STUDIO EFFETTI BIOLOGICI DEI CAMPI ELETTROMAGNETICI: PASSI 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” 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 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 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 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 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 GHz, alta potenza

Esposizione al campo elettromagnetico Ambientale 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, 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) 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 ~ 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: Alterazioni del comportamento Perturbazioni motorie Diminuzione o interruzione di attività Diminuzione dell'alimentazione

Effetti comportamentali e sintomi Sintomi su persone esposte In alcuni casi: 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: 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

FrequenzaE ((V/m)H (A/m)P (W/m^2) 0.1 – 3 MHz – 1500 MHz – 300 GHz Ambiente accessibile FrequenzaE ((V/m)H (A/m)P (W/m^2) 0.1 – 3 MHz MHz – 300 GHz Edifici con permanenza > 4 ore

FrequenzaE ((V/m)H (A/m)P (W/m^2) 0 – 1Hz – 8 Hz /f^2- 8 – 25 Hz /f – kHz500 / f20/f – 2.5 kHz – 65 kHz – 100 KHz /f- 0.1 – 1 MHz6101.6/f- 1 – 10 MHz610 / f1.6/f- 10 – 110 MHz – 400 MHz – 2000 MHz3 f^(1/2)0.008 f^(1/2)0.025 f 2 – 300 GHz Nei luoghi di lavoro