Interazione dei campi elettromagnetici non ionizzati con i sistemi biologici

I meccanismi che descrivono l'interazione dei campi elettromagnetici con la materia biologica costituiscono, insieme ai risultati della ricerca biologica ed epidemiologica, le basi scientifiche della protezione dai campi elettromagnetici. Generalmente si intende per interazione la perturbazione di un equilibrio preesistente, a causa di uno scambio di energia tra un sistema e l'ambiente in cui lo stesso è immerso. Le onde elettromagnetiche interagiscono in vari modi con i sistemi biologici, come cellule, piante, animali o con l'uomo; e queste interazioni, come gli effetti che ne possono derivare, dipendono dalle proprietà fisiche dei campi elettromagnetici incidenti sull'organismo esposto (cioè frequenza e, quindi, lunghezza d'onda ed energia) e dalle condizioni dell'esposizione (geometria dell'ambiente, geometria della sorgente di emissione, distanza da questa, tempo di emissione, etc.): bisogna stare perciò molto attenti a non accomunare genericamente ed erroneamente, come spesso avviene sulla stampa quotidiana anche a larga diffusione, gli effetti delle interazioni dovuti a diverse tipologie di sorgenti. E questo è proprio uno degli equivoci più comuni generato da termini come "elettrosmog" o "inquinamento elettromagnetico" che, a causa della loro genericità, possono indurre il pubblico a considerare alla stessa stregua qualunque tecnologia o sorgente. Il rischio connesso all'esposizione a campi elettromagnetici va valutato quindi in funzione di ogni sorgente di esposizione, che ha le sue specifiche ed univoche caratteristiche, nonché in funzione delle condizioni di esposizione e di possibili eventuali interazioni tra esposizioni concomitanti.

Effetti biologici delle radiazioni non ionizzanti

Nel campo della protezione dai campi elettromagnetici non ionizzanti si riscontra spesso un uso improprio, e forse talvolta voluto, dei termini interazione, effetto biologico e danno. È importante sottolineare che non necessariamente l'interazione di un'onda elettromagnetica con la materia vivente, pur perturbandone il suo stato di equilibrio, provoca un effetto biologico, e quest'ultimo non necessariamente determina un effetto sanitario. Secondo quanto definito dalla OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) si verifica:

un effetto biologico quando l'esposizione alle onde elettromagnetiche provoca qualche variazione fisiologica notevole o rilevabile in un sistema biologico;

un effetto di danno alla salute quando l'effetto biologico è al di fuori dell'intervallo in cui l'organismo può normalmente compensarlo, e ciò porta a qualche condizione di detrimento della salute.

I meccanismi di adattamento poi sono correlati a molteplici fattori sia soggettivi, quali l'età, il sesso, lo stato di salute dell'individuo, il tipo ed il grado di attività del soggetto esposto; sia ambientali, come temperatura, umidità, contemporanea presenza di altri agenti nocivi.

Alcuni effetti biologici possono essere innocui, come ad esempio l'aumento della circolazione sanguigna conseguente ad un leggero aumento del riscaldamento da parte del sole. Alcuni effetti possono essere vantaggiosi, come la sensazione di calore da parte dei raggi diretti del sole in una giornata fredda, o possono addirittura portare ad effetti positivi per la salute, come nel caso del sole che aiuta la produzione di vitamina D.

Tuttavia, gli stessi effetti biologici possono condurre ad effetti nocivi per la salute, come il dolore per le ustioni solari o addirittura il cancro della pelle, se l'esposizione è prolungata nel tempo.

Per quanto riguarda i campi elettromagnetici, i livelli presenti nell'ambiente in genere sono tali da non provocare nella popolazione esposta alle frequenze ELF (quelle correlate alla fornitura dell'energia elettrica) effetti diretti acuti, quali l'elettrostimolazione dei tessuti nervosi, o il riscaldamento dei tessuti generato dall'esposizione alle radiofrequenze.

