I campi elettrici e magnetici a frequenza estremamente bassa (ELF) e a frequenza molto bassa (VLF) comprendono la gamma di frequenze al di sopra dei campi statici (> 0 Hz) fino a 30 kHz. Per questo documento ELF è definito come nell'intervallo di frequenza > 0 a 300 Hz e VLF nell'intervallo > 300 Hz a 30 kHz. Nell'intervallo di frequenza > da 0 a 30 kHz, le lunghezze d'onda variano da ∞(infinito) a 10 km e quindi i campi elettrico e magnetico agiscono essenzialmente indipendentemente l'uno dall'altro e devono essere trattati separatamente. L'intensità del campo elettrico (E) è misurata in volt per metro (V/m), l'intensità del campo magnetico (H) è misurata in ampere per metro (A/m) e la densità di flusso magnetico (B) in Tesla (T).

Un considerevole dibattito sui possibili effetti avversi per la salute è stato espresso dai lavoratori che utilizzano apparecchiature che operano in questa gamma di frequenze. La frequenza di gran lunga più comune è 50/60 Hz, utilizzata per la generazione, la distribuzione e l'utilizzo dell'energia elettrica. La preoccupazione che l'esposizione a campi magnetici a 50/60 Hz possa essere associata a un aumento dell'incidenza del cancro è stata alimentata dai resoconti dei media, dalla diffusione di disinformazione e dal dibattito scientifico in corso (Repacholi 1990; NRC 1996).

Lo scopo di questo articolo è fornire una panoramica delle seguenti aree tematiche:

• Fonti, professioni e applicazioni
• dosimetria e misurazione
• meccanismi di interazione ed effetti biologici
• studi umani ed effetti sulla salute
• misure protettive
• standard di esposizione professionale.

Vengono fornite descrizioni sintetiche per informare i lavoratori sui tipi e le intensità dei campi provenienti dalle principali fonti di campi ELF e VLF, effetti biologici, possibili conseguenze per la salute e limiti di esposizione attuali. Viene inoltre fornito uno schema delle precauzioni di sicurezza e delle misure di protezione. Sebbene molti lavoratori utilizzino unità di visualizzazione visiva (VDU), in questo articolo vengono forniti solo brevi dettagli poiché sono trattati in maggiore dettaglio altrove nel Enciclopedia.

Gran parte del materiale qui contenuto può essere trovato in maggiore dettaglio in una serie di revisioni recenti (WHO 1984, 1987, 1989, 1993; IRPA 1990; ILO 1993; NRPB 1992, 1993; IEEE 1991; Greene 1992; NRC 1996).

Fonti di esposizione professionale

I livelli di esposizione professionale variano considerevolmente e dipendono fortemente dalla particolare applicazione. La tabella 1 fornisce un riepilogo delle applicazioni tipiche delle frequenze nell'intervallo > da 0 a 30 kHz.

Tabella 1. Applicazioni di apparecchiature che operano nell'intervallo > da 0 a 30 kHz

Generazione e distribuzione di energia

Le principali sorgenti artificiali di campi elettrici e magnetici a 50/60 Hz sono quelle coinvolte nella generazione e distribuzione di energia e qualsiasi apparecchiatura che utilizza corrente elettrica. La maggior parte di tali apparecchiature funziona a frequenze di alimentazione di 50 Hz nella maggior parte dei paesi e di 60 Hz in Nord America. Alcuni sistemi di treni elettrici funzionano a 16.67 Hz.

Le linee di trasmissione e le sottostazioni ad alta tensione (HV) hanno associato a loro i campi elettrici più forti a cui i lavoratori possono essere abitualmente esposti. L'altezza del conduttore, la configurazione geometrica, la distanza laterale dalla linea e la tensione della linea di trasmissione sono di gran lunga i fattori più significativi per considerare l'intensità massima del campo elettrico al suolo. A distanze laterali di circa il doppio dell'altezza della linea, l'intensità del campo elettrico diminuisce con la distanza in modo approssimativamente lineare (Zaffanella e Deno 1978). All'interno di edifici in prossimità di linee di trasmissione ad alta tensione, le intensità del campo elettrico sono tipicamente inferiori al campo imperturbato di un fattore di circa 100,000, a seconda della configurazione dell'edificio e dei materiali strutturali.

