Ожог от микроволновки

Микроволновые ожоги — ожоговые поражения, вызванные термическим воздействием микроволнового излучения , поглощаемого живым организмом .

По сравнению с радиационными ожогами, вызванными ионизирующим излучением , где доминирующим механизмом повреждения тканей является внутреннее повреждение клеток, вызванное свободными радикалами , тип ожога, вызванного микроволновым излучением, — это тепловые последствия для здоровья, которые в разговорной речи ассоциируются с термином «радиация», такие как радиационное отравление , не могут быть вызваны воздействием микроволн или других форм неионизирующего излучения .

Повреждение микроволнами может проявиться с задержкой; боль или признаки повреждения кожи могут проявиться через некоторое время после воздействия микроволн. ^[1]

Глубина проникновения зависит от частоты микроволн и типа ткани. Система активного отрицания («луч боли») — это менее смертоносное направленное энергетическое оружие , использующее микроволновый луч на частоте 95 ГГц; двухсекундный всплеск сфокусированного луча на частоте 95 ГГц нагревает кожу до температуры 130 °F (54 °C) на глубине 1/64 дюйма (0,4 мм) и, как утверждается, вызывает боль в коже без длительного повреждения. Наоборот, более низкие частоты проникают глубже; на глубине 5,8 ГГц (3,2 мм) большая часть энергии рассеивается в первом миллиметре кожи; микроволны с частотой 2,45 ГГц, обычно используемые в микроволновых печах, могут доставлять энергию глубже в ткань; общепринятое значение составляет 17 мм для мышечной ткани. ^[2]

Поскольку более низкие частоты проникают глубже в ткани, а в более глубоких частях тела находится меньше нервных окончаний, воздействие радиочастотных волн (и вызванный ими ущерб) может быть не сразу заметным. Более низкие частоты при высокой плотности мощности представляют значительный риск.

Поглощение микроволн обусловлено диэлектрической проницаемостью ткани. На частоте 2,5 ГГц она варьируется от примерно 5 для жировой ткани до примерно 56 для сердечной мышцы . Поскольку скорость электромагнитных волн пропорциональна обратной величине квадратного корня диэлектрической проницаемости, результирующая длина волны в ткани может упасть до доли длины волны в воздухе; например, на частоте 10 ГГц длина волны может упасть с 3 см до примерно 3,4 мм. ^[3]

Слои тела можно аппроксимировать как тонкий слой эпидермиса, дермы, жировой ткани (подкожного жира) и мышечной ткани. На частотах в десятки гигагерц излучение поглощается в верхней части до нескольких миллиметров кожи. Мышечная ткань является гораздо более эффективным поглотителем, чем жир, поэтому на более низких частотах, которые могут проникать достаточно глубоко, большая часть энергии откладывается там. В однородной среде зависимость энергии от глубины представляет собой экспоненциальную кривую с показателем степени, зависящим от частоты и ткани. Для 2,5 ГГц первый миллиметр мышечной ткани поглощает 11% тепловой энергии, первые два миллиметра вместе поглощают 20%. Для более низких частот коэффициенты затухания намного ниже, достижимые глубины нагрева выше, а градиент температуры внутри ткани ниже. ^{[2] [4]}

Повреждение тканей зависит в первую очередь от поглощенной энергии и чувствительности тканей; это функция плотности мощности микроволн (которая зависит от расстояния от источника и его выходной мощности), частоты, скорости поглощения в данной ткани и чувствительности ткани. Ткани с высоким содержанием воды (соответственно электролита) показывают более высокое поглощение микроволн.

Степень повреждения тканей зависит как от достигнутой температуры, так и от длительности воздействия. В течение короткого времени более высокие температуры могут быть терпимы.