Attorno ai possibili rischi per la salute derivanti dall'esposizione a campi elettromagnetici sono sorte controversie e polemiche, spesso sviluppatesi fuori da un dibattito scientifico, trovando alimento sia in una cattiva informazione sia in numerosi fraintendimenti ed equivoci dei risultati scientifici e dei principi stessi della ricerca scientifica, cui spesso si richiede di dimostrare la prova di innocuità di un agente o di una tecnologia, ancor prima che questi siano utilizzati. Ma questo non è assolutamente possibile da parte della ricerca scientifica, in quanto nel settore scientifico, l'assenza di un effetto, a differenza della sua presenza, non può essere accertata per principio. Inoltre, negli studi scientifici è sempre intrinsecamente presente un margine di incertezza, che assume poi particolare importanza nel caso di studi statistici (quali, ad esempio, quelli epidemiologici) o su sistemi biologici. E questo non rappresenta un limite degli studi scientifici, ma un valore degli stessi, in quanto consente di rimettere continuamente in discussione i dati disponibili per la ricerca di sempre maggiori e più precise informazioni, che possono consentire l'approfondimento delle conoscenze.

Un'altra distinzione fondamentale da fare nel settore degli effetti biologici è quella relativa agli effetti immediati di natura acuta e deterministica (effetto con presenza di soglia) e quelli stocastici o a lungo termine, senza presenza di soglia (classico esempio l'insorgenza del cancro!). È evidente l'importanza di questa classificazione, in quanto, nel caso ci sia un effetto che si manifesta soltanto se si superano certi valori dell'entità fisica che li determina (valore di soglia), la protezione dallo stesso effetto è molto semplice, dal momento che basta limitare l'esposizione all'agente nocivo ad un valore inferiore a quello di soglia perché l'effetto stesso non si verifichi. Nel caso invece di effetti stocastici l'assenza di un valore, sia pur minimo e al di sotto del quale l'effetto non si manifesta, fa sì che comunque si riduca il livello di esposizione, ma non si elimina la probabilità di accadimento dell'effetto stesso, che si annulla soltanto eliminando totalmente la causa. Questo crea non pochi problemi nel settore protezionistico, in quanto si richiedono delle scelte di tipo politico ed amministrativo, basate sia sui risultati scientifici disponibili sia su valutazioni di natura economica e sociale e di livello di accettabilità del rischio. Nel settore delle onde elettromagnetiche non ionizzanti si ha certezza scientifica sugli effetti di natura deterministica, dovuti all'esposizione elettromagnetica in ogni range di frequenza, ma non si hanno purtroppo dati certi sugli effetti di natura stocastica ed a lungo termine, almeno nel settore delle basse frequenze.

Effetti biologici e sanitari dei campi elettrici e magnetici a 50-60 Hz

L'azione fondamentale di questi campi sui sistemi biologici è l'induzione all'interno di questi di campi elettrici e correnti, la cui intensità, per i livelli di esposizione ELF presenti nel nostro ambiente, è minore di quella delle correnti prodotte naturalmente all'interno del corpo.

I campi e le correnti generati nell'organismo possono provocare una varietà di risposte sul sistema nervoso. Comunque valori di soglia dell'intensità di corrente di 10 mA (milliampere)/m2 per campi di frequenze da 10 Hz a 1 kHz possono essere stimati conservativi per deboli effetti sull'attività del sistema nervoso centrale. Gli studi fino ad ora condotti hanno dimostrato la presenza di effetti immediati e deterministici, spesso anche di natura transitoria, dovuti all'esposizione a campi elettrici e magnetici a queste frequenze, quali ad esempio l'insorgenza di magnetofosfeni o la riduzione del ritmo cardiaco, osservato durante ed immediatamente dopo l'esposizione alla combinazione dei campi elettrico e magnetico, la soppressione di secrezione di melatonina, un ormone collegato ai nostri ritmi giorno-notte (effetto ancora oggetto di approfondimento); ma è l'incertezza sulla presenza di eventuali effetti a lungo termine, collegabili all'esposizione ai campi elettromagnetici a frequenza estremamente bassa (ELF), in cui rientra la frequenza di rete, che genera preoccupazione e timore nella popolazione, con tutto quello che consegue e di cui quasi ogni giorno si apprendono notizie dalla stampa quotidiana.

Per quanto riguarda la possibile insorgenza di cancro a seguito di esposizione ai campi ELF, evidenziata per la prima volta nel 1979 nello studio di Wertheimer e Leeper, nonostante diverse ricerche abbiano affrontato il tema del rischio cancerogeno, non vi è ancora alcuna evidenza convincente che l'esposizione a campi ELF provochi danni diretti alle molecole biologiche, compreso il DNA. È quindi improbabile che essi possano iniziare il processo di cancerogenesi. Tuttavia, sono ancora in corso studi per stabilire se l'esposizione a campi ELF possa influenzare la promozione o la co-promozione del cancro. Recenti studi su animali non hanno evidenziato che l'esposizione a campi ELF abbia effetto sull'incidenza di tumori.

