El presente trabajo está enmarcado dentro de la seguridad y salud en el trabajo y refiere el estudio de los efectos del magnetismo y de las radiaciones electromagnéticas no ionizantes sobre el cuerpo humano, los riesgos y efectos que pudieran ocurrir al tener un campo electromagnético muy cerca de los órganos vitales y las magnitudes fundamentales permisibles, así como los cambios y consecuencias en la salud del hombre.
Se revisa la bibliografía y tendencias de investigación y desarrollo de la aplicación de los campos magnéticos en el mundo y se recoge información referente a las especialidades en que más se está utilizando.
Summary
The present work is framed inside the security and health in the work and he/she refers the study of the effects of the magnetism and of the radiations electromagnetic Non-ionizing on the human body, the risks and effects that could happen when having an electromagnetic field very near the vital organs and the permissible fundamental magnitudes, as well as the changes and consequences in the man’s health. It is revised the bibliography and investigation tendencies and development of the application of the magnetic fields in the world and information is picked up with respect to the specialties in that more it is using.
Efectos electromagnéticos en los tejidos biológicos
Los tejidos biológicos presentan variaciones de las características eléctricas ante el aumento o disminución de la frecuencia del campo aplicado, lo que implica tener y tomar medidas de seguridad y salud en el trabajo que permitan hacer compatibles el desarrollo técnico en este campo con el cuerpo humano y sus diferentes aplicaciones en la práctica diaria. Las personas que laboran en instalaciones de alto voltaje y de altas frecuencias están expuestas a un nivel de carga electromagnética (CEM) significativa, esto no solamente provoca cambios en el organismo humano, sino también en las condiciones de trabajo y el tiempo de exposición recomendado.
Síntesis histórica del magnetismo
El origen de la noción de magnetismo es muy antiguo, se remonta a más de 3500 años, en plena Edad del Hierro, en el antiguo Egipto, China y la India. Entonces ya se descubrió que una piedra especial, la magnetita o imán natural, atraía las limaduras de hierro e incluso se adhería a los objetos de este metal.
El naturalista romano Plinio el Viejo (23-79 d. de ne) trasmitió la interpretación de Nicanor de Colofón (siglo II ane), según la cual, el nombre de magnetita procedería de un cierto pastor llamado Magnes que llevando su rebaño a pastar, observó la atracción que el suelo rico en este mineral ejercía sobre las partes de hierro de sus botas y bastón. Al remover la tierra para encontrar la causa del fenómeno, descubrió una piedra con la muy extraña propiedad de atraer el hierro.
Aristóteles escribe que el filósofo, matemático y científico Tales de Mileto (624-548 ane), uno de los «siete sabios de Grecia» mencionó una piedra mineral que tenía la propiedad de atraer el hierro. Platón dijo que Sócrates afirmaba ya las propiedades de los anillos magnéticos. También se dice que en aquella época Cleopatra solía llevar una tiara de imanes sobre la frente para conservar su belleza.
Cuando muchos siglos después, a comienzos de la Edad Media, la magnetita fue conocida por los alquimistas europeos, la llamaron «piedra imán» (en francés pierre aimant) y al igual que en la antigüedad se le atribuían muchas propiedades curiosas, se suponía que proporcionaba vigor, alivio del dolor, salud y que detenía los procesos de envejecimientos, entre otras.
Hasta después de los estudios y observaciones de Galileo Galilei y su confirmación experimental con el viaje de Fernando de Magallanes alrededor del mundo, terminado por Juan Sebastián Elcano en 1522, no se admitió generalmente que la Tierra fuera redonda, que girara en el espacio y que, por lo tanto, tuviera un eje de rotación cuyos extremos son los polos terrestres.
Esta nueva concepción de la Tierra y los progresos científicos que se produjeron en los cuatro siglos siguientes, sobre todo en el campo de la física, ya indujeron a los científicos a considerarla como un gigantesco imán con sus respectivos polos, magnéticos, en el norte y en el sur. Mientras tanto, los estudios sobre las propiedades de los imanes continuaban y en el siglo XVI, Philippus Aureolus Paracelso (1493-1541) utilizó los imanes en múltiples procesos inflamatorios del soma y otras regiones del cuerpo.