Повреждение может распространяться на большую площадь, когда источником является относительно удаленный излучатель энергии, или на очень маленькую (хотя, возможно, и глубокую) область, когда тело вступает в прямой контакт с источником (например, проводом или штырем разъема). ^[5]

Эпидермис имеет высокое электрическое сопротивление для более низких частот; на более высоких частотах энергия проникает через емкостную связь . Повреждение эпидермиса имеет небольшую степень, если только эпидермис не очень влажный. Характерная глубина для низкочастотного микроволнового повреждения составляет около 1 см. Скорость нагрева жировой ткани намного медленнее, чем мышечной ткани. Частоты в диапазоне миллиметровых волн поглощаются в самом верхнем слое кожи, богатом тепловыми сенсорами. На более низких частотах, между 1–10 ГГц, большая часть энергии, однако, поглощается в более глубоких слоях; порог клеточного повреждения там составляет 42 °C, в то время как болевой порог составляет 45 °C, поэтому субъективное восприятие не может быть надежным индикатором вредного уровня воздействия на этих частотах. ^[6]

Воздействие частот, распространенных в бытовых и промышленных источниках, редко приводит к значительному повреждению кожи; в таких случаях повреждение, как правило, ограничивается верхними конечностями . Значительное повреждение с эритемой , волдырями , болью , повреждением нервов и некрозом тканей может возникнуть даже при воздействии длительностью всего 2–3 секунды. Из-за глубокого проникновения этих частот кожа может быть минимально затронута и не показывать никаких признаков повреждения, в то время как мышцы , нервы и кровеносные сосуды могут быть значительно повреждены. Чувствительные нервы особенно чувствительны к такому повреждению; случаи стойкого неврита и компрессионной невропатии были зарегистрированы после значительного воздействия микроволн. ^[7]

Микроволновые ожоги имеют некоторое сходство с электрическими ожогами , поскольку повреждение тканей глубокое, а не поверхностное. Жировая ткань показывает меньшую степень повреждения, чем мышцы и другие ткани, богатые водой. (В отличие от этого, лучистое тепло, контактные ожоги и химические ожоги повреждают подкожную жировую ткань в большей степени, чем более глубокую мышечную ткань.) Полнослойная биопсия области между обожженной и необожженной кожей показывает слои более и менее поврежденной ткани («щадящая ткань»), слои неповрежденного жира между поврежденными мышцами; картина, которая отсутствует при обычных термических или химических ожогах. Клетки, подвергшиеся электрическим ожогам, показывают микроскопическое ядерное течение при гистологическом исследовании; эта особенность отсутствует при микроволновых ожогах. Микроволны также передают больше энергии областям с низким кровоснабжением и на интерфейсы тканей . ^{[1] [8]}

В тканях могут образовываться горячие точки, что приводит к более высокому поглощению микроволновой энергии и даже к более высокой температуре, что приводит к локализованному некрозу пораженной ткани. ^[9] Иногда пораженная ткань может даже обугливаться . ^[10]

Разрушение мышечной ткани может привести к миоглобинурии , с последующей почечной недостаточностью в тяжелых случаях; это похоже на ожоги от электрического тока. Анализ мочи и сывороточные тесты на КФК , азот мочевины и креатин используются для проверки этого состояния. ^[11]

Были зарегистрированы случаи тяжелого конъюнктивита после того, как технические специалисты осмотрели волноводы с электроприводом . ^[4]

Сообщалось о катарактах, вызванных микроволнами . ^[12] Эксперименты на кроликах и собаках, в основном в диапазоне частот УВЧ , показали, что глазные эффекты ограничиваются веками и конъюнктивой (например, кератит или ирит переднего сегмента глаза ). ^[7] Катаракты наблюдались у нескольких рабочих, подвергшихся воздействию радиочастотного излучения, но в некоторых случаях причина была не связана с воздействием радиочастот, а в других случаях доказательства были неполными или неубедительными. ^[9] Однако некоторые источники упоминают случаи повреждений хрусталика и сетчатки глаза, связанных с микроволнами ^[13], и возможность термического воздействия вызывать катаракту или очаговые ожоги тканей (включая кератит ). ^[14]

Для частоты ближнего поля 2,45 ГГц минимальная плотность мощности, вызывающая катаракту у кроликов, составила 150 мВт/см2 ^в течение 100 минут; для этого необходимо было достичь ретролентальной температуры 41 °C. Когда температура глаза поддерживалась низкой с помощью внешнего охлаждения, катаракта не вызывалась более высокими интенсивностями поля; это подтверждает гипотезу о вовлечении теплового механизма. ^[15]

