Влияние электромагнитного излучения мобильных телефонов на состояние репродуктивной системы и потомство

© Верещако Г. Г., 2015

© Оформление. РУП «Издательский дом «Беларуская навука», 2015

Условные обозначения

АОК-Zn – антиоксидантный комплекс, содержащий цинк

АКТГ – адренокортикотропный гормон

АСБ – андрогенсвязывающий белок

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота

АФК – активная форма кислорода

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения

Вт/кг – ватт на килограмм – единица удельной поглощенной мощности; производные: мВт/г или мВт/кг

Вт/м2 – ватт на квадратный метр – единица измерения плотности потока энергии (ППЭ); производные: мВт/см2 или мкВт/см2

Гц – герц – единица частоты; производные: МГц, ГГц

ГЭБ – гемато-энцефалический барьер

ДГТ – 5a-дегидротестостерон

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

Кб – килобайт

КСГ – кортико-стероидсвязывающий глобулин

КФК – креатинфосфокиназа

ЛГ – лютеинизирующий гормон

ЛГ-РГ – рилизинг фактор лютеинизирующего гормона

ЛДГ – лактатдегидрогеназа

ЛЭП – линия электропередач

МДА – малоновый диальдегид

МКВ – микроволновой

НЧ – низкие частоты

ПДУ – предельно допустимый уровень

ПОЛ – перекисное окисление липидов

ППЭ – плотность потока энергии

ПСА – простатический специфический антиген

РНК – рибонуклеиновая кислота

РЧ – радиочастоты

СВ – средние волны

СВЧ – сверхвысокие частоты

СГСГ – секс-гормонсвязывающий глобулин

СОД – супероксиддисмутаза

СССГ – секс-стероидсвязывающий глобулин

ТЭСГ – тестостерон-эстрадиолсвязывающий глобулин

УВЧ – ультравысокая частота

УПМ – удельная поглощенная мощность

ФСГ – фолликулостимулирующий гормон

ЦНС – центральная нервная система

эВ – электронвольт

ЭКО – экстракорпоральное оплодотворение

ЭМИ – электромагнитное излучение

ЭМП – электромагнитное поле

СDМА (англ. – Code Division Multiple Access) – Система множественного доступа с кодовым разделением; стандарт мобильной связи.

DFI (англ. – DNA fragmentation index) – Индекс фрагментации ДНК

dUTP – дезоксиуридинтрифосфат

F1 – первое поколение

G2 – период – постсинтетический период клеточного цикла

GSM (англ. – Global System for Mobile Сommunications) – Глобальная система мобильной связи; цифровой стандарт связи

ICNIRP – Международная Комиссия по защите от неионизирующих излучений

IL-1β —интерлейкин-1β

IL-6 – интерлейкин-6

in vitro – вне организма

LH-RH – гонадотропин-рилизинг-гормон, или гонадолюберин (гормон гипоталамуса)

NO' – оксид азота активированный

NOх – оксид азота

SAR (англ. – Specifc Absorption Rate) – удельная поглощенная мощность

SCSA (англ. – sperm chromatin structure assay) – метод для исследования фрагментации ДНК в сперматозоидах

TNFα – фактор некроза опухоли

TUNEL assay (англ. – terminal deoxynucleotidyl transferases (TdT) dUTP assay) – метод исследования, позволяющий обнаружить разрывы ДНК в сперматозоидах

WСDМА (англ. – Wideband Code Division Multiple Access) – широкополосный множественный доступ с кодовым разделением; один из стандартов сотовой связи

Wi-Fi – (англ. – Wireless Fidelity – беспроводная точность) – беспроводная связь (Интернет)

