все еще остается открытым. Имеются данные о том, что человек может переносить кратковременное воздействие магнитных полей высокой напряженности без каких-либо патологических эффектов. Это подтверждается опытом лиц, работающих в различных физических лабораториях в США, которые в процессе своей повседневной работы или в аварийных ситуациях подвергались воздействию магнитного поля с напряженностью до 20000 гауссов в течение 15 мин. Единственными симптомами, выявленными в период пребывания людей в магнитном поле,
42 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ были изменения вкусовых ощущений и появление нерезко выраженной зубной боли у ряда лиц с металлическими пломбами во рту. Явлений последействия отмечено не было [129]. Лица, подвергавшиеся воздействию переменных полей, обнаружили зрительные ощущения, названные фосфенами [52, 129]. Принято считать, что эти ощущения являются результатом непрямого действия наведенных электрических токов. Руководителями Стэнфордского центра линейных ускорителей рекомендован ряд предельно допустимых доз пребывания человека в магнитных полях. Указанные величины представлены в табл. 8. Они отражают как Таблица 8. Предельно допустимые нормы для пребывания в магнитных полях, рекомендованные Стэнфордским центром линейных ускорителей Область воздействия Длительное воздействие (часы), гауссы Кратковременное воздействие (мин.), гауссы Все тело или го- 200 лова Руки и кисти рук 2000 2000 20 000 результаты экспериментальных наблюдений, проведенных на животных, так и результаты тщательного обследования технического персонала Центра, подвергавшегося воздействию магнитных полей. Новицкий и др. [52] в своем обзоре приводят результаты обследования А. М. Вя- ловым 1500 специалистов, подвергнувшихся воздействию магнитных полей в процессе профессиональной деятельности. Эти специалисты провели в общей сложности 20—60% своего рабочего времени в условиях воздействия магнитного поля, напряженность которого в области рук составила величину 350— 3500 эрстед, а в области головы не более 150—250 эрстед. Автором был описан ряд «общих» симптомов, таких, как головная боль, жалобы на утомление, явление пониженного артериального давления и уменьшение числа лейкоцитов в циркулирующей крови. Был описан также ряд «специфических^ эффектов, связанных с воздействием магнитных полей на руки у ряда специалистов. Эти «специфические» эффекты включают потливость ладоней кистей рук, высокую температуру кожных покровов, отек подкожных тканей и шелушение кожи на ладонной поверхности рук. На основе полученных данных Вяловым разработаны предельно допустимые уровни облучения людей магнитным полем, которые представлены в табл. 9. Эти уровни Таблица 9. Предельно допустимые нормы для пребывания человека в магнитных полях, рекомендованные А. М, Вяловым [52] Область воздействия Величина поля, эрстеды Градиент поля, эрстеды Все тело Руки 300 700 5—20 10-20 мало отличаются от аналогичных уровней, рекомендованных Стэнфордским центром линейных ускорителей для продолжительных воздействий магнитных полей на организм человека. Более низкие уровни предельно допустимого поля, его напряженности, по данным Вялова, по-видимому, являются следствием упомянутых выше симптомов «специфического» действия магнитного поля на руки специалистов. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ СЛАБОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ Обычный уровень геомагнитного поля на поверхности Земли составляет величину приблизительно 0,5 гаусса, или 50000 гамм (1 гамма=10"5 гаусс), но оно несколько меняется в зависимости от географической широты и времени. Механизмы физиологического действия магнитного поля слабой напряженности, если это действие вообще существует, в литературе описаны недостаточно. Принципиально можно создать экспериментальную зону почти с полным отсутствием магнитного поля либо путем экранирования этой зоны, либо путем компенсации геомагнитного поля Земли. Исследования биологического действия подобных ослабленных магнитных полей представляют значительный интерес, поскольку а) они дают возможность исследовать неблагоприятное действие, связанное с отсутствием геомагнитного поля в процессе космического полета человека, и б) представляют научный интерес с точки зрения потенциальной физиологической роли нормального геомагнитного поля Земли на состояние организма человека. В литературе описан ряд исследований, проведенных по изучению влияния ослабленных магнитных полей на различные биологические организмы, и открыт ряд явлений это-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 43 го биологического действия. Обзор работ этого направления представлен в статье Коун- ли [155]. Здесь будут представлены результаты исследований, проведенных только на человеке. В ряде работ указывается на наличие тесных корреляций между состоянием здоровья человека и либо различными географическими вариациями геомагнитного поля [52], либо временными флуктуациями в магнитном поле данной географической зоны [52, 127]. Однако значимость этих корреляций до настоящего времени до конца не выяснена. Описаны два очень сходных экспериментальных исследования, которые были проведены на добровольцах, находившихся в магнитных полях с напряженностью приблизительно в 50 гамм или меньшей [136, 137]. В общей сложности шесть испытуемых провели 10 суток в магнитном поле слабой интенсивности, указанной выше. Обследуемые лица не отметили каких-либо отклонений в состоянии здоровья и чувствовали себя хорошо. Для выявления потенциально возможных неблагоприятных последствий воздействия магнитного поля слабой напряженности в работах были использованы физиологические и психологические тесты, большинство из которых показало отрицательные результаты. Однако было выявлено достоверное изменение порога критической частоты слияния мельканий, или частоты, на которой мелькающий свет не может быть различим визуально от непрерывного света. Эти тонкие сдвиги в показателе критической частоты слияния мельканий не могут считаться индикатором неблагоприятного действия магнитного поля слабой интенсивности. Они, однако, свидетельствуют, о том, что отсутствие геомагнитного поля оказывает на организм человека биологическое действие и, по-видимому, длительное отсутствие геомагнитного поля вызовет более серьезные последствия. В заключение следует указать, что статические магнитные поля в лабораторных экспериментах на животных в ряде случаев обнаруживали неблагоприятное действие, но в литературе мало данных о возможном неблагоприятном действии магнитных полей на человека в зависимости от напряженности магнитного поля, его градиента и длительности воздействия. Имея в виду недостаточность данных по этой проблеме, рекомендованные уровни предельно допустимого воздействия магнитным полем, разработанные в Стэн- фордском центре линейных ускорителей (см. табл. 8) и на основе результатов обследования С. М. Вялова (см. табл. 9), могут рассматриваться лишь приблизительными, ориентировочными показателями, которые будут меняться по мере уточнения и получения новых данных. Мало известно о биологическом действии переменных магнитных полей на человека, и по этой причине в настоящее время не могут быть даны обоснованные рекомендации по предельно допустимым уровням воздействия на человека указанными полями. Неблагоприятных биологических отклонений у лиц, подвергавшихся воздействию ослабленного магнитного поля в течение 10 суток, не наблюдалось. Однако получены данные, свидетельствующие о том, что обычное геомагнитное поле Земли играет определенную физиологическую роль в организме человека, значимость которой еще не установлена. Тем не менее выход человека за пределы обычного геомагнитного поля Земли должен считаться возможным фактором опасности в будущих космических полетах большой продолжительности. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Поскольку энергия кванта в диапазонах радиочастотной и микроволновой энергий слишком мала, чтобы вызвать разрыв даже самой слабой связи в каких-либо биологических структурах, предложен ряд теорий молекулярного действия микроволновых энергий, которые предполагают: специфическое тепловое действие; нетепловую белковую коагуляцию в результате резонансных вибраций боковых цепочек в белковых молекулах; эффект «жемчужных цепей», который включает ориентацию взвешенных частиц; нарушение электромагнитной регуляции функций. До настоящего времени ни одна из этих гипотез не может считаться доказанной [61]. Механизмы поглощения радиочастотной и микроволновой энергий, особенно в гетерогенных структурах живого организма, чрезвычайно сложны. В соответствии с электрическими свойствами тканей человека (диэлектрическая постоянная, фактор потерь энергии, электропроводность), меняющимися с данной частотой, радиочастотная энергия может поглощаться путем потери энергии вследствие
44 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ионной проводимости и диэлектрических потерь из-за релаксации дипольных молекул воды. При возрастании частоты электромагнитных колебаний увеличивается и значимость последнего феномена. В итоге электромагнитная энергия превращается в тепловую энергию за счет направленных колебаний молекул воды и ионов [12]. Считается также, что здесь может иметь место резонансное поглощение излучения белковыми молекулами при воздействии сверх- и ультравысоких частот [310]. Нарушение функционирования мембранного аппарата клетки может служить основным механизмом действия во всех случаях поглощения электромагнитной энергии [52]. Предполагают, что микроволновое поле растормаживает или угнетает обменные процессы (например, тканевое дыхание) путем изменения ферментативной активности. Экспериментально доказано, что обменные сдвиги воспринимаются хеморецепторами. Следовательно, в случае поверхностного поглощения микроволн информация об этом должна перерабатываться в ЦНС (^<10 см) [61]. Пресман [65, 68] высказал мысль о том, что электромагнитные поля могут принимать участие в процессах регуляции в живом организме (по нервно-рефлекторным и гуморальным механизмам), т. е. что внутриклеточные процессы контролируются при взаимодействии органов и систем с помощью электромагнитных процессов. Принимая во внимание эти обстоятельства, можно допустить, что при воздействии микроволновой радиации этот процесс регуляции нарушается. Суббота и Ковач [81], однако, не согласны с подобной точкой зрения, поскольку нет никаких доказательств наличия в организме механизма функциональной регуляции электромагнитной волновой природы. Специфический, т. е. нетепловой, эффект от воздействия микроволновой энергии экспериментально еще не подтвержден. Так как биологические объекты электрически гетероген- ны и электромагнитные поля микроволнового диапазона (ЭМП) обладают известным избирательным тепловым эффектом на различные ткани и органы, различие в действии микроволнового облучения и нейтрального теплового эффекта не обязательно связано с неизвестным экстратермальным фактором. Скорее всего это могло быть функцией неожиданного распределения тепла в организме, что способно вызвать этот характерный эффект. Так называемые «нетепловые» воздействия микроволнового облучения, возможно, являются «микротермальными» воздействиями [57]. Исследования, описывающие неврологические воздействия «нетепловых» мощностей микроволновых энергий, не указывают отчетливо, являются ли сдвиги, вызванные микроволновым облучением, результатом генерализованного теплового эффекта или следствием более специфических влияний на особо ранимые ткани. Отсутствие данных с точным измерением температуры или необходимых устройств для измерения плотности потока мощности может играть определенную роль в допущении «нетепловых» или «специфических» микроволновых воздействий. Известно, что радиочастотное поле воспринимается периферической нервной тканью при повышении температуры даже в том случае, когда рядом расположенные мышечные ткани и кожа не обнаруживают измеримого изменения температуры. Когда периферические нервы нагреваются выше минимального уровня, они спонтанно могут сигнализировать об этом в вышестоящие нервные образования. Исследования, проведенные Мак Эйфи [227], свидетельствуют о том, что тепловое раздражение периферических окончаний нервной системы может вызвать отмеченные нейрофизиологические и поведенческие сдвиги. В соответствии с самыми достоверными данными, наиболее важное действие от поглощения микроволнового излучения заключается в преобразовании поглощенной энергии в тепловую, которая при определенных физических и физиологических условиях может проявиться в повышении температуры; последняя является функцией процессов терморегуляции и активной адаптации животного. Конечным результатом такого воздействия являются либо обратимые, либо необратимые изменения, зависящие от условий облучения и физиологического состояния индивидуума. На основании опубликованных материалов по биологическому действию низкочастотного электрического поля трудно сделать заключение о биофизическом механизме действия электрического поля. Данные по частотно- избирательному характеру биологического действия электрического поля противоречивы; кроме того, все еще нет информации о зависимости биологического действия от мощности и длительности воздействия электрического поля в широком диапазоне параметров Г521. Предполагают, что физиологические системы с точки зрения электротехники являются
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 45 комбинацией сопротивлений и емкостей. Когда постоянный ток проходит через ткань, она ведет себя как простое электролитическое сопротивление — проводник. В присутствии электрических токов организм можно рассматривать как электрохимическую систему. А с анатомической точки зрения, например на мембранах, поле способствует образованию разности потенциалов. Следовательно, если допустить возможность действия электрических токов на тело, то конечным результатом этого действия будет интеграция внутренних токов плюс токов, приложенных извне [174]. Воздействие мощных магнитных полей на животных, изолированные органы, тканевые культуры злокачественных опухолей и нормальной ткани, а также на простые химические системы вызывало биологические эффекты в самом широком диапазоне [148]. До настоящего времени не установлено понятие дозы магнитного воздействия в зависимости от вызываемого им эффекта. Биологические эффекты предсказывают на основе только одной напряженности поля, равно как и на основе неоднородности парамагнитной составляющей напряженности поля. Механизмы, предложенные для объяснения биологического действия магнитных полей, были проанализированы в работах Басби [148] и Гриссет [183]. К ним относятся: а) возникновение электродвижущей силы в движущихся проводниках; б) сила, возникающая при движении носителей заряда в критических участках; в) диамагнитные и парамагнитные эффекты — сжатое магнитное поле изменяет характер движения электронов по орбитам таким образом, что наведенное магнитное поле противоположно внешнему приложенному полю; г) вращательная диффузия— увеличение магнитного поля приводит к снижению вращательной диффузии, а уменьшение магнитного поля приводит к ее увеличению, что в свою очередь вызывает понижение скорости биохимических реакций; д) изменение углов связи, которое может повлиять на скорость протекания химических реакций; е) изменение туннельной скорости протонов в водородных связях макромолеку- лярных систем. ПРОБЛЕМЫ, ТРЕБУЮЩИЕ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Поскольку вторжение человека в космическое пространство сопряжено с резкими изменениями его среды обитания, изменениями, которые составляют диапазон от магнитных полей низкой напряженности до очень мощных полей, создаваемых в космическом корабле (которые могут включать в себя и биологическое действие радиочастотных энергий), здесь представляется важным обосновать необходимость дальнейших исследований в этих направлениях применительно к задачам космической биологии. Исследования та- того рода трудоемки. Нет окончательных экспериментальных данных, которые могли бы раскрыть и многократно подтвердить закономерности их влияния на биологические организмы. Ведь это же факт, что каких-либо биологических последствий от действия поля, в особенности если это слабое поле, не замечено совсем. В связи с актуальным характером проблемы наиболее важной задачей является получение новых закономерностей и достоверное, воспроизводимое подтверждение уже известных явлений. Число этих явлений невелико, но они должны быть однозначны [299]. В общих чертах отличительной особенностью действия электрических полей, и в меньшей степени электромагнитных волн, является зависимость биологического эффекта от геометрии объекта, подвергающегося воздействию. Поэтому необходимо знать физические характеристики исследуемого объекта [52]. Использование широко распространенных электрофизиологических методов исследования влияния микроволновых полей на организм не всегда возможно, поскольку датчики (электроды, термопары и т. д.) могут сами по себе служить приемными антеннами и в них в процессе воздействия наводятся значительные высокочастотные напряжения. Эти напряжения дают толчок вторичным, но иногда очень сильным раздражениям, приводящим к сдвигам различной степени вплоть до тепловой коагуляции белка в тканях. К сожалению, исследователи нередко проходят мимо этого факта [61]. При проведении экспериментальных исследований на животных следует помнить о том, что изменения в организме под влиянием микроволнового облучения в значительной степени зависят от геометрических 'размеров животных, что в свою очередь определяет глубину проникновения микроволновой энергии, которая связана также с длиной волны.
46 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Хорошо известно, что на определенной длине волны (например, X=10 см) жизненно важные органы у мышей и крыс могут поглощать электромагнитную энергию, тогда как у собак и в особенности у человека почти вся эта энергия поглощается поверхностными тканями головы, грудной клетки и передней брюшной стенки живота. В эшх случаях ткани мозга, сердца и других внутренних органов не подвергаются прямому воздействию микроволновых энергий [61]. Особенности воздействия микроволнового излучения в настоящее время известны только для определенного ряда дискретных точек электромагнитного спектра излучения. Наши представления о механизме биологического действия микроволнового излучения на различные органы и системы органов являются неполными, и изучению особенностей действия микроволнового излучения на проницаемость клеточных мембран, тканевое дыхание и т. д. посвящено мало исследований. Недостаточно внимания уделяется комбинированному воздействию электромагнитной энергии и различных факторов окружающей среды (высокая температура, кислородная недостаточность); следует учитывать также временные характеристики дозы, вид модуляции и другие параметры [61]. Поскольку большинство описанных в литературе эффектов биологического действия микроволн «низких энергий» связано с изменением поведенческих реакций и сдвигами со стороны ЦНС, необходимы исследования, направленные на установление природы и механизмов реакции нервной системы (если таковые существуют вообще) на воздействие электромагнитных и магнитных полей, необходимо изучить степень нарушения условно- рефлекторной деятельности, которое может иметь место при этом. Вследствие важности интегрирующих и регулирующих функций нервной системы внимание исследователей должно быть приковано к нейроэндокринной и ЦНС системам как наиболее чувствительным к воздействию структурных образований. Следует решить вопрос о том, могут ли сдвиги, отмеченные в центральной нервной системе, если они достоверны, быть достаточными для того, чтобы вызвать нарушение работоспособности при малых допустимых уровнях, которые непосредственно не угрожают здоровью и ощущению комфорта [180]. При любом подходе в оценке опасности не- ионизирующей электромагнитной энергии чрезвычайно важно, чтобы исследовательская группа была укомплектована специалистами биологического и физического профиля подготовки, работающих вместе. Специалисты в области физики выбираются из лиц, хорошо знакомых с теорией электромагнитного поля и электроникой. Ученые-биологи должны иметь опыт работы в таких дисциплинах, как генетика, поведенческие науки, физиология, биохимия и патология, а также широкую подготовку или кругозор в медицине или ветеринарии. Задача специалистов — соединить эти два направления. В частности, проблема дозиметрии является одной из самых актуальных. Нет никакого сомнения в том, что толкование результатов биологического эксперимента зависит от хорошо поставленной дозиметрии. В дополнение к точному измерению электромагнитных полей окружающей среды необходимо определить и количество энергии, действительно поглощаемой исследуемыми тканями. Таким образом, назрела потребность создать точный, многоцелевой дозиметр, ускорить разработку вживляемых электродов, а создание интегрирующего дозиметра принесет неоценимую пользу для количественной оценки неблагоприятного биологического действия микроволн при измерении поглощенной дозы. В этой связи не следует терять из виду тот факт, что хотя хорошая дозиметрия и вживляемые электроды крайне необходимы, они не принесут пользы до тех пор, пока не будут ясно определены задачи и цели биологического исследования. Кроме того, нужны хорошо оснащенные лаборатории с собственными источниками электромагнитных полей, стенды для дозиметрии и моделирования воздействий,, а также база экспериментальных животных. Важно и то, что исследование должно проводиться таким путем, чтобы все аспекты его нашли количественное выражение, включая поля, действующие на ткань изнутри и снаружи, разновидность и степень биологического действия (является ли действие опасным или безвредным, или это действие — артефакт, тепловое или нетепловое оно по своей природе и как оно согласуется с результатами, полученными другими исследователями). Необходимо принимать во внимание геометрические размеры тела экспериментального животного с соответствующим коэффициентом пересчета при проведении точных дозиметрических исследований in vivo, так чтобы "результаты, полученные исследователем на одном виде животного, могли быть сопоставлены с результатами, полученными другим исследователем при использовании других видов подопытных объектов. Поскольку попе-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 47 речные сечения тела при поглощении электромагнитной энергии и модели внутреннего нагрева могут широко отличаться друг от друга, исследователю может показаться, что он наблюдает низкоэнергетический или нетепловой эффект у одного животного, так как энергия, вызывающая эффект, мала. На самом деле, мелкое животное может подвергнуться такому воздействию в зависимости от поглощенной энергии в данной области тела, как и животное более крупных размеров при более высоких мощностях электромагнитной энергии. Это подчеркивает необходимость разработки соответствующих коэффициентов пересчета как по геометрическим, так и по физиологическим характеристикам подопытных животных различных видов. Особое внимание должно быть уделено проблемам технического оснащения — разработке более адекватных способов для производства измерений в присутствии электромагнитных волн или электромагнитного поля. Крайне необходимо изыскать такие методы измерения напряженности поля, электрофизиологические и тепловые способы, которые позволят получить свободные от искажения данные, при этом ни в какой мере не нарушат поля и не приведут к нежелательной стимуляции тканей из-за наведенных токов (до того, как будет установлена достоверность сведений о физиологических сдвигах под влиянием действия электромагнитного поля или электромагнитных волн). Следует проводить больше исследований по определению физических характеристик человека, подвергающегося воздействию как внешних факторов, таких, как температура, влажность и наличие потоков воздуха, так и воздействию на устойчивость к электромагнитным полям. Необходимо показать различия в действии и потенциальной опасности полного и частичного облучения тела человека при воздействии различных уровней электромагнитных энергий и условий теплового стресса. Необходима информация по максимальной значимости поглощенной плотности потока мощности, средней поглощенной плотности потока мощности на единицу объема и средней поглощенной плотности потока мощности на единицу поверхности тела в отношении их потенциальной опасности при воздействии как непрерывного, так и импульсного электромагнитных полей. Самая настоятельная необходимость в оценке биологического действия электромагнитных волн, электромагнитного поля, электрического и магнитных полей заключается в установлении реалистической перспективы в отношении природы этих лучистых энергий и возможных эффектов при их воздействии. Механизмы, которые лежат в основе повреждения клетки, биологическая устойчивость наиболее чувствительных тканей и безопасные уровни мощности должны быть определены традиционным способом. Наконец, следует установить четкую грань между опасным уровнем и биологическим эффектом воздействия электромагнитных полей. КОМБИНИРОВАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ СТРЕССОВЫХ ФАКТОРОВ В космическом полете человек подвергается воздействию широкого диапазона экстремальных факторов (электромагнитной радиации, ускорений, вибраций, невесомости, изменениям барометрического давления и компонентов искусственной газовой среды, многочисленных эмоционально-психических факторов и т. д.), которые действуют на него в различной комбинации и последовательности. В условиях профессиональной деятельности люди, работающие на микроволновых передатчиках, подвергаются воздействию не только СВЧ-по- ля, но также и других факторов, таких, как мягкие рентгеновские лучи, шум, вредные примеси газовой среды (окись углерода и др.), высоких и низких температур и других факторов среды обитания. Их роль в патогенезе, однако, в достаточной степени не изучалась [60]. Взаимодействие между стрессовыми факторами может проявиться в виде дополнительных реакций, а индивидуальные стрессовые реакции могут быть антагонистическими и вызывать некоторое смягчение или просто не взаимодействовать [313]. Механизм комбинированного действия стресс-факторов, которые могут встретиться в условиях реального космического полета, освещается и анализируется в ряде работ некоторых авторов [68, 140, 249, 275, 313]. В последние годы получены материалы по комбинированному воздействию на организм электромагнитного поля в радиочастотном диапазоне и других факторов. Некоторыми исследователями были отмечены синергизм или другие формы взаимодействия СВЧ-поля и ионизирующей радиации [69, 71, 250, 251, 305, 306]. Модифицирующее влияние рентгеновского облучения на эффект СВЧ-поля
48 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ зависит от длительности и последовательности СВЧ-поля, так же как и от интервала времени между воздействием СВЧ-поля и рентгеновским облучением [249]. Майкелсоном и сотр. [247, 249] изучалось влияние лекарственных средств, угнетающих функцию гипоталамуса, на реакцию организма к воздействию СВЧ-поля. Проведены исследования по изучению влияния различной температуры окружающей среды на реакцию к действию СВЧ-диапазона электромагнитной энергии [249]. Петров и Ярохно [62] обнаружили снижение адаптации к гипоксии у кроликов, подвергающихся воздействию СВЧ-поля, при вдыхании газовой смеси с пониженным содержанием кислорода. Усиление или ослабление неблагоприятного действия рентгеновского излучения с помощью СВЧ-поля могло бы найти применение в космических полетах и в клинике лучевой терапии. Возможным механизмом этого эффекта является то, что гипоксия уменьшает образование свободных радикалов и снимает их токсическое действие. Любое изменение молекулярных структур может изменить молекулы-мишени. Термогенез и стресс способны нарушить обменно-энергетические процессы и баланс эндокринной системы. Тяжелая радиационная травма с летальными дозами облучения рентгеновскими лучами может усилить или свести к нулю действие разнообразных эффектов, вызванных СВЧ-полем. Специфическое действие частоты, плотности потока мощности, доз рентгеновского облучения и скорости получения дозы, а также пространственное разделение этих двух видов облучения до настоящего времени в достаточной степени еще не определены; не установлена также значимость этого синергизма при воздействии на организм человека [275]. Адаптация к электрическому полю вызывала повышение устойчивости мышей к воздействию ионизирующей радиации в диапазоне летальных доз [32]. Взаимодействие магнитных полей с другими факторами, по некоторым данным, приводило к снижению летальности от действия ионизирующей радиации, если до воздействия животное находилось в магнитном поле [112], и увеличивало продолжительность жизни у мышей, переносящих опухолевые штаммы [185]. С другой стороны, в экспериментах на Drosophila melanogaster синергический эффект магнитного поля с рентгеновским облучением, голоданием и ги- пероксией доказан не был [153]. Эти изолированные сообщения о комбинированном воздействии лучевых энергий, так же как и других факторов, указывают на необходимость проведения исследований, которые позволили бы выявить закономерности в механизмах их действия и решить практические задачи защиты организма от неблагоприятного эффекта облучения. Необходимо получить данные о комбинированном взаимодействии различных видов лучистой энергии в дополнение к воздействию стрессовых факторов среды на организм человека, таких, как ускорение, измененный состав газовой среды, токсические вещества, физическая нагрузка, перегревание, охлаждение, вибрация, невесомость и шум. В этой главе была предпринята попытка дать аналитический обзор, синтезировать и критически обобщить литературу по реакциям человека (что с необходимостью предполагает сопоставительный анализ этих реакций с реакциями животных) на воздействие радиочастотных энергий, магнитных и электрических полей. Хотя по многим вопросам среди исследователей отмечается значительное совпадение результатов, по другим — обнаруживается существенное расхождение. Представляется настоятельно необходимым провести исследования этих расхождений и детально проанализировать их причины, принимая во внимание все биофизические факторы, которые могут оказать влияние на реакции данного организма и изменить регуляторные системы, которые обеспечивают процессы регуляции после воздействия указанных энергий и полей. Свободный международный обмен научной информацией и более тесные личные контакты между исследователями явятся неоценимым вкладом в решение расхождений и разногласий, которые существуют в представлениях по ряду механизмов биологического и клинического действия радиочастотных и микроволновых энергий, магнитных и электрических полей. Автор выражает глубочайшую признательность за помощь госпоже Маргарет Андерсен Буш, которая не только многократно перепечатывала рукопись этой главы со столь примерным терпением и прилежанием, но также оказала большую помощь в сборе и в сверке библиографических материалов.
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 49 ЛИТЕРАТУРА 1. Аронова С. Б. К вопросу о механизме действия импульсного поля УВЧ на артериальное давление. Вопросы курортологии, 1961, 3, 243—246. 2. Бароненко В. А., Тимофеева К. Ф. Действие электромагнитного поля высокой и ультравысокой частоты на организм человека и животных. В кн.: Защита от действия электромагнитных полей и электрического тока в промышленности. Л., 1958, 48—59. 3. Бароненко В. А., Тимофеева К. Ф. Влияние электрических полей ВЧ и УВЧ на условноре- флекторную деятельность и некоторые безу- словнорефлекторные функции животных и человека. Физиологический журнал СССР им. Сеченова, 1959, 45, 184—185. 4. Билокриницкий В. С. Изменение тигроидного вещества нейронов под влиянием радиоволн. Ф1зюлогични журнал, 1966. 12, 70—78. 5. Бут В. Я. О некоторых механизмах влияния ионизированного воздуха и электрического поля на функциональную активнбсть центров блуждающих нервов. Канд. дисс. Л., 1967. 6. Гвоздикова 3. М., Ананьев В. С, Зенина Я. Я., Зак В. Я. Чувствительность центральной нервной системы к воздействию электромагнитного поля ультравысокой частоты в непрерывном режиме излучения. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1964, 29, 63-68. 7. Гинзбург Д. А., Садчикова М. Я. Изменения электроэнцефалограммы при хроническом воздействии радиоволн. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1964, 2, 126—132. 8. Гончарова Я. Я., Карамышев В, Б., Максимен- ко Я. В. Вопросы гигиены труда при работе с УКВ-передатчиками, применяемыми в телевидении и радиовещании. Гигиена труда и профессиональные заболевания, 1966, 10, 10—13. 9. Гордон 3, В. Вопросы гигиены труда, связанные с воздействием СВЧ-поля. Гигиена труда и профессиональные заболевания, 1958, 6, 14—18. 10. Гордон 3. В. К вопросу о биологическом действии УВЧ. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний, 1960, 1, 5—7. И. Гордон 3. В. Вопросы гигиены труда и биологического действия электромагнитных полей сверхвысоких частот. Л., «Медицина», 1966, 164. 12. Гордон 3. В, Вопросы гигиены труда при работе с радиочастотным электромагнитным излучением. В сб.: Эргономика и факторы внешней среды. Международное ведомство труда. Женева, 1970, 159—174. 13. Гордон 3. В., Елисеев В. В. Средства защиты от СВЧ-облучений и их эффективность. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М. Изд-во АМН СССР, 1964, 8, 151—158. 14. Гордон 3. В,, Лобанова Е. А., Кицовская Я. 4., Толгская М. С. Биологическое действие микроволн слабой интенсивности. Медицинская электроника и биологическая техника, 1963, 1, 67— 69. 15. Гордон 3. В., Лобанова Е. А., Толгская М. С. Некоторые данные действия сантиметровых волн (экспериментальные исследования). Гигиена и санитария, 1955, 12, 16—18. 16. Городецкая С, Ф. Действие сантиметровых радиоволн на плодовитость мышей. Физиологический журнал, 1963, 9, 394—395. 17. Городецкая С. Ф. Действие УВЧ-поля и конвек- 4 Заказ ЗМз 1039 тивного обогрева на цикл течки у мышей. Физиологический журнал СССР, 1964, 10, 494—500. 18. Городецкая С. Ф. Действие электромагнитного поля СВЧ на размножение, состав периферической крови, условно-рефлекторную деятельность и морфологию внутренних органов у белых мышей. В кн.: А. А. Городецкий (ред.). Биологическое действие ультразвуковых колебаний и электромагнитного поля СВЧ. Киев, Изд-во Академии наук УССР, 1964, 80—91. 19. Городецкий А. А. (ред.) Биологическое действие ультразвуковых колебаний и электромагнитного поля СВЧ. Киев, Изд-во Академии наук УССР, 1964, 120. 20. Гребенщикова А. Действие СВЧ — УВЧ-полей дециметрового и метрового диапазона на эва- куаторно-двигательную функцию желудочно- кишечного тракта у собак и морских свинок. В кн.: Вопросы биологического действия электромагнитного поля СВЧ — УВЧ. Тезисы докладов. Л., 1962. 21. Гринберг А. Г. УВЧ — ВЧ-терапия в ряде заболеваний периферической нервной системы. Казанский медицинский журнал, 1959, 40, 59—61. 22. Гришина К. Ф. Роль некоторых методологических факторов в реакции на локальное действие сантиметровых волн. Биофизика, 1958, 3, 358-362. 23. Долина А. А. Морфологические изменения в центральной нервной системе, вызванные действием сантиметровых волн на организм. Архив патологии, 1961, 23, 51—57. 24. Дручина Э. А. К клинике лечения синдрома хронического действия СВЧ на организм человека. В кн.: А. А. Летавет и 3. В. Гордон (ред.). О биологическом действии сверхвысоких частот. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 22—24. 25. Дрогичина Э. А., Садчикова М. Н., Снегова Г. В., Кончало в екая Н, М., Глотова К. В. Нарушение вегетативной и сердечно-сосудистой системы при длительном воздействии сверхвысокочастотных электромагнитных полей. Гигиена труда и профессиональные заболевания, 1966, 10, 13—17. 26. Дьяченко Н. А. Предупреждение заболеваний сердечно-сосудистой системы у операторов радиолокационных станций. Военно-медицинский журнал, 1970, 9, 45—47. 27. Ермаков Е. В. О механизме развития астено-ве- гетативных расстройств при хроническом воздействии СВЧ-поля. Военно-медицинский журнал, 1969, 3, 42—44. 28. Ермолаев Е. А. Защита людей от воздействия СВЧ-излучений. В сб. под ред. И. Р. Петрова «Влияние СВЧ-излучений на организм человека и животных». Л., «Медицина», 1970, 189—195. 29. Зенина Я. Я. Влияние импульсных электромагнитных полей СВЧ на ЦНС при кратковременном и длительном облучении. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР, 1964, 2, 26—32. 30. Иванов А. Я. Изменения фагоцитарной активности и подвижности нейтрофилов под влиянием микроволновых полей. В кн.: Вопросы биологического действия электромагнитного поля СВЧ —УВЧ. Тезисы докладов. Л., 1962. 31. Карамышев В. Б. Физиолого-гигиенические характеристики условий труда персонала телевизионных и радиовещательных станций. В кн.;
