Микроволновой ожог

Эта статья о травмах от прямого микроволнового воздействия. Информацию о других травмах, связанных с микроволновой печью, см. в разделе «Микроволновая печь § Опасности» .

Микроволновые ожоги — ожоговые травмы, вызванные тепловым воздействием СВЧ -излучения , поглощенного 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, является тепловым – воздействие на здоровье, в просторечии связанное с термином «радиация», например как и радиационное отравление , не может быть вызвано воздействием микроволн или других форм неионизирующего излучения .

Повреждение микроволновой печью может проявиться с задержкой; Боль или признаки повреждения кожи могут проявиться через некоторое время после воздействия микроволнового излучения.

Частота против глубины

Глубина проникновения зависит от частоты микроволн и типа ткани. Система активного отрицания («луч боли») представляет собой менее смертоносное оружие направленной энергии , в котором используется микроволновый луч частотой 95 ГГц; Двухсекундный импульс 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 на коже без длительного повреждения. . И наоборот, более низкие частоты проникают глубже; при 5,8 ГГц (3,2 мм) глубина большая часть энергии рассеивается в первом миллиметре кожи; микроволны с частотой 2,45 ГГц, обычно используемые в микроволновых печах, могут доставлять энергию глубже в ткани; общепринятое значение — 17 мм для мышечной ткани.

Поскольку более низкие частоты проникают глубже в ткани и поскольку в более глубоко расположенных частях тела имеется меньше нервных окончаний, воздействие радиочастотных волн (и причиненный ущерб) может быть не сразу заметным. Более низкие частоты при высокой плотности мощности представляют значительный риск.

Поглощение микроволнового излучения определяется диэлектрической проницаемостью ткани. На частоте 2,5 ГГц это значение варьируется от примерно 5 для жировой ткани до примерно 56 для сердечной мышцы . Поскольку скорость электромагнитных волн пропорциональна обратной величине квадратного корня из 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.

Слои тела можно аппроксимировать тонким слоем эпидермиса, дермы, жировой ткани (подкожной жировой клетчатки) и мышечной ткани. Излучение с частотой в десятки гигагерц поглощается в верхней части кожи и достигает нескольких миллиметров. Мышечная ткань является гораздо более эффективным поглотителем, чем жир, поэтому на более низких частотах, которые могут проникать достаточно глубоко, большая часть энергии откладывается именно там. В однородной среде зависимость энергия/глубина представляет собой экспоненциальную кривую, показатель степени которой зависит от частоты и ткани. При частоте 2,5 ГГц первый миллиметр мышечной ткани поглощает 11% тепловой энергии, первые два миллиметра вместе поглощают 20%. Для более низких частот коэффициенты затухания значительно ниже, достижимая глубина нагрева выше и градиент температуры внутри ткани ниже.

Повреждение тканей

Повреждение тканей зависит прежде всего от поглощенной энергии и чувствительности тканей; это функция плотности микроволновой мощности (которая зависит от расстояния от источника и его выходной мощности), частоты, скорости поглощения в данной ткани и чувствительности ткани. Ткани с высоким содержанием воды (или электролита) демонстрируют более высокое поглощение микроволнового излучения.

Степень повреждения тканей зависит как от достигнутой температуры, так и от продолжительности воздействия. В течение короткого времени можно переносить более высокие температуры.

Повреждение может распространиться на большую площадь, когда источником является относительно удаленный излучатель энергии, или на очень небольшую (хотя, возможно, глубокую) область, когда тело вступает в прямой контакт с источником (например, проводом или штырем разъема). ).

Эпидермис обладает высоким электрическим сопротивлением для более низких частот; на более высоких частотах энергия проникает за счет емкостной связи . Повреждение эпидермиса имеет низкую степень, если только эпидермис не очень влажный. Характерная глубина низкочастотного микроволнового поражения составляет около 1 см. Скорость нагрева жировой ткани значительно медленнее, чем мышечной. Частоты миллиметрового диапазона поглощаются самым верхним слоем кожи, богатым термодатчиками. Однако на более низких частотах, между 1–10 ГГц, большая часть энергии поглощается в более глубоких слоях; порог клеточного повреждения там находится на уровне 42 °C, а болевой порог — на уровне 45 °C, поэтому субъективное восприятие не может быть надежным индикатором вредного уровня воздействия на этих частотах.

