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Sorveglianza
sanitaria dei lavoratori esposti a campi elettrici e magnetici ELF
- L’esposizione
occupazionale a campi elettrici e magnetici a frequenza estremamente bassa
(ELF), complessivamente compresi nell’intervallo spettrale tra 1 e 300 Hz,
interessa diverse categorie di lavoratori. Il maggior contributo
all’esposizione è dato dalla componente a 50 Hz, frequenza della corrente
di rete e della maggior parte degli utilizzatori ad essa collegati. Nella
regione dei campi ELF, l’interazione tra il campo (elettrico o magnetico)
e i tessuti si traduce nella generazione di correnti elettriche (correnti
indotte). I target sensibili sono rappresentati dai tessuti eccitabili, in
particolare tessuto muscolare cardiaco, e dal tessuto nervoso. L’International
Commission on Non Ionizing Radiation Protection (ICNIRP, 1998), sulla base
degli effetti accertati e includendo opportuni fattori di sicurezza, ha
provveduto a formulare, in relazione ai lavoratori esposti e alla
popolazione generale, valori di riferimento per l’esposizione ai campi
elettrici magnetici ELF in funzione della frequenza. Per i campi magnetici
a 50 Hz, il valore di riferimento per i lavoratori è 500 µT, per la
popolazione 100 µT. Nel caso dei campi elettrici, i valori sono
rispettivamente 10 e 5 kV/m. In ambito occupazionale, esistono contesti
nei quali l’esposizione dei lavoratori può eccedere (specie per il campo
magnetico) i valori di 100 e, a volte, di 500 µT (ad esempio in prossimità
di forni industriali alimentati elettricamente, macchine saldatrici etc.).
In certi casi si possono raggiungere alcuni mT. Nel caso dei campi ELF, le
misure di riduzione dell’esposizione sono spesso difficilmente attuabili o
inesistenti. Non sono disponibili inoltre dispositivi di protezione
individuali. Ci si trova pertanto in presenza di un potenziale fattore di
rischio di non facile gestione, per il quale la messa in atto di misure di
tipo organizzativo rappresenta sovente l’unico modo per ridurre
l’esposizione. Non esistono attualmente in Italia disposizioni di legge
specifiche a tutela del lavoratore esposto a emissioni elettromagnetiche
non ionizzanti di frequenza non ottica, né per gli stessi è prevista la
sorveglianza sanitaria. Tuttavia, la Legge 36/2001 (Legge Quadro
sull’inquinamento elettromagnetico), che definisce i principi generali di
tutela della popolazione e dei lavoratori esposti a campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici (rimandando però l’individuazione numerica
dei limiti sanitari, valori di attenzione ed obiettivi di qualità
all’emanazione di decreti applicativi), afferma (art. 4, comma 2 lett.b)
che, con apposito decreto, verrà disciplinato "…il regime di sorveglianza
sanitaria sulle lavoratrici e sui lavoratori professionalmente esposti",
stabilendo quindi, almeno in linea di principio, un obbligo di
sorveglianza. Considerato che nel caso dell’esposizione a emissioni
elettromagnetiche non sono stati individuati indicatori biologici
sensibili e/o specifici di esposizione e di effetto e che, sul piano
normativo, manca ancora un decreto applicativo specifico (oltre a linee
guida nazionali scientificamente accreditate), la predisposizione e
l’attuazione di attività di sorveglianza per questa categoria di
lavoratori pone di fatto problemi rilevanti. Bibliografia
Autori: G. Grandi, R. Moccaldi (1I
Emissione di campi elettromagnetici dalle apparecchiature di fisioterapia ed esposizione dei lavoratori Introduzione Materiali e
Metodi Risultati e
Discussione Bibliografia
I. Maccà, E. Adami, J. Moretto, M. Perini, A. Virgili, M.L. Scapellato,
B. Saia, G.B. Bartolucci |
Interferenza
tra Campi Elettromagnetici e Corpi Biologici Ing. Stefano Longhi - Università di Ancona |
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Nelle moderne
società tecnologiche tutti gli individui sono esposti con continuità, giorno
dopo giorno, a un ampio spettro di Radiazioni Elettromagnetiche Non
Ionizzanti (NIR, acronimo di Non Ionizing Radiation) di frequenza e
intensità variabile. Fatta eccezione per la regione spettrale corrispondente alla luce visibile, la cui presenza è rilevata da quel sensibilissimo organo provvisto di sintonia che è l'occhio umano, la presenza delle NIR non è di norma percepita dall'uomo perché:
Allo scopo di
dare i riferimenti necessari, si ricorda che con il termine Radiofrequenze e
Microonde si intende la regione spettrale compresa fra 10kHz - 300MHz e
300MHz - 300GHz rispettivamente. Tutti gli effetti prodotti dalle Radio
Frequenze e le Microonde sul corpo umano hanno alla base un denominatore
comune, i meccanismi biofisici che descrivono l'interazione dei Campi
Elettromagnetici con la materia biologica considerata nella sua complessità
organizzativa, strutturale e funzionale, a livello microscopico e
macroscopico. Detti meccanismi costituiscono insieme alla fisica
dell'interazione ed ai risultati della ricerca biologica ed epidemiologica
le basi scientifiche su cui si fonda la protezione dalle Radio Frequenze e
dalle Microonde.