50 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Вопросы гигиены труда и профессиональной патологии в химической и машиностроительной промышленности. Харьков, 1966, 106—107. 32. Катрушенко А. Г. Сравнительная характеристика влияния ионизированного воздуха и электрического поля на обменные процессы у животных. В сб.: Аэроионизация в гигиене труда. Л., 1966, 41—44. 33. Кицовская Л. А. Исследование взаимодействия между основными нервными процессами у крыс при воздействии СВЧ-полей различной мощности. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 1, 75—80. 34. Кицовская Л. А, Влияние сантиметровых волн различной мощности на кровь и кроветворные органы белых крыс. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. Изд-во АМН СССР, 1964, 8, 14—20. 35. Кицовская Л, -4. Действие радиоволн различных диапазонов на нервную систему (метод звукового раздражения). Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. Изд-во АМН СССР, 1968, 3, 81—83. 36. Колесник Ф. А., Малышев В. М. К вопросу о клиническом обследовании повреждений, вызванных электромагнитными полями СВЧ. Военно-медицинский журнал, 1967, 4, 21—23. 37. Корсун Г. С, Михайлов Г. В. Клиническое и физиологическое обследование персонала, работающего на радиолокационных установках. Военно-медицинский журнал, 1956, 9, 32—36. 38. Куликовская Е. Л. Защита от действия радиоволн (в морском флоте). Л., изд-во «Судостроение», 1970, 152. 39. Левитина Я. А. Действие микроволн на сердечный ритм кроликов при локальном облучении участков поверхности тела. Бюлл. экспер. биол. и мед. М., 1964, 58, 67—69. 40. Летавет А. А., Гордон 3. В. Рекомендации по проведению предварительного и периодического медицинского обследования лиц, работающих с генераторами УВЧ. В кн.: А. А. Летавет и 3. В. Гордон (ред.). О биологическом действии сверхвысоких частот. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 123-125. 41. Ливанов М. Я., Цыпин А, Б., Григороев Ю. Г., Хрущев В. Г., Степанов С, М., Ананьев В. М. Действие электромагнитных полей на биоэлектрическую активность коры больших полушарий мозга у кроликов. Бюлл. экспер. биол. и мед. М., 1960, 49, 63-67. 42. Лившиц Я. Я. Условнорефлекторная деятельность собак при локальном воздействии УВЧ на некоторые зоны коры больших полушарий мозга. Биофизика, 1957, 2, 197—208. 43. Лившиц Я. Я. О причинах разногласий в оценке радиочувствительности центральной нервной системы между исследователями, применяющими условнорефлекторный и лабиринтный методы. Радиобиология, 1967, 5, 790—800. 44. Лобанова Е. А, Выживание и развитие животных при разной интенсивности и длительности воздействия СВЧ. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 1, 61—65. 45. Лобанова Е. А. Изменения условнорефлектор- ной деятельности животных при воздействии микроволн различных диапазонов. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1964, 2, 13—19. 46. Лобанова Е. А., Гончарова А. В. Влияние электромагнитных полей радиочастот 191 и 155 Мгц на условнорефлекторную деятельность животных. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. Изд-во АМН СССР, 1968, 3, 76—80. 47. Лобанова Е. А., Гордон 3. В. Исследование обонятельной чувствительности у лиц, подвергающихся воздействию СВЧ. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 1, 52—56. 48. Лобанова Е. А., Толгская М. С. Изменение высшей нервной деятельности и межнейронной связи в коре больших полушарий мозга у животных при воздействии СВЧ. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 1, 69—74. 49. Лысина Г. Г. Влияние ультравысокочастотного облучения на форменные элементы крови. Гигиена и санитария, 1965, 30, 95—96. 50. Никогосян С. В. Влияние СВЧ на активность холинэстеразы в сыворотке крови и органах животных. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 1, 81— 86. 51. Новицкий Ю. Л. Действие постоянного магнитного поля на растения. Вестник АН СССР, 1968, 19, 92—96. 52. Новицкий Ю. Л., Гордон 3. В., Прессман А. С, Холодов Ю. А, Радиочастоты и микроволны. Магнитные и электрические поля. Технический перевод НАСА, 1971, NS — 14.021, 176. 53. Обр о со в А. Н., Шурихина Л. А., Сафиулина С. Я. Действие микроволн на сердечно-сосудистую систему здорового человека. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры, 1963, 28, 223—229. 54. Орлова А. А. К клинике изменений внутренних органов при воздействии СВЧ. В кн.: А. А. Летавет и 3. В. Гордон (ред.). О биологическом действии сверхвысоких частот. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 36-40. 55. Орлова А. А. Состояние сердечно-сосудистой системы при воздействии полей СВЧ — УВЧ и высоких частот. В сб.: А. А. Летавет, 3. В. Гордон (ред.). Физические факторы внешней среды, 1960, 171-176. 56. Осипов Ю. А. Действие СВЧ — ВЧ в промышленных условиях. Гигиена и санитария, 1952, 6, 22—23. 57. Осипов Ю. А. Гигиена труда и влияние на работающих лиц электромагнитных полей радиочастот. Л., «Медицина», 1965, 220. 58. Палладии А. М., Спасская Ф. М., Якубович Р. С К вопросу о действии полей УВЧ на специфические функции у женщин, работающих с генераторами СВЧ. Акушерство и гинекология, 1962, 38, 69—79. 59. Первушин В. Ю. Об изменении в нервном аппарате сердца при воздействии сверхчастотного поля. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1957, 43, 734— 740. 60. Петров И. Р. Влияние СВЧ-излучений на организм человека и животных. Л., «Медицина», 1970, 226. 61. Петров Л. Р.. Суббота А, Г. Заключение. В сб.: Петров И. Р! (ред.). Влияние СВЧ-излучений на организм человека и животных. Л., «Медицина», 1970, 201—212. 62. Петров Л. Р., Ярохно Я. Я. О комбинированном влиянии на организм животных СВЧ электромагнитных волн и дыхания газовой смесью с
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 51 пониженным содержанием кислорода. Военно- медицинский журнал, 1967, 76, 26—30. 63. Питенин Л, В., Суббота А. Г. Образование язвы в желудке кроликов после облучения микроволнами эпигастральной области. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1965, 60, 1025—1028. 64. Лортнов Ф. Г., Лзраелит Л. Л., Бриедис Ю. Э., Лопов В. В., Гермер М. 5., Феоктистова Р. Л., Лепомнящий Л. Л., Метрофанов Е. А. Некоторые показатели влияния на организм статических электрических полей. В сб.: Гигиена труда и биологическое действие электромагнитных полей радиочастот. М., Изд-во АМН СССР, 1968, 129—130. 65. Лресман А. С. Влияние микроволн на живые организмы и биологические структуры. Успехи физических наук, 1956, 86, 263—312. 66. Лресман А. С. Методы защиты от действия электромагнитных полей радиочастот в производственных условиях. Гигиена и санитария, 1958, 1, 21—27. 67. Лресман А. С. Роль электромагнитных полей в жизненных процессах. Биофизика, 1964, 9, 131— 134. 68. Лресман А, С. Электромагнитные поля и живая природа. М., «Наука», 1968, 288. 69. Лресман А, С, Каменский Ю. Л., Левитина Л. А, Биологическое действие микроволн. Успехи современной биологии, 1961, 51, 82—103. 70. Лресман Л. С, Левитина Л. А. Нетепловое действие микроволн на ритм сердечных сокращений животных, I. Исследование действия непрерывных микроволн. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1962, 1, 41—44. 71. Лресман А. С, Левитина Я. А. Влияние нетеплового микроволнового облучения на резистент- ность животных к гамма-облучению. Радиобиология, 1962, 2, 258—260. 72. Лресман Л. С, Левитина Л. А. Нетепловое действие микроволн на ритм сердечных сокращений животных, П. Исследование действия импульсных микроволн. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1962, 2, 39—43. 73. Лромотова Т. Я. Влияние непрерывного электрического поля УВЧ на высшую нервную деятельность собак в норме и патологии. Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова, 1956, 6, 846—854. 74. Садчикова М. Я. Состояние нервной системы при воздействии УВЧ. В кн.: А. А. Летавет и 3. В. Гордон (ред.). О биологическом действии сверхвысоких частот. М., Изд-во АМН СССР, 1962, 25-29. 75. Садчикова М. Я., Орлова Л. А. К клинике хронического воздействия электромагнитных сан-, тиметровых волн. Гигиена труда и профессиональные заболевания, 1958, 1, 16—22. 76. Сазонова Т. Е. Влияние электромагнитного поля высокого градиента низкой частоты на работоспособность альтерированного двигательного аппарата. Вестник ЛГУ, 15, Серия «Биология», 1964, 3, 82-86. 77. Соколов В. В., Ариевич М. Я. К изменениям в крови при воздействии на организм СВЧ — УВЧ. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1960, 1, 43—46. 78. Суббота А. Г. Изменения дыхания, частоты сердечных сокращений и системного давления крови при облучении животных полями СВЧ — УВЧ. Труды Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова, 1957, 73, 111—115. 79. Суббота А. Г. О влиянии импульсного сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного поля на высшую нервную деятельность собак. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1958, 46, 55—61. 80. Суббота А, Г, Функциональные изменения различных систем организма. В сб. под ред. И. Р. Петрова: Влияние СВЧ-излучений на организм человека и животных. Л., «Медицина», 1970, 66. 81. Суббота А. Г., Ковач Р. И. Введение. В сб. под ред. И. Р. Петрова: Влияние СВЧ-излучений на организм человека и животных. Л., «Медицина», 1970, 5-16. 82. Тимешкова Г. Ф. Влияние СВЧ-излучения на организм человека и животных. Труды Военно- медицинской академии им. С. М. Кирова, 1966, 166, 100. 83. Толгская М. С, Гордон 3. В. Морфологические изменения у животных, подвергшихся воздействию микроволн с длиной волны в 10 см. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры, 1951, 1, 21—24. 84. Толгская М. С, Гордон 3. В. Изменения рецеп- торного и интеррецепторного аппаратов при воздействии СВЧ. В кн.: А. А. Летавет и 3. В. Гордон (ред.). Биологическое действие ультравысоких частот. М., АМН СССР, 1960, 104—108. 85. Толгская М. С, Гордон 3. В. Сравнительная морфологическая характеристика действия микроволн различных диапазонов. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР, 1964, 2, 80—88. 86. Толгская М, С, Гордон 3. В, Патологическое действие микроволн. М., «Медицина», 1971. 87. Толгская М. С, Гордон 3. В., Лобанова Е. А. Морфологические изменения у подопытных животных при воздействии импульсного и непрерывного СВЧ — УВЧ-излучения. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР, 1960, 1, 90-98. 88. Толгская М. С, Кицовская Л. Л. Морфологические исследования нервной системы крыс, чувствительных к звуковому раздражителю при воздействии радиоволн. Гигиена труда и профзаболеваний, 1968, 3, 84—86. 89. Троянский М. Я. К вопросу о необратимых биологических эффектах, вызываемых длительным воздействием полей СВЧ. Гигиена и санитария, 1968, 12, 76—79. 90. Троянский М. Л., Кругликов Р. Л, К вопросу о действии электромагнитных волн СВЧ на потомство. В сб.: Гигиена труда и биологическое действие электромагнитных полей радиочастот. М., Изд-во АМН СССР, 1968, 157—158. 91. Троянский М. Я., Кругликов Р. Л., Корнилов Р. М. Некоторые итоги изучения состояния здоровья специалистов, работающих с генераторами СВЧ. Военно-медицинский журнал, 1967, 7, 30—35. 92. Тягин Я. Я. Изменения в крови животных под воздействием сверхвысокочастотных электромагнитных полей — СВЧ — УВЧ. Л., Труды ВМоЛА им. С. М. Кирова, 1957, 73, 116—126. 93. Тягин Я. В. Изменения электрокардиограммы у собак при воздействии СВЧ электромагнитных полей — СВЧ — УВЧ. Л., Труды ВМоЛА им. С. М. Кирова, 1957, 73, 84—101. 94. Тягин Я. В., Успенская Я. В. Функциональные изменения в нервной системе и некоторых других системах организма при хроническом воз- 4*
52 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ действии излучений СВЧ — УВЧ. Журнал невропатологии и психиатрии им. С. С. Корсакова, 1966, 66, 1132—1136. 95. Фукалова П. П. Чувствительность обонятельного и зрительного анализаторов у лиц, подвергающихся воздействию KB и УКВ в режимах непрерывной генерации. Труды НИИ гигиены труда и профзаболеваний. М., Изд-во АМН СССР, 1964, 2, 144-148. 96. Холодов Ю. А. Влияние электромагнитного поля на ЦНС. Природа, 1962, 4, 104—105. 97. Холодов Ю. А. Изменения в электрической активности коры больших полушарий мозга у кроликов при воздействии электромагнитного поля УВЧ-ВЧ. Часть 2. Прямое действие УВЧ- ВЧ поля на центральную нервную систему. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1963, 56, 42—46. 98. Холодов Ю. А. Влияние УВЧ—ВЧ электромагнитных полей на электрическую активность то- лированных полосок коры головного мозга. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1967, 57, 98—102. 99. Холодов Ю. А. Влияние электромагнитного и магнитного поля на центральную нервную систему. М., «Наука», 1966, 250. 100. Холодов Ю. А., Александровская М. М., Лукьянова С. Н., У даров а Н. С. Исследования реакций мозга млекопитающих на воздействие статических магнитных полей. В кн.: Барноти М. Ф. (ред.). Биологическое действие магнитных полей. Нью-Йорк, 1969, 2, 215—225. 101. Холодов Ю. А., Янсон 3. Я. Об изменениях электрической активности коры головного мозга кролика под воздействием электромагнитного поля КВЧ. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1962, 55, 8—12. 102. Чеботарева С. А., Стихарев А. А., Говорчен- ко В. И., Шипилов А. Е., Блинков М. А. К вопросу биологического действия статического электричества на живой организм. В кн.: Методы и средства защиты организма человека от статического электричества. М., 1968, 193—199. 103. Чиженкова Р. А. Биопотенциалы мозга кролика при воздействии электромагнитных полей. Физиологический журнал СССР, 1967, 53, 514—519. 104. Чиженкова Р. А. Фоновая и вызванная активность нейронов зрительной коры кролика после воздействия СВЧ-поля. Журнал высшей нервной деятельности, 1969, 19, 495—501. 105. Шейвехман Б. Е. Влияние воздействия поля ОВЧ — ВЧ на слуховую чувствительность при аппликации электродов в проекции слуховой зоны коры (пластинка височной кости). Проблемы физиологической акустики, 1949, 1, 122— 127. 106. Шиляев В. Г. Влияние СВЧ-излучений на орган зрения. В сб. под ред. И. Р. Петрова. Л., «Медицина», 1970, 147—151. 107. Шимхович И. С, Шиляев В, Г. Катаракта обоих глаз, развившаяся в результате кратковременных пребываний в СВЧ-поле высокой плотности. Вестник офтальмологии, 1959, 4, 12—16. 108. Шлефер Т. П., Яковлева И. И. Влияние СВЧ-по- лей на импульсную активность нейронов в коре больших полушарий. Физиологический журнал СССР', 1969, 55, 16—21. 109. Яковлева М. Я. Исследования эффективной им- пульсации в постганглионарных синаптических волокнах при воздействии сверхвысокочастотного электромагнитного поля. Бюлл. экспер. биол. и мед., 1968, 66, 9—11. 110. Яковлева М. И., Шляйфер Т. Т., Цветкова П. П. К вопросу об условных сердечных рефлексах, функциональном и морфологическом состоянии корковых нейронов при действии электромагнитных полей сверхвысоких частот. Журнал высшей нервной деятельности, 1968, 18, 973— 978. 111. Anne A., М. Saito, О. М. Salati, H. P. Schwan. Relative Microwave Absorption Cross Sections of Biological Significance. In: Peyton M. F. (Ed.). Proc. 4th Annual Tri-Service Conf. Biol. Effects of Microwave Radiating Equipments; Biological Effects of Microwave Radiations, p. 153—176. New York, Plenum, 1961; RADC-TR-60-180. 112. Baillie H. D. Thermal and Nonthermal Cataracto- genesis by Microwaves. In: Cleary S. P. (Ed.). Biological Effects and Health Implications of Microwave Radiation, Symposium Proc, pp. 59— 65, USDHEW, PHS, BRH/DBE 70-2, 1970; Non- Ionizing Radiation 1; 159—163, 1970. 113. Baldwin M., S. Bach, S. A. Lewis. Effects of radio frequency energy on primate cerebral activity. Neurology, 10: 178—187, 1960. 114. Baranski S. Effect of chronic microwave irradiation on the blood forming system of guinea pigs and rabbits. Aerospace Med.ft 42: 1196—1199, 1971. 115. Baranski S., L. Czekalinski, P. Czerski, S. Haduch. Experimental research on the fatal effect of mic- rometric wave electromagnetic radiation. Rev. Med. Aeron,, 2: 108—111, 1963. 116. Baranski S., R. Czerski. Investigations of the behaviour of corpuscular blood constituents in persons exposed to microwaves. Lek. Wojskow (Poland), 42: 903—909,, 1966. 117. Baranski S., Z. Edelwejn. Electroencephalographi- cal and morphological investigation upon the influence of microwaves on the central nervous system. Acta physiol. polonM 18: 517—532, 1967. 118. Barnothy J. M. Biological Effects of Magnetic Fields. In: Glasser O. (Ed.). Medical Physics, vol. 3, pp. 61—64. Chicago, Yearbook Publishing Co., 1960. 119. Barnothy J. M. Development of Young Mice. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 1, pp. 93—99. New York, Plenum, 1964. 120. Barnothy J. M. Rejection of Transplanted Tumors in Mice. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 1, pp. 100— 108. New York, Plenum, 1964. 121. Barnothy M. F., I. Sumegi. Effects of the Magnetic Field on Internal Organs and the Endocrine System of Mice. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 2, pp. 103— 126. New York, Plenum,, 1969. 122. Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields. New York, Plenum, 1964, 324 p. 123. Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 2. New York, Plenum, 1969, 314 p. 124. Barron C. I., A. A. Baraff. Medical considerations of exposure to microwaves (radar). JAMA, 168: 1194—1199,, 1958. 125. Barron C. I., A. A. Love, A. A. Baraff. Physical evaluation of personnel exposed to microwave emanations. J. Aviat. Med., 26: 442—45?, 1955. 126. Becker R. O. The biological effects of magnetic fields —A survey. Med. Electron. Biol. Engng, 1: 293-303, 1963. 127. Becker R. O. Relationship of geomagnetic envi-
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 53 ronment to human biology. N. Y. State J. Med., 63: 2215-2219, 1963. 128. Behling U. H. Biological Effects of Radio- and Low-Frequency Electromagnetic Radiation. USDHEW, PHS, BRIi;, pp. 1—7, April 1969. 129. Beischer D. E. Human tolerance to magnetic fields. Astronautics, 7: 24—25, 46—48, 1962. 130. Beischer D. E. Biological Effects of Magnetic Fields in Space Travel. In: Baker R. M. L., Jr., Makemson M. W. (Eds.). Xllth Internal Astronaut. Gongr., Washington, D. C, 1961, pp. 515— 525. New York, Academic, 1963. 131. Beischer D. E. Biological Effects of Magnetic Fields in Their Relation to Space Travel. In: Schaefer К. Е. (Ed.). Bioastronautics, pp. 173— 180. New York, Macmillan, 1964. 132. Beischer D. Survival of Animals in Magnetic Fields of 140,000 Oe. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 1, pp. 201— 208. New York, Plenum, 1964. 133. Beischer D. E. Biomagnetics. Ann. N. Y. Acad. Sci., 134: 454—458, 1965. 134. Beischer D. E., J. С Knepton, Jr. Influence of strong magnetic fields on the electrocardiogram of squirrel monkeys (Saimiri sciureus). Aerospace Med, 35: 939—944, 1964. 135. Beischer D. E., J. C. Knepton, Jr. The Electroencephalogram of the Squirrel Monkey (Saimiri sciureus) in a Very High" Magnetic Field. NAMI-972, NASA Order R-39, Naval Aerospace Medical Inst, Pensacola, Fla., 9 June,, 19—6. 136. Beischer D. E., E. F. Miller, h С Knepton, Jr. Exposure of Man to Low Intensity Magnetic Fields. NSAM-823, Pensacola, Fla., Naval School of Aerospace Med., 1962. 137. Beischer D. E.t E. F. Miller, J. C. Knepton, Jr. Exposure of Man to Low Intensity Magnetic Fields in a Coil System. NAMI-1018, Naval Aerospace Medical Inst» Pensacola,, Fla., October 1967. ■ 138. Beischer D. E., V. R. Reno. Magnetic fields and man: Where do we stand today? Paper reprinted from Conference Preprint, No 95, AGARD, NATO. 139. Bergeder H. D. On the Action Mechanism of Ionizing Radiation to Irritation Processes. In: Effects of Ionizing Radiation on the Nervous System, pp. 485—488, Vienna, International Atomic Energy Agency, 1962. 140. Blockley W. V. Combined Physiological Stresses. In: Haber H. (Ed.). Proc. Sympos. on Frontiers of Man-Controlled Flight. Los Angeles, Calif., April 3, 1953, The Institute of Transportation and Traffic Engineering, Univ. California at Los Angeles. 141. Bollinger J. N. Detection and Evaluation of Ra- diofrequency Electromagnetic Radiation-Induced Biological Damage in Macaca Mulatta, Final Report. Contract No. F41609-70-C-0025,, SWRI No. 05-2808-01, Southwest Research Inst., San Antonio, Texas, February 1971, 38 p. 142. Boysen J. Hyperthermic and pathologic effects of electromagnetic radiation (350 me). Arch. Industr. Hyg., 7: 516-525, 1953. 143. Brown F. A. Response to pervasive geophysical factors and the biological clock problem. Cold Spring Harbor Sympos. Quant. Biol., 25: 57—71, 1960. 144. Bryan R. N. Retrograde amnesia: effects of handling and microwave radiation. Science, 153: 897— 899, 1966. 145. Buchanan A. R., H. С Heim, L 7. Kraushaar. Bio- medical Effects of Exposure to Electromagnetic Radiation. Part II. Biomedical Effects on the Eye from Exposure to Microwaves and Ionizing Radiations; Wright — Patterson AFB, Ohio, Life Support Systems Laboratory, ASD TR 61—195, AMD, ASD. AFSC,r USAF, 1961, 166 p. 146. Budd R. A., J. Laskey, C. Kelly. Hematological Response of Fetal Rats Following 2450 MHz Microwave Irradiation. In: Hodge D. M. (Ed.). Radiation BioEffects Summary Report, pp. 161—163, USDHEW, PHS, BRH/DBE 70—7, 1970. 147. Busby D. E. Biomagnetics. Considerations Relevant to Manned Space Flight. NASA-CR-889, Sept. 1967. 148: Busby D. E. Magnetic Fields. In: Compendium of Human Responses to the Aerospace Environment, vol. 1, Sect. 4, 1968, NASA CR 1205 (1), 8 p. 149. Busby D. E. Space biomagnetics. Space Life Sciences, 1: 23—63, 1968. 150. Carpenter R. L., D. K. Biddle, C. A. Van Ummer- son. Biological effects of microwave radiation with particular reference to the eye. Proc. Third Internal Conf. Med. Electronics (London), 3: 401-408, 1960. 151. Cleary S. F. Biological effects of microwave and radiofrequency radiation. CRC Critical Reviews in Environmental Control, pp. 257—306, June 1970. 152. Cleary S. F. (Ed.). Biological Effects and Health Implications of Microwave Radiation, Sympos. Proc, USDHEW, PHS, BRH, DBE 70-2, June 1970, 265 p. 153. Close P., D. E. Beischer. Experiments with Droso- phila melanogaster in Magnetic Fields. Bureau of Medicine and Surgery, Proj. MR005.13—9010, Sub- task 1, Report No. 7, NASA Order No. R —39, 1 August 1962, 10 p. 154. Cohen M. E., P. D. White. Neurocirculatory asthenia. MiHt. Med., 137: 142—144, 1972. 155. Conley С. С Effects of Near-Zero Magnetic Fields Upon Biological Systems. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 2, pp. 29—51. New York, Plenum, 1969. 156. Cook H. F. The pain threshold for microwave and infra-red radiations. Brit. J. Physiol., 118: 1—11, 1952. 157. Cook H. F. A physical investigation of the heat production in human tissues when exposed to microwaves. Brit. J. Appl. Physics, 3: 1—6, 1952. 158. Cooper Т., Т. Pinakatt, M. Jellinek, A. W. Richardson. Effects of adrenalectomy, vagotomy and ganglionic blockade on the circulatory response to microwave hyperthermia. Aerospace Med., 33: 794-798, 1962. 159. Daily L. E. A clinical study of the results of exposure of laboratory personnel to radar and high frequency radio. U. S. Nav. Med. Bull., 41: 1052—1056, 1943. 160. Dalziel С F. Effects of electric shock on man. IRE Trans. Biomed. Electronics PGME, 5: 44—62, 1956. 161. Dalziel C. F., 7. B. Lagen, J. L. Thurston. Electric shock. AIEE Trans., 60: 1073—1079, 1941. 162. Dalziel C. F., W. R. Lee. Reevaluation of lethal electric currents. IEEE Trans., IGA-4: 467—476, 1968. 163. Deichmann W. В., E. Bernal, F. Stephens, K. Lan- deen. Effects on dogs of chronic exposure to microwave radiation. J. Occup. Med., 5: 418—425, 1963. 164. Deichmann W. В., 7. Miale, K. Landeen. Effect of microwave radiation on the hemopoietic sys-
54 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ tem of the rat. Toxicol. Appl. Pharmacol., 6: 71— 77, 1964. 165. Deichmann W. В., F. #. Stephens, M. Keplinger, K. F. Lampe. Acute effects of microwave radiation on experimental animals (24,000 Me). J. Occup. Med., 1: 369—381, 1959. 166. Dieminger W. Magnetic Melds. In: Campbell P. A. (Ed.). Medical and Biological Aspects of the Energies of Space, pp. 71—89. New York, Columbia University Press, 1961. 167. Dodge C, S. Kassel. Soviet Research on the Neural Effects of Microwaves. ATD Report 66—133, Washington, D. C9 Libr. Congr., 1966, 33 p. 168. USouza L., V. R. Reno, L. G. Nutini, E. S. Cook. The Effects of a Magnetic Field on DNA Synthesis by Ascites Sarcoma 37 Cells. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 2, pp. 53—59. New York, Plenum, 1969. 169. Dunlop D. W., B. L. Schmidt. Sensitivity of Some Plant Material to Magnetic Fields. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 2, pp. 147—170. New York, Plenum, 1969. 170. Edelwein Z., S. Haduch. Electroencephalographic studies on persons exposed to microwave. Acta physiol. polon., 13: 431—435, 1962. 171. Electronic Product Radiation and the Health Physicist. USDHEW, PHS, BRH/DEP 70—26, 1970, 464 p. 172. Ely T. S., D. E. Goldman, J. Z. Hearon, R. B. Williams, H. M. Carpenter. Heating characteristics of laboratory animals exposed to ten-centimeter microwaves. Res. Rept. Proj. NM 001 056.13.02, Naval Med. Res. Inst., Nat. Naval Med. Center, Bethes- da, Md., 1957; IEEE Trans., BME —11: 123-137, 1964. 173. Figar S. Influence of a strong magnetic field on vasomotor reactions. Cesk. fysiol., 12: 316, 1963 (ATD P 65—17, Libr. Congr. Washington, D.C.). 174. Finkelstein S., E. M. Roth, Electric Current. In: Compendium of Human Responses to the Aerospace Environment, vol. 1, section 5, 1968, 23 p. NASA CR 1205 (1). 175. Follis R. #., Jr. Studies on the biological effect of high frequency radio waves (radar). Amer. J. Physiol., 147: 281-283, 1946. 176. Frey А. Я. Auditory system response to rf energy. Aerospace Med., 32: 1140—1142, 1961. 177. Frey A. H. Human auditory system response to modulated electromagnetic energy. J. Appl. Physiol., 17: 689-693, 1962. 178. Frey A. H. Behavioral biophysics. Psychol. Bull., 63: 322-337, 1965. 179. Frey A. H. Brain stem evoked responses associated with low-intensity pulsed UHF energy. J. Appl. Physiol., 23: 984-988, 1967. 180. Galiana H. L. Ionizing Radiation and Magnetic Fields: A Review of Their Effects on the Nervous System. Man-Vehicle Lab., M. I. T., Cambridge, Mass., MVLS—69-1,, 1969, 26 p. 181. Geddes L. A., L. E. Baker, A. G. Moore, T. W. Coulter. Hazard in the use of low frequencies for the measurement of physiological events by impedance. Med. Biol. Engng, 7: 289—296, 1969. 182. Glaser Z. R. Bibliography of Reported Biological Phenomena («Effects») and Clinical Manifestations Attributed to Microwaves and Radio-Frequency Radiation. Res. Rept Proj., MF 12.524.015— 0004B, Rept No. 2, Naval Med. Res. Inst, Nat. Naval Med. Center, Bethesda, Md., 1971, 92 p. 183. Grissett 7. D. Exposure of Man to Simulated Lunar Magnetic Environment: Physiological and Central Nervous System Effects. Dissertation. Richmond, Virginia Commonwealth University, 1970. 184. Gross L. Bibliography of the Biological Effects of Static Magnetic Fields. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 1, pp. 297-311. New York, Plenum, 1964. 185. Gross L. Lifespan Increase of Tumor Bearing Mice Through Pretreatment. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 1, gp. 132—139. New York, Plenum, 1964. ross L., L. W. Smith. Wound Healing and Tissue Regeneration. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vot 1, pp. 297— 311. New York, Plenum, 1964. 187. Guy A. W. Analyses of electromagnetic fields induced in biological tissues by thermographic studies on equivalent phantom models. IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, MTT-19: 205-215, 1971. 188. Guy A. W., S. F. Korbel. Dosimetry Studies on a UHF Cavity Exposure Chamber for Rodents. Summaries of Presented Papers — Microwave Power Sympos., 1972, pp. 180—194. Ottawa, 1972. 189. Guy A. W., E. M. Taylor, B. Ashleman, 7. C. Lin. Microwave Interaction with the Auditory Systems of Humans and Rats. Proc. 1973 IEEE G — MTT International Microwave Symposium, pp. 321— 323, Boulder, 1973. 190. Haduch S., S. Baranski, P. Czerski. The Influence of Ultrahigh Frequency Radio Waves on the Human Organism. In: Barbour A. B. and H. F. Whit- tingham (Eds.). Human Problems of Supersonic and Hypersonic Flight, pp. 449—454. New York, Pergamon, 1962. 191. Halpern M. H., 7. H. van Dyke. Very low magnetic fields: biological effects and their implications for space exploration. Aerospace Med.,, 37: 281, 1966. 192. Hardy 7. D. Posterior hypothalamus and the regulation of body temperature. Federat. Proc.e 32: 1564—1571, 1973. 193. Harris F. A. A Recommendation Concerning the Importance of Quantitative Studies of the Effects of Microwave Irradiation on the Central Nervous System. Biomedical Engng Soc. Task Force, 1969. 194. Hedrick H. Inhibition of Bacterial Growth in Homogeneous Fields. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 1, pp. 240— 245. New York, Plenum, 1964. 195. Hendler E. Cutaneous Receptor Response to Microwave Irradiation. In: Hardy J. D. (Ed.). Thermal Problems in Aerospace Medicine, pp. 149— 161. Surrey, Unwin Ltd., 1968. 196. Hines H. M., E. Randall. Possible industrial hazards in the use of microwave radiation. Electron. Engng, 71: 879—881, 1952. 197. Hirsch F. G., 7. T. Parker. Bilateral lenticular opacities occurring in a technician operating a microwave generator. Arch. Industr. Hyg., 6: 512=*- 517, 1952. 198. Hubler W. Z., G. M. Higgins, 7. F. Herrick. Certain endocrine influences governing the leukocy- tic response to fever. Blood, 7: 326—336, 1952. 199. Hubler Wi Z., G. M. Higgins, 7. F. Herrick. Influence of the pituitary-adrenal axis on the he- mogram of febrile white rats. Arch. Phys. Med., 33: 391-398, 1952.
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 55 200. НйЪпег R. The biological effect of microwaves. Elektromedicin, 6: 193—209, 1961. 201. Hyde A. S., /. J. Friedman. Some Effects of Acute and Chronic Microwave Irradiation of Mice. In: Hardy J. D. (Ed.). Thermal Problems in Aerospace Medicine, pp. 163—175. Surrey. Unwin Ltd., 1968. 202. Imig C. J., G. W. Searle. Review of Work Conducted at State University of Iowa. Studies on Organisms Exposed to 2450 me cw Microwave Irradiation. Kept RADC TDR-62-358, AD 287160, 1962, 188 p. 203. Imig C. J., J. D. Thomson, H. M. Hines. Testicular degeneration as a result of microwave irradiation. Proc. Soc. Exper. Biol. Med., 69: 382—386, 1948. 204. Johnson С. С, A. W. Guy. Non-ionizing electromagnetic wave effects in biological materials and systems. Proc. IEEE, 60: 692—718, 1972. 205. Justesen D. R., N. W. King. Behavioral Effects of Low Level Microwave Irradiation in the Closed Space Situation. In: Cleary S. F. (Ed.). Biological Effects and Health Implications of Microwave Radiation, Sympos. Proc., pp. 154—179, USDHEW, PHS, BRH/DBE 70—2, 1970. 206. Justesen D. R., R. B. Pendelton, P. B. Porter. Effects of hyperthermia on activity and learning. Psychol. Rep., 9: 99—102, 1961. 207. Kalant H. Physiologic hazards of microwave ra- diatioA, survey of published literature. Can ad. Med. Ass. J., 81: 575—582, 1959. 208. Kamat G. P. Some Preliminary Observations on Autoimmune Response in Rats Exposed to 2450 MHz Microwaves. In: Radiation Bio-Effects Summary Rept, January — December 1970, pp. 18—21, USDHEW, PHS, BRH publ. No. BRH/DBE 70-7, 1970. 209. Katz R. S., R. A. Epstein. The interaction of anesthetic agents and adrenergic drugs to produce cardiac arrhythmias. Anesthesiology, 29: 763—784, 1968. 210. Keesey J. C. Bibliography on Safe Human Thresholds to Extra-Low-Frequency Electric Current, Res. Rept. Proj. MR005.08-0030B, Rept No 2, Naval Med. Res. Inst., Bethesda, Md., 1970, 38 p. 211. Keesey J. C, F. S. Letcher. Minimum Thresholds for Physiological Responses to Flow of Alternating Electric Current Through the Human Body at Power-Transmission Frequencies. Proj. MR005.08-0030B, Rept. No 1, Naval Med. Res. Inst., Bethesda, Md., 1969. 212. Keesey J. C, F. S. Letcher. Human thresholds of electric shock at power transmission frequencies. Arch. Environ. Health, 21: 547—552, 1970. 213. Keplinger M. Review of the Work Conducted at the University of Michigan. In: Proc. Annual Second Tri-Service Conf. Biol. Effects of Microwave Energy, Rome, New York, pp. 215—233, 1958. 214. Kevorkyan A. A. Working with ultrahigh frequency impulse generators from the standpoint of labor hygiene. Gig. Sanit. 4: 26—30, 1948 (ATD P 65—68 Libr. Congr., Washington, D. C). 215. Knickerbocker G. G., W. B. Kouwenhoven, H. C. Barnes. Exposure of mice to a strong AC electric field —an experimental study. IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, PAS-86: 498—505, 1967. 216. Korbel S. F., H. L. Fine. Effects of low intensity UHF radio fields as a function of frequency. Psy- chonomic Sci., 9: 527—528, 1967. 217. Korbel S., W. D. Thompson. Behavioral effects of stimulation by UHF radio fields. Psychol. Rep., 17: 595—602, 1965. 218. Kouwenhoven W. B. The effects of electricity on the human body. Bull. Johns Hopkins Hospital, 115: 425-466, 1964. 219. Kouwenhoven W. В., О. R. Langworthy, M. L. Singe wald, G. G. Knickerbocker. Medical evaluation of man working in electric fields. IEEE Trans. Power Apparatus and Systems PAS-86: 506—511, 1967. 220. Kurz G. #., R. B. Einaugler. Cataract secondary to microwave radiation. Amer. J. OphthaL, 66: 866—869, 1968. 221. Laser Health Hazards Control. Air Force Manual, AFM 161—8. Dept Air Force, 1969, 45 p. 222. Lehmann J. F. Diathermy. In: Krusen F. H., F. J. Kottke, P. M. EUwood (Eds). Handbook of Physical Medicine and Rehabilitation, pp. 244—327. Philadelphia, W. B. Saunders, 1971. 223. Lidman B. I., C. Cohn. Effects of radar emanations on the hematopoietic system. Air Surgeons Bull., 2: 488—449, 1945. 224. Lubin M., G. W. Curtis, H. R. Dudley, L. E. Bird, P. F. Daley, D. G. Cogan, S. J. Fricker. Effects of ultrahigh frequency radiation on animals. AMA Arch. Industr. Health, 21: 555—558, 1960. 225. McAfee R. D. Neurophysiological Effects of Microwave Irradiation. In: Proc. Third Annual Tri-Service Conf. on Biol. Effects of Microwave Radiating Equipments, pp. 314—331, 1959. 226. McAfee R. D. Neurophysiological effect of 3-cm microwave radiation. Amer. J. Physiol., 200: 192-194, 1961. 227. McAfee R. D. Physiological effects of thermode and microwave stimulation of peripheral nerves. Amer. J. Physiol., 203: 374-378, 1962. 228. McAfee R. D. The Neural and Hormonal Response to Microwave Stimulation of Peripheral Nerves. In: Cleary S. F. (Ed.). Biological Effects and Health Implications of Microwave Radiation, Sympos. Proc, pp. 150-153, USDHEW, PHS, BRH/ /DBE 70-2, 1970. 229. McAfee R. D. Analeptic effect of microwave irradiation on experimental animals. IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques MTT —19: 251—253, 1971. 230. McAfee R. D., C. Berger, P. Pizzolato. The Neurological Effect of 3-cm Microwave Irradiation. In: Peyton M. F. (Ed.). Biological Effects of Microwave Radiation, vol. 1, pp. 251—261. New York, Plenum, 1961. 231. McCashland B. W. Animal Coordinating Mechanisms. Dubuque, Iowa, Wm. С Brown, 1968, 118 p. 232. MacGregor R. J. A Brief Survey of Literature Relating to the Influence of Low Intensity Microwaves on Nervous Function. Rand. Corp., Santa Monica, Calif., 1970, 13 p. 233. MacGregor R. J. A Direct Mechanism for the Influence of Microwave Radiation on Neuroelectric Potentials. The Rand Corp., Santa Monica, Calif., Rept p-4398, 1970. 234. McLees B. D., E. D. Finch. Analysis of the Physiologic Effects of Microwave Radiation. Naval Med. Res. Inst. Proi. MF12.524.015—0001B, Rept No 3, Nat. Naval Med. Center, Bethesda, Md., 1971, 73 p. 235. McLees B. D., E. D. Finch, M. L. Albricht. An Examination of Regenerating Hepatic Tissue Following in Vivo Exposure to R. F. Radiation, Naval
56 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Med. Res. Inst. Rept No 1, Bethesda, Md., 1971, 252. 27 p. 236. Magnuson H. L, D. W. Fassett, H. W. Gararde, V. K. Rome, H. F. Smyth, H. E. Stokinger. Industrial toxicology in the Soviet Union — theoretical 253. and applied. Amer. Industr. Hyg. Ass. J., 25: 185—197, 1964. 237. Marha K. Biological effects of rf electromagnetic 254. waves. Pracovni lekaf. (Prague), 15: 387—393, 1963. 238. Marha K. Maximum Admissible Values of HF and 255. UHF Electromagnetic Radiation at Work Places in Czechoslovakia. In: Cleary S. F. (Ed.). Biological Effects and Health Implications of Microwave Radiation, Sympos. Proa, pp. 188—196, 256 USDHEW, PHS, BRH/DBE 70-2, 1970. 239. Marha K., 7. Musil, H. Tuha. Electromagnetic Fields and the Living Environment. Prague, Czechoslovakia, State Health Publishing House, 257 1968, 138 p. (Transl. SBN 911302—13—7, San Francisco Press, 1971). 240. Marks J., E. T. Carter, D. G. Scarpelli, J. Eisen. Microwave radiation to the anterior mediastinum 258 of the dog. Ohio State Med. J., 57: 274-279, 1961. 241. Michaelson S. M. Biological Effects of Microwave Exposure. In: Cleary S. F. (Ed.). Biological Effects and Health Implications of Microwave Radiation, Sympos. Proa, pp. 35—58, USDHEW, PHS, BRH/DBE 70-2, 1970; Non-Ionizing Rad., 1: 259 169—176, 1970. 242. Michaelson S. M. Biomedical aspects of microwave exposure. Amer. Industr. Hyg. Ass. J., 32: 338— 345, 1971. 243. Michaelson S. M. The tri-service program — a tribute to George M. Knauf USAF (MC). IEEE 260 Trans. Microwave Theory and Techniques, MTT- 19: 131—146, 1971. 244. Michaelson S. M. Human exposure to non-ionizing radiant energy — potential nazards and safety standards. Proa IEEE, 60: 389-421, 1972. 245. Michaelson S. M. Microwave exposure safety stan- 2bl. dards — physiologic and philosophic aspects. Amer. Industr. Hyg. Ass. J., 33: 156—164, 1972. 246. Michaelson S. M., С. H. Dodge. Soviet views on the biologic effects of microwaves — an analysis. 262. Health Physics, 21: 108-111, 1971. 247. Michaelson S. M., R. A. E. Thomson, 7. W. How- land. Physiologic aspects of microwave irradiation of mammals. Amer. J. Physiol., 201: 351—356, 263. 1961. 248. Michaelson S. M., R. A. E. Thomson, 7. W. How- land. Comparative studies on 1285 and 2800 me/ 264. /sec pulsed microwaves. Aerospace Med., 36: 1059—1064, 1965. 249. Michaelson S. M., R. A. E. Thomson, 7. Howland, Biologic Effects of Microwave Exposure. Griffiss 265. AFB, New York, Rome Air Development Center, 1967, 138 p. (ASTIA Doc. No. AD 824—242); In: Radiation Control for Health and Safety Act of 1967, Hearings before the Committee on Commer- 266. ce United States Senate, Ninetieth Congress, Second Session on S. 2067, S. 3211, and H. R. 10790, pp. 1443-1570, 1968. 250. Michaelson S. M.t R. A. E. Thomson, L. T. Odland, 267. 7. W. Howland. The influence of microwaves on ionizing radiation exposure. Aerospace Med., 34: 111—115, 1963. 268. 251. Michaelson S. M., R. A. E. Thomson, W: J. Qnin- lan. Effects of electromagnetic radiations on physiologic responses. Aerospace Med., 38: 293—298, 1967. Michaelson S. M., R. A. E. Thomson, M. Y. El Та- mani, H. S. Seth, 7. W. Howland. Hematological effects of microwave exposure. Aerospace Med., 35: 824-829, 1964. Milroy W. C, S. M. Michaelson. Biological effects of microwave radiation. Health Physics, 20: 567— 575, 1971. Milroy W. C, S. M. Michaelson. Microwave cata- ractogenesis: a critical review of the literature. Aerospace Med., 43: 67—75, 1972. Minecki L. The health of persons exposed to the effect of high frequency electromagnetic fields. Medycyna Pracy (Poland), 12: 329—335, 1961 (FTD-TT 61—380). Mineki L., R. Bilski. Histopathological changes in internal organs of mice exposed to the action of microwaves. Medycyna Pracy (Poland), 12: 337— 344, 1961 (FTD-TT 61-380). Miro L. Hematological modifications and clinical disorders observed in persons exposed to radar waves. Rev. Med. aeronautique (Paris), 1: 16—17, 1962. Miro L., R. Loubiere, A. Pfister. Research on visceral lesions observed in mice and rats exposed to ultrashort waves. Special study of the effects of these waves on the reproduction of these animals. Rev. med. aeronautique (Paris), 4: 37—39, 1965. Mitchell 7. С, А. В. Gass. Hematological and Biochemical Results from RF Exposures at 10.5, 16.5 and 19.3 MHz. In: Proc. Dept Defense Electromagnetic Radiation Research Workshop, pp. 1—14, Washington, D. C, Bureau Med. and Surg., Dept Navy, 27—28. Jan. 1971. Mulay I. L., L. N. Mulay. Effect on Drosophila melanogaster and S-37 Tumor Cells; Postulates for Magnetic Field Interactions. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 1, pp. 146—169. New York, Plenum, 1969. Nealeigh R. C, R. 7. Garner, R. 7. Morgan, H. A. Cross, P. D. Lambert The effect of microwave on Y-maze learning in the white rat. J. Microwave Power,, 6: 49—54, 1971. Niepolomski W., K. Smigla. Visceral pathomor- phology of experimental animals subjected to the action of 10.7 MHz electromagnetic fields. Polish Med. J., 5: 396-405, 1966. Oldendorf W. H. Focal neurological lesions produced by microwave irradiation. Proc. Soc. Exper. Biol. Med., 72: 432-434, 1949. Pazderova 7. Effect of electromagnetic radiation of the order of centimeter and meter waves on human's health. Pracovni Lek. Prague, 20: 447-457, 1968. Pinakatt Т., Т. Cooper, A. W. Richardson. Effect of ouabain on the circulatory response to microwave hyperthermia in the rat. Aerospace Med., 34: 497-499, 1963. Pinneo L. R., R. Baus, R. D. McAfee, 7. D. Fleming. The Neural Effects of Microwave Radiation, Arlington, Virginia, RADC-TDR-62-231, 1962, 24 p. (AD 722684). Prausnitz S., C. Susskind. Effect of chronic microwave Irradiation on mice. IRE Trans. Biomed. Electronics, 9: 104—108, 1962. Pumper R. W., J. M. Barnothy. The Effect of Strong Inhomogeneous Magnetic Fields on Serum-Free Cell Cultures. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 2, pp. 61—65. New York, Plenum, 1969.
РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ 57 269. Reins D. A., R. A. Weiss. Physiological Evaluation of Effects on Personnel Wearing the Microwave Protective Suit and Overgarment, Natick, Mass,. Navy Clothing and Textile Research Unit, 1969, 32 p. 270. Reynolds M. R. Development of a Garment for Protection of Personnel Working in High Power RF Environments. In: Peyton M. F. (Ed.). Biological Effects of Microwave Radiation, vol. 1, pp. 71—84. New York, Plenum, 1961. 271. Richardson A. W., C. J. Imig, B. L. Feucht, H. M. Hines. The relationship between deep tissue temperature and blood flow during electromagnetic irradiation. Arch. Phys. Med., 31: 19—25, 1950. 272. Richardson A. W. Effect of microwave induced heating on the blood flow through peripheral skeletal muscle. Amer. J. Phys. Med., 33: 103—107, 1954. 273. Rogers S. J., R. S. King. Radio hazards in the m.f./h.f. band. Non-Ionizing Radiat., 1: 178—189, 1970. 274. Rosenthal D. S., S. C. Beering. Hypogonadism after microwave radiation. JAMA, 205: 245—248, 1968. 275. Roth E. M. Microwave Radiation. In: Roth E. M. (Ed.). Compendium of Human Responses to the Aerospace Environment, vol. 1, Sect. 1, pp. 1—22. Washington, D. C, 1968 (NASA CR—1205(1)), 26 p. 276. Rubin A., W. J. Erdman. Microwave exposure of the human female pelvis during early pregnancy and prior to conception. Amer. J. Phys. Med., 38: 219—220, 1959. 277. Sacchitelli F., G. Sacchitelli. Protection of personnel exposed to radar microwaves. Folia Med. (Naples), 43: 1219—1229, 1960. 278. Safety Level of Electromagnetic Radiation with Respect to Personnel. New York, USA, Standards Institute (USASI), USASI—C95.1, 1966. 279. Saito M., H. P. Schwan. The Time Constants of Pearl-Chain Formation. In: Peyton M. F. (Ed.). Biological Effects of Microwave Radiation, vol. 1, pp. 85—97. New York, Plenum, 1961. 280. Schwan H. P. Electrical Properties of Tissues and Cell Suspensions. In: Lawrence J. H. and C. A. Tobias (Eds). Advances in Biological and Medical Physics, vol. 5, pp. 147—209. New York, Academic, 1957. 281. Schwan H. P. Biophysics of Diathermy. In: Licht S. (Ed.). Therapeutic Heat and Cold, 2nd ed,, pp. 63—125. New Haven, Conn., Elizabeth Licht, 1965. 282. Schwan H. P. Effects of microwave radiation on tissue — a survey of basic mechanisms. Non-Ionizing Radiat., 1: 23—31, 1969. 283. Schwan H. P. Interaction of microwave and radio frequency radiation with biological systems. IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques MTT- 19: 146—152, 1971. 284. Schwan H. P. Microwave radiation: biophysical consideration and standards criteria. IEEE Trans. Bio-Med. Engng, BME-19: 304—312, 1972. 285. Schwan H. P. Biological Hazards from Exposure to ELF Electrical Fields and Potentials, Dahlgren, Virginia, Naval Weapons Lab. Techn. Rept, TR- 2713, 1972, 29 p. 286. Schwan H. P., A. Anne, L. Sher. Heating of Living Tissues, Report NAEC-ACEL — 534, Philadelphia, Pa., U.S. Naval Air Engng Center., 1966, 30 p. 287. Schwan H. P., К. Ы. Capacity and conductivity of body tissues at ultrahigh frequencies. Proc. IRE, 41: 1735—1740, 1953. 288. Schwan H. P., К. Ы. The mechanism of absorption of ultrahigh frequency electromagnetic energy in tissues as related to the problem of tolerance dosage. IRE Trans, on Medical Electronics, PGME-4: 45-49, 1956. 289. Schwan H. P., G. M. Piersol. The absorption of electromagnetic energy in body tissues, a review and critical analysis. Part 1. Biophysical aspects. Amer. J. Phys. Med., 33: 371-404, 1954. 290. Schwan H. P., G. M. Piersol. The absorption of electromagnetic energy in body tissues, a review and critical analysis. Part II. Physiological and clinical aspects. Amer. J. Phys. Med., 34: 425— 448, 1955. 291. Searle G. W., R. W. Dahlen, С J. Imig, С. С. Wun- der, J. D. Thomson, J. A. Thomas, W. J. MoressL Effect of 2450 me Microwaves in Dogsfl Rats and Larvae of the Common Fruit Fly. In: Peyton M. F. (Ed.). Biological Effects of Microwave Radiation, vol. 1 pp. 187—199. New York, Plenum, 1961. 292. Searle G. W., С J. Imig, R. W. Dahlen. Studies with 2450 Me (CW) Exposures to the Head of Dogs. In: Susskind C. (Ed.). Proc. 3rd Tri-Service Conf. Biol. Effects of Microwave Radiating Equipments, pp. 54—61, 1959. 293. de Seguin L., G. Castelain. Anatomic lesions observed in laboratory animals exposed to ultrahigh frequency radiation (wavelength of 21 cm). С.г. Acad,, Sci., Paris, 224; 1850-1852, 1947. 294. Sercl M., D. Jechova, M. Komrska, J. Kovarik, V. Kyral, H. Licha, J. Licky, S. Nettl, D. Simkiva, J. Slovicek, L. Urcha, L. Zdrahl, M. Tusl, S. Svor- cova, V. Kamt. On the effects of cm electromagnetic waves on the nervous system of man: radar. Z. ges. Hyg., 7: 897-907, 1961. 295. Seth H. S., S. Michaelson. Microwave hazards evaluation. Aerospace Med., 35; 734—739, 1964; Hearings before the Subcommittee on Public Health and Welfare of the Committee on Interstate and Foreign Commerce, House of Representatives, Ninetieth Congress, First Session on H. R. 10790, August 14, September 28, October 5, 11, and 17, 1967, pp. 454-460. 296. Sher L. D. Mechanical Effects of AC Fields on Particles Dispersed in a Liquid. Biological Implications, Philadelphia, Pa., University of Pennsylvania, Ph. D. Thesis, Contract AF30 (602), ONR Techn. Rept, No. 37, 1963, 151 p. 297. Sher L. D., E. Kresch, H. P. Schwan. On the possibility of nonthermal biological effects of pulsed electromagnetic radiation. Biophys. J., 10: 970— 979, 1970. 298. Sommer H. С, Н. E. von Gierke. Hearing sensations in electric fields. Aerospace Med.e 35; 834— 839, 1964. 299. Space Science Board. The Biological Action of Radiofrequency Electromagnetic Fields and Magnet Fields. Summary Report, Environmental Biology Commiittee. Nat. Acad. Sci., Washington, D. C, 1963, 4 p. 300. Spalding J. F. Biological Responses to Radiofrequency Radiation. Research and Development in Progress, Biol. and Med. USAEC, TID—4060, 1st ed., 1968, p. 4. 301. Tanner J. A. Effect of microwaves on birds. Nature, 210: 636, 1966.
58 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ 302. Tanner 7. А., С. Romero-Sierra, S. 7. Davie. The effects of microwaves on birds: preliminary experiments. J. Microwave Power, 4: 122—128, 1969. 303. Tegenkamp T. R. Mutagenic Effects of Magnetic Fields on Drosophila melanogaster. In: Barnothy M. F. (Ed.). Biological Effects of Magnetic Fields, vol. 2, pp. 189—206, New York, Plenum, 1969. 304. Thompson W. D., A. E. Bourgeois. Effects of Microwave Exposure on Behavior and Related Phenomena, Wright — Patterson AFB, Ohio, Aerome- dical Res. Lab., 1965, 60 p. (ARL — TR — 65 — 20 1971). 305. Thomson R. A. E., S. M. Michaelson, 7. W. How- land. Modification of x-irradiation lethality in mice by microwaves (radar). Radiat. Res., 24: 631—635, 1965. 306. Thomson R. A. E., S. M. Michaelson, 7. W. How- land. Leukocyte response following simultaneous ionizing and microwave (radar) irradiation. Blood, 28: 157—161, 1966. 307. Turner J. 7. The Effects of Radar on the Human Body; Results of Russian Studies on the Subject [Summary based on Letavet, A. A. and Z. V. Gordon (Eds). The Biological Action of Ultrahigh Frequencies,, Moscow, 1960], 64 p., Washington, D. C, 1962 (ASTIA AD 278172, JPRS —12471). 308. Ulrich L., J. Ferin. The effect of working in high-power transmitting stations upon certain functions of the organism. Pracovni Lek. (Prague), 11: 500—503, 1959. 309. Vendrik A., 7. Vos. Comparison of the stimulation of the warmth sense organ by microwave and infrared radiation. J. Appl. Physiol., 13: 435—44, 1958. 310. Vogelhut P. Interaction of Microwave and Radio Frequency Radiation with Molecular System. In: Cleary S. F. (Ed.). Biological Effects and Health Implications of Microwave Radiation, Sympos. Proa, pp. 98—100, USDHEW, PHS, BRH/DBE 70—2, 1970. 311. Vogelman 7. Hi Physical Characteristics of Microwaves as Related to Biological Effects. In: Patti- shall E. G. and F. W. Banghart (Eds.). Proc. 2nd Annual Tri-Service Conf. on Biol. Effects of Microwave Energy, pp. 9—18, Springfield, Va., U.S. Dept Commerce Clearing House,, 1958 (AD 131477). 312. Vogelman 7. cited in Michaelson S. M., R. A. E. Thomson, 7. W. Howland. Biologic Effects of Microwave Exposure, p. 86. Griffiss AFB, New York, Rome Air Development Ctr., 1967 (ASTIA Doc. No AD 824—242). 313. Webb P. (Ed.). Bioastronautics Data Book, Washington, D. C, National Aeronautics and Space Administration, Scientific and Technical Information Division, 1964, 400 p. (NASA SP —3006). 314. Zaret M. M., S. Cleary, B. Pasternack, M. Eisen- bud, H. Schmidt. A Study of Lenticular Imperfections in the Eyes of a Sample of Microwave Workers and a Control Population, New York University, Final Rept, RADC-TDR-63-125, 1963, 142 p. (ASTIA AD 413 294).
Глава 11 УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ А. А. ЛЕТАВЕТ Академия медицинских наук СССР, Москва, СССР ДЖОН X. ТЕЙЛОР Институт теоретической и прикладной физики Калифорнийского университета Сан-Диего, ла Джолла, Калифорния, США Часть непрерывного спектра электромагнитных колебаний, которая ограничивается на коротковолновом конце рентгеновскими лучами, а на длинноволновом — ультракороткими радиоволнами, обычно подразделяется на три участка. Электромагнитные колебания с длиною волн, лежащими примерно между IXЮ-8 и 4,0XЮ-7 м (от 100 до 4000 А), описываются как ультрафиолетовые лучи, так как они находятся в участке спектра, лежащем за пределами коротковолновой границы колебаний, воспринимаемых нормальным человеческим зрением. Полоса длины волн в пределах приблизительно от 7,5 X 10~7 до 1,0 X X 10~3 м (от 0,75 до 1000 мкм), т. е. слишком «длинных», чтобы возбудить зрительный анализатор, называется областью инфракрасных лучей. Узкий участок, лежащий между ультрафиолетовой и инфракрасной областями и охватывающий диапазон длины волн от 3,8 X X 10""7 меньший, чем в одной октаве, до 7,5 X X 10~7 или от 380 до 750 нм, способен стимулировать зрительный анализатор человека и дает нам чрезвычайно важные сведения о свете и цвете. Каждый из этих участков спектра характеризуется определенными биологическими эффектами, которые вызываются колебаниями в данном частотном диапазоне, хотя в условных границах, упоминавшихся выше, наблюдается некоторое перекрывание и некоторые биологические процессы (особенно фотосинтез) требуют участия волн значительно более широкой части спектра. Кроме того, многие важные воздействия на организм колебаний с определенной длиной волн могут осуществляться косвенно в результате непосредственного поглощения и реализации энергии этих лучей. Для обнаружения, измерения или использования энергии электромагнитных колебаний необходимо, чтобы она воздействовала на соответствующий чувствительный элемент или материал. Луч света невидим и может быть визуально обнаружен только тогда, когда он попадает в глаз или прямо от источника света, или отразившись от некоторой субстанции. Ультрафиолетовое излучение может быть обнаружено через его воздействие на биологические системы, по его способности возбуждать флуоресцирующие материалы или при помощи других непрямых методов. Инфракрасные лучи обнаруживаются обычно лишь по их тепловому воздействию или по их действию на те или иные биологические или химические процессы. Значение ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей для биологических систем огромно. За очень малым исключением, все формы жизни на Земле зависят от прямых или косвенных воздействий, оказываемых электромагнитными колебаниями указанных длин волн. В то же время совершенно очевидно, что воздействие чрезмерных количеств энергии этих участков спектра может вызвать ряд опасных биологических последствий, начиная с небольших нарушений функций и кончая гибелью организма. Поэтому необходимо поддерживать равновесие, при котором обеспечивалось бы поступление оптимальных количеств лучистой энергии. Это равновесие в земных условиях, как правило, достигается частично за счет адаптивных процессов в эволюции и частично за счет преднамеренных изменений внешней среды. В условиях космического пространства, которое характеризуется экстремальными энергетическими уровнями излучения, необходимо изменять уровни лучистой энергии в среде обитания до величин, обеспечивающих безопасность организма, но следует избегать чрезмерного их снижения. В некоторых случаях, конечно, могут потребоваться смертельные дозы радиации для таких специфических операций, как уничтожение микроорганизмов посредством ультрафиолетового облучения.
60 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Однако, за небольшим исключением, наша цель состоит в поддержании уровней энергии ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей в диапазоне величин, благоприятствующих жизни биологических видов. Хотя видимая часть спектра электромагнитных колебаний очень мала по своей протяженности, она имеет первостепенную важность для человека, так как именно волны видимой части спектра являются специфическими раздражителями человеческого глаза. Зрение, бесспорно, это — наиболее важное из всех наших ощущений. Поэтому особенного внимания заслуживают проблемы, связанные с установлением и поддержанием условий, возможно более благоприятных для осуществления зрительных восприятий в окружающей среде. И хотя видимая часть спектра составляет лишь незначительную часть всей совокупности электромагнитных колебаний, мы можем извлекать громадное количество информации об окружающем нас мире благодаря способности зрительного анализатора улавливать чрезвычайно тонкие различия в деталях окружающей среды. Эта способность, однако, реализуется наилучшим образом при условиях, которые исключают наличие как очень малого, так и очень большого количества лучистой энергии. Поэтому важнейшая задача при нахождении в космосе состоит в создании такого уровня освещения, который обеспечивает наибольшую возможность различать формы, оттенки, движения, цвет и тонкие детали. В этой главе будут рассмотрены источники излучения в указанных участках спектра и описаны наиболее важные биологические и психофизиологические эффекты, вызываемые этими видами излучений. Будет обсуждена проблема защиты от чрезмерно высоких или низких уровней энергии в просматриваемых участках спектра и будут сделаны предложения по созданию оптимальных значений энергии излучения. ИСТОЧНИКИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫХ, ВИДИМЫХ И ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧЕЙ Обычно генерация энергии в указанных трех участках спектра связана с различными физическими системами, способными излучать энергию при определенных длинах волн. Видимый свет, например, излучается в результате перехода на низший энергетический уровень электронов, вращающихся вокруг ядер атомов, тогда как инфракрасное излучение возникает в результате колебаний и вращений на молекулярном уровне. Наиболее важный источник лучистой энергии в интересующих нас областях спектра — Солнце. Оно является единственным значительным естественным источником большинства видов излучений; и только когда солнечная энергия недоступна или поступает в незначительных количествах, мы обращаемся к искусственным источникам энергии. Для каждого из трех участков спектра созданы устройства, спосЪб- ные генерировать электромагнитные колебания с требуемой длиной волны, их энергию можно использовать в качестве дополнения или замены энергии излучения, непосредственно получаемой от Солнца. Хотя Солнце излучает энергию в очень широком диапазоне длин волн (от менее чем 1 А до более чем 100 м), 99% этой энергии падает на участок спектра с длинами волн от 0,275 до 4,67 мкм, и около половины всей энергии приходится на видимую часть спектра. Спектр солнечного излучения в диапазоне длин волн от 0,2 до 2,6 мкм недавно был уточнен Текэкарой [18], и для практических целей этот автор предложил принять данные, приведенные на рис. 1. Следует отметить, что знание спектра солнечного излучения важно не только потому г что это излучение непосредственно вызывает последствия биологического и медицинского характера. Необходимо также учитывать вторичные эффекты, обусловленные нагреванием корпуса космического корабля инфракрасными лучами, разрушением материалов конструкций ультрафиолетом, влиянием на пояса радиации. Источники ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовые лучи несут менее 5 % энергии, излучаемой Солнцем. Тем не менее потенциальные возможности этих коротковолновых лучей таковы, что даже после ослабления при прохождении через атмосферу Земли прямой солнечный свет оказывает активное воздействие на широкий круг различных биологических процессов. Когда энергия ультрафиолетовой части спектра солнечного излучения теряется, либо вследствие прямого экранирования, либо в результате слабого пропускания среды, могут потребоваться искусственные источники для поддержания биологического действия излучения на нужном
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 61 уровне. Такие источники известны давно. В практике в соответствии с поставленной целью применяется целый ряд этих источников, обладающих максимальной эффективностью в том или ином участке частотного диапазона ультрафиолетовой области спектра. Так как лампы накаливания являются весьма неэффективными источниками ультрафиолета, излучающими лишь небольшую часть их энергии в длинноволновой части ультрафиолетового диапазона, вместо них обычно используются некоторые виды электрической дуги. Для использования в космосе наиболее удобны закрытые дуговые ртутные, водородные и ксеноновые лампы, причем более предпочтительными являются ртутные, характеризующиеся небольшой стоимостью, удобством в обращении и надежностью в работе. Описание всех типов источников ультрафиолета можно найти у Коллера [13]. Распределение энергии в спектре ртутной лампы сильно зависит от давления паров металла во время ее работы. При низком давлении почти вся энергия сосредоточена в резонансной линии ртути 2537 А, и эти лампы широко применяются из-за их бактерицидного действия. Когда такие лампы имеют баллон из кварца, пропускающего линию 1849 А, часть окружающего атмосферного кислорода превращается в озон. По мере повышения давления происходит расширение линий эмиссии и относительный сдвиг выхода спектральной энергии в длинноволновый диапазон, а также возрастание сплошного фона, на котором появляются яркие линии [13]. Поэтому, когда требуется излучение в среднем и ближнем ультрафиолете, в лампах используется среднее давление. При очень высоком давлении в ртутной лампе излучение происходит в основном в видимой и ближней инфракрасной части спектра. Поэтому такие лампы считаются второстепенными источниками ультрафиолета. Источники видимого света. Примерно половина солнечной энергии падает на видимую часть спектра, включающую волны длиной от 380 до 750 нм. В силу этого, а также потому, что интенсивность солнечного излучения по сравнению со слабыми искусственными источниками света весьма велика, Солнце является наиболее важным источником света, и не удивительно, что многие биологические процессы на Земле либо полностью зависят, либо испытывают влияние энергии этого участка спектра. Два максимума в спектре по- ( ) Л ч ч ■—^ ■—*. SSBM '32400 <>^2000 Ml 600 «1200 I 800 >» | 400 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 Длина волны, мкм Рис. 1. Спектр солнечного излучения вне атмосферы [18] глощения хлорофилла лежат около обеих границ видимой части спектра, а максимум чувствительности большинства зрительных систем, включая глаз человека, почти совпадает с максимумом спектра солнечного излучения. Как можно видеть на рис. 1, спектр излучения Солнца в видимом диапазоне практически непрерывный, за исключением некоторых провалов, обусловленных поглощением элементами внешних слоев вещества Солнца, и примерно соответствует распределению энергии в видимой части спектра абсолютно черного тела. Искусственные источники видимого света во все времена конструировались таким образом, чтобы их излучение по спектральному распределению, а значит и цвету, было близко к солнечному свету. В длинном перечне источников света, созданных человеком, от пламени до нити накаливания, флуоресцентных ламп и до наиболее современных электролюминесцентных устройств, главной задачей было восполнить или заменить солнечную энергию светом, который обеспечивал бы нормальное зрительное восприятие. Только во вторую очередь и совсем недавно были приложены значительные усилия для конструирования искусственных источников света и для других целей, таких, как выращивание растений. Наиболее распространенный искусственный источник света — лампа накаливания. В простейшем случае лампа накаливания состоит из стеклянной оболочки, наполненной инертным газом или содержащей лишь небольшое количество воздуха, оставшегося после его откачки, и нити вольфрама круглого или плоского сечения, которая нагревается путем пропускания электрического тока. Распределение энергии в видимом спектре такой лампы зависит от температуры, как это показано на рис. 2.
62 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ 400 440 480 520 560 600 640 680 Длина волны, нм Рис. 2. Спектральное распределение энергии излучения вольфрама в видимой области спектра при различных рабочих температурах [12] С точки зрения зрительной эффективности предпочтительна высокая температура накаливания, однако это приводит к сокращению срока службы лампы. Недавно разработаны вольфрамово-галогеновые лампы, в которых нить металла накаливается до высокой теп- пературы в атмосфере паров брома или йода: при этом испаряющиеся с поверхности нити частицы металла вновь осаждаются на нити, а не оседают на стенках баллона, как в обычных лампах. Вольфрамово-галогеновые лампы представляют собой значительный шаг вперед в отношении увеличения зрительной эффективности. Некоторые вольфрамовые лампы, однако, излучают значительную долю энергии в ближней инфракрасной области. Поэтому в ряде случаев выделяемое ими тепло затрудняет их применение. Более того, если основная цель устройства заключается в генерации видимого света, то лампы накаливания, очевидно, не могут быть эффективными источниками. В основном по этим причинам и были разработаны другие способы превращения электрической энергии в световую. Флуоресцентные лампы обычно представляют собой электрическую дугу в парах ртути с низким давлением, заключенную в трубку, стенки которой покрыты люминофором, флуоресцирующим под действием ультрафиолетового излучения ртутного спектра. Эти лампы по сравнению с вольфрамовыми более эффективны и слабо излучают инфракрасные лучи. Так, например, обычная 40-ваттная лампа накаливания с вольфрамовой нитью создает световой поток 465 люменов1, тогда как 40-ваттная флуоресцентная лампа — 2600 люменов. К тому же соответствующим подбором люминофоров можно менять спектральное распределение энергии флуоресцентных ламп в широком диапазоне. Например, разработаны лампы, обеспечивающие максимум энергии в тех участках спектра, которые наиболее важны для фотосинтеза, а также сконструированы лампы дневного света. Сейчас имеется большое число различных типов флуоресцентных ламп; их характеристики можно найти в ряде руководств по светотехнике [12]. Срок службы флуоресцентных ламп во много раз больше, чем их родственниц — ламп накаливания (примерно в отношении 7,5:1 для двух упомянутых выше типов ламп). К другим источникам видимого света относятся открытые электрические дуги, закрытые электрические дуги, электролюминесцентные панели, фотоэмиссионные диоды и ряд других менее важных источников, таких, как люминофоры и хемилюминесцентные жидкие смеси. Ксеноновая дуга, особенно ее короткодуговой вариант, является высокоэффективным источником со спектральным распределением энергии, близким к таковому у дневного света. Электрическая дуга в парах натрия имеет очень высокую световую отдачу, но ее излучение в видимой области сосредоточено на длине волн 5890 А. Когда необходимы миниатюрные источники света (0,127—2,79 мм), удобно использовать высокоинтенсивные дуговые лампы, в которых отрицательный электрод изготовляется из окиси циркония. Открытые электрические дуги (обычно между угольными электродами) не представляют особого интереса в плане использования их в космосе. Источники с низкой интенсивностью излучения, такие, как фотодиоды и электролюминесцентные устройства, находят применение главным образом при конструировании дисплеев и в определенных случаях, когда не требуется белый свет высокой интенсивности, так как они зачастую характеризуются несколько необычными спектрами излучения. Импульсные 1 Люмен — единица светового потока. Он представляет собой поток излучения, оцениваемый по реакции зрительного анализатора. При длине волны 555 нм (максимальной чувствительности дневного зрения человека) источник света, работающий без потерь, должен давать 680 люменов на 1 ватт. Многие факторы, связанные с конструкцией и действием ламп, ведут к снижению их эффективности, особенно повышению инфракрасного излучения.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 63 лампы, обычно наполненные ксеноном, важны для визуальной сигнализации, для оптической «накачки» лазеров и везде, где требуются короткие вспышки видимого света высокой интенсивности. По-видимому, лампы накаливания и флуоресцентные лампы и впредь останутся наиболее важными источниками видимого света, особенно для целей обычного освещения, необходимого для фотобиотической и психофизиологической деятельности. Лазеры, хотя и находят полезное биологическое и медицинское применение в лаборатории и клинике, только теперь начинают рассматриваться как инструмент медико-биологического профиля, который может использоваться на космическом корабле. Специфические свойства лазерного излучения: высокая монохроматичность, малый угол расхождения и когерентность, а также большая плотность энергии — делают лазеры исключительно заманчивыми для более широкого использования в фотобиологических исследованиях. Источники инфракрасных лучей. Все тела, температура которых не равна абсолютному нулю, излучают энергию в инфракрасном участке электромагнитного спектра. Солнце и в этом случае является наиболее важным источником излучения, так как около 45% энергии испускается им в ближнем инфракрасном участке спектра (см. рис. 1). У более холодных объектов энергетический максимум находится в более длинноволновом диапазоне, как указано на рис. 3; при земных температурах абсолютно черное тело испускает лучи с максимумом интенсивности уже около 10 мкм. Большая часть инфракрасного излучения в окружающей нас среде получается либо непосредственно от Солнца, либо косвенным путем — от тел, которые были нагреты им. Используя подходящие материалы с высокой тепловой инерцией, можно в такой форме запасать солнечную энергию и использовать ее при отсутствии или недостатке прямых солнечных лучей. Есть много других источников инфракрасного излучения, включая горение и другие экзотермические химические реакции, а также некоторые механические экзотермические процессы, но здесь будут обсуждены лишь те, которые действуют при потреблении электрической энергии. К хорошим источникам инфракрасных лучей относятся некоторые лампы с нитью накаливания. В зависимости от рабочей температуры от 75 до 80% их энергии приходится на этот спектральный участок, в основном на невидимую часть спектра с длиной волн от 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 Длина волны, нм Рис. 3. Спектральное распределение энергии для некоторых источников инфракрасного излучения 12 А — видимая и Б — инфракрасная части спектра; В — спиральный нагреватель, 700° К (ниже красного накала); Г — лампы накаливания: а — инфракрасного накаливания, 2000° К; б — инфракрасная промышленная, 2500° К; в — 500 вт, 2960° К; г — кинопроекционная, 3360° К; д — паровой радиатор, 373е К. 760 до 5000 нм. Поэтому наиболее распространенными источниками инфракрасных лучей являются лампы с вольфрамовой нитью, нагреваемой электрическим током лишь до относительно низких температур, при которых максимум выхода энергии сдвигается в сторону длинноволнового диапазона. Обычно такие лампы используются для получения излучения в области длин волн от 760 до 4000 нм, тогда как тепловые излучатели со стержневым телом накала употребляются для получения волн длиной от 1500 до 14000 нм. Преимущество этих тепловых излучателей состоит в способности излучать волны большей длины, которые в лампах накаливания поглощаются стеклянным или кварцевым баллоном; кроме того, они обладают высокой прочностью и длительным сроком службы. Мы рассмотрели важнейшие источники энергии в трех участках электромагнитного спектра (ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные лучи). Перечень этот, безусловно, не полон, но ясно, что при отсутствии естественного солнечного излучения человек способен создать искусственные источники для получения и практического использования известного количества энергии в необходимых участках спектра. В следующих разделах этой главы мы обсудим значение указанных трех спектральных участков для космической биологии и медицины.
64 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ СПЕКТР ВИДИМОГО СВЕТА Электромагнитные колебания с длиной волн примерно от 380 до 750 нм составляют видимый спектр, так как именно они способны возбуждать органы зрения и вызывать ощущение света. Хотя эта область спектра характеризуется и другими биологическими эффектами, включая способность производить нагрев и активизировать фотосинтез, для операций в космосе она наиболее важна как стимулятор зрения. Зрительная система человека, включающая все части структурного комплекса «глаз — мозг», способна улавливать значительное число тонких различий при самом широком диапазоне интенсивностей света. Не удивительно, что литература, посвященная вопросам зрения, обширна. Но обобщение уже накопленных знаний не является целью данной главы. Имеется целый ряд обзорных работ по физиологии зрения человека, вышедших в последнее время; из них наиболее содержательные — это работы Рота [17] и Даусона [9], с которыми интересующимся особенно полезно ознакомиться. Изменения зрительной чувствительности к длине волн в пределах видимого спектра происходят по двум основным направлениям. Во- первых, чувствительность глаза изменяется по кривой, которая приблизительно симметрична относительно некоторого максимума. Для зрения при ярком свете этот максимум располагается на 555 нм, и если чувствительность при этой дйине волн принять за единицу, тот же параметр при 380 нм равняется 0,00012. Во-вторых, при низком уровне освещенности максимум чувствительности глаза к темноте сдвигается в синюю часть спектра и приходится на длину волны около 505 нм (рис. 4). Таким образом, волны сине-зеленого участка спектра являются наиболее эффективными стимуляторами зрения; красная и фиолетовая части спектра для стимуляции зрения требуют относительно большее количество энергии. Если в глаз попадает оптимальное для его возбуждения количество энергии, он способен ощущать очень тонкие различия в длине волн света. Различие цвета в одних участках спектра происходит лучше, чем в других (рис. 5), и это, вероятно, обусловлено свойствами фоточувствительных пигментов в колбочках сетчатки, ответственных за цветовое зрение. При низких уровнях света цвета не различаются и активируется лишь родопсин, единственный фотопигмент палочек сетчатки. Зрение возможно при широком диапазоне интенсивностей света, хотя такие зрительные функции, как различение контрастов, восприятие цвета, острота зрения и тому подобное, наилучшим образом осуществляются при высоких уровнях световой энергии2. Огромный диапазон уровней световой энергии, наблюдающихся как в земных, так и в космических условиях, показан на рис. 6. То, что глаз способен успешно функционировать в пределах нескольких порядков величин энергии, объясняется частично двойственной природой светочувствительных клеток сетчатки (палочки и колбочки), частично фотохимической адаптацией на уровне сетчатки, частично регулированием диаметра зрачка и частично тем, что нервные связи в зрительных проводящих путях и (или) в сетчатке глаза могут изменяться в зависимости от уровня освещенности. С точки зрения обеспечения нормального зрения, для работы в космосе, зависящей от функционирования зрительной системы человека, всегда требуется достаточное количество нужного света. Это означает, что яркость света при выполнении тех задач, где крайне необходимо острое зрение, должна поддерживаться в пределах 10—1000 миллиламбертов (30—3000 свечей/м2). Качество освещения также имеет большое значение, так как некоторые необходимые различения можно сделать только тогда, когда энергия источника света распределена по всему видимому диапазону спектра. Когда яркость света в естественной окружающей среде слишком велика, она должна быть уменьшена с помощью фильтров, экранов, козырьков или непрозрачных щитов. Если яркость естественного света слишком мала, нужно возместить ее недостаток при помощи искусственных источников или, в некоторых случаях, изменить направление с помощью света рефлекторов. В некоторых случаях, особенно когда космическому экипажу необходима адаптация к 2 В условиях полной адаптации к темноте восприимчивость глаза чрезвычайно велика; при длине волны 507 нм поток энергии, необходимой для восприятия света, равняется около 9 X 10~16 вт. Интересно отметить, что такое количество энергии потребовалось бы для того, чтобы в течение 150 млн. лет повысить температуру одного грамма воды на один градус. Другой пример: механической энергии горошины, упавшей с высоты одного дюйма, если перевести ее в световую, хватило бы на то, чтобы каждый из людей, кто когда-нибудь жпл, воспринял тусклый свет.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 65 темноте для наблюдения за явлениями с низкими уровнями световой энергии, для работы вне корабля в тени или для выполнения какой-либо другой работы в условиях относительной темноты, желательно устранять всякое освещение на период до 30 мин. или просто до тех пор, пока глаз не достигнет максимальной чувствительности. Если это неосуществимо, то во время адаптации зрение можно поддерживать на определенном уровне, используя тёмнокрасное освещение (или защитные очки с тёмнокрасными стеклами), при этом палочки сетчатки селективно адаптируются. Из рис. 4 видно, что для этой цели пригодны волны с длиной больше 650 нм. Во время сна или отдыха также необходимо выключать свет или уменьшать его воздействие на глаза. С этой целью иногда плотно закрываются иллюминаторы корабля и выключаются все источники света, за исключением тех, которые необходимы для использования в аварийной ситуации. Различение контраста. Обычное зрение зависит от того, имеются ли различия в яркости объектов или их комплексов в окружающей обстановке. Чтобы объект можно было отличить от фона при отсутствии цветовых различий между ними, должен иметь место контраст яркости определенной величины. Контраст яркости теперь всеми определяется как отношение разности между яркостью объекта и яркостью фона к яркости фона: С = AL/Z/фона* Контраст, следовательно, может варьировать в пределах от минус 1 (для объектов с нулевой яркостью, находящихся на сколько- нибудь ярком фоне) до плюс бесконечности (для ярких объектов на фоне с нулевой яркостью). К настоящему времени проведено большое число исследований контрастной чувствительности у человека как функций таких переменных, как размер, форма, положение объекта в поле зрения, время экспозиции и уровень яркости фона. Эти исследования хорошо обобщены в некоторых работах [9, 17]. Общая форма взаимосвязи рассматриваемых параметров для простых круглых предметов на однообразном фоне приведена на рис. 7. Интересно, что контраст яркости, по-видимому, значительно более важен для обнаружения объектов, чем цветовой контраст; цвет способствует восприятию лишь в том случае, если яркостный контраст незначителен или отсутствует. Более того, в первом приближении возможность различения объектов с контрастом яркости, одинаковым по величине, но противоположным по знаку, одна и та же. 5 Заказ № 1039 1,0 0,8 0,6 0,4 ^с / / / / Палочк / / / / 1 *1 1 1 \ \ \ \ овое зрение \ \ r олбочковое apei \ \ , \ \\ \\ \\ ие \\ \\ \ 0,2 400 500 600 700 Фиолетовый Голубой Зеленый Желтый Красный Длина волны, нм Рис. 4. Кривые спектральной чувствительности зрительных рецепторов человека Колбочки — клетки сетчатки, ответственные за зрение при высоких интенсивностях света, дневное и цветное зрение. Палочки, обладающие чувствительностью на несколько порядков выше, ответственны за ночное зрение при уровнях освещения, недостаточных для возбуждения колбочек, но не участвуют в цветовом зрении [17] £ 3 \ V г 1 \ \ л! / 400 500 600 700 Фиолетовый Зеленый Оранжевый Красный Голубой Желто-зеленый Длина волны, нм Рис. 5. Различение цвета в видимой части спектра При оптимальных условиях могут различаться волны, длина которых отличается друг от друга на 1 нм [17J
66 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Яркость, мл к м°9г-7.108 4,4 -108 Солнце Объект Солнце ; МО8 110 МО6 МО5 МО4 МО' МО2 1-10 8-Ю7 Атомная бомба 1-10° МО1 1102 мб3 Мб4 1,58-104 9,4-103 . 6,4-103 4,3-103 2,9-103 2-Ю3 1,2-103 ' 9,6 -1Q2 8-Ю2 5-Ю2, 2,4-Ю2 ■ 1,1 -102 2-Ю1 1,8. Ю1 1-101 7-10° Венера Земля Меркурий j Земля Юпитер Небо Луна Сатурн Марс Луна Небо Уран Нептун Белая бумага при свете, достаточном для чтения Киноэкран (в помещении) Экран телевизора Плутон — 8-10 Снег при освещении Луной 2-10" Нижний предел полного цветового зрения 7,5-10 Земля 1- 10 - 310 ■5 1-10° — 1-10 -6 Верхняя граница ночного зрения Земля Абсолютный порог темно- вой адаптации глаза человека; нижний предел ночного зрения Небо Космическое пространство Примечания Наблюдение за пределами земной атмосферы Наблюдение с Земли Светящийся шар, 4 мили (6,44 км) от точки взрыва мощностью 800 килотонн Наблюдение за пределами атмосферы, альбедо г принято равным 0,59 Наблюдение из Космоса, поверхность Земли покрыта облаками ( =0,8) Наблюдение за пределами атмосферы (г=0,069) Наблюдение за пределами атмосферы в январе, облачности нет ( =0,39) Наблюдение за пределами атмосферы (г-0,56) Среднее в ясный день Полная Луна, наблюдение за пределами атмосферы (г=0,073) Наблюдение за пределами атмосферы (г=0,63) Наблюдение за пределами атмосферы (Г=0,15) Полная Луна, наблюдение с Земли Среднее в пасмурный день Наблюдение вне Земли (г=0,63) Наблюдение за пределами атмосферы (г=0,73) Наблюдение за пределами атмосферы Наблюдение вые пределов атмосферы при полной Луне Наблюдение вне пределов атмосферы ночью при освещении звездами зодиакальным светом и свечением ночного неба Ночное небо в безлунную ночь, наблюдение с поверхности Земли Освещение создаваемое звездами, зодиакальным светом и галактическим фоном
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 67 Острота зрения. Способность различать мелкие детали зависит от ряда факторов, но наиболее важно, чтобы оптические элементы глаза были способны обеспечить на сетчатке хорошо сфокусированное изображение. Пусть преломляющая система глаза человека находится в норме. Рассмотрим в общих чертах лишь те факторы, которые ведут к ухудшению нормальной остроты зрения. Уровень яркости предмета имеет первостепенную важность. Как при слишком слабом, так и при слишком сильном свете острота зрения снижается, хотя и по разным причинам. При очень низких уровнях стимулируется относительно небольшое количество палочек периферической сетчатки, тогда как много рецепторов функционально связано с очень небольшим количеством нервных волокон в зрительных проводящих путях. Кроме того, при низких уровнях освещения сильно расширен зрачок, что приводит к значительной сферической аберрации. При очень высоких энергетических уровнях острота зрения вновь ухудшается, и это, по-видимому, происходит вследствие сильного обесцвечивания чрезмерным сужением зрачка и некоторых других факторов. К счастью, острота зрения подвергается воздействию высоких уровней энергии лишь в очень ограниченном числе ситуаций и легко может контролироваться путем применения аттенюаторов. Оптимальная кривая яркости для нормальной остроты зрения приведена на рис. 8. Контраст также влияет на остроту зрения. Согласно Коббу и Моссу [7], когда величина контраста падает с 0,50 до 0,02, чтобы различить деталь, ее размер необходимо увеличить более чем в 10 раз. Острота зрения уменьшается и тогда, когда объект движется, а также и при малом времени экспозиции. Интересное явление падения остроты зрения было установлено во время полетов на большой высоте, когда в поле зрения не было ни одного объекта [20]. В этом случае, а также при низких уровнях адаптации проявляется тенденция к близорукости и острота зрения на расстоянии начинает ослабляться. Для оптимизации, поддержания и сохранения остроты зрения условия освещения должны контро- Рис. 6\ Яркость различных объектов Земли и Космоса Альбедо — коэффициент диффузного отражения (г), представляет собой отношение отраженного видимого света к падающему при сборе отраженного излучения в пределах 4я стер. 100 10 ей —ч штраст 1 Щ *—.«, ч Sa ■— » "—■ ■— —■ 1— |*» — -» - — .. •«■■55 - 11 ■ ■■ -" tmm ■* и. ■■Hi — — Г» - — ■■ ■■ ■■ — ■ «■■ММ од 0*00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 Яркость, млк 10 100 1000 Рис. 7. Связь между минимальной величиной объекта, яркостью фона и контрастом, необходимым для зрительного обнаружения [17] 2,8 2,4 2,0 11,6 о 1,2 0,8 0,4 -в -4-2024 Яркость фона Рис. 8. Зависимость остроты зрения от логарифма, яркости фона для двух различных цветов [17] лироваться и находиться в пределах, обеспечивающих наилучшее функционирование глаза, и, когда это возможно, объекты, подлежащие контролю, должны обладать достаточной контрастностью для легкого и безошибочного различения. Другие зрительные различения. В то время как контрастное различение и острота зрения Краен (670н мй/7 *)// / // / 1 'олубой 490нм) 5*
