Carta di Smith e Adattamenti - ISPRA

Tema 1:
Esposizione ai campi elettrici, magnetici ed
elettromagnetici
Progetto:
Ricerca sperimentale sulla caratterizzazione, il controllo e l’interazione cellulare dell’inquinamento elettromagnetico
ambientale indoor di reti wireless esteso a tutta la filiera
F. Bilotti, P. Di Rosa, G. Guattari, A. Toscano e L. Vegni
C.I.R.I.A.F.
Dipartimento di Elettronica Applicata – Università degli Studi ROMA TRE
Roma, 10 Luglio 2007
INTRODUZIONE
Questo contributo ha lo scopo di presentare l’attività svolta dall’unità
C.I.R.I.A.F. di Roma Tre nel biennio 2005-2007 sui meccanismi di
interazione dei campi elettromagnetici con i tessuti biologici.
Vengono mostrati alcuni dei risultati sia di tipo teorico-progettuale sia di
tipo sperimentale ottenuti nell’ambito di due temi di ricerca dal titolo:
• “Ricerca sperimentale sulla caratterizzazione, il controllo e
l’interazione cellulare dell’inquinamento elettromagnetico ambientale
indoor di reti wireless esteso a tutta la filiera” e
• “Indagine sperimentale su fenomeni di cancerogenesi indotta da
campi elettromagnetici su cellule bersaglio e materia vivente in
ambiente controllato”.
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UNITA’ OPERATIVA CAMPI ELETTROMAGNETICI
• Caratterizzazione e modellistica dei campi elettromagnetici e delle
sorgenti di campo elettromagnetico in strutture complesse chiuse o
“indoor”
• Misura dei livelli di campo elettromagnetico nell’ambiente
• Individuazione, progetto e realizzazione di un prototipo dimostrativo
di sistema mobile di misura di livelli di campi elettromagnetici
• Controllo e monitoraggio dei livelli di campi elettromagnetici
prodotti da reti wireless
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UNITA’ OPERATIVA CAMPI ELETTROMAGNETICI
• Interazione tra sorgenti e soggetti esposti
• Tecniche di controllo, protezione e risanamento
• Uso di antenne direttive a larghissima banda e focalizzazione dinamica
del fascio
• Uso di antenne direttive a larghissima banda e focalizzazione
dinamica del fascio: aspetti elettromagnetici
• Uso di antenne direttive a larghissima banda e focalizzazione
dinamica del fascio: aspetti di elaborazione del segnale ed
integrazione delle soluzioni individuate
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CONTROLLO E MONITORAGGIO DEI LIVELLI DI CAMPI
ELETTROMAGNETICI PRODOTTI DA RETI WIRELESS
La campagna sperimentale di misure, prevista nell’ambito di questa fase,
ha richiesto il mantenimento di condizioni ambientali prefissate e
costanti tali da consentire la sopravvivenza delle cellule per tutta la
durata del singolo esperimento.
A tal fine è stata appositamente realizzata una camera climatica capace di
garantire il mantenimento della temperatura, dell’umidità e della
concentrazione di anidride carbonica ai valori desiderati.
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CONTROLLO E MONITORAGGIO DEI LIVELLI DI CAMPI
ELETTROMAGNETICI PRODOTTI DA RETI WIRELESS
Per evitare che le apparecchiature di controllo dei parametri ambientali
alterassero la distribuzione dei campi elettromagnetici creati nella zona
di posizionamento delle cellule, come accadrebbe in una comune
camera climatica commerciale, è stata realizzata ad hoc una camera
formata da due ambienti intercomunicanti, ma spazialmente separati:
•
il primo contenente le apparecchiature di controllo dei parametri
ambientali,
•
il secondo contenente le cellule da sottoporre al campo
elettromagnetico.
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CONTROLLO E MONITORAGGIO DEI LIVELLI DI CAMPI
ELETTROMAGNETICI PRODOTTI DA RETI WIRELESS
Visione d’insieme della camera climatica.
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CONTROLLO E MONITORAGGIO DEI LIVELLI DI CAMPI
ELETTROMAGNETICI PRODOTTI DA RETI WIRELESS
Camera climatica per regolare temperatura, umidità e CO2.
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CONTROLLO E MONITORAGGIO DEI LIVELLI DI CAMPI
ELETTROMAGNETICI PRODOTTI DA RETI WIRELESS
Dispositivi di controllo.
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CONTROLLO E MONITORAGGIO DEI LIVELLI DI CAMPI
ELETTROMAGNETICI PRODOTTI DA RETI WIRELESS
Sono state condotte insieme con l’Unità C.I.R.I.A.F. di Fisica Tecnica
dell’Università di Perugia diverse campagne sperimentali di misura di
campo elettromagnetico presso il Dipartimento di Medicina Clinica e
Sperimentale dell’Università di Perugia.