La Fig.1
illustra la variazione che il livello di campo elettromagnetico, presente in
un'area urbana, ha subito negli anni. Il livello di inquinamento è espresso
su basi statistiche in funzione dell'intensità del campo elettrico rivelato
nell'arco degli anni, ed è proporzionale al prodotto dei seguenti fattori:
(1) potenza media degli apparati radianti, (2) numero degli apparati e
(3) densità della popolazione. Ogni attività
umana comporta una dose di rischio. Il rischio non può essere separato dalla
vita ed è un concetto che può essere difficilmente espresso in modo univoco.
La percezione del rischio differisce largamente secondo le categorie di
persone. In particolare, la percezione dei rischi connessi all'esposizione a
campi elettromagnetici è molto diversa tra esperti e grande pubblico.Tra i
fattori che potrebbero spiegare tali divergenze troviamo la possibile
confusione tra radiazioni ionizzanti e non ionizzanti, la paura di effetti
sulla salute dei bambini, la natura stessa dei campi elettromagnetici - che
non possono essere percepiti a livello sensitivo - e la difficoltà di capire
i meccanismi di interazione con il corpo umano. Schematizzazione del problema Il problema degli effetti biologici generati dai campi elettromagnetici può essere schematizzato nel modo illustrato in Fig.2. La sorgente e il canale trasmissivo rappresentano rispettivamente l'apparato di emissione elettromagnetica e l'ambiente (terreno, pareti in cemento armato, aria ecc.), mentre il ricevitore rappresenta la struttura irradiata (animale, uomo e sue parti o altri corpi biologici). Lo studio degli effetti prodotti dai campi elettromagnetici sui corpi biologici può essere affrontato seguendo i punti qui di seguito riportati:
Caratterizzazione del campo incidente Le sorgenti elettromagnetiche possono essere distinte in due categorie, a seconda che l'inquinamento si avverta nelle immediate vicinanze o a grande distanza dalla sorgente. Tale distinzione è importante al fine di realizzare una opportuna caratterizzazione elettromagnetica della sorgente, individuarne le principali caratteristiche fisiche e i rispettivi parametri di emissione.
La Tabella 1 riporta le principali sorgenti di inquinamento suddivise in sorgenti vicine e lontane. In campo vicino sono evidenziate soprattutto le sorgenti di natura magnetica per la particolare applicazione che la radiofrequenza ha nel riscaldamento e nella fusione dei materiali. In fase di studio è allora possibile simulare le caratteristiche radioattive di queste sorgenti attraverso delle antenne a loop .
Per caratterizzare completamente il campo è necessario stabilire inoltre la polarizzazione dell'onda incidente. La polarizzazione fornisce il modo di variare del vettore campo elettrico e campo magnetico nel tempo, per un fissato punto dello spazio. A seconda della geometria, delle correnti e delle tensioni il grado di polarizzazione di un campo magnetico e di un campo elettrico in un dato punto può variare da lineare e circolare. - Polarizzazione Lineare: nella quale il vettore campo elettrico e campo magnetico, nel punto in esame, varia nel tempo in ampiezza mantenendo costante la sua direzione. Si verifica quando le due componenti sinusoidali del campo sono in fase tra loro o comunque se gli andamenti temporali delle due componenti sono tra loro proporzionali. - Polarizzazione Circolare: nella quale il vettore campo elettrico e campo magnetico, nel punto in esame, varia nel tempo la sua direzione mantenendo costante la sua ampiezza. L'estremità del vettore descrive una circonferenza con velocità angolare costante, corrispondente alla frequenza dell'onda, in senso orario (circolare destrorsa) o antiorario (circolare sinistrorsa). Si verifica quando le due componenti del campo sono di pari ampiezza e sfasate di +-90°. - Polarizzazione ellittica: nella quale il vettore campo elettrico e campo magnetico, nel punto in esame, varia nel tempo la sua direzione e la sua ampiezza . L'estremità del vettore descrive un ellisse, con velocità angolare costante , corrispondente alla frequenza dell'onda, in senso orario (ellittica destrorsa) o antioraria (ellittica sinistrorsa). Si verifica nel caso più generale in cui le due componenti sinusoidali del campo non rispondono ai requisiti particolari necessari per polarizzazioni circolari e lineari. Va tenuta inoltre in debita considerazione la presenza di eventuali ostacoli i cui effetti di riflessioni e difrazione possono influenzare il legame tra emissione, esposizione e dose di radiazione assorbita (Fig. 4).