Чувствительные нервы особенно чувствительны к повреждению микроволнами. Случаи стойкого неврита и компрессионной невропатии были зарегистрированы после значительного воздействия микроволн. ^[7]

Когда температура мозга повышается до 42 °C или выше, проницаемость гематоэнцефалического барьера увеличивается. ^[15]

Нейропатия из -за поражения периферических нервов , без видимых внешних ожогов, может возникнуть, когда нерв подвергается воздействию микроволн достаточной плотности мощности. Механизм повреждения считается термическим. Радиочастотные волны и ультразвук могут использоваться для временной блокировки периферических нервов во время нейрохирургических операций. ^[16]

Тепловое воздействие микроволн может вызвать дегенерацию яичек и снижение количества сперматозоидов . ^[14]

Ожог легких может наблюдаться при воздействии на легкие; для диагностики используется рентгенография грудной клетки. ^[11]

Обнажение брюшной полости может привести к непроходимости кишечника из-за стеноза пораженной кишки; для проверки этого состояния используется плоская и вертикальная рентгенография брюшной полости. ^[11]

Бытовые микроволновые печи имеют экранирование внутри печи, которое предотвращает утечку микроволн, а также защитные блокировки , которые не позволяют печи работать при открытой дверце. Поэтому ожоги из-за прямого воздействия микроволновой энергии (в отличие от прикосновения к горячей пище) не должны возникать при нормальных обстоятельствах.

Есть несколько случаев жестокого обращения с детьми , когда младенца или ребенка помещали в микроволновую печь. Типичным признаком таких травм являются четко определенные ожоги на коже, ближайшей к микроволновому излучателю, а гистологическое исследование показывает большую степень повреждения в тканях с высоким содержанием воды (например, мышцы ), чем в тканях с меньшим содержанием воды (например, жировая ткань ). ^[17]

Один из таких случаев касался подростка-няни, которая призналась, что поместила ребенка в микроволновую печь примерно на шестьдесят секунд. У ребенка образовался ожог третьей степени на спине размером 5 x 6 дюймов. Позже няня отвезла ребенка в отделение неотложной помощи, где на спину были помещены множественные кожные трансплантаты . Признаков длительных эмоциональных, когнитивных или физических последствий не было. КТ головы была нормальной, и не было никаких катаракт . ^[1]

Другой случай касался пятинедельной девочки, у которой были множественные ожоги всей толщины, в общей сложности 11% поверхности тела. Мать утверждала, что ребенок находился рядом с микроволновой печью, но не внутри нее. Ребенок выжил, но ему потребовались ампутации частей одной ноги и одной руки. ^[1]

Кроме того, было зафиксировано два случая смерти младенцев , предположительно вызванных микроволновыми печами . ^{[18] [19] [20]} Во всех этих случаях младенцы были помещены в микроволновые печи и умерли от полученных травм.

Сообщалось о случае повреждения нерва в результате воздействия излучения от неисправной микроволновой печи мощностью 600 Вт, работавшей в течение пяти секунд с открытой дверцей, при этом обе руки и кисти были открыты. Во время воздействия наблюдалось пульсирующее жжение во всех пальцах. Эритема появилась на тыльной стороне обеих рук и кистей. Четыре года спустя электромиографический тест выявил денервацию срединного нерва , локтевого нерва и лучевого нерва на обеих руках . ^{[1] [21]}

Первая травма от микроволновой печи была зарегистрирована в 1973 году. Две женщины работали с микроволновой печью в закусочной универмага. Через несколько лет печь дала сбой, проявившийся в подгорании пищи. Первая женщина заметила жжение в пальцах и очень небольшую боль или болезненность, когда находилась рядом с работающей печью. Небольшое поражение появилось на ее левом указательном пальце, около основания ногтя. В течение следующих четырех недель также пострадали три пальца ее правой руки. На ее ногтях появились поперечные бороздки и деформации вблизи основания ногтя. Через пять месяцев после первых симптомов она обратилась к врачу; обследование не обнаружило никаких отклонений, кроме ногтей. Использование местного стероидного крема в течение шести недель привело к постепенному улучшению. Вторая женщина испытала деформацию ногтя в то же время, что и первая, с теми же клиническими результатами. Печь была возвращена производителю до вмешательства врача, и объем утечки не мог быть оценен. ^[21]