Введение

За последнее столетие окружающая среда человека претерпела существенные изменения. Интенсивное развитие электротехники, радио, телевидения, средств связи, электротранспорта и т. д. привело к глобальному электромагнитному загрязнению [1–4]. Даже в домашних условиях, в быту за относительно небольшой период времени к существующим электромагнитным источникам (электропроводка, холодильники, радиопередающие устройства, телевизоры, пылесосы, стиральные машины) добавилось немало новых широко распространенных искусственных источников электромагнитного излучения, при работе которых возникают электромагнитные поля (ЭМП) различной интенсивности. Достаточно назвать такие излучающие приборы и системы, как компьютеры и их мониторы, СВЧ-печи, мобильные телефоны и смартфоны [5]. Значительный вклад в электромагнитное загрязнение антропогенного происхождения вносит мобильная (сотовая) связь, а также высокоскоростной Интернет, которые приобрели всеобщий характер. Считается, что за последние 10–15 лет уровень ЭМП в наших квартирах увеличился в 5–6 раз [3]. Фактически человек постоянно находится в условиях действия нового фактора окружающей среды – антропогенного электромагнитного загрязнения. ЭМП окружают нас всюду, но мы этого излучения не видим и не чувствуем, так как оно не обнаруживается органами чувств человека, чем усугубляется опасность воздействия.

Сознавая возникшую опасность и принимая во внимание обеспокоенность общественности и правительств, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) создала в 1996 г. Международный проект по электромагнитным полям для оценки научных данных о возможных неблагоприятных последствиях их воздействия на здоровье.

В мае 2011 г. Международное агентство исследования рака ВОЗ (IARC) классифицировало ЭМП сотовых телефонов как возможный канцерогенный фактор для людей, присвоив им группу канцерогенной опасности 2B, т. е. категорию, используемую в случаях, когда взаимосвязь считается надежной, но нельзя с разумной уверенностью исключать случай, погрешность или смешивание [6]. Это решение было основано на увеличенном риске развития рака мозга глиомы, рака мозга высокой злокачественности [7].

В настоящее время ведутся исследования для наиболее полной оценки потенциальных отдаленных последствий пользования мобильными телефонами. В 2012 г. ВОЗ провела официальную оценку риска всех изученных последствий воздействия радиочастотных полей для здоровья. Полученные данные анализируются.

Очевидно, что электромагнитный фон, образуемый различными искусственными источниками электромагнитного излучения (ЭМИ), в том числе и мобильными аппаратами, многократно превышающий естественный электромагнитный фон, не может не оказывать отрицательного влияния на организм, так как он существенно изменяет физические характеристики среды его обитания. ЭМП сотовой связи является единственным источником вредного физического фактора, с которым контактирует практически все население [8]. В связи с масштабами распространения мобильной связи возникает серьезная обеспокоенность в отношении ее экологической безопасности [3, 9]. Имеет значение и то, что человек, который сам не пользуется мобильной связью, но находится рядом с человеком, разговаривающим по телефону, также подвергается облучению. Поэтому мобильный телефон как излучатель волн дециметрового диапазона с большой проникающей способностью представляет опасность не только для индивидуальных пользователей, но и для всех окружающих. Следует учитывать и то обстоятельство, что функциональные изменения в организме под действием ЭМП накапливаются и со временем могут привести к развитию патологических процессов.

ЭМП мобильного телефона, прежде всего, оказывает влияние на головной мозг, так как аппарат пользователя прикладывается к височной области к наружному уху, и находящиеся во внутреннем ухе сложные нервные образования слухового нерва, обеспечивающие нормальную деятельность слухового и вестибулярного анализаторов. Излучение захватывает и сетчатку глаз.

У отдельных людей в зависимости от продолжительности электромагнитного воздействия могут наблюдаться такие проявления, как нарушение сна, снижение памяти и познавательной функции, утомляемость, раздражительность, нарушение гематоэнцефалического барьера, цитологические изменения в нервных клетках мозга [1, 10]. При частом использовании аналоговых телефонов у пользователей отмечается высокий риск развития опухолей височной доли мозга и мозговой оболочки. Использование мобильных телефонов в детском и подростковом возрасте, начиная с 10 лет и более, может увеличить риск развития опухоли мозга у пользователей по сравнению с группой, где сотовые телефоны начали использовать лица в старшем возрасте [11, 12].

Действие ЭМП сотовых телефонов не ограничивается влиянием на головной мозг, оно затрагивает и другие системы организма. Например, известно, что мобильные телефоны, которые мужчины носят в карманах брюк, ухудшают количественные и качественные показатели спермы [13–15]. Это также относится и к Интернету. В связи с этим мужчинам рекомендуют держать подключенные Wi-Fi устройства подальше от половых органов [16].