Esistono studi (epidemiologici o su animali, tessuti, colture cellulari) in base ai quali si potrebbe sospettare o ipotizzare l'esistenza di effetti o patologie riconducibili ad esposizioni prolungate a campi elettromagnetici di intensità inferiore, o molto inferiore, ai limiti specificati dalle attuali norme di sicurezza. Pur tuttavia bisogna tener presente che i margini di incertezza scientifica, comunque presenti nelle indagini epidemiologiche, impongono di trovare un equilibrio fra il criterio dell'efficacia dell'intervento ed il principio cautelativo. Uno degli stessi autorevoli scienziati, che ha più contribuito alle ricerche epidemiologiche nel settore, David Savitz, ha sottolineato nel Congresso mondiale di epidemiologia del 1999 il grado di incertezza degli studi epidemiologici e gli interrogativi che questa crea negli studiosi. In particolare egli sostiene che i dati a favore dell'ipotesi di un ruolo dei campi magnetici nella cancerogenesi indicano coefficienti di rischio molto bassi e ciò potrebbe essere indice o di un rapporto causa-effetto molto debole o diluito da errori sistematici nella valutazione delle esposizioni. Il fatto poi che anche con tutto l'affinamento delle tecniche e dei protocolli di indagine non abbia portato ad una più chiara definizione del problema potrebbe essere, sempre secondo Savitz, un ulteriore elemento di riflessione sull'effettiva esistenza di un rapporto causa-effetto.

Attualmente, le più autorevoli organizzazioni ed istituzioni internazionali, quali l'OMS, la ICNIRP (International Commission on Non Ionizing Radiation Protection), l'ANSI-IEEE (American National Standard Institute Institute of Electric and Electric Engineering), che provvedono anche alla promulgazione di standard di sicurezza, concordano nel ritenere che l'analisi critica complessiva della letteratura scientifica accreditata esistente non fornisca evidenze convincenti a sostegno di questi sospetti e di queste ipotesi e non giustifichi quindi l'adozione di standard di sicurezza più restrittivi di quelli vigenti. Le stesse istituzioni ammettono che questa posizione potrà essere rivista qualora emergano nuovi risultati.

Le indagini epidemiologiche non rappresentano comunque il solo mezzo di studio degli effetti a lungo termine: i loro risultati se pur importanti, perché direttamente riferiti all'uomo, devono essere integrati con quelli degli studi su animali e della ricerca in vitro.

Ed è proprio sulla base di queste valutazioni di sintesi che nel 1998 un gruppo di lavoro del NIESH (National Institute of Environmental Health Sciences) degli Stati Uniti, a conclusione del programma RAPID (Research and Public Information Dissemination), commissionato dal Congresso americano, dopo aver esaminato un certo numero di programmi di ricerca, volti a stabilire se l'esposizione ai campi ELF avesse qualche conseguenza sulla salute umana ed aver rivisto i risultati usando i criteri della AIRC (Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro), ha concluso che i campi ELF debbano essere considerati come un "possibile cancerogeno per l'uomo".

La valutazione degli esperti si basa su una limitata evidenza epidemiologica di leucemie infantili e di leucemie linfatiche acute rilevate nei lavoratori esposti per ragioni professionali, mentre l'evidenza che proviene da studi su animali è considerata inadeguata.

Poiché altri studi epidemiologici, di cui due sono risultati completamente negativi, sono stati effettuati dopo il rapporto del NIESH, nel 2001 sarà avviata congiuntamente dalla OMS e dalla AIRC un'analisi degli effetti cancerogeni dei campi a frequenza industriale, che si concluderà nel 2002.

Effetti biologici e sanitari dei campi ad alta frequenza 410 kHz e 300 GHz

Gli effetti dei campi elettromagnetici ad alta frequenza sui sistemi biologici e sull'uomo sono oggetto di studio da circa mezzo secolo e la loro conoscenza è quindi più vasta e consolidata di quella che si ha nel settore dei campi a bassa frequenza. Prima di tutto si può certamente affermare che esistono ben noti effetti acuti di natura deterministica, che sono quelli termici: essi si manifestano solo in seguito ad un aumento prolungato della temperatura, superiore ai normali livelli delle variazioni fisiologiche. In pratica, l'interazione con il campo elettromagnetico esterno provoca all'interno del sistema esposto un aumento globale o locale di temperatura, cui sono riconducibili gli effetti che si manifestano.