29 июля 1977 года HF, 51-летняя учительница, пыталась вынуть кастрюлю из своей новой 600-ваттной микроволновой печи. Печь подала сигнал об окончании цикла нагрева, но свет и нагнетатель воздуха были включены. Во время извлечения тарелки она вставила две трети своих голых предплечий в печь, в общей сложности на пять секунд. Печь все еще работала. Она почувствовала «ощущение пульсации жара» и жжение в пальцах и ногтях, а также ощущение « иголок » на открытых участках. Вскоре после этого появились колющая боль, отек и красно-оранжевое изменение цвета тыльной стороны обеих рук и предплечий. На следующий день она обратилась за медицинской помощью. С тех пор она прошла курс лечения пероральным и местным кортизоном , лучами Гренца , ультразвуком и позднее иглоукалыванием, но без облегчения. Симптомы сохранялись, включая высокую чувствительность к лучистому теплу (солнце, настольная лампа и т. д.) и растущую непереносимость давления одежды и прикосновений к рукам и предплечьям. Неврологические обследования в 1980 и 1981 годах не дали определенного диагноза. Нейронные латентности были в пределах нормы. Электромиография обнаружила денервацию срединного нерва , локтевого нерва и лучевого нерва на обеих руках. Также было обнаружено резкое уменьшение количества потовых желез в мякоти пальцев по сравнению со случайным контролем. Было установлено, что травма была вызвана полной мощностью магнетрона; пульсирующее ощущение было вызвано либо мешалкой (механическим зеркалом, распределяющим микроволновый луч по пространству печи для предотвращения образования горячих и холодных пятен), либо артериальной пульсацией в сочетании с повышенной чувствительностью нервов. Повреждение волокон A бета , волокон A дельта и нервных волокон группы C было причиной ощущения жжения. Повышенная гиперчувствительность к лучистому теплу обусловлена ​​повреждением A бета, A дельта и полимодальных ноцицепторов (волокон группы C); это повреждение вызывается однократным перегревом кожи до 48,5–50 °C, и возникающая чувствительность сохраняется в течение длительного времени. Дегенерация альфа- мотонейронов также вызвана воздействием тепла и радиации. Большинство основных нервных стволов не были затронуты. Повреждение волокон A бета (расположенных в коже), обнаруженное с помощью двухточечного теста дискриминации, является постоянным; тельца Пачини , тельца Мейсснера и нервные окончания Меркеля , которые дегенерировали после денервации, не регенерируются. Симпатическая нервная систематакже было вовлечено; уменьшение активности потовых желез было вызвано разрушением их иннервации, первоначальный отек и покраснение также были вызваны повреждением симпатических нервов. ^[22]

В 1983 году 35-летний мужчина разогревал сэндвич в микроволновой печи на работе. После открытия дверцы магнетрон не выключился, и его правая рука подверглась воздействию микроволнового излучения, когда он доставал сэндвич. После воздействия его рука была бледной и холодной; через 30 минут мужчина обратился к врачу с парестезией во всех пальцах, а рука все еще бледной и холодной. Тест Аллена показал возвращение нормального цвета через 60 секунд (норма составляет 5 секунд). Через 60 минут после воздействия рука снова стала нормальной, и пациент был выписан без лечения. Через неделю не было ни парестезии, ни двигательной слабости, ни сенсорного дефицита. ^[21]

Инженер заменил поврежденный дятлом облучатель мощной микроволновой антенны, 15-метровой тарелки на наземной станции телевизионной сети, с помощью подъемника . Закончив работу, он послал своего техника включить передатчик и попытался опустить подъемник. Двигатель отказал, и инженер застрял рядом с антенной, за пределами ее главного лепестка , но в пределах первого бокового лепестка . Техник, не зная, что инженер все еще находится близко к антенне, включил ее. Инженер подвергался воздействию интенсивного микроволнового поля около трех минут, пока ошибка не была обнаружена. Немедленных симптомов не было; на следующее утро инженер обнаружил кровь и твердые частицы в своей моче и обратился к врачу, который обнаружил кровь в стуле и массивные спайки кишечника . Медицинские проблемы инженера длились много лет. ^[23]