Поэтому в настоящее время все больше внимания уделяется анализу последствий облучения ЭМП сотовых телефонов в диапазоне мобильной связи не только на головной мозг, но и на другие системы организма. Появилось немало исследований, в которых оценивается реакция на ЭМИ сотового телефона и базовых станций таких важнейших систем жизнеобеспечения организма, как иммунная, эндокринная, репродуктивная и т. д. [1, 17–25]. Отрицательные последствия излучения в диапазоне мобильной связи на здоровье значительно возрастают для детей, беременных женщин, а также для лиц, обладающих повышенной чувствительностью к электромагнитному излучению, в связи с чем для вышеназванных категорий людей использование сотовых телефонов нежелательно [1, 10].

Особый интерес заслуживают данные о влиянии ЭМП мобильной связи на состояние репродуктивной системы, так как они содержат прямые доказательства негативного воздействия на систему, которая, несомненно, играет особую роль в организме, обеспечивая размножение живых организмов, и тем самым осуществляет генетическую непрерывность поколений. Для популяции явление высокой чувствительности половых клеток к повреждающим воздействиям опасно тем, что проявляется не только на пораженной особи, но и через половые клетки последних, на потомстве [26]. Оценить реальную степень потенциальной угрозы излучения мобильных телефонов на организм и его важнейшие системы, а также для последующих поколений – главная и неотложная задача исследований в этой области.

Несмотря на то что в настоящее время нет бесспорных доказательств опасности использования сотового телефона для мужской репродуктивной системы человека, тем не менее появляется все больше работ, в которых нередко выявляются те или иные отклонения свойств облученных зрелых мужских половых клеток, которые могут быть причиной снижения фертильности [25]. Исследования, проведенные на животных, также, во многих случаях, подтверждают высокую чувствительность репродуктивной системы самцов к электромагнитному воздействию в диапазоне мобильной связи, включая регуляцию ее эндокринной функции.

Массовое распространение антропогенных источников электромагнитного излучения, и прежде всего мобильной связи, вызывает необходимость совершенствования существующих методов защиты, регламентов санитарно-гигиенических нормативов и разработки новых способов, снижающих эффекты воздействия на организм. Одно из направлений таких исследований – исследование биологически активных веществ, антиоксидантов и других веществ, которые могут быть использованы для повышения устойчивости организма к электромагнитному воздействию в диапазоне мобильной связи.

Перечисленные проблемы, которые обсуждаются в настоящей монографии, могут представлять интерес для специалистов, экологов, студентов биологических и медицинских вузов и всех тех, кто интересуется проблемой влияния электромагнитного излучения на организм.

Автор считает необходимым отметить, что повышенное внимание к проблеме биологического действия электромагнитного излучения на организм и его отдаленным последствиям уделял академик Е. Ф. Конопля (1939–2010), благодаря которому в Институте радиобиологии НАН Беларуси были начаты и получили развитие исследования в этой области. В настоящее время реализация исследований по проблеме влияния электромагнитного излучения различных диапазонов мобильной связи, промышленной частоты, системы Wi-Fi (Интернет) на состояние наиболее чувствительных систем организма получает постоянную поддержку директора Института радиобиологии НАН Беларуси, доктора биологических наук А. Д. Наумова. Большой вклад в проведение экспериментов и получение данных при изучении состояния репродуктивной и других систем организма крыс-самцов при воздействии ЭМП мобильного телефона вносят научные сотрудники лаборатории эндокринологии и биохимии Н. В. Чуешова, Г. А. Горох, Д. Р. Петренев, Д. В. Сухарева, Н. В. Гунькова (Тхорева), а также кандидат технических наук, доцент кафедры систем телекоммуникаций, заведующий лаборатории 1.4 БГУИР В. И. Шалатонин, который не только осуществляет техническое обеспечение исследований, но и активно участвует в обсуждении перспективных направлений в дальнейшей работе.

Таким образом, в настоящей монографии представлены данные исследований о влиянии электромагнитного излучения в диапазоне мобильной связи на репродуктивную систему самцов млекопитающих, в том числе человека, а также у потомства, полученного от облученных родителей. Кроме того, обсуждаются вопросы эндокринного статуса и эффективности антиоксидантов и биологически активных веществ для защиты репродуктивной системы самцов млекопитающих в этих условиях.