Interazione tra campi Elettromagnetici e corpi biologici (dosimetria). Quando un'onda elettromagnetica incide all'interfaccia tra due mezzi diversi viene in parte riflessa nel primo mezzo ed in parte trasmessa nel secondo. Una parte dell'onda riemerge nel primo mezzo (onda trasmessa), mentre una parte viene assorbita nel secondo mezzo. Quest'ultima si attenua per effetto della dissipazione con andamento esponenziale al crescere della distanza dall'interfaccia e la lunghezza d'onda e la velocità di propagazione si riducono per effetto della diversa costante dielettrica (Fig.5). Questo è anche quanto accade quando un campo elettromagnetico che si propaga in aria investe un corpo biologico. La modalità con cui la radiazione penetra all'interno del sistema (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.
La dosimetria a microonde è la determinazione della potenza assorbita e della sua distribuzione in un sistema biologico esposto ad un campo elettromagnetico alle frequenze radio e alle microonde. La grandezza assunta a descrivere l'entità di questa interazione è il SAR (acronimo di Specific Absorption Rate) definito come la quantità di potenza elettromagnetica assorbita dall'unità di massa. La valutazione del SAR richiede quindi una misura o una stima del campo all'interno dell'oggetto esposto, che come innanzi detto non è affatto agevole e talvolta, specialmente nel caso degli esseri viventi, praticamente impossibile. La distribuzione del SAR nel corpo, inoltre, non è uniforme, si creano così punti caldi di maggiore assorbimento che complicano ancora di più la sua determinazione. Si ricorre quindi a tecniche di misura indiretta e a simulazioni per la stima delle grandezze d'interesse. La seguente espressione rappresenta la definizione analitica di SAR:
Per comprendere gli effetti primari prodotti dall'interazione tra un campo elettromagnetico e un corpo biologico è necessario richiamare alcuni concetti relativi alle perdite nei materiali dielettrici. Si distinguono due tipi di perdite: 1. perdite dovute alla polarizzazione del dielettrico e 2. perdite dovute alla conducibilità finita del dielettrico. L'effetto di questi due tipi di perdite determina comunque un aumento della temperatura del corpo biologico. 1. Sottoponendo un materiale dielettrico ad un campo elettrico variabile nel tempo, ha luogo il fenomeno della polarizzazione, che consiste nella continua orientazione delle molecole costituenti il materiale nella direzione del campo applicato. Poiché il moto è ostacolato dagli urti reciproci tra le molecole, il campo elettrico perde energia che risulta trasformata in calore. Si verifica così un progressivo riscaldamento del materiale che aumenta con l'aumentare della frequenza. Questo effetto diventa rilevante per valori di frequenza molto elevati. 2. In un materiale dielettrico , investito da un campo magnetico, circolano delle correnti (correnti di perdita) dovute alla non idealità del materiale, che presenta una conducibilità diversa da zero. Tali correnti di perdita determinano un riscaldamento progressivo del materiale per effetto ohmico con conseguenti variazioni delle sue caratteristiche chimiche e fisiche. A differenza delle perdite dovute alla polarizzazione del dielettrico, questo tipo di perdite sono già evidenti a frequenze relativamente più basse. Dalla precedente relazione risulta evidente che il rapporto specifico di assorbimento (S.A.R.) è inversamente proporzionale alla densità di massa e direttamente proporzionale al quadrato dell'intensità del campo elettrico, alla frequenza e alla parte immaginaria della costante dielettrica del materiale che tiene conto delle perdite. L'assorbimento energetico da parte di un organismo dipende anche in modo complesso dalla taglia del soggetto e dalla sua orientazione rispetto alle onde, come pure dal tipo di radiatore impiegato. A partire dagli anni 60 gli studiosi hanno intrapreso degli studi per meglio comprendere le modalità di assorbimento di un corpo biologico e per determinare le tecniche atte ad effettuare misure sempre più raffinate del S.A.R.; tutto questo al fine di determinare il valore limite massimo di radiazione elettromagnetica consentita.
