Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Statická pole a strašák ELF versus lidské zdraví

číslo 1/2006
 

Statická pole a strašák ELF versus lidské zdraví

Ing. Josef Košťál, redakce ELEKTRO

1. Úvod

Zájem široké veřejnosti zvláště o působení elektromagnetických statických polí a polí ELF (Extremely Low Frequency, velmi nízká frekvence) na lidské zdraví stále roste. Pole ELF lze z hlediska zdraví obyvatelstva považovat za významná, a to především pro masové využívání elektrické energie s frekvencemi 50/60Hz ve většině zemí světa.

Pro kvantifikování, tj. stanovení „dávky„ elektromagnetického pole při zjišťování aspektů polí souvisejících přímo s biologickými účinky slouží dozimetrie. U vyšších expozičních úrovní jsou biologické účinky i koncepce dávky velmi dobře zmapovány. U nižších, tzv. environmentálních hladin však nejsou zjištěné účinky zcela jednoznačně vysvětleny, aby bylo možné přesně stanovit systém kvantifikování dávek (např. způsob zahrnutí přechodných jevů*) apod.).

2. Mechanismy vzájemného působení

2.1 Teoretické principy
Elektromagnetická statická pole (stejnosměrná pole s nulovou frekvencí) jsou časově nezávislá a jejich intenzita je konstantní. Pole ELF jsou oscilující (časově proměnná) s frekvencemi pod 300 Hz.

Obr. 1.

Obr. 1. Člověk a ELF (ilustrační foto)

Aby elektrická nebo magnetická pole mohla vyvolat zdravotní účinky, musí nejprve vstoupit do interakce s biologickými molekulami nebo strukturami a vyvolat změnu přenosem energie. V důsledku této změny musí být vytvořen dostatečně silný signál, který buňky dokážou „vnímat„, aby mohlo dojít k vyprovokování následné reakce organismu, ať s neutrálním nebo negativním zdravotním účinkem. Prostředí živých buněk je elektricky „hlučné“, neboť tam panuje náhodný neuspořádaný pohyb iontů a nabitých molekul. Jestliže má buňka vnímat signál, který je indukován polem ELF, musí tento signál být silnější – „hlučnější“, než je průměrná hladina šumu v prostředí buněk.

2.1.1 Statická elektrická pole
Vnitřek jakéhokoliv vodivého předmětu, tedy i lidského těla, je před statickým elektrickým polem chráněn svým povrchem. Statické elektrické pole indukuje elektrický náboj na povrchu exponované osoby; to se může projevit např. ježením chloupků po těle. Kromě toho může „nabitá“ osoba dotykem s kovovým předmětem utrpět elektrický šok. Účinky elektrických polí jsou až do 20 kV·m–1 považovány za neškodné a žádné další přímé vlivy na lidský organismus nejsou známy.

2.1.2 Statická magnetická pole
Na rozdíl od elektrických polí mohou statická magnetická pole volně pronikat biologickými tkáněmi, a bezprostředně tak vzájemně reagovat s pohybujícími se náboji (ionty, proteiny apod.) a magnetickým materiálem, který je v tkáních vytvářen některými fyzikálními mechanismy. Jsou-li hodnoty statických magnetických polí na běžné environmentální úrovni, jsou z těchto mechanismů významné pouze indukce statických elektrických polí a proudy v tkáních. Přestože vnější statická elektrická pole nemohou pronikat lidským tělem, mohou vnější statická magnetická pole být příčinou vzniku elektrických polí uvnitř těla.

Obr. 2.

