Електромагнітні випромінювання різних діапазонів довжин хвиль та живі організми

Взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною. Особливості поширення електромагнітних хвиль радіочастотного діапазону в живих тканинах. Характеристики полів, що створюються тілом людини. Електронні переходи в збудженій молекулі. Фоторецепторні клітини.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Електромагнітні випромінювання різних діапазонів довжин хвиль та живі організми

1. Взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною

Електричне і магнітне поля можуть взаємно перетворюватися одне в інше. Вони створюють єдине електромагнітне поле. Електромагнітне поле, що поширюється в середовищі, або вакуумі, називається електромагнітною хвилею, або електромагнітним випромінюванням.

Основною характеристикою електромагнітної хвилі є довжина хвилі . Для характеристики електромагнітного випромінювання користуються поняттями: інтенсивність випромінювання, потік випромінювання, або потужність енергії (див. табл 1).

Біосфера Землі, у тому числі і людина, розвивалися в умовах Сонячного випромінювання. Основним джерелом природного фону радіохвиль на Землі є атмосферні електричні явища (грози, кульові блискавки), радіовипромінювання Сонця і зірок.

Основним природним джерелом випромінювання в інфрачервоному (ІЧ), видимому й ультрафіолетовому (УФ) діапазонах є Сонце, у рентгенівському і - діапазонах - міжзоряні і галактичні події, утворення найновіших зірок.

Електромагнітні хвилі, що йдуть від Сонця, людина відчуває у вигляді сонячного тепла (ІЧ діапазон), Сонячного світла (видимий діапазон), у вигляді пігментації шкіряного покрову - засмагу (УФ діапазон). Рентгенівське і - випромінювання людина безпосередньо не відчуває.

Під час проходження електромагнітної хвилі через шар речовини товщиною інтенсивність хвилі зменшується внаслідок взаємодії електромагнітного поля з атомами і молекулами речовини (закон Бугера):

, (1)

де - інтенсивність падаючого випромінювання, - коефіцієнт ослаблення.

Ослаблення визначається поглинанням і розсіюванням енергії електромагнітної хвилі речовиною. Коефіцієнт ослаблення залежить від природи речовини і довжини хвилі.

2. Особливості поширення електромагнітних хвиль радіочастотного діапазону в живих тканинах

Радіохвилі, що взаємодіють з біологічними структурами, можуть втрачати частину енергії перемінного електричного поля, що перетворюється в теплоту за рахунок:

генерації струмів провідності в електролітах (кров, лімфа, цитоплазма клітин);

поляризації діелектриків тканин організму.

Характерною рисою живих тканин є значна залежність діелектричної проникності і провідності від частоти радіохвиль. На високих і надвисоких частотах внаслідок високої провідності тканин енергія електромагнітних хвиль швидко переходить у тепло, і хвилі дуже швидко загасають у міру проходження тканинами тіла.

Найбільш розроблена теорія про теплову дію НВЧ-полів на біологічні об'єкти. Основні положення цієї теорії такі:

електромагнітна хвиля поляризує молекули речовини;

електромагнітна хвиля впливає на іони біологічних систем і викликає струм провідності;

Максимальне поглинання енергії мікрохвиль відбувається в м'язах і крові, у жировій і кістковій тканинах води менше, і вони менше нагріваються.

Таблиця 1 - Характеристики електромагнітних полів, що створюються тілом людини

	Радіохвилі: ДХ, СХ, КХ, НВЧ, КВЧ	Інфрачервоне випромінювання	Видиме світло	Іонізуюче випромінювання
				Ультрафіолетове випромінювання	Рентгенівське випромінювання	- випромінювання
Довжина хвилі	103 м - 1мм	1 мм - 0,76 мкм	760 нм - 380 нм	400 нм - 10 нм	80 нм - 0,1 нм	0,1 нм та менш
Енергія кванта [еВ]*	1,2х10-9 - 1,2х10-4	1,2х10-4 - 1,6	1,6 - 3,3	3,3 - 120	10 - 0,5х106	0,2х106 та більш
Механізм випромінювання	Прискорений рух електричних зарядів	Випромінювання молекул та атомів	Випромінювання атомів	Випромінювання збудженого ядра
Дія на речовину та живий організм	Поляризація діелектриків, виникнення токів провідності в біологічних рідинах	Фітобіологічні процеси	Іонізація
		Активація фоторецепторів	Активація зорових рецепторів	Фотохімічні реакції на поверхні шкіри
Застосування в терапії та діагностиці	УВЧ - терапія, НВЧ - терапія	Теплове лікування	Світлолікування, лазерна терапія	Світлолікування, УФ - терапія, синтез вітаміну D	Рентгенівська терапія	Гамма-терапія
	Діагностика за допомогою картування теплових полів організму	Люмінесцентні методи діагностики	Рентгенівська діагностика	Радіол нуклід на діагностика

* 1 еВ = 1,60219 х 10 - ¹⁹ Дж

3. Механізми генерації електромагнітних випромінювань живими системами

електромагнітний хвиля фоторецепторний випромінювання

Під механізмами генерації електромагнітних полів живими системами розуміють фізико-хімічні процеси усередині організму, що викликають утворення електромагнітних полів:

квазістатичних полів (низькочастотна складова);

радіохвильового, оптичного випромінювання (високочастотна складова).

Низькочастотна складова

Квазістатичні поля виникають за рахунок трансмембранної різниці потенціалів, що утворюється внаслідок дифузії та активного транспорту молекул і іонів через мембрани. Нагромадження і розподіл на мембрані іонів різних знаків створює в її околі квазістатичні поля.

Високочастотна складова

Ультрафіолетовий діапазон біополя виникає в результаті:

руйнування макромолекул;

перекісного окислювання ліпідів;

внутрішньо молекулярних перебудов електронної структури високоенергетичних молекул.

Оптичне випромінювання. Кванти оптичного випромінювання генеруються:

при вільнорадикальному перекісному окислюванні ліпідів;

при ферментативних реакціях;

у зв'язку з обміном кисню.

Інфрачервоний діапазон. Інтенсивність інфрачервоного випромінювання, що генерується організмом, корелює з метаболічними процесами. Наприклад, у випадку пухлинного процесу рівень оптичного випромінювання знижується, а рівень ІЧ-випромінювання підвищується.

Радіохвилі. До джерел генерації радіохвиль живими системами відносяться процеси утворення і поширення радіохвиль при:

проходженні імпульсів по нейрону;

рухах клітин і ворсинок:

скороченні м'язових волокон;

роботі серця;

перистальтиці кишечника;

зміні електронної структури макромолекул (молекул ДНК, білків);

протіканні біохімічних реакцій.

Електромагнітні поля, що генеруються в біосистемі, поширюються усередині і за межами організму і є необхідним елементом життєдіяльності.

4. Електронні переходи в збудженій молекулі

Кожна молекула має серію заповнених та вільних електронних орбіталей. Поглинання кванта світла призводить до переходу електрона на орбіталь з більшою енергією (молекула при цьому переходить на більш високий енергетичний рівень).

Зворотний перех...