Кожа

Воздействие частот, распространенных в бытовых и промышленных источниках, редко приводит к значительному повреждению кожи; в таких случаях повреждение обычно ограничивается верхними конечностями . Серьезные травмы с покраснением , волдырями , болью , повреждением нервов тканей и некрозом могут возникнуть даже при кратковременном воздействии всего 2–3 секунды. Благодаря глубокому проникновению этих частот кожа может быть затронута минимально и не иметь признаков повреждения, а мышцы , нервы и кровеносные сосуды могут быть значительно повреждены. Сенсорные нервы особенно чувствительны к таким повреждениям; о случаях стойкого неврита и компрессионной невропатии после значительного воздействия микроволнового излучения. Сообщалось

Мышечная и жировая ткань

Микроволновые ожоги имеют некоторое сходство с электрическими ожогами , поскольку повреждение тканей является глубоким, а не поверхностным. Жировая ткань менее повреждена, чем мышцы и другие ткани, богатые водой. (Напротив, лучистое тепло, контактные и химические ожоги повреждают подкожную жировую ткань в большей степени, чем более глубокие мышечные ткани.) Полнослойная биопсия области между обожженной и неожженной кожей показывает слои более и менее поврежденной ткани («сохранение тканей»). ), прослойки неповрежденного жира между поврежденными мышцами; картина, которой нет при обычных термических или химических ожогах. В клетках, подвергшихся электрическим ожогам, при гистологическом исследовании обнаруживаются микроскопические потоки ядер; эта особенность отсутствует при микроволновых ожогах. Микроволны также передают больше энергии областям с низким кровоснабжением и границам тканей .

В тканях могут образовываться горячие точки, что приводит к более высокому поглощению микроволновой энергии и достижению еще более высокой температуры с последующим локальным некрозом пораженной ткани. Иногда пораженные ткани могут даже обугливаться .

Разрушение мышечной ткани может привести к миоглобинурии , за которой почечная недостаточность в тяжелых случаях следует ; это похоже на ожоги электрическим током. анализ мочи и сывороточные тесты на КФК , АМК и креатин . Для проверки этого состояния используются

Глаза

Сообщалось о случаях тяжелого конъюнктивита после того, как технические специалисты осмотрели волноводы с питанием .

, вызванной микроволновым излучением . о катаракте Сообщалось Эксперименты на кроликах и собаках, в основном в диапазоне частот УВЧ , показали, что воздействие на глаза ограничивается веками и конъюнктивой (например, переднего сегмента кератит или ирит ). Катаракта наблюдалась у нескольких рабочих, подвергшихся воздействию радиочастотного излучения, но в некоторых случаях причина не была связана с воздействием радиочастот, а в других случаях доказательства были неполными или неубедительными. Однако в некоторых источниках упоминается частота повреждений хрусталика и сетчатки, связанных с микроволновым излучением. и возможность термического воздействия вызвать катаракту или очаговые ожоги тканей (в т.ч. кератит ).

Было обнаружено, что для частоты ближнего поля 2,45 ГГц минимальная плотность мощности, вызывающая катаракту у кроликов, составляет 150 мВт/см. ² на 100 минут; необходимо было достичь ретролентальной температуры 41°C. Когда температура глаза поддерживалась низкой за счет внешнего охлаждения, катаракта не вызывалась более высокой интенсивностью поля; это подтверждает гипотезу о наличии теплового механизма.

Нервы

Сенсорные нервы особенно чувствительны к микроволновому повреждению. о случаях стойкого неврита и компрессионной нейропатии после значительного воздействия микроволнового излучения. Сообщалось

Когда температура головного мозга повышается до 42 °C или выше, проницаемость гематоэнцефалического барьера увеличивается.

Нейропатия из периферических нервов -за поражения без видимых внешних ожогов может возникнуть, когда нерв подвергается воздействию микроволн достаточной плотности мощности. Считается, что механизм повреждения термический. Радиочастотные волны и ультразвук можно использовать для временной блокировки периферических нервов во время нейрохирургических операций.

Другие ткани

Тепловое воздействие микроволн может вызвать дегенерацию яичек и снижение количества сперматозоидов .

Легочный ожог может наблюдаться при обнажении легких; Для диагностики используется рентгенография грудной клетки.

Обнажение живота может привести к непроходимости кишечника из-за стеноза пораженной кишки; Для проверки этого состояния используется плоский и вертикальный рентген брюшной полости.

Случаи травм

Бытовые микроволновые печи имеют экранирование внутри духовки, предотвращающее утечку микроволн наружу, а также защитные блокировки , которые не позволяют духовке работать при открытой дверце. Таким образом, ожоги в результате прямого воздействия микроволновой энергии (в отличие от прикосновения к горячей пище) не должны возникать при нормальных обстоятельствах.

