Сотовая связь: оценка электромагнитной нагрузки

1. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОНИТОРИНГ

1.1        ИСТОЧНИКИ ЭМП

1.2 ВЛИЯНИЕ ЭМП НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

1.3 ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭМП СВЧ ДИАПАЗОНА

1.4 ИНСТРУМЕНТАЛЬРЫЙ КОНТРОЛЬ УРОВНЕЙ ЭМП РАДИОСРЕДСТВ

2.   МЕТОДИКА РАСЧЕТНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭМН

2.1 МЕТОД ОЦЕНКИ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЭМН

2.2        МЕТОД ОЦЕНКИ КОЛЛЕКТИВНОЙ ЭМН

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ЭМН, СОЗДАВАЕМОЙ МОБИЛЬНЫМИ СРЕДСТВАМИ СВЯЗИ

3.1        ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ

3.2        ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛЛЕКТИВНОЙ НАГРУЗКИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Отличительной особенностью современного этапа развития человечества является переход комплекса опасностей, имевших место в техносфере, в гео- и биосферу. Если буквально 20 - 25 лет назад воздействию значимых уровней электромагнитного излучения (ЭМИ) подвергался ограниченный круг людей-профессионалов, то в настоящее время можно говорить об угрозе воздействия ЭМИ на все население. Многочисленные радиовещательные и телевизионные станции, системы спутниковой и сотовой связи, навигационные системы оказались размещенными на территориях города и оказывают непосредственное воздействие на здоровье населения.

В настоящее время в связи с хозяйственной деятельностью человека уровень ЭМИ антропогенного происхождения в десятки тысяч раз превысил естественный электромагнитный фон. Масштабы электромагнитного загрязнения стали столь существенными, что Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в 1992г. включила эту проблему в число актуальных проблем человечества (1). По мнению ее экспертов, уровень электромагнитного загрязнения окружающей среды уже сравним с уровнем загрязнения среды вредными химическими веществами и в самое ближайшее время может превзойти его. Таким образом, сформировался новый существенный фактор окружающей среды - ЭМИ антропогенного происхождения. Особенность ситуации заключается в том, что природные электромагнитные поля – фактор поддержания жизни на Земле, а вызванное деятельностью человека искусственное электромагнитное загрязнение отрицательно влияет на все живое и является причиной многих заболеваний.

Актуальность и важность проблемы для России была определена Постановлением Президиума РАМН еще в 1994г. В решении Межведомственной Комиссии Совета Безопасности Российской Федерации по экологической безопасности №2-2 от 20.02.96г. указано, что "неблагоприятное воздействие на человека и окружающую среду электромагнитных излучений принимает опасные размеры" (2).

В последнее десятилетие сотовая связь стала приоритетным направлением в развитии телекоммуникационного рынка России и многих развитых стран. В основе данной технологии лежат электромагнитные поля сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, создаваемые передающими и принимающими аппаратами. На первый взгляд, уровни ЭМИ невысоки, но каков результат из воздействия на живой организм в хроническом многолетнем режиме, до сих пор не известно. Учеными разных стран проводились многочисленные исследования по влиянию электромагнитных полей сотовых телефонов (ЭМП СТ) на пользователей. Были получены неоднозначные выводы, требующие дополнительного углубленного изучения на большей статистической выборке.

В настоящее время под эгидой ВОЗ проводится программа медико-биологических исследований по определению приемлемого риска воздействия ЭМИ СТ, в которой участвуют ученые более 40 стран. Окончательные результаты исследований будут получены не ранее 2008 года. Однако уже сейчас на основе предварительных результатов исследований ВОЗ сформулировала ряд рекомендаций ограничительного характера. Данная позиция была полностью поддержана Российским национальным комитетом по защите от неионизирующих излучений и Минздравом России (3).

В настоящей работе в качестве ознакомления рассмотрены источники электромагнитного загрязнения, приведены данные о действии электромагнитных полей на биологические объекты (в частности, данные о влиянии ЭМП СВЧ диапазона на здоровье человека), а также методы оценки электромагнитной нагрузки (ЭМН).

Целью работы явилась оценка ЭМН, создаваемой сотовыми телефонами (СТ) в связи с характерным ростом числа пользователей сотовой связи.

1. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОНИТОРИНГ

1.1 ИСТОЧНИКИ ЭМП

Электромагнитные поля (ЭМП) окружают нас всегда.

Источники ЭМП делят на природные и антропогенные.

К природным источникам ЭМП относят постоянные электрическое и магнитное поля Земли, а также радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, галактики и пр.) или при некоторых процессах, происходящих в атмосфере Земли (например, разряды молнии).

