ε α Exposici ón Humana a Campos Electromagn éticos θ Exposición Humana A Campos Electromagnéticos ω λ Grupo de Ingeniería de Microondas y Radiocomunicaciones Cartagena, Noviembre 1999. γ Universidad Politécnica de Cartagena
Contenido Pr ólogo.. 3 1.- La Energía de Radiofrecuencia. Aplicaciones... 5 2.- Radiaci ón Ionizante vs Radiaci ón no-ionizante...14 3.- Efectos Biol ógicos. Organismos Competentes.. 17 4.- Exposici ón Humana a RF. Sistemas de Telefonía M óvil.. 36 5.- Conclusiones 41 6.- Referencias.. 45 7.- Bibliografía... 47 8.- Sobre los autores 49 1
Exposición Humana A Campos Electromagnéticos Prólogo: Antonio Martínez González, Alejandro Díaz Morcillo y David Sánchez Hernández Grupo de Ingeniería de Microondas y Radiocomunicaciones Universidad Politécnica de Cartagena Los avances alcanzados en las últimas décadas en el desarrollo de la energía de microondas y radiofrecuencia, junto con la consecuente reducción de costes han contribuido a que la aplicación de estas nuevas tecnologías sea posible en cada vez más numerosas utilidades en entornos industriales, médicos, comerciales, de investigación e incluso domésticos. Hoy por hoy resulta completamente cotidiano encontrar sistemas de microondas y radiofrecuencia en nuestros domicilios particulares, puestos de trabajo, automóviles, medios de transporte, etc. En este sentido el continuo e incesante desarrollo de nuevos servicios de comunicaciones personales ha supuesto en los últimos años uno de los más productivos crecimientos industriales. Los servicios que son capaces de ofrecer las redes que enlazan unos teléfonos móviles con otros son cada vez mayores. Los teléfonos móviles, en un futuro muy próximo, serán capaces ya no sólo de comunicarnos mediante voz, sino también de enviar mensajes de texto, transmisión de datos, imágenes, realizar transacciones económicas o incluso de acceder a Internet. Pero paralelamente al crecimiento de todas estas perspectivas, ha crecido también por parte de los usuarios la preocupación acerca de los efectos que sobre la salud humana pueda tener el uso de esta nueva forma de energía y en concreto los nuevos sistemas de comunicaciones personales, sobre todo en lo referente al uso de teléfonos móviles y a la ubicación de estaciones base sobre las azoteas de los edificios en el interior de las ciudades. El presente informe pretende aportar algo de luz a este respecto en base a un riguroso trabajo de revisión de documentación científica y resultados obtenidos en trabajos de investigación propios. 3
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1 La Energía de Radiofrecuencia. Aplicaciones Las ondas de radio, TV o las señales de los teléfonos móviles son algunas de las formas de energía de radiofrecuencia más extendidas y conocidas. En la actualidad, muchos otros tipos de aplicaciones y productos industriales hacen uso de la energía electromagnética. La energía de radiofrecuencia (RF) es una forma de energía electromagnética cuya importancia es cada vez más significativa en todo el mundo. Las emisiones de RF pueden ser estudiadas en términos de energía, radiación o campo. La radiación se define como la propagación de la energía a través del espacio en forma de ondas o partículas. Esta radiación electromagnética puede entenderse como el conjunto de ondas eléctricas y magnéticas que conjuntamente se desplazan por el espacio generadas por el movimiento de cargas eléctricas que puede tener lugar en un objeto metálico conductor, como una antena. Por ejemplo, el movimiento alterno de las cargas en una antena utilizada en una estación radiodifusora de radio o televisión o en una estación base de telefonía móvil celular genera ondas electromagnéticas radiadas por el espacio ( aire libre ) que pueden ser interceptadas por una antena receptora, como una antena de TV situada en la azotea de un edificio para el caso de señales de televisión, o por una antena integrada en un terminal móvil telefónico como un teléfono móvil para el caso de estaciones base celulares. El término campo electromagnético se utiliza para indicar la presencia de energía electromagnética en un punto dado. De la misma forma que cualquier fenómeno de naturaleza ondulatoria, la energía electromagnética puede ser caracterizada por una frecuencia (f) y una longitud de onda (λ). La longitud de onda es la distancia cubierta por un ciclo completo de onda electromagnética. La frecuencia es el número de ciclos completos de esta onda que pasan por un punto concreto durante un segundo (figura 1). 5
λ Campo Magnético Dirección de propagación Figura 1. Onda electromagnética Campo Eléctrico Las ondas electromagnéticas se propagan a través del espacio a la velocidad de la luz y su frecuencia y longitud de onda están inversamente relacionadas mediante una sencilla ecuación matemática: el producto de la frecuencia (f) por su longitud de onda (λ) es igual a velocidad de la luz (c 3 10 8 m/s). λ = c f Puesto que la velocidad de la luz permanece constante en cualquier medio de propagación, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia están asociadas con longitudes de onda pequeñas y, de la misma forma, las ondas de baja frecuencia tienen mayores longitudes de onda. La utilización de la energía electromagnética está regulada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones, organismo que ha dividido el espectro electromagnético en nueve bandas de frecuencia, siete de las cuales se encuentran en el rango de las microondas y RF. Tanto las radiaciones de RF como las microondas son una parte del espectro electromagnético completo cuyos límites en frecuencia no han sido definidos de forma absoluta por ningún convenio internacional, pero que pueden fijarse aproximadamente en el rango de los 100 khz-300 MHz para la RF y en el rango de 300 MHz hasta los 300 GHz para las microondas. Un kilohercio es igual a mil Hercios, siendo un Hercio una frecuencia de un ciclo por cada segundo, un MegaHercio son un millón de Hercios, mientras que un GigaHercio son mil millones de Hercios. Por ejemplo, cuando uno sintoniza su receptor de radio de FM a una emisora en el 94.2, esta radio está recibiendo señales procedentes de una estación radiodifusora que emite ondas de radio a una frecuencia de 94,2 millones de ciclos por segundo o lo que es lo mismo 94,2 MHz (MegaHercios). 6
