STUDIO EFFETTI BIOLOGICI DEI CAMPI
ELETTROMAGNETICI: PASSI
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Caratterizzazione delle sorgenti: antenne, strutture varie,
sorgenti naturali (problema elettromagnetico)
Effetti propagativi del mezzo, che non è il vuoto
(elettromagnetismo e statistica)
Campo elettrico, campo magnetico e densità di potenza in
prossimità dei corpi, considerando medie temporali e
valori di picco (elettromagnetismo e statistica)
Campi ed effetti termici all’interno dei corpi
(elettromagnetismo e biologia)
Effetti biologici e sanitari conseguenti (competenze
biologiche e sanitarie)
Normative
CONSIDERAZIONI PRELIMINARI
TUTTI I METODI DI STUDIO PRESENTANO
LIMITAZIONI: NON CI SONO “RISPOSTE DEFINITIVE”
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Modelli teorici (la realtà è più complessa)
Esperimenti su cellule isolate (non considerano le
interazioni nel corpo)
Esperimenti su animali (spesso non estendibili ad altri
soggetti)
Dati statistici epidemiologici (richiedono grandi numeri e
tempi di osservazione molto lunghi)
ULTERIORI PROBLEMI
• Assenza di prove non è prova dell’assenza!
• Correlazione statistica non implica
necessariamente un rapporto causa-effetto.
CAMPO ELETTROMAGNETICO AMBIENTALE
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•
di origine naturale
prodotto da apparecchiature
Campo elettromagnetico naturale
Deriva da processi di trasformazione dell'energia
• in ambito terrestre
• nel sole
• al di fuori del sistema solare
Campo elettromagnetico terrestre
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Campo atmosferico
Campo elettrico di tipo statico (ionizzazione
atmosferica), dipende da condizioni meteorologiche
Campi elettromagnetici (f < 30 MHz) irradiati da
temporali (ampiezza massima per 2 kHz < f < 30
kHz)
Emissione termica della terra: ~ 3 mW/m^2 nella
banda fino a 300GHz
Campi di origine extraterrestre
raggiungono la superficie filtrati da ionosfera e troposfera
• 10 MHz < f < 50 GHz
• lunghezze d'onda ottiche
• alcune bande dell'infrarosso
Radiazione del sole
Potente sorgente di onde elettromagnetiche
• Potenza in condizioni di quiete: corpo nero a 6000~K
• Potenza associata a macchie (massimo per 500 MHz
< f < 10 GHz)
• Potenza in corrispondenza di eruzioni (anche 10^3
quella in quiete per tempi tra secondi e ore)
Radiazione planetaria
Giove unica apprezzabile sorgente planetaria per
30 MHz < f < 5 GHz
Venere (emissione termica) per f > 5 GHz
Radiazione lunare:
Corpo nero con 100 K < T < 300K
Radiazione da sorgenti esterne al sistema solare
• Radiazione galattica per 10 MHz < f < 10GHz
(max ~ 10^(-19) W m^(-2) Hz^(-1)
• Supernova Cassiopea-A ha potenza maggiore di quella del
sole in quiete per 3 MHz < f < 50 MHz
• Sfondo cosmico: corpo nero a T = ~3 K
Campi elettromagnetici prodotti dall'uomo
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Elevata intensità
Estesi intervalli di frequenza
Principali sorgenti
• Linee di trasmissione dell'energia
• Trasmettitori per telecomunicazioni e rilevamento
• Apparecchiature per uso industriale, scientifico e
medico
Linee di tramissione dell'energia elettrica
• 50 Hz, centinaia di kV
• Alimentazione ferroviaria, 3 kV in continua
Apparati di telecomunicazioni e rilevamento
• Telefoni cellulari a 900 MHz- 2 GHz, centinaia di mW,
con circa 80% della potenza nella testa dell'utente
• Impianti trasmittenti di radiodiffusione e televisione,
estesa copertura, 300 kHz - 800 MHz
• Sistemi di comunicazione e radionavigazione, estesa
copertura, f > 3 kHz
• Collegamenti punto - punto a microonde e sistemi
radar, 1 – 90 GHz, potenze molto elevate e
localizzate (antenne direttive)
Apparati industriali, scientifici e medici
60 kHz - 250 GHz, alta potenza
Esposizione al campo elettromagnetico
Ambientale
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Trasmettitori per radiodiffusione: livello mediano di potenza cui è