Младенцы и микроволновые печи

Есть несколько случаев жестокого обращения с детьми , когда младенца или ребенка помещали в микроволновую печь. Типичной особенностью таких травм являются четко выраженные ожоги на коже, ближайшей к микроволновому излучателю, а гистологическое исследование показывает более высокую степень повреждения в тканях с высоким содержанием воды (например, в мышцах ), чем в тканях с меньшим содержанием воды (например, в жировой ткани). ).

В одном из таких случаев речь шла о няне-подростке, которая призналась, что поместила ребенка в микроволновую печь примерно на шестьдесят секунд. У ребенка образовался третьей степени ожог спины размером 5 х 6 дюймов. Позже няня отвезла ребенка в отделение неотложной помощи, где множественные кожные трансплантаты на спине ему сделали . Не было никаких признаков длительных эмоциональных, когнитивных или физических последствий. КТ головы была нормальной, катаракты не было .

Другой случай касался пятинедельной девочки, у которой были множественные ожоги на всю толщину, занимавшие 11% площади поверхности тела. Мать утверждала, что младенец находился рядом с микроволновой печью, но не внутри нее. Младенец выжил, но ему потребовалась ампутация частей одной ноги и одной руки.

Кроме того, было зарегистрировано два предполагаемых случая детской смертности, вызванных микроволновыми печами . Во всех этих случаях младенцев помещали в микроволновую печь и они умирали от последующих травм.

Взрослые и микроволновые печи

Сообщалось о случае повреждения нерва в результате воздействия излучения неисправной микроволновой печи мощностью 600 Вт, работавшей в течение пяти секунд с открытой дверцей и обнаженными руками и кистями рук. Во время воздействия возникало ощущение пульсации, жжения во всех пальцах. Эритема появилась на тыльной стороне обеих кистей и предплечий. денервацию срединного нерва , локтевого нерва и лучевого нерва выявила Четыре года спустя электромиография на обеих руках .

Первая травма, связанная с микроволновой печью, была зарегистрирована в 1973 году. Две женщины работали с микроволновой печью в закусочной универмага. Через несколько лет в духовке возникла неисправность, проявляющаяся в пригорании продуктов. Первая женщина заметила жжение в пальцах и очень слабую боль или чувствительность, когда она находилась рядом с работающей духовкой. На ее левом указательном пальце, возле основания ногтя, появилось небольшое повреждение. В следующие четыре недели также пострадали три пальца ее правой руки. На ногтях появились поперечные борозды и деформации вблизи основания ногтя. Через пять месяцев после появления первых симптомов она обратилась к врачу; обследование не выявило никаких отклонений, кроме ногтей. Местное применение стероидных кремов в течение шести недель привело к постепенному улучшению. У второй женщины одновременно с первой произошла деформация ногтей, с теми же клиническими проявлениями. Духовка была возвращена производителю до вмешательства врача, и объем утечки оценить не удалось.

29 июля 1977 года 51-летняя учительница Х.Ф. пыталась вытащить форму для запекания из своей новой 600-ваттной микроволновой печи. Духовка сигнализировала об окончании цикла нагрева, но свет и вентилятор горели. Доставая блюдо, она вставила в духовку две трети своих обнаженных предплечий, в общей сложности на пять секунд. Духовка все еще работала. Она почувствовала «горячую пульсацию» 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 кистей и предплечий. На следующий день она обратилась за медицинской помощью. прошла лечение пероральным и местным кортизоном , лучами Гренца С тех пор она безрезультатно , ультразвуком, а затем иглоукалыванием. Симптомы сохранялись, включая высокую чувствительность к тепловому излучению (солнцу, настольной лампе и т. д.) и растущую непереносимость давления одежды и прикосновений к рукам и предплечьям. Неврологическое обследование в 1980 и 1981 годах не позволило поставить точный диагноз. Латентность нейронов была в пределах нормы. Электромиография выявила денервацию срединный нерв , локтевой нерв и лучевой нерв на обеих руках. Также было обнаружено резкое уменьшение количества потовых желез в пульпе пальцев по сравнению со случайным контролем. Было установлено, что травма была вызвана полной мощностью магнетрона; ощущение пульсации 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 бета-волокон , А-дельта-волокон и нервных волокон группы С стало причиной ощущения жжения. Повышенная гиперчувствительность к лучистому теплу обусловлена ​​поражением А-бета-, А-дельта- и полимодальных ноцицепторов (волокон группы С); это повреждение вызывается однократным перегревом кожи до 48,5–50 °С, при этом возникающая чувствительность сохраняется длительное время. Дегенерация альфа-мотонейронов также вызвана воздействием тепла и радиации. Большинство основных нервных стволов не пострадало. Повреждение бета-волокон (расположенных в коже), обнаруженное двухточечный тест на дискриминацию, является постоянным; тельца Пачини , тельца Мейснера и нервные окончания Меркеля , дегенерировавшие после денервации, не регенерируют. Симпатическая нервная система также была вовлечена; уменьшение активности потовых желез было обусловлено разрушением их иннервации, первоначальный отек и покраснение также были обусловлены поражением симпатических нервов.