Nuestro interés en este informe se va a centrar en este rango de frecuencias, entre 100 khz y 300 GHz dentro del cual la Unión Internacional de Telecomunicaciones ha efectuado la asignación de frecuencias específicas para distintas aplicaciones que se muestra en la tabla 1. BANDA Nº Nombre Rango de Frecuencia Longitud de Onda División métrica 5 LF 30-300kHz 10-1 km Kilométricas 6 MF 300-3000 khz 1-0,1 km Hectométricas 7 HF 3-30 MHz 100-10 m Decamétricas 8 VHF 30-300 MHz 10-1 m Métricas 9 UHF 300-3000 MHz 1-0,1 m Decimétricas 10 SHF 3-30 GHz 10-1 cm Centimétricas 11 EHF 30-300 GHz 10-1 mm Milimétricas Aplicaciones Red de distribución eléctrica de alta potencia, sistemas móviles aeronáuticos y marinos, radionavegación, radiolocalización Radionavegación, radioaficionados, equipos de calentamiento industrial, radiodifusión AM Diatermia, comunicaciones internacionales, radioaficionados, equipos de RF industriales. Policía, bomberos, radioaficionados, radiodifusión FM, TV, equipos de RF industriales Radiodifusión de corto alcance, radioaficionados, taxis, policía, bomberos, radares, radionavegación, TV, hornos microondas, diatermia, calentamiento industrial. Comunicaciones vía satélite, radar, radioaficionados, radares meteorológicos. Reconocimiento del terreno, radar. Tabla 1. Asignación de frecuencias por la Unión Internacional de Telecomunicaciones En la figura 2 se representa el espectro electromagnético completo, desde las frecuencias extremadamente bajas con longitudes de onda muy grandes y hasta las frecuencias muy elevadas, como los rayos-x o los rayos gamma (γ), con longitudes de onda mucho menores. Es entre estos dos extremos donde se encuentran las ondas de radio y las microondas, pero también otras radiaciones electromagnéticas como la radiación infrarroja, la luz visible o la radiación ultravioleta. En general se define 7
Figura 2. Espectro electromagnético Radiación no-ionizante Radiofrecuencia Radiación Ionizante Red de distribución Radio y Televisión Microondas Infrarrojo Luz visible Ultravioleta Rayos-X Rayos-γ 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 10 20 10 21 10 22 10 23 10 24 10 25 Frecuencia (Hz) Energía (ev) 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 como radiación de radiofrecuencia (RF) a la parte del espectro electromagnético comprendida entre los 3 khz y los 300 GHz, lo que incluye también a las microondas. En la figura 2 junto a la escala de frecuencia aparece también una segunda escala en la que se refleja la energía que contienen los fotones de una radiación a una frecuencia concreta (esta energía depende únicamente de la frecuencia de la radiación electromagnética y se mide en ev, electronvoltios). La cantidad de energía asociada a los fotones de una radiación concreta establece la capacidad de ionizar o no los átomos sobre los que tal radiación incida. Esto sucede por ejemplo con los rayos-x o los rayos γ. El uso de energía de RF se concentra fundamentalmente en servicios de telecomunicaciones dirigidos a los ciudadanos, industria y gobiernos. Radiodifusión de radio y televisión, telefonía móvil celular, sistemas de comunicaciones personales (PCS, Personal Communication Systems), teléfonos inalámbricos, sistemas de comunicación vía radio para policía y servicios de urgencia como bomberos, radioaficionados, sistemas de comunicación punto a punto mediante microondas, radioenlaces o sistemas de comunicaciones vía satélite constituyen algunos de los ejemplos de las muchas aplicaciones de la energía de RF en materia de telecomunicaciones. 8
Cómo se mide la energía de RF? Dado que un campo electromagnético cuenta con dos componentes, una eléctrica y otra magnética, resulta a menudo conveniente expresar la intensidad de un campo de RF en términos de las unidades propias de cada una de sus componentes. El campo eléctrico se mide habitualmente en voltios por metro (V/m) mientras que el campo magnético se mide en Amperios por metro (A/m). Otra unidad comúnmente utilizada para caracterizar un campo de RF es la densidad de potencia. La densidad de potencia resulta mucho más útil cuando el lugar de medida está muy lejos de la antena emisora, zona que en la terminología electromagnética se conoce como la zona de campo lejano de una antena. Esta zona está a varias longitudes de onda de la antena emisora. En campo lejano, el campo eléctrico y magnético se encuentran relacionados de manera conocida, por lo que conociendo una de estas magnitudes queda definida la otra y por tanto la densidad de potencia. En la zona de campo próximo, en las proximidades de la antena la relación entre las componentes eléctrica y magnética del campo de RF es complicada. En este caso se hace necesario el conocimiento de ambas componentes de campo para poder caracterizarlo completamente. Es habitual, sin embargo, que algunos equipos de medida den los valores para su equivalente en campo lejano incluso para las medidas efectuadas en la zona de campo próximo. Para medidas efectuadas por encima de los 300 MHz es suficiente con medir el campo eléctrico para caracterizar el entorno de RF siempre que las medidas no se hagan demasiado cerca de la antena emisora. La densidad de potencia se define como la potencia por unidad de área. Por ejemplo la densidad de potencia puede venir expresada en milivatios por centímetro cuadrado (mw/cm 2 ) o microvatios por centímetro cuadrado (µw/cm 2 ). Un milivatio es igual a 0.001 vatios de potencia y un µw es igual a 0,000001vatios. 9
Sol 10-3 µw/cm 2 Cuerpo humano 0,3 µw/cm 2 El sol, las galaxias, nuestro propio planeta y nosotros mismos somos fuentes de radiación electromagnética que se encuentra presente en el ambiente. Tierra 0,3 µw/cm 2 Dónde se encuentra la energía de RF? Las microondas y la radiación electromagnética de radiofrecuencia están presentes de forma completamente natural en el ambiente procedentes del sol, las galaxias y nuestro propio planeta Tierra. La biosfera terrestre se caracteriza por sus campos eléctrico y magnético y por descargas atmosféricas. Las radiaciones de radiofrecuencia provenientes del sol tienen una doble componente, por un lado una componente de superficie o componente quieta y por otro una componente procedente de zonas de gran actividad (centro). Además de esta radiación solar, existen otras radiaciones de radiofrecuencia extraterrestres provenientes de galaxias más distantes. Estos niveles de radiación han sido estimados por Osepchuk [1] y oscilan entre 2 10-7 µw/cm 2 para la radiación superficial del sol y hasta 10-3 µw/cm 2 para las zonas de mayor actividad. Todos los cuerpos con una temperatura media superior a los 0ºK (0º Kelvin = -273º C) emiten radiación electromagnética como resultado de las aceleraciones sufridas por las partículas cargadas debido a la agitación térmica. Esto se conoce como radiación térmica de los cuerpos. La radiación térmica de la Tierra o cualquier otro cuerpo caliente puede obtenerse a partir de la ecuación del cuerpo negro. Un cuerpo negro no es más que un modelo físico cuya superficie es capaz de absorber la totalidad de la energía que incide sobre él. A partir de la frecuencia y la temperatura la densidad de potencia radiada por un cuerpo viene dada por: f S = 0,3 300 3 T 300 10