esposta la popolazione 50 μW m^(-2)
Trasmettitori ad alta potenza (100 kW) su edifici: alti livelli di
esposizione in ambienti sottostanti
Forni a microonde domestici, 2.45 GHz, 300 - 1000 W, moderati
livelli di esposizione (~10 μW m^(-2) a 1 m)
Sistemi antintrusione: analoghi livelli, ma continui
Sistemi radar e di aiuto alla navigazione, livelli di esposizione
bassi (aree aeroportuali, porti)
Linee elettriche: livelli di esposizione molto alti (1 – 10 kV m^(-1))
in zone limitate (sotto i cavi tra i piloni)
Esposizione al campo elettromagnetico
Sul posto di lavoro
1. Addetti ai sistemi di telecomunicazione: esposti a livelli bassi
2. Addetti a interventi sui tralicci per radio e telediffusione: livelli di E = ~ 1 kV m^(-1)
e H = ~ 5 A m^(-1)
3. Sistemi radar: densità di potenza istantanea molto alta (10 MW m^(-2)) sull'asse
dell'antenna (inaccessibile). Valori medi ridotti di un fattore 1000 (funzionamento
impulsivo) e di un ulteriore fattore 100 (scansione di antenna) nelle zone
circostanti le antenne radar. Densità di potenza medie:
30 mW m^(-2) - 0.8 W m^(-2)
4. Macchine per collaggio di pannelli o per saldatura della plastica: radiofrequenza
(27 MHz) elevate potenze(centinaio di kW). Addetti esposti a livelli di E ~ 100 V/m
e di H ~ 1 A/m
5. Macchine per riscaldamento e lavorazione di metallo e semiconduttori: correnti
elevate, frequenze del centinaio di kHz, E ~ 10 kV/m, H ~ 20 A/m
6. Terminali video: sorgenti a f ~ 15 -125 kHz, livelli di esposizione bassi
7. Apparecchiature per terapia o diagnostica medica: occasionali campi elevati per
operatori e pazienti
8. Campi delle linee elettriche elevati ma localizzati: addetti poco esposti
Esposizione al campo elettromagnetico
Residenziale
• Case nei pressi degli elettrodotti: E ~ 1-10 V/m
permanenti;
• Campi all'interno delle abitazioni:
permanenti (E < 10 V/m, B < 0.1 μT) per
collegamenti elettrici;
saltuari (E < 100 V/m, B < 1 mT) per
elettrodomestici in funzione
Effetti sugli esseri viventi
Risposta biologica ed effetti dipendono:
•
dall'intensità delle correnti e dei campi indotti nel corpo
•
dalla densità di potenza dissipata
Difficoltà: risultati contraddittori e/o incompleti
Problemi elettromagnetici:
• Complessità dei legami tra campo esterno e campo interno, forte
disuniformità;
• Problemi biofisici e biochimici: difficoltà di stabilire i meccanismi di
interazione per la complessità della materia vivente a livello
molecolare, cellulare, di organo;
• Interazioni tra i diversi organi in un individuo;
• Studi su animali di laboratorio estrapolati a esseri umani;
• Sintomi soggettivi, mal definiti, difficilmente quantificabili;
• Soggetti umani esposti ad altri fattori ambientali (alimentari,
terapeutici, ...);
• Numero di soggetti considerati necessariamente limitato, spesso
insufficiente a definire la statistica.
Effetti sulle cellule
Cellula: unità base del vivente
membrana plasmatica racchiude citoplasma e nucleo
membrana:
doppio strato di lipidi attraversato da proteine trasportatrici di ioni
Effetti sulle cellule
Interazione elettromagnetica ipotizzata:
Il campo em altera la conformazione dell'ATPase
Alterazione del trasporto di ioni Na+, K+e Ca++
Modifica di densità nel citoplasma
Modifiche nella sintesi di DNA ed RNA
Modifiche della capacità di interazione (comunicazione) con cellule
circostanti
Alterazioni nei sistemi nervoso, immunologico ed endocrino
Effetti solo in particolari intervalli di frequenza e densità di potenza.
Meccanismi e legami essenzialmente non lineari
Effetti con campi a radiofrequenza modulati a frequenze tra 9 e 16 Hz
Meccanismo microscopico può non essere significativo a livello di
individuo
Effetti termici
Effetto della dissipazione e.m. nei tessuti biologici:
aumento della temperatura corporea, contrastato da
termoregolazione.