В 1983 году 35-летний мужчина на работе разогревал бутерброд в микроволновой печи. После открытия двери 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 парестезиями всех пальцев, рука все еще была бледной и холодной. показал Тест Аллена возвращение к нормальному цвету через 60 секунд (норма – 5 секунд). Через 60 минут после воздействия рука снова пришла в норму, и пациент был выписан без лечения. Через неделю парестезий, двигательной слабости и сенсорного дефицита не было.

Другой

Инженер заменил поврежденный дятлом облучатель мощной микроволновой антенны, 15-метровой тарелки на наземной станции телевизионной сети, используя сборщик вишен . Закончив, он послал своего техника включить передатчик и попытался опустить сборщик вишен. Двигатель вышел из строя, и инженер застрял рядом с антенной, за пределами ее главного лепестка , но в пределах первого бокового лепестка . Техник, не подозревая, что инженер все еще находится рядом с антенной, включил ее. Инженер подвергался воздействию интенсивного микроволнового поля в течение примерно трёх минут, пока ошибка не была осознана. Непосредственных симптомов не было; На следующее утро инженер обнаружил кровь и твердые вещества в моче и обратился к врачу, который обнаружил кровь в кале и массивные кишечника спайки . Проблемы со здоровьем инженера продолжались долгие годы.

При тестировании характеристик микроволновых печей с двумя магнетронами на предприятии Franklin Manufacturing в 1962/1963 году два техника использовали один источник питания, перемещая высоковольтный провод магнетрона (ов) между двумя испытательными печами. Неспособность проверить подключение к нужной духовке привела к открытию духовки, которую модифицировали путем регулировки положения двух магнетронов (всего 2 кВт), которые должны были включаться, пока я находился с головой и руками в духовке. Впервые я заметил нагрев (сродни солнечному ожогу) моего лица, кистей и предплечий. Я быстро вытащила из духовки, но все равно почувствовала жар в груди и лице. Через несколько секунд я понял причину и отключил питание. В то время у меня не было очевидных повреждений, однако возможно, что имело место повреждение макулы и хрусталика, и один глаз не имеет центрального зрения.

Медицинское использование

Диэлектрический нагрев ( диатермия ) применяется в медицине; используемые частоты обычно лежат в ультразвуковом, коротковолновом и микроволновом диапазонах. Неосторожное применение, особенно если пациенту имплантированы металлические проводники (например, провода кардиостимулятора), может вызвать ожоги кожи и более глубоких тканей и даже смерть.

Микроволновое повреждение тканей может быть намеренно использовано в качестве терапевтического метода, например, радиочастотная абляция и радиочастотное повреждение . Контролируемое разрушение тканей проводят при лечении аритмии . Микроволновая коагуляция может использоваться при некоторых видах операций, например, при остановке кровотечения после тяжелого повреждения печени .

Микроволновое нагревание, по-видимому, наносит больший вред бактериям, чем эквивалентное тепловое нагревание. Однако пища, разогретая в микроволновой печи, обычно достигает более низкой температуры, чем разогретая классически, поэтому болезнетворные микроорганизмы с большей вероятностью выживут.

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

Микроволновое нагревание — один из методов индуцирования гипертермии для гипертермической терапии .

Микроволны высокой энергии используются в нейробиологических экспериментах для умерщвления мелких лабораторных животных ( мышей , крыс ) с целью фиксации метаболитов мозга без потери анатомической целостности тканей. Используемые инструменты предназначены для сосредоточения большей части силы на голове животного. Потеря сознания и смерть происходят почти мгновенно, менее чем за одну секунду, и этот метод является наиболее эффективным для фиксации химической активности тканей мозга. Источник с частотой 2,45 ГГц и мощностью 6,5 кВт нагреет мозг мыши массой 30 г до 90 °C примерно за 325 миллисекунд; Источник с частотой 915 МГц и мощностью 25 кВт нагреет мозг крысы массой 300 г до такой же температуры за секунду. Необходимо использовать специальные устройства, разработанные или модифицированные для этой цели; использование кухонных микроволновых печей осуждается.