Viste le specifiche del problema e la complessità dell’ambiente
elettromagnetico si è utilizzato l’analizzatore di spettro portatile FSH3
della Rohde&Schwarz che permette misure di campo elettromagnetico.
Per quanto riguarda il sistema di antenne si sono scelte le antenne
(entrambe della Rohde&Schwarz): HFH2-Z6 e HL562.
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SISTEMA DI MISURA
Analizzatore di spettro portatile FSH3 e antenna HL562 della Rohde&Schwarz.
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CAMPAGNA DI MISURA
0.80 m
1.25 m
4.85 m
h=0.90 m
1.20 m
C
4.20 m
1.25 m
1.20 m
h=0.76 m
A
1.25 m
1.25 m
B
AP
D1
0.70 m
0.70 m
h =0.80 m
D2
Planimetria della stanza del Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale
dell’Università di Perugia dove sono state condotte le misure.
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RISULTATI SPERIMENTALI
Si è, innanzitutto, provveduto a misurare il campo elettromagnetico di
fondo, in condizioni cioè di Access Point (AP) spento.
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RISULTATI SPERIMENTALI
Si è quindi passato a valutare il contributo al livello di potenza del campo
elettromagnetico generato dalla comunicazione wireless.
Per fare ciò si è innanzitutto stabilito un collegamento FTP tra due PC posti
in luoghi diversi. Uno dei due PC era collocato nella stessa stanza
dell’incubatore.
Il flusso dati verso il PC posto nella stessa stanza dell’incubatore è stato
quindi convogliato in modalità wireless attraverso un AP CISCO della
serie Aironet posto ad un’altezza dal pavimento di circa 80 cm.
Al fine di garantire un maggior controllo sulla potenza elettromagnetica
irradiata dall’AP si è utilizzata al posto del solito dipolo, un’antenna a
microstriscia con guadagno pari a 6 dB, posta ad un’altezza dal
pavimento di circa 100 cm.
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RISULTATI SPERIMENTALI
AP CISCO Aironet.
Antenna a microstrisica collegata con
l’AP posta ad un’altezza dal pavimento
di circa 100 cm.
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RISULTATI SPERIMENTALI
Si è deciso poi di variare la potenza emessa dall’AP. A tal fine sono stati
individuati due livelli di potenza emessa dall’AP:
•
•
Livello I pari a 19 dBm (potenza massima erogabile dall’AP in accordo
con la normativa vigente),
Livello II pari a 4 dBm.
I livelli di potenza misurati variano da un minimo di -50 dBm ad un
massimo di -5 dBm.
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RISULTATI SPERIMENTALI
Misure per confermare che il materiale scelto per la realizzazione
dell’incubatore è trasparente dal punto di vista elettromagnetico alle
frequenze oggetto della sperimentazione.
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Tema 3:
Cancerogenesi Sperimentale
Progetto:
Indagine sperimentale su fenomeni di cancerogenesi
indotta da campi elettromagnetici su cellule bersaglio e materia vivente in ambiente controllato
F. Bilotti, P. Di Rosa, G. Guattari, A. Toscano e L. Vegni
C.I.R.I.A.F.
Dipartimento di Elettronica Applicata – Università degli Studi ROMA TRE
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
•
Caratterizzazione del campo elettromagnetico incidente su un generico
tessuto biologico.
•
Approccio di tipo macroscopico che si basa sulla individuazione di
parametri elettromagnetici costitutivi efficaci dei tessuti biologici sotto
osservazione.
• Permittività relativa di diversi tessuti biologici al variare della
frequenza,
• Conducibilità elettrica degli stessi tessuti al variare della
frequenza,
• Profondità di penetrazione dei campi elettromagnetici
all’interno dei diversi tessuti biologici.
•
Approccio di tipo microscopico.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Dal punto di vista macroscopico, il primo problema da affrontare è quello
dell’incidenza di un’onda elettromagnetica su un tessuto biologico,
assimilabile ad un mezzo con perdite circondato da aria.
È possibile ricondursi allo schema a blocchi di Figura, dove il canale è
costituito dall’ambiente in cui si propaga il campo (aria, edifici,
alberi…) e i tessuti biologici rappresentano il ricevitore.
SORGENTE
C ANALE
(mezzo di propagazione)
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RICEVITORE
(tessuti biologici)
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
I
campi prodotti dalle sorgenti elettromagnetiche presentano
comportamenti e caratteristiche molto diversi in base alla distanza del
punto d’osservazione dalla sorgente.
Il concetto di distanza è da riferirsi sempre alla frequenza di interesse: si
parla, infatti, di distanza elettrica, che è definita come il rapporto tra la
distanza fisica e la lunghezza d’onda nel mezzo in cui si propaga il
campo.
INTER MEDI ATE ZONE
0.62 D 3 / λ0 ≤ r ≤ 2 D 2 / λ0
FAR ZONE
r > 2 D 2 / λ0
NE AR Z ONE
r < 0.62 D 3 / λ0
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
In generale, la modalità con cui la radiazione penetra all'interno del tessuto
biologico e che determina l’energia assorbita dipende sia dai parametri
dielettrici e geometrici del corpo stesso che dalle condizioni di
incidenza.
