Міліметрові електромагнітні хвилі та новий стандарт зв’язку — 5G. Вплив на біологічні об’єкти

У ХХI ст. наука істотно просунулася в розумінні впливу електро­магнітного випромінювання міліметрового радіочастотного діапазону (ЕМВ РЧД) на організм [1,6]. Зокрема, у нещодавно опублікованому огляді наведено дані експериментальних і епідеміологічних досліджень де розглядалася здатність ЕМВ РЧД викликати канцерогенні зміни в організмі [8]. У цій статті мова піде про хвилі міліметрового діапазону (ХМД), які використовуються в засобах мобільного (стільникового) зв’язку нового покоління (стандарт 5G) [29, 20]. В електромагнітному спектрі ХМД мають близькість з інфрачервоним спектром випромінювання. Відповідно, ХМД характеризуються малою глибиною проникнення в живі тканини, поглинаються шкірою та слизовими оболонками [2].

Звичайні (термічні) реакції отримують енергію активації за рахунок термічного збудження внаслідок випадкових зітк­нень молекул. Фотохімічні реакції отримують енергію за рахунок поглинання фотонів молекулами. Поглинання може вести до електронного порушення молекул, але енергія також здатна розсіюватися у вигляді тепла. Розсіювання переважає при низьких енергіях фотонів, якої недостатньо для збудження молекул. Відповідно до закону Гротгуса — Дрейпера, фотохімічні реакції можуть викликатися лише при поглинанні випромінювання. Відповідно до закону Штарка — Ейнштейна в процесі збудження молекула поглинає тільки один фотон. Однак при деяких формах випромінювання, наприклад енергія лазера, можливе поглинання молекулою декількох фотонів [4]. Зазвичай для ініціації фотохімічних реакцій необхідне випромінювання видимого або ультрафіолетового діапазону. Поглинання інфрачервоних фотонів лазерного випромінювання також здатне викликати реакції. Переконливі докази участі фотохімічних або нетеплових механізмів ушкодження тканин або ДНК дією ЕМВ РЧД відсутні. Подібний механізм має місце при утворенні вільних радикалів, що також пов’язують із механізмом дії ЕМВ РЧД. Вільні радикали можуть утворитися також внаслідок дисоціації молекул під дією світла або тепла, тобто в результаті фотохімічних і термічних реакцій [31]. Гіпертермія сама по собі може викликати утворення активних форм кисню [15, 21, 26]. Ці процеси можуть чинити несприятливий вплив на біологічні структури. Можливі пошкодження ДНК та порушення її репараційної здатності із підвищенням ризику виникнення пухлинного процесу, особливо в осіб із професійного середовища [8]. З іншого боку, є дані, які доводять, що ЕМВ РЧД захищають живі тканини від згубного впливу перекисних сполук та вільно-радикального пошкодження [12, 14, 16, 17]. Однак будь-які докази на користь того, що нагрів під дією ЕМВ РЧ викликає оксидативний стрес більшої інтенсивності, ніж нагрів, досягнутий іншим способом, відсутні. Теоретично немає підстав очікувати від ЕМІ РЧД більш шкідливої дії на одиницю поглиненої енергії або температури, ніж від інфрачервоних променів.

Згідно з висновком Міжнародного агентства з вивчення раку глобальна захворюваність на пухлини головного мозку не підвищилася пропорційно до поширення мобільного зв’язку [17]. Згідно з даними Наукового комітету з нових та щойно виявлених ризиків для здоров’я (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks — SCENIHR) і Міжнародної комісії із захисту від неіонізуючого випромінювання (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection — ICNIRP), епідеміологічні дослідження в цілому не підтверджують підвищення ризику розвит­ку пухлинного процесу внаслідок використання мобільних телефонів [27, 30]. Однак наведені епідеміологічні дані є доволі суперечливими; в них не виключені перманентні фактори (bias): дозозалежний відбір і самовибір, пошкодження пам’яті та інші чинники [18, 32]. На користь низької ймовірності згубного впливу ЕМВ РЧД на організм свідчить і те, що якби канцерогенний ефект був істотним, то показники захворюваності були б набагато вищі в тих регіонах, де давно використовуються побутові та промислові джерела ЕМВ РЧД. Однак частота захворюваності на гліому в США мало змінилася за період 1992–2008 рр., незважаючи на розвиток мобільного зв’язку. Помірне підвищення захворюваності в деяких країнах у вікових групах не мало чіткого часового зв’язку із зростанням показника використання мобільних телефонів [8]. Не виключена також підвищена частота захворюваності на деякі види новоутворень, яка здебільшого є деякою мірою результатом високих діагностичних можливостей візуалізуючих методик, що також не відповідає реальному стану речей. Передбачається, що сумарний час використання мобільних телефонів пов’язаний (або був пов’язаний в недалекому минулому) із матеріальним станом населення [7, 28], що напряму впливає на стан та якість медичного обслуговування та якість діагностичних процедур. Саме такий стан речей призводить до невідповідності реального та статистично обґрунтованого кореляційного зв’язку — доза–ефект.