En la ecuación anterior: f = frecuencia en GHz y T = temperatura en ºK. Si aplicamos esta sencilla ecuación a la Tierra suponiéndole una temperatura media de 20ºC obtenemos una densidad de potencia de hasta 0,3 µw/cm 2 cuando consideramos una frecuencia de 300 GHz. Por supuesto el cuerpo humano también se encuentra a una temperatura superior a los 0 ºK por lo que también constituye una fuente de radiación térmica. El cuerpo humano emite energía electromagnética en el rango de frecuencias de 10 khz 300 GHz. La misma ecuación dada anteriormente para los cuerpos negros puede ser aplicada a las radiaciones humanas, con lo que obtenemos una emitancia de unos 0,3 µw/cm 2. La energía de RF puede también ser generada. La generación de energía de radiofrecuencia mediante dispositivos de campo cruzado o dispositivos de estado sólido es una posibilidad que ha encontrado numerosísimas aplicaciones industriales. Una vez esta energía es generada puede ser transmitida a un aplicador o antena mediante una línea de transmisión coaxial o una guíaonda. Estas guías de onda pueden ser rectangulares, circulares o de forma arbitraria y normalmente se fabrican de material metálico como aluminio o cobre. La guíaonda normalmente se conecta al potencial de tierra y puede transmitir señales de alta potencia a unas distancias de hasta unos 100 m. Esta energía puede ser directamente aplicada a un dispositivo especializado, utilizado por ejemplo en comunicaciones o transformada en otra forma de energía como calor. Los hornos microondas, por ejemplo, incorporan una guíaonda que suministra energía de microondas a una cavidad en la que se calientan los alimentos. En otras aplicaciones, la radiación de estas señales al espacio libre se lleva a cabo mediante reflectores parabólicos. 11
Aplicaciones Las aplicaciones de la energía de radiofrecuencia están en continuo desarrollo. Los sistemas de comunicaciones en general constituyen un amplio rango de equipos y sistemas que hacen uso de esta tecnología. El área de la radiodifusión, por ejemplo, supone una de las más extendidas aplicaciones de RF en todo el planeta y quizás la que más ha contribuido a que esta forma de energía sea tan popular entre la población. Sólo en Estados Unidos existen más de 9 millones de estaciones radiodifusoras de radio y TV, cientos de miles de torres de comunicaciones de microondas, decenas de miles de antenas radar y en torno a 30 millones de bandas de radio ciudadanas. Pero las microondas y la energía de radiofrecuencia en general tienen otras muchas aplicaciones al margen de su utilidad en materia de comunicaciones. Los hornos microondas, a los que tan acostumbrados estamos en nuestro entorno domestico cotidiano, constituye un buen ejemplo de aplicación de la energía de RF. La radiación de RF, especialmente a las frecuencias de microondas es capaz de transferir energía a las moléculas de agua. A niveles de potencia elevados esta transferencia de energía puede generar calor en materiales ricos en agua como ocurre en muchos alimentos. En ello se basa el principio de operación de estos hornos. Otras aplicaciones importantes de las microondas en entornos industriales son el calentamiento y sellado, utilizado por ejemplo en el moldeado de materiales plásticos o el sellado de calzado o libros. Y sobre todo, es importante conocer que las microondas tienen actualmente numerosas aplicaciones médicas que mejoran la vida cada día a miles de personas en todo el mundo. Se aplican procedimientos basados en radiaciones de microondas por ejemplo en cardiología, urología o cirugía. 12
El uso terapéutico de las microondas ha aumentado rápidamente en los últimos años. Existen tratamientos para el cáncer mediante hipertermia en algunos centros oncológicos a los que puede añadirse quimioterapia o radioterapia de tipo ionizante, tratamientos para arritmias supraventriculares y más recientemente también para taquicardia ventricular. Se realizan termografías no invasivas mediante microondas utilizadas en diagnóstico de cáncer y para el control y tratamiento de reuma y artrosis, sistemas para diagnosis de edemas y enfisemas pulmonares, medidas por interferometría del movimiento de órganos y otras aplicaciones que hoy en día todavía se encuentran en fase experimental como un reciente estudio publicado que propone un novedoso método para el tratamiento de la caries dental mediante la aplicación de energía de microondas sobre el área dañada, esterilizando la caries mediante su calentamiento y calcificando incluso esta zona para conseguir la regeneración del diente sin necesidad de extirparlo [2]. Puede decirse que el campo de las aplicaciones médicas de las microondas es relativamente moderno y prometedor. Muchas de ellas permanecen casi inexploradas, y la existencia de otras muchas puede surgir del estudio detenido de sus efectos biológicos, junto con un conocimiento técnico del comportamiento de las radiaciones electromagnéticas. Los esfuerzos para mejorar la tecnología de estas aplicaciones médicas continúan. 13