В соответствии с международной классификацией антропогенные источники электромагнитных полей (ЭМП) делятся на две группы (приложение 1):

группа 1- источники, генерирующие так называемые крайне низкие и сверхнизкие частоты от 0 Гц до 3 кГц;

группа 2- источники, генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 30 кГц до 300 ГГЦ, включая микроволны (СВЧ- излучение) в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц

К первой группе относят все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (ЛЭП, трансформаторные подстанции, электростанции, системы электропроводки, различные кабельные системы); домашняя и офисная электро- и электронная техника; транспорт на электроприводе: ж/д транспорт и его инфраструктура; городской транспорт- метро, троллейбусы, трамваи.

Для данной работы представляет интерес вторая группа источников, которая отличается гораздо большим разнообразием как по назначению, так и по режимам излучения. Основную массу составляют так называемые функциональные передатчики - это источники ЭМП в целях передачи или получения информации, излучающие ее контролируемым образом в окружающую среду. Кроме них во вторую группу входят различное технологическое оборудование (50Гц-1МГц), медицинские терапевтические и диагностические установки (20МГц-3ГГц), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы ПК, телевизоры и др.). Характерные параметры источников ЭМП этой группы приведены в приложении 2.

В последние годы в нашу жизнь устойчиво вошли мобильные телефоны. Если в 1997г. число пользователей сотовой связью в России составляло около 150 тыс. человек, то в настоящее время эта цифра уже составляет более 3 млн. абонентов. Сотовая связь состоит из сети базовых станций (БС) и ручных персональных радиотелефонов. БС расположены на расстоянии от 1 до 15 км друг от друга, образуя между собой так называемые "соты". Обмен информацией между ними осуществляется посредством радиорелейной связи. БС обеспечивают связь с персональными ручными радиотелефонами (мобильными телефонами) на частотах 450-1800 МГц. Частота и вид модуляции зависит от типа сотовой связи. На сегодняшний день основные системы сотовой связи в России- NMT-450, GSM-900/1800. Ручные телефоны сотовой связи имеют мощность от 0,2 до 7 Вт. Выходная мощность коррелирует с частотой, на которой он работает. Чем выше частота, тем ниже выходная мощность (2). Диапазон частот и излучаемая мощность сотовых телефонов приведены в приложении 3.

1.2 ВЛИЯНИЕ ЭМП НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

С гигиенической точки зрения ЭМИ не являются чуждым организму фактором. Электромагнитная среда нашей планеты определяется в основном электрическим и магнитным квазистатическими полями Земли, атмосферным электричеством, радиоизлучением Солнца и Галактик, а также полем искусственных источников. По-видимому, полное отсутствие электромагнитного поля так же нецелесообразно, как и его "излишек" (4).

Приведем очень интересные данные о неблагоприятном действии гипомагнитной среды (в условиях полного экранирования геомагнитного поля). При длительном пребывании в экспериментальных условиях у животных регистрируется преждевременная смерть на фоне резких нарушений физиологических и биохимических процессов, наблюдается атипический рост клеток и тканей, нарушение морфологии и функционирования внутренних органов. Так, у мышей была зарегистрирована структурная реорганизация миокарда, проявляющаяся в уменьшении объемного соотношения капилляров и кардиомиоцитов, что приводило к развитию гемодинамических нарушений. У микроорганизмов в гипомагнитных условиях проявляются мутантные формы клеток. Таким образом, полное отсутствие воздействия рассматриваемого фактора также может вызвать негативные биологические изменения, что лишний раз свидетельствует о важной роли воздействия ЭМП.

Особенностью воздействия ЭМП на живые организмы является его "резонансный характер". То есть, существенное значение имеют не только интенсивность ЭМИ, но и частотные характеристики, т.к. в случае совпадения частот внешних ЭМП с собственными колебаниями биомолекул клеточных мембран может происходить многократное усиление биологического действия. В этом же контексте можно рассматривать и исключительно высокую биологическую активность модулированных ЭМП. При этом модуляция (частота подачи импульсов) резко увеличивает эффективность воздействия ЭМП независимо от основной (несущей) частоты, если синхронизирована с собственными ритмами биологической системы. Установленная зависимость биологического эффекта ЭМП от их частотных характеристик позволяет объяснить тот факт, что переменное МП промышленных частот (50-60 Гц) оказывает выраженное воздействие на человека уже при величине индукции всего 0,2-0,4 мкТл, в то время как магнитное поле Земли (50-70 мкТл) не оказывает негативного влияния на биологические объекты и относится к естественным факторам окружающей среды (по частотным характеристикам оно относится к статическим полям) (5).