Le intensità del campo magnetico delle linee di trasmissione aeree sono generalmente relativamente basse rispetto alle applicazioni industriali che comportano correnti elevate. I dipendenti delle utenze elettriche che lavorano nelle sottostazioni o nella manutenzione delle linee di trasmissione sotto tensione costituiscono un gruppo speciale esposto a campi più grandi (di 5 mT e superiori in alcuni casi). In assenza di materiali ferromagnetici, le linee del campo magnetico formano cerchi concentrici attorno al conduttore. A parte la geometria del conduttore di potenza, la massima densità di flusso magnetico è determinata solo dall'entità della corrente. Il campo magnetico sotto le linee di trasmissione ad alta tensione è diretto principalmente trasversalmente all'asse della linea. La massima densità di flusso a livello del suolo può essere sotto la linea centrale o sotto i conduttori esterni, a seconda della relazione di fase tra i conduttori. La massima densità di flusso magnetico a livello del suolo per un tipico sistema di linee di trasmissione aeree a doppio circuito da 500 kV è di circa 35 μT per kiloampere di corrente trasmessa (Bernhardt e Matthes 1992). Valori tipici per la densità del flusso magnetico fino a 0.05 mT si verificano nei luoghi di lavoro vicino a linee aeree, sottostazioni e centrali elettriche funzionanti a frequenze di 16 2/3, 50 o 60 Hz (Krause 1986).

Processi industriali

L'esposizione professionale ai campi magnetici deriva principalmente dal lavoro vicino ad apparecchiature industriali che utilizzano correnti elevate. Tali dispositivi includono quelli utilizzati nella saldatura, raffinazione elettroscoria, riscaldamento (forni, riscaldatori a induzione) e agitazione.

Indagini sui riscaldatori a induzione utilizzati nell'industria, condotte in Canada (Stuchly e Lecuyer 1985), in Polonia (Aniolczyk 1981), in Australia (Repacholi, dati non pubblicati) e in Svezia (Lövsund, Oberg e Nilsson 1982), mostrano densità di flusso magnetico a postazioni operatore da 0.7 μT a 6 mT, a seconda della frequenza utilizzata e della distanza dalla macchina. Nel loro studio sui campi magnetici dell'elettroacciaio industriale e delle apparecchiature di saldatura, Lövsund, Oberg e Nilsson (1982) hanno scoperto che le saldatrici a punti (50 Hz, da 15 a 106 kA) e i forni a siviera (50 Hz, da 13 a 15 kA) campi prodotti fino a 10 mT a distanze fino a 1 m. In Australia, è stato riscontrato che un impianto di riscaldamento a induzione funzionante nella gamma da 50 Hz a 10 kHz forniva campi massimi fino a 2.5 mT (forni a induzione a 50 Hz) in posizioni in cui gli operatori potevano stare in piedi. Inoltre, i campi massimi attorno ai riscaldatori a induzione funzionanti ad altre frequenze erano 130 μT a 1.8 kHz, 25 μT a 2.8 kHz e superiori a 130 μT a 9.8 kHz.

Poiché le dimensioni delle bobine che producono i campi magnetici sono spesso piccole, raramente vi è un'elevata esposizione a tutto il corpo, ma piuttosto un'esposizione locale principalmente alle mani. La densità del flusso magnetico alle mani dell'operatore può raggiungere i 25 mT (Lövsund e Mild 1978; Stuchly e Lecuyer 1985). Nella maggior parte dei casi la densità di flusso è inferiore a 1 mT. L'intensità del campo elettrico vicino al riscaldatore a induzione è generalmente bassa.