Во время тестирования характеристик двухмагнетронных микроволновых печей на заводе Franklin Manufacturing в 1962/1963 годах два техника использовали один источник питания, перемещая высоковольтный провод магнетрона(ов) между двумя испытательными печами. Неспособность проверить подключение к нужной печи привела к включению открытой печи, модифицированной путем регулировки положений двух магнетронов (общая мощность 2 кВт), когда я находился в печи с головой и руками. Сначала я заметил нагрев (похожий на солнечный ожог) на моем лице, руках и предплечьях. Я быстро вытащил его из печи, но все еще ощущал нагрев груди и лица. Через несколько секунд я понял причину и отключил источник питания. В то время я не испытал никаких очевидных повреждений, однако, возможно, произошло повреждение желтого пятна и хрусталика, и один глаз не имеет центрального зрения. ^[24]

Диэлектрический нагрев ( диатермия ) используется в медицине; частоты, используемые обычно, лежат в ультразвуковом, коротковолновом и микроволновом диапазонах. Неосторожное применение, особенно когда у пациента имплантированы металлические проводники (например, провода кардиостимулятора), может вызвать ожоги кожи и более глубоких тканей и даже смерть. ^[25]

Микроволновое повреждение тканей может быть намеренно использовано в качестве терапевтического метода, например, радиочастотная абляция и радиочастотное поражение . Контролируемое разрушение ткани выполняется для лечения аритмии . ^[26] Микроволновая коагуляция может использоваться для некоторых видов хирургических операций, например, для остановки кровотечения после тяжелой травмы печени . ^[27]

Микроволновое нагревание, по-видимому, наносит больший вред бактериям, чем эквивалентное тепловое нагревание. ^[28] Однако пища, разогретая в микроволновой печи, обычно достигает более низкой температуры, чем разогретая классическим способом, поэтому патогены с большей вероятностью выживают.

Микроволновое нагревание крови, например, для переливания , противопоказано, так как может вызвать гемолиз и гиперкалиемию . ^[8]

Микроволновое нагревание является одним из методов индукции гипертермии для гипертермической терапии .

Высокоэнергетические микроволны используются в нейробиологических экспериментах для умерщвления мелких лабораторных животных ( мышей , крыс ) с целью фиксации мозговых метаболитов без потери анатомической целостности ткани. Используемые инструменты разработаны для фокусировки большей части мощности на голове животного. Потеря сознания и смерть наступают практически мгновенно, менее чем за одну секунду, и этот метод является наиболее эффективным для фиксации химической активности мозговой ткани. Источник 2,45 ГГц, 6,5 кВт нагреет мозг 30-граммовой мыши до 90 °C примерно за 325 миллисекунд; источник 915 МГц, 25 кВт нагреет мозг 300-граммовой крысы до той же температуры за секунду. Для этой цели необходимо использовать специальные устройства, разработанные или модифицированные; использование кухонных микроволновых печей осуждается. ^[29]

Существуют пределы безопасности для воздействия микроволн. Управление по охране труда и технике безопасности США определяет предел плотности энергии для периодов воздействия 0,1 часа или более до 10 мВт/см ² ; для более коротких периодов предел составляет 1 мВт-ч/см ² с ограниченными отклонениями выше 10 мВт/см ^{2 . Стандарт} Управления по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США (FDA) для утечки в микроволновых печах устанавливает предел в 5 мВт/см ² на расстоянии 2 дюймов от поверхности печи. ^[25]

Для частоты 5,8 ГГц воздействие 30 мВт/см2 ^{вызывает} повышение температуры кожи лица на 0,48 °C, поверхность роговицы нагревается на 0,7 °C, а температура сетчатки , по оценкам, увеличивается на 0,08–0,03 °C. ^[9]