Si producono così situazioni molto diverse e difficilmente riconducibili ad
un unico modello descrittivo.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Perconducibilità
La
profondità
i tessuti biologici
diracchiude
penetrazione
si osserva,
in sè il(D.O.P.)
comportamento
in generale,
è laundistanza
microscopico
andamento
dopodecrescente
relativo
la quale
al
della di
moto
l’ampiezza
permittività
deriva
del campo
degliall’aumentare
elettroni
si è ridotta
a seguito
didella
1/e rispetto
dell’applicazione
frequenza.
al suoInvalore
particolare,
di un
iniziale
campo
ina
frequenze
elettrico
corrispondenza
esterno.
inferiori
dell’interaccia
a 1MHz tra
si iregistra
due mezzi.
un aumento dei fenomeni
reattivi, con immagazzinamento di energia all’interno dei tessuti.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Approccio microscopico.
•
•
•
E’ stato proposto un modello per l’interazione dei campi
elettromagnetici con le catene di DNA.
Un tale approccio permette di calcolare in via approssimata il valore
dell’intensità del campo magnetico in grado di rompere i legami
esistenti tra le diverse proteine che costituiscono la catena di DNA.
E’ stato proposto un modello analitico che possa schematizzare
efficacemente dal punto di vista elettromagnetico una soluzione
acquosa contenente colture cellulari del sistema linfoide.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Sull’interazione fra campo elettromagnetico e cellula esistono diverse
teorie, che si differenziano in base ai meccanismi e alle modalità di
interazione considerati.
• La teoria trasduttiva, attualmente la più accreditata, ipotizza che le
interazioni abbiano sede nella membrana plasmatica e
successivamente, a cascata, si propaghino dalla membrana cellulare al
nucleo della cellula, come mostrato in Figura:
Membrana
Plasmatica
Membrana
Cellulare
Enzimi,
Geni,
Messaggeri
Biochimici
Nucleo,
DNA
Proteine
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Una teoria alternativa suggerisce la possibilità che il campo
elettromagnetico interagisca direttamente con il nucleo ed il DNA.
• La membrana cellulare bloccherebbe i campi elettrici di bassa
intensità, ma non i campi magnetici.
• Inoltre, sebbene le dimensioni cellulari siano tali da limitare molto il
campo elettrico indotto dal campo magnetico penetrante, lo stesso
campo magnetico potrebbe interagire con i componenti cellulari.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Dal punto di vista elettromagnetico una coltura cellulare può essere vista
come un mezzo eterogeneo costituito da un mezzo omogeneo ospite, la
soluzione, con al suo interno delle inclusioni dielettriche, le cellule, così
come mostrato in Figura.
Se si assumono le inclusioni piccole in termini della lunghezza d’onda e si
considera l’ulteriore ipotesi che tutte le cellule siano simili tra loro, si può
seguire l’approccio di Maxwell-Garnett per ottenere una permittività
efficace del mezzo.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
L’attività di ricerca ha previsto anche la modellizzazione dei fenomeni di
penetrazione e propagazione di campi elettromagnetici oscillanti sia a
radiofrequenza (144 MHz) sia ad alta frequenza (2.44 GHz) su colture
del sistema linfoide, in particolare su colture di cellule di timo.
La grandezza dosimetrica che meglio descrive lo scambio energetico che
avviene tra radiazione elettromagnetica e materia vivente è la potenza
assorbita per unità di massa, detta anche SAR (Specific Absorbition
Rate).
La scelta del SAR come parametro fondamentale della dosimetria nasce dal
suo uso, nelle normative internazionali di protezione dai campi
elettromagnetici, quale parametro di base per stabilire il rischio
derivante da una esposizione.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Diagramma di radiazione tridimensionale di un’antenna per Wi-Fi a 2.44 GHz.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Schema geometrico dell’incubatore con il radiatore per Wi-Fi posto al centro.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Andamento del campo magnetico in zona vicina sostenuto dal dipolo per WiFi a 2.44 GHz nell’incubatore.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Il passo successivo è stato quello di considerare l’access point esterno
all’incubatore e l’incubatore stesso costituito di materiale plastico
trasparente alla radiazione elettromagnetica.
Schema geometrico dell’incubatore a pareti trasparenti
in presenza del radiatore per Wi-Fi.
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INTERAZIONE TRA SORGENTI E SOGGETTI ESPOSTI
Andamento della densità di potenza associata al campo elettrico e magnetico
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CONCLUSIONI
•
Campagna sperimentale di misure
•
Camera climatica
•
Interazione tra sorgenti e soggetti esposti
•
Valutazione del contributo al livello di potenza del campo
elettromagnetico generato dalla comunicazione wireless
•
Caratterizzazione del campo elettromagnetico incidente su un generico
tessuto biologico
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