El estudio experimental del magnetismo fue conocido en el mundo por la publicación en 1600 del libro «De Magnete» de William Gilbert, médico de la Reina Isabel I. En el libro se describía el descubrimiento experimental en que se basaba, la declinación de la aguja imantada, que había sido advertido ya por Hartmann en 1544 y estudiada en detalle por Roberto Norman (1590), marinero, constructor de brújulas y uno de los primeros científicos que no pertenecía a la nobleza y carecía de cultura.
El físico inglés Michael Faraday, en el siglo xix demostró el comportamiento de un imán alrededor de una corriente. Fue el fundador del biomagnetismo y la magnetoquímica. Confirmó que toda la materia es magnética, es decir, la materia es atraída o repelida por un campo magnético.
El médico alemán, Frederik Franz Antón Mesmer (1734-1815) afirmó que las propiedades del imán natural era un remedio para todas las enfermedades y creía que todos los seres animados estaban dotados de una fuerza semejante, que él llamó magnetismo animal, capaz de producir curaciones en los órganos a los que se aplicara. A esta teoría terapéutica se le lamó «mesmerismo» en su honor.
Mollet en Francia (1753), en su libro «Essalsur Electrifico de Corps» intentó la primera explicación objetiva de los efectos biológicos de la electricidad.
En 1785, Carlos Agustín Coulomb estableció con gran precisión la ley que lleva su nombre: «La atracción o la repulsión entre dos polos magnéticos con cargas diferentes o iguales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa». Ampere y su colaborador Dominique Arago (1786-1853) demostraron que las agujas de acero se magnetizan si se colocan dentro de un alambre circular que lleve corriente eléctrica. Este fue el preludio para que se construyera en 1825 el primer «electromagneto», así llamado por William Sturgeon (1783-1850).
No obstante, se requería la formalización lógica y matemática de todos los experimentos anteriores para alcanzar un modelo científico, lo que se debió al magistral trabajo de James Clerk Maxwell publicado en 1873 en que establecía el concepto de «los campos eléctricos y magnéticos». Las bien conocidas ecuaciones de Maxwell señalan que los campos eléctricos magnéticos al variar en el tiempo, generan ondas de energía que se propagan en el entorno espacial con la velocidad de la luz. Este conocimiento demostró que la luz es un fenómeno electromagnético. Los trabajos de Maxwell fueron fuente de inspiración para muchos sabios en los años que siguieron: Röentgen, Curie, Rutherford, Plank y Einstein, entre otros.
Los japoneses Fukada y Yasuda, físico y ortopédico, en 1953 fueron los primeros en demostrar en conejos, los efectos piezoeléctricos del hueso y la colágena, cuando estos son sometidos a una compresión mecánica o a una corriente eléctrica.
En 1962, Bassett, Becker, Shamos y otros confirmaron las propiedades piezoeléctricas en el hueso viviente y subrayaron que los potenciales son negativos en el área de la compresión y positivos en el área de distracción.
Anderson y Ericsson en 1968 agregaron los potenciales de corriente de flujo, llamados también electroquinéticos, presentes en los huesos vivos y húmedos. Esta corriente provoca una diferencia de potenciales en la dirección del flujo de los distintos fluidos que contienen iones.
Efectos biológicos de los campos magnéticos
Efecto de magnetización (Efecto biológico primario)
• Responsable de la orientación de moléculas y átomos dipolares.
• Se produce sobre elementos con momentos magnéticos «no nulos».
Comprende las siguientes acciones:
• Modificación de la permeabilidad de membranas.
• Estabilización de la bomba de Na.
• Favorecimiento de los procesos de enlace.
• Estimulación de la reproducción celular.
• Activación de los sistemas REDOX.
Efecto piezoeléctrico (Efecto biológico secundario)
• Efecto directo:
– Produce la polarización eléctrica de la masa de un cuerpo o la creación de cargas eléctricas en su superficie, cuando se somete a fuerzas mecánicas.
