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Effetti sanitari
La maggior parte dei meccanismi di interazione tra i sistemi biologici ed i campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici non sono ancora ben conosciuti. Per questa ragione non si possono ricondurre ad un
unico processo elementare, né si può semplificare il discorso considerando solo gli effetti termici o gli effetti a
breve termine dovuti alle correnti indotte all'interno degli organismi stessi. Tuttavia, dall'analisi di lavori sperimentali
condotti in vivo e in vitro, sembra possibile ipotizzare la presenza di un meccanismo di attivazione di processi, agenti a
livello sia delle cellule che dei tessuti, dovuto proprio alla esposizione ai suddetti campi. Vi sono casi in cui tale
esposizione sembra avere addirittura un esito favorevole nella risoluzione di patologie e traumi riguardanti il tessuto osseo,
come appare nel caso delle ben documentate applicazioni nel campo dell'ortopedia. Sembra comunque evidente che un agente capace
di incidere in maniera così macroscopica sul tessuto osseo, tanto da accelerare la riduzione delle fratture grazie ad una
proliferazione degli osteociti, non può non essere considerato come un farmaco, e quindi come tutti i farmaci dovrebbe essere
trattato come tale, sia per le applicazioni che per le controindicazioni.
Per quanto riguarda il discorso sanitario e protezionistico, si debbono distinguere tre livelli di interazione:
Primo livello: il primo livello e' quello del danno biologico o della riparazione, cioè il livello di interazione a cui
il campo elettrico, magnetico e/o elettromagnetico provoca alterazioni clinicamente rilevanti, persistenti nel tempo, eventualmente
anche successivamente alla cessazione della esposizione ai suddetti campi. In questa categoria rientrano i danni dovuti alla
esposizione acuta ai campi, come la sterilità indotta dalle onde radio, l'opacizzazione del cristallino e la comparsa anticipata
della cataratta, così come la riparazione, come nel caso segnalato nella pratica ortopedica, di cui si e' parlato in precedenza.
In questa stessa categoria rientrano anche i danni imputati alle esposizioni croniche, soprattutto al campo magnetico in bassissima
frequenza, nel caso siano confermati gli studi epidemiologici sinora condotti, e cioè tumori come la leucemia infantile, disturbi a
carico del sistema endocrino, accelerazione di malattie degenerative quali il morbo di Parkinson e la malattia di Alzheimer.
Secondo livello: il secondo livello riguarda l'effetto biologico, il quale può essere rilevato mediante
l'uso di tecniche di anatomia microscopica, microbiologia e biologia molecolare. L'effetto biologico può non dare un danno
immediato, ma può comunque rappresentare una parte di un processo a lungo termine che potrebbe anche avere un esito patologico.
Terzo livello: il terzo livello e' quello della interazione semplice, nella quale i campi elettrici, magnetici e/o
elettromagnetici causano una perturbazione, cioè un disturbo a livello molecolare delle strutture biologiche elementari.
Un altro fattore da prendere in considerazione e' l'assorbimento di energia e lo sviluppo di calore ad esso associato, che e' un fenomeno che si verifica nella interazione tra i sistemi biologici ed i campi ad alta frequenza. Il parametro con il quale viene quantificato questo fenomeno e' il tasso di assorbimento specifico o SAR (Specific Absorption Rate), che e' l'energia dissipata per unità di massa del sistema esposto nell'unita' di tempo, e che si misura in Watt per chilogrammo (W/kg).
In generale, però, se l'esposizione non supera determinati livelli, l'organismo riesce a mantenere la omeostasi termica attraverso i sistemi di ridistribuzione e dispersione del calore (irraggiamento, conduzione attraverso la cute, sudorazione, perfrigerazione ematica).
Meccanismi di interazione
I campi elettrici, magnetici ed i campi elettromagnetici esterni, cioè quelli presenti nell'ambiente,
hanno la proprietà di penetrare all'interno dei materiali biologici. Lo spessore di penetrazione decresce con la frequenza del
campo: è dell'ordine dei metri a bassa frequenza e dei centimetri-millimetri nella regione delle microonde. Essi esercitano sulle
particelle cariche, presenti nel sistema esposto, delle forze che possono alterare l'originale distribuzione di carica. A sua volta
tale effetto produce campi elettrici e magnetici locali che si sommano ai campi di origine esterna. La maggior parte dei tessuti biologici
presenta le caratteristiche tipiche dei materiali dielettrici e dei conduttori. I meccanismi principali attraverso cui il campo elettrico
esercita un effetto sulle cariche presenti all'interno delle strutture biologiche sono:
- la polarizzazione, ossia l'induzione di momenti di dipolo;
- l'orientamento di dipoli permanenti;
- l'oscillazione e la diffusione di cariche libere (fenomeni conduttivi).
