medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2022-101-5-515-521medlit-2270Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEИзучение биоэффектов сложноорганизованных электромагнитных воздействий низкой интенсивностиStudying the bioeffects of complexly organized electromagnetic impacts of low intensityhttps://orcid.org/0000-0003-3354-7443ЛукьяноваСветлана НиколаевнаLukyanovaSvetlana N.

Доктор биол. наук, профессор ФГБУ «Государственный научный центр Российской Федерации — Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна», 123182, Москва.

e-mail: lukyanovasn@yandex.ru

MD, PhD, DSci., Professor, State Scientific Center of the Russian Federation — Federal Medical Biophysical Center named after A.I. Burnazyan, Moscow, 123182, Russian Federation.

e-mail: lukyanovasn@yandex.ru

lukyanovasn@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8850-2034СтепановВ. С.StepanovVladimir S.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6879-4108ТорубаровФ. С.TorubarovFelix S.noemail@neicon.ruФГБУ «Государственный научный центр Российской Федерации — Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна»РоссияState Scientific Center of the Russian Federation — Federal Medical Biophysical Center named after A.I. BurnazyanRussian Federation2022070620221015515521Copyright © Лукьянова С.Н., Степанов В.С., Торубаров Ф.С., 20222022Лукьянова С.Н., Степанов В.С., Торубаров Ф.С.Lukyanova S.N., Stepanov V.S., Torubarov F.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2270Введение

Введение. Одной из современных задач гигиенической оценки среды обитания человека является накопление данных о биоэффектах электромагнитных полей (ЭМП), формируемых одновременным действием нескольких СВЧ-источников. Практически отсутствует литература о параллельном анализе феноменологии и механизмов соответствующих нейроэффектов в сравнительном изучении на животных и с участием человека.

Цель работы — сравнение биоэффектов и анализ возможных механизмов их формирования в результате действия ЭМП одной, двух и трёх несущих СВЧ частот, с эквивалентными энергетическими и модуляционными характеристиками в исследованиях на животных и с участием добровольцев.

Материалы и методы

Материалы и методы. Работа выполнена в экспериментах на 11 кроликах породы шиншилла массой тела 2,5–3 кг и клинико-физиологических исследованиях с участием 14 добровольцев-мужчин (возраст 40–50 лет). Облучению подвергали главным образом голову объекта. Серии различались количеством несущих частот (в пределах 0,9–1,4 ГГц), их конкретным значением и модуляцией в пределах различных диапазонов электроэнцефалограммы (ЭЭГ) при сохранении в суммарном импульсе плотности потока энергии (ППЭ), равной 300 мкВт/см2. Анализировали комплекс показателей, относящихся к функциональной оценке различных систем организма: центральной нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, мышечной.

Результаты

Результаты. Представлены результаты о зависимости эффекта ЭМП сложной организации от несущей частоты, их количества и характера модуляции. Установлено, что каждая из наблюдаемых реакций находилась в пределах физиологической нормы, но с увеличением количества несущих частот и при конкретном значении модуляции их качественные и количественные характеристики возрастали. Анализ их феноменологии (увеличение только альфа-диапазона ЭЭГ при одной несущей; увеличение дельта-диапазона с отражением реакции в других показателях — при двух несущих; увеличение процента реакций по комплексу показателей, особенно ЭМГ, при трёх несущих) свидетельствовал о различной степени синхронизации биоэлектрической активности головного мозга как нейрофизиологическом механизме формирования таких реакций.

Полученная информация ограничена конкретными параметрами ЭМП. Она дополняет имеющиеся сведения, подчёркивая необходимость дополнительных исследований при изучении каждой конкретной ситуации.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Изучение феноменологии и механизма биоэффектов одновременно нескольких ЭМП низкой интенсивности является комплексной задачей, требующей анализа большего количества электромагнитных источников и разнообразия показателей реакции организма. Это явилось ограничением настоящего исследования и одновременно обозначило его перспективы и новые направления.

Заключение

Заключение. В проведённом исследовании не было отмечено реакций, которые выходили бы за пределы физиологической нормы. Однако дальнейшее усиление процессов синхронизации в ЦНС (при соответствующем усугублении условий облучения), согласно анализу литературных данных, способно привести к подобным изменениям. Это обстоятельство диктует необходимость его учёта при соответствующей санитарно-гигиенической оценке.

Участие авторов

Участие авторов: Лукьянова С.Н. — проведение экспериментов и исследований, обработка результатов, их обсуждение, написание статьи; Степанов В.С. — проведение исследований, обсуждение результатов, написание статьи; Торубаров Ф.С. — проведение исследований, обсуждение результатов.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила

Поступила: 13.01.2022 / Принята к печати: 21.04.2022 / Опубликована: 31.05.2022

Introduction

Introduction. One of the modern tasks of hygienic assessment of the human environment is the accumulation of data on the bioeffects of electromagnetic fields (EMF), formed by the simultaneous action of several microwave sources. There is virtually no literature on the corresponding comparative analysis of the results of identical in conditions and energy effects on animals and humans.

