INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 1 de 48 INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 1. OBJETIVOS 1.1 Criar infra-estrutura básica para auxiliar o poder público na avaliação da exposição de seres humanos à radiação não-ionizante (RNI); 1.2 Promover a disseminação do conhecimento científico e tecnológico sobre as normas e os procedimentos, para garantir a segurança dos seres humanos expostos; 1.3 Agregar especialistas e laboratórios capacitados em RNI para atender o poder público nas necessidades relacionadas ao assunto. 2. MOTIVAÇÃO Estudos sobre os efeitos da Radiação Eletromagnética Não-Ionizante (RNI) constituem-se, atualmente, como nova área de pesquisa no Brasil e no mundo. Para se ter idéia da importância do assunto, encontra-se em execução, desde 1996 e com previsão de término em 2007, o “INTERNATIONAL EMF PROJECT”, estabelecido pela Organização Mundial da Saúde, com o objetivo de realizar estudos sobre os possíveis efeitos da radiação eletromagnética na saúde humana, na faixa de freqüência entre 0 e 300 GHz. Até o presente, os resultados de pesquisas foram conclusivos sobre alguns efeitos devidos ao aquecimento dos tecidos biológicos (a catarata nos olhos é exemplo de um possível efeito térmico da exposição à RNI). As pesquisas já concluídas permitiram que se estabelecessem limites à exposição de seres humanos a este tipo de radiação, garantindo que a temperatura do corpo não se eleve de 1 oC. Outros resultados sugerem que tal exposição pode produzir efeitos como câncer, mudanças no comportamento, perda de memória, dores de cabeça, doenças de Parkinson e Alzheimer, porém não se mostraram conclusivos e nem suficientes. Desta forma, é de consenso, entre os especialistas da área, que extensivos estudos se fazem necessários, para o esclarecimento dos reais efeitos INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 2 de 48 da RNI sobre a saúde. No entanto, deve-se neste momento controlar os níveis da exposição a RNI, uma vez que valores para os níveis aceitáveis foram estabelecidos pelo OMS e, recentemente, temos em vigor uma diretriz da ANATEL estabelecendo tais controles sobre os níveis máximos de potência permitidos de exposição de seres humanos. 3. Caracterização da radiação eletromagnética não-ionizante Para a compreensão dos fenômenos de excitação que se processam com energias mais baixas do que as de ionização, é desejável que se estabeleçam as diferenças entre as radiações ionizante e não-ionizante. Para gerar alteração num material biológico através do qual ela passa, a onda eletromagnética precisa depositar energia quantizada. Cada “pacote” ou quantum de energia é calculado pelo produto entre a constante de Planck, h = 6,626176 × 10 −34 J ⋅ s , e a freqüência, f, da onda que incide sobre o material. Se esse quantum tiver a intensidade necessária para extrair um elétron da órbita de mais alta energia de um dos átomos constituintes do material, ele é denominado potencial de ionização e a onda que carrega esta energia é chamada de radiação ionizante. Potenciais de ionização típicos são da ordem de 10 eV (1 eV ≈ 1,6×10-19 J é a energia cinética adquirida por um elétron acelerado através de uma diferença de potencial de 1 V). O espectro eletromagnético, que reúne todas as faixas de freqüências nãoionizantes e ionizantes, é subdividido em espectro de radiofreqüência (incluindo as microondas), espectro eletro-óptico (incluindo infravermelho, luz visível e ultravioleta), raios-X, raios-γ e raios cósmicos, como ilustra a Figura 1. Pode-se observar, nesta figura, que várias dessas faixas de freqüências são separadas em faixas mais estreitas de freqüências, chamadas bandas. As energias de um quantum de radiação emitidas por ondas eletromagnéticas de algumas freqüências são mostradas na Tabela 1. Observa-se que, para as faixas de freqüências RF, infravermelho e luz visível, esses valores são inferiores aos níveis de potencial de ionização, caracterizando estas faixas como radiações não-ionizantes, pelo fato de que a energia contida em cada quantum de radiação não é suficiente para ionizar o material (extrair elétrons). No caso das RFs, mesmo nas faixas de freqüências mais altas (ondas milimétricas), observa-se que a energia ainda é bastante inferior ao potencial de ionização. Isto não significa que as radiações não-ionizantes não atuem sobre o material em que incidem. Ao contrário, elas apresentam formas de acoplamento com substâncias orgânicas e inorgânicas que serão discutidas no item I.2, a seguir. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 3 de 48 Legenda: Prefixos métricos Nomes das bandas de RF Símbolo Valor numérico Banda Símbolo Freqüência quilo k 103 Extremely Low Frequency ELF 3-30 Hz mega M 106 Super-Low Frequency SLF 30-300 Hz giga G 109 Ultralow Frequency ULF 300-3000 Hz tera T 1012 Very Low Frequency VLF 3-30 kHz peta P 1015 Low Frequency LF 30-300 kHz 1018 Medium Frequency MF 300-3000 kHz High Frequency HF 3-30 MHz Very High Frequency VHF 30-300 MHz Ultrahigh Frequency UHF 300-3000 MHz Super-high Frequency SHF 3-30 GHz Extremely High Frequency EHF 30-300 GHz Prefixo exa E Figura 1 –Espectro eletromagnético com indicação das bandas de freqüência, segundo os padrões americanos de classificação. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 4 de 48 Tabela 1 – Energias de 1 quantum de radiação para algumas freqüências do espectro eletromagnético. Nome da radiação ou aplicação Freqüência, f, (Hz) Comprimento de onda, λ, (m) Energia de 1 quantum (eV) 7×108 0,43 2,88×10-6 Microondas (radar) 1010 3×10-2 4,12×10-5 Ondas milimétricas 3×1011 10-3 1,24×10-3 Luz visível 6×1014 5×10-7 2,47 UV ionizante 1016 3×10-4 41,2 Raio-X soft 1018 3×10-10 4120 Raio-X penetrante 1020 3×10-12 4,12×105 UHF (TV) 3.1 Mecanismos da interação campo-tecido biológico Existem vários processos físicos, iniciados pela absorção de energia eletromagnética, bem mais baixa do que a de ionização, que podem causar efeitos sobre os tecidos biológicos como o aquecimento, dieletroforese, despolarização de membranas celulares, estresse mecânico devido à piezeletricidade ou ainda saturação dielétrica levando à quebra de pontes de hidrogênio. Assim, os efeitos biológicos da RNI são classificados em efeitos térmicos, que causam aquecimento do tecido, e efeitos não-térmicos, não relacionados, portanto, com a elevação da temperatura. Os campos elétrico e magnético interagem com o tecido biológico exercendo forças sobre as partículas carregadas, alterando o seu padrão de distribuição originalmente existente. Esta alteração, por sua vez, produz novos campos que se somarão aos campos internos resultantes da penetração dos campos aplicados. A energia eletromagnética também pode ser absorvida e convertida em calor em conseqüência da condução iônica ou da rotação dipolar gerada pelos campos. Além disto, é necessário, também, realizar avaliação diferenciada para campos elétricos e magnéticos. Em geral, a permeabilidade magnética dos tecidos biológicos é essencialmente igual à permeabilidade no vácuo (μo = 4π×10-7 H/m), caracterizando-os como materiais não-magnéticos. Neste caso, os efeitos mais significativos são devidos ao campo elétrico, que pode atuar de três maneiras INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 5 de 48 diferentes dependendo das propriedades dielétricas do material: polarizando as cargas e orientando dipolos permanentes (no caso de dielétricos) ou gerando deslocamento de cargas de condução (no caso de materiais condutores). Os campos magnéticos atuam sobre as cargas elétricas em movimento e, no caso de materiais magnéticos, interagem com os dipolos magnéticos como é o caso de algumas bactérias, chamadas magnetostáticas que sintetizam materiais ferromagnéticos e tornam-se exceções na caracterização da permeabilidade magnética. Há que se considerar, ainda, em que faixa de freqüência oscila o campo elétrico, pois a permissividade elétrica do tecido biológico varia com a freqüência, em geral, decrescendo com ela. Este efeito manifesta a inabilidade das cargas elétricas no tecido responderem aos campos de freqüências mais altas. Esta análise torna-se complexa para freqüências abaixo de 1 MHz, aproximadamente, em que a condutividade elétrica, σ, apresenta anisotropia. A interação dos campos eletromagnéticos com os tecidos vivos está relacionada com suas propriedades eletromagnéticas. Esses parâmetros podem variar amplamente dentro do corpo devido à natureza não homogênea dos tecidos biológicos. A permissividade elétrica complexa (ε∗) descreve o comportamento do material na presença de um campo elétrico alternado e é representada sob a forma: ε* = ε′ − j ε′′ , (1) sendo a parte real, ε′, chamada constante dielétrica (descreve a capacidade do material armazenar energia elétrica) e a parte imaginária, ε′′, chamada fator de perdas (representa a perda de energia do campo elétrico no material devido à polarização dielétrica), com j = − 1 . O fator de perdas está relacionado à condutividade elétrica do material, σ, pela seguinte expressão: ε″ = σ , 2 π f ε0 (2) sendo ε0 = 8,854×10-12 F/m, a permissividade elétrica no espaço livre e f, a freqüência do campo. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 6 de 48 Outro parâmetro utilizado para caracterizar materiais é o fator de dissipação, conhecido como tangente de perdas, δ, e definido como a razão entre o fator de perdas e a constante dielétrica: tg δ = ε ′′ . ε′ (3) A permissividade dos tecidos biológicos depende também de outros fatores como temperatura, composição (teor de água e sais), densidade, estado físico e outros. A Tabela 2 apresenta a variação destes parâmetros (constante dielétrica, condutividade e tangente de perdas) para tecidos com alto teor de água (músculos e sangue) e baixo teor de água (gordura e osso) em algumas freqüências. Tabela 2 – Propriedades dielétricas de tecidos biológicos com alto e baixo teor de água para alguns valores de freqüência (de uso terapêutico) a 37oC. Propriedade Dielétrica Teor de água Alto Permissividade Relativa (εr′) Baixo Condutividade Elétrica (σ) Alto (Ωm)-1 Baixo 3.2 Tecido biológico Freqüência (MHz) 13,56 27,12 433 915 2450 sangue 155 110 66 62 60 músculo esquelético 152 112 57 55,4 49,6 osso 11 9 5,2 4,9 4,8 gordura 38 22 15 15 12 sangue 1,16 1,19 1,27 1,41 2,04 músculo esquelético 0,74 0,76 1,12 1,45 2,56 osso 0,03 0,04 0,11 0,15 0,21 gordura 0,21 0,21 0,26 0,35 0,82 Campos próximos e campos distantes A descrição quantitativa do mecanismo pelo qual um organismo vivo interage com um ambiente, extraindo-lhe energia, depende de vários fatores entre os quais as dimensões envolvidas. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 7 de 48 Nas regiões próximas às fontes, os campos E e H não são necessariamente perpendiculares entre si e nem sempre são caracterizados como ondas. Normalmente, eles são campos que não se propagam e são chamados campos de indução. Eles também podem sofrer alteração significativa com a presença de um corpo ou objeto e são chamados campos próximos. Desta forma, o mecanismo de interação entre o corpo humano e campos assim caracterizados é analisado a partir das equações de Maxwell, porém segundo técnicas diferentes, considerando-se a relação entre a freqüência dos campos e o tamanho do objeto exposto. Campos que não variam com o tempo (DC) ou mesmo campos que variam muito lentamente com o tempo, isto é, com freqüências muito baixas (ELF), não envolvem radiação não-ionizante. O emprego da terminologia radiação nãoionizante, indistintamente, para a faixa de freqüência que compreende desde DC até a luz visível, embora indevido e errôneo, estabeleceu-se como um esforço para diferenciar radiação de energia relativamente baixa, incapaz de ionizar partículas, das radiações de alta energia como UV, raios-X, gama e cósmicos. Isto implica que a forma de interação, ou melhor, a forma como um organismo vivo pode ganhar energia quando exposto a um campo DC ou a um campo nãoirradiante é muito diferente daquela quando exposto a campos de freqüências mais altas, em que a energia é transferida por radiação. Uma estrutura só é capaz de interagir eficientemente com a onda eletromagnética, absorvendo ou emitindo energia através dela, quando sua maior dimensão linear é comparável ao comprimento da onda, λ. Assim, por meio de um cálculo simples das potências irradiada, Pr, e dissipada, Pd, por um irradiador de baixa freqüência, por exemplo, uma antena do tipo alimentação central operando com freqüência igual a 60 Hz, como mostrado na Figura 2, observa-se que, devido à resistência ôhmica, Rd, ser muito maior do que a resistência à irradiação, Rr, a potência irradiada será tão menor do que a potência usada para dissipar calor na antena (Rd), que se tornará desprezível. O cálculo é descrito a seguir, considerando uma corrente uniforme I, como apresentada na Figura 2. Figura 2 – Distribuição da corrente numa antena de alimentação central. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 8 de 48 A resistência à irradiação, Rr, neste caso, pode ser expressa por uma relação entre o comprimento da antena e o comprimento da onda: 2 ⎛l ⎞ Rr = 20 π ⎜ ⎟ , ⎝λ⎠ 2 sendo λ = comprimento l = 0,01 λ = 50 km, de onda = 5×106 m (4) (⇒ freqüência = 60 Hz) e obtém-se Rr = 0,0197 Ω. A potência irradiada é obtida por: Pr = Rr I 2 , (5) sendo I a corrente no extremo do fio. De forma análoga, obtém-se Pd = Rd I 2, muito maior do que Pr, bastando, para isto, analisar a ordem de grandeza da resistência ôhmica, Rd : Rd = ρl , A (6) sendo ρ(Cu) = 1,7241 × 10-8 Ω.m = resistividade do cobre e A = 1,267 × 104 m2 = área da seção transversal de um fio sólido de cobre, com diâmetro de 0,0127 m, obtém-se Rd = 6,81 Ω, que é mais de 300 vezes maior do que Rr. A diferença, em termos de ordem de grandeza, é preservada para fios de outros materiais usuais, à temperatura ambiente. No caso de campos DC, é notório que não se observa radiação, visto que a condição para este fenômeno é a aceleração das cargas elétricas. Há ainda um outro conjunto de argumentações que garantem que qualquer objeto, submetido a campos de baixa freqüência, normalmente não experimenta efeitos da radiação eletromagnética. Isto pode ser verificado, considerando-se um pequeno dipolo elétrico que gera, além do campo irradiado, Er, um campo eletrostático, Es, e um campo de indução, Ei. Nem Es e nem Ei contribuem com Pr por não terem associada a eles energia propagando-se segundo um intervalo de tempo tal como E r = E r (t − x v ) , com t = tempo, x = distância e v = velocidade de propagação. A principal característica de Er é que ele varia com 1/r, sendo r a distância da antena, enquanto que Es e Ei variam com 1/rn, sendo n ≥ 2 (dependendo da configuração da fonte). As expressões analíticas para os campos gerados por uma pequena antena de dipolo de comprimento l << λ , carregando INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 9 de 48 uma corrente uniforme do tipo I = I 0 e j ω t , como disposto na Figura 3, são apresentadas a seguir: Figura 3 – Sistema de coordenadas e distribuição de campos para uma pequena antena de dipolo. I 0 l e j ( ωt − βr ) cos( θ ) ⎡ 2 j β 2 ⎤ Er = ⎢ r + 2⎥, j ωε0 4 π r r ⎦ ⎣ Eθ = − HΦ I 0 l e j ( ωt − βr ) sen( θ ) j ωε0 4 π r ⎡ 2 jβ 1 ⎤ ⎢β − r − 2 ⎥ , r ⎦ ⎣ I 0 l e j ( ωt − βr ) sen( θ ) =− 4πr 1⎤ ⎡ ⎢ jβ + r⎥ , ⎦ ⎣ (7) (8) (9) sendo β = 2π/λ. Aplicando-se as considerações de campo distante, algumas aproximações podem ser feitas, desprezando-se os termos de 1/rn com n ≥ 2 e obtendo-se as seguintes expressões: Eθ = j β I 0 l e j ( ωt − βr ) sen( θ ) , 4 π ε0 r c (10) INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 10 de 48 HΦ = j β I 0 l e j ( ωt − βr ) sen( θ ) . 4πr (11) Nota-se que, na aproximação de campo distante, Eθ e HΦ estão em fase enquanto que Er torna-se desprezível. A região de transição pode ser obtida tomando-se a expressão para Eθ, equação (8), e aplicando-se a mudança de variável r = a(λ/2π) = a/β: Eθ ≈ sendo 120 π 2 I 0 l sen( θ ) 1 j 1 − 2− 3 , 2 a a a λ ( μ 0 ε 0 ≈ 120 π , a impedância intrínseca, e 1 (12) ) μ 0 ε 0 = c , a velocidade da luz, no vácuo. Figura 4 – Contribuição relativa do campo elétrico em função da distância de uma pequena antena de dipolo. A Figura 4 apresenta um gráfico com as contribuições relativas das intensidades do campo em função da distância desta pequena antena de dipolo, referentes a cada um dos três termos da equação (12). Assim, torna-se claro que, onde r ≈ λ/2π (isto é, a ≈ 1), todas as contribuições para Eθ são iguais e a aproximação de campo próximo ou distante deixa de ser válida. Esta é a região de transição e pode-se dizer das regiões a INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 11 de 48 partir de uma ordem de grandeza maior ou menor do que a como sendo as regiões de campo distante ou próximo respectivamente, isto é: r próximo ≤ 0,1 (λ 2π) , (13) rdistante ≥ 10 (λ 2π) . (14) A curtas distâncias, nas regiões chamadas de campo próximo, predominam os termos Ei e Es,descritos por meio de expressões analíticas bem complexas. A distâncias mais longas, nas regiões denominadas de campo distante, predomina o termo em 1/r, correspondente ao termo de irradiação e onde o campo pode ser tratado como se fosse uma onda plana. Representações menos rigorosas do limite de transição de campo próximo para distante, comuns até mesmo em handbooks de Compatibilidade Eletromagnética (EMC), aparecem como: r≤λ 6 campo próximo, (15) r≥λ 6 campo distante. (16) A Tabela 3 apresenta as estimativas de distâncias para campo próximo e distante em função de alguns valores de freqüência. Tabela 3 – Estimativas de distâncias para campos próximo e distante e região de transição, em função da freqüência. Freqüência (MHz) Aproximação campo próximo 27,12 433 λ=11,06 m λ=69,28c m 17,61 1,103 0,522 0,341 0,194 176,1 11,03 5,218 3,410 1,949 1761 110,3 52,18 34,10 19,49 915 1400 2450 λ=32,79cm λ=21,43cm λ=12,24cm 0,1 (λ 2π) cm transição (λ 2π) cm campo distante 10 (λ 2π) cm INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 12 de 48 3.3 Penetração dos campos em tecidos biológicos O estudo da penetração de campos em tecidos vivos é feito segundo uma análise das condições de contorno na interface entre o meio por onde a onda incide e o tecido vivo, onde a onda deve penetrar. Figura 5 – Configuração de campos elétricos para estabelecer condições de contorno na análise de penetração da onda eletromagnética. No caso de campos elétricos estáticos (DC) ou de baixa freqüência, incidindo sobre tecidos vivos, tem-se que E|| 1 = E|| 2 (17) e, para campos DC apenas, a condição que representa a equação da continuidade da corrente é: σ1 E⊥ 1 = σ2 E⊥ 2. (18) Desta forma, sabendo-se que tg θ1 = E⊥ 1/E|| 1 e que tg θ2 = E⊥ 2/E|| 2, obtém-se que tg θ1 = σ2 tg θ 2 . σ1 (19) Se o meio 2 for o ar, com condutividade σ2 = 10-13 S/m e o meio 1, um tecido vivo típico, com σ1 ≈ 10-1 S/m, então tg θ2 = 1012 tg θ1. Assim, na melhor situação (menor penetração), quando o campo interno for quase paralelo ao contorno, por exemplo, com θ1 = 0,5o(⇒ tg θ1 = 10-2), obtém-se que tg θ2 = 1010, ou seja, θ2 = (π/2) - 10-10 radianos. Desta forma, um campo eletrostático que incide do ar para um tecido vivo, deve ser praticamente perpendicular ao contorno. Para campos elétricos ELF, tem-se que E|| 1 = E|| 2 e σ1 E⊥ 1 - σ2 E⊥ 2 = -jωρs (20) INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 13 de 48 ou ε1 E⊥ 1 - ε2 E⊥ 2 = ρs, sendo j = densidade superficial de carga. − 1 ; ω = 2πf, a freqüência angular e ρs, a Em um condutor, a distância x = ∂ em que a intensidade do campo cai de e1 (36,79%) do seu valor na superfície, ou em que o vetor de Poynting cai de e-2 (13,53%) do seu valor na superfície, é definida como profundidade de penetração. No caso de um dielétrico planar, com fator de perdas, ε″, grande, submetido a uma onda plana, a profundidade de penetração diminui com a freqüência como pode ser visto pela equação (21): ∂= 67 ,52 1 ⋅ m, 1/ 2 f ⎡ (ε′)2 + (ε′′)2 − ε′⎤ ⎥⎦ ⎢⎣ (21) sendo f a freqüência em MHz. Assim, a freqüências mais altas, a profundidade de penetração é bem pequena, de modo que a maior parte da energia dos campos é absorvida próxima à superfície. Utilizando-se os dados da Tabela 2, e as equações (2) e (21), podem-se obter os valores de ∂ para o músculo, gordura e osso nas freqüências de 915 MHz e 2450 MHz, por exemplo, conforme apresentado na Tabela 4: Tabela 4 – Profundidade de penetração da onda eletromagnética em tecidos biológicos para freqüências de 915 MHz e de 2,45 GHz. Tecido biológico 3.3.1 Profundidade de Penetração, ∂ (cm) 915 (MHz) 2450 (MHz) músculo 2,81 1,49 osso 8,15 5,61 gordura 6,02 2,31 Efeitos de campos dc e de baixa freqüência A proposta desse item é apresentar alguns conceitos físicos relacionandoos às propriedades dielétricas dos tecidos humanos e relatar resultados de estudos realizados em populações expostas à RNI, de laboratório em células e pequenos animais como ratos, coelhos e macacos. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 14 de 48 Os assuntos estão distribuídos conforme o tipo de interação entre campo e tecido biológico. Assim, campos elétricos DC e de freqüências muito baixas (ELF) interagem de forma peculiar, diferente da interação e dos efeitos dos campos magnéticos estáticos ou das interações dos campos magnéticos ELF. De forma também bastante particular é a interação entre os campos RF e os tecidos vivos, mostrando aspectos diferenciados nos seus efeitos quando a onda é contínua (CW) e quando é pulsada e/ou modulada. 3.3.2 Interação entre campos elétricos DC e ELF e materiais biológicos A transmissão das informações de uma parte a outra do corpo, assim como o controle dos processos biológicos, são feitos por meio de sinais elétricos. No organismo humano, por exemplo, os fluidos contêm componentes que incluem íons, moléculas polares como a água, proteínas, lipídios, hormônios e partículas coloidais. Esses elementos em movimento geram um fluxo de corrente que é linear, para densidades de corrente baixas, e não-linear para médias e altas densidades. Um dos exemplos interessantes da interação entre campos aplicados e sistemas biológicos é o de algumas das membranas que os compõem. Elas atuam diferentemente segundo a direção do campo incidente sobre elas: há membranas que se comportam como sólidos porosos mediante um campo elétrico aplicado perpendicularmente a sua superfície e como líquidos viscosos se o campo aplicado é paralelo ao plano da membrana. Como essas membranas não são homogêneas, cada parte delas tem o transporte seletivo afetado diferentemente na presença de um campo perturbador. Essas interações podem modificar a distribuição das camadas de íons na superfície da membrana e, conseqüentemente, o desempenho das atividades celulares e dos órgãos dos quais elas fazem parte. 3.3.3 Efeitos biológicos de campos magnéticos estáticos São muitas as aplicações do magnetismo tanto na medicina clínica, quanto em pesquisas sobre fisiologia. Diagnósticos por imagem utilizam a ressonância magnética, que chega à intensidade de 1,5 a 2 e, mais recentemente, até 4 T (tesla). Tais intensidades, no mínimo, despertam a preocupação quanto aos possíveis efeitos desses campos estáticos sobre o ser humano, já que o campo magnético médio da Terra, ao qual todo ser humano está exposto, é em torno de 0,5 gauss ≡ 1,5×10-4 T. Vários dispositivos magnéticos são usados em procedimentos cirúrgicos e tratamento de aneurismas. Aplicações como magnetocardiografia, magnetoencefalografia, medidas da atividade pulmonar, detecção de armazenamento de ferro devido à inalação de asbestos e doenças como Talassemia (Eletroforese de Hemoglobina) são resultantes do INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 15 de 48 desenvolvimento de dispositivos supercondutores chamados SQUIDS (Superconducting Quantum Interference Devices) sensíveis a campos magnéticos extremamente fracos gerados por processos elétricos no corpo humano. Muitos estudos a respeito dos efeitos desses campos estáticos têm sido realizados, relacionados, principalmente, à concentração do cálcio, atuando como mensageiro intra e extracelular (sua presença está ligada ao processo de síntese de DNA, RNA, proteínas, crescimento e diferenciação da célula) e à permeabilidade da Barreira Hematoencefálica – BBB (Blood Brain Barrier). As conclusões sobre a significância clínica desses efeitos não se mostram claras ainda, visto que as alterações parecem ser pequenas e reversíveis, segundo os autores das pesquisas. 3.3.4 Interação entre campos magnéticos ELF e materiais biológicos Existem dois mecanismos pelos quais os campos magnéticos ELF interagem com os tecidos vivos: i. ii. induzindo campos elétricos de acordo com a Lei de Faraday da indução magnética, atuando diretamente sobre partículas magnéticas, tais como, os cristais de magnetita (Fe3O4). A presença do campo elétrico, induzido pela variação no tempo da densidade de fluxo magnético aplicado, resulta em diferenças de potencial e correntes no tecido exposto como expressa a Lei de Faraday: ∂B = −∇ × E , dt V = ∫ E ⋅ dl = − ∫∫ ∂B ⋅ dS , ∂t forma diferencial (22) forma integral (23) sendo dl um elemento de comprimento infinitesimal, pertencente a um contorno fechado que envolve B e limita a superfície S. O elemento dl apresenta característica vetorial tangente à superfície e dS é um elemento de superfície infinitesimal, de característica vetorial com direção perpendicular a ela, como mostra a Figura 6. B é a densidade de fluxo magnético, relacionada com o campo magnético pela relação constitutiva: B =μH . (24) INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 16 de 48 B B B dl dl dl Figura 6 – Contorno fechado (loop), C, envolvendo a superfície S e as linhas do fluxo magnético B.O componente B⊥, perpendicular ao plano do loop é obtido pelo produto escalar entre B e o elemento de superfície dS. B Campos magnéticos variáveis no tempo que induzem densidades de corrente no tecido superiores a 1 A/m2 podem produzir efeitos irreversíveis como fibrilação cardíaca. Estudos realizados com voluntários mostraram que a exposição a densidades de correntes entre 10 e 40 mA/m2, geradas por eletrodos conectados à cabeça e aos ombros, alteram a latência de resposta em testes complexos de raciocínio. A exposição a campos magnéticos ELF acima de 3-5 mT ou a aplicação direta de correntes elétricas fracas na cabeça pode provocar sensações visuais oscilatórias fracas, conhecidas como magnetofosfenos. Embora não se tenha confirmado, por tratar-se de um único estudo sobre o assunto, foi publicado em 1996 um trabalho sugerindo a associação entre a doença de Alzheimer e a exposição ocupacional a campos magnéticos. 3.3.5 Efeitos de campos de rádio-freqüência Na larga faixa da rádio-freqüência, observam-se efeitos tanto térmicos como não-térmicos sobre os tecidos humanos. Os efeitos térmicos são, aparentemente, mais fáceis de serem detectados e analisados do ponto de vista das adversidades à saúde do ser humano. Existem dois mecanismos principais de absorção da energia eletromagnética em que se observa geração de calor: condução iônica e rotação dipolar das moléculas polarizadas como as da água e de certas proteínas. A condução iônica é caracterizada pelo deslocamento de íons presentes nos tecidos devido à presença de um campo elétrico e é mais expressiva em bandas de freqüências mais baixas do espectro de RF. Ocorre que parte da energia cinética adquirida por esses íons é transferida a outros íons, estabelecendo a condução propriamente dita, e outra parte é convertida em calor. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 17 de 48 A rotação dipolar, que ocorre com as moléculas da água e de várias proteínas dos tecidos vivos, é o mecanismo pelo qual os momentos de dipolo dessas moléculas, resultantes da distribuição não-homogênea das cargas elétricas, alinham-se ao campo presente. Se o campo oscila em alta freqüência, esses dipolos oscilarão de acordo com essa freqüência e haverá perdas de calor. Inicialmente, a distribuição de calor está diretamente ligada à distribuição dos campos no tecido e que é função intrínseca da freqüência, da configuração da fonte (próxima ou distante), da polarização do campo, da geometria dos tecidos e de suas propriedades dielétricas. Posteriormente, a distribuição de calor é modificada pelas propriedades térmicas do tecido (calor específico e condutividade térmica) e pelos mecanismos da termorregulação presentes nos seres homeotérmicos. Assim, somente quando o organismo deixa de ser capaz de compensar as variações de temperatura causadas por agentes externos, os efeitos tornam-se prejudiciais à saúde. A catarata no olho, caracterizada pela opacidade do cristalino, pode ocorrer devido à presença de campos eletromagnéticos, porém os limites de exposição ainda não estão bem caracterizados, como se observa no relato a seguir: A maioria das pesquisas leva à conclusão de que há uma temperatura ocular crítica que precisa ser atingida para que a opacificação se desenvolva. Muitos trabalhos mostraram que o limite para a ocorrência de cataratas é de 1 kW/m2 para 100 minutos de exposição e que a temperatura intra-ocular deve atingir, pelo menos, 43 oC para que o processo seja induzido. Há relatos na literatura científica de casos de catarata no homem decorrentes de exposições acidentais. Cataratas podem ser produzidas por repetidas exposições a níveis de densidade de potência inferiores ao limite; desde que esses níveis sejam suficientes para produzir um pequeno grau de dano que não seja reparado até que outra exposição aconteça. A opacificação do cristalino pode ser produzida com exposição a níveis de densidade de potência acima de 150 mW/m2 em freqüências acima de 500 MHz e durante um tempo suficientemente longo, porém não definido. A Figura 7 apresenta um detalhe da lente cristalina com manchas esbranquiçadas representando a ocorrência da catarata devido à exposição à radiação não-ionizante. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 18 de 48 Figura 7 – Detalhe do cristalino do olho com presença de opacidade, causada pelo aquecimento excessivo do tecido. Os testículos, cuja temperatura normal fica em torno dos 33 oC, são órgãos sensíveis ao estresse térmico, que pode ocorrer a partir de 37 oC. Entre os efeitos patológicos observados em experiências com cães, coelhos e ratos, submetidos a densidades de potência de 10 mW/cm2, encontram-se degeneração do epitélio que reveste os tubos seminíferos e redução acentuada da maturação de espermatócitos, enfraquecendo a espermatogênese e a função reprodutiva. Uma revisão dos estudos existentes concluiu que efeitos mais sérios não são esperados para densidades de potências abaixo de 10 mW/cm2. A Figura 8 ilustra detalhamento dos tubos seminíferos no testículo, vulneráveis à níveis de RNI. 7 – Tubos seminíferos Figura 8 – Sistema reprodutor masculino humano com detalhe em corte longitudinal do testículo, destacando os tubos seminíferos, vulneráveis a densidades de potência a partir de 10 mW/cm2. Nas freqüências entre 10 MHz e 300 GHz o aquecimento parece ser o principal efeito da absorção de energia eletromagnética e um aumento da temperatura superior a 1 ou 2 oC pode provocar efeitos adversos à saúde como INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 19 de 48 exaustão e choque térmico. Estudos realizados com trabalhadores submetidos a ambientes termicamente estressantes mostraram que o desempenho de tarefas simples torna-se reduzido. Entre os processos não-térmicos, os mais conhecidos são o chamado efeito “cadeia de pérolas”, observado quando partículas em suspensão são submetidas a um campo de RF, entre 1 e 100 MHz, contínuo ou pulsado, resultando em formação de cadeias dessas partículas, alinhadas ao campo devido à polarização induzida sobre elas. Outro processo não-térmico bem conhecido é a saturação dielétrica, que consiste na polarização de cadeias de macromoléculas biológicas levando à quebra de ligações de hidrogênio e alterações da zona de hidração. O efeito biológico é a desnaturação ou a coagulação dessas moléculas. Os efeitos biológicos decorrentes de mecanismos não-térmicos são pouco conhecidos. Existem relatos de muitos deles, porém a investigação científica ainda não é conclusiva sobre as condições de possíveis ocorrências nem sobre a capacidade de o organismo reverter o processo e nem sobre os mecanismos pelos quais esses efeitos poderiam surgir. Várias informações científicas vêm sendo relacionadas no esforço de estabelecer o mecanismo de interação entre a radiação de 450 MHz a 3 GHz e o sistema auditivo; assunto este de bastante interesse atualmente em razão da freqüente exposição de seres humanos às radiações dos aparelhos de telefonia móvel. O efeito de sensações audíveis, observado desde as décadas de 1940 e 1950, ocorre durante a exposição à radiação modulada na faixa de microondas (UHF) de pequenos pulsos e alta potência de pico. Um único pulso pode ser percebido como um estalo ou o som de um toque; e um trem de pulsos de microondas pode soar como um zumbido ou gorjeio. Esses efeitos podem ser percebidos, por exemplo, com a seguinte configuração de parâmetros de uma onda incidindo na cabeça de um ser humano: freqüência de 2450 MHz, densidade de energia incidente igual a 400 mJ/m2, num único pulso de largura igual a 10 μs. Pesquisas vêm sendo realizadas para determinar limiares de exposição prejudicial à saúde, considerando vários tipos de modulação e a relação com a forma e largura de pulso da onda, e utilizando a teoria termoelástica e formulações computacionais de diferenças finitas no domínio do tempo (DFDT). A figura 9 ilustra o processo de audição normal, com estímulo oriundo de uma onda sonora; nas sensações audíveis devido à RNI, o estímulo ocorreria na cóclea por meio de ondas termoelásticas geradas a partir da RNI pulsada. Os efeitos da radiação de microondas sobre o sistema nervoso também vêm sendo investigados pelos cientistas, impelidos por resultados de pesquisas epidemiológicas realizadas na antiga União Soviética e no Leste Europeu, com trabalhadores expostos à radiação de microondas de baixa intensidade. Esses resultados mostraram que a exposição às microondas, mesmo de baixas INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 20 de 48 densidades de potência, causa alterações reversíveis no sistema nervoso central. Foram relatados sintomas como dores de cabeça, fadiga, fraqueza, tontura e insônia. Cóclea Figura 9 – Processo de audição humana provocada por uma onda sonora. Na sensação audível devido à RNI, o processo de audição é oriundo de uma onda termoelástica gerada pelo aquecimento do osso durante a exposição do indivíduo à radiação. 3.4 Dosimetria As interações entre as ondas de RF e os tecidos biológicos são representadas por funções complexas, de muitos parâmetros, que permitem calcular os campos no interior desses tecidos devido à presença de campos externos incidentes. Os cálculos são efetuados a partir das equações de Maxwell com condições de contorno específicas. As ondas de RF no espaço livre são caracterizadas pela sua freqüência, intensidade, direção e polarização dos campos elétrico e magnético, porém apenas os campos internos ao material biológico interagem com ele. Esses campos internos são funções que dependem das características do campo externo citadas, do tamanho, da forma e das propriedades dielétricas do corpo exposto e podem ser quantificados de várias maneiras. Como a permeabilidade magnética da maior parte dos tecidos biológicos é praticamente igual à do espaço livre, as interações com as altas RF ocorrem por meio de mecanismos envolvendo o campo Elétrico, E (incluindo as correntes induzidas pelo campo magnético, H). A dosimetria é utilizada para determinar que campos internos causam determinado efeito biológico. No caso de RF, o parâmetro mais utilizado para avaliar os campos internos é a Taxa de Absorção Específica, SAR (Specific Absorption Rate). INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 21 de 48 A SAR é definida como “a derivada no tempo de um incremento de energia (dW) absorvida por, ou dissipada num elemento de massa (dm), de densidade ρ, contida num elemento de volume (dV)“, segundo a expressão matemática a seguir: SAR = d dt ⎛ dW ⎞ d ⎛ dW ⎞ ⎟⎟ . ⎜⎜ ⎜ ⎟= ⎝ dm ⎠ d t ⎝ ρ dV ⎠ (25) Se os campos da radiação incidente são senoidais, pode-se chegar à relação (26) a partir da aplicação do Teorema de Poynting (teorema da conservação da energia), o que mostra dependência explícita da SAR com: 1- a condutividade do tecido (σ, em siemens por metro), 2- a constante dielétrica no vácuo (ε0 = 8,85×10 –12F/m), 3- o fator de perdas do tecido (ε’’ ), 4- a freqüência angular (ω = 2πf, f é a freqüência da onda incidente, em hertz) e 5- o valor de pico do campo interno (Ei, em V/m). SAR = σ Ei 2ρ 2 = ω ε 0 ε ′′ 2 Ei . 2ρ (26) Em suma, os valores da SAR dependem dos seguintes fatores: 1- parâmetros do campo incidente, isto é, freqüência, intensidade, polarização e configuração fonte-objeto (campo próximo ou distante); 2- características do corpo exposto, isto é, dimensões e geometrias interna e externa e propriedades dielétricas dos tecidos e 3- efeitos de aterramento e reflexão de outros objetos no campo próximo ao objeto exposto. SAR é expressa em watt por quilograma (W/kg) ou unidades derivadas como, por exemplo, mW/g. O valor médio da SAR é definido como a razão entre a potência total absorvida pelo corpo exposto e sua massa, sendo conhecida como SAR de corpo inteiro. A SAR local refere-se ao valor num elemento de massa ou volume definido, que pode ser arbitrariamente pequeno. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 22 de 48 Uma outra quantidade dosimétrica, a densidade de potência, S, também é empregada para estabelecer os limites à exposição de radiações na faixa de RFmicroondas, mais exatamente entre 10 e 300 GHz, em condição de campo distante. A densidade de potência é um parâmetro de fácil dimensionamento na avaliação das restrições básicas por tratar-se de medida externa ao corpo sobre o qual incidem os campos. A densidade de potência é expressa em watt por metro quadrado (W/m2) ou unidades derivadas como, por exemplo, mW/cm2. Os primeiros resultados de estudos teóricos sobre dosimetria que apresentaram boa concordância com valores experimentais em pessoas e animais foram obtidos com base em modelos cilíndricos, esferoidais, elipsoidais e de blocos. A análise teórica de um modelo realístico na representação da forma e da variedade de propriedades de um ser humano ou outro animal é uma tarefa árdua e que só pode ser feita com o auxílio de técnicas computacionais e máquinas com grande capacidade de processamento e memória. Atualmente, usam-se recursos como imagens de ressônancia magnética e tomografia computadorizada para representar a geometria e detalhar a heterogeneidade dos tecidos. O método numérico mais empregado nestes estudos tem sido o Método de Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD – Finite Difference Time Domain), embora o Método dos Elementos Finitos (MEF) venha mostrando eficiência com os progressos obtidos na geração de malha, inserção das condições de contorno e solução de grandes matrizes. 3.4.1 Termorregulação Os animais vivem em constante troca térmica com o ambiente. Alguns deles, inclusive o homem, controlam a temperatura do corpo não só por meio de respostas comportamentais mas também por meio de um sistema fisiológico involuntário que o leva a produzir ou dissipar calor. Essas trocas ocorrem em função de alterações do metabolismo interno e das condições ambientais externas ao organismo, como por exemplo, a incidência de radiofreqüência, temperatura, pressão de vapor, velocidade do ar, insolação e outros. É neste contexto, da capacidade ou não do organismo, exposto a um ambiente eletromagnético intenso, manter ou restabelecer sua temperatura normal de modo a garantir a reversibilidade de um efeito biológico, que a termorregulação tem sua relevância. Quando a capacidade termorreguladora é excedida, podem ocorrer danos no metabolismo do tecido ou mesmo sua morte. Isto ocorre quando a densidade de potência absorvida é maior do que a densidade de potência de saída do corpo que corresponde à cerca de 5 mW/cm2. O corpo humano dissipa em torno de 75 a 100 kcal/h (≡ 87,2 a 116,2 W) e se esta quantidade de calor se mantivesse confinada no interior do corpo, seria suficiente para elevar a temperatura de um homem de 70 kg de 5oC em 4 horas. Termorregulação é definida como o conjunto de mecanismos que leva à manutenção da temperatura do corpo. A maioria dos órgãos vitais e internos do INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 23 de 48 ser humano funciona eficientemente quando mantidos à temperatura relativamente constante e em torno de 37 oC. Variações na temperatura entre 35,5 e 40 oC podem ocorrer devido à conseqüências da ingestão de alimentos, a exercícios físicos intensos, à faixa etária, a variações na temperatura ambiente, ao ciclo menstrual (nas mulheres) e a fatores emocionais. Dois sistemas distintos de controle da temperatura compõem o mecanismo da termorregulação e são considerados na formulação de modelos matemáticos: sistema comportamental, que abrange as ações voluntárias, conscientes para ajustar a temperatura ao