Несмотря на большое число публикаций, посвященных изучению последствий воздействия ЭМП на биообъекты, до сих пор нет единого мнения о механизмах воздействия ЭМИ на живой организм. Только с помощью экспериментальных и клинических исследований можно оценить характер воздействия ЭМИ на организм человека.

Характер взаимодействия электромагнитной волны с биологическим объектом определяется как параметрами излучения, так и физическими свойствами среды биологического объекта, в которой распространяется электромагнитная волна (диэлектрической проницаемостью, электрической проводимостью), а также параметрами, зависящими от этих величин: длиной электромагнитной волны, проникающей в ткани, глубиной проникновения, коэффициентом отражения от границы воздух-ткань.

Как известно, процессы жизнедеятельности имеют в своей основе химические реакции значительной степени сложности. При этом в ограниченном объеме (клетка, клеточная органелла) протекают многочисленные реакции, связанные воедино пространством и временем их реализации. Одной из точек приложения ЭМИ в метаболизме можно считать биохимические реакции, протекающие с образованием свободных радикалов (часть молекулы, которая имеет на внешней электронной орбите неспаренные электроны и в связи с этим обладает парамагнетизмом).

Накоплены сведения (6) о воздействии ЭМИ на такие процессы, как окислительное фосфорилирование, скорость транспорта ионов. Один из возможных механизмов действия магнитных полей - его ориентирующее действие на жидкие кристаллы клеточных мембран, что ведет к изменению их проницаемости.

Наиболее чувствительна к воздействию ЭМИ нервная система. Электроэнцефалографическими методами выявлены нарушения в собственных электрических потенциалах организма при его взаимодействии с внешними ЭМП. Практически все диапазоны ЭМИ оказывают дезактивирующее влияние на электрические процессы в коре и подкорковых образованиях головного мозга. Функционально это проявляется в изменениях простой двигательной реакции порога обонятельной чувствительности, памяти и внимания, соотношении между процессами возбуждения и торможения в центральной нервной системе (ЦНС), в замедлении выборки сложных динамических стереотипов. Следствием указанных отклонений на уровне целостного организма являются повышенная утомляемость, головные боли, расстройство памяти и сна, раздражительность. По мнению ряда исследователей, механизм действия ЭМП различной частоты на организм представляется как результат опосредованного действия через ЦНС, но также возможно непосредственное влияние на его биохимические и биоэлектрические процессы в тканях и органах (7).

Значительно выражено гонадо- и эмбриотропное действие ЭМИ. Критериями оценки функциональных и патологических сдвигов со стороны производящей системы служат обычно морфологические изменения (дегенерация, пикноз клеточных элементов сперматогенного эпителия, изменения в соотношении клеточных форм, цитохимические сдвиги), гормональные нарушения эстральной и сперматогенной функции. Общее, что показывают многие исследования при воздействии ЭМИ на животных - это снижение репродуктивной способности самок и тератогенные изменения в потомстве, нарушение эстрального цикла, снижение функционального состояния сперматозоидов. Некоторые авторы даже считают, что функция производства женских половых гормонов более чувствительна к ЭМИ (8).

При воздействии ЭМИ появляются изменения в иммунных и адаптационных системах, снижается фагоцитарная активность нейтрофилов и повышается бактерицидная активность крови.

Система кровообращения отвечает на воздействие ЭМИ фазовыми реакциями тонуса сосудов (повышение и понижение артериального давления) и сердечного ритма. Наблюдаемые эффекты можно рассматривать не только как результаты непосредственного действия ЭМИ на систему кровообращения, но и как результат нарушения ее регуляции.

Данные многочисленных экспериментальных и клинических исследований позволяют сделать вывод о существовании неблагоприятных аспектов действия ЭМИ на биологические объекты.

1.3 ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭМП СВЧ ДИАПАЗОНА

Наиболее интересным представляется исследование влияния ЭМП, создаваемых сотовыми телефонами (это мобильные приемо-передающие устройства, работающие в СВЧ диапазоне радиочастот (450-1800 МГц)). СВЧ диапазон отличается по своему воздействию на человека от более низких диапазонов радиочастот тем, что такие излучения обладают свойством непосредственного нагрева тканей организма (3).