68 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ являются весьма важными компонентами работы зрительного анализатора, имеются и некоторые другие способы извлечения информации из световых изображений на сетчатке обоих глаз. К ним относятся различение движения, глубина восприятия, восприятие прерывистого света (мигания) и др. Детальное обсуждение этих аспектов зрения содержится в работах, приведенных в литературном указателе [7, 9, 14, 17]. Свет как стрессор. Иногда свет может действовать как фактор, нарушающий деятельность человека. Наиболее обычными и очевидными являются либо те случаи, когда во всем поле зрения имеется слишком много световой энергии, либо когда распределение света неблагоприятно для зрения. В первом из двух названных случаев дискомфорт и невозможность нормального видения возникают, во-первых, из-за сильного сокращения зрачка, смыкания век и, возможно, нистагма, во-вторых — в результате ослепления, которое является следствием рассеяния света внутри глаза, что ведет к уменьшению контрастности изображения на сетчатке. Проблема избытка света во всем поле зрения обычно легко решается путем применения козырьков, защитных очков или какого-то фильтра на скафандре, который должен быть спектрально нейтральным. Ослепляющий блеск, с другой стороны, зачастую с трудом поддается контролю и требует тщательного расчета распределения источников света, а также специальной защиты от естественного света, такого, как прямые солнечные лучи или отражение солнечной энергии от сильно отражающих поверхностей. Дополнительным средством борьбы является такое планирование деятельности людей, при котором исключается возможность внезапного попадания взора в направлении источника ослепляющего блеска. Другой зрительный стрессор — феномен слепящей вспышки. Этот эффект вызывается воздействием на глаз человека внезапной вспышки света очень большой энергии, как правило, неожиданной. Результатами такой вспышки являются испуг, боль в глазах и более или менее длительная утрата зрительной функции. Эти последствия особенно серьезны в том случае, когда к моменту возникновения вспышки наблюдатель прошел темновую адаптацию. Время восстановления варьирует в зависимости от глубины адаптации, интенсивности и длительности вспышки, ее пространственного и временного распределения и от спектрального распределения ее энергии. Воздействие вспышки средней силы и продолжительности ведет к кратковременному повышению порога зрения, временной утрате видимости в зоне воздействия (скотома) и некоторому ухудшению работоспособности, вызванному реакцией испуга или другими реакциями организма, такими, например, как пассивно-оборонительная реакция. Вспышка большей интенсивности и продолжительности может привести к более длительным нарушениям и к глазной патологии. Более подробные сведения по этому вопросу читатель сможет найти в работе Девиса и соавт. [8]. Защититься от слепящей вспышки легко только в тех случаях, когда ее возникновение ожидается или она начинается постепенно, хотя бы в течение времени, достаточного для срабатывания мигательного рефлекса. Сейчас ведутся успешные исследования по созданию защитных очков и козырьков, очень быстро темнеющих под воздействием сильного света, но идеальная система еще не разработана. Стрессорами могут быть также ритмические или неупорядоченные изменения уровней света, особенно при крайне больших перепадах энергии. Амплитуда и частота ритмических изменений, так же как и уровень превалирующей средней освещенности, влияют на наблюдаемые эффекты. В лучшем случае могут возникнуть лишь легкое беспокойство или рассеянность, но в тяжелых случаях могут наблюдаться серьезные нарушения работоспособности, не только в результате прямого воздействия на зрительную систему, но также вследствие развития таких соматических состояний, как головная боль и сильная усталость. Если изменения интенсивности происходят на соответствующем уровне и при частотах, равных или близких к альфа-ритму, у некоторых индивидуумов, особенно у лиц, склонных к эпилепсии, возможно возникновение припадков. Предотвращение всех этих нежелательных явлений сводится или к устранению апериодических или периодических световых флуктуации, или к их ослаблению до такого уровня, который незначителен по сравнению с постоянным уровнем освещения. Стандартизация освещения окружающей среды при операциях в космосе. Чтобы обеспечить условия оптимальной работоспособности и комфорта для членов космических экипажей, многое можно сделать путем тщательного проектирования космического корабля и решения вопросов освещения. Рабочие мес-
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 69 та должны быть расположены в соответствии с установленными принципами техники освещения. Для многих задач рекомендации по освещению уже разработаны [12]. Вообще говоря, уровни освещения для продолжительного отчетливого видения должны находиться в диапазоне 538—2152 лм/м* (50—200 фут- свечей) и отражение от поверхности должно быть таким, чтобы отношение между яркостью объекта и его окружения не было значительным. Прямого и отраженного блеска нужно избегать, и это можно сделать, правильно располагая осветители и учитывая оптические свойства поверхностей. В современной практике освещения в США источники света стараются расположить в соответствии с рекомендациями Общества осветительной техники [12], примеры которых приведены на рис. 9. Таблица 1. Нормы освещенности рабочих поверхностей Соотноше-j ние 1к l/з 1 к l/lO 1к 10 20 к 1 40 к 1 Условия между объектом и ближайшим окружением ; между объектом и отдаленными темными поверхностями ; между объектом и отдаленными светлыми поверхностями между источниками света (или окнами) и ближайшей поверхностью; в любом месте в нормальном поле зрения. Рис. 9. Рекомендуемые соотношения освещенности при длительном наблюдении. Данные величины максимальны; уменьшение их обычно улучшает зрение [12] Для решения некоторых задач, требующих особой остроты зрения и контрастного различения, может понадобиться специальное дополнительное освещение (фиксированное или переносное). Для устранения отраженного блеска часто используют поляризующие материалы; скрещенные пары поляризаторов можно применять для ослабления солнечного света. Гигиенические нормы искусственного освещения. Согласно советским стандартам, наименьшая освещенность рабочих поверхностей должна соответствовать нормам, приведенным в табл. 1. Созданные нормы освещенности разработаны с учетом: точности работы, определяемой самым маленьким объектом, который может быть обнаружен (измерен в мм), контраста между объектом и фоном, характеристики фона и системы освещения. и si* !■; ей S Я ftft is t 8g h « m Sao о -.>& Освещенность» лк It! 6i III sj О ев в> §K Й ffl Наивысшей точности Очень высокой точности Высокой точности Средней точности Менее 0,15 0,15-0,3 0,3—0,5 0,5—1 а б в г а б в г а б в г а б в г Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний Большой Большой Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний Большой Большой Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний Большой Большой Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний Большой Большой 300 300 300 300 300 300 300 200 300 200 200 150 200 150 100 100 4000 3000 2000 1250 3000 25000 1500 750 1500 750 600 400 600 500 400 300 Нормы освещенности разработаны для двух типов систем освещения: а) системы общего освещения; б) системы комбинированного освещения, в которой к общему освещению добавляется местное концентрированное освещение непосредственно рабочих мест. Общее освещение подразделяется на следующие типы: общее однородное освещение (равномерное распределение света без изменений в расположении арматуры); общее
70 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ локальное освещение (свет распределяется с учетом расположения рабочих мест). Применение одного лишь локального освещения в зданиях не разрешается. Вышеуказанные нормы определены для объектов, расположенных на расстоянии 0,5 Mi°T глаз работающего. Эти нормы возрастают на порядок при расположении объекта более чем в полуметре от глаза, когда выполняется напряженная непрерывная работа в течение длительного времени (более половины рабочего дня), а также при необходимости идентифицировать объекты на движущихся поверхностях. - Многочисленные данные и советских и американских исследователей свидетельствуют, что оптимизация уровней освещенности ведет к значительному увеличению производительности труда, точности, рабочего комфорта, безопасности, к улучшению морального состояния космонавтов. Для освещения рабочих отсеков космических кораблей рекомендуется уровень освещенности в 300 люкс, так как часть работы космонавтов требует чрезвычайно высокой точности и им необходимо различать предметы, которые умеренно или очень мало контрастируют с окружающим фоном. Для лучшей освещенности шкал, панелей приборов и т. д. уровень освещенности этих элементов может быть увеличен до 1500—2500 люкс. Более низкие уровни освещенности, порядка 50—100 люкс, не вызывающие возбуждения и создающие ощущение полного комфорта и «домашних условий», рекомендуются для мест отдыха космонавтов. Для устранения слепящего действия должны быть приняты все меры к ограничению как яркости источников света, так и всех Таблица 2. Допустимые средневзвешенные яркости рабочей поверхности Площадь поверхности, м* Яркость рабочей поверхности, нит Менее 0,01 От 0,01 до 0,02 От 0,02 до 0,05 От 0,05 до 0,15 От 0,15 до 0,4 От 0,4 и более 2500 1800 1300 1000 700 500 светящихся и отражающих свет поверхностей [1]. В советских нормах искусственного освещения в качестве допустимых приняты приводимые в табл. 2 величины яркости рабочей поверхности. Спектральное распределение энергии искусственных источников света должно в идеале соответствовать спектру солнечного света. Если это невозможно, то источник света должен по крайней мере излучать энергию при всех длинах волн видимого спектра без значительных максимумов или провалов; иными словами цвет должен быть естественным, а нейтральные поверхности — бесцветными. Приборы, управляющие и индикаторные устройства, находящиеся в поле зрения оператора, давно вызывают особый интерес у дизайнеров, и этой проблеме посвящены многочисленные работы. В ряде руководств по конструированию оборудования (например, Морган и др. [14]), подробно рассматриваются все аспекты проблемы зрения, которые способствуют наилучшему выполнению рабочих операций. Места отдыха и сна должны иметь слабое освещение, хотя полная темнота может быть нежелательной. В периоды расслабления рекомендуются промежуточные уровни освещенности, а во время сна — такой низкий уровень освещенности, какой только можно применить, не нарушая условий безопасности экипажа. В длительных космических полетах, таких, как межпланетные или при пребывании на Луне и других планетах может оказаться желательным установить программу контроля за освещением, которая поддерживала бы суточные и сезонные его циклы, характерные для естественных земных условий. Хотя большая часть данных относительно связи освещенности и циркадных биоритмов получена на животных, совершенно очевидно, что световые режимы определяют такие важные биоритмы, как чувствительность к излучению или к различным вредным раздражителям [5]. Наконец, свет или цвет в окружающей среде оказывают влияние на некоторые психические функции высшего порядка; к ним относятся такие категории, как моральное состояние экипажа и личные взаимоотношения его членов.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 71 СПЕКТР УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ Как уже говорилось, только малая часть солнечной энергии приходится на ультрафиолетовую область спектра (рис. 1). Тем не менее, количество этого излучения таково, что при продолжительном действии прямых солнечных лучей от него необходима защита. К счастью, это очень легко сделать, ибо самые обычные материалы, например стекло и различные материалы защитных козырьков, которые прозрачны для лучей видимой части спектра, обеспечивают превосходную защиту от биологически активной части ультрафиолетовой области спектра. Умеренное воздействие ультрафиолетовых лучей на тело человека можно, конечно, приветствовать; лучи коротковолновой части спектра обладают бактерицидным действием, что является полезным для гигиены космического корабля и обитаемой станции. Чрезмерное воздействие ультрафиолета в зависимости от длины волн может вызвать повреждение наружных слоев кожи и зрения у человека. Существует громадное количество данных, касающихся бактерицидного и противорахитного действия ультрафиолета, а также его влияния на кожу [3, 4, 5, 12]. Эффекты повреждения зрения человека ультрафиолетом недавно признаны важными, главным образом благодаря превосходным работам Питса и его коллег [15]. Здесь можно привести лишь краткий обзор известных эффектов действия ультрафиолета. Бактерицидное действие. Бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения известны около ста лет, и к настоящему времени получены многочисленные данные о зависимости его обезвреживающего действия как от энергии, так и от длины волн. Спектр бактерицидного действия измерен на многих видах микроорганизмов, и его форма, приведенная на рис. 10, теперь достаточно хорошо установлена. В целом эта кривая соответствует спектру поглощения нуклеиновой кислоты. Согласно Тодду и Тобайсу [19], эффективность ультрафиолета в отношении инактивации живых клеток зависит от способности клеток восстанавливать повреждения ДНК. Ртутные лампы низкого давления дают сильное излучение при 2537 А, т. е. очень близко к максимуму в спектре действия, и поэтому представляют собой высокоэффективные источники бактерицидного излучения. Возможно, указанные лампы найдут применение как средство общей или локальной стерилизации жилых отсеков и оборудования космических кораблей. 1.U 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 п *> 0,1 л 2 20 У / > / / 10 / 7_ N 260 \ \ V \ \ 280 \ \ \ 300 3 20 Длина волны,ян Рис. 10. Спектр бактерицидного действия ультрафиолетового излучения [12] 200 400 600 800 1000 Длина волны, нм 1200 1400 Рис. 11. Проницаемость различных слоев кожи человека для лучистой энергии при разных длинах волн а — роговой слой (0,03 мм); б — эпидермис (0,05 мм); в — эпидермис + сосочковый слой (0,5 мм); г — эпидермис + дерма (2 мм). 100 80 40 20 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 Длина волны, А* Рис. 12. Возникновение эритемы при действии облучения (по двум источникам) [13] Чу ч N s 1 \ \\ \ г ч 1 Al \\\\ \ иг ГГ jt /Г UZ \ \ |\
72 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Если в атмосфере имеются пары воды, то проявляется некоторое дополнительное бактерицидное и фунгицидное действие генерации озона излучением с длиной волны 1845 А. Деодорантные свойства озона могут оказаться полезными в условиях пребывания в ограниченном пространстве космического корабля в течение длительного времени. Данные о количествах энергии ультрафиолетовых лучей, необходимых для инактивации разнообразных бацилл, дрожжей, плесневых грибков и вирусов, можно найти в работах [3, 4, 5, 12, 13, и др.]. Летальное действие ультрафиолетовых лучей практически не зависит от температуры, но влажность играет важную роль; причем скорость гибели микроорганизмов значительно уменьшается при высокой влажности. Поэтому бактерицидные лампы часто помещаются в трубы вентиляционных систем и систем кондиционирования воздуха, где преобладает низкая влажность. Действие на кожу. Действие ультрафиолетовых лучей Солнца или искусственных источников на кожу человека приводит к двум наиболее очевидным эффектам: эритеме (солнечный ожог) и пигментации (загар). Оба эти явления исследованы количественно, и хотя существует очень большое различие в индивидуальной чувствительности, тем не менее можно описать спектры развития во времени и эритемы и пигментации. У некоторых индивидуумов могут быть другие последствия облучения ультрафиолетом, включая полиморфную сыпь, рак кожи под влиянием лучей с длиной волны менее 3200 А и крапивницу при облучении ультрафиолетом в том же диапазоне длин волн и в полосе 4000—5000 А (не истинный ультрафиолетовый эффект). Можно думать, однако, что лица с идиосинкразией к ультрафиолету не будут отбираться в состав космических экипажей. Как эритема, так и пигментация зависят от глубины проникания и поглощения излучения слоями кожи. Наблюдаемые различия между чувствительностью светлой и темной кожи, вероятно, в основном обусловлены различиями в глубине проникания ультрафиолета и структуре разных слоев. (Отражающие свойства светлой и темной кожи по отношению к ультрафиолету примерно одинаковы.) Проницаемость кожи человека, слой за слоем, показана на рис. 11, из которого можно видеть, что излучение с длиной волны короче 4000 А полностью поглощается до того, как оно достигнет подкожных слоев. Отсюда ясно, что биологическое действие ультрафиолета на кожу человека ограничивается структурами, имеющими толщину около 2 мм или близкую к ней. Спектр действия эритемы приведен на рис. 12. Покраснение кожи возникает спустя 1—6 час. после облучения и удерживается от одного до трех дней. Величина эффекта зависит от длительности облучения и его интенсивности, а эталонная единица называется минимальной дозой эритемной реакции (эр), т. е. такое облучение, которое вызывает едва заметное покраснение кожи. Согласно Коллеру [13], 2,5 эр вызывают яркую эритему, 5 эр — болезненный солнечный ожог, а 10 эр —появление волдырей. Более сильные воздействия могут привести к некрозам. Указанные величины, однако, лишь приблизительны и относятся к полуденному солнечному свету на поверхности Земли, спектр энергии которого отличается от спектра искусственных источников или солнечной радиации вне атмосферы. К тому же приведенные выше величины для длинноволновой области ультрафиолета бывают больше, чем в случае коротковолнового облучения. Механизм ультрафиолетовой эритемы, которая просто свидетельствует о расширении кровеносных сосудов, заключается, по-видимому, в высвобождении гистаминоподобных соединений, которые путем диффузии достигают нижних, богатых кровеносными сосудами слоев кожи. Механизм пигментации недостаточно понятен, но две главные фазы этого процесса уже описаны. Первая фаза возникает под действием того же спектра лучей, что и эритема, но имеет более длительный латентный период и дольше сохраняется после облучения. Предполагают, что пигментация отражает некоторые фотохимические изменения, которые вызывают и эритему, но между этими двумя эффектами ультрафиолета существует лишь косвенная связь. Вторая фаза загара обнаруживается у лиц, которые прежде подвергались воздействию ультрафиолета. Она отличается от первой фазы тем, что ее спектр действия более широк и сдвинут в более длинноволновую сторону с максимумом около 3460 А. Это свидетельствует о различии основных фотохимических механизмов, лежащих в основе указанных фаз пигментации [13]. Вторая фаза пигментации наступает к тому же без латентного периода. Важно отметить, что члены экипажа космического корабля, загоревшие непосредственно перед полетом, будут, вероятно, более устойчивы к воздействию ультрафиолетового излучения на кожу.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 73 Ультрафиолетовая фотофталъмия. Воздействие высоких уровней энергии ультрафиолета на человеческий глаз вызывает патологические изменения различного типа и различной степени тяжести. Бетнер и Уолтер [6] показали, что излучение с длиной волн короче 3800 А совсем не проникает в сетчатку глаза взрослого человека, и большая часть энергии волн короче 3000 А полностью поглощается при прохождении через роговицу и переднюю камеру, т. е. до попадания на переднюю поверхность хрусталика. Не удивительно поэтому, что воздействие ультрафиолетового излучения на глаз проявляется лишь на его поверхностных тканях. Симптомы избыточного действия ультрафиолета включают изменения в эпителии роговицы, эритему век, светобоязнь и боль. Эти симптомы обычно преходящи, но опасны тем, что нарушают способность выполнять определенные операции в космосе. Нужно указать, что в отличие от кожи у глаза и окружающих его тканей не развивается устойчивость к воздействию ультрафиолета и защита от него должна осуществляться при всех повторных воздействиях. Пите и др. [15] описали начало и течение ультрафиолетовой фотофтальмии следующим образом: «Обычные клинические фотокератиты имеют характерный путь развития. После облучения наблюдается латентный период, длительность которого находится до некоторой степени в обратной зависимости от тяжести облучения. Латентный период может быть как коротким —30 мин., так и длинным — 24 часа, но обычно он длится от 6 до 12 час. Появляется конъюнктивит, который сопровождается эритемой век и прилегающей кожи лица. Возникает ощущение инородного тела или «песка» в глазах, разные степени светобоязни, слезотечение и спазм век. Эти острые симптомы обычно продолжаются от 6 до 24 час, но в основном все ощущения дискомфорта исчезают в течение 48 час. Очень редко облучение вызывает необратимые нарушения». В последующих работах Пите и др. [16] получили количественные данные, касающиеся порога возникновения фотокератитов у человека. Этот порог при 280 нм равен 0,05-106 эрг/см2. Они же определили пороги облуче- 210 250 270 Длина волн, нм Рис. 13. Влияние лучей различной длины волны на возникновение фотофтальмии у приматов ния, вызывающие фотокератиты у приматов (рис. 13). Хотя защитить глаз от абиотического действия ультрафиолета относительно легко, используя в козырьках и очках материалы, частично или полностью не пропускающие это излучение, надо подчеркнуть, что фотофталь- мия, возникающая при чрезмерном облучении, очень коварна, так как между воздействием ультрафиолета и развитием симптомов имеется большой латентный период. Необходимо поэтому проявлять постоянную бдительность в использовании защитных средств. Формулы и расчеты по защите от различных уровней ультрафиолета, встречающихся в условиях космоса, защитные характеристики материалов, используемых в Соединенных Штатах в настоящее время, приведены в работе Питса и др. [16].
74 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ СПЕКТР ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧЕЙ Излучение представляет собой один из четырех способов, при помощи которых происходит обмен тепла между организмом и окружающей средой. (Другие способы — конвекция, теплопроводность и испарение — не будут рассматриваться здесь.) Человек и другие организмы могут либо поглощать тепло от излучающих его тел, температура которых выше, чем их собственная, либо терять тепло, отдавая энергию более холодным телам или излучая ее в пространство. Как и другим гомойотермным животным, человеку необходимо, чтобы температура окружающей его среды находилась в пределах определенных границ для поддержания комфорта и нормального протекания всех функций организма. Это в свою очередь является обязательным условием оптимальных действий индивида. В условиях космоса наиболее важный источник инфракрасного излучения — Солнце. Влияние солнечного тепла как на человека, так и на космический корабль тщательно учитывается при конструировании корабля и одежды. В большей части обширной литературы о патологических эффектах тепла и холода рассматриваются реакции организма на изменения теплового состояния тела, вызванные комплексом причин. Но сведения о границах толерантности, влиянии кратковременных воздействий и акклиматизации почти никогда не приложимы к случаям нагревания или охлаждения исключительно путем излучения. Тем не менее радикальные изменения как локальной, так и общей температуры вследствие эффектов излучения могут иметь идентичные последствия, а некоторые патологические нарушения вызываются только инфракрасным излучением. Так как инфракрасная радиация способна проникать в кожу более глубоко, чем лучи с меньшей длиной волны, она оказывает прямое воздействие на подкожные сосуды. Кровь, нагретая таким образом, циркулирует по телу, вызывая постоянное повышение температуры. Проницаемость человеческой кожи для лучей с длиной волн вплоть до 1400 нм показана на рис. 11. Потери тепла вследствие излучения происходят по тем же законам, что и поглощение. Поэтому материалы для одежды космонавтов и конструкций космических кораблей следует выбирать так, чтобы они отвечали задаче поддержания теплового равновесия в сравнительно узком интервале температур, необходимом для наилучшего физиологического и психического состояния экипажа. Обзор обширной литературы по тепловой толерантности, тепловому равновесию и защитным средствам можно найти в работе [17]. Патологические эффекты. Как очень большое, так и очень малое количество тепла вредно для организма. Между очевидным сильным отморожением и ожогом тканей располагаются различные патологические состояния, вызванные либо избыточным воздействием инфракрасного излучения, либо неконтролируемыми потерями тепла через механизм излучения. Первая проблема решается удалением тепла путем его поглощения или превращения в энергию парообразования. Переохлаждение устраняется путем подвода дополнительного тепла от излучательных или конвекционных устройств, а также от контактных грелок. Избыточное тепло вызывает три наиболее ослабляющих организм эффекта: тепловые судороги, тепловое изнеможение и тепловую лихорадку. Судороги успешно купируются увеличением потребления поваренной соли. Тепловая прострация является общим синдромом, возникающим вследствие нарушения периферической циркуляции, очень часто быстро развивающегося при напряженной физической деятельности. Она не связана с увеличением внутренней температуры тела и может быть предотвращена (и купирована) пероральным введением воды и поваренной соли. Тепловая лихорадка более опасна и появляется в результате нарушения работы механизмов тепловой регуляции тела. При этом поднимается ректальная температура, а потоотделение уменьшается или прекращается. В таких случаях необходимо радикальное лечение (обычно погружение пострадавшего в ванну с ледяной водой), и поэтому предотвращение тепловой лихорадки весьма существенно в условиях космоса. Некоторые менее серьезные патологические эффекты перегрева, такие, как чувство дискомфорта, потеря аппетита, небольшое обезвоживание и обильное потоотделение, не имеющие большого значения в условиях Земли, могут стать чрезвычайно важными при работе в космосе. Так как глаза непрозрачны для инфракрасных лучей в определенном диапазоне длины волн (рис. 14), эффект нагревания может привести к патологии зрительного аппарата. Надо думать, что таким образом возникает и синдром, известный под названием катаракты стеклодувов, хотя ограниченная
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 75 длительность облучения, вероятно, в космосе предотвращает его появление. Инфракрасное излучение находит также применение как бактерицидное средство при работе с термочувствительными и гидрофильными микроорганизмами. Стандартизация. В сущности, невозможно установить стандарты для инфракрасного излучения как такового, поскольку оно является лишь одним из нескольких факторов, обусловливающих тепловой баланс окружающей среды. Прямое излучение действует совместно с конвекцией, теплопроводностью, испарением и вторичным излучением, находясь с ними в очень сложном взаимодействии. Общая картина теплового обмена представляет собой результат взаимодействия этих факторов. Радиационный компонент теплообмена сам по себе весьма сложен из-за подвижности экипажа корабля, расстановки и поверхностных температур различных частей корабля или внутренних частей жилых помещений и локальных различий в температуре стен в местах расположения оборудования, иллюминаторов или некоторых других структурных аномалий [17]. За исключением исследований порогов болевых ощущений, вызываемых тепловым излучением, имеется очень мало количественных данных об эффектах инфракрасного излучения (потери или прирост тепла), которые были бы отделены от других элементов в картине теплового обмена. Поэтому при оценке многих исследований теплового стресса необходимо помнить, что инфракрасное излучение может иметь важное значение или вовсе не иметь существенного значения в зависимости от конкретной структуры общего теплообмена в окружающей среде. Точно так же при всякой попытке установить стандарты теплового излучения необходимо учитывать как непрямые, так и прямые его воздействия на организм. При анализе интегрального теплового обмена между человеком и окружающей средой в первую очередь определяют важность различных способов теплопередачи (излучение, конвекция, испарение). Естественно, было бы неразумно рассчитывать на полную согласованность данных, полученных разными исследователями. Цифры, полученные Харди и Дюбуа [11], А. А. Летаветом и А. Е. Малышевой [2] при комнатной температуре (20° С) и представленные в табл. 3, очень близки. Передача тепла посредством излучения, как следует из этой таблицы, имеет наиболее важное значение. Если доля компонентов 100 80 i 6° I 40 // / 1 ч \ V 1 и sss: 4 1 1 л Ш щ\ \ш 11 ш \ 1 .111 20 300 400 500 600 800 10001200 1600 2000 Длина волны, нм Рис. 14, Общая пропускная способность нормального глаза человека в зависимости от длины волны Данные получены в исследованиях с участием юношей, кроме длин волн короче 380 нм, которые проверялись на детях; у взрослых излучение волн такой длины полностью поглощается хрусталиком [161; 1 — передняя камера глаза; 2 — хрусталик; 3 — стекловидное тело; 4 — сетчатка. излучения так велика в тепловом обмене между человеком и окружающей средой при обычных благоприятных условиях, когда температура воздуха равна комнатной температуре, то изменение комнатной температуры будет, естественно, оказывать значительное влияние на реакции тела и тепловые ощущения человека. При температуре стен помещения и окружающих предметов +40° С и при такой же температуре воздуха нарушение функций теплорегуляции даже в состоянии покоя, естественно, происходит за очень короткие отрезки времени, угрожая перегревом; при этом влагопотери достигают 300—400 мл/час. Сни- Таблица 5. Теплопотери человека путем излучения, конвекции и испарения Виды теплопотерь Излучение Конвекция Испарение Харди и Дюбуа [11] ккал/час 45,7 11,0 20,6 77,3 Летавет и Малышева [2] теплопотери к 59,1 14,2 26,7 100 ккал/час 41,7 11,5 21,8 75,0 Го 55,6 15,3 29,1 100
76 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ жение температуры всех окружающих предметов до +14° С почти полностью ликвидирует перегревающее воздействие воздуха с температурой +40° С; потери влаги уменьшаются с 300 мл/час до 75 мл/час; самочувствие становится удовлетворительным и жалобы на дискомфорт, жару или духоту прекращаются. Таким образом, путем использования охлажденных поверхностей можно совершенно ликвидировать или значительно понизить эффект перегрева при высокой температуре воздуха. Используя охлажденные поверхности, можно приблизить тепловые ощущения к «комфортным» при температурах окружающего воздуха, казалось бы, явно неблагоприятных и способных привести к перегреву. Так, например, условия, очень близкие к комфортным, были достигнуты в пустой камере с температурой 10° при температуре наружного воздуха 25°. Однако при этом наряду с оценкой «комфорт» встречалась, хотя и редко, оценка «прохладно». При температуре воздуха 25° С и отсутствии охлаждения оценка ощущений, как известно, всегда связывается с отсутствием комфорта. При низкой температуре воздуха в комнате состояния комфорта можно достичь, используя инфракрасное излучение. Различные промышленные инфракрасные нагревательные приборы обычно называют лучистыми нагревателями (различные устройства, смонтированные на стенах и потолке, газовые инфракрасные радиаторы и т. д.). При использовании лучистых нагревателей температуру воздуха можно поддерживать на несколько градусов ниже, чем в случаях нагревания путем конвекции, поскольку прямое воздействие излучения создает необходимое физиологическое тепловое равновесие. Так, при использовании воздушных нагревателей температура воздуха в комнате ощущается как приятная, если она равна 20—22° С, однако при применении лучистых нагревателей она должна быть только 15—18° С. Данные, накопленные по динамике местного охлаждения путем излучения, указывают на то, что кожа до определенной степени прозрачна для естественного инфракрасного излучения тканей тела. Таким образом, охлаждение подкожных тканей и мышц может происходить не только непосредственно через кожу в результате теплопроводности, но также и непрямым путем — посредством инфракрасного излучения (табл. 4). Во время космических рейсов можно создавать такие условия окружающей среды, при Таблица 4. Время переносимости при действии инфракрасной радиации различной интенсивности, сек Радиация, кал/см2-мин 2 3 4 5 6 7 8 Источник хмакс=3»6мкм 159 39,4 27,3 16,0 17,9 10,9 9,5 хмакс e W7 MKM 305 5,88 37,9 26,9 21,2 17,6 14,5 которых закономерности действия инфракрасного излучения на тело (как нагревание, так и охлаждение) могут быть использованы для обеспечения благоприятных или «комфортабельных» условий внутри космического корабля. Средства защиты. Защита против чрезмерного прироста или потерь тепла через излучение осуществляется двумя основными способами. Первый из них — использование отражающих материалов в космическом корабле, жилых помещениях и конструкции одежды. Второй способ заключается в применении дополнительных средств обогрева или охлаждения, помещаемых в скафандре или при простых полетах в жилых отсеках. Обсуждение многих обстоятельств, связанных с использованием определенных материалов и устройств для контроля за тепловым режимом, лежит вне рамок данной главы. Следует лишь особо отметить, что биоинженерные усилия, предпринятые за последние десять лет, позволили избавиться от теплового стресса в космических кораблях и во время длительных периодов работы в открытом космосе. В рамках данной главы имелась возможность дать лишь краткий обзор биологических и психофизиологических факторов, связанных с наличием в окружающей среде ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей. К счастью, имеется много доступных учебников, руководств и кратких обзоров; интересующиеся могут обратиться к ним за подробной информацией по многим аспектам биологического действия излучения этих областей спектра.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ, ВИДИМЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ЛУЧИ 77 ЛИТЕРАТУРА 1. Зилъбер Д. А. Промышленное освещение. Руководство по гигиене труда. М., Медгиз, 1965, 425—487. 2. Летавет А. А., Малышева А. Ю. Исследования по радиационному теплообмену человека с окружающей средой. Гигиена и здоровье, 1941, 4, 25— 33. 3. Ультрафиолетовое излучение. Франк Г. М. (ред.). М., Медгиз, 1960, 3. 4. Ультрафиолетовое излучение. Франк Г. М. (ред.). М., Медгиз, 1966, 4. 5. Altman P. L., Dittmer D. S. (Eds.). Environmental Biology. USAF SG Rept AMRL-TR, 66, 194, 1966. 6. Boettner E. A., Wolter 1. R. Transmission of the ocular media. Invest. Ophthalmology, 1, 776—783, 1962. 7. Cobb P. W. and Moss F. K. The four variables of the visual threshold. J. Franklin Inst., 205, 831— 847, 1928. 8. Dauies J. M., Randolph D. T. (Eds.). Proceedings of the U. S. Army Natick Laboratories. Flash Blindness Symposium. Washington, NAS — NRC Comm. Vision, 1967. 9. Davson H. Ed. The Eye. New York, Academic Press, 1962. 10. Hardy J. D. The radiation of heat from the human body. IV. The emission, reflection and transmission of infrared radiation by human skin. J. СИп. Invest., 13, 615—620, 1934. 11. Hardy J. D., DuBois E. F. Regulation of heat loss from the human body. Proc. Nat. Acad. Sci., 23, N 12, 624—631, 1937. 12. Kaufman J. E. (Ed.). I. E. S. Lighting Handbook. 4th ed. New York, Illuminating Engng. Soc. 1966. 13. Roller L. R. Ultraviolet Radiation. New York;, Hohn Wiley and Sons, 1952. 14. Morgan С. Т., Cook 7. S., Chapanis A., Lund M. Human Engineering Guide to Equipment Design. New York, MgGraw— Hill, 1963. 15. Pitts D. G. et al. The Effects of Ultraviolet Radiation on the Eye. USAF SG Rept SAM-TR-69-10, 1969. 16. Pitts D. G., Bruce W. R., Tredici T. J. A Comparative Study of the Effects of Ultraviolet Radiation on the Eye. USAF SC Rept SAM-TR-70-28, 1970. 17. Roth E. M. (Ed.). Compendium of Human Responses to the Aerospace Environment, vol. 1. NASA Rept CR-1205, 1968. 18. Thekaekara M. P. Evaluating the light from the sun. Opt. Spectra, 6, 32—35, 1972. 19. Todd P. and Tobias С A. (Ed.). Space Radiation Biology and Related Topics. New York, Academic, 662 pp, 1974. 20. Whiteside Т. С D. The Problems of Vision in Flight at High Altitude. London, ButterWorths, 1957.
Глава 12 ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ Ю. Г. ГРИГОРЬЕВ Институт медико-биологических проблем Министерства здравоохранения СССР. Москва, СССР КОРНЕЛИУС А. ТОБАЙС Радиационная лаборатория Лоуренса, Калифорнийский университет, Беркли, Калифорния, США Первый пилотируемый орбитальный полет, осуществленный советским космонавтом Юрием Гагариным, и многие последующие полеты, включая прилунение американских космонавтов Нейла Армстронга и других, доказали возможность исследования свойств окружающего нас космического пространства и всей солнечной системы с участием человека. К моменту написания этой главы ученые многих стран работают над созданием космических станций, больших управляемых человеком орбитальных лабораторий, где космонавты могут оставаться продолжительное время. Успех такого рода исследования планетарной системы зависит от многих факторов, например от нашего понимания физических свойств и биологического действия ионизирующей космической радиации, которая уже вскоре после открытия определилась как существенная часть научных исследований в космосе. Результаты радиобиологических исследований должны не только помочь обеспечению безопасности пребывания человека в космосе. Они позволяют лучше понять происхождение органических молекул в космосе, их эволюцию, сохранение, а также трансмиграцию жизни на другие небесные тела. Информация, получаемая в результате радиобиологических исследований в полетных экспериментах, полезна и для различных областей биологии и медицины на Земле. Успехи в изучении космического пространства обусловили развитие новой отрасли науки — космической радиобиологии. ОТКРЫТИЕ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ И ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ Открытие космических лучей связано с изучением вопроса об изменении ионизации в зависимости от высоты. Начиная с 1911 г. В. Гесс совершил несколько полетов на воздушном шаре с электрометром Вольфа [118, 119]. Было обнаружено, что ионизация на высоте больше, чем на уровне Земли. Этот факт натолкнул В. Гес- са на предположение, что существует космическая радиация внеземного происхождения, гораздо более жесткая, чем гамма-излучение. За это открытие он получил Нобелевскую премию 1936 года. Тогда это излучение было названо «высотным излучением» («Hohenstrah- lung», «High altitude radiation»). В 1923 г. Милликен и Отис при измерении коэффициента поглощения космических лучей в свинце на вершине пика Пайка (4300 м) нашли, что коэффициент поглощения этого излучения тот же, что и для гамма-излучения. В июне 1925 г. советские физики Л. В. Мы- совский и Л. Р. Тувим на Онежском озере определили коэффициент поглощения космических лучей в воде на глубине до 10 м. Их результаты показали, что коэффициент поглощения высокопроникающей радиации был в 10 раз меньше, чем коэффициент поглощения гамма-лучей \ В августе 1925 г. то же самое было установлено Милликеном и Камероном [140]. С этого времени существование космической радиации не подвергалось сомнению. В 1927 г. Д. В. Скобельцын, проводя эксперименты с камерой Вильсона, доказал, что в состав космической радиации входят заряженные частицы с очень большими энергия- Цитируется по Гессу и Эугстеру [119].