Radiación Ionizante Radiación no-ionizante 2 Como se ha explicado previamente la radiación electromagnética no es más que la propagación de energía por el espacio en forma de ondas o partículas. Algunos fenómenos electromagnéticos se entienden con mayor facilidad si se considera esta energía como ondas, mientras que otros se comprenden mejor considerando esta energía como flujo de partículas o fotones. Esto es lo que se conoce como la dualidad ondacorpúsculo de la radiación electromagnética. La energía asociada con un fotón, la unidad elemental de una onda electromagnética, depende de su frecuencia (o longitud de onda).. Cuanto mayor es la frecuencia de la onda electromagnética (y menor por tanto su longitud de onda), mayor será la energía de cada fotón asociado a ella. La energía contenida en un fotón suele expresarse en unidades de electrón-voltios o ev. Los fotones asociados a los rayos-x y a los rayos γ (gamma), cuyas ondas tienen frecuencias electromagnéticas muy elevadas tienen una cantidad de energía relativamente grande. En el otro extremo del espectro electromagnético, los fotones asociados a ondas de frecuencias bajas tienen niveles de energía mucho menores. Entre estos dos extremos encontramos la radiación ultravioleta, la luz visible, la radiación infrarroja y la energía de radiofrecuencia entre la que se encuentran las microondas a cuyos fotones se asocian contenidos energéticos intermedios. La ionización es un proceso mediante el cual pueden crearse iones en el interior de células vivas. Este proceso puede producir alteraciones moleculares capaces de provocar algún daño en los tejidos biológicos, incluyendo efectos sobre el ADN. Este fenómeno se produce cuando tiene lugar una interacción con fotones con elevados niveles de energía asociados, como los de los rayos gamma o los rayos-x, estos últimos comúnmente utilizados en las radiografías clínicas para el diagnóstico de enfermedades. La simple absorción de un fotón de rayos-x o gamma puede causar la ionización y, en consecuencia, el daño biológico debido a la elevada cantidad de energía del fotón, que podría estar por encima de 10 ev, considerado este valor como la mínima cantidad de energía capaz de 14
Radiación Ionizante Rayos-X Rayos gamma producir la ionización. Por tanto los rayos-x y rayos gamma se consideran radiaciones de tipo Radiación no-ionizante Radio TV Móviles Luz ionizante. La radiación ionizante está asimismo relacionada con la generación de energía nuclear. La energía contenida en los fotones de las ondas electromagnéticas de RF no es lo suficientemente elevada para causar la ionización de átomos y moléculas por lo que la radiación de energía de RF está considerada como radiación no-ionizante, como ocurre con la luz visible, la radiación infrarroja y otras formas de radiación con frecuencias relativamente bajas. La energía presente en un fotón de rayos-x es miles de millones de veces superior a la energía presente en un fotón de radiación de microondas a 1 GHz. Es importante que los términos ionizante, no-ionizante no sean confundidos cuando se discuten los efectos biológicos de la radiación electromagnética sobre la salud humana, dado que los mecanismos de interacción son completamente diferentes. Actualmente sólo los efectos producidos por el calentamiento de los tejidos constituyen la base científica que establece los límites de exposición para radiaciones electromagnéticas no-ionizantes de radiofrecuencia. Lo que se conoce como efectos térmicos. Resulta interesante comparar qué cantidad de potencia es absorbida por el organismo humano a los niveles en que esta energía resulta perjudicial para el organismo, cuando se trata de radiación ionizante o de radiación no-ionizante. Por ejemplo, una persona expuesta a 4 Gray de radiación gamma (radiación ionizante) estaría sometida a niveles extremadamente elevados, pudiendo incluso, este nivel de radiación, llegar a ocasionarle la muerte. Esta exposición se corresponde con una energía absorbida de 4 J/kg (Julios por kilogramo). Esa misma persona podría tolerar una exposición (sobre todo el cuerpo) cuando se trata de 15
energía de microondas de 4 W/kg o 4 J/kg/s durante períodos indefinidos de tiempo. Una exposición sobre todo el cuerpo de 4 W/kg es de hecho, como se ha comprobado, el umbral que una vez superado puede producir efectos adversos en varias especies de animales. Estos efectos están claramente asociados con un calentamiento excesivo de los tejidos biológicos. Los riesgos que pueden sufrir los organismos expuestos a energía de microondas vienen caracterizados por un umbral de exposición y no dependen de la exposición acumulada, lo que sí ocurre en el caso de radiación ionizante. Esto significa que, por ejemplo, uno debería ser prudente con la cantidad de radiografías a que se somete. Los rayos-x son ionizantes y la exposición es acumulativa. Sin embargo este mismo individuo podría realizarse un número indefinido de TAC s (Tomografía Axial Computerizada) sin ningún peligro, puesto que esta radiación es de naturaleza no-ionizante, con lo que respetando el umbral máximo de exposición no existe ningún riesgo por prolongada que sea la misma. 16
3 Efectos Biológicos Organismos de Normalización Por efecto biológico se entiende cualquier alteración que pueda medirse en un sistema biológico como consecuencia de cualquier tipo de estímulo. Hay que tener presente que la aparición de un efecto biológico por sí mismo no supone necesariamente la existencia de daño biológico. Un efecto biológico únicamente constituye un riesgo para la salud cuando éste ocasiona un empeoramiento sobre la salud del individuo. Se sabe que la exposición continua y prolongada a niveles de potencia muy elevados de radiación de RF puede resultar dañina debido a la capacidad de la energía de RF de calentar rápidamente los tejidos biológicos. Este es, como se ha visto, el principio de funcionamiento de los hornos microondas, en los cuales la exposición a densidades de potencia elevadas en torno a 100 mw/cm 2 (milivatios por cada centímetro cuadrado) o más tiene como consecuencia el calentamiento de los tejidos. El daño en seres vivos puede tener lugar cuando el mecanismo de termorregulación es incapaz de disipar el exceso de calor que pueda haber sido generado, dicho de otra forma, cuando los mecanismos de refrigeración del tejido no son suficientes para evitar que se produzca el calentamiento. Bajo ciertas condiciones de exposición a energía de RF con una densidad de potencia de entre 1-10 mw/cm 2 el calentamiento del tejido puede comenzar a ser medible, lo cual no quiere decir que sea lo suficientemente intenso como para causar algún daño. Los efectos térmicos, aquellos que son una consecuencia del calentamiento de los tejidos biológicos sometidos a la radiación, son los que se muestran con mayor evidencia sobre la materia biológica cuando ésta resulta radiada con energía de microondas. No obstante algunos autores defienden la existencia de efectos no térmicos, que podrían tener lugar a niveles de potencia débiles a los cuales el calentamiento de los tejidos resultaría improbable. La naturaleza de los efectos no térmicos no está bien establecida hasta la fecha y, como ya se ha mencionado, no constituyen ninguna base que establezca límite de exposición alguno. 17