I lavoratori dell'industria elettrochimica possono essere esposti ad elevate intensità di campo elettrico e magnetico a causa di forni elettrici o altri dispositivi che utilizzano correnti elevate. Ad esempio, vicino a forni a induzione e celle elettrolitiche industriali è possibile misurare densità di flusso magnetico fino a 50 mT.

Espositori visivi

L'uso di videoterminali (VDU) o videoterminali (VDT), come vengono anche chiamati, cresce a un ritmo sempre crescente. Gli operatori VDT hanno espresso preoccupazione per i possibili effetti delle emissioni di radiazioni di basso livello. Campi magnetici (frequenza da 15 a 125 kHz) fino a 0.69 A/m (0.9 μT) sono stati misurati nelle peggiori condizioni vicino alla superficie dello schermo (Bureau of Radiological Health 1981). Questo risultato è stato confermato da numerose indagini (Roy et al. 1984; Repacholi 1985 IRPA 1988). Revisioni complete delle misurazioni e dei sondaggi sui videoterminali da parte di agenzie nazionali e singoli esperti hanno concluso che non vi sono emissioni di radiazioni dai videoterminali che potrebbero avere conseguenze per la salute (Repacholi 1985; IRPA 1988; ILO 1993a). Non è necessario eseguire misurazioni di radiazioni di routine poiché, anche nelle condizioni peggiori o in modalità di guasto, i livelli di emissione sono ben al di sotto dei limiti di qualsiasi standard internazionale o nazionale (IRPA 1988).

Nel documento è stata fornita una rassegna completa delle emissioni, una sintesi della letteratura scientifica applicabile, degli standard e delle linee guida (ILO 1993a).

Applicazioni mediche

Pazienti affetti da fratture ossee che non guariscono bene o non si uniscono sono stati trattati con campi magnetici pulsati (Bassett, Mitchell e Gaston 1982; Mitbreit e Manyachin 1984). Sono inoltre in corso studi sull'uso di campi magnetici pulsati per migliorare la guarigione delle ferite e la rigenerazione dei tessuti.

Vari dispositivi che generano impulsi di campo magnetico vengono utilizzati per la stimolazione della crescita ossea. Un esempio tipico è il dispositivo che genera una densità di flusso magnetico media di circa 0.3 mT, un'intensità di picco di circa 2.5 mT e induce intensità di picco del campo elettrico nell'osso nell'intervallo da 0.075 a 0.175 V/m (Bassett, Pawluk e Pila 1974). In prossimità della superficie dell'arto esposto, il dispositivo produce una densità di flusso magnetico di picco dell'ordine di 1.0 mT che causa densità di corrente ionica di picco da circa 10 a 100 mA/m² (da 1 a 10 µA/cm²) nel tessuto.

Misurazione

Prima dell'inizio delle misurazioni dei campi ELF o VLF, è importante ottenere quante più informazioni possibili sulle caratteristiche della sorgente e sulla situazione di esposizione. Queste informazioni sono necessarie per la stima delle intensità di campo attese e per la selezione della strumentazione di rilevamento più appropriata (Tell 1983).

Le informazioni sulla fonte dovrebbero includere:

• frequenze presenti, comprese le armoniche
• potenza trasmessa
• polarizzazione (orientamento di E campo)
• caratteristiche di modulazione (valori di picco e medi)
• duty cycle, ampiezza dell'impulso e frequenza di ripetizione dell'impulso
• caratteristiche dell'antenna, come tipo, guadagno, larghezza del raggio e velocità di scansione.

Le informazioni sulla situazione di esposizione devono includere:

• distanza dalla sorgente
• esistenza di eventuali oggetti di dispersione. La dispersione per superfici piane può migliorare la E campo di un fattore 2. Un miglioramento ancora maggiore può derivare da superfici curve, ad esempio riflettori angolari.

