Влияние неионизирующего излучения на здоровье человека

Введение

Аспект общественного здравоохранения:
влияние неионизирующего излучения на здоровье

Электромагнитное излучение классифицируется на два типа: ионизирующее и неионизирующее, в зависимости от способности отдельного фотона с энергией более 10 эВ ионизировать атомы или разрывать химические связи. Экстремальное ультрафиолетовое излучение и более высокие частоты, такие как рентгеновские лучи или гамма-лучи, являются ионизирующими и представляют собой особые опасности: см. Лучевая болезнь. Напряженность поля электромагнитного излучения измеряется в вольтах на метр (В/м). Наиболее распространенным риском для здоровья, связанным с радиацией, является солнечный ожог, который ежегодно в Соединенных Штатах вызывает от 100 000 до 1 миллиона новых случаев рака кожи.

Опасности

Диэлектрический нагрев от электромагнитного излучения может представлять биологическую опасность. Например, прикосновение к антенне или нахождение рядом с ней во время работы мощного передатчика может вызвать ожоги. Механизм этого явления аналогичен принципу работы микроволновой печи. Степень нагрева зависит от мощности и частоты электромагнитной энергии, а также обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника излучения. Глаза и яички особенно уязвимы к радиочастотному нагреву из-за недостаточного кровоснабжения в этих областях, которое могло бы рассеивать накопленное тепло.

Воздействие на рабочем месте

Энергия радиочастот (РЧ) при плотности мощности 1–10 мВт/см2 и выше может вызывать измеримый нагрев тканей. Типичные уровни РЧ-энергии, с которыми сталкивается население, значительно ниже уровня, необходимого для существенного нагрева, однако в определенных рабочих условиях вблизи мощных источников РЧ-излучения могут быть превышены безопасные пределы воздействия. Многие национальные правительства установили пределы безопасности для воздействия различных частот электромагнитной энергии, основанные на удельной абсорбируемой мощности (SAR), в основном руководствуясь рекомендациями ICNIRP, которые предотвращают тепловые повреждения. Промышленные установки для индукционной закалки и плавки, а также сварочное оборудование могут создавать значительно более высокие напряженности поля и требуют дополнительного изучения. Если уровень воздействия не может быть определен по информации производителя, необходимо провести измерения, а также сравнения с аналогичными системами или аналитические расчеты. Результаты оценки помогают выявить возможные риски для безопасности и здоровья работников и определить необходимые защитные меры. Поскольку электромагнитные поля могут оказывать влияние на пассивные или активные имплантаты работников, необходимо отдельно учитывать воздействие на рабочем месте при проведении оценки рисков.

Низкий уровень воздействия

В 1996 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) начала исследовательскую программу по изучению влияния растущего воздействия на людей разнообразных источников электромагнитного излучения (ЭМИ). В 2011 году ВОЗ/Международное агентство по исследованию рака (МАИР) классифицировала радиочастотные электромагнитные поля как возможно канцерогенные для человека (группа 2B), основываясь на повышенном риске развития глиомы – злокачественной опухоли мозга, связанного с использованием мобильных телефонов. Эпидемиологические исследования выявляют статистические взаимосвязи между воздействием ЭМИ и конкретными последствиями для здоровья. По состоянию на 2019 год значительная часть текущих работ посвящена изучению электромагнитных полей в связи с раком. Имеются публикации, подтверждающие существование сложных биологических и неврологических эффектов от слабых нетепловых электромагнитных полей (см. Биоэлектромагнетика), включая слабые электромагнитные поля сверхнизкой частоты (СНЧ) и модулированные радиочастотные и микроволновые поля.

Эффекты по частоте

В то время как наиболее острые воздействия вредного уровня электромагнитного излучения сразу же проявляются в виде ожогов, последствия для здоровья, вызванные хроническим или профессиональным воздействием, могут не проявляться в течение месяцев или даже лет. (Системы питания на 120 В не смогут достичь такой интенсивности, если устройство не оснащено внутренним повышающим трансформатором.) Линии электропередач имеют диапазон напряжений от 1 кВ для локального распределения до 1150 кВ для сверхвысоковольтных линий. Они могут создавать электрические поля напряженностью до 10 кВ/м на земле непосредственно под линиями, но на расстоянии 50–100 м эти уровни возвращаются примерно к фоновым значениям. Воздействие электромагнитных волн сверхнизкой частоты (ELF) может индуцировать электрический ток. Поскольку человеческое тело является проводником, электрические токи и возникающие разности потенциалов обычно накапливаются на коже, но не проникают вглубь тканей. Международное агентство по изучению рака (IARC) считает, что "доказательств недостаточно" для оценки канцерогенности для человека.