The purpose of this work is to compare bioeffects and analyze possible mechanisms of their formation, as a result of the action of electromagnetic fields (EMF) of one, two and three carrier frequencies, within 0.9–1.4 GHz with equivalent energy and modulation characteristics.

Materials and methods

Materials and methods. The work was performed in experiments on 11 rabbits (2.5–3 kg) of the Chinchilla breed and clinical- physiological studies involving 14 volunteers – men, aged 40–50 years. Irradiation was subjected mainly to the head of the object. The series differed in the number of carrier frequencies, their specific value and modulation within different EEG ranges, while maintaining an energy flux density (EPR) in the total pulse — 300 μW/cm2. We analyzed a set of indicators related to the functional assessment of central nervous, cardiovascular, respiration and muscular vbody systems.

Results

Results. The results on the dependence of the EMF effect of complex organization on the carrier frequency, their number and modulation nature are presented. It was established that each of the observed reactions was within the physiological norm, but along with the gain in the number of carrier frequencies and the specific modulation value, their qualitative and quantitative characteristics increased. Analysis of their phenomenology (of the alpha EEG range only at one carrier; + delta with a reflection of the reaction in other indicators — at two; an increase in the percentage of reactions in a complex of indicators, especially EMG — at three) indicated a different degree of synchronization of the bioelectric activity of the brain and the neurophysiological mechanism of their formation. The information obtained, of course, is limited to specific EMF parameters. It complements the relevant information available by highlighting the need for more research on a case-by-case basis.

Limitations

Limitations. The study of the phenomenology and mechanism of bioeffects of several low-intensity EMFs at the same time is a complex task that requires the involvement of a larger number of electromagnetic sources and a variety of indicators of the body’s response than this work was limited to and which, undoubtedly, is promising in the development of this area of ​​research.

Conclusion

Conclusion. In this study, there were no reactions that would go beyond the physiological norm. However, further strengthening of synchronization processes in the central nervous system, according to the analysis of the literature, can lead to such changes. This circumstance dictates the need to take it into account in the formation of the appropriate sanitary and hygienic assessment.

Contribution

Contribution: Lukyanova S.N. — conducting experiments and research, processing the results, discussing them, writing an article. Stepanov V.S. — conducting research, discussing the results, writing an article. Torubarov F.S. – conducting research, discussing the results. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: January 13, 2022 / Accepted: April 21, 2022 / Published: May 31, 2022