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 79 ми. В 1947 г., используя при полете на воздушных шарах фотографические эмульсии, Ф. Фрейер и др. сделали очень важное открытие, что ядерные частицы с массовым числом до 40 и с энергиями в несколько Бэв постоянно входят в земную атмосферу [103]. Эти частицы являются тяжелыми ядрами галактического излучения. В 1967 г. П. Фаулер и др. показали существование в составе космических лучей сверхтяжелых частиц с атомным номером меньше и возможно больше, чем атомный номер урана (Z= 92) [102]. Радиационные явления в солнечной системе, связанные с солнечными вспышками, были впервые открыты благодаря глобальному изменению фона космического излучения на уровне Земли, обнаруженному в 1956 г. С того времени многочисленные открытия и измерения, сделанные С. Н. Верновым, Дж. Ван-Ал- леном и др., дали нам подробную информацию относительно природы и строения радиационного пояса Земли, солнечного ветра и вспышек, солнечной и галактической компоненты тяжелых ионов космического излучения и тому подобных явлений [13,187]. К 1925 г. Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов установили, что ионизирующая радиация может изменять наследственные свойства дрожжевых клеток [145]. В 1926 г. X. Мюллер доказал, что некоторые из этих изменений, наблюдаемые у дрозофилы после облучения, представляли собой мутации, которые сегрегировали согласно классическим законам генетики [143, 144]. В последующем встал вопрос о возможной роли космических лучей в эволюционных процессах. Б. Раевский на основании соответствующих опытов и расчетов показал, что мутагенное действие космических лучей вполне возможно. Мы приводим его соображения по этому поводу так, как их цитируют В. Гесс и Я. Эугстер: «В сообщениях X. Томаса, А. Дельбрюка, Н. В. Тимофеева-Ресовского, опубликованных в журнале «Nature», приводятся соображения, позволяющие сделать некоторые предварительные выводы и из наших собственных экспериментов... Этот вопрос неоднократно обсуждался разными учеными- генетиками и обычно на него отвечали отрицательно ввиду того, что интенсивность космического излучения на уровне моря, как известно, крайне мала. Частота мутаций, вызванных излучением радия и рентгеновскими лучами той же интенсивности также мала... Действительно, космическое излучение образует 2 пары ионов в 1 сек в 1 см3 воздуха, и создаваемая при этом доза даже при длительном облучении (например, за 30 дней — 2,5 • 10~3 р) по сравнению с дозой 30 р, необходимой для заметного повышения частоты мутаций, слишком мала, чтобы вызвать мутацию в эксперименте... Однако в таких рассуждениях упускают тот важный факт, что при взаимодействии космического излучения с веществом образуются ливни и звезды, сопровождающиеся вторичным излучением... В наших опытах ряд объектов подвергался воздействию космических лучей за соответствующими свинцовыми экранами, толщина которых рассчитывалась в соответствии с кривой Росси для ливней и с наблюдениями Швенглера. Помимо неэкранированного контроля, объекты помещали за экранами оптимальной (с максимальным выходом ливней) толщины или с толщиной, наименее благоприятной для образования ливней. Мы приводим здесь результаты, полученные на грибе Bombardia lunata Zickler. Из прежних опытов известно несколько штаммов этого грибка, чрезвычайно устойчивых в отношении спонтанных мутаций, но обнаруживающих ясно видимые мутации после рентгеновского облучения. Культуры, выращенные на чашках Петри, облучали в разных сериях опыта в течение 4—6 недель. В конце облучения каждую культуру делили на одинаковые квадраты и затем выращивали каждый в отдельной пробирке. Среди этих вторичных культур встречалось определенное число с мутациями; и в условиях оптимального экранирования наблюдалась большая частота мутаций, чем в контрольных культурах с неоптимальной защитой. Результаты этих опытов следующие: Виды экранирования Неэкранированный контроль и неадекватное экранирование Оптимальное экранирование Общее число вторичных культур 3095 2721 Число культур с мутациями 22 85 Процент культур с мутациями 0,71 3,1 Как можно видеть, процент культур с мутациями сравнительно высок. Даже если допустить, что действительное количество мутаций может быть меньше, чем число мутант- ных культур, все же остается избыток мутаций в оптимально-экранированных культурах
80 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ по сравнению с другими» ([119], стр. 89— 90; 106, 108). Н. К. Кольцов в 1930-х годах писал: «Мы ничего не знаем о роли нейтронов, протонов и позитронов, как о возможных факторах, влияющих на мутационные процессы. Но практическая задача — обеспечение смелым летчикам безопасности в стратосфере — настоятельно требует количественного и качественного изучения биологического действия тех излучений, которые имеют место в стратосфере» (В кн.: Труды Всесоюзной конференции по изучению стратосферы, 1935, стр. 565-567). А. Пикар, который совершил полет в стратосферу на воздушном шаре в 1935 г., вполне сознавал возможность биологических эффектов космических лучей2. Р. Циркль в 1931 г. показал, что альфа-частицы с высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ) биологически более эффективны, чем гамма-лучи; альфа-частицы должны поражать непосредственно ядра клеток, чтобы вызвать их гибель [198]. В 1934 г. академик Л. А. Орбели, выдвинувший план научных исследований по вопросу влияния атмосферных условий на человека и животных, отмечал, что «мы не знаем — каково физиологическое действие этих лучей, особенно того состава, который имеет место в верхних слоях атмосферы. Требуется регулярное систематическое изучение этого вопроса путем эксперимента на людях и на животных» (В кн.: Труды Всесоюзной конференции по изучению стратосферы, 1935, стр. 585—590). Биологические эксперименты, проводивши; еся сначала на воздушных шарах, а позднее на ракетах, не могли дать убедительного ответа на поставленные вопросы в силу непродолжительности этих полетов и относительно небольшой их высоты. Результаты исследований, проведенных в различных условиях воздействия космических лучей, были описаны швейцарским ученым Я. Эугстером [100]. Он сопоставил эффекты, полученные на биологических объектах, помещенных в Симплонский туннель, находящийся под горным массивом, который поглощал большую часть космического излучения, на вершине Альп и на воздушном шаре на большой высоте. Я. Эугстер предложил для исследования действия частиц космических лучей на отдельные клетки использовать фотографические эмульсии, способные регистрировать место прохождения частиц. Цитируется по [119]. Вскоре после открытия тяжелых первичных частиц галактического излучения Г. Шефер обратил внимание на возможную опасность для человека при его полете на большой высоте, связанную с воздействием концов треков тяжелых ионов (или точнее с событиями, происходящими в конце трека тяжелего иона, по мере остановки этих частиц) [161]. А. Т. Кребс выдвинул идею, что многолучевые ядерные звезды могут вызвать биологический эффект [123], а К. Тобайс в 1951-1952 гг. разработал методы для биологических исследований частиц космических лучей [176]. Г. Чэйз и сотр. в 1954 г. обнаружили изменения цвета волос черных мышей (С57Ы), которых подвергали воздействию космическими лучами на большой высоте на воздушном шаре [83]. Были даже обнаружены седые полосы, по-видимому, соответствующие трекам отдельных частиц. Исследования с этими мышами, проводившиеся в горных местностях, на вершине Эльбруса, а также во время полетов на аэростатах, подтвердили факт поседения отдельных участков волосяного покрова у животных. Множество биологических объектов было затем запущено на шарах-зондах. Например, Слэтер и Тобайс наблюдали дефекты развития кукурузы, находившейся в течение 48 час. на высоте 25—40 км в шаре-зонде [169]. Однако практические трудности, связанные с сохранением биологических материалов на высоте в течение продолжительного времени, с ограничением в весе, размерах, во многих случаях не позволяют получить статистически достоверные данные о биологическом действии космического излучения. Это в свою очередь обусловливает необходимость попытаться промоделировать условия космической радиации в наземных условиях. Биологические исследования с ускоренными протонами, дейтронами и ионами гелия начались в 1947 г. на циклотроне в Беркли [178], а позднее в Дубне [42]. После первых орбитальных космических полетов с человеком на борту стало очевидно, что космическая биология и медицина быстро превращаются в новые области научных исследований, как было предсказано учеными различных стран: Г. Штругольдом, Н. М. Си- сакяном, В. Н. Черниговским, Р. Ловлесом, В. В. Лариным, О. Г. Газенко и др. А. В. Лебединский, Р. Лаигхэм, Ю. Г. Нефедов, П. П. Саксонов и другие ученые сделали вывод, что космическое излучение может создать ограничения для пилотируемого космического полета.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 81 Комитет Национальной академии наук США во главе с Р. Лангхэмом и Д. Грэном, К. Тобайс и сотр., в СССР Ю. Г. Григорьев, Е. Е. Ковалев и сотр. детально исследовали проблему опасности космической радиации для человека [8, 18,125]. В результате этих исследований сформировались некоторые основные теоретические и практические направления работ в космиче- .ской радиобиологии. Среди них следующие: — особенности биологического действия различных видов космической радиации; — комбинированное действие космического излучения и других экстремальных факторов космического полета; — радиационная опасность при кратковременных и длительных полетах и установление допустимых уровней облучения; — методы защиты космонавтов и возможного биологического звена системы жизнеобеспечения от космической радиации; — система дозиметрического контроля; — средства индивидуальной защиты; — медикаментозные средства защиты от лучевого поражения. Проблема оценки радиационной опасности для данного конкретного полета является особенно сложной. Необходимо знать общую накопленную дозу, мощность дозы, распределение ЛПЭ. Защита космического корабля может видоизменять спектр излучения. Чрезвычайно важна проблема оценки степени лучевого поражения жизненно важных структур организма человека тяжелыми ионами галактического излучения. Следует учитывать возможное восстановление после радиационного поражения, непосредственное влияние последнего на работоспособность космонавта, а также отдаленные последствия радиации, как, например, канцерогенез. Синергизм действия факторов космического полета также учитывается при оценке радиационной опасности. Результаты исследований, проведенных на протонном ускорителе в Дубне (от 50 до 730 Мэв), на протонном ускорителе в Серпухове (70 Бэв), на нескольких ускорителях в США, а также данные, полученные при космических полетах, с очевидностью показали, что при кратковременных космических полетах (продолжительностью менее 1 месяца) опасность космической радиации является минимальной. Однако следует избегать орбиты в пределах нижних областей радиационного пояса Земли, пересечение же предельных областей этого пояса должно осуществляться насколько возможно быстрее. Должны быть 6 Заказ Я» 1039 обеспечены оперативный дозиметрический' контроль и прогнозирование солнечных вспышек. В случае неожиданного развития очень большой солнечной вспышки желательно и даже необходимо отложить или прекратить полет. Проблема радиационной опасности является более сложной при длительных космических полетах, при большом радиусе орбиты, при полете на Луну или на другие планеты (продолжительностью более одного месяца). Чтобы оценить всю опасность подобных путешествий, необходимо проводить два рода исследований. Во-первых, необходимо знать опасность, связанную с продолжительным облучением в пределах земной атмосферы (радиационный фон на Земле), чтобы сравнить ее с облучением в условиях космоса. Во-вторых, мы должны понимать природу и опасность биологических эффектов воздействия тяжелых частиц галактического космического излучения. Чтобы попытаться ответить на первый вопрос, в СССР в 1966 г. был начат эксперимент, рассчитанный на несколько лет [26]. Он получил название «Хронический эксперимент» и был проведен на 246 собаках с моделированием условий радиационных воздействий при длительных космических полетах. В настоящее время полученные данные позволяют оценить непосредственные эффекты 3—6-летнего периода облучения при различных годовых дозах (25, 75, 150, 225 бэр). В США также проводятся продолжительные эксперименты на обезьянах. Кроме того, постоянно уделяется большое внимание более точному определению эффектов радиационных воздействий на людей на основе опыта клиники лучевой терапии и данных наблюдений при авариях, связанных с радиацией [182]. Вторая проблема, к которой относятся биологические эффекты тяжелых ионов, может решаться лишь частично в экспериментах с ускоренными тяжелыми частицами на Земле и подтверждением результатов этих исследований в условиях осуществляющихся космических полетов [160]. В 1967 г. низкоэнергетические ускоренные ионы е атомным номером более 18 впервые стали доступными для радиобиологов в Дубне. Тяжелые ионы азота и кислорода были ускорены до энергий более 1 Бэв в Принстоне и Беркли в 1971 г. [191, 111]. При существующих темпах технического прогресса в ближайшие несколько лет станет, должно быть, возможным изучать на ускорителях биологические эффекты значитель-
82 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ной части спектра первичных космических лучей. Однако до сих пор получены лишь весьма ограниченные результаты в условиях лабораторного моделирования космического полета. Таким образом, за относительно короткий срок космическая радиобиология накопила обширный материал. Приобретенный опыт позволяет разумно оценить степень опасности космического излучения и определить круг задач, подлежащих обязательному изучению в перспективных исследованиях. КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОГО ОБЛУЧЕНИЯ Продолжительность космического полета, его траектория и другие параметры определяют подходы к оценке радиационной обстановки и соответственно радиационной опасности для экипажей, выполняющих данный полет. Мы попытаемся оценить радиационную опасность, создаваемую следующими источниками ионизирующей радиации, существующими в космосе: галактическим космическим излучением (ГКИ), излучением солнечных вспышек (ИСВ), радиационными поясами Земли (РПЗ). Должна быть учтена также радиационная опасность со стороны искусственных изотопных излучателей, находящихся на борту, атомных двигательных установок и других источников и устройств, используемых в каждом конкретном полете. Радиационно опасными являются испытания атомных бомб. Некоторые виды корпускулярной радиации захватывают геомагнитное поле, создавая области повышенной радиации (так называемые искусственные радиационные пояса Земли), сохраняющиеся в течение нескольких лет. При посадке на другие планеты естественное излучение, а в определенных случаях и искусственная радиоактивность, также может оказывать влияние па членов экипажа корабля. Характерно, что в настоящее время для точной оценки вероятных радиационных эффектов при пилотируемых космических полетах невозможно получить все необходимые сведения об излучениях. К этим сведениям относятся пространственное и временное распределение дозы3, распределение ЛПЭ в определенных участках тела космонавта. Хотя и распределения ЛПЭ не всегда достаточно для такой оценки. Теоретически важнее было бы иметь сведения о распределении по атомным номерам, массам и скоростям. Вместо перечисленных выше сведений (если бы даже они были доступны, потребова- -3 Единица дозы — «1 рад». Один рад соответствует 100 эргам, поглощенным на один грамм ткани. лась бы ЭВМ, чтобы их обработать) мы обычно имеем дело с упрощенными и приближенными оценками в отношении дозы и качества космического излучения. Мы можем, например, измерить экспозиционную дозу вне организма, установить природу излучения и получить некоторые сведения насчет распределения ЛПЭ. Если облучение обусловлено излучением солнечных вспышек (ИСВ), можно кое-что узнать о спектре магнитной жесткости частиц и определить степень их поглощения в тканях. Добавочные трудности создает наличие защиты: а) вследствие неравномерного распределения массы защиты на поверхности корабля локальные дозы в различных точках корабля будут значительно отличаться; будет наблюдаться неравномерное пространственное распределение поглощенной дозы в теле космонавта; б) защита может быть источником образования вторичных частиц и квантов [69, 156Г 16,8]. Различный характер распределения дозг встречающихся во время космического полета, можно приближенно воспроизвести в модели, где биологические объекты могут быть помещены в условия, близкие к полетным. Но экстраполяция результатов, полученных на экспериментальных животных, применительно к человеку влечет за собой, конечно,, особые проблемы, которые не всегда можно разрешить. Вследствие сложной радиационной обстановки в космосе при оценке радиационной опасности приходится использовать различные дозиметрические критерии. Например, для низкоэнергетических излучений наиболее приемлемо понятие поверхностной дозы. Этот вид облучения может встретиться при наличии мягкого протонного излучения солнечных вспышек, либо при выходе космонавта в открытый космос, в область электронного слоя радиационного пояса Земли. При этом критическими органами могут быть кожа, хрусталик и сетчатка глаза. При наличии более жесткого излучения и значительной защиты
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 83 корабля можцо считать облучение равномерным и использовать среднетканевую дозу. Типичным примером может служить облучение протонами больших энергий солнечных вспышек с высокой магнитной жесткостью. При этом в качестве критического органа приобретает значимость костный мозг. Могут встретиться промежуточные ситуации, когда необходимо руководствоваться дозой, поглощенной в том или ином критическом органе. Например, это может иметь место при воздействии на космонавта протонов внутреннего радиационного пояса Земли или солнечных вспышек средней жесткости. Соответствующая зависимость представлена в табл. 1. Галактическое космическое излучение состоит из протонов (~85%), альфа-частиц (-13%) и тяжелых ядер (-2%) [88,15]. К тяжелым относят ядра элементов с атомным номером от 3 до 26 (группа железа). ГКИ содержит и «сверхтяжелую» компоненту, состоящую из частиц с очень большими атомными номерами, вплоть до урана (Z=* =92). Предстоит выяснить возможность наличия в составе ГКИ ядер трансурановых элементов. Хотя сверхтяжелые частицы — явление крайне редкое, их следует каким-то образом учитывать, поскольку каждая из них, попадая в чувствительные области, производит ощутимый эффект. Значительная часть дозы может быть обусловлена ядрами с зарядом больше 3. Доза, обусловленная заряженными частицами при равной их скорости, пропорциональна квадрату атомного номера (Z2). Последнее определяет значительный биологический эффект при воздействии этой компоненты [88]. В табл. 2 представлен вклад в дозу различных частиц. Помимо дозы, очень важно распределение частиц по ЛПЭ. На рис. 1 представлены спектры ЛПЭ этих частиц. Нельзя не учитывать и дозу, создаваемую вторичными частицами, образующимися в результате ядерных взаимодействий ГКИ с веществом защиты и конструкциями самого корабля, с тканью человека. Имеющиеся данные показывают, что вклад в суммарную поглощенную дозу вторичного излучения может достигать 50 и даже 100% дозы, обусловленной первичным ГКИ. Интенсивность ГКИ не постоянна. В период максимума солнечной активности интенсивность ГКИ уменьшается, а в период минимума — увеличивается. Интенсивность ГКИ в зависимости от фазы 11-летнего цикла активности Солнца может варьировать от 2 до 4,5 частиц/см2 • сек [14]. Угловое распреде- Таблица 1. Влияние вида излучения и толщины защиты на выбор способа выражения дозы как критерия оценки радиационной опасности Вид излучения Толщина защиты, г/см* А1 Доза как критерий оценки Среднетканевая доза*, доза на костный мозг Поверхностная доза Поглощенная доза ** в критическом органе Среднетканевая доза, доза на костный мозг, гонады Поглощенная доза в критическом органе Среднетканевая доза Поверхностная доза***, доза на кожу и глаз * Необходимо также учитывать эффекты воздействия отдельных тяжелых ионов на нерегенерирующие ткани, например на некоторые отделы нервной системы. ** Имеется в виду острое облучение при мощных солнечных вспышках. При длительных полетах к другим планетам возможно рассмотрение ряда облучений как про- трагированных. *** При орбитальных полетах следует учитывать хроническое облучение. Таблица 2. Мощность дозы ГКИ при минимуме солнечной активности за пределами магнитосферы Земли Галактическое космическое излучение Излучение солнечных вспышек Радиационный пояс Земли (протоны) Радиационный пояс Земли (электроны) <1 1-5-5 5-hl <2 >2 Годовая доза 12,6 рад Суточная доза 34,5 мрад Вклад в дозу разных частиц в зависимости от атомного номера Z 1 2 6-^9 10—14 26—28 процент от общей дозы 37 28 15 10 10 ление ГКИ в открытом космосе вдали от влияния планет принято считать изотропным. Распределение дозы в теле космонавта будет почти равномерным. Вблизи Земли доза ГКИ значительно ниже из-за защитного эффекта магнитного поля: Земли и ее экранирующего действия. Для орбит высотой до 250—300 км, при наклоне 65° к плоскости экватора, мощность дозы ГКИ составляет 8—10 мрад/день. Эти ре-
84 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ л 10 10' 10 L, Мэв-см2/г Рис, 1, Интегральные спектры ЛПЭ для первичного космического излучения при минимуме солнечной активности в отсутствие защиты. Показаны также спектры ЛПЭ для частиц разного атомного веса Точечные линии получены в предположении резкого убывания спектра для ионов железа с пороговыми энергиями ниже 100 Мэв/нуклон. Штриховые линии представляют •собой области, для которых данных недостаточно. зультаты достаточно хорошо согласуются с данными непосредственных измерений, сделанных при полете космических кораблей «Восток», «Восход», «Джемини», «Союз», «Аполлон» и др. (табл. 3). Излучение солнечных вспышек состоит главным образом из протонов различных энергий и небольшой доли альфа-частиц. Спектр протонного излучения солнечных вспышек может существенно меняться от вспышки к вспышке в зависимости от спектра магнитной жесткости. В связи с тем, что •спектры солнечных вспышек описываются функцией, убывающей с увеличением энергии частиц, значительное ослабление поглощенной дозы в различных частях тела возможно при относительно тонкой защите (табл. 4, 5) [69,162-164]. На основе астрономических и радиационных параметров солнечные вспышки делятся по величине на четыре класса. До настоящего времени при управляемых космических полетах не случалось больших вспышек (класса I, II) 4.Поэтому при расчете доз основываются часто на неполных измерениях спектра жесткости. Обычно прихедится прибегать к экстраполяциям концов спектра, допущениям насчет распределения частиц по зарядам и поправкам на экранирующее действие магнитного поля Земли. В табл. 6 мы приводим расчеты доз для 10 самых больших солнечных вспышек во время 19-го солнечного цикла. На величину поглощенной дозы будет сильно влиять толщина противорадиационной защиты, связанная с компоновкой оборудования корабля вокруг космонавта и др. Так, например, для космического корабля «Аполлон» эквивалентные величины защиты меняются от 2,75 г/см2 до 212 г/см2 [164], с более тонкими участками спереди корабля и более толстыми сзади. Хотя очень большие солнечные вспышки случаются редко, примерно раз в четыре года, доза, создаваемая при этом, может быть весьма значительной. Во время интенсивной солнечной вспышки космонавт, находящийся в лунном отсеке, может получить лучевое воз- действие на кожу грудной клетки в дозе 350— 800 бэр, на глаза — до 180 бэр и на кроветворные органы — в пределах 3—12 бэр. Кроме того, известно, что поверхностные части тела будут подвергаться действию замедленных частиц (протонов, альфа-частиц и тяжелых ионов), а космонавт в открытом космосе, без защиты корабля, может получить измеримую дополнительную дозу на кожу от высокоэнергетических электронов. На рис. 2 представлены поглощенные дозы излучений солнечных вспышек в период от 10 до 17 июля 1959 г. Вклад солнечной радиации при вычислении общей дозы существенно зависит от продолжительности полета. При кратковременном полете, например в течение 15 суток, вероятность облучения экипажа в дозе 20—30 бэр при защите 3,5 г/см2 очень мала и равна только 0,01—0,02 (табл. 7). Важной особенностью в оценке радиационной опасности солнечных вспышек является отсутствие линейной зависимости суммарной дозы протонного излучения от продолжительности полета. Это видно на рис. 3. Во время длительного полета космического корабля, 4 В начале июля 1974 г. во время полета советского корабля имела место большая солнечная вспышка. Большая часть излучения этой вспышки была отклонена магнитным полем Земли, и космонавты, находясь на сравнительно низкой орбите, оказались под защитой. Но за пределами геомагнитного поля они могли бы получить большую дозу.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 85 Таблица 3. Средняя доза, полученная космонавтами, по данным термолюминесцентной дозиметрии Космический корабль * Восток Восток-2 Восток-3 Восток-4 Восток-5 Восток-6 Восход Восход-2 Союз-3 Союз-4 Союз-5 Союз-6 Союз-7 Союз-8 Союз-9 Салют Союз-13 Салют-4 Средняя доза, мрад 2,0 11,0 •62,0 46,0 80,0 44,0 30,0 60,0 85,0 70,0 62,0 70,5 63,0 72,5 323,5 870,0 149,0 800 Космический корабль * Джемини-3 Джемини-4 ) Джемшга-5 Джемини-6 Джемини-7 Джемини-8 Джемини-9 Джемини-10 Джемини-11 Джемини-12 Аполлон-7 Аполлон-8 Аполлон-9 Аполлон-10 Аполлон-И Аполлон-12 Аполлон-13 Аполлон-14 Аполлон-15 Аполлон-16 Аполлон-17 Скайлэб Средняя доза, мрад 23,0 46,0 176,0 25,0 164,0 10,0 19,5 720,0 28,0 20,0 156,0 150,0 202,0 468,0 173,0 577,0 237,0 1142,0 300,0 500,0 600,0 2500—3500 мбэр Наклон орбиты кораблей «Восток» и «Восход» —65°; «Союз» — 52°, «Джемини» — 33°, «Аполлон» — 31—33°. Таблица 4. Дозы за защитой различной толщины во время солнечной вспышки 10 мая 1959 г. Дозиметрический критерий Дозы в радах за защитой 1 г/см2 7 г/см* Локальная доза 8000 260 Поверхностная доза, приходя- 5400 140 щаяся на кожу Среднетканевая доза 270 33 Доза, приходящаяся на критический орган: хрусталик глаза 1800 80 гонады 800 60 костный мозг 55 10 Таблица 5. Вычисленная поверхностная доза (ДП0В) и доза по средней линии (ДСрл) в фантоме человека за защитой корабля «Джеминич» при различных солнечных вспышках Траектория Доза при солнечных вспышках, рады 14.6.1959 12.11.1960 S tf 23.2.1956 о. В свободном кос- 145 2,5 128 9 92 16 мосе Круговая орбита, 17 0,4 17 1,7 13 4 400 км, 60° Таблица 6, Дозы радиации для 10 самых больших солнечных вспышек во время 19-го солнечного цикла, за защитой равной толщины (г/см* A1J Дата вспышки Доза, рады Поверхностная 1 На глубине 4 см ткани 23 11.1956 23 III.1958 7 VII. 1958 10 V.1959 10 VII. 1959 14 VII. 1959 16 VII. 1959 12 XI. 1960 15 XI. 1970 18 VII. 1961 Средняя доза 280 148 150 470 420 650 382 484 288 128 361 180 54 54 260 210 273 191 263 151 63 165 48 2,1 1,93 15,6 24,5 19,5 22,3 43 20,5 7,2 21 73 6,4 6 38 50 48 46 75 39,6 15 40 64 4,5 4,3 29,3 40 36 36 62 31,7 12 32 30 0,66 0,59 6,4 11,5 7,5 10,5 20,8 10,1 3,3 10 Таблица 7. Вероятность возникновения солнечных вспышек (СВ) и поглощенные дозы за 15 суток полета Дата солнечной вспышки 23.2.1956 12.11.1960 10.5.1959 3.10.1960 Класс СВ 12 3 4 Доза (защита 34 20 14 0,3 3,5 г/см2), бэр Вероятность воз- 0,01 0,02 0,02 0,32 никновения СВ Ожидаемое коли- 1 2 2 32 чество СВ на 100 полетов
86 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ 14 15 16 17 Июль, 1959 Рис. 2. Дозы, создаваемые в хрусталике глаза, грудине и кишечнике солнечными вспышками 10 и 17 июля 1959 г. Предполагается, что объекты находятся в центре сферической защиты из алюминия толщиной 4 г/см2. Суммарная доза вычисляется из интегрального потока и взвешенных по потоку средних для каждой вспышки. Ро—* магнитная жесткость в мегавольтах - 10» ю-1 Ю-2 ю-3 10 Г1 1 #F jfcr;;; [ЩИ llli .,111 1. -. ill I =?■■ bvW 'v s ^ :: iDI \ l\ Or, k = :::::: s 10° 101 102 Доза на хрусталик, рады 103 104 Рис. 3. Вероятность того, что хрусталик будет получать за неделю данную дозу (в радах) от протонов солнечных вспышек во время максимума активности 19-го солнечного цикла Предполагается, что объект находится в центре алюминиевой защиты толщиной от 0 до 16 г/см2. например годового полета к Марсу, вполне вероятно, что будет иметь место по крайней мере одна большая солнечная вспышка. Учитывая различие спектрального состава отдельных вспышек, можно ожидать, что даже за весьма толстой защитой поглощенная доза будет значительной. Например, при нахождении экипажа в специальном противорадиационном убежище с толщиной стен 30 г/см2 средняя доза за полет в течение 600 дней может составить около 20 рад. При оценке радиационной опасности длительных космических полетов необходимо иметь в виду вероятность развития нескольких протонных вспышек; каждая из них имеет свой характер ослабления излучения в защите. Исходя из этого, можно создать модель ослабления дозы излучения при всех возможных солнечных вспышках за полет и рассчитать риск переоблучения. По данным четырех наиболее характерных для каждого класса солнечных вспышек (23.2.1956; 10.5. 1959; 31.10.1960; 12.11. I960) были проведены такие расчеты, без учета накопления дозы за счет вторичных излучений в защите, и вычислены возможные дозы при полетах длительностью 100—1000 дней [16]. Возможная биологическая значимость большой вспышки в августе 1972 г. пока не изучена. Конечно, мы заинтересованы в том, чтобы доза излучения при солнечных вспышках для данной толщины защиты не превышала регламентированного уровня облучения. В связи с этим вводятся понятия: риск превышения дозы и надежность защиты. Если, например, продолжительность полета Т— =600 дням, а р=20 г/см2, риск превышения дозы 50 бэр составит около 10%, а риск превышения дозы 100 бэр будет равен 0,1% [39]. На рис. 3 показаны оценки риска получения данной дозы хрусталиком глаза за время недельного полета в период максимума 19-го солнечного цикла при разной толщине защиты корабля [97]. Радиационный пояс Земли может быть условно разделен на внутренний и внешний. Внутренний радиационный пояс состоит из высокоэнергетичных протонов, радиационная опасность которых существенно зависит от времени полета космического корабля через пояс, траектории полета и толщины защиты. Во время непродолжительного полета внутреннего РПЗ (в течение 10—20 мин.) доза не превысит нескольких бэр [8]. Расчеты показывают, что прохождение космического корабля «Аполлон» через РПЗ увеличивало общую дозу менее чем на 1 рад [98]. Принимая во внимание вторичное излучение, космонавт в центре внутреннего РПЗ может получить поверхностную дозу на тело в пределах 10—20 рад/час. Вклад протонов радиационного пояса Земли в суммарную дозу становится существенным при возможности использования челночных космических аппаратов и космических платформ, когда нужно будет предпринять перелеты с околоземной орбиты на межпланетную траекторию. Например, если корабль находится в плоскости экватора в течение 30—60 дней, доза при защите в 30 г/см2 составит 50—100 бэр [15].
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 87 Внешний радиационный пояс состоит из потоков электронов и протонов. Электроны внешнего РПЗ имеют небольшую проникающую способность. В центре пояса за защитой 1 г/см2 алюминия мощность дозы на поверхности тела составит около 40 бэр/сутки. Толщина защиты около 5 г/см2 является достаточной, чтобы снизить дозу от электронов до допустимых уровней [8]. Искусственные источники излучения. Будущие исследования и завоевание космоса неотъемлемо связаны с использованием атомной энергии. На космических кораблях будут использоваться атомные реакторы, радиоактивные изотопы и всевозможное атомное оборудование [155]. В 1962 г. на высоте 400 км над Тихим океаном была взорвана водородная бомба мощностью в 1,4 мегатонны динамита. В результате бета-распада изотопов освободилось около 1027 электронов. Какая-то часть этих электронов была захвачена магнитным полем Земли, вследствие чего образовался искусственный радиационный пояс высокой интенсивности. Центральная часть пояса была расположена на высоте 3000—6000 км от поверхности Земли в плоскости экватора. Плотность потока электронов в центральной части этого пояса превышала 1 • 109 электронов/см2«сек. Поток 108—109 электронов/см2 • сек соответствует мощности дозы 5—50 рад/сутки. Таким образом, во время длительного космического полета поглощенная доза будет обусловлена разными источниками — галактическим космическим излучением, излучением солнечных вспышек, радиационными поясами Земли, а также различными установленными на борту корабля источниками излучения. При высадке на Луну или на другие планеты естественная радиоактивность должна также учитываться при оценке возможного облучения. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ПРОТОНОВ И ТЯЖЕЛЫХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ Как известно, с точки зрения радиационной опасности наиболее важной компонентой корпускулярного излучения являются ускоренные ядра. Они имеются как в составе ГКИ, так и в излучении солнечных вспышек (ИСВ). Для целей радиобиологического исследования уместно делить корпускулы на легкие ядра, к которым относятся протоны и ионы гелия, и тяжелые ядра, к которым относятся обычно ядра всех элементов с атомными номерами более 2. В составе ГКИ и ИСВ большинство частиц относится к первой группе легких ядер, в то время как количество тяжелых ядер сравнительно невелико. Однако вклад в дозу за счет тяжелых ионов значительный. Биологическое действие легких ядер высоких энергий практически не отличается от воздействия других известных видов излучения, т. е. рентгеновских и гамма-лучей. Однако тяжелые частицы и легкие ядра на излете вызывают, по-видимому, более глубокие и, возможно, необратимые изменения. Биологическое действие тяжелых ядер изучено недостаточно ввиду больших методических трудностей, встречающихся на пути экспериментатора. Одного параметра, т. е, дозы (обычно измеряемой в радах), недостаточно для количественной оценки биологического действия тяжелых частиц. Нужен по крайней мере один, а может быть, и два добавочных параметра, в частности линейная передача энергии (ЛПЭ), величина, известная также, как «удельная потеря энергии», которая связана с более старым понятием «удельная ионизация». Линейные передачи энергии тяжелых частиц возрастают по мере замедления частиц от очень высоких скоростей до соударения на излете. Некоторое количественное представление о поведении этих частиц в ткани дает рис. 4. На этом рисунке показана зависимость между длиной пробега и энергией частиц в воде, которую можно считать примерно эквивалентной мягким тканям в отношении способности тормозить проходящие в них частицы. В костях, которые содержат, кроме воды, еще соли фосфора, кальция и другие органические и неорганические соединения, пробег каждой частицы на 20—40% меньше, чем в тканеэквивалентной водной среде. Линейная передача энергии тяжелых частиц в ткани может быть представлена как функция энергии и атомного номера (рис. 5). В большей части биологических исследований эффективность каждой частицы быстро возрастает с линейной передачей энергии. До начала космических полетов биологических эффекты были подробно изучены только для значений ЛПЭ ниже 200 кэв/мкм. Области ЛПЭ выше этой величины являются предметом большинства новейших исследований.
88 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 т одоо 0,060 (ДО20 0,«0 0,006 1fl2 in1 1 «Г1 in2 f 1 1 / . f 1 i ' / / f f t i // is h t Sll у* 11 i < у ... Rn у у4 s у у В воде 'л Аг ' .У* А. у С - '■Не,Н 10' 10 10" 10 * 10"! Длина пробега, г /см2 101 102 Рис. 4. Зависимость между длиной пробега разных ионов в воде и их энергией; ^-релятивистская скорость (V — скорость частицы, С — скорость света) При имитации космического излучения в лабораторных условиях обычно бывает удобно пользоваться параллельными моноэнергетическими пучками составляющих его частиц. Поскольку число соударений и взаимодействий таких частиц статистически варьирует, пучки различных типов частиц обнаруживают отличительные свойства в смысле глубинной ионизации. Это было впервые продемонстрировано Лоренсом Брэггом в 1912 г., описавшим треки альфа-частиц, испускаемых естественными радиоактивными изотопами. На рис. 6 можно видеть пример кривых глубинной ионизации, создаваемой двумя видами ускоренных пучков: пучком ионов гелия 910 Мэв, полученным на 184-дюймовом циклотроне в Беркли, и недавно полученным там же на бэватроне пучком ускоренных ионов азота. Когда на пути этих пучков помещается биологический объект, эффект потенциально выше на большей глубине. Пропуская такие пучки через соответствующие фантомы, изучали выживаемость клеток млекопитающих в культуре. Последние данные, полученные с пучком ионов азота, показывают, что один и тот же пучок (для которого на рисунке показана кривая Брэгга) дает 40% выживаемости на входе в ткани и только 0,1% выживания на глубине порядка пика Брэгга [177]. Это является иллюстрацией того факта, что медленные плотно ионизирующие частицы оказывают большее биологическое действие, чем быстрые частицы того же заряда. Аналогичные данные получены в исследованиях на протонах [9]. В открытом космосе частицы приходят с разных сторон и с разными энергиями. Поэтому необходимо изучать действие как моноэнергетических, так и смешанных пучков. При первых экспериментальных подходах к решению этой проблемы были сделаны попытки оценить действие моноэнергетических пучков протонов в различных условиях. Позднее появилась необходимость получать в лаборатории смешанные пучки, имитирующие условия в космосе. Здесь возникают определенные технические трудности, поскольку на циклотроне частицы ускоряются обычно только до одной определенной энергии. В Беркли с пучком ионов гелия был получен спектр, имитирующий солнечную вспышку, путем применения поглотителей типа гребенчатых
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 89 фильтров по методике, использованной впервые в Швеции для протонных пучков. На рис. 7 показано распределение дозы от спектра солнечной вспышки, имитированной на циклотроне в Беркли, в сопоставлении со спектром настоящей вспышки [134]. Было бы желательно в будущем имитировать не только распределение дозы, но и распределение ЛПЭ различных видов космической радиации. Проблема действия тяжелых ионов усложняется еще тем, что при соударении с ядрами атомов они создают вторичные частицы, из которых некоторые также являются плотно- ионизирующими. Кроме того, легкие частицы космического излучения, т. е. мезоны, при соударениях также могут вызывать ядерные взаимодействия с высокой ЛПЭ. Полное поглощение тяжелой компоненты ГКИ в пределах защиты космического корабля, по-видимому, вообще неосуществимо. Действительно, при толщине защиты, практически возможной в корабле, вторичное излучение, создаваемое тяжелыми частицами, проходящими сквозь стенку корабля, скорее повышает, чем снижает дозу. Для того -чтобы полностью выяснить эту сложную проблему, необходимо провести возможно более исчерпывающие физические исследования особенностей фрагментации тяжелых ядер и природы образовавшихся осколков. Крайне важно будет также уточнить, какие биологические эффекты обусловлены образованием звезд и многолучевыми ядерными событиями. При релятивистских скоростях наблюдались ядерные соударения, при которых образуется значительное количество вторичного корпускулярного излучения, например ядерных звезд. Относительно немного данных имеется по исследованию радиобиологического действия звезд, создаваемых в тканях я-мезонами. Моделирование действия протонов и ионов гелия в космосе сравнительно хорошо освоено на многих ускорителях и в ряде стран. Интересно отметить, что результаты острого воздействия протонов высоких энергий сравнительно хорошо изучены при различных энергиях, вплоть до 730 Мэв, и что некоторые опыты проведены на ускорителе в Серпухове с протонами до 70 Бэв (табл. 8). Вопрос имитации действия тяжелых частиц космического излучения более сложен. Было показано, что для воспроизведения радиа- ционно опасных доз, которые могут быть получены в космическом полете, необходимо смоделировать, например, орбитальные поле- B=V/C о ^-< о„ о о о § с? о о* о'о'ооо" 106 105 .? Ю4 103 I 10а ю1 1 ^^ и- ::: — - з *"' 1 t ■а, ф * й \\ - -» В в 1 к* «■■«=- i — : = Ч^ оде ч 1 т ■ ■ = ■■ S " " " "^ iii ^ = ^ Ч 1 , Ч 1 \Ai \\ = I II 1 ' = =:: 14 У» ч s L Ге Е!! ,_ ... Не ■ ч, b Н :: 10" О**2 ИГ1 1 Ю1 102 103 Удельная энергия, Мэв/ нуклон Рис. 5. ЛПЭ в воде для разных ионов в зависимости от удельной энергии | V; |0,75 0,5 |^5- ^—• АЗОТ "7 Гелий^ > •- у j { 10 15 20 25 30 Глубина проникновения г/см2 35 Рис. 6. Распределение дозы в зависимости от глубины проникновения ионов азота (270 Мэв/нуклон) по измерениям в воде и пучка ионов гелия (910 Мэв) по измерениям в люците ты с высотой орбиты 5000 км и более, с продолжительностью полета несколько месяцев. Это было бы очень трудно и дорого. Предлагалось также имитировать действие тяжелых ионов с помощью очень интенсивных пучков протонов или электронов. Однако тех-
90 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ 100 10 ;i,o o.i DOCK юсюс \ роли \ ч ч N N \ ] 4 6 Глубина, см 10 Рис. 7. Распределение дозы в зависимости от глубины проникновения для ионов гелия; экспериментальные данные (белые квадраты) и вычисленное на компьютере преобразование кривой для пучка, имитирующего (с помощью гребенчатых фильтров) глубинное распределение дозы от солнечной вспышки. На оси ординат — логарифм дозы. нически невозможно осуществить получение лучков с мгновенными плотностями энергии, которые имеют место в треке отдельной тяжелой частицы. Большая часть биологических исследований по действию тяжелых ионов проведена при низких энергиях, порядка всего несколько Мэв/нуклон. На ускорителях тяжелых ионов в Беркли и в Дубне были ускорены ядра с атомным номером вплоть до аргона, но только до энергий, обеспечивающих пробег частиц, достаточный для того, чтобы пройти всего сквозь несколько живых клеток. Положение в корне изменилось в течение 1971—1972 гг., когда на ускорителях в Прин- стоне и Беркли ядра азота, кислорода и неона были ускорены до энергий, обеспечивающих пробеги, достаточные для проникновения в ткани млекопитающих на большую глубину. Предложен проект расширения возможностей беватрона в Беркли путем комбинации его с ускорителем тяжелых ионов (HILAC) [110]. Это должно позволить получить большинство ядер, до железа включительно, с энергиями, достаточными для проникновения Таблица 8. Ускорители частиц для биологических исследований Место расположения Вид частиц Энергии Синхроциклотрон, Дубна, СССР Циклотрон, Дубна, СССР Протоны 25—730 Мэв Синхротрон, Сер- Протоны пухов, СССР 184- дюймовый синхроциклотрон Беркли, США Тяжелые ионы Несколько Мэв вплоть до ксе- на нуклон нона 70 Гэв Протоны 745 Мэв Ионы гелия 900 Мэв Дейтроны, а 450 Мэв также я-мезоны Ионы гелия Протоны Азот Тяжелые ионы вплоть до углерода и неон 88-дюймовый циклотрон, Беркли, США Линейный ускоритель тяжелых ионов (HILAC) Беркли, США Беватрон, Беркли, США BEVALAC, Беркли, США Циклотрон, Говард- ский ун-т, США Циклотрон, Ун-т Протоны А и М, Техас, США Циклотрон, Чикаг- Протоны ский ун-т, США 120 Мэв 60 Мэв 140 Мэв 7,5 Мэв/нуклон Азот и кисло- 280 Мэв/нуклон род Тяжелые ионы (Z<26) Протоны До 2,8Гэв/нук- лон Протоны, а также я-мезоны Синхроциклотрон, ЦЕРН, Женева, Швейцария Циклотрон, Упса- Протоны ла, Швеция Протоны, атак» же я-мезоны Циклотрон, Лэнг- ли, шт. Виргиния Циклотрон, Иссле- Протоны доват. центр по атомной энергии (AERE), Харуэлл, Англия 180 Мэв 55 Мэв 400 Мэв 600 Мэв 185 Мэв 300 и 600 Мэв 150 Мэв сквозь тело человека и даже большими. Энергии этих ядер достигнут 2,8 Бэв/нуклон5. Аналогичная разработка проведена на ускорителях в Дубне. Таким образом, в ближайшем 5 В августе 1974 г. на этом ускорителе удалось получить частицы углерода и неона, ускоренные до энергии 2,1 Гэв/нуклож.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 91 будущем можно ожидать воспроизведения в наземных условиях радиационных эффектов тяжелых ионов космического излучения в значительно большем масштабе, чем было возможно до сих пор. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОТОНОВ, ДЕЙТРОНОВ И ИОНОВ ГЕЛИЯ Согласно представлениям, что доза и ЛПЭ являются радиобиологически важными переменными, биологическое действие протонов, дейтронов и ионов гелия при равных ЛПЭ должно быть эквивалентным. Первоначально исследования с этими частицами не включали в плане задач космической радиобиологии. Скорее имелось в виду изучить возможность их применения в лучевой терапии, а также для изучения действия ионизирующей радиации на головной мозг. С 1947 г. в Беркли использовали для этих целей дейтроны высоких энергий, а с 1952 г. изучали их острое смертельное действие [178]. С 1955 г. ускоренные ионы применяли для лучевой терапии опухолей гипофиза, а позднее для лечения и других опухолей у человека [181]. Систематическое изучение относительной биологической эффективности протонов началось в 1961 г. Была получена информация, касающаяся гибели мелких лабораторных животных, гематологических нарушений, действия некоторых радиопротекторов, результатов мутагенного действия протонов и прочих близких вопросов [42, 18, 51]. С 1956 г. в радиобиологических исследованиях и терапевтических целях использовали протоны 185 Мэв [127]. Методики радиобиологических наблюдений на этих установках позднее стали применять в космических исследованиях. Значительные успехи в освоении космического пространства резко стимулировали развитие радиобиологических исследований и в этой области. Необходимость решения проблемы радиационной безопасности космических полетов сразу же продвинула исследования в следующих направлениях: создание физических условий протонного облучения, имитирующих возможно точнее реальные условия облучения человека в космосе; изучение особенностей биологического действия протонов разных энергий, определение коэффициента относительной биологической эффективности и изучение факторов, влияющих на радиочувствительность биологических объектов в отношении протонов; изучение отдаленных последствий облучения животных протонами. На основе физических исследований были разработаны условия облучения протонами различных биологических объектов, в том числе и крупных лабораторных животных (собак, обезьян). Были также изучены доз- ные поля протонов, пространственное и глубинное распределение поглощенной дозы протонов в теле животных и других биологических объектах [24], разработаны разные методы дозиметрии протонов и выяснен затем вклад вторичного излучения в биологическую Дозу. Были проведены эксперименты с использованием биологических объектов на разных уровнях развития. В исследованиях на животных изучали смертельное действие облучения, а также функциональные и морфологические изменения в разных физиологических системах, например в сердечно-сосудистой и кроветворной. Исследовали функцию вестибулярного анализатора и разных внутренних органов и тканей. Особое внимание уделяли изучению различных цитологических эффектов в клетках костного мозга, роговицы, тонкого кишечника и почек [17, 24, 51]. В опытах на собаках исследовались течение острой лучевой болезни, реакции периферической крови и костного мозга при однократном и повторном тотальном облучении протонами с энергией 510 и 126 Мэв [18, 24]. Было показано, что клиническое течение заболевания, выраженность гематологических изменений и геморрагического синдрома были несколько большими у животных, облученных протонами 510 Мэв, чем у подвергнутых воздействию Y-лучей Со60. Протоны 240, 126 Мэв и f-лучи Со60 вызывали в количественном отношении равные эффекты (Н. И. Рыжов). Много публикаций было посвящено изучению генетических и цитогенетических эффектов, в частности исследованию частоты доминантных леталей у облученных крыс и мышей. Значительное количество радиобиологических исследований было проведено на так называемых модельных биологических системах: популяциях клеток млекопитающих, бактериальных клетках, дрожжевых клетках и биохимических системах [6, 17, 18, 51]. С целью выяснения механизмов действия протонов была поставлена серия экспериментов по изучению факторов, модифицирующих радиочувствительность биологических систем при облучении протонами разных энергий