Obr. 2. Lidské tělo v homogenním elektrickém poli ELF 1 kV·m–1, 60 Hz [2]; a) volně v prostoru, b) na dokonale uzemněné desce

2.1.3 Elektrická pole ELF
Stejně jako statická elektrická pole jsou příčinou vzniku náboje, tak i oscilující pole ELF vytváří indukcí náboj, který se spojitě a pravidelně mění v čase. Konstantní tok povrchového náboje zase vyvolává oscilující vnitřní elektrické pole a elektrický proud (obr. 2). Tyto jevy jsou závislé na frekvenci a pro rozsah ELF jsou velmi slabé povahy (pro srovnání: indukovaná, tj. vnitřní elektrická pole jsou milionkrát slabší než vnější pole). Oscilující magnetická pole rovněž mohou indukovat elektrická pole, avšak většinou jen v povrchových tkáních. Tyto jevy jsou také závislé na frekvenci a pro ELF bývají rovněž slabé povahy. Naproti tomu přechodná magnetická pole, která vznikají při spínacích procesech, mohou indukovat silná elektrická pole a proudy, avšak pouze po velmi krátkou dobu.

2.1.4 Elektromagnetická pole ELF
Elektromagnetická pole jsou složena z elektrických (E) a magnetických vln (H), které se pohybují společně (obr. 3). Tyto vlny se šíří rychlostí světla a jsou charakterizovány frekvencí a vlnovou délkou. Frekvence je dána prostým počtem kmitů ve vlně za jednotku času (jeden cyklus za sekundu = 1 Hz) a vlnová délka je vzdálenost, kterou vlna urazí za jeden kmit, resp. cyklus. U elektromagnetických polí ELF dosahují vlnové délky značných hodnot. Například při frekvenci 50 Hz je vlnová délka 6 000 km, při 60 Hz 5 000 km. V situacích v praxi působí elektrická a magnetická pole nezávisle na sobě.

2.2 Charakteristické výskyty a typické hodnoty
V tab. 1 a tab. 2 jsou uvedena typická místa výskytu statických polí a polí ELF s charakteristickými hodnotami jejich elektrických a magnetických složek.

3. Laboratorní studie

3.1 Statická elektrická pole
Tyto studie byly mimo jiné zaměřeny také na periodické rytmy v lidském organismu a v těle hlodavců, na hematologii, rozmnožování a přežívání v organismech zvířat před narozením a po něm. Žádná z uskutečněných studií neprokázala jakékoliv negativní zdravotní účinky statických elektrických polí (s výjimkou nebezpečí elektrického šoku při vybití elektrostatického náboje z povrchu těla). V tomto smyslu se další výzkum nepovažuje za nutný.

3.2 Statická magnetická pole
Mnoho studií statických magnetických polí bylo zaměřeno na působení statických magnetických polí na buňky a buněčné složky, genetický materiál, embryonální vývoj, centrální nervovou soustavu, chování apod. Celkově lze říci, že výsledky těchto studií nenaznačují škodlivé účinky působení těchto polí na základní vývoj, behaviorální a fyziologické parametry při krátkodobých expozicích až do hodnoty asi 2 T. Dále by měly proběhnout toxikologické experimenty u zvířat, aby bylo možné vyhodnotit účinky chronické (dlouhodobé) expozice. Některé studie, které se zaměřily na profesní zatěžování, zaznamenaly zvýšené riziko úmrtnosti a vzniku rakoviny. Nicméně tyto studie nebyly očištěny od možného spolupůsobení dalších karcinogenů a látek znečišťujících životní prostředí, které se vyskytovaly ve sledovaných průmyslových oblastech. Proto není možné bez dalšího podrobného šetření a vyhodnocení zdravotních dopadů těchto faktorů připisovat zvýšené zdravotní riziko pouze působení magnetického pole.

Obr. 3.

Obr. 3. Sinusová elektromagnetická vlna

3.3 Elektrická a magnetická pole ELF
Jestliže úroveň indukovaných elektrických polí a proudů překročí úroveň přirozených tělesných elektrických signálů, je možné pozorovat poměrně značné množství účinků polí ELF. Navzdory rozporným nebo neopakovatelným výsledkům uvádějí některé studie in vitro (mimo živé organismy) nejrůznější účinky elektrických a magnetických polí ELF i při nižších úrovních (např. změny v buněčném bujení, v metabolismu, v genové expresi, proteosyntéze, enzymových aktivitách aj.). Tato pozorování však nemusí nutně svědčit o negativních zdravotních účincích na lidský organismus.