Il grafico di Fig.7,
ottenuto con una orientazione del campo incidente favorevole al massimo
assorbimento di energia da parte del corpo biologico, fornisce il rapporto
specifico di assorbimento per un uomo esposto ad una sorgente di energia
radiante. La quantità di energia assorbita dipende anche dalle dimensioni
del soggetto esposto. Ad esempio un uomo in piedi, di altezza e peso
standard (H=1.75 m; P=70 kg) e non posto a terra, presenta un picco
pronunciato del S.A.R. intorno a 70 MHz circa, diversamente da una persona
più bassa o un bambino la cui frequenza di risonanza è circa 100 MHz.
Persone più alte hanno una frequenza di risonanza minore a 70 MHz. Calcolo del S.A.R. La relazione ( 14 ) mostra come il SAR dipenda dall'intensità di campo elettrico all'interno della struttura biologica. La determinazione della distribuzione del campo a rigore dovrebbe essere svolta risolvendo le equazioni di Maxwell con le opportune condizioni al contorno. La non semplice caratterizzazione dielettrica dei tessuti biologici, la non omogeneità degli stessi e le complesse funzioni metaboliche e di scambio tipiche degli esseri viventi rendono la modellizzione e l'analisi alquanto complesse. Si sono ipotizzati modelli omogenei, non omogenei e stratificati; risolvendo le equazioni di campo con diverse tecniche di approssimazione: Metodo dei momenti; Ottica geometrica; Approssimazioni quasi statiche (per dimensioni inferiori a 0.1l), Condizioni al contorno estese fino a 80 MHz. Altri metodi arrivano alla determinazione dell'energia assorbita in maniera indiretta attraverso la misura dell'aumento di temperatura indotta nei corpi biologici dai campi elettromagnetici. Questi metodi si sono rivelati pratici e soddisfacenti, tra questi la tecnica del fantoccio. La tecnica
del fantoccio consente di misurare sperimentalmente l'aumento di temperatura
negli esseri umani e animali e di simulare la distribuzione, la profondità e
la quantità di energia assorbita dal corpo vivente. Dopo aver costruito la
sagoma di un corpo, con due metà di un blocco di schiuma sintetica (styrofoam)
opportunamente scavate, questa viene riempita con un gel, le cui proprietà
dielettriche sono analoghe a quelle del tessuto vivente. Il modello viene
irradiato per breve tempo alla frequenza corrispondente all'assorbimento
massimo, nel modo indicato in Fig.8 e quindi spaccato; l'interno viene
fotografato con una pellicola a raggi infrarossi che registra la mappa di
riscaldamento del corpo. Per determinare l'assorbimento si può ricorrere anche all'analisi numerica assistita dal calcolatore. Dell'animale o della persona, esposti alla radiazione, si fa un modello che consiste semplicemente in un ellissoide o in un cilindro, nella rappresentazione più approssimata, che suppone il corpo omogeneo, o in un modello più complesso come quello illustrato in Fig. 9 che mostra il corpo umano diviso in tanti blocchi. Sulla base delle proprietà dielettriche di ciascun blocco, della frequenza e di altri fattori, il calcolatore, tramite metodi numerici, calcola il rapporto specifico di assorbimento (S.A.R.) corrispondente ad una determinata potenza e direzione del campo incidente. Effetti che la radiazione elettromagnetica provoca sugli organismi biologici. Le onde elettromagnetiche utilizzate nell'ambito delle trasmissioni radio, televisive e radar, occupano una posizione ben definita dello spettro elettromagnetico, precisamente nella banda 100MHz - 300GHz. Oltre la banda delle microonde si trovano le radiazioni infrarosse, la luce visibile e le radiazioni ionizzanti, cioè le radiazioni ultraviolette, i raggi X e i raggi gamma. Quando un
fotone, cioè un quanto di energia di un fascio ionizzante, attraversa una
sostanza, esso spezza i legami chimici e fa si che le molecole, fino ad
allora neutre, acquistino una carica elettrica, danneggiando così i tessuti.