92 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ (кислородный эффект, температура, радиопротекторы) . Полученные результаты проведенных исследований не выявили специфических особенностей в биологическом действии протонов. Как и ожидали, имели место эффекты, подобные наблюдавшимся при воздействии рентгеновских и гамма-лучей и ионов гелия [51]. Сходство реакций на облучение протонами и гамма-лучами было обнаружено и в опытах по влиянию мощности дозы. Изменение мощности дозы облучения лизогенных бактерий протонами 660 Мэв или гамма-лучами Со60 от 0,35 до 35 рад/сек не изменило ни их радиочувствительности, ни коэффициента ОБЭ протонов [18]. Эти факты имеют большое значение, поскольку они указывают на сходство ранних радиобиологических эффектов, наблюдаемых при воздействии двух этих видов излучения. Следует также отметить, что наряду со многими чертами качественного сходства радиационных эффектов накапливаются данные, указывающие на вероятность некоторых отличий при повреждении протонами. Так, в опытах с повторным и однократным облучением собак обнаружена несколько большая выраженность геморрагического синдрома [24]. Методом иммунологической идентификации было показано, что в клетках опухолей, облученных рентгеновскими лучами или протонами 640 Мэв, образуются вещества, обладающие различными иммунологическими свойствами [57]. Некоторые качественные отличия действия протонов наблюдали и другие авторы [18,52]. Что касается количественных особенностей действия протонов на биологические системы, то анализ данных по непосредственным и последующим реакциям на облучение экспериментальных животных, клеток млекопитающих и бактерий (таблк 9) позволяет думать, что коэффициент ОБЭ протонов с энергиями 50—660 Мэв равен или близок к 1. Однако с дальнейшим уменьшением энергии можно отметить тенденцию к некоторому повышению этого коэффициента. Такое повышение ОБЭ до 1,8 ясно выражено при облучении роговицы мышей протонами 25 Мэв . [18]. В исследовании на мышах, облученных протонами 55 Мэв, получено значение относительной биологической эффективности (ОБЭ) равное 1 для катарактообразования [186, 86]. Аналогичные данные получены для протонов 660 Мэв [37]. Для тормозных дейтронов и ионов гелия при облучении глаза кролика получили значения ОБЭ, изменяющиеся от 2,5 до 5 [190]. В опытах на мышах были сопоставлены эффекты острого облучения протонами 730 Мэв или ионами гелия 900 Мэв и рентгеновского излучения 250 кв [67]. По критерию смертности коэффициенты ОБЭ составляли от 0,73 до 1,0. При высоких мощностях дозы, порядка сотен рад/мин, процент живот- пых, погибавших вследствие поражения желудочно-кишечного тракта, был выше, чем в тех случаях, когда облучение производилось с меньшей мощностью дозы. Было установлено, что действие протонов и ионов гелия весьма сходно с действием рентгеновского излучения в отношении фертильности и возникновения доминантных леталей у мышей. Был проведен ряд экспериментов на обезьянах с моноэнергетическими протонами разных энергий, в том числе 32, 55, 138 и 400 Мэв [89—96,114,124,131, 141,175, 192]. При 138 и 400 Мэв облучение можно рассматривать как тотальное. ОБЭ в ©тношении острой гибели животных была, например, равна 1. Гематологические и сосудистые реакции, потеря веса, нарушения обмена были сходны с обнаруженными при гамма-облучении. Однако после облучения протонами были более выражены симптомы поражения желудочно-кишечного тракта и чаще наблюдалась гибель животных вследствие геморрагического синдрома. Облучение протонами 55 Мэв не было равномерным. При использовании очень больших доз, в несколько тысяч рад, был ярко выражен неврологический симпто- мокомплекс. Протоны 32 Мэв проникали на глубину всего 1 см. Эффекты такого облучения напоминают действие внешнего бета-облучения. ЛДбо/во составляла 1595 рад, почти в три раза больше, чем ЛД 5о/во равномерного общего облучения. Гибель подопытных животных происходила в поздние сроки после облучения; процесс пострадиационной гибели с механизмом кожного поражения во многом напоминал клиническую картину термического ожога III степени. Изучение эффектов облучения кожи важно, поскольку ионизирующее излучение солнечных вспышек и протоны радиационного пояса Земли создают большую дозу в коже. Исследование, выполненное на обезьянах, показало, что развитие поздних отеков связано с повышенной проницаемостью капилляров и лимфатических сосудов и с пониженным содержанием альбуминов в крови. В исследованиях на мышах установили, что облучение
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ Таблица 9. ОБЭ протонов высоких энергий (по материалам исследований советских авторов) 93 Энергия протонов, Мае Условия облучения Биологический объект 660 Однократное Крысы Мыши То же » » » » » » » » Дрозофила Дрожжи гаплоидные Лизогенные бактерии То же Исследуемый эффект ЛДво/зо ЛД5о ЛД5о ЛДво Дегенерация клеток костного мозга Частота хромосомных аберраций в клетках костного мозга Атрофия семенников То же Доминантные летали То же Подавление митотиче- ской активности клеток костного мозга То же Частота рецессивных, сцепленных с полом мутаций То же » Фагопродукция ОБЭ 0,7 0,7 0,67 0,8 0,9 0,9 0,8 0,6 0,85 0,45 0,64 0,85 1,0 0,9 0,9 0,9 Автор Аврунина Г. А., 1962 То же Коноплянников А. Г., 1965 XUVJO Шашков В. С, 1964 Шмакова Н. Л., 1965 То же Гайдова Е. С, 1965. Померанцева М. Д. и Рамайя Л. К., 1964 То же ПомеранцеваМ. Д., 1964 То же Шмакова Н. Л., 1965 Раппопорт И. А., 1962 Рыбаков Н. И., 1967 То же Рыбаков Н. И., 1967 Однократное Салат Картофель Капуста Морковь Картофель То же Количество хромосомных 1,3—2,6 Невзгодина Л. В. и др., аберраций 1967 То же 2,8—3,7 То же » 1,0—3,8 » » 5,0—5,5 » Урожайность 1,9—2,5 Герцуский Д. Ф. и др., 1967 Число клубней на расте- 1,5—2,2 То же ние Количество хромосомных 0,7—3,5 » аберраций 510 Повторное Однократное Однократное Собаки То же Крысы То же Собаки Крысы То же Мыши Собаки Смертность То же ЛДбо/зо Смертность То же ЛДбо/зо ЛД50/8 ЛДбо/зо Смертность 1,0 1,2 0,8 0,8 1,0 0,7 0,8 0,8 1,0 Рыжов Н. То же » Даренская 1964 Рыжов Н. То же И. Н. И. и др., Г. и и др., 1967 др., 1967 240
94 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Таблица 9 (окончание) Энергия протонов, Мэв 126 126 50 34 10 Условия облучения Повторное Однократное Однократное Однократное Однократное Однократное Биологический объект Собаки Крысы То же » » Мыши То же » Лизогенные бактерии Крысы Мыши То же Амниотические клетки человека Лизогенные бактерии Амниотические клетки человека Мыши Исследуемый эффект Смертность » Частота новообразований Средняя продолжительность жизни Количество ядросодержа- щих клеток в костном мозге Количество хромосомных аберраций в клетках костного мозга ЛДво/зо Л Д loo г зо ЛДбо, частота хромосомных аберраций в клетках эпителия роговицы, фагопродукция Фагопродукция Частота хромосомных аберраций в клетках костного мозга Л Д ЮО У15 Частота хромосомных аберраций в клетках эпителия роговицы То же Фагопродукция Частота хромосомных аберраций Частота хромосомных аберраций в клетках эпителия роговицы лтзо ОБЭ 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9 0,7 0,9 0,8 0,67 0,9 1,0 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,8 Автор Рыжов Н. И. и др., 1967 То же » » Серая В. В. и др., 1967 Говорун Р. Д. и др., 1967 Рыжов Н. И., 1967 То же Шашков В. С, 1964, Мастрюкова В. М. и др., 1964 Рыбаков Н. И. и др., 1967 Говорун Р. Д., 1968 Григорьев Ю. Г. и др., Ворожцова С. В. и др., 1969 Рыжов Н. И. и др., 1969 То же Григорьев Ю. Г., 1969 То же кожи в дозе 200 рад ионами гелия сокращает продолжительность жизни животных [129]. В различных экспериментах с протонами 10 Мэв и ионами гелия было показано, что эти частицы обладают большей способностью вызывать развитие рака кожи, чем бета-излучение. При дозах ионов гелия не более 150 рад частота поздних раков кожи была выше, чем спонтанных. Было показано, что вызванный облучением кожный канцерогенез может- быть связан с лучевым повреждением волосяных фолликулов [62, 65, 66]. Имеется лишь немного публикаций, посвященных отдаленным последствиям облучения протонами. В работах, выполненных на собаках, описаны необратимые повреждения во многих внутренних органах (почках, сердце, печени и др.). Имеют место неспецифическое склерозирование сосудов этих органов, а также дегенеративные изменения, указывающие на развитие процессов преждевременного старения [18,59]. Изучение бластомогенного действия протонов не обнаружило существенных особенно-
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 95 стей в гистологическом строении и локализации опухолей [61]. Заслуживает внимания анализ материалов по частоте развития новообразований, представленных в табл. 10. Из таблицы видно, что частота развития опухолей после однократного облучения протонами с энергией 645 Мэв была меньшей, чем после гамма-облучения. В основном развивались опухоли молочных желез [61]. Экспериментально было показано также возникновение опухолей кишечного тракта у крыс после облучения дейтронами [74]. Облучение гипофиза дейтронами в дозе 945 рад приводит к весьма значительному повышению количества опухолей гипофиза у молодых крыс [188]. В мозгу трех из пяти обезьян, выживших после облучения протонами 55 Мэв, развились поздние глиомы [115]. Приведенные первые наблюдения указывают на необходимость получения дальнейшей количественной информации о развитии отдаленных последействий в результате облучения протонами, дейтронами и ионами гелия. В экспериментах с двукратным облучением протонами 55 Мэв были получены некоторые доказательства того, что после облучения протонами восстановление обратимой части лучевых поражений происходит вдвое медленнее, чем после гамма-облучения [131]. Подводя итоги экспериментам с протонами и ионами гелия, можно считать доказанным сходство смертельного действия и течения острого лучевого синдрома после острого тотального воздействия обоих этих видов излучения с действием гамма-излучения. Коэффициент ОБЭ для этих видов излучения был равен 1. Однако при действии протонов наблюдались более тяжелое поражение желудочно-кишечного тракта и проявления геморрагического синдрома. Воздействие больших доз протонов на кожу приводило к гибели экспериментальных животных в поздние сроки после облучения с патоморфологическими изменениями, напоминающими термические ожоги. Развивались отеки, связанные с повышенной проницаемостью сосудов. Облучение кожи протонами может также привести к сокращению продолжительности жизни и повышению частоты развития опухолей кожи. Имеются указания, что восстановление после однократного облучения протонами 55 Мэв происходит несколько медленнее, чем после гамма-облучения. Исследований по протяженному непрерывному воздействию протонов или донов гелия, к сожалению, мы не знаем. Таким образом, проведенное изучение био- Таблица 10. Частота образования и гистологический тип опухолей, развивающихся у крыс после острого облучения протонами 645 Мае и гамма-лучами Со60 Облучение Протоны 645 Мэв Гамма-излучение Со60 Контроль Доза, рад 35 100 200 400 35 100 200 400 — Количество животных в эксперименте 40 40 100 120 40 40 40 120 100 Количество животных с опухолями 8 8 30 35 7 4 17 56 4 % животных с опухолями молочной железы 87 87 86 82 86 100 94 87 100 Облучение Протоны 645 Мэв Гамма-излучение Со80 Контроль Гистологический тип опухоле! аденокар- циномы 28,6 28,5 23,0 27,6 16,8 25,0 31,2 14,3 Нет железы, % адено- фибромы 42,8 14,2 38,6 24,1 33,4 50,0 25,0 36,9 50,0 фиброаденомы 28,6 57,3 11,5 41,4 49,8 25,0 37,6 30,7 50,0 [ МОЛОЧНОЙ другие злокачественные опухоли 26,9 6,9 — 6,2 18,1 — логического действия протонов на различные биологические объекты показало, что коэффициент ОБЭ существенно не меняется в диапазоне энергий 50—660 Мэв и равен 1, в то время как при энергиях ниже 50 Мэв ОБЭ увеличивается. При больших дозах однократного облучения этими частицами могут развиваться глиомы. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ПРОТОНОВ НА РАСТЕНИЯ Необходимость использовать растения в качестве одного из звеньев экологических систем жизнеобеспечения может возникнуть при длительном космическом полете. Действие на растения ионизирующей радиации, в частности протонов, которые образуются при
96 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ хромосферных вспышках на Солнце, представляет собой важную проблему. Результаты большинства проведенных экспериментов показывают, что воздействие протонов в широком диапазоне энергий и доз более эффективно, чем рентгеновское и гамма-облучение. Коэффициенты ОБЭ протонов для семян различных растений нами суммированы в табл. 11. В 1954 г. при сопоставлении биологического действия протонов 160 Мэв и рентгеновских лучей на сухие семена ячменя [99] впервые была отмечена явно большая эффективность протонов. Работы, проведенные с нейтронами, также касаются этой проблемы, поскольку большая доля биологической эффективности быстрых нейтронов обусловлена протонами и альфа- частицами отдачи. Значительно более высокая ОБЭ была отмечена в случае гамма- нейтронного облучения и хранения сухих семян, в то время как при таком же облучении влажных семян ОБЭ была ниже [148]. Ряд работ был проведен для оценки биологического действия протонов 660 Мэв в широком диапазоне доз. Для оценки ОБЭ применяли агробиологические и цитогенетиче- ские показатели; в качестве объектов использовали картофель, капусту, редис, морковь, салат и другие растения [18, 48]. В ряде экспериментов с оценкой урожайности и роста растений, полученных из облученных семян картофеля, капусты, редиса и салата, получены значения ОБЭ протонов, равные 2,3; 2,5; 3,0; 2,4 соответственно. При облучении ростков картофеля коэффициент ОБЭ колебался в пределах 0,5—2,3. Заслуживает внимания работа, в которой изучали аберрантные митозы в клетках проростков из облученных протонами 660 Мэв семян. При этом были получены максимальные значения ОБЭ протонов для семян салата, картофеля, капусты, моркови, соответственно равные 3,5; 3,7; 3,8 и 5,5 [18]. В аналогичных экспериментах с семенами гороха была получена ОБЭ протонов, равная 2,3— 6,9 [3]. Более низкий коэффициент (2,1) был получен при использовании семян Nigella damascena, облученных протонами 2,8 Гэв [142]. При оценке биологического действия протонов на растительное звено системы жизнеобеспечения необходимо изучить влияние многих физических и биологических факторов, от которых может зависеть ОБЭ протонов. К таким факторам относится прежде всего уровень дозы облучения. В большинстве работ отмечена прямая связь ОБЭ с поглощенной дозой (табл. 12). Таблица 11. ОБЭ протонов при облучении семян различных растений 50 100 160 380 То 20 650 660 То 2,8 28 Мэв Мэв Мэв Мэв же Гэв Мэв Мэв же ь » » » » Гэв Гэв Салат (Lactuca sativa) То же Ячмень (Hordeum vulgaris) То же Папоротник, споры Ячмень (Hordeum vulgaris) То же Горох (Pisum sativum) Капуста (Brassica pekinensis) Горох (Pisum sativum) Салат (Lactuca sativa) Картофель (Soianum tuberosum) Капуста (Brassica oleracea) Морковь (Daneus carota) Картофель (Soianum tuberosum) Нигелла (Nigella damascena) Кукуруза (Zea mays) Хромосомные поломки To же Частота мутаций, торможение роста Снижение роста листвы Выживаемость Рост проростков То же Хромосомные поломки То же » » » Продуктивность Хромосомные поломки Хлорофильные мутации 1,4-1,6 1,4 >1 1,5-^-1,8 1,6 3,4 2,1 1,0 1,0-3,5 2,3—6,9 3,5 3,7 3,8 5,5 0,6—2,8 2,1 4,4 [48] » [99] [81] » [105] » [60] [48] [3] [48] [17] » » [142] [182]
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 9? Таблица 12. Зависимость ОБЭ протонов 660 Мэв от дозы, облучения семян различных растений [28] Растение Салат Картофель Капуста Фасоль Критерий оценки Клетки с аберрациями хромосом То же » Проростки с боковыми корешками на 3 сутки про- СО м Л 5 8 10 5 10 12 15 10 25 50 100 0,7 6,8 ? 9,6 И в ■&Е* 2,0 2,2 2,6 1,0 2,4 3,2 3,7 1,0 1,0 1,8 3,8 1,0 0,9 1,4 1,9 В некоторых работах указывается на отсутствие зависимости ОБЭ от дозы облучения для семян салата, гороха и ячменя [142, 81]. Имеются некоторые трудности при сопоставлении биологического действия протонов и гамма-излучения, а также при определении коэффициента их ОБЭ в широком диапазоне доз по агробиологическим показателям. Дозовая зависимость в данном случае описывается сложной кривой, и различия становятся достоверными лишь при высоких уровнях доз [17]. Была обнаружена обратная зависимость коэффициента ОБЭ протонов от мощности дозы облучения по критерию оценки выхода аберраций хромосом в семенах гороха [142]. Коэффициенты ОБЭ протонов 660 Мэв были равны 6,9; 5,2; 4,3 при мощностях дозы 70, 700 и 4200 рад/мин соответственно. Изучение зависимости коэффициента ОБЭ протонов от их энергии представляет большой интерес как для общей радиобиологии, так и для проблемы радиационной безопасности космических полетов. В настоящее время, однако, работ по этому вопросу еще недостаточно. Облучали семена ячменя протонами разных энергий: 20 Гэв, 600 Мэв [105] и 380 Мэв [81]. Во всех случаях в качестве критерия оценки служил начальный рост листа. Коэффициенты ОБЭ протонов 20 Гэв, 600 Мэв и 380 Мэв были равны 3,4; 2,5 и 1,4 7 Заказ № 1039 соответственно. Аналогичная зависимость наблюдалась и при облучении семян салата протонами с энергией 660, 100 и 50 Мэв. Коэффициент ОБЭ протонов в данном случае равнялся 3,5; 1,6 и 1,6 соответственно [48]. При облучении проростков протонами с энергией 660 и 50 Мэв коэффициенты ОБЭ были равны 2,3 и 0,6 соответственно. Коэффициент ОБЭ протонов меняется в зависимости от того, рассматриваются ли непосредственные или отдаленные эффекты облучения растений. Имеется несколько работ, посвященных определению ОБЭ протонов как непосредственно после облучения, так и через некоторое время после него, с учетом разных условий хранения. Было показано, что эффект хранения гороха в семенах, облученных протонами, был меньшим, чем в семенах, подвергшихся гамма-облучению [60]. Это было затем подтверждено многими другими исследователями. На семенах салата, облученных протонами 100 и 630 Мэв и хранившихся при комнатной температуре в течение 8— 30 месяцев, было получено снижение средней величины коэффициента ОБЭ с 1,6 до 0,5 и с 2,2 до 0,9 соответственно. Для семян капусты среднее значение коэффициента ОБЭ сразу после облучения было равно 1,9, а после 18 месяцев хранения семян коэффициент стал равен 1,0 [49]. Примерно такие же величины были получены для ОБЭ протонов с семенами салата, хранившимися при температуре +30° С и относительной влажности 56%. Коэффициенты ОБЭ протонов снизились с 2,4 непосредственно после облучения до 1,3 через 30 дней [53]. При хранении покоящихся спор папоротника, облученных протонами 380 Мэв, также было отмечено снижение коэффициента ОБЭ протонов с 1,7 до 1,1 через 301 день после облучения [81]. Коэффициент ОБЭ протонов зависит также от выбора критериев оценки биологического действия излучения. Например, результаты исследования, проведенного по агробиологическим показателям, т. е. урожайности или росту, отличаются от данных, полученных при подсчете клеток с хромосомными аберрациями [1]. Такой фактор, как условия выращивания после облучения, также имеет большое значение при определении коэффициента ОБЭ протонов. При выращивании облученных растений в поле получены более низкие коэффициенты ОБЭ, чем при выращивании в тепличных условиях или в люминостате [ 1 ].
98 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Заслуживают внимания данные по биологическому действию протонов на активно метамобилизирующие системы — проростки. В литературе имеется ограниченное число данных по этому вопросу. Эксперименты, проведенные на Vicia faba, показали, что при облучении проростков протонами 185 Мэв процент аномальных метафаз был ниже, чем при рентгеновском облучении [126]. Величина ОБЭ протонов была в этом случае 0,7. Низкие коэффициенты ОБЭ (0,5—0,6) для протонов 50 Мэв были получены и на проростках салата [48]. Были проведены эксперименты с облучением хлореллы протонами и альфа-частицами. Хлорелла представляет собой радиоустойчивую культуру, и ЛД50 при гамма-облучении составляет 13 крад. Протоны 660 Мэв были в 1,6 раза более эффективны, а при облучении альфа-частицами ЛД50 была равна 5 кра- дам [И, 12]. Изучение количественных характеристик действия протонов 50—660 Мэв на растения показало, что коэффициенты ОБЭ значительно больше 1. Данный факт существенно отличается от всех ранее полученных сведений при облучении экспериментальных животных, микроорганизмов, дрожжевых клеток и других модельных систем. Для объяснения значительного повышения биологической эффективности протонов высоких энергий при облучении семян должна быть дополнительно поставлена широкая серия экспериментов. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МУЛЬТИ-ГЭВ'НЫХ ПРОТОНОВ Предварительные исследования, проведен- пые на Серпуховском ускорителе, показали более высокую (в 1,2—6 раз) эффективность вторичного излучения от протонов 70 Гэв по сравнению с ^-лучами Cs137 по выживаемости и частоте мутаций фага Т4В, по выживаемости бактерий Е. Coli и по выживаемости, уменьшению веса и длине первичного корешка проростков Vicia faba, а также по хромосомным аберрациям в них. По ряду показателей ОБЭ возрастала с уменьшением дозы облучения в 2—5 раз [64]. Отмечен значительный разброс отдельных экспериментальных значений ОБЭ, что отражает, по-видимому, крайнюю неравномерность распределения поглощенной энергии, обусловленную рождением вторичных частиц, в том числе многозарядных ионов и антипротонов. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ Тяжелые ионы обычно более эффективны в отношении биологического действия на клеточном уровне, чем редкоионизирующая радиация. Мы допускаем, что опасность, обусловленная тяжелыми ионами, может быть совершенно иной природы, чем создаваемая протонами и ионами гелия. Последние при достаточно больших дозах прежде всего будут поражать быстро пролиферирующие ткани, что имеет существенное значение в смысле нарушения нормальных функций организма. К этим тканям относятся костный мозг, эпителиальная ткань, ткани воспроизводительных органов и т. п. Тяжелые ионы могут быть очень эффективны в создании особых биологических эффектов даже при действии одной частицы. Действие на пролиферирующие ткани, обладающие большой восстановительной способностью, не кажется нам столь значимым; более важно в данном случае действие на нерегенерирующие ткани. К этим тканям относятся ткани центральной нервной системы, в том числе некоторые клетки органов чувств, и другие специализированные клетки, как, например, клетки хрусталика глаза. ПРИРОДА ПОВРЕЖДЕНИЙ, ВЫЗВАННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ ИОНАМИ В отличие от излучений с низкой ЛПЭ, для биологического действия тяжелых частиц характерно то, что отдельная тяжелая частица может оказать существенное действие в соответствующем месте внутри клетки. Для того чтобы получить такой же эффект с излучением низкой ЛПЭ, часто бывает необходим удар одновременно нескольких частиц в одну клетку или несколько ударов непосредственно один за другим. Это соотношение может быть выражено с помощью так называемой многоударной кривой выживания для клеточных культур и тканей. Было показано, что в случае, если дозовая зависимость эффекта экспоненциальна, происходящие события и количественное выражение эффективности этих событий могут быть удовлетворительно описаны с помощью понятия поперечного сечения взаимодействия. Понятие поперечного сечения взаимодействия очень сходно с используемым в ядерной физике, поскольку оно также представляет собой вероятность взаимодействия. Во многих случаях биологического исследования поперечное сечение биологического взаимодействия
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 99 тяжелых ионов не сильно отличается от проекции самого клеточного ядра. На рис. 8 представлена сводка полученных в Беркли данных по подавлению клеточного деления и гибели клеток, вызываемой тяжелыми ионами, до аргона включительно, в разных биологических образцах, в том числе ферментах, фаговых частицах, бактериях, дрожжевых клетках и культурах клеток млекопитающих. В отношении клеток млекопитающих получены явные доказательства того, что каждый ускоренный ион может быть примерно в тысячу раз более эффективным, чем его редкоионизирующий аналог с низкой ЛПЭ (рис.9). Если перевести это в понятие относительной биологической эффективности, то окажется, что общая эффективность излучения с высокой ЛПЭ для острого подавления клеточного деления и образования колоний у млекопитающих может достигать цифры 8. Для тяжелых частиц предельная величина «поперечного сечения» равна размерам клеточного ядра. Имеются, однако, указания, что при очень высоких ЛПЭ, например как у ионов аргона и более тяжелых элементов, поперечные сечения превосходят размеры сечения ядра [183]. В экспериментах с частицами аргона, обладающими высокой ЛПЭ, было показано, что культура лимфоцитов из тканей крысы настолько чувствительна к облучению ионами аргона, что поперечные сечения для нее были, по-видимому, равны или даже больше размера целой клетки лимфоцита [135]. Вызванная ударами тяжелых ионов гибель лимфоцитов не была похожа на обычно наблюдавшуюся в экспериментах с культурой клеток in vivo. Обычно наблюдается гибель, связанная с делением клеток; гибель же лимфоцитов, вызванная тяжелыми ионами, представляет собой интерфазную гибель и может быть связана с каким-то повреждением мембранных структур клетки. Имеются некоторые предварительные указания, что тяжелые ионы могут вызвать необратимые изменения структуры и биосинтетической активности неделящихся клеток, например нейронов в клеточной культуре. Наблюдавшиеся изменения не поддаются убедительной количественной оценке. Однако можно допустить, что пикноз ядра и наблюдаемые в цитоплазме нейронов частички липофусцина имеют какое-то отношение к процессу старения, вызванного радиацией. Поскольку в организме взрослого человека нейроны не делятся, а невредимость функции нервной системы существенно важна для обеспечения требуемой от космонавта работоспособности, малейшие изменения, вызываемые тяжелыми ионами в нейронах, должны быть более подробно изучены ввиду их возможной опасности для экипажей при длительных космических полетах. Несмотря на то, что в отношении живых клеток биологическая эффективность (ОБЭ) тяжелых ионов выше, чем излучений с низкой ЛПЭ, это соотношение меняется на обратное при исследовании белковых ферментов. Было показано, что в смысле активизирующего действия на ферменты тяжелые ионы менее эффективны, чем излучения с низкой ЛПЭ [85]. Поэтому некоторые исследователи приписали действию тяжелых ионов те специальные изменения, которые они могут вызывать в нуклеиновых кислотах, в частности в ДНК. Было ясно показано, что отдельные тяжелые ионы могут вызывать двухтяжевые разрывы в бактериофагах и что такие разрывы неизменно приводят к неспособности частиц фага репродуцироваться. Наоборот, однотяжевые разрывы вызываются преимущественно излучением с низкой ЛПЭ, и необходимо более одного такого разрыва ДНК, чтобы вызвать необратимое повреждение фага. Поскольку возникновение повреждений в ДНК идет параллельно с возникновением биологических эффектов даже в клетках, значительно более богатых ДНК, чем фаги, напрашивается вывод, что действие тяжелых частиц на эукариотические клетки большей частью также обусловлено двухтяжевыми разрывами ДНК. Однако этот вывод остается недоказанным, поскольку нет еще полного понимания того, каким образом возникают и восстанавливаются повреждения ДНК в клетках млекопитающих. Недавно было показано, что даже воздействие рентгеновского излучения с низкой ЛПЭ на клетки млекопитающих приводит к множественным разрывам хромосом с последующим их воссоединением и что имеется много случаев фрагментации ДНК, которые самопроизвольно восстанавливаются. Возможно, что действие тяжелых ионов на клетки млекопитающих представляет собой более сложный процесс* чем простое образование двухтяжевых разрывов ДНК. Поскольку ядерные мембраны, по-видимому, близко связаны с субмикроскопическим распределением нуклеиновых кислот и их биохимическими функциями, вполне возможно, что облучение тяжелыми ионами может быть связано с комбинированным повреждением мембран и нуклеиновых кислот.
100 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ -14 <о ю Рис. 8. Поперечное сечение инактивации в зависимости от ЛПЭ На рисунке представлены обобщенные данные, полученные в Беркли, по подавлению клеточного деления и смертельному действию тяжелых ионов до ускоренных ядер аргона включительно на разных биологических объектах, в том числе ферментах, бактериях, дрожжевых клетках и клетках млекопитающих 102 103 104 Линейная передача энергии, Мэв«см2/г Рис* 9. Изменение колониеобразующей способности клеток TI при воздействии тяжелых ионов с одинаковыми скоростями. Ионы и средний их заряд указаны возле каждой кривой А — колониеобразующая способность; Б — среднее число клеток на колонию. 400 800 0 400 800- Доза, рады 400 800 400 800 400 800 ОД 0.01 0001 М Н*(+1) X (+5) -^ 40 80 40 80 0 40 80 0 Время инкубации, часы 40 80 40 80 400 Доза, рады 400 800 1200 0.001 0 40 0 • Рентгеновы лучи Время инкубации, часы о Тяжелые ионы, аэробн. условия d Тяжелые ионы, аноксич, условия
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 101 Таблица 13. Изменение частоты аберрантных митозов в клетках эпителия роговицы мышей после облучения ионами углерода и рентгеновским излучением 180 кв Вид излучения Рентгеновское Ионы углерода Доза, рад 50 100 250 500 Контроль 25 50 100 250 500 Контроль Аберрантные митозы, % сроки фиксации, часы 24 14,9±0,5 22,5±0,5 41,5±2,1 59,3±2,9 0,7*0,1 20,5±0,6 35,5±0,8 52,1±1,0 78,6±0,9 80,3±1,1 0,8±0,1 72 7,8+0,4 15,6±0,8 34,2±0,3 61,7+0,6 1,0±0,1 29,6+0,7 46,7±0,5 60,3±0,8 73,9+1,0 __. 0,8±0,1 240 2,8±0,3 4,2±0,5 13,2+0,7 24,4±0,4 0,9+0,1 24,9±0,5 35,5+0,6 42,8±0,5 67,9±1,0 ««_ 0,8±0,1 480 2,5±0,3 4,5±0,6 11,1±1,1 14,8±1,6 1,0+0,2 29,6±0,7 33,6±0,7 41,4±1,8 67,1±0,5 0,7±0,1 Хорошо известно, что после лучевого повреждения большинство клеток, в том числе и клеток млекопитающих, может по прекращении облучения восстанавливаться. На бактериофаге неоднократно было показано, что однотяжевые разрывы особенно восстановимы. Предполагают, что однотяжевые разрывы вызываются либо единичным актом ионизации, либо действием образовавшихся в цитоплазме свободных радикалов, которые затем взаимодействуют с ДНК и приводят к ее изменению. Обратимые повреждения поддаются также и модифицирующему влиянию химических веществ, например сульфгидрильных и аминотиольных протекторов. Как правило, известные химические радиопротекторы против действия рентгеновского излучения становятся все менее эффективными по мере увеличения ЛПЭ и совсем неэффективны против действия частиц с очень высокой ЛПЭ (как будет показано ниже, исключение составляют некоторые спирты). Если восстановление в пострадиационном периоде имеет место, то это обычно доказывается тем фактом, что фракционированное облучение вызывает неаддитивное действие. Если производить облучение в два приема и часть повреждения от первого облучения восстанавливается ко времени второго воздействия, то суммарный эффект обоих будет меньше, чем если бы та же доза была получена за один прием. Хотя в этой области накоплено не так уж много экспериментальных данных, имеющиеся исследования, выполненные на клетках млекопитающих и на бактериях, ясно показывают, что эффекты облучения тяжелыми ионами аддитивны [17]. Это важно для радиационной защиты, поскольку фактор защиты, обусловленный пострадиационным восстановлением, который, по-видимому, играет роль, когда излучение с низкой ЛПЭ действует с малой мощностью дозы, очевидно, отсутствует полностью в случае облучения тяжелыми ионами. Поэтому в настоящее время действие излучений с высокой ЛПЭ должно рассматриваться как полностью аддитивное; отсюда следует, что действие тяжелых ионов не зависит от мощности дозы. Рентгеновское и гамма-излучение вызывают аберрации хромосом в клетках тканей млекопитающих, однако эти аберрации исчезают из облученной ткани в течение нескольких недель. Отмечено, что в клетках печени млекопитающих, облученных ионами углерода, аберрации хромосом сохранялись в течение нескольких месяцев [109]. Стойкие изменения в частоте аберрантных митозов в клетках эпителия роговицы мышей после облучения ионами углерода были недавно получены в Дубне (табл. 13). Стоит отметить, что такая малая доза ионов углерода, как 25 рад, вызывает 30% аберрантных; митозов. ДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА СЕТЧАТКУ Одним из наиболее интересных радиационных эффектов, детально документированных,, было наблюдавшееся космонавтами «Аполло- па-11» во время полета к Луне за пределами; магнитного поля Земли появление световых вспышек и линий, возникавших нерегулярно,, с интервалами в среднем в 2—3 мин. К настоящему времени 15 космонавтов, участво-
102 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ вавших в 5 полетах к Луне, сообщили о том, что они видели такие световые вспышки после некоторой степени темновой адаптации [82]. Поскольку эти визуальные ощущения наблюдались при закрытых или при открытых глазах, возник вопрос о том, где находится очаг их возникновения, в головном мозге или в сетчатке [180,179]. Теперь уже ясно показано, что тяжелые ионы способны вызывать ощущение световых вспышек и линий, если ионы пересекают адаптированную к темноте сетчатку глаза человека. По-видимому, такое взаимодействие обусловлено эффектом, создаваемым в воспринимающих зрительных элементах сетчатки, вероятно в палочках. Линии и вспышки могут ощущаться, если скорость потери энергии выше, чем примерно 10 кэв/мкм. Следовательно, большинство быстрых и медленных частиц космического излучения, начиная с азота и элементов с более высокими атомными номерами, могут быть увидены космонавтами, а протоны высоких энергий и ионы гелия не будут вызывать подобного феномена. Сами по себе описанные зрительные ощущения под действием ионизирующего излучения не являются неожиданными, поскольку еще свыше 70 лет назад было известно, что рентгеновские лучи могут вызывать визуальные эффекты непосредственно или косвенно, за счет вторичных квантов света. Предложена еще одна теория [101], согласно которой световые ощущения, полученные от частиц, движущихся с релятивистскими скоростями (>350 Мэв/нуклон), вызываются излучением Черенкова. Недавно были описаны опыты с релятивистскими ионами азота [139]. При действии ионизирующего излучения были получены физиологические эффекты с сетчатки глаза и соответствующие изменения в «биоэлектрической активности головного мозга [20]. Наличие зрительных ощущений у космонавтов во время космических полетов к Луне обусловило необходимость лучшего понимания биологических эффектов, возникающих вдоль треков отдельных заряженных частиц. Сейчас в Беркли проводятся три эксперимента по действию тяжелых ионов на сетчатку. Из предварительных наблюдений выяснилось, что в наружном сегменте палочек сетчатки глаза Necturus maculosis изменения возникают уже при дозе ускоренных ионов азота порядка 1 рада. Сходные наблюдения, хотя •еще и не опубликованные, получены в опытах, проведенных на мышах, кроликах и обезьянах. Эти наблюдения показывают, что начальные расстройства могут быть связаны с нарушением синтетической функции зрительных клеток, образующих, например, новые зрительные диски и фотопигменты. В исследовании, проведенном в 1973 г. на обезьянах, показано, что повреждения сетчатки, вызванные облучением ионами кислорода в дозе несколько сот рад, приводят к серьезным патологическим изменениям на срок до девяти месяцев. Кроме того, при этом имеют место и существенные нарушения в кровеносных сосудах [75]. ИССЛЕДОВАНИЕ ГОЛОВНОГО МОЗГА Очень слабые потоки тяжелых частиц, направленные на затылочную долю мозга человека, не вызывали субъективного ощущения световых сигналов. В течение многих лет ведется исследование гистологических изменений, которые могут возникать в нервной системе под действием первичных тяжелых частиц космического излучения. Были обследованы три обезьяны после их полета на шаре-зонде на высоте около 36 км в течение 24 час. [114]. Последующее гистологическое исследование обнаружило в мозжечке обезьян области с таким нарушенным расположением клеток, как будто это был след, образовавшийся по пути прохождения частицы. Однако у контрольных животных, остававшихся на Земле, также было найдено много следов, но гистологически они выглядели более старыми, чем следы в мозгу обезьян, побывавших на большой высоте. Отмечались также странные экстраваскулярные скопления железа вокруг капилляров, которые также могли быть связаны с действием тяжелых ионов. Во время полета «Аполлона-16» и биоспутника «Кос- мос-605» на борту находились животные, запущенные с целью получить новые данные о нейропатологическом действии тяжелых ионов. Эти наблюдения явно проигрывают от того, что мощность дозы при полетах шаров-зондов была низкой; опыты должны быть повторены с использованием пучков тяжелых частиц, полученных на ускорителях. ДЕЙСТВИЕ НА КОЖУ В 1950-х годах было проведено много полетов мышей С-57 на шарах-зондах [84]. У этих мышей осуществлялся генетический контроль пигментации шерсти. В норме обнаруживается примерно один белый волос на
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 103 500 черных волос. В проведенных экспериментах развитие волос устанавливалось на соответствующей стадии путем выщипывания старых волос у животных, подготовленных к полету. Затем животных запускали на высоту свыше 25 км. В течение послеполетного периода вырастало много седых волос, и похоже, что тяжелые частицы космического излучения были повинны в этом изменении цвета. В некоторых случаях седые волосы располагались по прямой линии: это указывает на возможность того, что одна частица вызывала изменение пигментации в нескольких волосяных фолликулах, встретившихся на ее пути. Позднее аналогичные эксперименты были повторены со сходными результатами. Используя пучки ускоренных ионов азота, большое количество мышей С-57 подвергли воздействию с интенсивностью порядка 103— 105 частиц на см2. Когда ионы азота проходили тангенциально к коже животных, количество белых волос, выросших после облучения, было значительно больше, чем в контроле. Было убедительно показано [128], что отдельная тяжелая частица азота, проходя через волосяной фолликул, может изменить пигментацию развивающегося из него волоса (рис. 10). Выбранный показатель, в данном случае цвет волос, сам по себе не позволяет дать количественную оценку опасности. Однако цвет волоса, развивающегося из фолликула, определяется, по-видимому, совместным действием 6—8 пигментных клеток. Каков бы ни был способ действия тяжелых частиц, оно распространяется, по-видимому, больше чем на одну жлетку одновременно. Кроме того, у животных, находившихся под наблюдением 6 месяцев и дольше, отмечался более генерализованный эффект поседения в результате облучения пучком ионов азота, даже при совсем .малых дозах. Эксперименты такого рода показывают, что отдельная тяжелая частица может поражать вклетку или группы клеток не только нервной системы, но и других областей тела, характеризующихся быстрой пролиферацией и регенерацией. В определенном смысле наблюдавшийся эффект депигментации волос может служить индикатором присутствия тяжелых частиц, и надо надеяться, что в будущем некоторые из этих наблюдений будут распространены на группы животных, которые можно будет выводить на орбиту на длительное время. Используя ионы лития (пик Брэгга), оценивали развитие эритемы кожи у кроликов £97]. На основе полученных данных был сде- Рис. 10. Фотография отрастающей шерсти у мыши спустя 13 дней после облучения. Явно видны седые волоски. Животное получило приблизительно 4,13'10^ ионов азота лан вывод, что излучения с высокой ЛПЭ не имеют «пороговой дозы» при действии на кожу, в то время как для протонов, дейтронов, и излучений с низкой ЛПЭ соответствующий порог существует.
104 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ДЕЙСТВИЕ НА РАСТЕНИЯ Несколько лет тому назад две разные группы исследователей провели предварительные опыты с кукурузой с целью выяснить действие тяжелых ионов космического излучения на семена. Семена кукурузы соответствующего генетического состава были экспонированы на спутнике [170]. Независимо от этого эксперимента семена кукурузы запустили на шаре-зонде на высоту 30—40 км более чем на сутки [169]. В орбитальном опыте было получено лишь немного аномалий, но в эксперименте с шаром- зондом обнаружилось удивительно много щелей и белых полос на втором и третьем эмбриональных листьях растений, развившихся из облученных семян. В этом полете аномалии составили около 6 %, а суммарная доза космического излучения была оценена примерно в 50 мрад. Недавно в двух разных лабораториях аналогичные опыты были проведены с тяжелыми частицами азота, после того как в прежних попытках с ионами, гелия большой энергии не удалось воспроизвести результаты, полученные при полетах на шарах-зондах. На рис. 11 представлен лист кукурузы после облучения Рис, И. Лист кукурузы, выращенной из семян, облученных ионами кислорода ускоренными ионами кислорода. Ионы азота (принстонский синхротрон) и ионы кислорода и азота (беватрон в Беркли) вызывали образование статистически достоверного числа аномалий в кукурузе после облучения ее семян в слабых потоках медленных ионов [ 184, 116]. В Принстоне семена предварительно смачивали, в то время как в Беркли они были сухими. Интерпретация результатов такого рода экспериментов пока еще сугубо предварительна. Было высказано предположение, что действие частиц распространяется одновременно на несколько эмбриональных клеток. Данные, полученные в Беркли, не дают этому ясного подтверждения. Вполне возможно, что тяжелые частицы, проходя сквозь зародыш, повреждают только одну клетку, а дефекты развития являются следствием гибели или повреждения той особой клетки, которая ответственна за обеспечение развития данной структуры. В сухих семенах повреждение, вызванное тяжелыми ионами, сохраняется в течение многих дней. В этом смысле имеется сходство между семенами и пластмассами и некоторыми материалами, которые сохраняют радиационное повреждение после облучения тяжелыми частицами на ускорителях или в космосе. Когда ЛПЭ достигает величины около 100 кэв/мкм и более, стержень трека быстро движущихся частиц вызывает необратимое повреждение. Это повреждение может быть в дальнейшем выявлено в пластике с помощью едкого натрия, причем образуются отверстия, видимые под микроскопом. С тяжелыми ионами Не4, Li7, С12, О16, Ne20 и Аг40 была проведена работа на сухих семенах арабидопсиса (Arabidopsis). По критерию снижения сухого веса растений и индуцированию соматических мутаций отмечены колебания ОБЭ от 11,5 до 25 в зависимости от критерия оценки и ЛПЭ [ 121 ]. При облучении хлореллы тяжелыми ионами Вй , С£6, Ne+24, АГ40 с ЛПЭ от 3 до 26 000 Мэв*см2/г были получены различные формы кривых выживаемости: 5-образные для ред- коионизирующей радиации и экспоненциальные для плотноионизирующей. Коэффициент ОБЭ достигал максимальной величины при низких дозах и минимальной величины при высоких дозах для ионов с dE/dx от 1000 до 5000 Мэв-см2/г. Максимальное значение ОБЭ, равное 8, было обнаружено при действии ионов углерода [ 12 ].