ЭМПколичество СВЧ-несущих частотмодуляция в диапазоне ритмов ЭЭГисследованиякроликидобровольцыкомплекс физиологических показателейреакциясинхронизация биопотенциалов головного мозганейрофизиологический механизмEMFnumber of microwave carriersmodulation in the range of EEG rhythmsstudiesrabbitsvolunteersa complex of physiological indicatorsreactionsynchronization of biopotentials of the brainneurophysiological mechanismReferencesХолодов Ю.А. Неспецифическая реакция нервной системы на неионизирующее излучение. Радиационная биология. Радиоэкология. 1998; 38(1): 121-5.Kholodov Yu.A. Nonspecific reaction of the nervous system to non-ionizing radiation. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya. 1998; 38(1): 121–5. (in Russian)Лукьянова С.Н. Электромагнитное поле СВЧ диапазона как раздражитель для ЦНС. М.; 2015.Lukyanova S.N. Electromagnetic Field of the Microwave Range as an Irritant for the Central Nervous System [Elektromagnitnoe pole SVCh diapazona kak razdrazhitel’ dlya TsNS]. Moscow; 2015. (in Russian)Ливанов М.Н. Пространственно-временная организация потенциалов и системная деятельность головного мозга. М.: Наука; 1989.Livanov M.N. Spatio-Temporal Organization of Potentials and Systemic Activity of the Brain [Prostranstvenno-vremennaya organizatsiya potentsialov i sistemnaya deyatel’nost’ golovnogo mozga]. Moscow: Nauka; 1989. (in Russian)Верхлютов В.М. Переливы ЭЭГ и движущиеся волны альфа-ритма коры головного мозга человека. М.; 1999.Verkhlyutov V.M. Overflows of EEG and Moving Waves of Alpha-Rhythm of the Cerebral Cortex of Man [Perelivy EEG i dvizhushchiesya volny al’fa-ritma kory golovnogo mozga cheloveka]. Moscow; 1999. (in Russian)Виноградова Л.В. Нейрофизиологические механизмы рефлекторной аудио генной эпилепсии. М.; 2014.Vinogradova L.V. Neurophysiological Mechanisms of Reflex Audio Gene Epilepsy [Neyrofiziologicheskie mekhanizmy reflektornoy audio gennoy epilepsii]. Moscow; 2014. (in Russian)Anastassiou C.A., Perin R., Markram H., Koch C. Ephaptic coupling of cortical neurons. Nat. Neurosci. 2011; 14(2): 217-23. https://doi.org/10.1038/nn.2727Anastassiou C.A., Perin R., Markram H., Koch C. Ephaptic coupling of cortical neurons. Nat. Neurosci. 2011; 14(2): 217–23. https://doi.org/10.1038/nn.2727Лукьянова С.Н. Феноменология и генез изменений в суммарной биоэлектрической активности головного мозга на электромагнитное излучение. Радиационная биология. Радиоэкология. 2002; 42(3): 308-14.Lukyanova S.N. Phenomenology and genesis of changes in overall bioelectrical activity of the brain in response to electromagnetic radiation. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya. 2002; 42(3): 308–14. (in Russian)Свидерская Н.Е. Значение синхронных корковых биоэлектрических процессов для оценки активности мозга в норме и патологии. М.; 1985.Sviderskaya N.E. The Importance of Synchronous Cortical Bioelectric Processes for Assessing Brain Activity in Norm and Pathology [Znachenie sinkhronnykh korkovykh bioelektricheskikh protsessov dlya otsenki aktivnosti mozga v norme i patologii]. Moscow; 1985. (in Russian)Leresche N., Lambert R.C., Errington A.C., Crunelli V. From sleep spindles of natural sleep to spike and wave discharges of typical absence seizures: is the hypothesis still valid? Pflugers Arch. 2012; 463(1): 201-12. https://doi.org/10.1007/s00424-011-1009-3Leresche N., Lambert R.C., Errington A.C., Crunelli V. From sleep spindles of natural sleep to spike and wave discharges of typical absence seizures: is the hypothesis still valid? Pflugers Arch. 2012; 463(1): 201–12. https://doi.org/10.1007/s00424-011-1009-3Леднёв В.В. Биоэффекты слабых комбинированных постоянных и переменных магнитных полей. Биофизика. 1996; 41(1): 224-32.Lednev V.V. Bioeffects of weak combined constants and alternating magnetic fields. Biofizika. 1996; 41(1): 224–32. (in Russian)Хайтин А.М. Участие ионов кальция в выживании и смерти нейронов и глиальных клеток после аксотомии. Воронеж; 2021.Khaytin A.M. Participation of Calcium Ions in the Survival and Death of Neurons and Glial Cells after Acsotomy [Uchastie ionov kal’tsiya v vyzhivanii i smertineyronov i glial’nykh kletok posle aksotomii]. Voronezh; 2021. (in Russian)Лукьянова С.Н., Григорьев Ю.Г., Степанов В.С. К вопросу об эффективности ЭМП, модулированных в диапазоне ритмов ЭЭГ. Радиационная биология. Радиоэкология. 2021; 61(1): 46-54. https://doi.org/10.31857/S0869803121010082Lukyanova S.N., Grigor’ev Yu.G., Stepanov V.S. To the question of the effectiveness of EMF modulated in the range of EEG rhythms. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya. 2021; 61(1): 46–54. https://doi.org/10.31857/S0869803121010082 (in Russian)Павлова Л.Н., Жаворонков Л.П., Дубовик Б.В., Глушакова B.C., Посадская В.М. Экспериментальная оценка реакций ЦНС на воздействие импульсных ЭМИ низкой интенсивности. Радиация и риск. 2010; 19(3): 104-19.Pavlova L.N., Zhavoronkov L.P., Dubovik B.V., Glushakova B.C., Posadskaya V.M. Experimental evaluation of CNS reactions to the effects of pulsed low intensity EMIs. Radiatsiya i risk. 2010; 19(3): 104–19. (in Russian)Павлова Л.Н., Колганова О.И., Посадская В.М. Влияние широкополосного импульсно-модулированного ЭМП низкой интенсивности на общую возбудимость ЦНС. Радиация и риск. 2011; 20(2): 64-74.Pavlova L.N., Kolganova O.I., Posadskaya V.M. Influence of broadband pulse-modulated LOW-intensity EMF on the overall excitability of the central nervous system. Radiatsiya i risk. 2011; 20(2): 64–74. (in Russian)Павлова Л.Н., Жаворонков Л.П., Дубовик Б.В. Влияние низкоинтенсивного широкополосного импульсно-модулированного электромагнитного поля на когнитивные функции мозга крыс. Радиация и риск. 2013; 22(2): 91-100.Pavlova L.N., Zhavoronkov L.P., Dubovik B.V. Influence of low-intensity broadband pulse-modulated electromagnetic field on cognitive functions of the brain of rats. Radiatsiya i risk. 2013; 22(2): 91–100. (in Russian)Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. М.; 2012.Guidelines for Preclinical Studies of Medicinal Products. Moscow; 2012. (in Russian)Бурлакова Е.Б. Особенности биологического действия малых доз ионизирующего излучения. В кн.: Материалы II Международной конференции «Человек и электромагнитные поля». Саров; 2007: 188-91.Burlakova E.B. Features of the biological action of small doses of ionizing radiation. In: Collection of Reports II International Conference «Man and EMF» [Materialy II Mezhdunarodnoy konferentsii «Chelovek i elektromagnitnye polya»]. Sarov; 2007: 188–91. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.