Коротковолновая

Кратковолновая (от 1,6 до 30 МГц) диатермия (где ЭМ-волны используются для генерации тепла) может применяться в качестве терапевтической методики благодаря ее обезболивающему эффекту и глубокой релаксации мышц, однако в значительной степени уступила место ультразвуку. Температура в мышцах может повышаться на 4–6 °C, а в подкожном жире – на 15 °C. Федеральная комиссия по связи (FCC) ограничила частоты, разрешенные для медицинского применения, и большинство аппаратов в США используют частоту 27,12 МГц. Кратковолновая диатермия может применяться как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Последний получил распространение, поскольку непрерывный режим вызывал слишком быстрое и сильное нагревание, что вызывало дискомфорт у пациентов. Нагреваются только ткани, являющиеся хорошими проводниками электричества, такие как кровеносные сосуды и мышцы. Жировая ткань (жир) практически не нагревается от индукционных полей, поскольку электрический ток не проходит через нее. Проводились исследования по применению коротковолнового излучения для терапии рака и стимуляции заживления ран, с определенным успехом. Однако при достаточно высокой энергетической нагрузке коротковолновая энергия может быть вредна для здоровья человека, потенциально повреждая биологические ткани, например, в результате перегрева или индуцирования электрических токов. Предельные значения FCC для максимально допустимого воздействия на рабочем месте коротковолновой радиочастотной энергии в диапазоне 3–30 МГц составляют плотность мощности эквивалентной плоской волны (900/f²) мВт/см², где f – частота в МГц, и 100 мВт/см² в диапазоне 0,3–3,0 МГц. Для неконтролируемого воздействия на широкую публику предел составляет 180/f² в диапазоне 1,34–30 МГц. В 2011 году Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицировало излучение мобильных телефонов как группа 2B – "возможно канцерогенное" (в отличие от группы 2A – "вероятно канцерогенное" и группы 1 – "канцерогенное"). Это означает, что "существует определенный риск" канцерогенности, поэтому необходимы дополнительные исследования долгосрочного и интенсивного использования мобильных телефонов. ВОЗ пришла к выводу в 2014 году, что "за последние два десятилетия было проведено большое количество исследований для оценки потенциального риска для здоровья, связанного с использованием мобильных телефонов. На сегодняшний день не выявлено каких-либо негативных последствий для здоровья, вызванных использованием мобильных телефонов". С 1962 года микроволновой слуховой эффект или тиннитус наблюдается при воздействии радиочастот на уровнях ниже значительного нагрева. Исследования, проведенные в 1960-х годах в Европе и России, показали воздействие на человека, особенно на нервную систему, при воздействии низкоэнергетического радиочастотного излучения; эти исследования в то время подвергались сомнению. В 2019 году журналисты Chicago Tribune проверили уровень излучения смартфонов и обнаружили, что некоторые модели излучают больше, чем заявлено производителями, а в некоторых случаях – больше, чем предельно допустимый уровень воздействия, установленный Федеральной комиссией по связи США. Неясно, привело ли это к какому-либо вреду для потребителей. Некоторые проблемы, по-видимому, связаны со способностью телефона определять близость к человеческому телу и снижать мощность радиоизлучения. В ответ FCC начала самостоятельно тестировать некоторые телефоны, а не полагаться исключительно на сертификаты производителей. Микроволновые и другие радиочастоты вызывают нагревание, которое при высокой интенсивности может привести к ожогам или повреждению глаз, или к гипертермии, как и любой мощный источник тепла. Микроволновые печи используют этот вид излучения и оснащены экранированием для предотвращения его утечки и непреднамеренного нагрева находящихся поблизости предметов или людей.