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 105 РАЗВИТИЕ ОПУХОЛЕЙ И ИЗМЕНЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ Имеются лишь крайне малочисленные данные о возможном действии тяжелых ионов в смысле индуцирования опухолей. Был проведен предварительный эксперимент на араби- допсисе [120]. Когда семена этого растения были облучены ускоренными ионами углерода, неона и аргона, а также рентгеновскими лучами и ионами гелия, то оказалось, что ОБЭ в отношении индукции опухолей у растений, выращенных из облученных семян, была очень высокой — между 35 и 50. Первые полученные результаты приводят к выводу, что необходимо дальнейшее изучение бластомо- генного действия тяжелых частиц. Единичные работы посвящены влиянию тяжелых ионов на продолжительность жизни. Облучение гипоталамической области мозга мелких грызунов тяжелыми ионами привело к сокращению продолжительности их жизни. Облучение мозга мышей дейтронами в дозе 500 рад также приводит к сокращению продолжительности их жизни [150]. МОДИФИКАЦИЯ ЭФФЕКТОВ РАДИОПРОТЕКТОРАМИ В то время как обычные сульфгидрильные радиопротекторы неэффективны при действии тяжелых ионов в экспериментах на дрожжевых клетках, в Беркли нашли, что большие- концентрации глицерина дают двухкратную защиту и от тяжелых ионов и от излучений с низкой ЛПЭ [136]. Независимо от этих опытов проведенные в Дубне эксперименты с кишечной палочкой [109, 40] показали, что глицерин, а также инозит оказывают и здесь некоторое защитное действие (рис. 12). В отличие от этого, в аналогичных экспериментах с сульфгидрильными радиопротекторами: цистеамином и цистафосом защитного эффекта не наблюдалось. Точный механизм защитного действия многоатомных спиртов не выяснен. Однако предполагают, что эти спирты оказывают дегидратирующее действие, замещая молекулы воды на поверхности критических макромолекул клеток, тем самым уменьшая размеры клеточных ядер [40]. К сожалению, использовать спирты для защиты людей от действия тяжелых ионов космического излучения практически невозможно, поскольку необходимые для достижения защиты концентрации спиртов будут чрезвычайно токсичны для человеческого организма. 100 10 1 1 1 лучи i i i > буфер " о глицерин © цистеамин 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 Доза, рады Рис. 12. Выживаемость Е. coli в 1 М растворе глицерина или 0,05 М растворе цистеамина после гамма-облучения или воздействия ускоренных ионов бора, углерода и неона ИТОГИ И ПЕРСПЕКТИВЫ Было показано, что отдельные тяжелые ускоренные ионы и первичные частицы космического излучения могут вызывать ощущение световых вспышек, патологические изменения сетчатки, изменение окраски волос и аномалии развития растений, выращенных из облученных семян. Пучки таких частиц вызывали сильное повышение частоты опухолей растений. При воздействии на мозг мышей и крыс наблюдалось также сокращение продолжительности их жизни. Имеются лишь отрывочные данные по биологическому действию тяжелых ионов на целостный организм. Помимо описанных выше вполне достоверных наблюдений, показывающих, что отдельная тяжелая ускоренная частица или частица космического излучения может вызвать макроскопически значимое повреждение, имеется много других экспериментальных данных, которые не получили еще объяснения, но отчасти могут быть обусловлены действием тяжелых частиц. Одной из находок явилась аномально высокая частота разрывов хромосом в зародышевых клетках половых органов облученных дрозофил на «Биосе-2» [151]. Анализ этих
106 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ данных показал, что полученные результаты неожиданны даже для больших доз излучений с низкими ЛПЭ. До сих пор эти находки не нашли объяснения. Однако прохождение через гонады одной или нескольких очень тяжелых частиц на ранних стадиях развития, когда еще имеет место пролиферация клеток, могло бы объяснить высокую частоту хромосомных рекомбинаций. Было показано, что в некоторых образцах растений, например арабидопсисе, мутагенное действие тяжелых ионов значительно выше, чем действие стандартного излучения [104]. Результаты биологических экспериментов, выполненных на космических кораблях и спутниках, которые обсуждаются в других разделах настоящей главы, показали, что у нескольких видов организмов имеет место чрезвычайно высокая частота аберраций хромосом, доминантных и рецессивных мутаций и аномальных митозов по сравнению с наземным контролем. Имеется множество факторов космического полета, которые могли бы явиться причиной отмеченных явлений. Необходимо в будущем установить возможную роль первичного космического излучения в возникновении подобных эффектов. Совершенно ясна большая необходимость расширить такого рода исследования и дать количественную оценку возможных вредных последствий облучения тяжелыми ионами космического излучения. Такие исследования прежде всего необходимы для создания адекватной защиты космонавтов при длительных космических полетах. Новые успехи в космосе и в создании ускорителей позволят расширить биологические исследования с тяжелыми ионами в ближайшем будущем. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА НА РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ Покинув пределы земной атмосферы, человек и живые организмы, его сопровождающие, попадают в новую, так называемую космическую, среду, которая характеризуется не только высоким фоном ионизирующего излучения, но одновременно и множеством непривычных факторов внешней среды — изоляцией, невесомостью, вибрацией, ускорением и т. д. Человеческий организм тонко реагирует на малейшие изменения окружающей среды, особенно на такие, с которыми он редко встречается в наземных условиях существования. Селье (1949 г.) обратил внимание исследователей на общие механизмы реакции организма на широкий спектр внешних раздражителей, разработав учение об общем адаптационном синдроме. Была изучена радиорезистентность организма на разных фазах общего адаптационного синдрома. Объем знаний о комбинированном действии факторов космического полета ограничен и не позволяет в настоящее время сформулировать исчерпывающую гипотезу насчет возможных последствий взаимодействия радиационных и нерадиационных эффектов во время длительного космического полета. Синергизм действия радиации и других физических факторов имеет, очень большое значение для оценки опасности космического полета. Вероятно, факторы нелучевой природы могут изменять радиочувствительность организма. Ряд экспериментов с мучным жучком Tribolium confusum [194] по воздействию на радиационный эффект факторов окружающей среды в космическом полете (невесомость, компенсация силы тяжести, температура, давление кислорода и магнитное поле) позволяет сделать некоторые обобщения, которые могут быть справедливы и для других организмов. Они могут быть сведены к следующему. 1. Для каждого организма существуют некоторые оптимальные значения действующих одновременно факторов внешней среды. Нам не всегда известны эти оптимальные значения. Например, может возникнуть вопрос: каково оптимальное соотношение кислорода и углекислого газа в атмосфере? 2. Большинство организмов благодаря наличию системы гомеостаза может в определенных пределах компенсировать изменения какого-либо параметра окружающей среды. Например, может существовать определенный, специфичный для данного организма интервал температур, когда сохраняется «норма». Если изменения температуры выходят за пределы этого интервала, механизмы го-
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 107 меостаза теряют контроль над соответствующими показателями. 3. Взаимодействие между двумя факторами окружающей среды более всего выражено, когда одним из них организм доведен почти до предела переносимости. Например, действие излучения на Tribolium confusum оказывается наиболее тяжелым, если внешняя температура при этом близка к верхнему или нижнему пределам переносимости. У жучка, получившего почти смертельную дозу излучения, чувствительность к изменениям температуры особенно высока. 4. Одновременное действие нескольких факторов окружающей среды может нарушить нормальные пределы переносимости каждого из них. Обычно при этом переносимость снижается, за исключением случаев, когда один из факторов является «защитным» в отношении действия другого. Например, аноксия может отчасти защищать организм от лучевого поражения. В настоящее время опубликовано много работ, посвященных изучению комбинированного действия ионизирующей радиации и других стрессовых факторов нерадиационной природы в наземных условиях. Например, проведены многочисленные исследования, касающиеся одновременного или последовательного действия ионизирующего излучения и термических ожогов, травм, кровопотерь и других факторов. Эти работы имеют безусловно важное самостоятельное значение, но они далеки от задач оценки сложных эффектов облучения во время космического полета. Факторы внешней среды в космическом полете можно разделить на две группы. К первой группе следует отнести факторы, действующие кратковременно, в течение фазы так называемого активного участка полета (вибрация, ускорение, шум). Вторую группу составляют факторы, которые воздействуют длительно, во время инерционной фазы полета. Это прежде всего невесомость. Другие факторы обусловлены пребыванием человека в замкнутой среде. Например, накопление в кабине продуктов жизнедеятельности членов экипажа, изменения иммунитета и аутофло- ры, изменения окружающей температуры, газовой среды, питания, видимый и ультрафиолетовый свет. Эти воздействия весьма существенны, особенно, когда они сочетаются с облучением. Имеются данные, показывающие, что воздействие ускорения до облучения или после него ослабляет радиобиологический эффект [44, 54]. Согласно другим данным, комбинированное действие перегрузок в 3—20 g и облучения, по сути не изменяло радиобиологического эффекта [197]. Анализ литературных данных [54] о влиянии одновременного действия нескольких факторов полета на течение лучевого поражения скорее указывает на большую вероятность снижения эффекта радиации или по крайней мере на отсутствие синергизма, чем на повышение действия облучения при данных комбинациях. Было исследовано влияние вибрации на частоту хромосомных перестроек в клетках костного мозга мышей после облучения в умеренных дозах (50—100 р). Наибольшее число перестроек отмечено в контрольной группе мышей при дозе 100 р, меньший процент хромосомных перестроек наблюдался при облучении в дозе 100 р с последующей вибрацией. Однако спектр хромосомных перестроек при комбинированном воздействии несколько отличается от наблюдаемого при одном только облучении [35]. НЕВЕСОМОСТЬ И ГИПОКИНЕЗИЯ Возникает специальная проблема оценки радиобиологического эффекта в условиях адаптации организма при длительном космическом полете. Радиационные эффекты во время длительного космического полета будут кумулировать, хотя адаптация человека к таким факторам космического полета, как невесомость и гипокинезия, происходит в сроки около двух недель в первом случае и несколько больше во втором. Кроме того, как было показано, в организме в течение длительного времени после облучения остается определенное остаточное лучевое повреждение. Известно, что эта остаточная доля лучевого повреждения после воздействия излучения с высокой ЛПЭ больше, чем после облучения так называемыми стандартными видами излучения. По-видимому, организм с таким остаточным повреждением может реагировать на разные стрессовые факторы космического полета по-иному, чем необлучен- ный. В большинстве орбитальных полетов у космонавтов наблюдали значительную потерю веса, при некоторых более длительных полетах— легкую степень анемии* снижение содержания воды в теле, некоторую декальцинацию костей. Бывали и такие обстоятельства, когда вестибулярный аппарат космонавтов претерпе-
108 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ вал почти предельное напряжение. В то время как большую часть описанных выше изменений можно отнести к физиологическим сдвигам, дополнительное облучение может привести к резкому усилению отмеченных изменений, к развитию патологических реак- Чем более длительное время находятся космонавты в инерционном полете, тем больше вероятность того, что взаимодействие невесомости и других факторов окружающей среды будет оказывать вредное действие. Чтобы предупредить возможные несчастные случаи, необходимо знать больше об этих синергид- ных эффектах в критических биологических системах как в полетных, так и в наземных условиях. БИОРИТМЫ И РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ Еще один аспект проблемы комбинированного действия факторов космического полета — биоритмы и радиочувствительность. Экспериментально установлены годовые изменения радиочувствительности у животных. Анализ кривых «доза — эффект» позволил Ю. П. Дружинину постулировать, что различия в смертности животных, в группах, облученных в разное время суток, достигают 50 % [108]. Величина изменения радиочувствительности в течение суток определяется обычно состоянием температурной фазы экспериментальных животных [112]. В настоящее время мы считаем, что два наблюдаемых пика радиорезистентности в течение 24 час. суток связаны, вероятно, с многими факторами, например отчетливыми волнами митоти- ческой активности. Так, митотический индекс в коже мышей достигает максимума около 4 час. утра и 4 час. вечера. Делались некоторые попытки связать циркадные изменения с биохимической активностью шишковидной железы, которая в свою очередь зависит от цикла свет — темнота. Одним из ведущих факторов колебаний дневной и ночной радиочувствительности могут быть соответствующие изменения количества стволовых кроветворных клеток. Суточную радиочувствительность может определять накопление перекисных соединений в селезенке. При длительных космических полетах может иметь место десинхронизация циркадных ритмов у космонавтов, если признать, что устойчивость циркадных ритмов в земной обстановке обусловлена восприятием организмом слабых геофизических ритмов [76]. По- мимо этого, условия работы в космосе, вероятно, потребуют создания ритма работы и отдыха космонавтов, отличного от наземных, что, естественно, приведет к той или: иной степени внутренней десинхронизацииг сдвига фаз и ресинхронизации в заданном ритме. В эксперименте десинхронизация циркадных биоритмов радиочувствительности достигалась путем перевода крыс на сокращенные «сутки» (6 час. света и 6 час. темноты). Необходимо отметить, что в наземных условиях ритм смены дневной — ночной радиочувствительности является одним из наиболее устойчивых биоритмов. При этом среднесуточный уровень радиочувствительности возрастает в. начале периода перехода к новому световому режиму. Ритмы дневной — ночной радиочувствительности имеют сложную форму. Это объясняется многосторонним влиянием радиации на организм. Характер колебаний дневной — ночной радиочувствительности, соответственно критерию выживаемости животных в течение 30 дней, у инбредных крыс был близок к синусоидальному, с двумя периодами в течение 24 час. Разница в выживаемости животных, облученных в дозе- 800 р при 11 и 25-дневном световом режиме 6 час. света+6 час. темноты (6С+6Т), была равна соответственно 94,7 ±2,6% и: 92,0 ±0,1%, при смертности 65,9 ±3,1% в, контрольной группе животных, содержащихся при режиме 12С+12Т [108]. Трактовка этих экспериментов затрудняется тем, что само по себе излучение нарушает синхронизацию. Кроме того, считают, что любое изменение- кинетики клеточного деления изменяет также и характер колебаний радиочувствительности. УСКОРЕНИЕ И РАДИАЦИЯ Воздействие линейных и угловых ускорений может вызывать головокружение и другие симптомы «укачивания». Хорошо известно, что ионизирующая радиация может вызывать у человека лучевую болезнь, некоторые симптомы которой несколько сходны с укачиванием. Это, например, головокружение,, потеря аппетита, тошнота и даже рвота. Имеются указания на то, что после тотального-
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 109 острого облучения реакция организма на угловое ускорение изменяется [30]. Некоторые авторы считают, что полукружные каналы и связанные с ними структуры очень радиорезистентны и требуется несколько тысяч рад при локальном воздействии, чтобы вызвать нарушение функции этого аппарата. Изучалась чувствительность реакции вестибулярного анализатора животных на комбинированное воздействие излучения в сочетании с вибрацией, сниженным атмосферным давлением или шумом. Установлено, что облучение в дозе 200 рад снижает чувствительность и реактивность вестибулярного анализатора [55]. Сопоставление полученных вестибулограмм с контролем показало, что при синергизме действия каждого из названных выше факторов и радиации пороговая чувствительность оставалась нормальной. Большинство лучевых изменений функции вестибулярного анализатора обусловлено прямым или косвенным действием на проприоцепторы, распределенные в разных участках тела. Разного рода оценки действия излучения на вестибулярную функцию не всегда согласуются, и в этой области требуются дальнейшие исследования. Возникают также интересные фармакологические проблемы. Как фармакологические средства против укачивания влияют на лучевую реакцию? Могут ли медикаменты, которыми пользуются при лучевой защите, изменять переносимость к гравитационным и физическим нагрузкам. ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА И ДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ Животные с искусственно сниженной температурой тела оказываются в какой-то мере защищенными от однократного облучения. Этот эффект, проверенный многими авторами, обусловлен, вероятно, тканевой анокси- ей, которая развивается вследствие сниженного кровообращения при глубокой гипотермии. В настоящее время этот факт не имеет практического значения, поскольку степень охлаждения, необходимая, чтобы оказать достаточную защиту от излучения, лишит космонавтов способности выполнять свою работу. Все же исследования с гипотермией представляют потенциальную ценность на будущее, когда будут осуществляться полеты большой длительности. Нет единого мнения насчет взаимодействия искусственно созданной гипертермии с радиочувствительностью. РАДИАЦИЯ КАК ФАКТОР, МОДИФИЦИРУЮЩИЙ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ К ИНФЕКЦИИ Острое облучение подавляет механизмы иммунологической защиты и повышает вирулентность имеющейся микробной ауто- флоры. Длительная изоляция в замкнутой системе также может способствовать развитию инфекции. Во время прошлых советских и американских космических полетов отмечалось заметное микробное заражение космических кораблей. У нас нет достаточных данных для суждения о том, может ли относительно низкая доза галактического космического излучения и излучения солнечных вспышек существенно повысить возможность аутоинфи- цирования при длительных космических полетах. РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА СПУТНИКАХ Конечно, наиболее ценную информацию но проблеме комбинированного действия излучения и других факторов космического полета дают полетные радиобиологические эксперименты. Были довольно успешно проведены биологические эксперименты на «Космо- се-110». «Космосе-368», «Аполлонах-15 и 16», «Салюте» и на «Биосе-2», «Космосе-690» [22, 25, 78, 159]. Последние, в частности, были специально предназначены для изучения действия невесомости в комбинации с излучением. Эти эксперименты требуют большой тщательности, так как необходимо иметь много контрольных вариантов опытов. Исходя из некоторых теоретических предпосылок, можно думать, что для живой клетки размером менее 10 мкм влиянием невесомости можно пренебречь, поскольку ввиду наличия сильного теплового движения они не испытывают действия силы тяжести и на земле6. Оптимальные условия для наблюде- 6 Однако новейшие теоретические выводы позволяют думать, что этот предел может быть значительно ниже (Tobias С. A., Risius J., Yang С. Н. In: Life Sciences and Space Research, v. XI, Aka- demie-Verlag. Berlin, 1973, p. 121—140).
110 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ния действия невесомости требуют, чтобы организм находился в стадии активного метаболизма и, вероятно, роста. Эффекты, наблюдаемые как следствие облучения в космосе у организмов, находящихся в стадии покоя (например, сухие семена, споры), вероятно обусловлены в большей степени облучением, вибрацией или ускорением, а не невесомостью, хотя корабль подвергается вибрации очень короткое время. Анализ полученных материалов показывает, что комплекс факторов космического полета, если и влияет на радиобиологические процессы, то лишь в относительно малой степени. Однако предполагают, что при космических полетах большой длительности эффекты, обусловленные невесомостью, приобретут большее значение. Полетные радиобиологические эксперименты были проведены на макромолекулярных системах, семенах растений, лизогенных и водородных бактериях, дрожжах, паразитических осах, мучном хрущаке и дрозофилах. Биологические объекты до, во время или после полета подвергались воздействию ионизирующей радиации в разных дозах. Влияние факторов космического полета на радиобиологический эффект оценивалось по ряду физиологических, генетических и цитогенетичес- ких показателей. Некоторые вопросы, связанные с изучением влияния нерадиационных факторов на радиочувствительность, удобнее решать в экспериментах с пред- и послеполетным облучением биологических объектов, экспонируемых на спутниках, которые запускаются в период спокойного Солнца на орбиты, находящиеся ниже радиационных поясов. В таких опытах, не говоря уже об их сравнительной простоте, больших возможностях варьирования условий облучения и меньшей стоимости, предоставляется возможность дифференцированно анализировать влияние комплекса нерадиационных факторов на отдельные стадии формирования и развития лучевого повреждения. «Космос-368» В этом плане заслуживают внимания результаты опытов, проведенных на искусственном спутнике Земли «Космос-368». Условия и основные результаты этих радиобиологических исследований опубликованы в специальном номере журнала «Космическая биология и медицина» [22]. В экспериментах были использованы диплоидные и гаплоидные дрожжевые клетки, водородные бактерии, семена салата и гороха. Все эти биологические объекты, исключая водородные бактерии, ранее были хорошо изучены в радиобиологическом аспекте. На спутнике они размещались в небольших металлических контейнерах. В каждый контейнер наряду с биологическими объектами помещали комплекс из нескольких термолюминесцентных дозиметров. Контейнеры в спутнике помещали в различных местах. Температура в этих точках колебалась от 19 до 23°. Давление внутри капсулы составляло 760— 820 мм. рт. ст. Продолжительность полета была равна 6 суткам. Через полчаса после спуска контейнеры с биологическими объектами были сняты со спутника и на следующий день доставлены в лабораторию. Эксперименты проведены на объектах, находящихся в естественном состоянии покоя (семена растений, клетки в стационарной фазе роста) или в состоянии частично подавленного метаболизма, создаваемого обеднением питательной среды и ограничениями диффузии кислорода воздуха (водные суспензии микроорганизмов в ампулах). В период до установки на борт семена растений сохранялись при комнатной температуре, микроорганизмы — при температуре тающего льда. Параллельно основному опыту в таких же контейнерах были заложены дубликаты проб, находившиеся вплоть до момента загрузки на спутник вместе с опытными —- так называемый транспортный контроль; в последующем эти образцы были возвращены в лабораторию и хранились при температуре, близкой к той, которая была на спутнике. На семенах растений со сдвигом на 5 суток в специальной камере проводили также эксперимент, имитирующий условия космического полета по температуре, давлению, влажности и составу газовой среды. Для микроорганизмов в лаборатории имитировались лишь температурные условия, поскольку пробы практически были полностью изолированы от окружающей атмосферы. Облучение биологических объектов до полета и после него проводили ^-жучамж при мощностях 71,8 и 6,7 рад/сек соответственно, в момент формирования контейнеров и после возвращения проб в лабораторию. Из данных, приведенных в табл. 14, видно, что как до радиационного воздействия, так и после него факторы космического полета не оказывали сколько-нибудь заметного влияния на радиобиологические эффекты
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 111 Таблица 14. Влияние условий космического полета спутника «Космос-368» на радиационные эффекты у дрожжей, врдородных бактерий, семян салата и гороха, облученных до полета или после него [22] Объект Условия содержания в полете Радиационный эффект Облучение до полета доза, крад влияние факторов полета Облучение после полета доза, крад влияние факторов полета Примечание Диплоидные Водная сус- Подавление способности дрожжевые пензия к бесконечному размно- клетки жению (образованию нормальных колоний) Инактивация после 1—4 циклов деления 20 40 80 120 160 20 40 80 120 160 Агар Подавление способности к бесконечному размножению Инактивация после 1—4 циклов деления н. ум. отс. отс. н. ум. отс. отс. отс. отс. отс. отс. _ — — , — — — 40 80 120 160 20 40 80 120 160 20 40 80 120 160 20 40 80 120 160 отс. н. ум, отс. отс. отс. отс. н. ум н.ум отс. отс. н.ум отс. отс. отс. отс. отс. отс. УМ. УМ. УМ. Гаплоидные Агар Подавление способности дрожжевые к бесконечному размно- клетки жению Инактивация после 1—4 циклов деления 1,5 3,0 6,0 10,0 1,5 3,0 6,0 10,0 отс. отс. отс. отс. отс. отс. отс. отс. Водородные Водная сус- Подавление способности бактерии пензия к бесконечному размножению 0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 отс. отс. отс. отс. отс. Горох Воздушно- Хромосомные аберрации сухие семе- в клетках проростков на Появление клеток с мостами 5,0 10,0 10,0 5,0 10,0 5,0 10,0 отс. отс. отс. отс. отс. отс. отс. Салат То же Хромосомные аберрации 10,0 отс. в ана- и телофазе. Число аберраций на 1 10,0 отс. аберрантную клетку С предварительным хранением семян в течение 6 суток при температуре 10° С
112 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Таблица 14 (окончание) Объект Условия содержания в полете Радиационный эффект Салат Воздушно- Хромосомные аберрации сухие семе- в ана- и телофазе н& Число аберраций на 1 аберрантную клетку Стимуляция и подавление ростовых процессов в надземной части растения Стимуляция ростовых процессов в подземной части растения Активация и подавление активности ферментов у вегетирующих растений: а) полифенилоксидазы б) каталазы в) пероксидазы Образование аномальных метаболитов в 30-дневных растениях Обозначения: ув. — увеличение; отс. — отсутствует; подав л. — подавление; н. — небольшое; ум. — уменьшение; ст. — стимуляция; акт. — активация. Облучение до полета доза, крад 10,0 10,0 1,0 5,0 10,0 1,0 5,0 10,0 1,0 10,0 1,0 10,0 1,0 10,0 1,0 10,0 влияние факторов полета отс. н. ув. отс. ув. подавл. отс. отс. отс. отс. ум., акт. отс. ум., подавл. отс. отс. ум. Ув. Облучение после полета доза, крад __ _ — 1,0 — 5,0 10,0 1,0 5,0 10,0 — — — — — — 1,0 5,0 влияние факторов полета Примечание — С предварительным хранением семян в течение 6 суток при температуре 30° С отс. — отс. отс. н. ув., ст. н. ув.,ст. н. ув., ст. — — — — — — ум. ув. [22]. Большинство изученных показателей свидетельствовало об отсутствии изменений радиационного поражения либо о крайне незначительных изменениях, возможно обусловленных какими-то неучтенными факторами, не связанными с полетом. Анализировался также ряд других показателей, не изменявшихся при выбранных дозах облучения: энергия прорастания, всхожесть семян, митотический индекс в клетках проростков и др. После полета эти показатели также не подвергались изменению; иными словами, условия полета не способствовали, по-видимому, и проявлению скрытых радиационных повреждений. В эксперименте на диплоидных дрожжевых клетках была предпринята попытка выяснить влияние условий полета на пострадиационное восстановление (как известно, дрожжи являются чрезвычайно удобным объектом для изучения этого процесса). Изучалось влияние нерадиационных факторов полета не только на необлученные еще клетки, но и в момент частичного проявления восстановительного процесса у облученных клеток в условиях невесомости. В любом из этих случаев изменения процесса восстановления не обнаружено. Можно заключить, что на «покоящихся» организмах, с низким уровнем метаболических процессов, изменения радиочувствительности под влиянием динамических факторов полета и невесомости (в течение 6 суток) либо вообще не наблюдается, либо оно происходит в очень слабой степени. «Дискаверер-17» Естественно, наиболее полную информацию о влиянии невесомости на радиочувствительность и формирование лучевого поражения можно получить путем постановки радиобиологических экспериментов с облучением биологических объектов во время полета.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 113 Для таких экспериментов попытались использовать в первую очередь естественные источники радиации в космосе. Спутник «Дискаверер-17» был запущен на орбиту через 7 час. после начала интенсивной солнечной вспышки. Биологические объекты были облучены в дозе 30—35 рад. На спутнике находились культуры тканей человека, различные препараты крови человека и животных, бактериальные споры и водоросли. Однако в этих экспериментах не был выявлен отчетливый радиобиологический эффект [80]. В нескольких космических полетах изучали оплодотворение и развитие яиц лягушки [195]. Известно, что на дезориентацию вектора силы тяжести эти яйца отвечают нарушением нормального развития. Оплодотворение лягушечьих яиц должно было производиться в космосе с помощью специального устройства, автоматически смешивающего сперму с яйцами. Яйца развивались во всех отношениях нормально. Низкий уровень космического излучения не оказывает, по-видимому, никакого действия. «Космос-110» Трасса полета биоспутника «Космос-110» проходила вблизи радиационного пояса Земли (высота апогея составляла 904 км). При длительности полета 22 суток суммарная доза облучения биообъектов составила 10,5 рад. На борту биоспутника находились две собаки и сборки с биообъектами: дрожжи, семена салата, томатов, фасоли, редиса, моркови и капусты пекинской, луковицы лука- севка, бульбочки чеснока, суспензия хлореллы [25]. По окончании 22-дневного полета опытные и контрольные образцы семян и луковиц анализировали в условиях вегетационных и лабораторных опытов с помощью агробиологических, цитогенетических, микробиологических и биохимических методов. У высших растений определяли жизнеспособность и энергию прорастания семян, динамику роста проростков и растений, их урожайность и биохимический состав. Изучали также повреждение хромосом в анафазах и телофазах первого митоза, путем подсчета клеток с мостами и фрагментами различного типа определяли мито- тический индекс. В экспериментах с хлореллой изучали выживаемость клеток, изменение динамики первой споруляции и появление мутаций. 8 Заказ К* 1039 Была отмечена отчетливая стимуляция прорастания семян и бульбочек чеснока. Опытные растения превосходили контрольные по всем основным элементам оценки урожая. Так, растения, выросшие из семян салата, находившихся на ИСЗ «Космос-110», достоверно превышали контрольные по высоте на 15%, по ширине листа на 14% и по количеству листьев на 22%. В результате этого урожай товарной биомассы опытных растений повысился на 50% по сравнению с контролем. Цитологическому исследованию были подвергнуты корешки проростков салата, капусты листовой, редиса и моркови, а также бульбочек чеснока. Полученные данные свидетельствуют об отсутствии достоверных различий в частоте хромосомных аберраций в клетках корешков опытных и контрольных растений (табл. 15). Таблица 15. Действие факторов космического полета ИСЗ «Космос-110» на выход клеток с хромосомными аберрациями и величину митотического индекса в корешках растений [25] Вид растения Чеснок Капуста пекинская Редис Морковь Салат * Критери! Вариант эксперимента Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Клетки с хромосомными аберрациями 0,6±0,1 0,4±0,4 0,4±0,4 0,3±0,3 1,0±0,4 1,0±0,5 0,3±0,2 0,6±0,4 1,7±0,5 1,9±0,6 и,о 0 2 п и 0 ft U,о П 0 Митоти- ческий индекс 9,05±0,7 8,06±0,9 5,1±0,4 3,9±0,3 5,8±0,4 4,2±0,3 5,8±0,3 6,6±0,4 9,4±0,3 5,1±0,2 с достоверности по Стыоденту. П Q U,У 2 Ъ А,о Q 9 О Л \с\ о У всех опытных растений наблюдалось увеличение митотического индекса, что свидетельствовало о стимулирующем эффекте факторов космического полета. Конечно, можно предположить, что на фоне влияния факторов космического полета малые дозы радиации привели к отмеченным эффектам стимуляции. Однако, по-видимому, более правильно сделать вывод, что использованные критерии оценки не позволяют выявить эффекты воздействия космической радиации [25]. Была выполнена серия экспериментов с различными штаммами хлореллы [25, 10].
114 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ Полученные данные указывают на отсутствие достоверных различий между опытными и контрольными образцами хлореллы как по выживаемости, так и по количеству мутант- ных клеток. Следовательно, длительное комбинированное воздействие факторов космического полета не сказалось на жизнедеятельности и мутационном процессе испытанных штаммов хлореллы. Было отмечено незначительное влияние этих факторов на радиочувствительность и пострадиационное восстановление покоящихся дрожжевых клеток [25]. В экспериментах с лизогенными бактериями был установлен факт некоторой активации профага у лизогенных бактерий Е. coli K-12 (К) [25, 36]. Исследования состава периферической крови и костного мозга собак, количественных показателей спермы и оценки способности этих животных к воспроизведению потомства также не выявили специфических биологических эффектов космической радиации [25]. «Джемини-3», «Джемини-11» и «Биос-2» Для получения заведомо обусловленных радиобиологических эффектов по заранее разработанной программе было предложено использовать искусственный источник радиации на борту биоспутника или космического корабля [159, 167]. Такие эксперименты были поставлены на космических кораблях «Джемини-3» и «Джемини-11» и спутнике «Биос-2». На внутренней стороне правой створки «Джемини-3» был вмонтирован экспериментальный алюминиевый контейнер, в котором находились две порции крови двух здоровых людей. Кровь облучали при помощи бета-аппликатора с Р32. Облучение было начато через 50 мин. после запуска и закончено через 20 мин. Полный период невесомости продолжался около 4,7'час. На борту «Джемини-11» были размещены суспензия лейкоцитов человека и хлебная плесень Neurospora на милли- поровых фильтрах и в суспензии. Лейкоциты человека облучали с помощью пластинок с Р32, как и на «Джемини-3», но интенсивность источника радиации была меньше, поэтому экспозиция, начатая через 67 час. после запуска, длилась 70 час. Образцы плесени Neurospora находились в том же блоке, где и суспензия лейкоцитов [70, 71, 166]. На «Биоспутнике-2» находилось одновременно десять различных биологических типов организмов [165]. Точно такая же капсула располагалась на Земле, где также осуществлялось облучение и создавались те же условия микроклимата и воздействия факторов космического полета, кроме невесомости. «Биос-2» находился на орбите в течение 45 час. Бортовой источник радиации Sr85 был открыт через 1 час после запуска и закрыт до возвращения спутника (через 43 часа после запуска). Полетная и наземная капсулы были сконструированы так, чтобы одна секция (носовая) была доступна для облучения, в то время когда другая (кормовая) была защищена от излучения Sr85. Газовый состав соответствовал существующему на Земле. Температуру поддерживали при +20° С для всех экспериментов, кроме проведенных с мучным жучком, для которых поддерживали температуру +30° С. Относительная влажность была в пределах 55—60% в течение всего полета. Вибрацию, ускорение и шум также контролировали и затем воспроизводили в независимых наземных контрольных экспериментах [159]. Аберрации, наблюдаемые в хромосомах в виде единичных или множественных разрывов, подсчитывали в стадии метафазы и результаты сравнивали с полученными в идентичном наземном контроле при тех же дозах излучения. Хотя результаты на «Джемини-3» не показали существенных отличий от наземного контроля в отношении аберраций хромосом с множественными разрывами, частота аберраций с единичными разрывами была значительно выше в полетных образцах (таблЛб). В экспериментах на «Джемини-11» не наблюдалось существенной разницы ни в развитии единичных разрывов хромосом, ни в отношении хромосом с кольцами и дицентри- ками. Наиболее поразительная находка была сделана в эксперименте с личинкой дрозофилы меланогастер на «Биосе-2». В репродуктивных клетках личинок было найдено аномально высокое число связанных с полетом летальных мутаций, кроссинговеров и множественных разрывов хромосом, приводящих к образованию транслокаций [152]. Этот эффект не был вызван бортовым источником гамма-излучения, поскольку в полетном контроле обнаружились те же изменения. Поэтому он мог быть вызван либо несколькими тяжелыми первичными частицами космического излучения, либо какими-то другими неизвестными факторами космического полета.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 115 Таблица 16. Результаты анализа аберраций хромосом по данным полетов «Джемини-3 и 11» [10, 11] Полученная доза, рад 4 49 94 139 184 10 (Земля) 9 (полет) 76 145 216 283 Единичные разрывы хромосом Земля на клетку полет «Джемини-3» 0,008 0,015 0,033 0,080 0,113 0,008 0,035 0,070 0,120 0,220 «Джемини-11» 0,030 0,087 0,158 0,221 0,355 0,025 0,060 0,173 0,210 0,265 Хромосомы с кольцами и дицентрика- ми в одной клетке Земля полет ! 0,003 0 0,013 0,003 0,033 0,040 0,108 0,065 0,090 0,120 0,003 0,020 0,045 0,050 0,139 0,123 0,218 0,190 0,245 0,303 Другие генетические эксперименты дали менее поразительные результаты: несколько повышенное количество определенного типа рецессивных и доминантных лета- леи [77]. К сожалению, контроль с послеполетной вибрацией показал, что вибрация тоже могла быть причиной этих изменений. Было проведено много тщательных генетических экспериментов с насекомыми (осами Habrobracon), и снова были получены генетические изменения, обусловленные мутациями, которые были воспроизведены при вибрации в наземных условиях. При сочетании облучения с невесомостью было найдено, что самки откладывали яиц больше ожидаемого количества; их плодовитость в космическом полете повышалась. После приземления у этих самок продолжительность жизни превышала ожидаемую [189]. Спустя некоторое время после окончания полета у самцов обнаружились аномалии поведения при спаривании. Несколько сот куколок мучного жучка Tribolium confusum было помещено на Биос-2» [79]. Стадии развития этих организмов были подобраны так, чтобы во время запуска они оставались на стадии куколок и достигали зрелости в период невесомости. -Каждую неподвижную куколку помещали в > отдельную ячейку с амортизирующим удары , устройством. Показателем, изучавшимся в этом эксперименте, служила частота анома- 1 ' лий кр(ыла, вызванных облучением. В группе, находившейся в космическом полете и подвергавшейся там облучению, частота развития аномалий крыла была значительно выше, :. чем в контрольной группе. После полета были поставлены дополнительные эксперименты с целью воспроизведения этого эффекта повышения частоты аномалий крыла на Земле. Причина указанного выше эффекта неизвестна, но такого рода явления можно было бы ожидать, если бы механизмы энзиматиче- ского восстановления, обычно действующие в наземных условиях, отказывали в условиях космической среды. В опытах на клиностате, где компенсация силы тяжести в одном измерении сочеталась с непрерывным гамма-облучением, было обнаружено сходное повышение количества аномалий крыла [193]. Эти эффекты не наблюдались в капсуле «Биоса-2» при температуре 30° С, но легко обнаружились при 37° С. На будущее предполагается проведение экспериментов с мутантами, лишенными восстановительной способности. Во время полета «Биоса-2» был выполнен эксперимент на высших растениях — дикорастущей традесканции — по определению влияния невесомости и других факторов внешней среды в космическом корабле на частоту спонтанных и радиационных мутаций и другие цитологические изменения [173]. Тридцать три молодых растения были размещены в пластмассовых контейнерах так, что цветочные почки получили дозу 223 рада, а корни, погруженные в питательный раствор, — от 116 до 285 рад. Еще 32 растения находились в полете в упаковке, экранированной от источника излучения. В полетных образцах было отмечено более сильное повреждающее действие на механизм образования веретена в митозе микро- и макроспор, а также в клетках верхушки корешков. Независимо от этого на кораблях «Восток-5», «Восток-6» и «Космосе-110» [34] также наблюдали нарушения стадии веретена. Таким образом, результаты обеих групп исследований согласуются в отношении того, что невесомость нарушает механизм образования веретена в ходе клеточного деления. Изменений уровня спонтанного мутирования, остановки развития тычиночных 8*
Таблица 17. Сводка расчетных данных по максимальной частоте нарушений ± стандартная ошибка для равных показателей в эксперименте с традесканцией на «Биосе-2» и е неполетных пробах Показатель «Биоспутник-2» полет облучение без облучения контроль облучение без облучения Имитация полета (фаза С) корабль облучение без облучения контроль облучение без облучения Частная проба клияостат облучение прямой рост облучение Эффекты, усиленные в полете Потеря воспроизводи- 26,9±1,3 *9,60±3,8 11,6±0,73 *7,26±0,70***14,8±1,5 ****13,2±1,5****18,9±1,8****10,7±1,4 11,1±1,6 ь — тельной способности (остановка развития) на 100 тычинок Недоразвитие пыль- 69,5±2,4 *36,5±2,2 49,6±2,5 *41,0±2,5 69,2±2,5 47,0±2,1 58,8±3,0 47,1±1,9 90,0±2,7 83,8±3 Цы, % Микроядра на 100 24,1±1,4 4,47±0,44 12,1±1,1 3,0±0,3 **33,3±15,6 пылинок Число цветков, всего 227 244 162 191 221 за 26 дней Нарушение стадии веретена, % клеток: \ корешки*** 0,55±0,08 0,25±0,05 0,06±0,03 0 0,08±0,03 - **22,9±10,0 229 243 261 0 0 микроспопы *** мегаспоры** 6,2^1*3 4,48±0,9 1,2±0,68 1,94±0,86 1,39±0,79 0,50±0,50 1,54±0,88 333 Bee 27,5±0,92 0,3±0,09 0,18±0,07 0,93±0,21 0,50±0,ll 0t15±0,06 0,12±0,05 — абортир. 328 * Среднее за 4 дня относительно дня максимума для соответствующего облученного образца. ** Среднее из ежедневных наблюдений за достаточно большой период послеполетных исследований (без выраженного максимума частоты). *** Наблюдения за отдельными' образцами тканей в послеполетном периоде. **** Среднее из ежедневных наблюдений за достаточно большой период послеполетных исследований показателя в фазе В.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 117 волосков, недоразвития пыльцы и эмбриональных мешочков так же, как и аберраций хромосом, не наблюдалось. Частота соматических мутаций, вызванных облучением, вообще говоря, не изменялась под влиянием факторов космического полета. Исключение составляют мутации в клетках тычиночных волосков гвоздики, которые обнаружили антагонистическую реакцию на воздействие факторов космического полета. Усиление действия радиации под влиянием факторов космического полета наблюдалось в отношении остановки развития тычиночных волосков, недоразвития пыльцы, образования в ней микроядер. Эти наблюдения указывают на усиление повреждения на самых чувствительных стадиях мейоза и митоза. В табл. 17 представлены результаты, касающиеся нарушений, связанных со стадией веретена. Лизогенные бактерии были использованы для суждения о том, как влияет невесомость при облучении или без облучения на рост бактерий, их структуру и на механизмы, регулирующие индукцию латентных вирусов [137]. В этих опытах не было установлено отчетливого влияния невесомости на радиочувствительность. На «Джемини-11» и «Биосе-2» находилась в полете хлебная плесень Neurospora crassa [165]. Посылали в полет два вида образцов: микроспоры на пористых фильтрах и споры в жидкой среде. Изучали мутанты с нарушением биосинтеза пуринов в двухкомпонентной гетероядерной гетерозиготе, генетически меченной по двум разным генам, управляющим двумя последовательными стадиями биосинтеза пуринов. Дозы облучения на «Биосе-2» были равны 884, 2055 и 3116 рад, а на «Джемини-11» составляли 9, 76, 145, 216 и 283 рада. В спорах, находившихся в метаболически неактивном состоянии, не было найдено различий по частоте радиационных мутаций между полетными образцами и наземным контролем. В другой серии образцов, со спорами, взвешенными в жидкой питательной среде и находившимися в состоянии очень активного метаболизма, в полетных образцах обнаружено сильное радиозащитное действие, определяемое по критерию выживания и индукции рецессивных летальных мутаций. Было показано, что возможной аноксней в бульоне нельзя полностью объяснить наблюдавшийся эффект. «Салют» Большую ценность представляют материалы, касающиеся влияния длительной невесомости на радиобиологический эффект. В этой связи заслуживают внимания данные, полученные в радиобиологическом эксперименте во время полета советской космической орбитальной научной станции «Салют» [147]. Полет" станции «Салют» продолжался 73 дня —с 19 апреля по 30 июня 1971 г. Суммарная доза за полет не превышала 2 рад. В качестве объекта исследования были использованы воздушно-сухие семена салата Lactuca sativa с различным уровнем спонтанного мутагенеза: семена, имеющие нормальное число клеток с аберрациями хромосом (0,4%), и семена с 2,0% аберрантных клеток. Перед полетом семена были облучены в дозе 10 крад. Был проведен цитогенетический анализ клеток с аберрациями хромосом в первом митотическом цикле. В результате длительного долета имело место увеличение спонтанного мутационного процесса с 2,0 до 3,9% и с 0,4 до 1,4%. Было также получено увеличение Таблица 18. Влияние факторов космического полета на спонтанный мутагенез в семенах салата (критерий — клетки с аберрациями хромосом) [Ш'] Семена с нормальным уровнем спонтанного мутагенеза полет 1,в±0, 1,2±0 1,4±0 2 t 2 t Л Земля Семена с повышенным уровнем спонтанного мутагенеза полет «Космос-368» 0,4±0, = 4,0 0,4±0 = 4,0 0,4±0 2 3,3±0 «Зонд-8» 2 3,1±0 «Салют» 2 3,9±0 >5 Л t Л 1 = 4,0 1 = 3,4 2 Земля 3±0,2 ,3±0,2 ,0±0,2 t -= 4,2 .- * = 5,0 Примечание. Разность между вариантами достоверна при *>3.