• Efecto inverso:
– Deformación de un cuerpo cuando se le somete a un campo eléctrico.
– Orientación arquitectónica de las trabéculas óseas en zonas dañadas.
Efecto metabólico.
– Responsable de todos los procesos tróficos estimulantes y de reparación tisular, mediante: Control local del riego sanguíneo de cada tejido.
Control nervioso del riego sanguíneo de grandes segmentos de la circulación.
Control humoral de determinadas sustancias que aumentan o disminuyen el riego sanguíneo.
Aplicación de los campos magnéticos en medicina
Es de vital importancia conocer de qué modo influye el campo magnético y electromagnético sobre los seres vivos en primer lugar, pero también cómo el hombre puede manipularlo y obtener beneficios de sus propiedades, ya sea por aplicación directa o por el desarrollo de sistemas y equipos que mejoren la calidad de la vida en general.
En importantes centros de investigaciones del mundo, los sistemas que aplican el campo magnético son muy estudiados, con resultados satisfactorios en muchos casos; lo que abre un vasto horizonte para el desarrollo de diversas tecnologías y aplicaciones. Sin duda, la consulta y el estudio de las tendencias de investigación y desarrollo mundial sobre la aplicación del campo magnético y electromagnético en la salud.
Las principales líneas de investigación del campo magnético aplicado a la medicina actualmente están dirigidas al:
• Desarrollo de métodos y equipos para el tratamiento de enfermedades utilizando el campo magnético y electromagnético (CME).
• Desarrollo e investigación de las posibilidades de diagnóstico mediante los sistemas de Imagen de Resonancia Magnética (IRM).
• Estudio de los efectos adversos producidos por el CME.
Se encontró que los principales efectos que posee el CME y que le permiten ser utilizados en procesos terapéuticos son efectos bioestimulantes, analgésicos, antiinflamatorios y antiedematosos. De acuerdo con los resultados de esta consulta bibliográfica, el CME puede ser utilizado en el tratamiento de enfermedades tales como:
• Alteraciones pasajeras de la circulación sanguínea cerebral después de un insulto o trauma.
• Neuritis en diferentes localizaciones, dolores fantasmas y polineuritis vegetativa.
• Ganglionitis inflamatoria de los troncos simpáticos.
• Enfermedades isquémicas ligeras y de grado medio del corazón, endoarteritis y arteriosclerosis oclusiva de los vasos de las piernas y los brazos.
• Insuficiencia venosa crónica, incluidas alteraciones tópicas.
• Asma bronquial y neumonías prolongadas.
• Enfermedades ulcerosas del estómago y del duodeno.
• Hepatitis subaguda, incluida la viral, y pancreatitis subaguda.
• Osteocondrosis.
• Enfermedades distróficas e inflamatorias de las articulaciones, fracturas de huesos tubulares y del maxilar inferior.
• Dermatitis crónica, psoriasis y esclerodermia.
• Heridas de tejidos blandos.
• Otitis aguda, amigdalitis, odontalgia y flemones posoperatorios, entre otras.
La exposición a CEM y la incidencia en el cáncer.
Una de las mayores preocupaciones dentro de la comunidad científica. Entre las asociaciones encontradas entre los CEM y los diferentes tipos de cáncer, existe una muy débil que relaciona el uso de teléfonos móviles analógicos y el glioma (tumor en tejido nervioso), realizado en Finlandia en el 2002, tumor cerebral en el lado de la cabeza donde había sido usado con mayor frecuencia el teléfono realizado en Suecia en el año 2003, un estudio realizado e Roma en el 2002 encontró un incremento significativo en la incidencia de leucemia en niños que viven próximos a estaciones de radio de alta potencia, dicho estudio difiere de otro realizado en Gran Bretaña en 1997 donde se halló cierta evidencia de incremento en la incidencia de leucemia en adultos mas no en niños, así mismo existen estudios con resultados encontrados con respecto a el melanoma de la piel. Finalmente aunque han habido hallazgos positivos que relacionan el riesgo de aparición de ciertos tipos de cáncer con el uso de teléfonos móviles o la exposición a campos de radiofrecuencia tanto a nivel ocupacional como residencial, no existe aún una demostración consistente que relacione la magnitud y el tiempo de exposición con la respuesta, sin embargo también afirman que el diseño de los estudios ha sido con frecuencia deficiente, además si bien los estudios no demuestran un riesgo elevado de incidencia de cáncer, tampoco descartan la posibilidad de ocurrencia, especialmente ante la exposición continuada durante muchos años.