•
•
•
Diminuisce la produzione metabolica di calore,
Induce vasodilatazione,
Aumenta sudorazione.
Effetti termici per esposizioni prolungate a elevata potenza:
Profondità di penetrazione decresce con la frequenza.;
Regioni interne interessate per f < ~ 100 MHz.
Effetti comportamentali e sintomi
Osservati effetti su animali di laboratorio:
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Alterazioni del comportamento
Perturbazioni motorie
Diminuzione o interruzione di attività
Diminuzione dell'alimentazione
Effetti comportamentali e sintomi
Sintomi su persone esposte
In alcuni casi:
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•
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•
•
Cefalee,
Disturbi del sonno,
Sensazione di debolezza,
Impotenza,
Bradicardia o, all'opposto, tachicardia.
In altri casi:
nessun effetto.
Effetti epidemiologici
Legami statistici tra condizioni di salute ed esposizione.
Risultati contraddittori
In alcuni casi:
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•
•
Correlazioni tra esposizione e malattie cardiache,
Diminuita abilità motoria di mani e dita,
Danni agli occhi (cataratta, opacizzazione),
Malattie neonatali dei figli.
In altri casi:
in circostanze apparentemente analoghe, nessuna correlazione.
Carcinogenesi?
Esposizione in residenze (USA, UK, Svezia):
Aumento dei casi di leucemia,
tumori del sistema nervoso,
in bambini;
Tumori del sistema nervoso di altro tipo
negli adulti;
Altre indagini dello stesso tipo non hanno riscontrato alcun
incremento di morbilità in condizioni analoghe.
Esposizione occupazionale
Circa la metà delle indagini hanno riscontrato correlazione tra
esposizione e
•
•
•
Aumento dei casi di leucemia
Cancro alla faringe o al cervello
Melanoma
Le altre non hanno riscontrato effetti
Normativa di sicurezza
Standard di esposizione basati sul tasso di assorbimento
specifico SAR, (Specific Absorption Rate) W kg(-1)
potenza dissipata nell'unità di massa corporea
SAR = 4 W kg(-1) produce effetti accertati
Si impone un coefficiente di sicurezza
Limite per l'esposizione
SAR < 0.4 W/kg(-1)
(potenza dissipata all'interno del corpo).
Va tradotta in livello di campo o di densità superficiale di potenza nell'ambiente o
in zone accessibili.
Difficoltà di valutare, anche statisticamente, il campo all'interno del corpo
alle varie frequenze,
nei diversi ambienti,
per varie posizioni mutue tra persone e sorgenti.
Normativa di sicurezza
Criteri diversi, basati su:
•
•
stime teoriche
considerazioni empiriche
I criteri sono adottati da diversi Paesi o da organizzazioni
Fissano livelli di sicurezza (soggetti a revisioni e aggiornamenti)
Livelli di sicurezza
Valori di
• campo elettrico
• campo magnetico
• densità di potenza
(al variare della frequenza)
che non devono essere superati nelle zone accessibili
• degli ambienti di lavoro
• dell'ambiente
Vincoli a:
• campi e potenze prodotte da apparecchiature
• caratteristiche costruttive
• posizionamento
• schermaggio
• accessibilità
Ambiente accessibile
Frequenza
E ((V/m)
H (A/m)
P (W/m^2)
0.1 – 3 MHz
60
0.2
-
3 – 1500 MHz
20
0.05
1
1.5 – 300 GHz
40
0.1
4
Edifici con permanenza > 4 ore
Frequenza
E ((V/m)
H (A/m)
P (W/m^2)
0.1 – 3 MHz
6
0.016
-
3 MHz – 300 GHz
6
0.016
0.1
Nei luoghi di lavoro
Frequenza
E ((V/m)
H (A/m)
P (W/m^2)
0 – 1Hz
-
163000
-
1 – 8 Hz
20000
163000/f^2
-
8 – 25 Hz
20000
25000/f
-
0.025 – 0-082 kHz
500 / f
20/f
-
0.82 – 2.5 kHz
610
24.4
-
2.5 – 65 kHz
610
24.4
-
65 – 100 KHz
610
1600/f
-
0.1 – 1 MHz
610
1.6/f
-
1 – 10 MHz
610 / f
1.6/f
-
10 – 110 MHz
61
0.16
10
110 – 400 MHz
61
0.16
10
400 – 2000 MHz
3 f^(1/2)
0.008 f^(1/2)
0.025 f
2 – 300 GHz
137
0.36
50