Shortwave (1.6 to 30 MHz) diathermy (where EM waves are used to produce heat) can be used as a therapeutic technique for its analgesic effect and deep muscle relaxation, but has largely been replaced by ultrasound. Temperatures in muscles can increase by 4–6 °C, and subcutaneous fat by 15 °C. The FCC has restricted the frequencies allowed for medical treatment, and most machines in the US use 27.12 MHz. Shortwave diathermy can be applied in either continuous or pulsed mode. The latter came to prominence because the continuous mode produced too much heating too rapidly, making patients uncomfortable. The technique only heats tissues that are good electrical conductors, such as blood vessels and muscle. Adipose tissue (fat) receives little heating by induction fields because an electrical current is not actually going through the tissues. Studies have been performed on the use of shortwave radiation for cancer therapy and promoting wound healing, with some success. However, at a sufficiently high energy level, shortwave energy can be harmful to human health, potentially causing damage to biological tissues, for example by overheating or inducing electrical currents. The FCC limits for maximum permissible workplace exposure to shortwave radio frequency energy in the range of 3–30 MHz has a plane wave equivalent power density of (900/f2) mW/cm2 where f is the frequency in MHz, and 100 mW/cm2 from 0.3 to 3.0 MHz. For uncontrolled exposure to the general public, the limit is 180/f2 between 1.34 and 30 MHz. In 2011, International Agency for Research on Cancer (IARC) classified mobile phone radiation as Group 2B "possibly carcinogenic" (rather than Group 2A "probably carcinogenic" nor the "is carcinogenic" Group 1). That means that there "could be some risk" of carcinogenicity, so additional research into the long term, heavy use of mobile phones needs to be conducted. The WHO concluded in 2014 that "A large number of studies have been performed over the last two decades to assess whether mobile phones pose a potential health risk. To date, no adverse health effects have been established as being caused by mobile phone use." Since 1962, the microwave auditory effect or tinnitus has been shown from radio frequency exposure at levels below significant heating. Studies during the 1960s in Europe and Russia claimed to show effects on humans, especially the nervous system, from low energy RF radiation; the studies were disputed at the time. In 2019, reporters from the Chicago Tribune tested the level of radiation from smartphones and found that certain models emitted more than reported by the manufacturers and in some cases more than the U. S. Federal Communications Commission exposure limit. It is unclear if this resulted in any harm to consumers. Some problems apparently involved the phone's ability to detect proximity to a human body and lower the radio power. In response, the FCC began testing some phones itself rather than relying solely on manufacturer certifications. Microwave and other radio frequencies cause heating, and this can cause burns or eye damage if delivered in high intensity, or hyperthermia as with any powerful heat source. Microwave ovens use this form of radiation, and have shielding to prevent it from leaking out and unintentionally heating nearby objects or people.

Милиметровые волны

В 2009 году транспортная служба безопасности США (TSA) внедрила сканеры тела в качестве основного метода досмотра в аэропортах, начиная со сканеров обратного рассеяния рентгеновского излучения, использующих ионизирующее излучение, которые Европейский Союз запретил в 2011 году из-за опасений по поводу здоровья и безопасности. Затем появились сканеры миллиметрового диапазона, не использующие ионизирующее излучение. Подобным образом, технология WiGig для персональных сетей открыла микроволновый диапазон 60 ГГц и выше для регулирования норм SAR-излучения. Ранее микроволновые приложения в этих диапазонах использовались для спутниковой связи типа "точка-точка" с минимальным воздействием на человека.

Инфракрасная

Инфракрасные длины волн, превышающие 750 нм, могут вызывать изменения в хрусталике глаза. Катаракта стеклодувов – пример тепловой травмы, повреждающей переднюю капсулу хрусталика у незащищенных стеклоделов и рабочих, занятых в металлургии. Изменения, подобные катаракте, могут возникать у работников, наблюдающих за раскаленным стеклом или железом без защитных очков в течение длительного времени на протяжении многих лет. Воздействие инфракрасного излучения, близкого к видимому свету (IR A), приводит к увеличению выработки свободных радикалов. Кратковременное воздействие может быть полезным (активируя защитные механизмы), в то время как длительное – к фотостарению. Важным фактором также является расстояние между работником и источником излучения. В случае дуговой сварки инфракрасное излучение быстро ослабевает с увеличением расстояния, поэтому на расстоянии более девяноста сантиметров от места сварки оно уже не представляет опасности для глаз, в то время как ультрафиолетовое излучение остается опасным. Именно поэтому сварщики используют тонированные защитные очки, а окружающие – прозрачные, фильтрующие УФ-излучение.

Видимый свет

Фотическая ретинопатия – это повреждение макулярной области сетчатки глаза, возникающее в результате длительного воздействия солнечного света, особенно при расширенных зрачках. Это может произойти, например, при наблюдении солнечного затмения без надлежащей защиты глаз. Солнечное излучение вызывает фотохимическую реакцию, которая может привести к зрительному ослеплению и скотоме. Первичные поражения и отек обычно проходят через несколько недель, но могут оставить после себя стойкое снижение остроты зрения. Лазеры средней и высокой мощности потенциально опасны, поскольку могут вызывать ожоги сетчатки глаза и даже кожи. Для контроля риска травм различные стандарты – например, ANSI Z136 в США, EN 60825 1/A2 в Европе и IEC 60825 на международном уровне – классифицируют лазеры в зависимости от их мощности и длины волны. Нормативные документы предписывают необходимые меры безопасности, такие как маркировка лазеров специальными предупреждениями и использование защитных очков при работе с лазерами (см. Безопасность при работе с лазерами). Как и в случае с инфракрасным и ультрафиолетовым излучением, сварка создает интенсивную яркость в видимом спектре, которая может вызвать временную слепоту. Некоторые источники утверждают, что не существует минимально безопасного расстояния для воздействия этого излучения без адекватной защиты глаз.