El fenómeno más conocido y más ampliamente estudiado del efecto de la energía electromagnética radiada sobre tejidos biológicos es el calentamiento de los mismos. Tal calentamiento se produce a causa de la conducción iónica y de la vibración de las moléculas dipolares del agua y las proteínas. La potencia absorbida por los tejidos producirá una elevación de la temperatura que dependerá de los mecanismos de refrigeración del tejido. La distribución de los campos eléctricos y magnéticos, que produce el calentamiento en el interior del tejido, depende de la configuración de la fuente, de la geometría del tejido, de las propiedades dieléctricas del mismo y de la frecuencia de la onda electromagnética de RF, parámetro importante para determinar qué cantidad de energía puede resultar absorbida por el cuerpo humano. La magnitud comúnmente utilizada para determinar esta absorción se conoce como Tasa de Absorción Específica, (TAE) o, en inglés, Specific Absorption Rate (SAR) y se expresa en W/kg (vatios por kilogramo) o mw/g (milivatios por gramo). Conozcamos algo más acerca de esta magnitud. Se define la Tasa de Absorción Específica como la variación con respecto al tiempo de la Absorción Específica, es decir, el incremento de energía absorbida por un elemento diferencial de masa contenido en un volumen elemental de una densidad dada [3]. TAE = d dt du dm = d dt du ρ dv La TAE se expresa en unidades de W/kg y está relacionada con el campo eléctrico en un punto mediante: TAE 1 σ 2 = E 2 ρ W/kg 18
En la ecuación anterior: σ = conductividad del tejido, medida en S/m. ρ = densidad volumétrica de masa del tejido, medida en kg/m 3. E = valor de pico del campo eléctrico, medido en V/m. Del mismo modo, la TAE está relacionada con el aumento de temperatura en un punto mediante: TAE = c T t donde: T = variación de temperatura, medida en ºC. t = duración de la exposición, medida en segundos. c = calor específico del tejido, medido en J/kg ºC. Esta última relación asume que las medidas se realizan bajo condiciones ideales no termodinámicas, en cuyo caso pueden despreciarse los efectos de pérdidas de calor por difusión térmica, radiación de calor o termorregulación. La TAE también está relacionada con la densidad de corriente inducida en los tejidos corporales mediante: TAE = 2 J ρσ Ecuación en la que J es la densidad de corriente inducida en el tejido, medida en A/m 2. 19
La evaluación de la exposición de un individuo en la región de campo próximo de fuentes de RF, como sucede en el caso de los teléfonos móviles, puede llevarse a cabo midiendo la magnitud de campo eléctrico en el interior del cuerpo. Las pérdidas óhmicas por unidad de volumen vendrán dadas por el producto escalar de la densidad de corriente, J, por el campo eléctrico conjugado, E*. La potencia absorbida por unidad de volumen de tejido es por tanto: P abs = 1 2 J E* = 1 2 σ E 2 W/m 3 La Tasa de Absorción Específica nos indica la relación entre una cantidad infinitesimal de potencia de RF, dw, absorbida en un elemento diferencial de masa, dm, de tejido en torno a un punto específico. A partir de la definición de la TAE queda claro que el fenómeno de absorción de potencia de RF por el cuerpo humano es muy complejo. La conductividad depende tanto de la frecuencia como de la propia constitución del tejido: σ = σ (x,y,z,f) donde x, y, z, son las coordenadas en tres dimensiones del sistema de referencia en el que se sitúa el cuerpo humano. Por otro lado, la densidad del tejido humano varía en función del contenido en agua y de la estructura: ρ = ρ(x,y,z) 20
El uso de la Tasa de Absorción Específica como método de valoración de la exposición humana a energía de naturaleza electromagnética (EM) es especialmente interesante cuando la exposición se produce en la región de campo próximo. Con objeto de valorar los efectos térmicos, un parámetro utilizado es el Índice Metabólico Basal, que está en torno a 1 W/kg. Si el cuerpo es objeto de calentamiento como consecuencia de la radiación procedente de una fuente externa a una tasa superior, podría tener lugar algún tipo de daño térmico. Una idea de la tolerancia térmica del cuerpo humano viene dada por la cantidad de calor metabólico que genera. Una persona normal, jugando al tenis tiene un índice metabólico medio de 2 W/kg; un atleta entrenado puede producir hasta 16 W/kg. Resulta fácil estimar el orden de magnitud de los campos eléctricos que podrían producir efectos térmicos. Un campo eléctrico E, en un tejido de conductividad σ generará potencia según la relación σe 2. Para las frecuencias de microondas, la conductividad del tejido humano está en torno a 1 S/m, y por tanto un campo eléctrico de alrededor de 30 V/m disipará 1 W/kg. Actividad Investigadora En los últimos años se ha extendido ampliamente una actividad investigadora en aspectos de naturaleza bioelectromagnética que ha sido conducida en parte por la presión social con objeto de establecer unos niveles adecuados de exposición que no supongan ningún tipo de riesgo para la salud. Esto ha provocado la aparición de dos vías de investigación: por un lado, estudios epidemiológicos y por otro, estudios 21
