Radiatii electromagnetice neionizante

Radiatii electromagnetice neionizante

Ultimii ani au demonstrat o crestere fara precedent a numarului si diversi­tatii surselor de camp electromagnetic folosite in scopuri individuale, industri­ale, comerciale sau medicale. Printre aceste surse se numara emitatoarele radio si TV, cuptoarele cu microunde, receptoarele telefonice din sistemul telefoniei celulare, calculatoarele, instalatiile RADAR, precum si diverse echipamente uti­lizate in industrie, medicina, comert etc.

in acelasi timp, aceste tehnologii au adus cu ele preocupari in ceea ce priveste posibilele riscuri pentru sanatate asociate utilizarii lor. Manifestarea acestor ingrijorari a avut ca obiect in special hazardul asociat utilizarii tele­foanelor mobile, a locuirii timp indelungat in vecinatatea liniilor electrice de mare putere si a utilizarii instalatiilor RADAR portabile folosite de politie. Unele rapoarte stiintifice sugereaza ca expunerea la radiatiile electromagnetice emise de aceste instalatii poate avea efecte adverse asupra sanatatii, precum producerea cancerului, reducerea fertilitatii, pierderi ale memoriei si afectarea normalei dezvoltari a copiilor. Cu toate acestea, in comunitatea stiintifica se considera la ora actuala ca valoarea riscului indus de expunerea oamenilor la campuri electromagnetice nu este cunoscut, motiv pentru care, in absenta unor anchete si a unor rapoarte epidemiologice edificatoare, nivelele de radiatii neionizante existente pe plan populational sunt considerate a nu avea efecte nocive.

Efectele biologice ale radiatiilor electromagnetice au fost constatate inca de la inceputurile producerii si utilizarii acestei forme de energie. Din perioada primelor lor utilizari in domeniul medical decurge si observatia ca expunerea subiectilor biologici la radiatii electromagnetice de inalta densitate de putere determina o incalzire excesiva a tesuturilor, putand provoca arsuri ale mediului iradiat. S-a convenit ca aceste efecte biologice, brutale si rapide, sa fie denumite "efecte de nivel ridicat de putere' sau "efecte termice'. Mai tarziu s-a constatat faptul ca si la nivele scazute de densitate de putere au loc efecte mai insidioase si care se manifesta dupa un timp mai indelungat de expunere. Acestea sunt asa-numitele "efecte de nivel scazut de putere' sau "efecte atermice'.

Daca nivelul curentilor de inalta frecventa depaseste un anumit prag, excitabilitatea sistemului muschi-nerv creste intr-o faza initiala, dupa care tinde sa se diminueze. Acelasi efect de modifi­care a excitabilitatii nervoase sub influenta unor curenti de inalta frecventa a fost remarcat si in experiente efectuate pe nervul sciatic al unor animale cu sange cald.

Se considera ca diminuarea excitabilitatii nervilor la depasirea unui anumit prag al curentilor de radiofrecventa s-ar datora unor efecte "speci­fice' de natura nontermica, deoarece cresterea temperaturii ar trebui, dimpotriva sa conduca la marirea acestei excitabilitati.

Efectuand experimentari pe inimi de broasca, se constata fap­tul ca, introduse intr-un camp de inalta frecventa, acestea isi modifica ritmurile si dupa un timp inceteaza sa mai bata. Daca se intrerupe expunerea in cam­pul electromagnetic, inimile isi reiau, gradat, bataile.

Unul dintre cele mai curioase fenomene, observat pentru prima data de catre tehnicienii RADAR din timpul ultimului razboi mondial a fost senzatia auditiva pe care o au subiectii expusi iradierii cu microunde modulate cu impulsuri de joasa frecventa. Explicatia acestui fenomen, bazata pe teoria perturbatiilor acus­tice termoelastice, a fost data mai intai pentru materiale non-biologice, iar raportarea lui la senzatiile auditive percepute de subiectii umani a fost realizata 11 ani mai tarziu.