На відміну від сонячного та інфрачервоного випромінювання побутових обігрівачів, значного нагрівання живих тканин під дією ЕМВ РЧ в повсякденному житті не спостерігається. У літературі обговорюють канцерогенні й інші шкідливі ефекти ЕМВ РЧД нетеплової інтенсивності [2]. Слід зазначити, що ультра- і вкрайвисокочастотна (УВЧ, КВЧ) діатермія широко використовувалася для лікування синуситу, тонзиліту тощо у дітей і дорослих з 1960-х років [5]. Про підвищення ризику онкологічних та офтальмологічних захворювань після діатермії не повідомлялося, хоча надмірна експозиція тканин головного мозку й очі в принципі не виключена [23, 27].

Однак обговорюючи згубний вплив ХМД на живі організми, необхідно брати до уваги деякі застереження. Так, потові залози здатні до локального підвищення питомої швидкості поглинання енергії [10]. А первинний піт майже ізотонічний по відношенню до плазми крові, а кінцевий піт, що виділяється на поверхню шкіри, стає гіпотонічним після реабсорбції іонів Na⁺ і Cl^– в протоковому відділі залози [9]. Відповідно, електропровідність на рівні потових протоків не повинна істотно відрізнятися від такої капілярів та інших судин. Тому важливо мати на увазі ефект підвищеного нагріву саме цієї зони потової залози і, як наслідок, можливий розвиток термічного її пошкодження.

Ці ж зауваження стосуються й інфрачервоного випромінювання. Ще один привід для стурбованості полягає в тому, що бездротові пристрої можуть передавати пакети ММВ тривалістю від декількох мілісекунд до секунд. Навіть якщо усереднена за часом площа поглинання потужності знаходиться в допустимих межах, формуються пікові температурні сплески з шкідливою дією [24]. Саме на ці питання мають дати відповідь експериментальні дослідження: чи здатні імпульсні ЕМВ РЧД з певними характеристиками (щільність потоку енергії, відношення пікової потужності до її середнього значення) викликати пошкодження живих тканин. Дослідження біологічної дії на живі тканини ММВ є більш прості за дизайном, ніж для інших ЕМІ РЧ, зважаючи на малу глибину проникнення, і можуть потребувати лише вимірювання температури на поверхні. Можна з упевненістю припустити, що пошкодження шкіри і слизових оболонок під дією ММВ цілком залежатиме від досягнутої температури, як і при будь-якому нагріванні.

Повідомлялося, наприклад, що імпульсне і безперервне опромінення ММВ з однаковою ефективністю викликало катаракту у кроликів [13]. Однак слід зауважити, що пошкодження органа зору можливе лише у разі дії випромінювання при рівнях енергії не нижче теплового [3, 13]. Експериментально встановлено, що загальне опромінення всього тіла (far field) у кроликів викликало розвиток катаракти лише при дозах ММВ, близьких до максимальних (летальна доза). Натомість при локальному опроміненні (near field) органа зору порогові значення відповідали 150 Вт/кг протягом 30 хв, що супроводжувалося підвищенням температури до 41 °C і вище в кришталику та навколишніх тканинах. У той же час у мавп при таких умовах опромінення катаракта не формувалася [13]. Цікаво, що гіпотермія запобігала розвитку катаракти у кролів і доводила, що провідним фактором пошкодження кришталика є термічний [22].

Опромінення ЕМІ РЧД з вищеназваними характеристиками для людей не є характерними, оскільки вибрані дози значно перевищували гранично допустимі, які дозволено використовувати на побутовому рівні [33].