Ультрафиолетовые

Солнечный свет содержит достаточно ультрафиолетовой энергии, чтобы вызвать солнечный ожог в течение нескольких часов после воздействия, при этом степень тяжести ожога увеличивается с продолжительностью воздействия. Этот эффект является кожной реакцией, называемой эритемой, которая вызывается достаточно сильной дозой УФ-В. УФ-излучение Солнца делится на УФ-А и УФ-В: поток солнечного УФ-А в 100 раз превышает поток УФ-В, но эритемальная реакция в 1000 раз сильнее для УФ-В. Это воздействие может усиливаться на больших высотах и при отражении от снега, льда или песка. Поток УФ-В в 2–4 раза выше в середине дня, в течение 4–6 часов, и не подвергается значительному поглощению облачным покровом или слоем воды толщиной до одного метра. Ультрафиолетовый свет, особенно УФ-В, может вызывать катаракту, и есть данные, свидетельствующие о том, что ношение солнцезащитных очков в раннем возрасте может замедлить ее развитие в дальнейшем. Большая часть ультрафиолетового излучения Солнца фильтруется атмосферой, поэтому пилоты авиакомпаний часто страдают от катаракты из-за повышенного уровня УФ-излучения в верхних слоях атмосферы. Предполагается, что истощение озонового слоя и, как следствие, увеличение уровня УФ-излучения на земле может привести к росту заболеваемости катарактой в будущем. Следует отметить, что хрусталик фильтрует УФ-излучение, поэтому при его удалении хирургическим путем можно увидеть УФ-свет. Длительное воздействие ультрафиолетового излучения Солнца может привести к меланоме и другим злокачественным новообразованиям кожи. Существуют убедительные доказательства того, что ультрафиолетовое излучение, особенно неионизирующие волны среднего диапазона УФ-В, является причиной большинства немеланомных раков кожи, которые являются наиболее распространенными формами рака в мире. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 300 нм (актинические лучи) может повредить эпителий роговицы. Чаще всего это происходит в результате воздействия солнца на большой высоте и в районах, где короткие волны легко отражаются от ярких поверхностей, таких как снег, вода и песок. УФ-излучение, генерируемое сварочной дугой, также может повредить роговицу, вызывая состояние, известное как "электрическая дуга" или вспышка сварки – форму фотокератита. Флуоресцентные лампы и трубки генерируют ультрафиолетовый свет внутри себя. Обычно он преобразуется в видимый свет фосфорным слоем внутри защитного покрытия. Если слой трескается из-за неправильного обращения или производственного брака, УФ-излучение может выходить на уровень, способный вызвать солнечный ожог или даже рак кожи.

Sunlight includes sufficient ultraviolet power to cause sunburn within hours of exposure, and the burn severity increases with the duration of exposure. This effect is a response of the skin called erythema, which is caused by a sufficient strong dose of UV B. The Sun's UV output is divided into UV A and UV B: solar UV A flux is 100 times that of UV B, but the erythema response is 1,000 times higher for UV B. This exposure can increase at higher altitudes and when reflected by snow, ice, or sand. The UV B flux is 2–4 times greater during the middle 4–6 hours of the day, and is not significantly absorbed by cloud cover or up to a meter of water. Ultraviolet light, specifically UV B, has been shown to cause cataracts and there is some evidence that sunglasses worn at an early age can slow its development in later life. Most UV light from the sun is filtered out by the atmosphere and consequently airline pilots often have high rates of cataracts because of the increased levels of UV radiation in the upper atmosphere. It is hypothesized that depletion of the ozone layer and a consequent increase in levels of UV light on the ground may increase future rates of cataracts. Note that the lens filters UV light, so if it is removed via surgery, one may be able to see UV light. Prolonged exposure to ultraviolet radiation from the sun can lead to melanoma and other skin malignancies. Clear evidence establishes ultraviolet radiation, especially the non ionizing medium wave UVB, as the cause of most non melanoma skin cancers, which are the most common forms of cancer in the world. Ultraviolet radiation of wavelengths shorter than 300 nm (actinic rays) can damage the corneal epithelium. This is most commonly the result of exposure to the sun at high altitude, and in areas where shorter wavelengths are readily reflected from bright surfaces, such as snow, water, and sand. UV generated by a welding arc can similarly cause damage to the cornea, known as "arc eye" or welding flash burn, a form of photokeratitis. Fluorescent light bulbs and tubes internally produce ultraviolet light. Normally this is converted to visible light by the phosphor film inside a protective coating. When the film is cracked by mishandling or faulty manufacturing then UV may escape at levels that could cause sunburn or even skin cancer.

Регулирование

В Соединенных Штатах неионизирующее излучение регулируется Законом о контроле за радиацией в целях охраны здоровья и безопасности 1968 года и Законом об охране труда и технике безопасности 1970 года.