I fotoni di una microonda non hanno un'energia sufficiente a spezzare un
legame chimico, ma possono determinare un riscaldamento del tessuto. Non si
riscontrano infatti ancora alterazioni alla struttura molecolare del tessuto
anche se non se ne esclude la possibilità. L'esposizione alle microonde a bassi livelli di energia, a seguito di studi effettuati sugli animali , può indurre: - alterazioni sul sistema di termoregolazione del cervello; - alterazioni sul sistema immunitario; - modificazioni del comportamento; - danni al sistema neurovegetativo; - danni cromosomoci e insorgenza di tumori; - cataratta; - interferenza con pace-maker cardiaci; - effetti cardiovascolari. L'esposizione a microonde ad alti livelli di energia possono produrre effetti letali sui corpi biologici.
I primi studi sui limiti di sicurezza nei confronti delle radiazioni elettromagnetiche furono eseguiti dal prof. Herman P. Schwan nel 1953 presso l'università della Pennsylvania. Raccomandò, sulla base di valutazioni teoriche relative al riscaldamento dei tessuti, che l'esposizione all'energia delle microonde fosse limitata, per gli esseri umani, ad una densità di potenza media non superiore a 10 , che costituisce tuttora lo standard federale statunitense. I calcoli di Schwan, dimostravano che, esponendo un soggetto a questo livello di potenza, la temperatura di qualunque parte del corpo si innalza di 1°C e il calore si accumula con una capacità paragonabile a quella dei normali processi fisiologici del corpo. Per meglio comprendere l'entità di tale riscaldamento, la Tabelle 2 riporta i principali livelli di potenza tipici per alcune fonti di interesse quotidiano. Si noti come il limite proposto da Schwan sia 1/10 dell'intensità della radiazione solare e 1/50 dei livelli di potenza delle apparecchiature per diatermia.
La proposta di Schwan fu adottata nel 1966 come normativa americana dall'A.N.S.I. (American National Standards Istitute), che è un'istituzione della Marina Militare degli USA che si occupa delle misure di sicurezza nel settore civile e militare. Nel 1982, l'A.N.S.I. ritocco il limite al fine di tenere conto del diverso grado di assorbimento al variare della frequenza. Propose un limite di 100 in corrispondenza delle frequenze più basse dove l'assorbimento e minore e un limite pari a 1/10 di quello previsto da Schwan, 1 , per le frequenze dove l'assorbimento è più elevato. Il limite così stabilito ripercorre assintodicamente la curva tipica di assorbimento. La Fig. 8 mette in relazione il limite di Schwam con quello proposto dall.ANSI.
Risultati universalmente riconosciuti per le Radiofrequenza e le Microonde: - Gli effetti
biologici prodotti dal campo elettromagnetico a radiofrequenza e a microonde
sono strettamente collegati all'ammontare della potenza assorbita nei
tessuti e quindi al S.A.R. Nella Tabella
3 sono riportati i limiti stabiliti per i livelli dei campi elettrici,
magnetici e della densità di potenza, mediati su un'area equivalente alla
sezione verticale del corpo umano e su un intervallo temporale di sei
minuti. (Decreto Ministero dell'Ambiente n. 381 del 10 settembre 1998). Tali
limiti si riferiscono al range di frequenza alto 0,1 MHz - 300 GHz. In
corrispondenza di edifici adibiti a permanenze non inferiori a quattro ore
non devono essere superati i seguenti valori, indipendentemente dalla
frequenza, mediati su un'area equivalente alla sezione verticale del corpo
umano e su qualsiasi intervallo di sei minuti: 6 V/m per il campo elettrico,
0,016 A/m per il campo magnetico e, per frequenze comprese tra 3 MHz e 300
GHz, 0,10 W/m2 per la densità di potenza dell'onda piana equivalente.
I limiti in
bassa frequenza sono ancora oggetto di controversia in molti ambienti
scientifici e normativi. La prudenza richiederebbe di abbassare questo
limite (c'è la proposta di 0,1mT), soprattutto perché è proprio sul campo
magnetico, e non su quello elettrico, che si pone oggi la maggior parte
delle preoccupazioni circa i rischi di salute. Questo limite renderebbe
impossibile il trasporto dell'energia elettrica. O comunque sarebbe
necessario allontanare gli edifici così tanto da essere irrealizzabile.
Bibliografia
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