Миллиметровые волны в биологии - Бецкий О.В.
Скачать (прямая ссылка):
Характер взаимодействия электромагнитной волны с биологическим объектом определяется как параметрами излучения (частотой или длиной волны, скоростью распространения, когерентностью колебания, поляризацией волны), так и физическими свойствами биологического объекта как среды, в которой распространяется электромагнитная волна (диэлектрической проницае-
4
мостью,-электрической проводимостью, а также параметрами, зависящими от этих величин: длиной электромагнитной волны в ткани, глубиной проникновения, коэффициентом отражения от границы воздух — ткань). Так, уменьшение амплитуды волны при ее проникновении в ткань можно характеризовать глубиной проникновения O — расстоянием, на котором амплитуда колебаний уменьшается в е ~ 2,72 раза. Например, при X = 10 см (частота колебаний сх. 3 ГГц) глубина проникновения в мышечной ткани и коже составляет 15 см, а при X = 8 мм (частота v с* 37,4 ГГц) величина б = 0,3 мм.
Тенденция уменьшения б с уменьшением К наблюдается до тех пор, пока длина волны в среде существенно превышает размеры клеток или входящих в них орга-нелл. На очень высоких частотах проницаемость тканей для электромагнитных колебаний вновь начинает возра. стать. Например, жесткое рентгеновское и гамма-излучения пронизывают мягкие ткани практически без ослабления.
При оценке эффектов взаимодействия с различными объектами принято разделение излучений на ионизирующие и неионизирующие. Обычно к ионизирующим относят такие электромагнитные колебания (оптическое, рентгеновское, гамма-цзлучение), квант энергии которых велик настолько, что возможны, например, разрывы межмолекулярных связей или ионизация атома. Более длинноволновые электромагнитные колебания с малой величиной кванта энергии, в том числе излучение в миллиметровом диапазоне волн, относятся к неионизи-рующим излучениям.
Типичным примером энергетического воздействия излучения на организм является гипертермия, когда полезный эффект достигается при переходе энергии электромагнитного 'излучения в тепло.
Но возможно и такое воздействие электромагнитного излучения на организм, при котором повышение температуры незначительно (< 0,1 градуса) и не оно оказывается главным фактором при достижении полезного эффекта. В таких случаях обычно говорят об управляющем или информационном действии электромагнитного излучения низкой или нетепловой интенсивности. Исследования показали, что этим свойством обладают электромагнитные излучения миллиметрового диапазона длин волн при малой плотности потока мощности, составля-
5
ющей доли или единицы милливатт на 1 см2 облучаемой поверхности (длина волны излучения в свободном пространстве от 1 до 10 мм).
Благодаря ряду особенностей взаимодействия этих электромагнитных волн с различными объектами использование миллиметровых волн в биологии и медицине является уникальным, и именно об этом и пойдет речь в нашей брошюре.
2. ПОЧЕМУ ИМЕННО МИЛЛИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ?
Идея о возможности специфического воздействия электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн на биологические структуры и организмы была высказана советскими учеными (Н. Д. Девятков, М. Б. Голант и другие) в 1964—1965 гг. Состояла она в следующем. Миллиметровое излучение внеземного происхождения сильно поглощается атмосферой Земли. Поэтому живые организмы не могли иметь естественных механизмов приспособления к колебаниям заметной интенсивности в этом диапазоне, обусловленным внешними причинами, однако могли приспособиться к собственным аналогичным колебаниям.
Возможность влияния миллиметрового излучения на живые объекты не самоочевидна. Поэтому возникли естественные вопросы: какое значение для биологической жизни может иметь реакция на когерентное электромагнитное излучение, которое в окружающей природе практически отсутствует? И если существует такая реакция, то каковы особенности ее проявления в живом организме?
Не удивительно, что на первых порах уже само предположение о возможности нетепловых (не вызывающих заметного нагрева тканей и сред) влияний электромагнитного излучения на жизнедеятельность не укладывалось в рамки привычных представлений, возбуждало множество вопросов и сомнений. Этому способствовало и то обстоятельство, что многие ученые не могли себе представить, что в принципе в живых организмах могут генерироваться какие-либо колебания, кроме некогерентных (тепловых). В то же время энергия кванта излучения Av в миллиметровом диапазоне остается все
6
еще меньше энергии теплового движения kl. Даже для длины волны Ji = 1 мм hv = 1,17-10-3 эВ, тогда как при комнатной температуре kl = 2,53-10"2 эВ.
Энергия кванта в рассматриваемом диапазоне частот оказывается существенно меньше не только энергии электронных переходов (1 ... 20 эВ) или энергии активации (0,2 эВ), но и колебательной энергии молекул (10~2 ... 10"1 эВ), энергии водородных связей (2-Ю-2 ... 10~* эВ). Ниже рассматриваемого кванта энергии оказывается, например, энергия вращения молекул вокруг связей (10~3 ... 10~4 эВ), энергия куперовских пар при сверхпроводимости (Ю-4 ... 10~~6 эВ) и энергия магнитного упорядочения (Ю-4 ... Ю-8 эВ). Из приведенной энергетической оценки различных процессов следует, что миллиметровое излучение может оказывать заметное влияние на жизнедеятельность только при многоквантовых процессах, характерных для когерентных колебаний.