de laboratorio, que se desarrollan de forma simultánea pero que adolecen, en muchos casos, de escasas posibilidades de coordinación. No es propósito de este informe aportar un análisis en profundidad de los efectos biológicos producidos por los campos EM en relación con la salud humana, sino identificar y resumir aquellos aspectos más importantes que han podido ser publicados, identificar asimismo aquellos estudios que se están llevando a cabo y pasar revista a aquellas áreas sobre las que se prevé una futura investigación referente a la valoración del riesgo que para la salud humana pueda suponer la exposición a radiaciones de RF. En ese sentido es cierto que existe una gran cantidad de información sobre los posibles efectos que sobre la salud humana pueda ocasionar la exposición a campos electromagnéticos ELF (Extremely Low Frequency, o Frecuencia Extremadamente Baja). Sin embargo no ocurre lo mismo cuando hablamos de la exposición a campos de RF o microondas y todavía encontramos menos información cuando se trata del caso específico de los sistemas de telefonía móvil. La Comisión Europea, consciente de esta preocupación nombró un Grupo Experto con objeto de realizar recomendaciones para un programa de investigación científica, cuyos resultados puedan contribuir a realizar una valoración del riesgo existente para la salud humana como consecuencia del uso de equipos de comunicaciones móviles [4]. Hay que ser conscientes de que no se obtendrán a corto plazo respuestas definitivas relacionadas con el uso de equipos de comunicaciones móviles. Una valoración rigurosa del riesgo que entrañan para la salud humana el uso de estos dispositivos debe llevarse a cabo considerando el máximo número posible de estudios publicados. Siempre teniendo en cuenta que ningún estudio (ni serie de ellos) produciendo resultados negativos acerca de un efecto en concreto pueden demostrar su no presencia; sin embargo, 22
aumentan la confianza acerca de la ausencia de tal efecto sobre la salud humana. Básicamente, la Comisión Europea con el nombramiento de este Grupo Experto pretende: Aportar información acerca de la tecnología empleada por los radioteléfonos especialmente en aquellos aspectos relacionados con los posibles efectos sobre la salud pública. Aportar información acerca de la exposición de personas a campos EM procedentes de sistemas de telefonía móvil. Identificar aquellas áreas más importantes que han de ser objeto de investigación para valorar el riesgo de efectos adversos sobre la salud humana. Resumir y publicar los estudios llevados a cabo en este sentido. De entre la cantidad de estudios existentes sobre los efectos biológicos producidos por la radiación de microondas solo unos pocos han considerado la exposición específicamente debida a radioteléfonos o a otro tipo de sistemas de radio. Los estudios científicos desarrollados hasta el momento relacionados con la valoración de posibles riesgos para la salud aportan datos toxicológicos, epidemiológicos, etc. No puede negarse la utilidad de estos estudios, pero es cierto que ninguno de ellos aporta evidencias convincentes de que la telefonía móvil suponga a largo plazo un riesgo para la salud humana. Sin embargo, en vista del gran interés social que han despertado los posibles efectos biológicos producidos por la radiación de microondas es importante valorar el grado de conocimiento disponible acerca de la exposición a radiación de esta naturaleza. 23
Como hemos visto los efectos térmicos están bien establecidos, y suponen la base biológica para restringir la exposición a campos de RF. Por su lado, los efectos no térmicos no están bien establecidos y actualmente no suponen una base científicamente aceptable para restringir la exposición humana a la radiación de microondas a aquellas frecuencias utilizadas por los sistemas de telefonía móvil. Científicamente no es posible garantizar que niveles bajos de radiación de microondas que no tienen efectos adversos para períodos de exposición relativamente cortos, no los tengan a largo plazo. Sin embargo, con los estudios disponibles actualmente sobre este aspecto, no es posible aportar ninguna evidencia de que tales riesgos a largo plazo existan. En el contexto de los sistemas de telefonía móvil únicamente los estudios epidemiológicos podrían aportar tal evidencia. Las principales materias revisadas por el Grupo Experto han sido: la genética, el cáncer, el sistema inmunológico, el sistema nervioso y otros efectos de naturaleza no térmica. Sólo aquellos efectos que tienen lugar dentro del rango de temperatura fisiológico del cuerpo humano han sido considerados. En definitiva la Comisión Europea considera que no existe ninguna evidencia convincente de que la radiación de microondas sea directamente genotóxica o cancerígena, bajo condiciones térmicas o notérmicas, si bien, recomienda investigaciones sobre los efectos genéticos a cancerígenos dirigidas especialmente hacia sus posibles propiedades sinérgicas. La mayor parte de los resultados de estudios que han analizado la posibilidad de encontrar alguna relación entre la exposición a RF y la aparición de cáncer resultan inconcluyentes. En lo referente al sistema inmunológico la mayoría de los resultados recogidos de estudios in vivo no hacen referencia a los sistemas de telefonía móvil, o a menudo resultan contradictorios. No existe una base de información bien definida. No parece, a pesar de todo, haberse 24
encontrado ningún caso consistente de alteración del sistema inmunológico de animales que han sido expuestos a radiaciones agudas de microondas a niveles de potencia moderados (valores de TAE de unos pocos W/kg). En todo caso los efectos del sistema inmunológico no pueden ser estudiados de forma independiente a otros sistemas, tales como el sistema nervioso o el sistema endocrino. Por ejemplo, respecto a estudios genéticos y relacionados con el cáncer el Grupo Experto recomienda las siguientes líneas de investigación biológica in vivo: Estudios de la genotoxicidad sobre animales expuestos a radiación, incluyendo radiación con anterioridad o posterioridad a la administración de sustancias químicas cancerígenas. Estudio de efectos genéticos y alteraciones morfológicas en las células del cerebro a partir de animales expuestos a radiaciones de RF (por ejemplo, daño sobre el ADN) Estudios sobre la aparición de cáncer a largo plazo o la evolución de cáncer ya existente. En 1996 la Organización Mundial para la Salud (OMS) puso en marcha un programa (EMF project) con objeto de revisar el estado de la investigación relacionada con los efectos biológicos de los campos electromagnéticos, identificando las carencias de esta investigación y recomendando las necesidades más inminentes de investigación con el propósito de trabajar hacia una resolución internacional referente a las implicaciones que sobre la salud humana pueda tener la tecnología de microondas y RF. La Organización Mundial de la Salud y otras organizaciones mantienen páginas en Internet donde reflejan el contenido de sus programas así como información referente a ellos. 25