I risultati delle indagini condotte nei contesti occupazionali sono riassunti nella tabella 2.

Tabella 2. Fonti occupazionali di esposizione ai campi magnetici

Fonte: Allen 1991; Bernhardt 1988; Krause 1986; Lövsund, Oberg e Nilsson 1982; Repacholi, dati non pubblicati; Stucchi 1986; Stuchly e Lecuyer 1985, 1989.

Strumentazione

Uno strumento di misura del campo elettrico o magnetico è costituito da tre parti fondamentali: la sonda, i puntali e il monitor. Per garantire misurazioni appropriate, sono richieste o auspicabili le seguenti caratteristiche della strumentazione:

• La sonda deve rispondere solo al E campo o il H campo e non ad entrambi contemporaneamente.
• La sonda non deve produrre perturbazioni significative del campo.
• I cavi dalla sonda al monitor non devono disturbare in modo significativo il campo sulla sonda o accoppiare l'energia dal campo.
• La risposta in frequenza della sonda deve coprire l'intervallo di frequenze richiesto per essere misurato.
• Se utilizzato nel campo vicino reattivo, le dimensioni del sensore a sonda dovrebbero essere preferibilmente inferiori a un quarto di lunghezza d'onda alla massima frequenza presente.
• Lo strumento dovrebbe indicare il valore quadratico medio (rms) del parametro del campo misurato.
• Il tempo di risposta dello strumento dovrebbe essere noto. È desiderabile avere un tempo di risposta di circa 1 secondo o meno, in modo che i campi intermittenti vengano rilevati facilmente.
• La sonda dovrebbe rispondere a tutti i componenti di polarizzazione del campo. Ciò può essere ottenuto mediante una risposta isotropica intrinseca o mediante rotazione fisica della sonda attraverso tre direzioni ortogonali.
• Buona protezione da sovraccarico, funzionamento a batteria, portabilità e costruzione robusta sono altre caratteristiche desiderabili.
• Gli strumenti forniscono un'indicazione di uno o più dei seguenti parametri: media E campo (V/m) o quadrato medio E campo (v²/m²); media H campo (A/m) o quadrato medio H campo (a²/m²).

indagini

Di solito vengono condotte indagini per determinare se i campi esistenti sul posto di lavoro sono al di sotto dei limiti fissati dalle norme nazionali. Pertanto, la persona che esegue le misurazioni deve avere piena familiarità con questi standard.

Tutti i luoghi occupati e accessibili dovrebbero essere esaminati. L'operatore dell'apparecchiatura in prova e il geometra dovrebbero essere il più lontano possibile dall'area di prova. Tutti gli oggetti normalmente presenti, che possono riflettere o assorbire energia, devono essere in posizione. Il geometra deve prendere precauzioni contro ustioni e scosse da radiofrequenza (RF), in particolare vicino a sistemi ad alta potenza e bassa frequenza.

Meccanismi di interazione ed effetti biologici

Meccanismi di interazione

Gli unici meccanismi stabiliti attraverso i quali i campi ELF e VLF interagiscono con i sistemi biologici sono:

• Campi elettrici che inducono una carica superficiale su un corpo esposto che si traduce in correnti (misurate in mA/m²) all'interno del corpo, la cui entità è correlata alla densità di carica superficiale. A seconda delle condizioni di esposizione, delle dimensioni, della forma e della posizione del corpo esposto nel campo, la densità di carica superficiale può variare notevolmente, determinando una distribuzione variabile e non uniforme delle correnti all'interno del corpo.
• I campi magnetici agiscono anche sugli esseri umani inducendo campi elettrici e correnti all'interno del corpo.
• Le cariche elettriche indotte in un oggetto conduttore (ad es. un'automobile) esposto a campi elettrici ELF o VLF possono causare il passaggio di corrente attraverso una persona a contatto con esso.
• L'accoppiamento del campo magnetico a un conduttore (ad esempio un recinto di filo metallico) provoca il passaggio di correnti elettriche (della stessa frequenza del campo esposto) attraverso il corpo di una persona a contatto con esso.
• Le scariche transitorie (scintille) possono verificarsi quando persone e oggetti metallici esposti a un forte campo elettrico si avvicinano a sufficienza.
• I campi elettrici o magnetici possono interferire con i dispositivi medici impiantati (ad es. pacemaker cardiaci unipolari) e causare il malfunzionamento del dispositivo.