Proprio a causa di queste proprietà, i campi elettrici interni sono di gran lunga meno intensi dei campi esterni che li inducono.
Per esempio, nell'esposizione a 0 Hz il campo elettrico indotto all'interno del sistema biologico esposto è ridotto di un fattore 106-107 rispetto al valore del campo elettrico esterno.
Perciò, pur essendo scientificamente provato che le forze esercitate dai campi elettrici possono produrre sui sistemi cellulari trattati in vitro effetti quali l'allineamento di cellule a forma di catenella, l'elettroporazione e la fusione cellulare, bisogna sottolineare che per osservare tali fenomeni l'intensità dei campi applicati deve essere necessariamente di ordini di grandezza superiore ai valori massimi consentiti per l'esposizione dell'uomo.
Nel corso degli ultimi venti anni, sulla base di alcuni dati scientifici contraddittori, è stata avanzata l'ipotesi, non ancora verificata, che possa esistere una relazione causale fra esposizione cronica a deboli campi elettrici e magnetici generati dalle reti di distribuzione dell'energia elettrica a 50 Hz ed il rischio cancerogeno.
Mentre i grandi mezzi di comunicazione hanno ampiamente trattato l'argomento in termini emotivi e privi di contenuto scientifico, la comunità scientifica ha risposto e sta cercando di rispondere al legittimo desiderio di chiarezza e verità proveniente dalla società aumentando il numero e la potenza delle indagini epidemiologiche nonché la ricerca teorica e sperimentale, quest'ultima volta soprattutto ad individuare eventuali meccanismi biofisici e biologici ricollegabili al presunto effetto cancerogeno dei c.e.m. Allo stato attuale esistono perciò sostanziali elementi di incertezza riguardo l'esistenza di detto effetto, oltre alla mancanza di conoscenza dei meccanismi che eventualmente potrebbero essere responsabili degli stessi.
Gli elementi scientifici certi possono essere così riassunti: i campi elettrici e magnetici a 50 Hz hanno una lunghezza d'onda nei tessuti biologici di circa 1.200 m (in aria è 6x103
Km) ed uno spessore di penetrazione medio pari a circa 180 m.
A detto valore di frequenza è del tutto improprio parlare di campi elettromagnetici perché il carattere radiativo dei campi è irrilevante e l'esposizione deve essere riferita a due entità indipendenti quasi statiche, cioè il campo elettrico ed il campo magnetico.
Un'altra importante caratteristica dei campi a 50 Hz è il valore estremamente piccolo dell'energia quantica associata che risulta essere 2.1x10-13
eV, cioè 11 ordini di grandezza inferiore all'energia termica a 37°C (KT=2.7x10-2 eV a 310 °K).
Detto valore è inoltre circa 12 ordini di grandezza inferiore al valore richiesto per rompere un legame chimico debole quale il legame idrogeno.
Le considerazioni fisiche ora espresse portano perciò ad escludere che l'interazione dei campi elettrico e magnetico a 50 Hz con molecole quali
DNA RNA,
proteine etc. possa tradursi nella
rottura diretta dei legami chimici. Come appare logico attendersi dalle suddette premesse, effetti diretti dei campi elettrici e
magnetici a 50 Hz sul DNA e la cromatina (da cui possono derivare mutazioni geniche, trasformazione neoplastica o morte cellulare) non
sono state osservate.
Nei normali ambienti di vita l'intensità delle componenti elettrica e magnetica a 50 Hz sono generalmente
comprese fra 10-50 V/m e 0,1-0,3 microT rispettivamente.
Detti valori di campo possono indurre all'interno del corpo del soggetto
esposto dei campi elettrici inferiori a circa 5 microV/m, un'intensità paragonabile ed anche inferiore ai valori di campo elettrico
generato nella materia biologica da varie attività biolettriche e biochimiche endogene (rumore endogeno).
Nell'esposizione ai campi a
50 Hz non è neppure ipotizzabile alcun effetto mediato dallo sviluppo di calore (effetto termogenico indotto dai campo elettrico e
magnetico) come invece può succedere nell'esposizione a radiofrequenze e microonde.