Los campos electromagnéticos y el cuerpo humano
Los mecanismos de interacción entre los campos electromagnéticos (CEM) y las estructuras biológicas se evidencian de forma natural en el cuerpo humano con las corrientes eléctricas, a través de ellas se comunican los impulsos nerviosos, se desarrollan los procesos bioquímicos que van desde la digestión hasta la actividad cerebral.
En humanos se ha mostrado que los campos eléctricos estáticos interactúan con el cuerpo induciendo una carga eléctrica superficial, el principal mecanismo de interacción ocurre cuando una persona entra en contacto con un objeto conductor cargado, o cuando existe una diferencia de potencial suficientemente alta que como para ionizar el aire de tal manera que permita la conducción eléctrica entre un objeto cargado y una persona con buen contacto a tierra en tal caso podría recibir una descarga eléctrica. Estas interacciones podrían resultar muy dolorosas, el grado de perturbación depende de la intensidad del campo y del nivel de aislamiento de la persona.
Los campos magnéticos estáticos interactúan a través de los siguientes mecanismos:
Inducción magnética
• Interacciones electrodinámicas con electrolitos en movimiento
La acción de los campos magnéticos estáticos o variables con el tiempo se manifiesta a través de la Fuerza de Lorentz. Es así como las cargas eléctricas que componen la sangre (electrolitos), al circular por los vasos sanguíneos con una cierta velocidad pueden experimentar estas fuerzas y un campo eléctrico que dará lugar a una diferencia de potencial entre las paredes del vaso.
La conducción de impulsos nerviosos puede considerarse como un flujo iónico sometido a la acción de la Fuerza de Lorentz, bajo la influencia de un campo magnético estático. Los modelos teóricos y experimentos sugieren que por debajo de 2T no ocurren cambios observables en la velocidad de los impulsos nerviosos.
• Corrientes de Faraday
Los campos magnéticos variables en el tiempo inducen corrientes eléctricas en los tejidos, sin embargo el desplazamiento (acercamiento o alejamiento) de un campo magnético estático también provoca un gradiente de inducción magnética. Es este el caso del músculo cardiaco, el cual al contraerse estando sometido a un campo magnético estático, genera gradientes en el mismo. La densidad de corriente inducida por la variación del campo magnético es proporcional al radio de la espira a través de la cual pasan las líneas de campo, debido a esto se esperan densidades altas a nivel macroscópico y muy bajas a nivel celular. Es así como el movimiento de una persona en un campo de 200mT puede dar lugar a una corriente inducida de densidad (J) entre 10 y 100mA/m2, suponiendo una espira imaginaria de 30cm de radio. Se considera que estos valores no producen efectos perjudiciales en el funcionamiento del sistema nervioso (criterio de ICNIRP).
Campos electromagnéticos de frecuencias mayores a 100Khz
La exposición a CEM generalmente produce una mínima absorción de energía, provocando un incremento no mesurable de temperatura, sin embargo por encima de los 100Khz puede presentarse una absorción de energía e incrementos de temperatura significativos, lo que se explica en detalle más adelante en interacción térmica.
En razón de sus efectos, los mecanismos de interacción de la materia viva con los CEM se clasifican en dos categorías:
• Térmicos: se producen debido al calentamiento de los tejidos causado por la absorción directa de energía de los campos y por corrientes inducidas como consecuencia de la ley de Faraday.