Vliv polí je možné omezit ochranným opatřením. Poměrně snadno lze dosáhnout účinné ochrany před elektrickými poli s frekvencí 50 Hz použitím stínicích materiálů. Stínění na střídavá elektrická pole lze s úspěchem využít i na stejnosměrná pole, ne však naopak. Dobře vodivé předměty (např. kovové ploty, zábrany a jiné kovové konstrukce), které jsou trvale umístěny v blízkosti vysokonapěťových přenosových vedení, by měly být uzemněny. V opačném případě může silové vedení tyto předměty indukcí nabít na dostatečně vysoké napětí, a přivodit tak osobě pobývající v jejich těsné blízkosti, popř. kontaktem, elektrický šok. Takovýto šok je možné utrpět také při dotyku automobilu nebo autobusu, který by byl zaparkován pod vysokonapěťovým přenosovým vedením nebo v jeho těsné blízkosti.

Zaměstnanci pracující v prostorách s velmi silnými poli používají ochranu stíněním, popř. zábrany. Ostatním osobám je do prostorů se silnými expozičními zdroji polí ELF obecně zamezen přístup ploty nebo zábranami, takže žádná další ochranná opatření nejsou nutná. Co se týče magnetických polí ELF, neexistuje žádná praktická ani ekonomická metoda ochrany.

3.4 Vliv polí ELF na vznik nemocí a zdravotních komplikací

Obr. 4.

Obr. 4. Velikost průměrného rozvrstvení intenzity elektrického pole ELF a hustoty proudu v lidském těle [2]

3.4.1 Vliv polí ELF na vznik rakoviny
Mezinárodní agentura pro výzkum nádorových onemocnění (IARC – International Agency for Research on Cancer), která pracuje pod záštitou Světové zdravotnické organizace (WHO – World Health Organization), nedávno zakončila první etapu procesu hodnocení zdravotních rizik v rámci mezinárodního projektu, který se zabývá účinky elektromagnetických polí na lidské zdraví, klasifikací polí ELF s ohledem na jejich schopnost vyvolávat rakovinu. Magnetická pole ELF byla klasifikována jako možný původce rakoviny u lidí. Tento závěr se opírá o epidemiologické studie dětské leukémie. O polích ELF je známo, že vstupují do interakcí s tkáněmi tím, že v nich indukují proudy. Nicméně elektrické proudy indukované poli ELF na environmentální úrovni jsou za běžných podmínek mnohem menší než nejsilnější elektrické proudy, které se přirozeně vyskytují v lidském těle (např. proudy řídící tep srdce). Neexistuje žádný zřejmý důkaz o tom, že by pole ELF způsobovala přímé poškození biologických molekul, včetně DNA. Bylo uskutečněno množství šetření s cílem stanovit, zda expozice ELF mohou mít vliv na podněcování nebo spolupodněcování vzniku rakoviny. Výsledky studií vykonáváných na zvířatech však toto neprokázaly. Avšak nedávné epidemiologické studie, které jsou stěžejní pro hodnocení IARC, naznačují, že v populaci zatěžované průměrnými magnetickými poli většími než 0,3 až 0,4 µT může onemocnět až dvakrát více dětí leukémií v porovnání s méně zatěžovanou populací. Vliv elektromagnetických polí zde však není zcela očištěn od případných dalších faktorů, které by mohly tyto výsledky zkreslovat. Dětská leukémie je přitom vzácná choroba, kterou ročně onemocní čtyři ze sto tisíc dětí ve věku do čtrnácti let. V domácnostech je však výskyt expozic nad 0,3 až 0,4 µT vzácný. Důkazy pro všechny ostatní druhy rakoviny u dětí a dospělých, které by mohly být způsobovány nejen magnetickými, ale i statickými nebo elektrickými poli ELF, byly shledány jako neklasifikovatelné, a to pro nedostatečnost nebo rozporuplnost vědeckých informací.