incepand cu anul 1930, radiatiile electromagnetice de radio frecventa au inceput sa fie utilizate intens in practica medicala pentru inducerea hipertermiei in scopuri terapeutice. La inceputul anilor '30, si dupa aceea, Congresul American de Medicina Fizica, a acordat o atentie deosebita aplicatiilor medi­cale ale energiei de radiofrecventa. in primii zece ani de dezvoltare si utilizare a diatermiei cu unde scurte au fost efectuate mai multe experiente constand in masurari ale temperaturilor tesuturilor superficiale sau profunde, atat ale su­biectilor umani cat si ale animalelor de experienta, expuse la iradiere cu camp electromagnetic, in conditiile utilizarii unei mari varietati de mijloace tehnice. Imediat au inceput sa apara probleme, prima din­tre ele fiind legata de cuantificarea cantitatii de energie absorbita de tesuturi in timpul iradierii. Singurele indicatii in acele timpuri de pionierat erau furnizate de puterea campului electromagnetic la iesirea din ge­nerator si de masurarile de temperatura in tesuturile iradiate. Initial s-a crezut ca cresterea puterii de iesire a generatoarelor de unde electromagnetice este suficienta pentru inducerea hipertermiei in tesuturile mai profunde. Dar, in cu­rand, experimentatorii au observat ca este imposibila inducerea unor tempera­turi de 42-45°C in tesuturile profunde (ex. muschi sau maduva osoasa) fara afectarea pielii si a tesuturilor intermediare. S-a constatat rapid ca solutia cresterii puterii la generator conduce la arsuri in tesuturile superficiale aflate intre tesuturile profunde si aplicatorii instalatiei de iradiere.

Aceasta situatie a condus rapid la recunoasterea necesitatii stabilirii unor metode dozimetrice care sa prevada cresterea de temperatura indusa prin folosirea unui anumit protocol de iradiere.

Primele experiente in acest sens au fost intreprinse de Mittelmann si colaboratorii, folosind un aparat de diatermie. Acestia au masurat cres­terea de temperatura "in vivo' in tesuturi in functie de timpul de expunere si de cantitatile de energie absorbite. Dupa cum era de asteptat, s-a constatat ca exista o corelatie puternica intre energia absorbita, volumul de tesut iradiat, tim­pul de expunere, temperatura obtinuta si viteza de atingere a acestei tempera­turi. Pentru prima data a fost folosita notiunea de viteza de absorbtie a energiei intr-un volum normalizat de tesut. Initial, acest parametru a fost exprimat in watti per litru dar, ulterior s-a adoptat ca unitate de masura watti per kilogram (W/kg). Astazi aceasta unitate caracterizeaza asa-numita rata specifica de absorbtie, larg folosita in toate cercetarile si aplicatiile privind efectele biologice ale campurilor electromagnetice si apli­catiile lor in medicina.

O serie de cercetari au fost directionale in sensul intelegerii riscurilor ce decurg din expunerea persoanei umane la iradierea cu camp electromagnetic de microunde la nivele atermice de densitati de putere, in practica cercetarilor din domeniul efectelor biologice se considera ca o radiatie electromagnetica este de nivel scazut de densitate de putere, deci poate produce efecte atermice, daca cresterea de temperatura indusa de ea in mediul iradiat nu este mai mare de 0,1°C. Evident, din punctul de vedere al nivelelor de densitati de putere de microunde nu se poate trasa o limita clara intre aceste doua categorii. La nivele scazute de densitati de putere, uzual sub 10 mW/cm², predomina efectele atermice. Pe masura ce densitatea de putere de microunde creste, efectele ter­mice incep sa devina precumpanitoare, iar la densitati mari de putere (sute de miliwatti - watti/cm²) ele mascheaza complet efectele atermice.

