щенной (МПД), которая обусловливает биологический эффект. Однако МПД сложным образом зависит от частоты излучения, формы и массы объекта, его ориентации в поле. Поэтому актуально преобразование зависимости биологических эффектов от ППЭ в аналогичные зависимости от МПД. В данной работе проведен сравнительный анализ и математическое моделирование чувствительности лабораторных животных (мыши, крысы, кролики, собаки) к СВЧ-облучению в зависимости от ППЭ и МПД.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Для реализации поставленной цели необходимо было преобразовывать ППЭ в МПД для различных условий облучения. Для этого была использована следующая методика. В качестве количественного параметра, характеризующего поглощение СВЧ-энергии животными разной формы и размеров, мы использовали удельное сечение поглощения (а, см2/г). Удельное сечение поглощения эквивалентно значению МПД на единицу ППЭ и по результатам калориметрических измерений [5] определяется соотношением:
а = бДдаППЭ^л), (1)
где
Q/(míобл) = МПД, (2)
где Q - поглощенная энергия, т - масса объекта, ППЭ - плотность потока энергии, гобл - продолжительность облучения. Отметим, что удельное сечение поглощения, определяемое уравнением (1), сложным образом зависит от мощности поглощенной дозы, которая, в свою очередь, зависит от частоты излучения.
Значение величины удельного сечения поглощения позволяет исследователям, обладающим лишь сведениями о значениях используемых ППЭ, оценивать МПД по формуле:
МПД = ППЭа. (3)
Ранее в работе [6] показано соответствие экспериментальных данных, полученных в нашей лаборатории по определению удельного сечения поглощения для различных животных и их ориен-таций в СВЧ-поле, с результатами теоретических расчетов, проведенных американскими исследователями и опубликованными в обширном справочнике [7]. Совокупность этих данных позволяет оценивать значение удельного сечения поглощения (а), а затем трансформировать измеренную ППЭ в МПД по уравнению (3) при самых разнообразных условиях облучения.
Описанная методика перехода от ППЭ к МПД была применена к нашим ранее опубликованным результатам [5, 6], которые были уточнены в процессе выполнения данной работы, а также к об-
ширным экспериментальным данным о зависимости гибели животных в процессе СВЧ-облуче-ния от ППЭ, опубликованных другими авторами [2-4]. В работах [5, 6] было использовано 300 мышей, 300 крыс и 40 кроликов. Животных облучали при частоте 7 ГГц (Н-ориентация тела) и при 460 МГц (Е-ориентация). В первом случае большая ось животного располагалась параллельно вектору магнитной составляющей ЭМИ, во втором - электрической составляющей. В работах [2-4] было использовано более 3000 мышей, 2000 крыс и 150 собак. Лабораторных животных облучали при частоте 2.4 ГГц преимущественно для Е-ориентации тела при следующих ППЭ: 800, 500, 300, 200, 80, 60 мВт/см2 (мыши, крысы); 500, 300, 100 мВт/см2 (собаки). Детали экспериментов описаны в только что процитированных работах. На основании этих данных можно получить взаимосвязь между ППЭ и продолжительностью облучения, обусловливающих какой-либо уровень наблюдаемого эффекта. Для удобства выявления общих закономерностей в данной работе это сделано на уровне 50% гибели животных.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Зависимость продолжительности жизни (г) в процессе облучения (7 ГГц) лабораторных животных от ППЭ представлена на рис. 1, А. Кривые построены для мышей (кривая 1), крыс (кривая 2) и кроликов (кривая 3). Количественно эти зависимости можно описать в виде следующих уравнений (соответственно для мышей, крыс и кроликов):
г = 1.01ППЭ101, (4)
г = 3.8ППЭ-096, (5)
г = 7.4ППЭ10, (6)
где г - продолжительность жизни животных, мин; ППЭ - Вт/см2. Уравнения регрессии здесь и далее рассчитывали, используя метод наименьших квадратов. Из этих уравнений видно, что продолжительность жизни животных обратно пропорциональна ППЭ, поскольку показатели степени близки к единице. Эти уравнения и данные, представленные на рис. 1, А, показывают, что для всех значений ППЭ с увеличением массы животных продолжительность их жизни возрастает. Таким образом, если взять ППЭ в качестве параметра, характеризующего СВЧ-воздействие, можно сделать вывод, что мыши более чувствительны к СВЧ-облучению, чем крысы, которые, в свою очередь, более чувствительны, чем кролики, т.е. с увеличением массы животного уменьшается их чувствительность к СВЧ-воздействию.
Зависимость продолжительности жизни лабораторных животных в процессе облучения от МПД показана на рис 1, Б. Для представления
Рис. 1. Зависимость продолжительности жизни мышей (1), крыс (2) и кроликов (3) в процессе СВЧ-облучения частотой 7 ГГц: А - от плотности потока энергии (ППЭ); Б - от мощности поглощенной дозы (МПД).