118 ЧАСТЬ III. ЩЩЯЩЩ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ индуцированного радиацией мутационного процесса с 84,9% в наземном «облученном» контроле до 97,4% в полетных обученных образцах. С целью установить возможную.за- висимрсть эффекта от длительной невесомости, мы провели сопоставление материалов по цитогенетическому анализу семян,' экспонированных на «Космосе-368», «Зонде-8» и «Салюте» в течение 7 и 73 дней. Приведенные в табл. 18 данные свидетельствуют об увеличении спонтанного мутагенеза независимо от первоначального уровня его и от длительности полета. Во всех трех экспериментах было обнаружено увеличение индуцированного . радиацией мутационного процесса в семенах. БИОСТЭК, «КОСМОС-605» И ИССЛЕДОВАНИЯ НА КАРМАНЧИКОВЫХ МЫШАХ И КРЫСАХ Во.время полета к Луне кораблей «Апол- лон-15 и 16» на борту находились разные биологические образцы для определения действия тяжелых частиц космического излучения [78, 153, 117, 122, 157]. Трек каждой частицы исследовали фотографическим методом и с монокристаллами хлорного серебра. На «Аполлоне-17» пять карманчиковых мышей подверглись воздействию тяжелых частиц ..космического излучения. Каждому животному под кожу черепа была вживлена прозрачная пластинка из пластмассы. В ней обнаруживали и измеряли треки отдельных частиц [72, 106]. Цель эксперимента состояла в поиске повреждений, вызванных тяжелыми ионами. Аналогичные опыты были проведены на крысах на искусственных спутниках Земли «Космос-605» и «Космос-690». Обнаружены эффекты поражения нервной ткани. ИТОГИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА СПУТНИКАХ Невесомость при определенных условиях может ^нарушать нормальное течение стадии веретена при мейозе и митозе, а радиация может'быть причиной повышенной частоты случаев незавершенного деления клеток растений в космическом полете. К другим наблюдениям эффектов космического полета относятся аномально высокая частота перестроек хромосом в воспроизводительных клетках личинок дрозофилы, повышенная частота аномалий развития и поведения наездника габробракон. Факторы космического полета повышали энергию прорастания семян разных растений и повышали выход аберраций хромосом. Некоторые эксперименты остаются неубедительными или их результаты находятся на грани достоверности. Например, вызывает сомнения, что облучение во время космического полета повышает частоту доминантных деталей у плодовой мушки и частоту хромосомных аберраций в клетках человека. Необходимо расширять полетные радиобиологические эксперименты, чтобы выяснить эти потенциально важные вопросы; необходимо найти корреляцию между всеми наблюдаемыми эффектами и временем пребывания биообъектов в состоянии невесомости. В будущем было бы важно включить эксперименты на спутниках, направленные на исследование биоритмов в условиях невесомости и изменение радиочувствительности в этих условиях. Другим важным вопросом является оценка радиобиологических эффектов облучения в полете тяжелыми частицами космического излучения: К ОБОСНОВАНИЮ ДОПУСТИМЫХ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ Каждый вид излучения в космосе должен оцениваться с точки зрения его опасности для отдельного человека или определенной популяции. В гигиенической практике обычно устанавливают для людей допустимую дозу, практически ограничивающую облучение до уровня, при котором риск можно считать приемлемым для человека и для^населения в целом. Оценка радиационной опасности космических полетов и нормирование допустимых уровней лучевого воздействия для экипажей космических кораблей представляют собой совсем особую задачу. При этом необходимо учитывать следующие обстоятельства: 1. Космические полеты представляют собой очень сложное и ответственное мероприятие. Важно, чтобы были обеспечены не только безопасность космонавта, но и сохранение его работоспособности в условиях лучевого воздействия. 2. Радиационная обстановка в космосе весьма разнообразна как по качеству излучения, так и по пространственному и временному распределению дозы. 3. Одновременно с радиационным фактором космонавт подвергается ряду других экстремальных воздействий окружающей среды.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 119 4. Космонавты составляют особую малочисленную группу высококвалифицированных и тщательно отобранных лиц. Оценка радиационной опасности в такой сложной ситуации должна опираться на весь опыт, накопленный за многие годы работы с рентгеновским и гамма-излучением, и данные экспериментов по сравнительной количественной оценке действия рентгеновского и других видов ионизирующего излучения. В США такая оценка производится в два этапа: прежде всего комиссия экспертов изучает вопрос и составляет научный отчет7; затем лица, ответственные за каждый полет, устанавливают допустимые пределы дозы для каждого конкретного полета, исходя из данных этого отчета и других возможных соображений. В данной работе мы воспользуемся методом, которым пользуются Ю. Г. Григорьев и сотр. [28] и который во многих отношениях сходен с применяемым в США [125]. Для каждого случая мы определяем «дозо- вый эквивалент» (ДЭ). Эта величина численно равна дозе тотального рентгеновского (200 кв) излучения, которое оказывает такое же действие, как интересующее нас воздействие солнечной и космической радиации. Можно считать, что дЭ(бэр)=Д(рад)-КК.КР-КВ.КФ, где КК (коэффициент качества) учитывает относительную биологическую эффективность. Он зависит от распределения ЛПЭ, а иногда от скорости частиц и уровня дозы; КР (коэффициент распределения) учитывает неравномерность облучения. Он показывает, во сколько раз эффективность неравномерного облучения отличается от эффективности равномерного; KB (коэффициент времени) учитывает протяженность облучения во времени. Он показывает относительную эффективность длительного (непрерывного или фракционированного) облучения по сравнению с однократным острым облучением; КФ — коэффициент, учитывающий факторы космического полета. Специфика условий космического полета (невесомость, гиподинамия, ускорения и др.) требует введения коэффициента, характеризующего комбинирован- вое действие радиации и других факторов полета. 7 Примером такого отчета является подготовленная под редакцией Р. Лангхема книга «Радиобиологические факторы при пилотируемом космическом полете» [125]. Специалисты США вместо дозового эквивалента ввели специальный термин «приведенный эквивалент дозы космического излучения» (ПЭК), выражаемый вместо бэр в «приведенных» эквивалентных единицах пэе: ПЭК(пэе) = Д (рад).КК.(/г/2-...-/п), где множители / имеют, примерно тот же смысл, что и множители в приведенном выше выражении для дозового эквивалента [125]. При установлении допустимых уровней облучения для экипажей космических кораблей мы стремимся найти такие дозы, которые не нарушали бы работоспособности космонавтов при выполнений поставленных перед ними задач и при которых не возникали бы выраженные соматические изменения. Следует, конечно, учитывать и возможность отдаленных последствий. Для кратковременных полетов, длительностью до нескольких недель, наибольшую опасность представляют протоны и ионы гелия от солнечных вспышек. Ранние эффекты такого вида излучений выражаются в виде продромальных реакций, реакции кожи и снижения деятельности кроветворных органов. Кроме того, необходимо учитывать имеющие весьма существенное значение для работоспособности космонавтов изменения со стороны нервной системы и, в частности, со стороны вестибулярного анализатора. ЗНАЧЕНИЯ ДОЗОВЫХ НОРМАТИВОВ В СССР были определены следующие дозо- вые нормативы для кратковременного космического полета, длительностью до 30 суток: Допустимая доза — 15 бэр Доза оправданного риска — 50 бэр Критическая доза — 125 бэр Доза оправданного риска учитывает определенную опасность развития во время полета мощной солнечной вспышки. При достижении критической дозы 125 бэр должен решаться вопрос о возможности продолжения космического полета [23]. Для экипажей при полетах на кораблях «Аполлон» принята допустимая доза 25 бэр. Для оценки возможности продолжения полета установлена «максимальная оперативная доза», равная 50 бэр. При межпланетных полетах длительностью 1—3 года будут иметь место три вида лучевого воздействия: солнечные вспышки, возни-
120 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ кающие в разные моменты времени, облучение за счет ядерных реакторов, используемых в качестве двигателей или бортовых источников энергии, и легкие и тяжелые ядра галактического космического излучения [171]. Наиболее опасными в условиях длительного космического полета являются тяжелые ионы ГКИ, которые могут вызывать серьезные необратимые изменения. К сожалению, в настоящее время еще не накоплено достаточно данных для оценки этой опасности [106]. Часть лучевого поражения в длительном полете вызывается компонентой излучения с низкой ЛПЭ. Это лучевое повреждение не будет увеличиваться пропорционально дозе, а обратимая часть его будет восстанавливаться. С течением времени при длительном полете постепенно будет возрастать восстановление обратимой части поражения. При этом вычисленные так называемые эффективные дозы не будут возрастать пропорционально длительности полета. Таблица 19Ь Вычисленные уровни эффективной дозы «ожидаемого» получения при длительных космических полетах [28] Длительность полета, годы Поглощенная доза, рады Эффективная доза к концу полета, рады 100 200 300 77,5 125,0 142,5 В табл. 19 представлены значения этой дозы для полетов длительностью один, два или три года. При вычислениях для этой таблицы исходили из предположения, что необратимая компонента составляет 20—25%, а скорость восстановления обратимой части равна 0,1% Рис. 13. Суммарные суточные значения в зависимости от толщины стенки алюминиевого цилиндра для разных дозовых критериев при полетах на орбитах высотой 370 и 500 км. Локальные дозы определяются без учета защиты, создаваемой телом космонавта, т. е. представляют собой дозы, которые могли бы быть получены в данной точке пространства (без- фантома). Доза, создаваемая в коже, определена на глубине 0,7 мм, глубинная доза определена в ткани на глубине 5 см Рис. 14. Суммарные суточные значения в зависимости от толщины стенки алюминиевого цилиндра для тех же дозовых критериев, что и на рис. 13, в случае синхронной орбиты 1 1 0,1 0 01 \- \\ Высота орбиты-500 kj I I Локал / 4— ьная доза jL — \ы "■»-—ш pass \ а, накло Доза на кожу / ** ———. — \ Локальная доза \ Высота н-55° } Глубинная доза 2£ \ \ Доза на кожу \ орбиты -370 к — . - - Глубинная доз. м, наклс Г >н-90° — — 3 5 7 9 И 13 Толщина защиты, г/см2 AI 15 Рис. 13 1000 100 10 I 0,1 0(01 и II пН 1 4= 4= w 11 + НИ Доза на кожу \ ■— - ■ Глуб! ДО \ г [иная за Синхр (нар — — онная о] слон 0*' эбита ) Локальная доза =\ 4 & 8 10 Толщина защиты, г/см2 А1 12 14 Рис. 14
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 121 в сутки. Такие расчеты сугубо ориентировочны, поскольку нет достаточно экспериментально обоснованных констант восстановления обратимой части и необратимого повреждения в сложных условиях смешанного облучения в космосе. Получены оценки для «ожидаемого» облучения при длительных орбитальных и межпланетных полетах от ионизирующего солнечного излучения, галактического космического излучения и излучения ядерных реакторов. На рис. 13 и 14 представлены дозы за защитой из алюминия в зависимости от ее толщины. Если защита составляет по крайней мере 2 г/см2, то глубинная доза, найденная по графику, составляет около 100 бэр в год. Солнечные вспышки могут быть весьма различны, но годичный вклад в дозу от всех вспышек, не считая только самых больших, за защитой 2 г/см2 алюминия составляет меньше 100 бэр/год. Очень большие вспышки во время длительного полета представляют особую опасность, поэтому следует предусмотреть возможность создания специальных убежищ для экипажей на борту межпланетного корабля. При длительных космических полетах для лиц старше 35 лет рекомендованы в качестве предварительных следующие максимально допустимые дозы «ожидаемого» облучения: на один год — 200 бэр, на 2 года — 250 бэр и на 3 года полета — 275 бэр [23]. Рекомендации разных авторов иногда существенно отличаются одна от другой. Рекомендуется, например, даже доза 300 рад за год полета (149). КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ЛУЧЕВОГО ПОРАЖЕНИЯ Принимая во внимание особенности радиационной обстановки в космосе, представляется важным рассмотреть зависимость развития клинических проявлений лучевого поражения, которые могут возникать у человека при внешнем облучении. Условно рассмотрим 4 варианта лучевого воздействия: 1) однократное острое облучение (равномерное и локальное) продолжительностью до 4 суток, 2) протяженное облучение до 3 месяцев, 3) острые повторные облучения на фоне хронического лучевого воздействия, 4) хроническое облучение в течение 1 года и более. . .. В зависимости от перечисленных вариантов лучевого воздействия меняется характер проявления и длительность течения лучевого поражения. При однократном остром облучении ограниченного участка тела в дозах порядка нескольких сотен рад могут развиться местные лучевые повреждения без каких-либо общих клинических симптомов. При облучении всего тела или относительно большой его поверхности в дозах значительно меньших, чем при локальном облучении, может возникать острая лучевая болезнь. Для острой лучевой болезни характерны довольно четкие периоды течения заболевания, а также зависимость их продолжительности и степени тяжести от дозы облучения. При всех уровнях доз, вызывающих острую лучевую болезнь, в ее патогенезе имеет значение поражение нервной системы, органов кроветворения и желудочно-кишечного тракта. Для оценки радиационных эффектов у человека используются материалы, касающиеся облучения людей в радиологической клинике, несчастных случаев при авариях на реакторах и в других профессиональных ситуациях, во время взрывов атомных бомб "в Японии, при выпадении радиоактивных осадков вследствие испытательных взрывов атомных бомб. Литература по этому вопросу очень обшир- па, и мы отсылаем читателя к этим источникам [32, 125, 132, 68, 63, 158]. Хотя в описании разных сторон лучевой болезни, в общем, взгляды сходятся, имеются некоторые различия в терминологии и трактовках, принятые в разных лабораториях. Данные, касающиеся человека, обычно связаны с острым рентгеновским и гамма-облучением. Сведения о действии на человека облучения всего тела протонами или тяжелыми ионами вообще отсутствуют. Большой разброс данных в приведенных таблицах и рисунках показателен для неопределенности, которая еще существует в этом вопросе. У человека внешнее однократное лучевое воздействие в дозах 100—1000 рад приводит к развитию «типичной» формы острой лучевой болезни [32]. Самым ранним симптомокомплексом лучевой патологии при однократных облучениях является так называемая первичная реакция. Наиболее частые проявления первичной реакции — это потеря аппетита, тошнота, общее недомогание. Для космонавтов особенно
122 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ опасны рвота, общая слабость, головокружение, головная боль, апатия, нарушение сна, понос. По клиническому течению можно различать 4 степени тяжести первичной реакции. Реакция первой степени — симптомы единичны и выражены незначительно (небольшая слабость, головная боль, снижение аппетита, легкое головокружение и т. д.); работоспособность не нарушена. Реакция второй степени — наличие симптомов, приводящих к некоторому снижению работоспособности в течение первых суток: общая слабость, стойкая тошнота, однократная рвота; выраженное снижение аппетита, обонятельные и вкусовые извращения, головная боль, головокружения, нарушение сна и т. п. Реакция третьей степени — наличие симптомов, вызывающих выраженное снижение работоспособности в первые сутки после облучения. Это: сильная общая слабость, отсутствие аппетита, резкая тошнота, многократная рвота, апатия, выраженное извращение вкуса и обоняния, резкое головокружение, сильная головная боль, бессонница или сонливость Реакция четвертой степени — наличие симптомов, указывающих на облучение в очень больших дозах. Проявляются симптомы, присущие третьей степени, и, кроме того, появляется понос, озноб, судороги, прострация. Первичная, или продромальная, реакция возникает в первые часы после облучения и может продолжаться от нескольких часов до 1—2 суток. Вероятность ее возникновения, время появления, продолжительность и тяжесть симптомов зависят в основном от двух причин — дозы облучения и индивидуальных различий в радиочувствительности облученного организма. С увеличением дозы облучения индивидуальные различия постепенно сглаживаются. Общие закономерности развития первичной реакции в зависимости от дозы систематизированы рядом ученых на основании главным образом изучения большого клинического материала по облучению онкологических больных [23, 32, 132]. Полученные данные дают определенное представление о сроках наступления, продолжительности и тяжести развития симптомов первичной реакции с учетом различий индивидуальных особенностей организма. В Окриджской национальной лаборатории для оценки радиационной опасности при полетах космических кораблей «Аполлон» обобщено большое количество клинических наблюдений (2100 больных) в связи с лучевой терапией злокачественных новообразований. Хотя нет полного согласия насчет наиболее адекватного метода статистической обработки клинического материала, можно представить следующую дозовую зависимость проявления клинических симптомов у 50% облученных людей [133]: потеря аппетита возникает при дозе 82=Ь ±32 рад, тошнота — 138±20 рад, рвота -— 173±18 рад, слабость (в течение 42 суток) — 136±36 рад, понос — 194±19 рад. Результаты клинических наблюдений при облучении больных в дозах 25—50 р свидетельствуют о наличии у некоторых из них очень высокой радиочувствительности в отношении продромальных симптомов и указывают на необходимость специального отбора кандидатов для космических полетов. Однако в то время, когда пишутся эти строки, мы не знаем критериев для отбора лиц, не обладающих особой чувствительностью в отношении развития лучевой болезни. Разработаны программы лишь общего медицинского отбора здоровых людей для работы космонавтами, для которых обязательна специальная программа тренировок. Существенное значение при оценке радиационной опасности имеет определение дозо- вой зависимости для частоты возникновения наиболее опасных проявлений первичной реакции. Сделана попытка получить статистически достоверные данные по дозам, вызывающим некоторые признаки первичной реакции при тотальном облучении с вероятностью их возникновения в 10, 50 и 90%, для таких симптомов, как потеря аппетита, тошнота и рвота (табл. 20) [125]. Таблица 20. Поглощенные дозы при остром облучении всего тела, вызывающем первичную реакцию с разной вероятностью [125] Симптомы Потеря аппетита Тошнота Рвота Поглощенные дозы (рады), при которых реакция развивается с вероятностью ю% 40 50 60 50% 100 170 215 90% 240 320 380
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 123 В ранние сроки после острого облучения (первые сутки) серьезную опасность во время космических полетов может создавать первичная реакция. В этот период возможно нарушение работоспособности членов экипажа, что в свою очередь может повлиять на осуществление программы полета. Первичная реакция сменяется латентным периодом или периодом так называемого мнимого благополучия, продолжительность которого определяется в основном, как и первичная реакция, тяжестью лучевого поражения. В этот период улучшается общее состояние облученных, однако выявляются некоторые неврологические симптомы и изменения в периферической крови. В период разгара лучевой болезни складывается определенный симптомокомплекс, при котором общая слабость, повышение температуры тела, снижение числа лейкоцитов крови, эритема, эпиляция и внутренние кровотечения являются характерными для общего сепсиса. Со стороны нервной системы при нетяжелой форме лучевой болезни возможны функциональные, а при тяжелой форме — органические изменения. В этот период отмечается подавление гемопоэза. Степень подавления гемопоэза и тяжесть симптомов зависят от величины лучевой нагрузки. Период восстановления наступает тем раньше, чем меньше доза облучения. Восстановление может продолжаться месяц и более, а в некоторых случаях и не быть полным. Улучшение общего состояния, нормализация температуры тела, прибавление в весе, улучшение состава периферической крови — это первые признаки восстановления. Принято, что пороговой дозой для развития легкой формы лучевой болезни является 100 р [32]. При облучении в дозах 100— 250 рад развивается острая лучевая болезнь I степени тяжести, при дозах 250—400 рад — II степени, при дозах 400—1000 рад — III степени. Такова, в общем виде, дозовая зависимость развития лучевой патологии у человека в случае однократного общего равномерного облучения. При неравномерных лучевых воздействиях возможно большое разнообразие клинических проявлений лучевого поражения. Они зависят от площади облученной поверхности, локализации ее, дозы, поглощенной в критических органах, и т. д. Анализ некоторых клинических случаев [32] показал, что экранирование сравнительно небольших участков костного мозга позволяет сохранить жизнь пострадавшим при дозах, которые в случаях равномерного облучения, несомненно, привели бы к летальному исходу. Эти наблюдения хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований [27,54]. В условиях длительного облучения, в течение нескольких месяцев, при достижении некоторой суммарной дозы (большей, чем при однократном воздействии) может возникать подострая форма лучевой болезни с нечеткими периодами течения заболевания. Материалов, характеризующих клинические эффекты длительного (до 3 месяцев) облучения, почти нет, а имеющиеся сведения касаются единичных несчастных случаев, для которых, с одной стороны, не установлена точно величина лучевой нагрузки, с другой — известно, что облучение было неравномерным. Поэтому на основании этих данных трудно выяснить количественные закономерности развития лучевой патологии. Наиболее ценные данные можно получить из материалов фракционированного тотального и субтотального облучения в радиологической клинике. Для анализа использованы сведения, касающиеся 97 человек (онкологические боль- пые), подвергавшихся субтотальному фракционированному рентгеновскому облучению (разовые дозы 15—50 р, суммарные до 250 р на курс). Облучение производили ежедневно или с интервалом в 1—3 дня [23, 33]. Первичная реакция при фракционированном ежедневном облучении нарастала постепенно, по мере увеличения суммарной дозы, и исчезала только после прекращения облучения. Сначала облученные лица жаловались на появление общей слабости и быстрой утомляемости, ухудшение аппетита, затем появлялись тошнота, обонятельные и вкусовые галлюцинации, головные боли, нарушение сна, затем — головокружение и рвота. Обращает на себя внимание тот факт, что при фракционированном и, по-видимому, при длительном облучении не наблюдается четких периодов лучевого поражения. Симптомы первичной реакции могут как бы переходить в симптомы лучевой болезни (общая слабость, быстрая утомляемость, нарушение сна, головные боли, головокружения, снижение артериального давления и т. д.). Изменения в периферической крови проявляются в виде нарастающей лейко-, лимфо- и нейтропении уже в ходе лучевого воздействия. Таким образом, исходя из найденных радиобиологических закономерностей и клини-
124 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ческих наблюдений, следует думать, что симптомы первичной реакции и проявления лучевого поражения при фракционированном общем облучении и протяженном лучевом воздействии выражены в меньшей степени, чем при остром облучении в соответствующих дозах. При этом чем меньше мощность дозы протрагированного облучения или разовые дозы при фракционированном облучении, тем медленнее и менее выраженно развивается лучевая патология. Однако это справедливо только для излучений с низкой ЛПЭ. При лучевом воздействии на протяжении одного года и более с мощностью дозы, во много раз превышающей предельно допустимую для профессионального облучения, может развиться хроническая лучевая болезнь, для которой наиболее характерным является медленное развитие симптомов лучевого поражения без четких периодов болезни. Обобщение имеющихся материалов по клинической характеристике заболевания у лиц, работающих в условиях профессионального облучения, позволило выделить три группы симптомокомплексов в зависимости от накопленных суммарных доз при относительно равномерном облучении [15, 23, 31, 32]. I группа — доза 30—50 бэр за 5—10 лет. Клинических признаков заболевания нет. В отдельных органах и системах имеются некоторые сдвиги функционального характера, которые выявляются только при специальных клинико-физиологических методах исследований. II группа — суммарные дозы 50—150 бэр за 10—15 лет. Клиническая картина проявляется в виде вегето-сосудистой неустойчивости с возможными признаками нейро-цирку- ляторной. дистонии гипотонического типа. Не исключается снижение секреторной деятельности желудка и некоторое угнетение кроветворения. При дозах более 100 бэр в отдельных случаях возможна легкая форма хронической лучевой болезни. Изменения возникают медленно и регрессируют через 2—5 лет после прекращения облучения. III группа — доза 150—400 бэр и более за 20 лет. Может формироваться хроническая лучевая болезнь I и II степени тяжести. Развивается астенический синдром, сопровождающийся снижением функциональных возможностей высших отделов центральной нервной системы, повышением психической утомляе^ мости со снижением внимания и памяти, нарушением взаимодействия анализаторов; могут проявляться признаки функциональной недостаточности пищеварительных желез, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, а также более выраженные и стойкие изменения со стороны органов кроветворения. Это разделение на группы по клиническим признакам заболевания весьма условно, так как по мере накопления суммарной дозы сначала развиваются признаки функциональных нарушений, связанных с вегето-сосудистой неустойчивостью и небольшим угнетением кроветворения. Затем могут развиваться ней- рососудистая дистония, преимущественно гипотонического типа, эндокринные нарушения, астенический синдром и более выраженное угнетение кроветворения. Более поздние и наиболее тяжелые симптомы хронической лучевой болезни характеризуются органическим поражением центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, аплазией костного мозга. Хроническое лучевое воздействие в космосе представляет опасность при длительных космических полетах, когда на членов экипажа будет постоянно действовать ГКИ. Ввиду того, что мощность дозы ГКИ составляет по вычислениям 10—15 рад/год, особый интерес представляет анализ клинических материалов по облучению людей в дозах до 150 бэр, т. е. группы II, если принять, что КК космического излучения равен 10—15. В этой группе все перечисленные патологические сдвиги в организме развиваются очень медленно, на протяжении нескольких лет. Поэтому за период полета в 1—3 года маловероятно развитие симптомов, характерных для данной группы. После прекращения облучения происходит, хотя и медленное (2—5 лет), но восстановление нарушенных функций. В настоящее время, однако, биологическая эффективность первичных частиц космического излучения экспериментально не изучена. При острых облучениях на фоне хронического воздействия ионизирующей радиации может возникать хроническая лучевая болезнь, а в периоды острых воздействий, при определенных величинах доз — симптомы острой лучевой болезни с развитием первичной реакции. Данный вариант лучевого воздействия еще недостаточно изучен и требует дальнейших экспериментальных исследований, однако можно допустить, что фон, создаваемый хроническим лучевым воздействием, может изменить реакцию, обычно наблюдаемую при остром облучении. В свою очередь острое лучевое воздействие может изменить и течение хронической лучевой болезни.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 125 ОЦЕНКА ОТДАЛЕННЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ Проблема отдаленных последствий является чрезвычайно важной и сложной при оценке опасности воздействия ионизирующего излучения на человека. Отдаленные последствия облучения называются соматическими, если они обнаруживаются у облученного индивидуума, и наследственными, если они влияют на его потомство. К соматическим отдаленным последствиям относятся лейкозы и другие злокачественные заболевания, катаракты, поражения кожи, нарушение плодовитости и, возможно, «неспецифическое старение». Как правило, чрезвычайно затруднительно, а в отдельных случаях даже невозможно, связать эти эффекты с радиационным воздействием. Если вопрос о пересмотре существующих норм для профессиональных работников не может быть решен только на основе риска развития соматических эффектов без более широкого учета воздействия на последующее поколение, то для оценки радиационной опасности в отношении космонавтов могут иметь значение только соматические отдаленные последствия ввиду чрезвычайно малого вклада облучения космонавтов в общую популяцион- ную дозу. Комиссия АН США и Научный комитет ООН по действию атомных излучений независимо друг от друга рассмотрели недавно вопросы лучевого лейкемогенеза и канцерогенеза [63]. Было показано, что для целей здравоохранения следует принять линейную дозо- вую зависимость, поскольку она дает более безопасные значения для обеспечения защиты, чем в случае, если бы эта зависимость была нелинейной. Было установлено развитие лейкозов после облучения в дозах, превышающих 100 рад. Однако остается открытым вопрос о том, существует ли пороговая доза, ниже которой лейкоз не возникает. Существование пороговой дозы исключало бы опасность возникновения злокачественного заболевания при дозах, не превышающих порога. Для целей радиационной защиты принимается линейная зависимость частоты развития лейкозов от дозы. Частота развития лейкозов после воздействия излучения с высокой ЛПЭ неизвестна. Считается, что лейкозы возникают через несколько лет после облучения. Расчеты показывают, что для доз 100 рад и более риск, связанный с развитием лейкоза, выражается величиной 1 случай на 106 облученных лиц на 1 рад [63]. В то же время лейкозы имеют среднюю естественную частоту 50 случаев на 1 млн людей в год. При оценке риска развития лейкозов должен обязательно учитываться возрастной фактор. Следует также имеяъ в виду, что вероятность развития лейкоза при локальных облучениях или при облучении половины тела приблизительно в 2 раза ниже, чем при облучении всего тела. Было показано, что некоторые формы лейкоза связаны с особыми аберрациями хромосом; известно, что излучения с высокой ЛПЭ вызывают аберрации хромосом с большой частотой и предполагают, что они обладают также более высоким лейкемогенным действием. В настоящее время накоплено достаточно много данных о возникновении различных форм рака при действии ионизирующей радиации. Имеются оценки по возникновению нескольких форм рака, сделанные на основе международных данных и данных, представленных Комиссией по изучению жертв атомной бомбы в Хиросиме и Нагасаки [68]. Японские данные, основанные главным образом на заболевании взрослых, показывают, что доза, вызывающая удвоение частоты развития рака щитовидной железы, составляет 100 рад, или увеличение частоты развития рака этой железы у населения на 1% на каждый рад облучения. Было также установлено, что доза, удваивающая частоту рака щитовидной железы, находится между 5 и 10 рад для детей в США. Это означает 10—20% увеличения риска заболевания раком щитовидной железы у молодого поколения в год на 1 рад облучения. Таким образом, если взять группу детей (США) и взрослых (Япония), то степень увеличения заболеваний раком щитовидной железы в год на 1 рад облучения будет находиться в диапазоне между 1—20%. Исследования, проведенные Комиссией по изучению последствий воздействия атомной бомбы в Японии, показывают, что имеется приблизительно удвоенное по сравнению со спонтанным количество случаев рака легких среди населения Хиросимы и Нагасаки. По данным Японии и США, в качестве удваивающей дозы для рака легких или 0,6%-но- го увеличения годовой заболеваемости раком легких среди населения определена доза 175 рад. Если суммировать случаи индуцированного радиацией рака, включая лейкозы, с исполь-
126 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ зованием всех имеющихся данных, то обращает на себя внимание факт, что для самых различных орранов и систем диапазон значений удваивающей дозы очень мал. Соответственно мал диапазон увеличения числа случаев рака на 1 рад для различных органов (см. табл. 21). Общая частота всех форм рака Таблица 21. Частота возникновения разных видов новообразований, в предположении линейной зависимости доза — эффект [63] Вид опухоли Частота, обусловленная дозой 1 бэр/год Лейкозы 1-МН Рак легкого 1-Ю"6 Рак желудка 1-Ю-6 Прочие виды новообразований 1-10~6 Частота всех видов опухолей* 4*1СМ * Частота рака щитовидной железы у облученных детей выше. и лейкозов может быть принята равной 4 • 10~6/бэр/год. Единственным органом,. для которого существует более высокая чувствительность в смысле индуцируемого радиацией рака у лиц молодого возраста, является щитовидная железа. Генетические последствия проявляются у потомков лиц, подвергшихся облучению. Генетический эффект оценить очень трудно, хотя бы потому, что при других ситуациях этот риск не учитывался. На первом заседании экспертов МАГАТЭ было предложено этот риск оценивать как ~0,5 • 10~7рад/год. Таким образом, суммируя риск отдаленных последствий, можно представить его следующим образом: лейкозы: 1-10"6/рад/год; другие виды опухолей: 3-10~6/рад/год; генетические эффекты: 0,5 • 10~6/рад/год; итого: < 10 • 10~"6 рад/год. Полученные результаты исследований, проводившихся в отношении продолжительности жизни людей после облучения, дают противоречивые сведения. Нет ясности, имеется ли значительное, с точки зрения статистики, сокращение продолжительности жизни у радиологов по сравнению со специалистами, не подвергавшимися профессиональному облучению. Однако у млекопитающих, подвергаемых облучению в различных суточных дозах, проявляется определенное влияние ежедневных облучений в больших дозах на продолжительность жизни. Если экстраполяция имеет смысл по отношению к меньшим ежедневным дозам также и для человека, то можно сделать вывод, что хроническое облучение человека может вызвать некоторое сокращение продолжительности его жизни. Такой эффект можно объяснить как некоторое ускорение естественного процесса старения. Вероятность сокращения продолжительности жизни составляет 1 • 10~4 на 1 рад. При средней продолжительности жизни, равной 70 годам, укорочение ее при равномерном облучении всего тела может составить 3 дня на 1 рад. Однако следует еще раз подчеркнуть, что данная оценка риска является сугубо ориентировочной. КРИТИЧЕСКИЕ ОРГАНЫ В прошлом допустимые уровни облучения выражали либо через дозу в воздухе, либо как поверхностную дозу. Для более точной оценки радиационной опасности в связи с неодинаковой радиочувствительностью тканей и органов и их различной функциональной значимостью, появилась необходимость знать дозы, фактически полученные наиболее радиочувствительными (критическими) органами, ибо их избирательное поражение может обусловить развитие необратимых изменений в организме. Большинство авторов считают критическими следующие органы: кроветворные органы, половые железы, хрусталик и кожу. Необходимо подчеркнуть, что, как показывают многочисленные эксперименты, экранирование части тела, парциальное облучение, неравномерное распределение поглощенной дозы по телу космонавта определяют роль того или иного органа в качестве критического. На основе большой серии экспериментальных исследований мы считаем целесообразным дополнительно рассматривать в качестве критического органа вестибулярный анализатор, нормальная функциональная деятельность которого является немаловажным условием для успешного осуществления космического полета с участием человека [19, 20,30]. В условиях космического полета вестибулярный анализатор подвергается влиянию целого ряда неблагоприятных раздражителей, как адекватных (невесомость, перегрузки, вибрация), так и неадекватных (измененная газовая среда, температурные колебания, гиподинамия, нарушение биоритмических процессов и др.). Лучевое воздействие на этом
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 127 фоне даже в небольших дозах может вызвать серьезные нарушения функции вестибулярного анализатора, что может осложнить проведение полетного задания членами экипажа космического корабля. Широкая серия экспериментальных исследований вестибулярного анализатора при лучевых воздействиях с учетом специфики космических полетов была осуществлена в начале 60-х годов [50, 56]. Состояние пороговой чувствительности и реактивности вестибулярного анализатора животных при воздействии различных по величине доз ионизирующего излучения исследовано более чем у 500 кроликов и 50 собак. Дозы однократного облучения составляли 50, 100, 200, 500, 650, 800, 1000, 1600, 5000, 10 000 р. Исследователи оценивали первичную реакцию вестибулярного анализатора на лучевое воздействие, а также динаъшку вестибулярных расстройств в течение всех периодов лучевой болезни, в основном у кроликов, подвергнутых однократному лучевому воздействию. Реакция вестибулярного анализатора на воздействие малых доз ионизирующей радиации (50—100 р) может быть охарактеризована в одних случаях как реакция угнетения, а в других — как реакция повышения возбудимости вестибулярного анализатора. С увеличением дозы лучевого воздействия изменения вестибулярной функции, свидетельствующие об ее угнетении, становятся более Таблица 22. Изменения радиочувствительности вестибулярного анализатора кроликов в первые часы после облучения всего тела в разных дозах [60J ТТ/чоо Р 50—100 500—800 5000 10000 Число кроликов в серии 66 62 20 10 Число кроликов. обнаруживших изменения радиочувствительности повышение 19 2 2 0 понижение 18 56 18 10 всего 37 (56%) 58 (95%) 20 (100%) 10 (100%) выраженными (табл. 22). Однократное тотальное воздействие в дозах, вызывающих лучевое поражение животных, приводит в первые часы после облучения к резкому угнетению функции вестибулярного анализатора: а) снижению его возбудимости, выражающемуся в повышении порогов восприятия угловых ускорений, а также ускорений Кориолиса, и б) снижению реактивности вестибулярного анализатора к действию угловых и кориоли- совых ускорений [4, 50, 29]. Таким образом, влияние ионизирующих излучений на вестибулярную функцию при общем облучении животных выражается в значительном снижении чувствительности и реактивности анализатора к действию адекватных раздражителей. В том -же направлении снижения чувствительности вестибулярного анализатора могут действовать и некоторые другие физические факторы, например ускорение Кориолиса, создаваемое в результате непрерывного медленного вращения в камере [4], условия герметически замкнутого помещения [29] и вибрация [46]. Приведенные данные позволяют говорить о возможной однонаправленности действия значительного ряда факторов внешней среды в а функцию вестибулярного анализатора. Отмеченная закономерность может, однако, существенно изменяться при условии комбинированного действия радиации и некоторых других раздражителей. Другие авторы пытались оценить действие радиации на гораздо меньших группах животных. Они нашли, что существенное действие на анализатор начинает проявляться при дозе 500 рад и что действие это преходящее. Отмечен эффект тренировки или привыкания [138]. Вестибулярный анализатор в условиях космического полета является критическим органом не только с точки зрения осложнений при выполнении задания экипажем космического корабля, но также и с позиции общей оценки радиационной безопасности космического полета. Изучение реакций вестибулярного анализатора в связи с облучением организма или воздействием некоторых факторов космического полета, а также исследование лучевых реакций организма, находящегося в состоянии вестибулярных расстройств или, наоборот, адаптации к действию вестибулярных раздражителей, свидетельствует об огромном значении функционального состояния вестибулярного анализатора для решения практических задач, связанных с расчетами допустимых доз космического излучения. Нервная система, в частности зрительные пути и сетчатка, представляют особый интерес. Здесь может быть более наглядно выражено действие тяжелых частиц космического излучения [106]. Уже имеются некоторые указания на то, что отдельные тяжелые ионы могут вызывать дегенеративные изменения палочек в сетчатке. При больших дозах уско-
128 ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЙ ренные тяжелые ионы кислорода оказались более эффективными в повреждении сосудистой и нейронной компонент сетчатки, чем рентгеновское излучение [75]. Кроме того, было показано, что радиация способна вызывать разрывы нитей ДНК в мозжечке [130]. Была показана высокая радиочувствительность различных частей центральной нервной системы [21, 41, 43, 20, 38]. ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА Отличительной чертой радиационного воздействия в космическом пространстве является продолжительность облучения. Необходимость учета этой особенности при оценке радиационной опасности длительного полета несомненна. Известно, что растянутое во времени облучение оказывает в подавляющем большинстве случаев меньший повреждающий эффект, чем кратковременное. При увеличении длительности облучения нарастает несоответствие между степенью клинического пр