Hay razón para preocuparse? Riesgos por la Exposición a Microondas. La magnitud que mide el riesgo al que alguien puede encontrarse expuesto como consecuencia de la radiación de microondas y RF es como se ha explicado la densidad de potencia dada en vatios por centímetro cuadrado, que representa la cantidad de energía transmitida por el campo electromagnético en un segundo a través de un área de un cm 2 perpendicular a la dirección de propagación. La absorción y transformación en calor de la radiación de RF en los tejidos del organismo vivo está directamente relacionada con el contenido de agua de los mismos, lo que determina en parte su conductancia eléctrica y constante dieléctrica. Por ejemplo, a una frecuencia de 1GHz y para la misma densidad de potencia, la profundidad de penetración es de unos 3 cm para tejidos de alto contenido en agua, como el músculo o la piel, y de hasta 17 cm para tejidos de bajo contenido en agua, como los tejidos óseos y grasos. Cuando la cantidad de calor generado por absorción de energía es demasiado elevada para ser disipada en el ambiente, la temperatura del cuerpo aumentará. Evidentemente el grado de acumulación de calor dependerá de los ciclos de irradiación, humedad y temperatura ambiente (si son altos interfieren la disipación del calor); tipo de ropa que se use; tipo de tejidos del cuerpo (capas gruesas de grasa absorben más e impiden la disipación del calor). Los tejidos transparentes del ojo (especialmente el cristalino), los testículos y el sistema nervioso central muestran una gran sensibilidad a los efectos térmicos. La sensibilidad de los órganos a la radiación electromagnética depende del grado de vascularización (lo que determina la posibilidad de intercambio de calor con el medio ambiente), de la frecuencia de división por mitosis y del grado de diferenciación celular. 26
El cristalino del ojo es una zona pobremente vascularizada por lo que el efecto de termorregulación resulta más complicado. Por esta razón con densidades de potencia menores puede aumentar la temperatura del cristalino. Este aumento de temperatura inhibe los fenómenos de mitosis y diferenciación celular en este órgano. Estos cambios pueden tener como consecuencia la formación de opacidades cristalinas, enfermedad comúnmente conocida como cataratas. Sin embargo los valores de densidad de potencia mínimos necesarios para producir estos efectos son todavía elevados (hablamos de una exposición continua de entre 40-60 mw/cm 2, lo que al cabo de años podría provocar la enfermedad), [5] muy por encima de los valores que se pueden encontrar en cualquier entorno cotidiano o en las proximidades de las estaciones base de telefonía móvil, alrededor de algunos µw/cm 2 (5000 veces más pequeño). Como vemos, no deja de ser un efecto térmico. Existe asimismo riesgo en el sistema reproductor dado que en los conductos seminales de los testículos se mantiene una gran velocidad de diferenciación y división celular. En todo caso la esterilidad, de producirse, sería temporal, a menos que se haya producido un calentamiento extremo o se haya estado sometido a exposiciones elevadas durante varios años, situación altamente improbable con las densidades de potencia emitidas por las estaciones base de los sistemas de telefonía móvil. Los sistemas nerviosos y cardiovascular adquieren asimismo especial importancia cuando se habla de los efectos de las radiaciones de microondas o RF. En el primero la contextura relativamente gruesa de los huesos de la cabeza y el alto contenido en lípidos del tejido cerebral facilita la penetración de la radiación de RF a la vez que interfiere la disipación del calor. En cuanto al sistema cardiovascular el interés se centra en posibles alteraciones del ElectroCardioGrama debido a efectos demoduladores provocados por la radiación electromagnética en órganos que tienen una actividad eléctrica modulada especial. 27
Por último es cierto que se han observado efectos sobre el comportamiento de algunos animales que han sido expuestos a radiaciones de RF de baja intensidad (500 µw/cm 2 ) pero de forma continua durante 40 días. Por un lado se expusieron ratas en la banda de frecuencia de 300-920 MHz. Los efectos que se observaron sobre éstas se produjeron cuando las ratas estaban expuestas a radiación en campo cercano. Tales efectos fueron: - Menores niveles de actividad - Mayor grado de emotividad - Mayor periodo de tiempo necesario para recuperarse tras un electroshok - Mayor tiempo para aprender a nadar en un recipiente lleno de agua - Diferencia de peso de las glándulas suprarrenales Por otro lado se expusieron gallinas al margen de frecuencias de 260 MHz a 2,435 GHz y a niveles de potencia suficientes para producir efectos térmicos, el experimento mostró que todas las gallinas expuestas, excepto aquellas que lo fueron a 915 MHz, depositaron menos huevos durante el experimento. Antes de alarmarse o preocuparse sobre los resultados proporcionados sobre este tipo de estudios hay que tener presente lo siguiente. En primer lugar que ni los niveles de radiación ni la duración de los periodos de exposición a los que son sometidos estos animales en los experimentos se corresponden, ni siquiera de cerca a niveles a los que los ciudadanos normales puedan encontrarse sometidos cuando pasean tranquilamente por la calle o se encuentran en su domicilio, incluso cuando está próximo un repetidor de televisión o una estación base de algún sistema de telefonía móvil. En segundo lugar que este tipo de experimentos se limita a exponer y a observar, pero el establecimiento de una relación directa entre la radiación y los efectos observados puede ser, en algunos casos, cuanto menos discutible, o atribuible a otras causas, como puede ser por ejemplo 28
el estrés sufrido por los animales que son expuestos a tales experimentos como consecuencia de la inmovilidad o trastornos de hábitos a los que se someten. Lo único cierto es que los datos están ahí, lo que ello signifique está lejos de poder ser explicado. Por otra parte, la Oficina de Ingeniería y Tecnología de la Comisión Federal de Comunicaciones en Estados Unidos afirma en su boletín de Agosto de 1999 que distintos estudios han mostrado que los niveles ambientales de RF encontrados en cualquier entorno ciudadano están muy por debajo de los niveles necesarios para producir cualquier calentamiento significativo en la temperatura corporal, lo que minimiza posibles efectos térmicos en este tipo de radiaciones. Los Efectos no-térmicos. A niveles de exposición relativamente bajos de radiación de RF, niveles a los que resulta improbable la aparición de efectos debidos al calentamiento de los tejidos, las pruebas de la existencia de efectos biológicos dañinos son ambiguas. Hace ya algunos años que vienen apareciendo publicaciones científicas referentes a este tipo de efectos. Sin embargo muchos de estos estudios no han podido ser reproducidos, por consiguiente, no existe evidencia alguna de que tales efectos constituyan un riesgo para la salud a largo plazo. Mientras exista la posibilidad de que efectos biológicos no-térmicos puedan tener lugar el hecho de que tales efectos puedan suponer o no un riesgo para la salud es una pregunta que no puede ser contestada actualmente. Futuras investigaciones deben comprometerse a determinar el alcance de tales efectos y su importancia, si la hay, para la salud humana. 29