Привычные методики исследований позволяют увидеть далеко не все эффекты, возникающие под действием слабых излучений. Тем не менее, подавляющее большинство ученых мира считают, что ЭМИ отрицательно влияет на здоровье человека и является причиной целого ряда заболеваний, в первую очередь онкологических, нервной и сердечно-сосудистой системы. Особенно подвержены воздействию ЭМИ дети, женщины в состоянии беременности, люди, страдающие аллергией. Вот результаты некоторых исследований:

При пользовании СТ мозг человека находится в непосредственной близости от источника модулированного ЭМП (антенна СТ располагается на расстоянии 2-5 см от головы человека). На первом месте по чувствительности к воздействию ЭМП, без сомнения, стоит нервная система (об этом свидетельствуют убедительные медицинские показания). Реакции на воздействия ЭМП радиочастот сходны вне зависимости от частотного диапазона. Во всех работах клинического плана авторы регистрировали у лиц, подвергающихся хроническому воздействию ЭМИ малой интенсивности, высокий в сравнении с контролем, уровень функциональных нарушений ЦНС. Это астенический, астеновегетативный синдромы, вегетативная дисфункция. Клинические данные указывают на неустойчивость эмоционального поведения и активного внимания, свидетельствующие о нарушении стабилизации ЦНС. Установлены типичные для хронического воздействия ЭМП расстройства в виде жалоб на головную боль, повышенную утомляемость, раздражительность, нарушения сна и памяти (9).

Основываясь на данных многолетних фундаментальных исследований по биоэффектам ЭМИ, можно прогнозировать у пользователей мобильными телефонами развитие других патологических изменений в организме. У контактирующих с ЭМИ чаще, чем в контрольной группе, диагностируются заболевания сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, снижение иммунитета, нарушения репродуктивной функции. У женщин регистрируются изменения менструального цикла и детородной функции в виде токсикозов беременности и самопроизвольных абортов. У мужчин наблюдается угнетение гормональной функции гонад. Указанные нарушения со стороны различных органов и систем рассматриваются специалистами, прежде всего, как следствие нарушения нервной регуляции (9).

Изменения в ЦНС подтверждаются данными электроэнцефалографических исследований. С увеличением продолжительности воздействия ЭМИ растет процент лиц с психической дезадаптацией. Однократное пятнадцатиминутное воздействие излечений мобильного телефона стандарта GSM приводит к активации коры головного мозга, продолжающейся после прекращения облучения. Авторы обосновано указывают на возможность негативного влияния на функцию мозга многократного воздействия ЭМИ СТ. Кратковременное воздействие излучений радиотелефонов GSM влияет на функцию мозга, в частности ускоряет время ответных реакций на предъявляемые стимулы (9)

К сожалению, наукой не изучены механизмы и отдаленные последствия воздействия модулированных ЭМИ сотовой связи. Однако анализ показывает, что имеющиеся данные о влиянии ЭМИ сотовых телефонов вписываются в общую картину имеющихся медицинских доказательств негативного влияния ЭМИ на здоровье человека.

1.4 ИНСТРУМЕНТАЛЬРЫЙ КОНТРОЛЬ УРОВНЕЙ ЭМП РАДИОСРЕДСТВ

сотовый мобильный связь излучение нагрузка

Электромагнитный мониторинг предполагает оценку (расчет и инструментальный контроль) электромагнитной обстановки в районе размещения излучающего средства на всех стадиях проектирования, строительства и реконструкции с целью контроля соответствия уровней ЭМП с действующими нормативами ПДУ (2).

Документами, регламентирующими методы и способы определения уровней ЭМП, являются методические указания (МУК) (9).

Нормативным документом, устанавливающим предельно допустимые уровни (ПДУ) ЭМИ РЧ для населения являются санитарные правила и нормы (11,12,13).

Для измерений уровней ЭМП в диапазоне частот 300 МГЦ-2400 МГц используются средства измерения, предназначенные для определения среднего значения плотности потока энергии (ППЭ).

Инструментальный контроль уровней электромагнитного поля производится с целью определения фактического состояния электромагнитной обстановки в районах размещения излучающих средств и служит средством оценки достоверности результатов расчетов.

Периодичность контроля - 1 раза в 3 года.

Определение ППЭ ЭМИ от сотовых телефонов проводят по утвержденным методикам на аттестованных средствах измерения (перечень рекомендуемых измерительных приборов приведен в таблице приложения 4.). При проведении измерений необходимо учитывать фоновые уровни ЭМИ и исключить возможность переизлучения.

Основным фактором, определяющим уровень ППЭ от радиотелефона, является его мощность. Учитывая изменение мощности в зависимости от удаления от БС, целесообразно проводить измерения на максимальном расстоянии применительно к изучаемому населенному пункту. Допускается проведение измерений в стационарных условиях (в здании лаборатории) (14).