Воздействие микроволн на кожу может восприниматься как ощущение тепла или боли. Из-за более низкого проникновения более высоких частот порог восприятия для более высоких частот ниже, так как больше энергии рассеивается ближе к поверхности тела. Когда все лицо подвергается воздействию микроволн 10 ГГц, ощущение тепла возникает при плотности энергии 4–6 мВт/см ² в течение 5 или более секунд или около 10 мВт/см ² в течение половины секунды. Эксперименты на шести добровольцах, подвергшихся воздействию микроволн 2,45 ГГц, показали, что пороги восприятия на коже предплечья составляют в среднем 25–29 мВт/см ² , в диапазоне от 15,40 до 44,25 мВт/см ² . Ощущение было неотличимо от тепла, передаваемого инфракрасным излучением, хотя инфракрасное излучение требовало примерно в пять раз меньшей плотности энергии. Было показано, что болевой порог для 3 ГГц составляет от 0,83 до 3,1 Вт/см2 ^для 9,5 см2 ^{площади} воздействия в зависимости от продолжительности воздействия; другой источник утверждает, что зависимость не напрямую зависит от плотности мощности и продолжительности воздействия, а в первую очередь от критической температуры кожи. ^[9]

Микроволновая энергия может быть сфокусирована металлическими предметами вблизи тела или при имплантации . Такая фокусировка и вызванное ею повышенное нагревание могут значительно снизить пороги восприятия, боли и повреждения. Очки в металлической оправе возмущают микроволновые поля в диапазоне от 2 до 12 ГГц; было обнаружено, что отдельные компоненты резонируют в диапазоне от 1,4 до 3,75 ГГц. ^[9]

Охранник с металлической пластиной в ноге столкнулся с нагревом пластины во время патрулирования вблизи антенн передатчиков тропосферного рассеяния ; его пришлось вывести из зоны их расположения.

В диапазоне 30–300 ГГц сухая одежда может служить трансформатором импеданса , способствуя более эффективному соединению энергии с кожей. ^[4]

Импульсное микроволновое излучение может восприниматься некоторыми работниками как явление, называемое « микроволновым слухом »; облученный персонал воспринимает слуховые ощущения щелчков или жужжания. Причиной считается термоупругое расширение частей слухового аппарата. ^[14] Реакция слуховой системы происходит по крайней мере от 200 МГц до по крайней мере 3 ГГц. В тестах использовалась частота повторения 50 Гц с шириной импульса от 10 до 70 микросекунд. Было обнаружено, что воспринимаемая громкость связана с пиковой плотностью мощности, а не со средней плотностью мощности. На частоте 1,245 ГГц пиковая плотность мощности для восприятия была ниже 80 мВт/см2 ^. Общепринятым механизмом является быстрый (но незначительный, в диапазоне 10−5 ^° C) нагрев мозга каждым импульсом и возникающая в результате волна давления, проходящая через череп к улитке . ^[4]

Некоторые вакуумные трубки, присутствующие в микроволновых установках, имеют тенденцию генерировать тормозное рентгеновское излучение . Магнетроны и особенно водородные тиратроны , как правило, являются худшими виновниками. ^[30]

Поскольку энергии радиочастотных волн и микроволн недостаточно для непосредственного разрушения отдельных химических связей в небольших или стабильных молекулах, эффекты считаются ограниченными тепловыми. Плотности энергии, недостаточные для перегрева тканей, не вызывают долгосрочного повреждения ^{[ необходима ссылка ]} . Для ясности, темно-красная лампочка в черно-белой фотолаборатории производит более высокоэнергетическую форму излучения, чем микроволны. Как и микроволновая печь, эта лампочка может обжечься, особенно если к ней прикоснуться, но ожог возможен только из-за слишком большого количества тепла. Исследование 20 000 техников -радаров ВМС США , которые хронически подвергались воздействию высоких уровней микроволнового излучения, не выявило увеличения заболеваемости раком. ^[31] Недавние эпидемиологические данные также привели к консенсусу, что воздействие электромагнитных полей, например, вдоль линий электропередач, не увеличивает заболеваемость лейкемией или другими видами рака. ^[32]

Распространенный миф среди работников радаров и микроволновой связи заключается в том, что воздействие микроволн на область гениталий делает мужчину бесплодным примерно на день. Однако плотность мощности, необходимая для этого эффекта, достаточна, чтобы также вызвать необратимые повреждения. ^[23]