Organismos Competentes En Estados Unidos la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, Federal Communications Commission) es el organismo responsable de regular el sector de las telecomunicaciones excepto para el Gobierno Federal, que dicta sus propias normas. La Administración Nacional para la Información y Telecomunicaciones (NTIA, National Telecommunications and Information Administration) del departamento de comercio de Estados Unidos, regula el uso del espectro de radiofrecuencia. Estos dos organismos gubernamentales distribuyen la banda de frecuencias del espectro RF para usos civiles y militares, incluyendo: servicios de radiodifusión, telecomunicaciones móviles, sistemas de comunicaciones vía satélite, radares civiles y militares, y otros. Los sistemas de telecomunicaciones móviles, que son regulados por el FCC, incluyen: telefonía móvil celular, PCS, o sistemas de radio móviles como los utilizados por la policía. Asimismo varias agencias gubernamentales en Estados Unidos se han comprometido a la investigación del problema de la seguridad de los sistemas de comunicaciones móviles con el propósito de garantizar la ausencia de riesgos para la salud mediante el cumplimiento de la normativa. Además de la FCC y de la NTIA, la Administración de Medicina y Alimentación (FDA, Food and Drug Administration), la Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA, Environmental Protection Agency), el Instituto Nacional para la Salud y Seguridad en el Trabajo (NIOSH, National Institute for Occupational Safety and Health) y la Administración para la Salud y Seguridad en el trabajo (OSHA, Occupational Safety and Health Administration) del Departamento de Trabajo, han puesto en marcha distintos programas para dar respuesta a estas inquietudes. 30
En Europa, son tres las organizaciones de estandarización reconocidas: El Comité Europeo de Normalización (CEN), el Instituto de Normalización Europeo de Telecomunicaciones (ETSI), y el Comité Electrotécnico CENELEC (Comité Europeo de Normalización ELECtrotécnica), que es el que tiene competencia en el área de equipos electrotécnicos. La Comisión Europea, el brazo ejecutivo de la Unión Europea, puede proponer Directivas para armonizar las diferentes legislaciones nacionales, para ser adoptadas por el Consejo de Ministros y el Parlamento Europeo de acuerdo con el artículo 100a del Tratado de Roma tras su revisión en 1985 y que supone la base legal para la regulación de los niveles de seguridad para equipos móviles en la Unión Europea. Es importante remarcar que los Estados Miembros no pueden exigir niveles de seguridad más estrictos que los fijados por las autoridades europeas, dado que se violaría el artículo 30. Por otro lado, y aunque la competencia para la protección bajo entornos ocupacionales corresponda a los Estados Miembros, la Unión Europea se reserva el derecho de proponer Directivas que establezcan los niveles mínimos de protección para que sean adoptadas por el Consejo de Ministros y el Parlamento Europeo, de acuerdo con el artículo 118a. A diferencia de los aspectos referentes al artículo 100a, los Estados Miembros tienen el derecho de adoptar niveles de seguridad más estrictos que los estipulados en tales Directivas. La Comisión Europea, ha nombrado un Grupo Experto con objeto de realizar recomendaciones para un programa de investigación científica, cuyos resultados puedan contribuir a realizar una valoración del riesgo existente para la salud humana como consecuencia del uso de equipos de comunicaciones móviles que no cumplan la normativa vigente. Las líneas de investigación a seguir por este grupo ya han sido comentadas, sin embargo no está demás el insistir en que hoy en día el Grupo Experto considera que no existe ninguna evidencia convincente de que la radiación 31
de microondas sea directamente cancerígena o dañina, bajo condiciones térmicas o no-térmicas. En Japón existen varios organismos gubernamentales que se ocupan del aspecto de la seguridad frente a exposiciones a los campos de naturaleza electromagnética. La responsabilidad del uso de ondas EM por debajo de 3 THz la tiene el Ministerio de Correos y Telecomunicaciones bajo la Ley de Radio. Este ministerio fijó las directrices de protección en 1990. Los aparatos eléctricos quedan regulados bajo la Ley de Control de los Materiales y Aparatos Eléctricos elaborada por el Ministerio de Comercio Internacional e Industria, concretamente, por la Agencia de Recursos Naturales y Energía. Desde 1988 es el TTC quien se ocupa de establecer los criterios de exposición a radiaciones EM. Límites de Exposición La normativa para la exposición a la radiación electromagnética de tipo no-ionizante ha sido desarrollada por diferentes organizaciones de diversos países desde hace algunas décadas. Las distintas normas de seguridad en diferentes partes del mundo no han recomendado los mismos límites de exposición. Por ejemplo, los límites de exposición fijados en Rusia y en algunos países de la Europa del Este han sido generalmente más restrictivos que las normas propuestas en Norteamérica u otras partes de Europa. Esta discrepancia se debe, en parte, al hecho de que estas normas más restrictivas se basan en niveles de exposición por debajo de los cuales se cree que ningún efecto biológico de ningún tipo pueda tener lugar. En otra línea, la postura adoptada por muchos otros cuerpos de normalización (ANSI, CENELEC) basa los límites en niveles de exposición por encima de los cuales existen riesgos reconocidos, e incorporan los márgenes apropiados de seguridad para garantizar una protección adecuada. 32