Majoritatea cercetarilor care implica iradierea cu camp electromagnetic au fost efectuate aplicand radiatii de microunde unor animale de laborator si notand efectele constatate asupra diver­selor tesuturi. Desi s-a acumulat o anumita cantitate de date experimentale, in­telegerea mecanismelor interactiunii dintre radiatia electromagnetica si mediul biologic iradiat a lasat de dorit. Un efort substantial a fost depus cu scopul de a se stabili densitatile de putere electromagnetica in vecinatatea instalatiilor RADAR, prin expunerea unor animale si observarea modificarilor tisulare sau prin iradierea, unor portiuni de tesut excizat si masurarea cresterii de tempe­ratura, in majoritatea cazurilor, cercetatorii s-au limitat la a estima amplitudinile campurilor electromagnetice aplicate ca fiind egale cu valorile celor existente in fata antenei de emisie a RADAR-ului. Nu au fost, in general, luate in con­sideratie efectele de difractie, absorbtie, reflexie sau imprastiere si nici faptul ca aceste fenomene depind de geometriile si de dimensiunile specimenelor bio­logice utilizate. A fost, de asemenea, ignorat faptul ca iradierea unui animal poate produce efecte cu totul diferite decat iradierea unui om. in aceasta situ­atie efectele observate au fost raportate la amplitudinea campului de microunde existent in spatiul liber si nu la cea existenta in interiorul tesuturilor. Ca rezultat al aces­tei abordari predominant calitative s-a constatat ca valorile intensitatilor de camp, ecuatiile experimentale, efectele termice sau non-termice si alte date obtinute prin experimentari pe animale, nu pot fi utilizate in cazul omului. Aceste studii au fost dedicate stabilirii masurii in care iradierea cu microunde poate induce imbolnavirea personalului operant la instalatiile de radiolocatie. Materialele publicate nu au raportat nici un efect patologic dar experientele au fost efectuate in mod simplist, constand doar in expunerea unor animale la im­pulsuri RADAR.

Unele dintre primele experiente efectuate prin aplicarea radiatiilor de micro­unde asupra sistemului nervos central se datoreaza lui Olendorf. Rezultatele obtinute, de natura termica, demonstreaza faptul ca se poate obtine coagularea necrozanta in creierele unor iepuri expusi unei radiatii cu frecventa de 2,45 GHz. Efectul extern se manifesta prin tulburari de echilibru si prin iritabilitate.

Cu incepere din anul 1950 atentia cercetatorilor s-a concentrat asupra efectelor secundare induse asupra pacientilor si a personalului medical operant de catre aparatele de diatermie functionand pe frecventa de 2,45 GHz. Prima raportare a unei cataracte umane se datoreste lui Hirsch si se refera la cazul unui tehnician care obisnuia sa priveasca in interiorul ghidului de unda in timp ce efectua anumite teste si calibrari.

Un mare numar de experimente a fost intreprins de Schwan cu scopul de a cuantifica efectele biologice ale microundelor. El a studiat atat proprietatile dielectrice ale diverselor tipuri de tesuturi biologice, cat si influenta geometriei acestora asupra disiparii de energie electromagnetica in interiorul lor. In urma experimentelor el a constatat faptul ca frecventa de 2450 MHz alo­cata aplicatiilor medicale nu este cea mai avantajoasa din cauza unor deficiente majore:

se induce o incalzire excesiva a straturilor lipidice subcutanate datorita producerii undelor stationare;

adancimea de patrundere a undelor electromagnetice cu aceasta frecventa in masa musculara este redusa;

controlul distributiei de energie in tesuturile pacientului este nesatisfa­cator, din cauza marii varietati de proprietati dielectrice ale straturilor succe­sive de tesuturi in corpul pacientului.

Recomandarea a fost sa se reduca frecventa de lucru la aproximativ 900 MHz si, intr-adevar, a fost alocata pentru aplicatii bio-medicale si frecventa de 915 MHz.

in toata aceasta perioada in care se cautau efectele biologice ale micro­undelor, aplicarea terapeutica a acestora a continuat, mai ales datorita populari­tatii terapiei prin hipertermie ca adjuvant in tratamentul cancerului. Unii cer­cetatori au adoptat punctul de vedere al lui Schwan, realizand chiar echipamente de hipertermoterapie pe frecventa de 915 MHz. Mai vechea frecventa de 2450 MHz nu a fost abandonata si, datorita dezvoltarilor tehnice recente ambele frec­vente sunt folosite in aplicatii si tratamente biomedicale.

Majoritatea rezultatelor acestor studii indica faptul ca principalele efectele ale microundelor asupra mediilor biologice se datoreaza hipertermiei, localizate sau generalizate. Astfel, prin experientele intreprinse, Michaelson a demonstrat ca o expunere sufi­cient de lunga la un nivel de putere ridicat duce in cele din urma la prabusirea sistemului de reglare termica si la moartea organismului. Tot el a descris unele efecte ale iradierii cu microunde asupra compozitiei sangelui, constatand cresteri sau diminuari ale nivelelor diversilor constituenti sanguini. Cele mai sensibile si, prin urmare, cele mai afectate zone s-au dovedit a fi cele cu o slaba circu­latie sanguina: globii oculari si testiculele. Alte organe si functii afectate de iradierea cu microunde, conform descrierilor din literatura sunt: sistemul imun al organismului, sistemul endocrin si mai ales glanda tiroida, aparatul cardio­vascular si sistemul nervos central.