Автор будет признателен за конструктивные замечания читателей, которые будут учтены в дальнейшей работе.

Глава 1

Общая характеристика электромагнитного излучения. Источники ЭМП. Особенности ЭМП диапазона мобильной связи и взаимодействие с биологическими объектами

1.1. ЭМИ: основные характеристики, классификация, источники, биологическое действие

ЭМП – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами, представляющая собой совокупность электрического и магнитного полей. Электромагнитные волны возникают вследствие связи между изменениями электрического и магнитного полей. Всякое изменение напряженности электрического поля вызывает появление переменного магнитного поля, изменение которого, в свою очередь, порождает меняющееся электрическое поле. Именно поэтому происходит передача колебаний напряженностей электрического и магнитного полей, т. е. происходит распространение электромагнитной волны.

В вакууме ЭМП характеризуются вектором напряженности электрического поля (Е) и магнитной индукцией (В), которые соответственно определяют силы, действующие со стороны поля на неподвижные и (или) движущиеся заряженные частицы. Наряду с векторами Е и В, измеряемыми непосредственно, ЭМП может характеризоваться скалярным φ и векторным А потенциалами, которые определяются неоднозначно, с точностью до градиентного преобразования. В среде, например в тканях, ЭМП характеризуется дополнительно двумя вспомогательными магнитными величинами: напряженностью магнитного поля (Н) и электрической индукцией (D). При ускоренном движении заряженных частиц ЭМП излучается в виде квантов (фотонов) и существует в виде электромагнитных волн, которые представляют собой взаимосвязанные изменения напряженности электрического и магнитного полей [2, 30–32].

Основными параметрами электромагнитной волны (электромагнитного излучения) являются длина волны (λ) – расстояние, на которое распространяется волна за один период (Т), частота колебания (F) – число колебаний за 1 с, скорость (С) распространения электромагнитной волны, равная (λ/Т) [30, 31]. Электрическая Е- и магнитная Н-составляющие в распространяющейся электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и направлению распространения [2].

Действие ЭМП в зависимости от энергии квантов может вызывать или не вызывать ионизацию атомов. ЭМИ, вызывающее ионизацию атомов, является ионизирующим излучением, к числу которых относятся γ- и рентгеновское излучения. ЭМИ, не вызывающее ионизацию атомов, – неионизирующее излучение, к спектру которых принадлежат ультрафиолетовое, оптическое (видимый свет), инфракрасное, гипервысокочастотное, сверхвысокочастотное или микроволновое и радиочастотное излучения. Условной границей между ионизирующими и неионизирующими излучениями принята энергия кванта в 12 эВ, соответствующая длине 100 нм. Эта граница находится в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра. Таким образом, неионизирующее излучение не обладает достаточной энергией для ионизации вещества. Оно характеризуется энергиями фотонов ниже 12 эВ, длиной волны выше 100 нм, частотой ниже 3·1015 Гц. Тем не менее неионизирующее излучение обладает высокой биологической активностью, вызывая в зависимости от его интенсивности такие эффекты, как нагревание, изменение химических реакций, наведение электрических токов в тканях, информационное воздействие [2].

Согласно Международной классификации, электромагнитный спектр до 3000 ГГц в зависимости от частоты и длины волны разделяется на 12 диапазонов (табл. 1.1).

Весь спектр электромагнитных излучений, используемых в медико-биологической практике, также принято относить к низким (низкие частоты (НЧ), диапазон частот от 3 до 300 кГц), радио- (радиочастоты (РЧ), диапазон частот от 0,3 до 300 МГц) и сверхвысоким (СВЧ, диапазон частот от 0,3 до 3000 ГГц) частотам.

Различают естественные (природные) и искусственные (антропогенные, техногенные) ЭМП.

Природные источники ЭМП условно делят на две группы. К первой группе относят постоянное электрическое и постоянное магнитное поле Земли, ко второй группе – радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, звезды и др.), и атмосферные процессы (разряды молний и т. д.). Естественное электромагнитное поле Земли является источником энергии и распространяется в виде электромагнитных волн в диапазоне от 10 МГц до 10 ГГц – от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей.