Le prime due interazioni sopra elencate sono esempi di accoppiamento diretto tra persone e campi ELF o VLF. Le ultime quattro interazioni sono esempi di meccanismi di accoppiamento indiretto perché possono verificarsi solo quando l'organismo esposto è in prossimità di altri corpi. Questi corpi possono includere altri esseri umani o animali e oggetti come automobili, recinzioni o dispositivi impiantati.

Mentre altri meccanismi di interazione tra tessuti biologici e campi ELF o VLF sono stati postulati o ci sono prove a supporto della loro esistenza (WHO 1993; NRPB 1993; NRC 1996), nessuno ha dimostrato di essere responsabile di alcuna conseguenza negativa per la salute.

Effetti sulla salute

L'evidenza suggerisce che la maggior parte degli effetti accertati dell'esposizione a campi elettrici e magnetici nell'intervallo di frequenza > da 0 a 30 kHz derivano da risposte acute alla carica superficiale e alla densità di corrente indotta. Le persone possono percepire gli effetti della carica superficiale oscillante indotta sui loro corpi dai campi elettrici ELF (ma non dai campi magnetici); questi effetti diventano fastidiosi se sufficientemente intensi. Un riepilogo degli effetti delle correnti che attraversano il corpo umano (soglie per la percezione, let-go o tetano) sono riportati nella tabella 3.

Tabella 3. Effetti delle correnti che attraversano il corpo umano

Fonte: Bernhardt 1988a.

Le cellule nervose e muscolari umane sono state stimolate dalle correnti indotte dall'esposizione a campi magnetici di diversi mT e da 1 a 1.5 kHz; si ritiene che le densità di corrente di soglia siano superiori a 1 A/m². Tremolanti sensazioni visive possono essere indotte nell'occhio umano dall'esposizione a campi magnetici a partire da circa 5-10 mT (a 20 Hz) o correnti elettriche applicate direttamente alla testa. La considerazione di queste risposte e dei risultati degli studi neurofisiologici suggerisce che le funzioni sottili del sistema nervoso centrale, come il ragionamento o la memoria, possono essere influenzate da densità di corrente superiori a 10 mA/m² (PNRB 1993). È probabile che i valori di soglia rimangano costanti fino a circa 1 kHz, ma successivamente aumentino con frequenza crescente.

Alcuni in vitro studi (WHO 1993; NRPB 1993) hanno riportato cambiamenti metabolici, come alterazioni dell'attività enzimatica e del metabolismo proteico e diminuzione della citotossicità linfocitaria, in varie linee cellulari esposte a campi elettrici e correnti ELF e VLF applicati direttamente alla coltura cellulare. La maggior parte degli effetti è stata segnalata a densità di corrente comprese tra circa 10 e 1,000 mA/m², sebbene queste risposte siano meno chiaramente definite (Sienkiewicz, Saunder e Kowalczuk 1991). Tuttavia, vale la pena notare che le densità di corrente endogena generate dall'attività elettrica di nervi e muscoli sono tipicamente fino a 1 mA/m² e può raggiungere fino a 10 mA/m² nel cuore. Queste densità di corrente non influenzeranno negativamente nervi, muscoli e altri tessuti. Tali effetti biologici saranno evitati limitando la densità di corrente indotta a meno di 10 mA/m² a frequenze fino a circa 1 kHz.