Un altro effetto in questo range di frequenza è anche l'induzione di correnti nei sistemi esposti. La prevalenza dell'uno o dell'altro effetto o la presenza contemporanea di entrambi è legata alla frequenza della radiazione incidente.

In particolare:

i campi RF al di sopra di 10 GHz vengono assorbiti dalla superficie della pelle, e pochissima energia penetra nei tessuti sottostanti. Affinché si verifichino effetti di danno alla salute, come cataratte oculari e ustioni della pelle, per effetto dell'esposizione a campi RF al di sopra di 10 GHz, occorrono densità di potenza superiori a 1000 W/m2. Questi livelli non si riscontrano nella vita quotidiana. Essi esistono invece nelle immediate vicinanze di radar di potenza. Le attuali normative di esposizione impediscono la presenza dell'uomo in queste aree.

I campi RF a frequenza al di sopra di circa 1 MHz e fino a 10 GHz penetrano nei tessuti esposti e provocano soprattutto riscaldamento, a seguito dell'assorbimento di energia, facendo muovere ioni e molecole d'acqua entro il mezzo in cui questi si trovano. La profondità di penetrazione dei campi RF nel tessuto dipende dalla frequenza del campo ed è maggiore alle frequenze più basse. Anche bassi livelli di energia RF producono una piccola quantità di calore, ma questo è smaltito dai normali processi di termoregolazione del corpo senza che la persona se ne renda conto. La maggior parte degli effetti nocivi che possono verificarsi a seguito di esposizioni a campi RF tra 1 MHz e 10 GHz possono essere spiegati come risposta ad un riscaldamento indotto, che a sua volta dà luogo ad un aumento della temperatura dei tessuti o del corpo superiore ad 1·C.

Perché si abbia un effetto nocivo per la salute, come cataratte oculari e ustioni della pelle, in persone esposte a campi RF entro questo intervallo di frequenza, è necessario che il valore della potenza assorbita dall'organismo sia almeno di 4 W/kg. Energie simili si riscontrano a decine di metri di distanza da potenti antenne FM, che sono installate in cima a torri elevate e rendono queste aree inaccessibili.

I campi RF di frequenze al di sotto di circa 1 MHz, non producono un riscaldamento significativo, ma inducono soprattutto correnti e campi elettrici, misurati in termini di densità di corrente (A/m2) che possono stimolare le cellule di tessuti come nervi e muscoli. Esistono già all'interno del corpo delle correnti elettriche , come fattore normale delle reazioni chimiche che fanno parte della vita. Se i campi RF inducono correnti che superano in misura significativa il livello di fondo nel corpo, vi è la possibilità di conseguenze negative per la salute. A valori di densità di correnti "di fondo" dell'ordine di circa 10 mA/m2 si riscontrano numerose reazioni chimiche implicate nei processi vitali; valori superiori a 100 mA/m2 possono interferire con il normale funzionamento del corpo e provocare contrazioni muscolari involontarie.

Alcuni ricercatori hanno segnalato altri effetti sul corpo dovuti a esposizioni a campi RF di bassa intensità presenti negli ambienti di vita. Tuttavia, questi effetti non sono stati confermati da altri studi di laboratorio, oppure le loro implicazioni per la salute sono sconosciute. Comunque, questi studi hanno destato notevoli preoccupazioni in relazione ad un aumento del rischio di cancro. Ma le attuali evidenze scientifiche, così come affermato dalla OMS, indicano come improbabile che i campi RF inducano o promuovano tumori.

Un effetto sicuramente accertato è l'interferenza elettromagnetica presentata dai campi a radiofrequenza. In particolare, questo è stato provato per i telefoni mobili, come molti altri dispositivi elettronici di uso comune, che possono provocare interferenze elettromagnetiche in altri apparati elettrici. Si deve quindi prestare molta attenzione quando si usano telefoni mobili in prossimità di dispositivi elettromedicali sensibili, utilizzati in unità ospedaliere di terapia intensiva. I telefoni mobili possono, in rari casi, provocare anche interferenze in altri apparati medicali, come i pacemaker cardiaci e gli apparecchi acustici. Bisogna tener presente che tutti gli standard attualmente promulgati non proteggono da queste interferenze e dal momento che la compatibilità dipende molto dal tipo di questi dispositivi, gli utilizzatori degli stessi dovrebbero consultare il proprio medico per stabilire quanto i loro dispositivi siano sensibili a questi effetti.