• No-térmicos: Los mecanismos de interacción que no exhiben evidencia de aumento de temperatura son objeto de mayor discusión en este momento por ser los que presentan una mayor dificultad de limitación y reglamentación.
Interacción térmica
Son producidos por la absorción directa de la energía de los campos, la distribución de la energía dentro del cuerpo es altamente no uniforme y depende de varios factores como el rango de frecuencias de la radiación y las propiedades de absorción eléctrica del cuerpo humano, las cuales son bastante heterogéneas. De acuerdo a la capacidad de absorción de energía del cuerpo humano, el espectro de frecuencias se puede dividir en cuatro rangos:
1. desde 100 Khz. hasta 20 MHz, una absorción significativa puede ocurrir en el cuello y las piernas.
2. desde 20 MHz hasta 300 MHz, una absorción relativamente alta puede ocurrir en todo el cuerpo, y en algunas partes específicas del mismo de acuerdo a sus resonancias.
3. desde 300 MHz hasta varios GHz, pueden ocurrir absorciones locales no uniformes.
4. por encima de los 10 GHz, la absorción de energía ocurre principalmente en la superficie del cuerpo.
La cantidad física que determina el nivel de absorción de energía debida a campos eléctricos externos es el SAR por sus siglas en ingles (specific energy absortion rate) como su nombre lo indica es una medida de la tasa de absorción especifica de energía en el cuerpo humano, sus unidades son watts por kilogramos.
Efectos no térmicos. Se producen cuando la energía de la onda es insuficiente para elevar la temperatura por encima de las fluctuaciones de temperatura normales del sistema biológico. Hay evidencias de que exposiciones prolongadas a radiaciones de baja intensidad sean potencialmente nocivas, por el efecto no térmico de la exposición a radiaciones.
En los CEM con frecuencias por debajo de 1MHz no se produce calentamiento significativo, sino que inducen corrientes y campos eléctricos en los tejidos, se observan en alteraciones del electroencefalograma, cambios en la actividad colinérgica de animales que pudieran influir en la salud, sin embargo, las investigaciones en este campo están limitadas, de hecho la Organización Mundial de la Salud no presta mucha atención a los efectos no térmicos. Un numeroso grupo de investigadores norteamericanos y de países miembros del Tratado del Atlántico Norte (OTAN), niegan la posibilidad de que los campos de radiofrecuencias provoquen algún tipo de respuesta biológica que no sea de origen térmico. Su argumento fundamental es que este tipo de ondas no generan respuestas mutagénicas y no influyen en la iniciación de cánceres.
Mecanismos de interacción
Cuando una persona entra en contacto con un objeto conductor presente en el campo con un potencial eléctrico diferente, provocando corrientes de contacto, cuya magnitud y distribución espacial dependen de la frecuencia, el tamaño del objeto y de la persona y el área de contacto; En el rango de frecuencia hasta aproximadamente 100 KHz, el flujo de corriente eléctrica de un objeto en el campo al cuerpo del individuo puede dar lugar al estimulo de los músculos y nervios periféricos. Con el aumento de los niveles de corriente se puede manifestar como una percepción, dolor por descarga eléctrica y quemadura, falta de habilidad para soltar el objeto, dificultad en la respiración y en corrientes muy altas fibrilación ventricular cardiaca. Los valores de umbral para estos efectos dependen de la frecuencia, el umbral más bajo ocurre entre 10 y 100 Hz.
Tabla 1. Rangos de corriente umbral para efectos indirectos hasta 1MHz.
En general se ha demostrado que las corrientes de umbral que producen la percepción y el dolor varían poco en el rango de frecuencia de 100 KHz a 1 MHz y es poco probable que varíen significativamente en el rango de frecuencia hasta cerca de 110 MHz.
Factores que afectan la exposición
Muchos factores afectan la influencia que la exposición a CEM tiene en la materia viva tanto en ambientes ocupacionales como para el público en general, entre los cuales están:
- La potencia de salida, la frecuencia y el tipo de fuente.
- La distancia de la persona con respecto a la fuente.