Варто зауважити, що використання тварин у якості експериментальної моделі для дослідження впливу опромінення на головний мозок і орган зору досить повно відтворює весь спектр імовірних ускладнень. У якості випромінювача можливо використовувати, наприклад, апарати для УВЧ-терапії. Крім стандартного вивчення випливу опромінення на той чи інший орган, слід вивчити також появу пошкоджувальних гарячих точок внаслідок інтерференції хвиль в оточуючих тканинах та при довгому статичному опроміненні, наприклад притиснутий до тіла телефон або знаходження в нагрудній кишені та ін. [1]. Однак побоювання щодо ураження головного мозку, сітківки, інших глибинних структур, розташованих внутрішньо, не мають підстав для занепокоєння, оскільки ММВ мають, на щастя, малу глибину проникнення.

Висновок

Переконливих доказів, а також однозначного теоретичного обґрунтування, що переконливо доводили б канцерогенну та пошкоджувальну дію ЕМВ РЧ, в літературі бракує. Разом із тим попри значну кількість епідеміологічних досліджень бракує тих, де досліджуються різні відхилення або вивчаються фактори, які підвищують ризик негативного впливу на організм короткохвильового опромінення [11]. Велика кількість спостережень не запобігає системним помилкам. Одним із методів отримання достовірної інформації згубного впливу короткохвильового опромінення на організм, можливо, є вивчення результатів на моделях із залученням тварин [19]. Неінвазивні експерименти такого роду етично допустимі, технічно прості, дозволяють об’єктивно оцінювати залежність доза–ефект [25]. Прижиттєве і посмертне дослідження окремих тварин супроводжується витратами, які можна спрямувати на збільшення числа спостережень з метою підвищення статистичної достовірності.