Deoarece nu se puteau efectua experiente pe subiecti umani, cercetatorii au recurs la fantome de corp uman, primele abordari teoretice si experimen­tari practice fiind intreprinse pe aceste modele.

Franke a fost primul care a demonstrat diferentele marcante intre absorbtia de energie in modelele de corpuri omenesti in functie de polarizare. Tot el a demonstrat existenta unor domenii de rezonanta in modelele de corp uman.

Cu incepere din anul 1975 se constata o diversificare a spectrului de preo­cupari in acest domeniu interdisciplinar. in paralel cu preocuparile privind efectele biologice privite ca elemente negative ale radiatiilor electromagnetice se constata relansarea interesului in ceea ce priveste posibilitatea utilizarii microundelor pentru tratamentul cancerului prin inducerea controlata a hipertermiei.

Din pacate, pe langa aplicatiile benefice in domeniul medical si al pro­tectiei personalului si a mediului, progresele inregistrate in cadrul cercetarilor asupra efectelor radiatiilor de microunde asupra mediilor biologice au condus si la realizarea de arme neconventionale bazate pe distrugerea sau afectarea prin iradiere cu camp electromagnetic a persoanelor iradiate. Unele referinte din li­teratura de specialitate atentioneaza asupra cercetarilor ce se efectueaza in ve­derea producerii de armament de distrugere in masa bazat, in special pe efec­tele non-termice ale radiatiilor electromagnetice asupra tintelor biologice, con­stand din afectarea severa a functionarii diferitelor organe interne. Cercetarile au evidentiat ca exista domenii de frecventa la care organe importante ale omului, precum inima, creierul sau alte parti ale sistemului nervos pot fi pu­ternic afectate.

in ceea ce priveste posibilitatile tehnice, exista la ora actuala mai multe state care au capabilitatea de a produce generatoare de unde radio si microunde de puteri impresionante, servind deocamdata altor scopuri (RADAR, bruiaje prin "orbirea' electromagnetica a satelitilor sau avioanelor de recunoastere etc.).

Datele publicate in li­teratura de specialitate demonstreaza faptul ca puterea de varf disponi­bila la iesirea generatoarelor de camp electromagnetic a crescut de cateva sute de ori in cursul ultimilor patru ani. Este de asteptat ca, in acest ritm de crestere, in urmatorii cinci sau sase ani sa fie disponibile mijloace tehnice ca­pabile sa produca o iradiere directionala cu unde electromagnetice care sa depaseasca nivelele admise de standardele de protectie (10 mW/cm²) pe arii de cateva zeci de kilometri patrati.

In acest context trebuie sa subliniem faptul ca nici acum Romania nu are un standard de protectie a persoanelor fata de expunerea la radiatiile electro­magnetice.

Folosind mijloacele tehnice ale vremii, cercetatorii au constatat ca efectele biologice cu o oarecare semnificatie incep sa apara de la densitati de putere de microunde de 100 mW/cm². Ca urmare, in anul 1953, la recomandarea oamenilor de stiinta, cu un factor de siguranta de zece, a fost accep­tata si standardizata ca limita maxima a densitatii de putere la care poate fi expus un om la valoarea de 10 mW/cm².