Пороги восприятия

Существуют пределы безопасности для микроволнового воздействия. США Управление по охране труда определяет предел плотности энергии для периодов воздействия от 0,1 часа и 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 . США Стандарт Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для утечки в микроволновой печи устанавливает ограничение на уровне 5 мВт/см. ² на расстоянии 2 дюймов от поверхности духовки.

Для 5,8 ГГц воздействие до 30 мВт/см. ² вызывает повышение температуры кожи лица на 0,48 °С, поверхность роговицы нагревается на 0,7 °С, а температура сетчатки оценивается на 0,08–0,03 °С.

Воздействие на кожу микроволн может восприниматься как ощущение тепла или боли. Из-за меньшего проникновения более высоких частот порог восприятия для более высоких частот ниже, поскольку больше энергии рассеивается ближе к поверхности тела. Когда все лицо подвергается воздействию микроволн с частотой 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 на полсекунды. Эксперименты на шести добровольцах, подвергшихся воздействию микроволн с частотой 2,45 ГГц, показали, что порог восприятия на коже предплечья составляет в среднем 25–29 мВт/см. ² , в пределах от 15,40 до 44,25 мВт/см ² . Ощущение было неотличимо от тепла, исходящего от инфракрасного излучения, хотя инфракрасное излучение требовало примерно в пять раз меньшей плотности энергии. Показано, что болевой порог на частоте 3 ГГц находится в диапазоне от 0,83 до 3,1 Вт/см. ² для 9,5 см ² площади воздействия в зависимости от продолжительности воздействия; Другой источник сообщает, что зависимость зависит не напрямую от плотности мощности и длительности воздействия, а в первую очередь от критической температуры кожи.

Микроволновая энергия может фокусироваться металлическими предметами, находящимися вблизи тела или при имплантации . Такая фокусировка и, как следствие, повышенное нагревание могут значительно снизить пороги восприятия, боли и повреждения. в металлической оправе Очки искажают микроволновые поля в диапазоне 2–12 ГГц; Было обнаружено, что отдельные компоненты резонансны в диапазоне от 1,4 до 3,75 ГГц.

Охранник с металлической пластиной в ноге испытал нагрев пластины во время патрулирования вблизи тропосферного рассеяния антенн передатчика ; его пришлось удалить из их окрестностей.

В диапазоне 30–300 ГГц сухая одежда может служить трансформатором импеданса , способствуя более эффективной передаче энергии с подлежащей кожей.

Импульсное микроволновое излучение может восприниматься некоторыми работниками как явление, называемое « микроволновым слухом »; облученный персонал ощущает слуховые ощущения щелчка или жужжания. Считается, что причиной является термоэластическое расширение частей слухового аппарата. Реакция слуховой системы происходит как минимум в диапазоне от 200 МГц до как минимум 3 ГГц. В тестах использовалась частота повторения 50 Гц и ширина 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 восприятия была ниже 80 мВт/см. ² . Общепринятый механизм быстрый (но незначительный, в пределах 10 ⁻⁵ °C) нагревание мозга каждым импульсом и возникающая в результате волна давления проходит через череп к улитке .

Другие проблемы

Некоторые электронные лампы, присутствующие в микроволновых установках, имеют тенденцию генерировать тормозное рентгеновское излучение . Магнетроны и особенно водородные тиратроны, как правило, являются худшими нарушителями.

Низкий уровень воздействия

Поскольку энергии радиочастотных волн и микроволн недостаточно для прямого разрушения отдельных химических связей в небольших или стабильных молекулах, эффекты считаются ограниченными тепловыми. Показано, что плотность энергии, недостаточная для перегрева тканей, не вызывает долговременного повреждения. . Чтобы уточнить: темно-красная лампочка в черно-белой фотолаборатории производит излучение более высокой энергии, чем микроволны. Как и микроволновая печь, эта лампочка может загореться, особенно если к ней прикоснуться, но ожог возможен только из-за слишком сильного тепла. Исследование 20 000 радиолокационных техников ВМС США , которые хронически подвергались воздействию высоких уровней микроволнового излучения, не выявило увеличения заболеваемости раком. Недавние эпидемиологические данные также привели к единому мнению, что воздействие электромагнитных полей, например, вдоль линий электропередач, не повышает заболеваемость лейкемией или другими видами рака.

Мифы

Среди работников радиолокационной и микроволновой связи распространенным мифом является то, что воздействие микроволн на область гениталий делает мужчину бесплодным примерно на сутки. Однако плотность мощности, необходимая для этого эффекта, достаточна, чтобы нанести непоправимый ущерб.