Diverse possibili aree di interazione biologica che hanno molte implicazioni sulla salute e sulle quali la nostra conoscenza è limitata includono: possibili cambiamenti nei livelli notturni di melatonina nella ghiandola pineale e alterazioni nei ritmi circadiani indotti negli animali dall'esposizione a campi elettrici o magnetici ELF, e possibili effetti dei campi magnetici ELF sui processi di sviluppo e carcinogenesi. Inoltre, ci sono alcune prove di risposte biologiche a campi elettrici e magnetici molto deboli: queste includono l'alterata mobilità degli ioni calcio nel tessuto cerebrale, i cambiamenti nei modelli di attivazione neuronale e il comportamento alterato degli operandi. Sono state segnalate "finestre" sia di ampiezza che di frequenza che sfidano l'ipotesi convenzionale secondo cui l'entità di una risposta aumenta con l'aumentare della dose. Questi effetti non sono ben stabiliti e non forniscono una base per stabilire restrizioni sull'esposizione umana, sebbene siano giustificate ulteriori indagini (Sienkievicz, Saunder e Kowalczuk 1991; WHO 1993; NRC 1996).

La tabella 4 fornisce gli intervalli approssimativi delle densità di corrente indotta per vari effetti biologici negli esseri umani.

Tabella 4. Intervalli di densità di corrente approssimativi per vari effetti biologici

Fonte: Sienkiewicz et al. 1991.

Standard di esposizione professionale

Quasi tutti gli standard che hanno limiti nel range > 0-30 kHz hanno come fondamento logico la necessità di mantenere i campi e le correnti elettriche indotte a livelli di sicurezza. Di solito le densità di corrente indotta sono limitate a meno di 10 mA/m². La tabella 5 fornisce un riepilogo di alcuni attuali limiti di esposizione professionale.

Tabella 5. Limiti occupazionali di esposizione a campi elettrici e magnetici nell'intervallo di frequenza > da 0 a 30 kHz (si noti che f è in Hz)

Misure protettive

Le esposizioni professionali che si verificano in prossimità di linee di trasmissione ad alta tensione dipendono dalla posizione del lavoratore a terra o presso il conduttore durante il lavoro sotto tensione ad alto potenziale. Quando si lavora in condizioni di tensione, è possibile utilizzare indumenti protettivi per ridurre l'intensità del campo elettrico e la densità di corrente nel corpo a valori simili a quelli che si verificherebbero per il lavoro a terra. L'abbigliamento protettivo non indebolisce l'influenza del campo magnetico.

Le responsabilità per la protezione dei lavoratori e del pubblico in generale contro i potenziali effetti negativi dell'esposizione a campi elettrici e magnetici ELF o VLF dovrebbero essere chiaramente assegnate. Si raccomanda alle autorità competenti di prendere in considerazione le seguenti fasi:

• lo sviluppo e l'adozione di limiti di esposizione e l'attuazione di un programma di conformità
• sviluppo di norme tecniche per ridurre la suscettibilità alle interferenze elettromagnetiche, ad esempio per i pacemaker
• sviluppo di standard che definiscono zone ad accesso limitato intorno a fonti di forti campi elettrici e magnetici a causa di interferenze elettromagnetiche (ad esempio, per pacemaker e altri dispositivi impiantati). Dovrebbe essere preso in considerazione l'uso di adeguati segnali di avvertimento.
• requisito dell'assegnazione specifica di una persona responsabile della sicurezza dei lavoratori e del pubblico in ogni sito con alto potenziale di esposizione
• sviluppo di procedure di misurazione standardizzate e tecniche di indagine
• requisiti per l'educazione dei lavoratori sugli effetti dell'esposizione ai campi elettrici e magnetici ELF o VLF e le misure e le regole che sono progettate per proteggerli
• redazione di linee guida o codici di condotta per la sicurezza dei lavoratori in campi elettrici e magnetici ELF o VLF. ILO (1993a) fornisce un'eccellente guida per tale codice.

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