Desi majoritatea efectelor raportate in literatura de specialitate pana la acea data a fost de natura termica, se contura din ce in ce mai puternic acceptarea posibilitatii ca iradierea cu camp electromagnetic de inalta frecventa sa induca si efecte atermice. Ca urmare au continuat cercetarile la nivele de densitati de putere atermice, urmarindu-se obtinerea unor interactiuni ale substraturilor biologice cu microundele fara producere de caldura. Rezultatele nu s-au dovedit concludente asa ca a fost mentinuta valoarea maxima de densi­tate de putere de 10 m W/cm² ca limita in standardele de siguranta a persona­lului operant in medii cu risc de iradiere cu camp electromagnetic. Aceasta li­mita de densitate de putere a fost acceptata, in cele din urma, in toate tarile din vestul Europei si din America.

in tarile din est a fost impusa in anul 1958 o alta limita de densitate de putere in cazul expunerii ocupationale, de 10 uW/cm², derivata din rezultatele cercetatorilor din fosta Uniune Sovietica. Aceasta valoare, de 1000 de ori mai redusa decat cea acceptata in standardele occidentale, rezulta din asertiunea cercetatorilor sovietici ca efecte ale microundelor asupra sistemului nervos uman au loc si la nivele atermice de densitati de putere. Deoarece rezultatele cercetatorilor sovietici si est-europeni au fost obtinute prin studii asupra raspun­surilor conditionate, ele au fost contestate pe motiv de "pavlovism' de catre cercetatorii din emisfera occidentala. Aceste experimente au mai fost, de aseme­nea, criticate pentru analiza statistica limitata a rezultatelor, pentru controlul neadecvat al acestora si pentru dificultatile in interpretarea obiectiva a datelor

Reiterand toate datele experimentale disponibile la acel moment, privitoare la rezultatele expunerii animalelor la iradiere cu campuri electromagnetice, cercetatorii americani au reconfirmat ca sunt necesare nivele de densitate de putere mai mari de 100 mW/cm² pentru a produce un efect biologic sesizabil. Ca urmare, admitand un coeficient de siguranta de 10, Institutul de Standar­dizare al S.U.A. - USASI - devenit ulterior Institutul National American de Standardizare - ANSI, a recomandat, in anul 1966, mentinerea limitei de sigu­ranta a densitatilor de putere la nivelul de 10 mW/cm², in domeniul de frec­venta 10 MHz-100 GHz.

Reprezentantii industriei producatoare de cuptoare de microunde, conside­rau ca aparatele produse sunt perfect sigure in exploatare si deci pot fi comer­cializate fara nici o grija catre publicul larg. Usile acestor aparate, partile cele mai sensibile si mai susceptibile de a permite scapari de radiatii de microunde, au fost proiectate si executate cu o grija deosebita pentru a nu permite scurgeri de camp electromagnetic cu densitati de putere mai mari de 10 mW/cm² in afara cuptorului, cu toate ca in interior puterile debitate de magnetroanele uti­lizate puteau atinge valori de 600 W-1000 W. Au fost luate masuri si pentru cazul deschiderii neautorizate a usii in timpul functionarii cuptorului: un sis­tem de blocaj nu permite deschiderea usii daca magnetronul se afla in emisie, iar daca, totusi, usa se deschide, un sistem de intrerupatoare scoate din functi­une aparatul.

Biroul de Sanatate Radiologica al S.U.A. a in­cercat sa impuna limita de l mW/cm² ca valoare pentru densitatea de putere de camp electromagnetic scapat din cuptoarele de microunde (in cazul aparatu­lui nou). Acest nivel urma sa fie masurat pe oricare directie la distanta de 5 cm de la cuptor. La sfarsitul duratei normale de exploatare a cuptorului valorile admisibile pentru scaparile de camp electromagnetic nu puteau depasi densita­tile de 5 mW/cm². De remarcat ca aceste prevederi constituiau un standard de performanta pentru cuptor si nu se refereau la nivelul maxim acceptabil pen­tru expunerea unei fiinte umane la iradierea cu microunde. Specialistii Biroului considerau ca daca se are in vedere dependenta patratica inversa cu distanta a intensitatii campurilor electromagnetice, un nivel de densitate de putere de l mW/ cm² la distanta de 5 cm de cuptor echivaleaza cu un nivel de expunere de 10 uW/ cm² la distanta de 50 cm. Deoarece expunerea intregului corp ome­nesc la influenta acestui camp de scapari necesita o distanta de cel putin 50 cm de la cuptor, prevederile noului standard american ofereau acelasi grad de protectie cu cel al standardului sovietic.

in anul 1974 s-a revenit la limita de densitate de putere de 10 mW/cm², cu motivatia ca nu exista suficienta informatie in baza de date disponibila pen­tru a se justifica modificarea acestei valori. Totusi, a fost operata o mica modi­ficare constand in impunerea unor valori limita pentru valorile medii patratice, separat pentru componentele electrica si magnetica ale campului electromag­netic.