А излучение атмосферных разрядов показало, что возникающие при этом электромагнитные излучения охватывают широкий диапазон длин волн – от сверхдлинных до ультракоротких; и наконец, были открыты радиоизлучения Солнца и Галактик в диапазоне от метровых до миллиметровых волн.

Все виды магнитной активности являются результатом солнечной активности, связанной как с увеличением числа солнечных пятен, так и со вспышками на Солнце. В реальных условиях естественные ЭМП изменяются в течение суток и по сезонам, зависят от географических координат (широта, долгота, высота над поверхностью Земли) и от 11-летнего цикла активности Солнца и других факторов [3]. Поэтому естественная магнитная активность носит соответствующий периодический характер.

Таблица 1.1. Международная классификация ЭМИ по диапазонам частот и длинам волн [2]

Человек, все живые существа находятся под постоянным воздействием ЭМП Земли, которое изменяется во времени. На протяжении миллиардов лет естественное ЭМП Земли, все диапазоны естественного электромагнитного спектра, являясь первичным экологическим фактором, оказывали постоянное воздействие на все объекты живой природы и это, несомненно, не могло не отразиться на процессах их жизнедеятельности.

В ходе эволюционного развития структурно-функциональная организация живых существ адаптировалась под воздействием колебаний естественного электромагнитного фона, наблюдаемых в периоды как обычной, так и повышенной солнечной активности, когда мощный корпускулярный поток вызывает резкие кратковременные изменения магнитного поля Земли.

Природные ЭМП совершенно необходимы для нормального протекания процессов жизнедеятельности на всех уровнях организации от субклеточного и клеточного до органов и тканевых систем. Диапазон интенсивностей естественных ЭМП является «привычным» для живых организмов, его называют зоной оптимальных условий [3]. В случае нарушения их действия возникает опасность изменения нормального функционирования организма и его систем.

Однако наряду с природными (естественными), жизненно необходимыми ЭМП в ХIХ в. возникли искусственные ЭМП, созданные людьми для коммуникации и передачи энергии. Они характеризуются высокой когерентностью, т. е. частотной и фазовой стабильностью, более простым частотным спектром, обладают значительной интенсивностью и большой неравномерностью локализации в пространстве [2, 3, 32, 33].

Разнообразные антропогенные источники ЭМП не только существенно повышают электромагнитный фон в местах их нахождения, поскольку электромагнитное излучение носит локальный характер, но отражаются и на общем уровне электромагнитного фона Земли, существенно увеличивая его. Это явление получило название «электромагнитное загрязнение окружающей среды», или «электромагнитный смог». В настоящее время излучение искусственных источников ЭМП, существенно превышая естественный электромагнитный фон, превратилось в опасный экологический фактор.

Спектр искусственных источников ЭМП весьма обширен и также делится на две группы.

К первой из них относятся источники низкочастотных излучений в диапазоне от 0 до 3 кГц. Эта группа включает в себя все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (ЛЭП, трансформаторные подстанции, электростанции, различные кабельные системы), домашнюю и офисную электро-и электронную технику, в том числе и мониторы персональных компьютеров, железнодорожный транспорт и его инфраструктуру, а также метро, троллейбусный и трамвайный транспорт.

Ко второй группе искусственных ЭМП относятся источники высокочастотных излучений, частота которых составляет от 3 кГц до 300 ГГц. Сюда входят функциональные передатчики – источники электромагнитного поля в целях передачи или получения информации. Это передатчики (радио, телевидение), радиотелефоны (авто-, радиотелефоны, радио средних волн (СВ), любительские радиопередатчики, производственные радиотелефоны), направленная радиосвязь (спутниковая радиосвязь, наземные релейные станции), навигация (воздушное сообщение, судоходство, радиоточка), локаторы (воздушное сообщение, судоходство, транспортные локаторы, контроль за воздушным транспортом), беспроводная связь и т. д.

Сюда же относится различное технологическое оборудование, использующее СВЧ-излучение, переменные (50 Гц – 1 МГц) и импульсные поля, бытовое оборудование (СВЧ-печи), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы персональных компьютеров, телевизоры и др.). Для научных исследований в медицине применяют токи ультравысокой частоты.