Infatti il massimo valore di campo elettrico
teoricamente realizzabile all'interno del sistema biologico, quando l'esposizione avviene attraverso l'aria, è circa 1 V/m.
Anche in tali
condizioni, che corrispondono a valori di campo esterno dell'ordine di 106 V/m, è stato calcolato che l'energia assorbita dal sistema esposto
corrisponde ad un tasso di assorbimento specifico medio di circa 10-4 Watt/kg.
Detto valore è circa un decimillesimo del
calore metabolico basale standard nell'uomo. Le conclusioni che si possono trarre sono le seguenti:
- i campi elettrici e magnetici a 50 Hz non sono in grado di provocare alterazioni o rotture dei legami delle biomolecole;
- nell'esposizione attraverso l'aria gli eventuali effetti biologici osservati non sono correlabili con lo sviluppo di calore e l'innalzamento della temperatura perché tali effetti, anche in presenza di campi di intensità elevata, sono assolutamente insignificanti.
Anche se i livelli di campo a 50 Hz presenti nell'ambiente non sono in grado di perturbare la struttura molecolare della materia
biologica, vari lavori sperimentali riportano risposte positive di cellule e tessuti a gradienti di campo interni di valore compreso
fra 0,1-10 mV.
Le alterazioni funzionali osservate e che sono state indotte dai campi la cui intensità è tale da produrre i predetti gradienti
di campi interni, comprendono modificazioni di: potenziali evocati, ritmo cardiaco, sintesi notturna di melatonina,
crescita cellulare, espressione
genica, biosintesi di macromolecole, legame e trasporto di ioni Ca++ da parte della
membrana cellulare etc. Per dare una spiegazione ai fenomeni
osservati sono stati proposti ed ipotizzati vari modelli e meccanismi di interazione.
In generale la ricerca teorica e sperimentale volta a chiarire
la natura dei fenomeni descritti, concorda nel ritenere la membrana cellulare il sito critico dell'interazione, anche per la sua proprietà di trasdurre,
amplificandoli, i deboli gradienti di campo extracellulare indotti dai campi esterni.
Molte ricerche sono attualmente in corso e comunque molto resta
ancora da fare.
Fino ad ora però non sono stati individuati substrati e meccanismi di interazione dei campi a 50 Hz che possano avere un ruolo
significativo nel presunto effetto oncogeno dei campi elettrici e magnetici.
Anche l'energia quantica associata ai campi elettromagnetici ad alta
frequenza (radiofrequenze e microonde) è troppo piccola per poter influire direttamente sui legami chimici forti e deboli delle molecole biologiche.
Si consideri che anche i campi elettromagnetici a 300 GHz, che rappresentano la frequenza superiore della banda delle microonde oltre la quale si
estende la regione spettrale della radiazione infrarossa, hanno un'energia quantica di 10-3 eV, valore decisamente inferiore all'energia
di attivazione del legame ionico e del legame covalente
(che e' di 3-5 eV) e del legame idrogeno (che e' di 10-1 eV).
I campi elettrici indotti nelle strutture biologiche dai
campi elettrici e magnetici
(bassa frequenza) esterni o dalle componenti elettrica e magnetica del campo elettromagnetico (alta frequenza), provocano un assorbimento
di energia dovuto a fenomeni di polarizzazione e movimento di cariche.
La conoscenza delle caratteristiche dielettriche nel dominio della frequenza dei materiali esposti permette di descrivere, dal punto di vista
macroscopico, l'accoppiamento fra i campi esterni ed il corpo umano.
Si è detto precedentemente che il campo elettrico interno esercita
delle forze sulle cariche presenti all'interno delle strutture biologiche esposte e che il movimento di dette cariche dal punto di vista macroscopico consiste in una corrente elettrica che circola all'interno del corpo e la cui intensità è determinata localmente da vari parametri.
Nell'esposizione a campi elettrici di frequenza inferiore a 10 MHz l'intensità della corrente che fluisce per l'unità di area posta perpendicolarmente alla direzione del campo applicato, denominata perciò densità di corrente, a parità di tutti gli altri fattori coinvolti è proporzionale alla frequenza del campo.
Anche l'accoppiamento con i campi magnetici esterni induce all'interno delle strutture biologiche esposte dei campi elettrici spazialmente non uniformi che determinano il fluire di correnti.
La densità di corrente indotta dai campi magnetici aumenta linearmente con la frequenza del campo oltre che con la conducibilità dei tessuti ed il valore dell'induzione magnetica.