Dezvoltarea cercetarilor in domeniul efectelor biologice ale campurilor electromagnetice in ultimii ani ai deceniului 8 a furnizat o mare cantitate de date care au permis ca in anul 1982 ANSI sa elaboreze noi prevederi ca raspuns la criticile la adresa vechilor standarde. Noile prevederi, referindu-se la domeniul de frecventa cuprins intre 300 kHz-100 G Hz, limiteaza nivelul mediu al energiei absorbite la 0,4 W/kg. Acest nivel este corelat printr-un fac­tor 10 de nivelul de 4 W/kg care, s-a constatat experimental, induce efecte ne­gative in cazul animalelor de laborator. Aceste noi prevederi necesita reconsi­derarea in functie de frecventa a caracteristicilor de absorbtie ale corpului ome­nesc. Recomandarile sunt valabile pentru toate categoriile de populatie (atat ocupational cat si general).

In anii '70 asistam la o dezvoltare puternica pe trei directii, care vor re­volutiona domeniul: tehnicile de calcul, algoritmi matematici complecsi (permisi de noile generatii de calculatoare) si instrumente de masura performante, lu­crand in combinatie cu calculatoarele. Aceste noi facilitati de cercetare au per­mis obtinerea de rezultate teoretice si experimentale inabordabile pana atunci. De exemplu, noile metode matematice au permis modelarea unui creier uman in cutia craniana prin doua sfere concentrice, cu dimensiuni si parametri dielectrici corespunzatori. Asa s-a putut remarca faptul ca, la anumite frecvente, datorita reflexiilor de peretii craniului, a focalizarii datorita formei sferice si a formarii undelor stationare, in anumite zone din interiorul creierului exista cam­puri cu amplitudini mult mai mari decat cele incidente din exterior la suprafata capului. Datorita acestor campuri iau nastere domenii de maxima absorbtie de putere de microunde sau chiar puncte fierbinti.

Pana la inceputurile anilor '80 cercetarile privind efectele biologice ale campurilor electromagnetice tin, intr-un anume fel, de perioada "romantica' a dezvoltarii domeniului. Dupa aceasta perioada cercetarea stiintifica a condus la realizarea unor materiale, tehnologii si aparate inexistente in perioada prece­denta, fapt ce a permis achizitionarea de noi date de la nivelele microscopice si chiar submicroscopice. Ca urmare a crescut cantitatea de informatie aflata la indemana specialistilor si, concomitent cu dezvoltarea exploziva a sistemelor de telefonie celulara, problema posibilelor efecte patogene ale expunerii la ra­diatii de microunde a revenit in atentia publicului. Raspunzand noului val de ingrijorare a opiniei publice din aproape toate tarile, Organizatia Mondiala a Sanatatii - OMS - a lansat un program international cu scopul de a evalua in lumina celor mai noi date stiintifice, efectele campurilor electromagnetice asupra sanatatii oamenilor si a mediului inconjurator. Scopul planului este de a se ajunge la un sistem valabil de apreciere a gradului de risc la expunerea la campuri electromagnetice, fie ele statice sau variabile in timp. Ca urmare directa vor fi reactualizate normele de siguranta la aceste expuneri, fie ele la nivel populational sau profesional, in activitatile acestui proiect sunt implicate guvernele a mai mult de 40 de tari.

Ca urmare a cercetarilor intreprinse in cadrul acestui proiect se estimeaza o mai exacta cunoastere a efectelor biologice ale undelor electromagnetice si a riscurilor pentru sanatate ce decurg de aici si, consecutiv, o mai adecvata limitare atat populationala cat si profesionala a expuneri la radiatii neionizante.

Datele acumulate pana in momentul de fata demonstreaza ca subiectul efectelor biologice ale radiatiilor electromagnetice este departe de a fi epuizat. Este indubitabil ca mentinerea unei entitati biologice in camp de radiatii neionizante are anumite efecte asupra ei. Pot fi efecte termice, rapide si brutale, daci nivelul de densitate de putere este mare sau pot fi efecte lente si insidioase daca densitatile de putere sunt reduse.