- La ubicación de la persona con respecto a la fuente.
- El tipo de antena y la dirección de la onda emitida.
- La presencia de objetos que puedan reflejar los campos o escudar a las personas de ellos.
- El tiempo de exposición.
Tabla 2: Límites de exposición a nivel ocupacional
Conclusiones
Los tejidos biológicos presentan variaciones de las características eléctricas ante el aumento o disminución de la frecuencia del campo aplicado.Las personas que laboran en instalaciones de alto voltaje y de altas frecuencias que están expuestas a un nivel de carga electromagnética (CEM) significativa, requieren una delimitación clara como zona de exposición ocupacional a campos electromagnéticos con el fin de proteger la salud del hombre conforme a su nivel y tiempo de exposición lo que implica tener y tomar medidas de seguridad y salud en el trabajo que permitan hacer compatibles el desarrollo técnico en este campo con el cuerpo humano. Existen ventajas en los efectos que poseen los CEM por lo que pueden ser utilizados en el tratamiento de enfermedades, en procesos terapéuticos como efectos bioestimulantes, analgésicos, antiinflamatorios y antiedematosos.
Bibliografía
1. Barnes FS. Interaction of DC and ELF electric fields with biological materials and systems. En: Polk C, Postowe, eds. Handbook of Biological Effects of Electromagnetic Fields. 2 ed. Boca Raton: CRC Press, 1996:103-47.
2. Hossman KA, Herman DM. Effect of electromagnetic radiation of mobile phones on the central nervous system. Bioelectromagnetics. 2003;24(1):49-62.
3. National Radiological Protectio Board Advice on Limiting Exposure to Electromagetic Fields (0-300 GHz) Doc. NRPB volumen 15 N°2, 2004
4. National Radiological Protectio Board Review of the Scientific Evidence for Limiting Exposure to Electromagnetic Fields (0-300 GHz) Doc. NRPB volumen 15 N°3, 2004.
5. Domenico Formica and Sergio Silvestri Biological effects of exposure to magnetic resonance imaging, Biomedical Engineering OnLine, 22 de Abril del 2004..
Disponible en
6. Unidad Ecológica Salvadoreña La Telefonía Celular y la Contaminación Electromagnética:
7. Los Impactos en la Salud Humana y Propuestas de Regulación en el Salvador, abril de 2002.
8. Organización Mundial de la Salud, Estableciendo un Diálogo sobre los Riesgos de los Campos Electromagnéticos, 2001
9. Parlamento Europeo, Campos Electromagneticos y Salud, Nota Informativa N°5, 2001.
Disponible en www.europarl.eu.int/stoa/publi/pdf/briefings/05_es.pdf
10. Ministerio de Trabajo y asuntos Sociales de España, Exposición a Campos Magnéticos Estáticos, Nota Tecnica de Prevencion 598, 2002.
11. Ministerio de Trabajo y asuntos Sociales de España, Corriente eléctrica: efectos al atravesar el organismo humano, Nota Tecnica de Prevencion 400, 2002.
12. Environmental Health Perspectives, Epidemiology of Health Effects of Radiofrequency
13. Exposure, volumen 112 ,number 17, dicimbre 2004.
14. International Commission on Non-ionizing Radiation Protection, Recomendaciones para Limitar la Exposicion a Campos Eléctricos, Magnéticos y Electromagnéticos (hasta 300 GHz) 1988;54(1):115-23.
15. Ministerio de Comunicaciones de Colombia, Decreto 195 por el cual se adoptan límites de exposición de las personas a campos electromagnéticos, se adecuan procedimientos para la instalación de estaciones radioeléctricas y se dictan otras disposiciones, 31 de Enero del 2005.
16. Portales M. Contaminación electromagnética y salud. Acceso febrero de 2009. Disponible en: .
17. The Royal Society of Canada, Recent Advances in Research on Radiofrequency Fields and Health, 2003.
18. Unión Internacional de Telecomunicaciones, Guidance on complying with limits for human exposure to electromagnetic fields, ITU-T K.52, Diciembre del 2004.