Nell'esposizione a frequenza inferiore a qualche MHz, la densità di corrente nei tessuti esposti è prodotta dall'azione combinata delle componenti elettrica e magnetica del campo esterno.
Le correnti indotte provocano sviluppo di calore e contemporaneamente possono innescare effetti di stimolazione su tessuti e strutture elettricamente eccitabili se vengono superati i relativi valori di soglia.
A frequenza inferiore a qualche MHz predomina l'effetto di stimolazione, mentre a frequenza superiore predominano i fenomeni di riscaldamento.
In particolare nell'esposizione a microonde, cioè a campi elettromagnetici di frequenza superiore a 300 MHz, l'unico effetto macroscopico rilevante ai fini della protezione è l'effetto termico
indotto dal campo elettromagnetico esterno.
L'assorbimento di energia elettromagnetica ad alta frequenza, (f >10 MHz) dà luogo allo sviluppo di calore,
un fenomeno
ben noto e quantificabile con strumenti teorici e sperimentali.
La deposizione di energia all'interno del soggetto esposto non è mai uniforme, a causa delle differenti proprietà dielettriche dei tessuti esposti, e delle diverse proprietà riflettive e rifrattive delle varie interfacce.
Inoltre l'assorbimento di energia elettromagnetica ad alta frequenza è fortemente dipendente dalle dimensioni fisiche e dall'orientamento del corpo del soggetto esposto in rapporto alla frequenza e polarizzazione del campo elettromagnetico.
I risultati degli studi teorici, avvalorati da verifiche sperimentali, mostrano che in un individuo esposto in altezza parallelamente alla direzione del campo elettrico si osserva un massimo di assorbimento (risonanza) allorché la frequenza è tale che il rapporto fra l'altezza dell'individuo e la lunghezza d'onda del campo incidente sia pari a 0,4.
Alla distribuzione spaziale dell'energia assorbita non corrisponde una analoga distribuzione dell'incremento di temperatura, perché la perfusione sanguigna è elevata in alcuni tessuti e organi e scarsa in altri, e ciò determina una diversa capacità di scambio di calore.
All'aumentare della frequenza diminuisce progressivamente la capacità dei campi elettromagnetici di penetrare all'interno dei sistemi biologici, e di conseguenza l'assorbimento si concentra progressivamente sulle strutture più esterne.
Nell'intervallo di frequenza 400-2000 MHz si possono verificare significativi assorbimenti localizzati.
Quando la frequenza supera i 104 MHz l'assorbimento è sostanzialmente di tipo superficiale e pone problemi analoghi a quelli che si verificano nell'esposizione alla radiazione infrarossa.
La regione di spazio prossima ad una antenna che irradia campi elettromagnetici è denominata regione di campo vicino. Nell'esposizione in campo vicino, l'assorbimento di energia può risultare ancora più disomogeneo di quanto precedentemente illustrato in rapporto alla potenza irradiata, alla frequenza dei campi, alla struttura spaziale dei campi irradiati ed alla configurazione antenna radiante assorbente.
Detta situazione si verifica rispetto all'utilizzatore del telefono cellulare ed ai lavoratori che operano presso i riscaldatori a induzione ed a radiofrequenza utilizzati in numerose applicazioni industriali ed artigiane.
Il campo elettrico presente nell'ambiente induce delle cariche in persone o oggetti metallici non posti a terra.
In tali circostanze se una persona in contatto con la terra tocca un oggetto metallico carico ed isolato da terra o viceversa, si ha un passaggio di corrente da contatto che può tradursi in una stimolazione di muscoli e nervi periferici anche di tipo acuto.
Le soglie di percezione, fastidio, dolore e incapacità di staccarsi dal contatto dipendono dalla frequenza del campo e dalla superficie di contatto.
Effetti da elettrizzazione su peli e sullo strato corneo della pelle sono prodotti da campi a bassa frequenza di notevole intensità. Infine l'esposizione a impulsi di durata inferiore a 30 microsecondi di microonde aventi frequenza superiore a 300 Mhz possono provocare un effetto acustico che si manifesta con un ronzio alla frequenza di ripetizione degli impulsi. Tale effetto viene attribuito ad una espansione termomeccanica prodotta dai campi elettromagnetici sulle strutture cromiali e dell'orecchio interno.
Di seguito si riportano i possibili effetti sulla salute suddivisi per i diversi sistemi dell'organismo:
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