данных в зависимости от МПД мы воспользовались формулой (3) перехода от ППЭ к МПД. Значения удельного сечения поглощения (а) равны соответственно для мышей, крыс и кроликов 0.42, 0.22 и 0.07 см2/г для Н-поляризации на частоте 7 ГГц. Количественно эти кривые описаны следующими уравнениями (соответственно для мышей, крыс и кроликов):
г = 1.5 х 103МПД-121, (7)
г = 6.5 х 102МПД-0%, (8)
г = 5.3 х 102МПД-101, (9)
где г - продолжительность жизни животных, мин; МПД - Вт/кг. Видно, что при таком представлении результатов наблюдаются закономерности, качественно отличающиеся от тех, которые были получены на основании данных рис. 1, А. Проведенные нами преобразования зависимостей продолжительности жизни мышей, крыс и кроликов от ППЭ в аналогичные зависимости от МПД выявили принципиальные различия в характере этих зависимостей. Из рис. 1, Б видно, что существуют два принципиально различных диапазона мощностей поглощенных доз: в диапазонах МПД менее 30 Вт/кг с увеличением массы животного продолжительность их жизни уменьшается и, наоборот, в диапазоне мощностей поглощенных доз выше 30 Вт/кг крысы живут дольше, чем мыши; кролики живут дольше по сравнению с крысами и мышами, т.е. с увеличением массы животного
продолжительность их жизни возрастает. Такого заключения нельзя сделать, если в качестве параметра СВЧ-воздействия использовать ППЭ.
Взаимосвязь между ППЭ ЭМИ (2.4 ГГц) и продолжительностью облучения, обусловливающих 50%-ную гибель животных, представлена на рис. 2, А для гибели мышей (кривая 1), крыс (кривая 2) и собак (кривая 3). Экспериментальные точки получены на основании усреднения данных, опубликованных в работах [2-4]. Количественно эти взаимосвязи описываются следующими уравнениями (соответственно для мышей, крыс и собак):
ППЭ = 3.8 х 102г0-7, (10)
ППЭ = 6.4 х 102г0-7, (11)
ППЭ = 1.8 х 103г0-8, (12)
где г - продолжительность жизни животных, мин; ППЭ - мВт/см2. Из данных, представленных на рис. 2, А, видно, что при одинаковых значениях ППЭ 50%-ная гибель мышей достигается быстрее, чем 50%-ная гибель крыс, а крысы, в свою очередь, погибают быстрее, чем собаки. Таким образом, если взять ППЭ в качестве параметра, характеризующего СВЧ-воздействие, можно сделать вывод, что мыши более чувствительны к не-ионизирующим ЭМИ, чем крысы, которые более чувствительны, чем собаки, т.е. с увеличением массы животного возрастает их устойчивость к СВЧ-воздействию.
ППЭ, мВт/см2 104
103
102
101
10
А
МПД, Вт/кг 103г
• 1
102
101
-1
100
100
Б
101 102 10-1 100 Продолжительность облучения, мин
101
102
Рис. 2. Взаимосвязь между плотностью потока энергии (А), мощностью поглощенной дозы (Б) и продолжительностью облучения, обусловливающих 50%-ную гибель животных, при облучении ЭМП частотой 2.4 ГГц. 1 - мыши, 2 -крысы, 3 - собаки.
Полученная взаимосвязь между МПД СВЧ-из-лучения и продолжительностью облучения, обусловливающих 50%-ную гибель животных, представлена на рис. 2, Б. Для представления данных в зависимости от МПД мы воспользовались формулой (3) перехода от ППЭ к МПД. Значения удельного сечения поглощения (а) равны соответственно для мышей, крыс и собак 0.65; 0.21 и 0.03 см2/г для Е-поляризации на частоте 2.4 ГГц. Полученные кривые описываются следующими уравнениями (соответственно для мышей, крыс и собак):
МПД = 2.5 х 102Г°-7, МПД = 1.3 х 102г -07, МПД = 5.4 х 10га8,
(13)
(14)
(15)
где г - продолжительность жизни животных, мин; МПД - Вт/кг. Из рис. 2, Б следует, что радиоволновая чувствительность возрастает, а не убывает в ряду: мыши, крысы, собаки.
Зависимость продолжительности жизни в процессе облучения ЭМИ (0.46 ГГц) лабораторных животных от ППЭ представлена на рис. 3, А для крыс (кривая 1) и кроликов (кривая 2). Экспериментальные данные были опубликованы ранее [5] и описываются следующими уравнениями (соответственно для крыс и кроликов):
г = 1.25ППЭ
,-1.22
г = 2.6ППЭ
-1.12
(16) (17)
где г - продолжительность жизни животных, мин; ППЭ - Вт/см2. Из данных, представленных на рис. 3, А, видно, что для всех значений ППЭ с увеличением массы животных продолжительность их жизни возрастает. Таким образом, если взять ППЭ в качестве параметра, характеризующего СВЧ-воздействие, можно сделать вывод, что крысы более чувствительны к неионизирующим ЭМИ, чем кролики, т.е. с увеличением массы животного уменьшается их чувствительность к СВЧ-воздействию.
Зависимость продолжительности жизни лабораторных животных в процессе СВЧ-облучения от МПД представлена на рис. 3, Б. Для представления данных в зависимости от МПД мы воспользовались формулой (3). Значения удельного сечения поглощения (а) равны соответственно для крыс и кроликов 0.41 и 0.13 см2/г для Е-поляризации на частоте 0.46 ГГц. Эти кривые описываются следующими уравнениями (соответственно для крыс и кроликов):
г = 1.9 х 103мпд-122, г = 6.2 х 102мпд-112,
(18) (19)
где г - продолжительность жизни животных, мин; МПД - Вт/кг. Проведенные преобразования зависимостей продолжительности жизни крыс и кроликов от ППЭ в аналогичные зависимости от МПД, как и в предыдущих случаях, выявили принципиальные различия в характере этих зависимостей. Из данных рис. 3, Б видно, что во всем
2
Продолжительность жизни, мин 102г
А
101
100 10
-2
Б
10-1 ППЭ, Вт/см2
100 100
101 102 МПД, Вт/кг
103
Рис. 3. Зависимость продолжительности жизни лабораторных животных в процессе СВЧ-облучени
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.