Список використаної літератури

• 1. Григорьев Ю.Г., Самойлов А.С., Бушманов А.Ю., Хорсева Н.И. (2017) Мобильная связь и здоровье детей: проблема третьего тысячелетия. Мед. радиол. и радиац. безопасность, 62(2): 39–46.
• 2. Григорьев Ю.Г. (2020) Стандарт 5G — технологический скачок вперед в сотовой связи: будет ли проблема со здоровьем у населения? Радиационная биология. Радиоэкология, 60: 627–634.
• 3. Кудряшов Ю.Б., Перов Ю.Ф., Рубин А.Б. (2008) Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. Физматлит, Москва, 181 с.
• 4. Панченко П.А. (2017) Фотохимические реакции. РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва, 131 с.
• 5. Поважная, Е.Л., Мамбеталиева А.С. (2010) КВЧ-терапия в профилактике острых респираторных заболеваний у детей с хроническими ЛОР- и аллергическими заболеваниями. Вопр. курортологии, физиотерапии и леч. физкультуры, (5): 17–21.
• 6. Потяженко М.М., Невойт А.В. (2019) Энергетическая система человека как часть природного энергообмена: значение для фундаментальной науки и медицины (часть II). Укр. мед. часопис, 6(1) (134) — XI/XII (https://www.umj.com.ua/article/164365).
• 7. Текшева Л.М., Барсукова Н.К., Чумичева О.А., Хатит З.Х. (2014) Гигиенические аспекты использования сотовой связи в школьном возрасте. Гигиена и санитария, (2): 60–65.
• 8. Яргин С.В. (2019) Электромагнитное излучение радиочастотного диапазона: биологическое действие и гормезис. Укр. мед. часопис, 4 апреля (http://www.umj.com.ua/article/140327).
• 9. Baker L.B. (2019) Physiology of sweat gland function: The roles of sweating and sweat composition in human health. Temperature (Austin), 6: 211–259.
• 10. Betzalel N., Ben Ishai P., Feldman Y. (2018) The human skin as a sub-THz receiver — Does 5G pose a danger to it or not? Environ. Res., 163: 208–216.
• 11. Calabrese E.J., Baldwin L.A. (2000) Radiation hormesis: its historical foundations as a biological hypothesis. Hum. Exp. Toxicol., 19: 41–75.
• 12. Cao Y., Tong J. (2014) Adaptive response in animals exposed to non-ionizing radiofrequency fields: some underlying mechanisms. Int. J. Environ. Res. Public Health., 11: 4441–4448.
• 13. Elder J.A. (2003) Ocular effects of radiofrequency energy. Bioelectromagnetics, Suppl 6: S148–161.
• 14. Falone S., Sannino A., Romeo S. et al. (2018) Protective effect of 1950 MHz electromagnetic field in human neuroblastoma cells challenged with menadione. Sci. Rep., 8: 13234.
• 15. Gius D., Mattson D., Bradbury C.M. et al. (2004) Thermal stress and the disruption of redox-sensitive signalling and transcription factor activation: possible role in radiosensitization. Int. J. Hyperth., 20: 213–223.
• 16. Guerriero F., Ricevuti G. (2016) Extremely low frequency electromagnetic fields stimulation modulates autoimmunity and immune responses: a possible immuno-modulatory therapeutic effect in neurodegenerative diseases. Neural Regen. Res., 11: 1888–1895.
• 17. IARC (2013) Non-ionizing radiation, Part 2: Radiofrequency electromagnetic fields. IARC Monogr. Eval. Carcinog. Risks Hum., 102: 1–460.
• 18. Jargin S.V. (2018) Hormesis and radiation safety norms: Comments for an update. Hum. Exp. Toxicol., 37: 1233–1243.
• 19. Jargin S.V. (2020) Radiofrequency radiation: carcinogenic and other potential risks. J. Radiat. Oncol., 9: 81–91.
• 20. Jargin S.V. (2021) 5G wireless communication and health effects: a commentary. Rev. Environ. Health, DOI: 10.1515/REVEH-2021-0031 (in press).
• 21. King M.A., Clanton T.L., Laitano O. (2016) Hyperthermia, dehydration, and osmotic stress: unconventional sources of exerciseinduced reactive oxygen species. Am. J. Phys. Regul. Integr. Comp. Phys., 310: R105–R114.
• 22. Kramar P.O., Emery A.F., Guy A.W. et al. (1975) The ocular effects of microwaves on hypothermic rabbits: a study of microwave cataractogenic mechanisms. Ann. N.Y. Acad. Sci., 247: 155–165.
• 23. Leitgeb N., Omerspahic A., Niedermayr F. (2010) Exposure of non-target tissues in medical diathermy. Bioelectromagnetics, 31: 12–19.
• 24. Neufeld E., Kuster N. (2018) Systematic derivation of safety limits for time-varying 5G radiofrequency exposure based on analytical models and thermal dose. Health Phys., 115: 705–711.
• 25. NTP (2018) Technical report on the toxicology and carcinogenesis studies in Hsd: Sprague Dawley sd rats exposed to whole­body radio frequency radiation at a frequency (900 MHz) and modulations (GSM and CDMA) used by cell phones. NTP TR 595.
• 26. Santini S.J., Cordone V., Falone S. et al. (2018) Role of mitochondria in the oxidative stress induced by electromagnetic fields: focus on reproductive systems. Oxidative Med. Cell Longev., 2018: 5076271.
• 27. SCENIHR (2015) Opinion on potential health effects of exposure to electromagnetic fields. Bioelectromagnetics, 36: 480–484.
• 28. Schüz J., Jacobsen R., Olsen J.H. et al. (2006) Cellular telephone use and cancer risk: Update of a nationwide Danish cohort. J. Natl. Cancer Inst., 98: 1707–1713.
• 29. Simkó M., Mattsson M.O. (2019) 5G wireless communication and health effects — a pragmatic review based on available studies regarding 6 to 100 GHz. Int. J. Environ. Res. Public Health,16: 3406.
• 30. Swerdlow A.J., Feychting M., Green A.C. et al. (2011) International Commission for Non-Ionizing Radiation Protection Standing Committee on Epidemiology. Mobile phones, brain tumours, and the interphone study: Where are we now? Environ. Health Perspect., 119: 1534–1538.
• 31. Verma S.M., Murphy G.M. (2012) Acute and chronic effects of ultraviolet radiation, visible light and infrared. In: Griesbeck A., Oelgemöller M., Ghetti F., editors. CRC handbook of organic photochemistry and photobiology. CRC Press, Boca Raton, p. 1463–1471.
• 32. Vrijheid M., Deltour I., Krewski D. et al. (2006) The effects of recall errors and of selection bias in epidemiologic studies of mobile phone use and cancer risk. J. Expo. Sci. Environ. Epidemiol., 16: 371–384.
• 33. Yu Y., Yao K. (2010) Non-thermal cellular effects of lowpower microwave radiation on the lens and lens epithelial cells. J. Int. Med. Res., 38: 729–736.

Адреса для листування:
Яргін Сергій Вадимович
115184, Mocквa, пер. Климентовский, 6, к. 82
E-mail: [email protected]