nível da interface pele-ar (quando o indivíduo agasalha-se, por exemplo) e sistema fisiológico, que consiste em estruturas neurais sensíveis à temperatura local do corpo e outras que integram e transformam esses sinais térmicos em sinais de comando no hipotálamo que, com a função de um termostato, processa a necessidade de maior ou menor produção de calor pelo organismo. Os mecanismos pelos quais isto ocorre são os mesmos utilizados quando se deseja alterar a temperatura de um sistema termodinâmico qualquer: i. produzir mais calor no interior do próprio sistema, por exemplo, gerando contrações musculares (neste processo, ocorre quebra de ligações químicas, sendo que 25% da energia liberada são utilizados na realização de trabalho mecânico e os restantes 75% são dissipados em forma de calor), ii. reduzir ou aumentar as perdas de calor para fora do sistema, por exemplo, reduzindo ou aumentando a circulação periférica (vasoconstrição ou vasodilatação) e assim transportando menos ou mais calor para a superfície do corpo (pele) ou alterando a transpiração. Modelos matemáticos vêm sendo desenvolvidos, para analisar o balanço de energia térmica no corpo humano devido à exposição à RNI. Alguns são aplicados de acordo com fatores limitantes do efeito térmico como: i) profundidade de penetração (δ pequena, f ≥ 1GHz), implicando elevação da temperatura local ou ii) proximidade entre a freqüência da radiação e a ressonância do corpo, implicando transformação da energia eletromagnética em calor ao longo de todo o corpo. Nesses modelos o objeto de análise, no caso o corpo humano, é subdivido em dois sistemas: i) sistema controlado, ou passivo, formado pelas características geométricas e anatômicas do homem e que produz, transfere e perde calor por meio de processos metabólicos e ii) sistema controlador, ou regulador. Este compreende três partes: os sensores térmicos (reconhecem o estado térmico do corpo), o hipotálamo (recebe a informação sobre a temperatura, compara-a com a temperatura ideal ou “set de temperatura” e envia um sinal apropriado aos vários INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 24 de 48 sistemas atuantes da termorregulação) e os órgãos ou sistemas atuantes (recebem e processam o comando do hipotálamo). O sistema controlado pode ser modelado por um modelo transiente de condução de calor com o sistema controlador fornecendo as condições de contorno térmicas fisiologicamente relevantes. Modelos típicos, que consideram, além da radiação incidente, fatores como a geração de calor devido ao metabolismo, a transferência de calor por convecção devido ao fluxo sangüíneo, a troca de calor nos pulmões devido à respiração, a troca de calor com o ambiente externo ao corpo (ar) por convecção e radiação, o resfriamento da pele por evaporação e transpiração, são apresentados nos itens III.2.1 e III.2.2, para transferências de calor local e ao longo de todo o corpo. 3.4.1.1 Modelo térmico para absorção local Este modelo é aplicável em situações nas quais a profundidade de penetração da onda eletromagnética incidente é pequena, e o efeito da elevação de temperatura é local e limitado por mecanismos de convecção (fluxo sangüíneo) e condução (absorção da energia eletromagnética), como expressa a equação (27), conhecida como Equação Biotérmica de Pennes: k t ∇ 2T − ρ b ρ t cb mb T + ρ t SAR = ct ρ t ∂T , ∂t (27) sendo T a temperatura do tecido (oC), kt, a condutividade térmica do tecido (W/m oC), SAR, a taxa de absorção específica do tecido (W/kg), cb e ct, os calores específicos do sangue e do tecido (W s/kg oC), respectivamente, ρb e ρt, as densidades do sangue e do tecido (kg/m3), respectivamente. 3.4.1.2 Modelo térmico para absorção de corpo inteiro Este modelo é aplicado nas condições em que o corpo humano é submetido a uma RF próxima à freqüência de ressonância de “corpo todo”. O corpo humano pode ser modelado como uma antena de maneiras diferentes, por exemplo, considerando-se a altura de corpo inteiro (relacionada ao sistema circulatório e linfático), o comprimento da coluna vertebral (relacionada à circulação do líquor cefalorraquidiano), a distância cabeça-pescoço (relacionada à barreira hematoencefálica no encéfalo e medula espinhal ou as dimensões da caixa craniana). A Figura 10 apresenta os lóbulos de absorção considerando-se a caixa craniana como um dipolo de λ/4 e os axônios da medula espinhal como uma antena longa. Na Figura 11, pode-se observar os lóbulos de absorção de corpo inteiro considerando-se o sistema circulatório como a antena. Uma análise, considerando-se os aparelhos celulares, que operam emitindo comprimentos de onda de 33,3 e 37,5 cm, leva à conclusão de que pode ocorrer INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 25 de 48 ressonância, na região de cabeça-pescoço, de um adulto ou, de corpo inteiro, em bebês. Figura 10 – Lóbulos de absorção de um ser humano considerando-se a caixa craniana e a coluna vertebral como antena na freqüência de 825 MHz. Figura 11 – Lóbulos de absorção de um ser humano considerando-se o sistema circulatório ou o linfático como antena na freqüência de 825 MHz. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 26 de 48 O balanço térmico, considerando-se absorção de corpo inteiro, é representado pelas equações (28), (29) e (30) e caracterizado pela geometria, anatomia e fisiologia do ser humano, onde ocorrem produção (metabolismo e absorção da RF), transferência e perdas (trocas convectivas com o sistema cardiovascular) de calor. Basicamente, a evaporação é controlada pela taxa de transpiração (SWEAT), e a troca de calor na respiração é controlada pelo mecanismo de vasodilatação do sistema circulatório (DILAT). ∇(k t ∇T ) + 1 (QEM + QM − QE − QR ) = ct ρ t ∂T , Vt ∂t (28) N SWEAT = 320 ( TH − TH set ) + 29 ∑ SK i ( Ti − Ti , set ) , (29) i =1 N DILAT = 117 ( TH − TH set ) + 7 ,5 ∑ SK i ( Ti − Ti ,set ) , (30) i =1 sendo QEM o calor devido à energia eletromagnética absorvida, QM o calor gerado no metabolismo, QE o calor perdido por evaporação (superfície da pele) e QR o calor perdido nos pulmões durante a respiração. TH e THset são as temperaturas instantânea e padrão, respectivamente, do hipotálamo (ou núcleo do cérebro) e Ti e Ti,set, as temperaturas instantânea e padrão, respectivamente, da pele nos N elementos em que o corpo é subdividido para a análise. 3.5 Medidas de controle e proteção A comunidade científica vem se empenhando no sentido de realizar pesquisas por meio de estudos epidemiológicos e estudos em laboratório com voluntários, células e tecidos vivos, animais e modelos humanos desenvolvidos com tecidos equivalentes (phantom), a fim de estabelecer os limites seguros à saúde durante exposição às radiações eletromagnéticas não-ionizantes, seja no trabalho ou no ambiente onde vive o ser humano. Esses limites são estabelecidos levando-se em conta as circunstâncias de exposição (se é ambiente controlado ou não), as condições de temperatura e umidade do ambiente, cálculos de extrapolação nos experimentos com animais para avaliar os efeitos no ser humano, aterramento, etc... INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 27 de 48 Em geral, as orientações quanto aos limites de exposição à RNI apresentam-se em duas classes: restrições básicas, que apresentam valores limites à exposição a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos variáveis no tempo, obtidos com base nos efeitos conhecidos sobre a saúde e níveis de referência, cujos valores são estabelecidos com a finalidade de avaliar se a exposição tem possibilidade de superar as restrições básicas. Deste modo, o atendimento aos níveis de referência assegura atendimento à restrição básica correspondente. Quando o valor medido ou calculado numa avaliação excede o valor de referência, uma análise, com base nas restrições básicas, sobre a necessidade de medidas adicionais de proteção é indicada. Controles técnicos (no sentido de reduzir, quando possível, a emissão por dispositivos a níveis aceitáveis – projetos que garantam a segurança e, se necessário, usar chaves de bloqueio ou mecanismos similares) e administrativos (limitação de acesso, uso de alarmes audíveis e visíveis), programas de proteção pessoal (uso de roupa e óculos protetores) e supervisão médica são estabelecidos como medidas de proteção do trabalhador exposto à RNI, quando os níveis de radiação superam os níveis de referência 3.5.1 Saúde ocupacional e saúde ambiental Conforme consta no Anexo à Resolução No303 de 2 de julho de 2002 emitido pela Agência Nacional de telecomunicações - ANATEL, a exposição ocupacional, também denominada exposição controlada, caracteriza-se pela situação em que as pessoas são expostas à radiação não-ionizante em conseqüência de seu trabalho, desde que estejam cientes do seu potencial de exposição e possam exercer controle sobre sua permanência no local ou tomar medidas preventivas. As normas que estabelecem limites à exposição de seres humanos à RNI, em geral, definem a exposição da população ou exposição não-controlada como sendo a situação em que a população possa ser exposta à RNI ou em que pessoas, em conseqüência de seu trabalho, possam ser expostas à RNI, porém sem estarem cientes da exposição ou sem possibilidade de se protegerem contra ela. Com relação aos estudos realizados com indivíduos expostos à RNI em ambiente de trabalho e em laboratórios, com células e animais, alguns relatos podem ser encontrados no próprio documento emitido pela ANATEL e dentre eles alguns são apresentados nos itens a seguir. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 28 de 48 3.5.2 Efeitos diretos e indiretos (até 100 kHz) Alguns estudos realizados na década de 90, fundamentados em dados de certificados de óbitos que incluíam informações sobre o tipo de trabalho e mortalidade por câncer relataram aumento de leucemia, tumores de tecido nervoso e câncer de mama feminino e masculino, em trabalhadores expostos a campos de ELF. Segundo análise da Comissão Internacional de Proteção contra Radiações Não-Ionizantes (ICNIRP), esses resultados são “até certo ponto” inconsistentes, os estudos foram imprecisos na avaliação da exposição e falhos por não terem considerado fatores interferentes como a exposição ao benzeno. Estudos realizados em concessionárias de energia elétrica atribuíram, numa delas, relação entre um grupo de trabalhadores com leucemia e a exposição a campos elétricos e magnéticos intensos. Numa segunda concessionária, associou-se a exposição a campos elétricos ao câncer de cérebro. Um outro efeito, também não confirmado, sugerido nos relatos de um estudo realizado em 1996, seria a associação entre a doença de Alzheimer e a exposição ocupacional a campos magnéticos. Efeitos indiretos da exposição a campos elétricos, resultantes de contato físico com objeto a um potencial diferente daquele do corpo do indivíduo, iniciamse com o fluxo de carga elétrica (corrente de contato) do objeto para o corpo do indivíduo, ou vice-versa, estimulando músculos e/ou nervos periféricos e podendolhe causar desde simples percepção, até dor e/ou queimadura, incapacidade de soltar o objeto, dificuldade para respirar e, no caso de correntes muito altas, fibrilação cardíaca. Descargas elétricas também podem ocorrer sem que o indivíduo toque o objeto, bastando apenas chegar muito perto dele. Na Tabela 5, podem-se observar os limiares de corrente para algumas freqüências até 100 kHz e os efeitos indiretos tanto em crianças como em mulheres e homens. Tabela 5 – Limiares de corrente para efeitos indiretos (UNEP/WHO/IRPA 1993) em função da freqüência até 100 kHz. Limiar de Corrente (mA) Efeito indireto 50/60 Hz 1 kHz 100 kHz Percepção ao toque 0,2 ⎯ 0,4 0,4 ⎯ 0,8 25 ⎯ 40 Dor no dedo em contato 0,9 ⎯ 1,8 1,6 ⎯ 3,3 33 ⎯ 55 INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 29 de 48 Choque doloroso (limiar de soltura) 8 ⎯ 16 12 ⎯ 24 112 ⎯ 224 Choque grave (dificuldade de respirar) 12 ⎯ 23 21 ⎯ 41 160 ⎯ 320 3.5.3 Efeitos diretos e indiretos (entre 100 kHz e 300 GHz) Muitos estudos já foram realizados e são relatados nos documentos elaborados pela ICNIRP, em 1998, como ainda não conclusivos sobre efeitos nãotérmicos da radiação eletromagnética na faixa de freqüência entre 100 kHz e 300 GHz. Em estudos epidemiológicos extensos, realizados, em 1982, com operadoras de máquinas seladoras de plásticos por RF e fisioterapeutas utilizando aparelhos de diatermia por ondas curtas, a avaliação estatística não apontou efeitos significativos quanto ao índice de aborto ou de má formação fetal. Em contraposição, outros estudos realizados com populações semelhantes de mulheres trabalhadoras em 1991 e 1993 apontaram aumento do risco de aborto e defeitos de nascimento. Estudos, realizados em 1977, com trabalhadores em instalações com radares não mostraram relação entre exposição a microondas e risco de síndrome de Down nos seus descendentes. Dois estudos, um de 1988 e outro de 1996, relatando aumento de risco de câncer e de índices de leucemia em guarnições militares foram rebatidos pela ICNIRP, no sentido de que não há especificação clara nos trabalhos sobre tamanho da população e nem sobre os níveis de exposição à RNI. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 30 de 48 Tabela 6 – Limiares de corrente para efeitos indiretos (UNEP/WHO/IRPA 1993) na freqüência de 1 MHz. Limiar de Corrente (mA) Efeito indireto 1 MHz Percepção ao toque 25 ⎯ 40 Dor no dedo em contato 28 ⎯ 50 Choque doloroso (limiar de soltura) não determinado Choque grave (dificuldade de respirar) não determinado 3.6 Legislação internacional A- Normas ANSI/IEEE As normas IEEE C95.1-1991 determinam a Máxima Exposição Permissível (MPE) do ser humano à radiação eletromagnética na faixa de freqüência entre 3 kHz e 300 GHz em ambientes controlados e não-controlados, a fim de prevenir efeitos adversos à saúde. Essas normas substituem as ANSI C95.1 de 1982 e incluem informações sobre como foram obtidos os valores recomendados e os fatores considerados. A Tabela 7 apresenta os valores de MPE para ambientes não-controlados da C95.1-1991, em vigor nos Estados Unidos desde 1991. Desde então, estas normas receberam uma única alteração, com a incorporação de alguns requisitos referentes a procedimento de medida e cálculos de médias, na norma suplementar C95.1a –1998, que se encontra em vigor desde 1999. Nas freqüências entre 100 kHz e 6 GHz, os valores de MPE, para intensidades de campos eletromagnéticos, podem ser excedidos em ambientes INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 31 de 48 não-controlados se os valores da SAR média de corpo inteiro forem menores do que 0,08 W/kg e os valores de pico não excederem 1,6 W/kg (considerando-se 1 g de tecido com o volume em forma de cubo), exceto para mãos, punhos, pés e tornozelos, quando este valor não deve exceder de 4 W/kg (considerando-se 10 g de tecido com o volume em forma de cubo). Tabela 7 – Valores de Máxima Exposição Permitida (MPE) para ambientes nãocontrolados indicados nas normas ANSI/IEEE C95.1-1991, PARTE A – campos eletromagnéticos e PARTE B – correntes de contato e induzidas por RF. PARTE A Faixa de Densidade de Campo Tempo Médio Freqüência Elétrico Potência (S) Campo Magnético (E) H | E |2, S (H) (A/m) E (MHz, f) (V/m) (mW/cm2) (minutos) | H |2 0,003 ⎯ 0,1 61,4 163 100 106 6 6 0,1 ⎯1,34 61,4 16,3 / f 100 104 / f 2 6 6 1,34 ⎯ 3,0 823,8 / f 16,3 / f 180/f2 104 / f 2 f 2 / 0,3 6 3,0 ⎯ 30 823,8 / f 16,3 / f 180/f2 104 / f 2 30 6 30 ⎯ 100 27,5 158,3 / f1,668 0,2 30 0,0636f 1,337 100 ⎯ 300 27,5 0,0729 0,2 30 30 300 ⎯ 3000 f / 1500 30 3000 ⎯ 15000 f / 1500 9×104/f 15000 ⎯ 300000 10 94×104/f 3,336 616×103/f 1,2 INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 32 de 48 PARTE B Faixa de Freqüência (f) Corrente Máxima (mA) Contato (MHz) através dos dois pés através de cada pé 0,003 ⎯ 0,1 900 f 450 f 450 f 0,1 ⎯100 90 45 45 B- Normas Européias Em 1998 foram publicadas, na revista científica Health Physics, as diretrizes do ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) para limitar a exposição a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos variando no tempo até 300 GHz. Esse comitê foi criado em 1992, no VIII Congresso Internacional da IRPA (International Radiation Protection Association), para investigar os possíveis danos à saúde relacionados à RNI e apresentar as diretrizes que limitariam a exposição à RNI e determinariam as medidas de proteção. Este trabalho recebeu suporte de muitas organizações e laboratórios do mundo todo como, por exemplo, a Organização Mundial da Saúde, Programa Ambiental das Nações Unidas e do governo alemão. A Tabela 8 apresenta os níveis de referência para exposição à RNI em ambientes controlados e não-controlados estabelecidos pela ICNIRP. Como são observáveis, os valores limitantes para a exposição da população em geral representam 1/5 dos valores para a exposição ocupacional (de trabalhadores), a qual ocorre em ambientes controlados e com a utilização de equipamentos de proteção. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 33 de 48 Tabela 8 – Níveis de referência para exposição à RNI em ambientes controlados e não-controlados, indicados nas “Diretrizes para Limitação da Exposição a Campos Elétricos, Magnéticos e Eletromagnéticos Variáveis no Tempo (até 300 GHz)” ⎯ ICNIRP. AMBIENTE CONTROLADO - (EXPOSIÇÃO OCUPACIONAL) Faixa de Freqüência (f) Campo Campo Elétrico Magnético (H) (E) (A/m) (V/m) Indução Magnética Densidade Potência (B) Onda plana Equivalente (μT) (Seq) (W/m2) até 1 Hz ⎯ 1,63 × 105 1 ⎯ 8 Hz 20000 1,63 × 105 / f 2 2 × 105 / f 2 ⎯ 8 ⎯ 25 Hz 20000 2 × 104 / f 2,5 × 104 / f ⎯ 0,025 ⎯ 0,82 kHz 500 / f 20 / f 25 / f ⎯ 0,82 ⎯ 65 kHz 610 24,4 30,7 ⎯ 0,065 ⎯ 1 MHz 610 1,6 / f 2,0 / f ⎯ 1 ⎯ 10 MHz 610 / f 1,6 / f 2,0 / f ⎯ 10 ⎯ 400 MHz 61 0,16 0,2 10 400 ⎯ 2000 MHz 3 f 1/2 0,008 f 2 ⎯ 300 GHz 137 0,36 1/2 de 2 × 105 0,01 f 1/2 0,45 ⎯ f / 40 50 AMBIENTE NÃO-CONTROLADO (Exposição da População em Geral) até 1 Hz ⎯ 3,2 × 104 4 × 104 1 ⎯ 8 Hz 10000 3,2 × 104 / f 2 4 × 104 / f 2 8 ⎯ 25 Hz 10000 4000 / f 5000 / f 0,025 ⎯ 0,8 kHz 250 / f 4/f 5/f INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 3.7 34 de 48 0,8 ⎯ 3 kHz 250 / f 5 6,25 3 ⎯ 150 kHz 87 5 6,25 0,15 ⎯ 1 MHz 87 0,73 / f 0,92 / f 1 ⎯ 10 MHz 87 / f 1/2 0,73 / f 0,92 / f 10 ⎯ 400 MHz 28 0,073 0,092 400 ⎯ 2000 MHz 1,375 f 1/2 0,0037 f 2 ⎯ 300 GHz 61 0,16 1/2 0,0046 f 0,20 2 1/2 f / 200 10 Legislação nacional No Brasil, a primeira proposta, a nível nacional, de normatizar a exposição à RNI surgiu em julho de 1999, com a decisão da ANATEL de adotar, como referência provisória, os mesmos limites propostos pela ICNIRP. O documento foi então traduzido para o português pela ABRICEM (Associação Brasileira de Compatibilidade Eletromagnética) e disponibilizado, inclusive, na Internet. Em 2 de julho de 2002 entrou em vigor a Resolução No 303 da ANATEL com o “Regulamento sobre Limitação da Exposição a Campos Elétricos, Magnéticos e Eletromagnéticos na Faixa de Radiofreqüências entre 9 kHz e 300 GHz”, que estabelece, além dos limites à exposição à RNI, métodos de avaliação e procedimentos para licenciamento das estações de radiocomunicação. O seu conteúdo tem bases nas diretrizes da ICNIRP e nas contribuições recebidas em decorrência de duas consultas públicas realizadas em abril e maio de 2001. Os limites não sofreram alteração em relação aos valores determinados pela ICNIRP. Ao nível de municípios, alguns deles, como Campinas (Lei No9580 de 22/12/1997, alterada pela Lei No9891 de 26/10/1998 e regulamentada pelo Decreto No13261 de 28/10/1999), São José dos Campos (Lei No5646 de 31/05/2000 e Decretos No9854 de 07/01/2000 e No10323/01 de 08/08/2001) e Porto Alegre (Lei No8463 de 19/01/2000), já estabeleceram legislação relativa à emissão de RNI pelas antenas emissoras, incluindo as ERB’s (Estações RádioBase) para telefonia celular. A Tabela 9 compara alguns aspectos comuns às legislações em vigor nestes municípios: a Tabela 9a compara os locais permitidos e proibidos nos três municípios; a Tabela 9b compara os níveis máximos de densidade de potência e de potência total irradiada e a Tabela 9c, as principais formas de controle da RNI estabelecidas nos três municípios. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 35 de 48 Tabela 9 – Comparação de alguns aspectos comuns nas legislações municipais sobre instalação de Antenas Transmissoras (AT) de radiação eletromagnética, em vigor nas cidades de Campinas, São José dos Campos e Porto Alegre. Tabela 9a Locais permitidos e proibidos para a instalação de antenas emissoras de RNI e ERB’s nos municípios de Campinas, São José dos Campos e na capital Porto Alegre. LOCAIS DE INSTALAÇÃO DAS ANTENAS Campinas •A base da torre de sustentação da antena de telefonia celular deverá estar, no mínimo, a 3 metros de distância das divisas do lote onde estiver instalada, desde que respeitado o limite máximo de radiação. São José dos Campos •Em zonas residenciais de alta concentração demográfica, com edificações de mais de 3 andares, a instalação das AT poderá ser feita nos edifícios. Frontal Lateral Fundos Residencial (vago ou misto c/ residência) 15 m 15 m 5m Não-residencial 15 m 5m 3m Containeres/gabinetes 15 m 5m 3m •O raio mínimo entre os eixos de 2 torres será de 200 m. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 36 de 48 LOCAIS DE INSTALAÇÃO DAS ANTENAS Porto Alegre •É proibida em bens públicos de uso comum do povo e de uso especial. •É proibida em áreas de parques, praças e verdes complementares, creches, estabelecimentos de ensino formal e centros comunitários. •É proibida em distância horizontal inferior a 30 metros de clínicas médicas e hospitais, contados do eixo da torre ou suporte da AT à área de acesso ou edificação destes. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 37 de 48 Tabela 9b Limites máximos de densidade de potência e de potência total irradiada pelas antenas dos municípios de Campinas, São José dos Campos e da capital Porto Alegre. LIMITES MÁXIMOS DE S Campinas E DE POTÊNCIA TOTAL IRRADIADA •Considerando a soma da radiação preexistente com a emitida pela nova antena, medida por equipamento que faça a integração de todas as freqüências na faixa prevista por esta lei, o valor não deve ultrapassar 100 2 μW/cm em qualquer local passível de ocupação humana. •Idem a Campinas. São José dos Campos •No caso de sinais pulsados, será considerada a potência média em intervalos de 1 milisegundo. •Estabelece as seguintes distâncias limites (segundo a União Internacional de Telecomunicações: f (MHz) 1 ⎯ 10 Distância limite r (m) r = 0,10 ERP × f 10 ⎯ 400 r = 0,319 ERP 400 ⎯ 2000 r = 6,38 ERP 2000 ⎯ 300000 r = 0,143 ERP f ERP: Potência Efetivamente Irradiada Porto Alegre f : Freqüência em MHz •Devem seguir orientação das normas adotadas pela Comunidade Européia. •Nestas freqüências de telefonia celular, Smáximo é dada 2 pela relação f/200, em unidades de W/m . INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 38 de 48 Tabela 9c Formas de controle da RNI estabelecidas em lei pelos municípios de Campinas, São José dos Campos e na capital Porto Alegre. FORMAS DE CONTROLE DAS RNI’S Campinas •A Prefeitura Municipal exigirá laudo assinado por físico ou engenheiro da área de radiação, onde constem medidas nominais do nível de S nos limites da propriedade de instalação, nas edificações vizinhas e nos edifícios com altura igual ou superior à antena, num raio de 200 metros. •O laudo radiométrico será submetido à apreciação da Secretaria Municipal de Saúde (SMS) por ocasião da instalação da AT e, anualmente, para controle. São José dos Campos •As medições deverão ser feitas com equipamentos calibrados (submetidos à verificação periódica da SMS) e que meçam S por integração de todas as freqüências na faixa de interesse. A SMS acompanhará as medições, podendo indicar pontos a serem medidos. •Idem a Campinas. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 39 de 48 Porto Alegre •São de responsabilidade da Secretaria Municipal do Meio Ambiente. •Avaliações das radiações por meio de medições de níveis de Densidade de Potência (S), com médias calculadas em qualquer intervalo de 6 minutos, com todos os canais da ERB em operação. •A medida deverá ser feita com equipamento calibrado pelo INMETRO, que considere as potências em diferentes freqüências. •Por ocasião da liberação para funcionamento, será exigido laudo radiométrico teórico elaborado por físico ou engenheiro, no qual deverá constar estimativa dos níveis máximos de S em locais onde possa haver público. 4. Metas e atividades e indicadores de desempenho 4.1 Criação da infra-estrutura básica para auxiliar o poder público na avaliação da exposição de seres humanos à radiação não-ionizante, por meio de um laboratório integrado pertencente à REBLAS e que integra diversos laboratórios no país com capacitação de realizar essas avaliações. 4.1.1 Atividades especificação da instrumentação necessária para complementar a infraestrutura; aquisição da instrumentação especificada; validação dos equipamentos; desenvolvimento de procedimento para avaliação de ambientes, automação e validação; incerteza validada em programa interlaboratorial treinamento e acreditação dos seguintes Laboratórios : 1- Laboratório de Câmara Anecóica do IFI/CTA; INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 40 de 48 2- CPqD; 3- Laboratório de Eletromagnetismo da UFSC; 4- Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos do IEAv/CTA; 4.1.2 Indicador de desempenho Laboratórios acreditados. 4.2 Disseminação do conhecimento científico e tecnológico sobre normas e procedimentos para garantir a segurança dos seres humanos expostos. 4.2.1 Atividades aquisição das normas; disponibilização das normas; elaboração de manual de procedimento e distribuição do manual. 4.2.2 Indicador de desempenho Manual de procedimento para avaliação de ambiente eletromagnético distribuído entre os operadores. 4.3 Agregar especialistas e laboratórios capacitados em RNI para atender o poder público nas necessidades relacionadas ao assunto. 4.3.1 Atividades organização de Workshop sobre meios de proteção à saúde e de detecção da radiação não-ionizante ¾ definição de comissão organizadora, ¾ definição do local a ser realizado o workshop, ¾ definição da infra-estrutura necessária ao evento e ¾ contratação dos serviços de execução do evento; elaboração de documento contendo o mapeamento dos grupos atuantes na área e promover outro workshop. proposição de cinco programas de pós-graduação/aperfeiçoamento na área ¾ definição dos temas e INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 41 de 48 ¾ implementação de bolsas de pós-graduação/aperfeiçoamento. 4.3.2 Indicadores de desempenho Evento realizado e documento com o mapeamento dos grupos atuantes. Formação de especialistas na área de proteção à saúde e de detecção da radiação não-ionizante em ambientes. 5. Infra-estrutura disponível – Laboratórios a serem acreditados para a análise de ambientes eletromagnéticos A seguir são apresentados os laboratórios que deverão fazer parte da execução do projeto. Esses laboratórios farão parte de uma estrutura integrada de laboratórios que compartilharão a infra-estrutura a ser adquirida. Pretende-se disponibilizar para o público, via site da REDE TSQC, as informações sobre os programas de pós-graduação oferecidos, as pesquisas realizadas na área e os serviços disponíveis. 5.1 LABORATÓRIO DE SISTEMAS ELETROMAGNÉTICOS – LSE Esse laboratório do Centro Técnico Aeroespacial - Instituto de Estudos Avançados (CTA/IEAv), do Comando da Aeronáutica, faz parte da infra-estrutura da Divisão de Física Aplicada, localizado em São José dos Campos, SP. As atividades de P&D no Laboratório são desenvolvidas por uma equipe de pesquisadores(5) e engenheiros(2), além de vários estudantes(22) das engenharias elétrica, mecânica, ambiental e da computação, físicos e tecnólogos. A maioria das atividades desenvolvidas são vinculadas à programas de pósgraduação: 3 doutorados, 6 mestrandos, 2 iniciações científicas e a vários trabalhos de graduação. Essa infra-estrutura apóia programas de pós-graduação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Também apóia a Diretoria de Saúde do Comando da Aeronáutica (DIRSA), promovendo missões de avaliações ambientais e de sistemas e a disseminação de Informações sobre radiação não ionizante. 5.1.1 Objetivos Com o crescente avanço tecnológico e os efeitos da globalização sobre os equipamentos de uso doméstico e militar, os níveis de radiação eletromagnética INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 42 de 48 no meio ambiente têm sido continuamente elevados. Neste sentido, atividades de P&D estão Projeto GE13.2 - Avaliação da exposição de seres humanos em ambientes eletromédicos - DOCUMENTO PRELIMINAR - 21/11/05; 11:45 Página 39 de 40 sendo desenvolvidas no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos do IEAv, contribuindo para o emprego de métodos científicos de análise de soluções de problemas civis e militares. A infra-estrutura disponível no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos 3 vem apoiando pesquisas sobre os efeitos de um ambiente eletromagnético(E ): impacto do ambiente eletromagnético sobre a capacidade operacional das forças militares, equipamentos, sistemas e plataformas. Para isto, as seguintes subáreas do conhecimento são consideradas: compatibilidade eletromagnética (EMC), interferência eletromagnética (EMI), vulnerabilidade eletromagnética (EMV), pulso eletromagnético (EMP), proteção eletrônica, efeitos de descargas elétricas, e danos da radiação eletromagnética em humanos (HERP), artilharia (HERO) e material volátil (HERF). Ainda, sem perder o foco na Análise Operacional da Defesa Nacional, também são desenvolvidas atividades para atender objetivos exclusivamente sociais e garantir a melhoria da qualidade de vida do cidadão, oferecendo estágios no Laboratório para especialistas da área de eletromagnetismo, ministrando palestras sobre os efeitos da radiação eletromagnética em seres vivos e auxiliando o poder público em normas e leis de regulamentação ambiental. 5.1.2 Contrapartida • Sistema de análise de Impedância/Ganho e fase de eletro-eletrônicos; • Sistema de avaliação de ambientes eletromagnéticos (DC – 26 GHz); • Sistema de calibração de Sensores Magnéticos (DC – AC , 2 kgauss); • Sistema de varredura 2D para caracterização da distribuição espacial de temperatura e campos eletromagnéticos; • Sistema de avaliação de EMC/EMI; • Sistema computacional para estimativa de RCS ; • Sistema de caracterização de materiais eletromagnéticos (DC – 40 GHz); • Ferramentas CAE-CAD eletromagnético e térmico para projeto e avaliação de sistemas (EMC/EMI/HIRF). Toda a estrutura de serviços do LSE (www.ieav.cta.br/efa/lse/index.html) poderá ser utilizada pela rede, desde que regras de utilização sejam convencionadas, os equipamentos sejam operados por nossos técnicos e que os recursos acima solicitados sejam disponibilizados para LSE. Valor estimado R$ 1.636.000,00. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 43 de 48 5.2 UFSC 5.2.1 GEMCO/UFSC O GEMCO, Grupo de Engenharia em Compatibilidade Eletromagnética da UFSCUniversidade Federal de Santa Catarina, foi criado em 2000 com o objetivo de desenvolver pesquisas em Compatibilidade Eletromagnética, assim como, dar suporte na área de Engenharia Elétrica ao setor industrial e à comunidade em geral. O GEMCO participa ativamente das atividades de pesquisa em sua área no Brasil e no mundo, e tem como Coordenador o Professor Dr. Adroaldo Raizer do Departamento de Engenharia Elétrica da UFSC. Atuais linhas de pesquisas: • Compatibilidade Eletromagnética em Sistemas Eletro-Eletrônicos • Efeitos de Campos Eletromagnéticos em Seres Vivos e no Meio Ambiente. • Métodos Numéricos em Compatibilidade Eletromagnética. O GEMCO está certificado como grupo de pesquisa pela UFSC e pelo CNPq (diretório de grupos de pesquisa LATTES). As atividades de ensino, pesquisa e extensão contam com o suporte de equipamentos e o espaço físico do MagLab, Laboratório de Eletromagnetismo e Compatibilidade Eletromagnética, para o seu desenvolvimento. 5.2.2 MAGLAB/UFSC O MagLab-Laboratório de Eletromagnetismo e Compatibilidade Eletromagnética, é um laboratório do Departamento de Engenharia Elétrica da UFSC, que tem como objetivo dar apoio ao curso de Graduação e ao curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UFSC, bem como realizar pesquisas e atividades de extensão (serviços). O MagLab dispõe de um amplo espaço fisico com equipamentos de medidas de última geração e uma sofisticada rede de computadores. O MagLab está credenciado como Laboratório de Ensaios em Compatibilidade Eletromagnética pela Reblas-ANVISA, além de outros organismos governamentais. No MagLab é possível realizar vários testes relacionados ao Eletromagnetismo e Compatibilidade Eletromagnética, quais sejam: - Testes de emissões radiadas e conduzidas; Testes de imunidade conduzida e radiada (susceptibilidade eletromagnética); - Verificações de conformidade: IEC, EN, CISPR, CE, FCC, VDE, ANSI, IEEE, ANATEL, ANVISA, ICNIRP,etc; - Análise de qualidade de energia elétrica (distorção harmônica, fator de potência, flexões e ondulações, transitórios, sub e sobretensões, desvios de freqüência); INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 44 de 48 - Avaliação de campos elétricos e magnéticos (ambientes de trabalho, monitores de vídeo, equipamentos eletroeletrônicos, equipamentos de telefonia); - Monitoramento de radiação eletromagnética (estações rádio-rase, telefonia celular, rádios, TV's e sistemas de comunicação em geral); - Medições de campos elétricos e magnéticos, (linhas de transmissão, subestações de energia elétrica); - Equipamentos de microondas para sistemas industriais (aquecimento, esterilização, etc.). Para maiores informações acessar as home-pages: www.gemco.ufsc.br, www.maglab.ufsc.br e www.pgeel.ufsc.br ou entrar em contato com o Prof. Adroaldo Raizer ([email protected] ou [email protected]). 5.2.3 Contrapartida Toda a estrutura do MagLab/GEMCO/UFSC (conforme nossa homepage, cadastro na Reblas-ANVISA) poderá ser utilizada pela rede, desde que regras de utilização sejam convencionadas, os equipamentos sejam operados por nossos técnicos e que os recursos acima solicitados acima sejam disponibilizados para o GEMCO/UFSC (R$ 3.000.000,00) 5.3 ABRICEM A ABRICEM, Associação Brasileira de Compatibilidade Eletromagnética, foi criada em 1989 com o objetivo principal de pesquisar e caracterizar a influência dos campos elétricos e magnéticos de baixa e alta freqüência, elaborando pareceres e soluções quanto às suas conseqüências, tanto para a indústria como para os seres humanos. A ABRICEM participa ativamente das atividades de pesquisa em sua área no Brasil e no mundo, e tem como presidente e diretor executivo o Engº. Leonel Sant’Anna e como diretor técnico o Dr. Flávio Eitor Barbieri, ambos profissionais reconhecidos junto às principais entidades atuantes na área. As principais linhas de atuação da ABRICEM são: estudos de avaliação de fenômenos eletromagnéticos, laudos e perícias técnicas,estudos e pesquisas, treinamento e consultoria. Principais projetos de P&D realizados pela ABRICEM: avaliação de risco de EMF, estudos epidemiológicos e de percepção de risco em 60Hz. A ABRICEM utiliza como instrumental de ensaio kits de medição de alta e baixa freqüência isotrópicos, emprestando de laboratórios conveniados (INPE, USP, IPT) analisadores de espectro e probes adequados às medições que efetua. Para maiores informações acessar as home-pages: www.abricem.com.br, www.emf-sp.com.br ou entrar em contato com o [email protected] . INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 45 de 48 5.3.1 Objetivos A ABRICEM tem como objetivo aportar ao Projeto GE13.2 uma capacitação adicional em termos de: • Abordagem científica da caracterização da função exposição a EMF, levando em conta a multiplicidade de fatores que influenciam a seleção do que, quanto e como medir, visando identificar /avaliar tais fatores e modelar significativamente no espaço e tempo o fenômeno em estudo. • Avaliar matematicamente a incerteza de medições. • Possibilitar diagnósticos de exposição a EMF mais precisos, quanto a ambientes, equipamentos e pessoas, como base para estudos, pesquisas e regulação de avaliação e contigenciamento de riscos. Nessa pesquisa a ABRICEM conta com o apoio da UCLA – Universidade da Califórnia (USA), além de instituições de pesquisa nacionais. 5.3.2 Contrapartida A ABRICEM dispõe de sede situada a Al. dos Guatás, 477, São Paulo-SP, com 4 salas de escritório e 2 de reuniões, sendo uma delas utilizada para laboratório, estando assim composta sua estrutura funcional: comitê consultivo, presidente, diretor executivo, diretor técnico, suportes de engenharia, técnico, informática, financeiro e administrativo. A infra-estrutura técnica dispõe de medidor isotrópico com pontas de baixa e alta freqüência, 5 microcomputadores, 1 servidor Linux e principalmente um acervo de mais de 5000 medições de EMF em campo, realizadas ao longo de 15 anos de trabalho, consolidando um banco de dados ímpar de informações sobre exposição a EMF. Toda a estrutura de serviços da ABRICEM (www.abricem.com.br) poderá ser utilizada pela rede, desde que regras de utilização sejam convencionadas, os equipamentos sejam operados por nossos técnicos e que os recursos acima solicitados acima sejam disponibilizados para a ABRICEM. Valor estimado R$ 1.000.000,00. INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 46 de 48 5.4 LDI/IFI O Laboratório de Ensaios de Dispositivos Irradiantes do CTA foi criado em 1983 através de recursos orçamentários do CTA, recursos financeiros da Comissão de Implantação do Sistema de Controle do Espaço Aéreo (CISCEA), além de equipamentos fornecidos pelo programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) para apoiar o desenvolvimento um laboratório de ensaios de medições de antenas transmissoras e receptoras, onde seu principal objeto de trabalho é uma câmara anecóica, em condições operacionais de uso. Nessa são realizadas medições de ganho, polarização e diagramas de irradiação de sistemas irradiantes na faixa de freqüências de 2 GHz a 23 GHz. Esse laboratório presta serviços a empresas de telecomunicações de pequeno e médio porte da região, oferecendo serviços a um custo reduzido e adequados a suas necessidades, além de apoiar a atividade de pesquisa e desenvolvimento dos vários institutos integrantes do CTA na área de sistemas eletromagnéticos irradiantes. 5.4.1 Objetivos A capacitação do laboratório é caracterizada pela avaliação na câmara anecóica, que consiste em avaliação das características dos instrumentos e dos cabos de radiofreqüência. Ainda nos trabalhos de capacitação do laboratório destaca-se a implantação do sistema da qualidade laboratorial para atendimento aos requisitos da norma NBR ISO/IEC 17025. São elaborados procedimentos de ensaios que atendam aos requisitos normalizados e avaliação da incerteza dos ensaios. Para maiores informações acessar as home-pages: www.ifi.cta.br, ou entrar em contato com o [email protected] . 5.4.2 Contrapartida Toda a estrutura do LDI/IFI/CTA poderá ser utilizada pela rede, desde que regras de utilização sejam convencionadas, os equipamentos sejam operados por nossos técnicos e que os recursos acima solicitados acima sejam disponibilizados para o IFI/LDI (R$ 1.500.000,00) INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 47 de 48 6. Recursos Despesas acessórias de importação Desembaraço alfandegário R$ 200.000,00 OUTRAS DESPESAS C/ SERV. TERCEIROS (PJ) Reformas -------------------------------- manutenção e calibração de equipamentos, manutenção das instalações, taxas de importação de equipamentos, certificação ISO 17025, aquisição de normas e outros serviços R$ 180.000,00 EQUIPAMENTO E MAT. PERMANENTE IMPORT. Termômetro Fluoróptico US$ 18.000,00 Medidor de potencia de RF e acessórios (power meter) US$ 30.000,00 Sensores de RF 200 MHz – 40 GHz e acessórios US$ 20.000,00 Amplificador de RF e acessórios US$ 90.000,00 Câmara de calibração de sensores de RF e acessórios US$ 200.000,00 Receptor de campos da empresas Rohde and Schwarz Euro 65.000,00 Analisador de espectro FSH6 da Rohde and Schwarz e acessórios Euro 18.000,00 10 dosímetros de AF da EMDEX e acessórios US$ 20.000,00 10 dosímetros de BF da EMDEX e acessórios EQUIPAMENTO E MAT. PERMANENTE NACIONAL Sistema de controle e automação R$ 25.000,00 DESPESAS DE LOCOMOÇÃO Passagens aéreas e terrestres, alimentação e estadia, para participação em reuniões, ensaios de campo e participação em congressos e eventos nacionais e internacionais. R$ 90.000,00 TOTAL (R$) ( 1 US$ = R$ 2,40, 1 EURO = 1.2 US$) 1.641.240,00 INFRA-ESTRUTURA PARA GARANTIR A QUALIDADE DAS MEDIÇÕES DAS RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES (RNI) SOBRE SERES HUMANOS 16/2/2006 48 de 48 7. PRAZOS/CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO O prazo de execução do referido projeto é de 24 meses. 9Criar infra-estrutura básica 1o Tri 2o Tri 3o Tri 4o Tri 5o Tri 6o Tri 7o Tri 8o Tri 9 Disseminar normas e procedimentos 1o Tri 2o Tri 3o Tri 4o Tri 5o Tri 6o Tri 7o Tri 8o Tri 9 Integrar especialistas e laboratórios 1o Tri 2o Tri 3o Tri 4o Tri 5o Tri 6o Tri 7o Tri 8o Tri