Оценка ППЭ, создаваемой носимыми станциями в диапазоне частот 300-800 МГц, проводится на расстояниях от передней панели аппарата, представленных на рис. 1

Рис. 1. Расстояния, на которых следует проводить измерения плотности потока энергии от носимых радиопередающих средств сухопутной подвижной радиосвязи, работающих в диапазоне частот 300-800 МГц.

Оценка ППЭ, создаваемой носимыми станциями в диапазоне частот 800-2400 МГц, проводится на расстоянии 0,37 м. При этом контролируемый уровень ППЭ в диапазоне частот 300- 2400 МГц не должен превышать 3 мкВт/см².

Результаты инструментального контроля интенсивности ЭМП, создаваемого сотовыми телефонами, приведены в приложениях 5 и 6.

Для оценки электромагнитной нагрузки (ЭМН), создаваемой мобильными средствами связи, существует расчетный метод.

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭМН

Расчетный метод оценки электромагнитной нагрузки (ЭМН), создаваемой мобильными средствами связи, заключается в определении индивидуальной и коллективной электромагнитных нагрузок (15)

Доза (нагрузка)- основная мера экспозиции, количественно характеризующая фактор, который воздействует на организм человека (индивидуальная доза) или население (коллективная доза).

Экспозиция- термин, обозначающий воздействие вредного фактора на индивидуальный организм или популяцию людей как с учетом количественной меры фактора, так и времени воздействия.

Расчет индивидуальной и коллективной доз ЭМИ при использовании средств мобильной связи проводится органами Госсанэпиднадзора в целях социально-гигиенического мониторинга и предприятиями связи при осуществлении производственного контроля для определения ЭМН.

2.1 МЕТОД ОЦЕНКИ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЭМН

Расчеты индивидуальной нагрузки производятся по данным Санитарно-эпидемиологических заключений на различные типы средств мобильной связи, а также по результатам инструментальных измерений ЭМИ, проведенных испытательными лабораториями.

Определение индивидуальной нагрузки при использовании сотовых телефонов проводятся по показаниям измерительных приборов с учетом времени ведения переговоров.

Нормируемой величиной является уровень энергетической экспозиции (ЭЭ), выраженный в (мкВт*ч/см²).

Следует учитывать как среднее, так и максимальное время ведения радиотелефонных переговоров в день, выраженное в часах. Соответственно ведется расчет средней (ИН_ср) и максимальной индивидуальной нагрузок (ИН_мах).

Данные об уровне индивидуальной нагрузки используются для оценки неблагоприятного воздействия ЭМИ на здоровье человека, для расчета средних величин и сравнительного анализа разных предприятий, оказывающих услуги связи, для построения динамического ряда за наблюдаемый период времени.

2.2 МЕТОД ОЦЕНКИ КОЛЛЕКТИВНОЙ ЭМН

Определение коллективной нагрузки, создаваемой средствами мобильной связи, проводятся по данным расчета средней и максимальной индивидуальной нагрузок с учетом числа клиентов и персонала, выбранного для изучения предприятия связи, или суммарного количества пользователей изучаемого населенного пункта.

Расчет средней и максимальной коллективной нагрузок (КН_ср и КН_мах) проводится по формуле: КН_ср(мах) =ИН _ср(мах) *n,

где n- число лиц, использующих мобильные средства связи.

Коллективная электромагнитная нагрузка выражается в (мкВт/см²)*ч*чел.

Результаты расчета коллективной электромагнитной нагрузки используются для гигиенической оценки электромагнитной обстановки, для оценки динамических изменений за многолетний период наблюдения.

Для сравнительного анализа различных территорий целесообразно проводить расчет удельной коллективной нагрузки на 1 жителя изучаемого населенного пункта.

Динамические наблюдения позволяют оценить меру влияния ЭМИ от сотовых телефонов на здоровье населения и сделать прогноз состояния популяционного здоровья.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ЭМН, СОЗДАВАЕМОЙ МОБИЛЬНЫМИ СРЕДСТВАМИ СВЯЗИ

3.1ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ

Исходными данными для определения индивидуальной электромагнитной нагрузки служили результаты инструментальных измерений, представленные в приложениях 5 и 6.

Для расчета ИН при использовании сотовых телефонов учитывали официальные данные предприятий связи г. Красноярска о времени ведения радиопереговоров в среднем в день в расчете на 1 пользователя. Данные отражены в таблице 1. Под максимальным временем подразумевается среднее время ведения переговоров персоналом предприятия связи, а под средним - абонентами (клиентами) предприятия связи.

Табл.1

Время ведения радиотелефонных переговоров в среднем в день в расчете на 1 пользователя в г. Красноярске