3.4.2 Vliv elektromagnetického rušení
Silná pole ELF jsou příčinou elektromagnetického rušení (interference) kardiostimulátorů nebo jiných implantovaných lékařských elektropřístrojů. Pacienti s těmito přístroji by se měli se svým lékařem poradit o možných rizicích s ohledem na elektromagnetickou citlivost jejich přístrojů. Jestliže jsou magnetická pole ELF v okolí monitoru počítače větší než asi 1 µT, může být rušen obraz. Tato magnetická pole se vyskytují také v blízkosti domovních napájecích kabelů nebo transformátorů. Velikost průměrného rozvrstvení intenzity elektrického pole ELF a hustoty proudu v lidském těle při předozadní expozici homogenní magnetickou indukcí 1 µT při frekvenci 60 Hz je znázorněna na obr. 4 (dvě křivky v obou grafech odpovídají dvěma různým konduktivitám). Všechna zmíněná pole jsou však hluboko pod hodnotami, které by mohly způsobovat zdravotní potíže.

Obr. 5.

Obr. 5. Venkovní vedení vn (ilustrační foto)

3.4.3 Vliv hluku, ozonu a koróny
V blízkosti elektrických transformátorů nebo vysokonapěťových venkovních vedení (obr. 5) je možné slyšet bručivé zvuky. Tento hluk může být nepříjemný, avšak z hlediska elektromagnetických polí nemá žádné negativní zdravotní účinky. Elektrické přístroje, které pro svou funkci využívají vysoké napětí (např. fotokopírky), mohou produkovat ozon, bezbarvý plyn dráždivého zápachu, jehož koncentrace v okolí přístroje jsou však hluboko pod hygienickými limity. Elektricky nabité částice (ionty) mají značné účinky na kvalitu vzduchu, na pocit pohody a tělesnou výkonnost člověka. V suchém vzduchu mohou elektrostatické náboje přetrvávat celé hodiny a někdy i dny. Znečištění vzduchu v interiéru způsobuje rychlý úbytek malých iontů. Tentýž účinek mají silná elektrostatická pole. Malý počet malých iontů je tedy známkou znečištění vzduchu nebo výskytu silných elektrostatických polí. Avšak jak extrémně vysoké, tak příliš nízké koncentrace iontů v ovzduší znamenají zvýšené zdravotní riziko. Okolo venkovních přenosových vysokonapěťových vedení se vytváří koróna nebo elektrické výboje do ovzduší, tzv. oheň sv. Eliáše. Tyto jevy jsou viditelné za vlhkých nocí nebo za deště a mohou být doprovázeny charakteristickými zvuky a tvorbou ozonu. Avšak ani hladina hluku ani koncentrace ozonu v okolí venkovních přenosových vedení nemají žádný prokazatelně negativní zdravotní účinek.

3.4.4 Vliv na kardiovaskulární soustavu
Pole ELF mohou za přesně stanovených podmínek ovlivňovat kardiovaskulární soustavu, např. nepatrným snížením nebo zvýšením tepové frekvence (asi o 3 až 5 tepů/min). Prokázáno však nebylo žádné zřejmé akutní nebo dlouhodobé kardiovaskulární riziko při hodnotách pod hygienickými limity platnými v současné době.

3.4.5 Vliv na mozkovou činnost a chování
Experimenty prokázaly, že pole ELF mohou mít vliv na mozkové tkáně, ale pouze při dosažení určitých prahových hodnot indukovaných proudů. Sem patří např. změny v reakční době při řešení komplexu úloh na logické myšlení, změny ve vnímání času apod. Dr. Andria Puharich, vysoce uznávaný badatel, uskutečnil experiment s elektromagnetickými poli ELF [3]. Všichni dobrovolníci, kteří se jej zúčastnili, byli připojeni na elektroencefalografy (EEG) a uzavřeni v kovové místnosti, kam nemohl pronikat žádný běžný signál. Byl na ně vysílán signál ELF, jehož vlny mohou procházet zemí i kovovými stěnami. Dobrovolníci nevěděli, kdy nebo zda vůbec má být signál vysílán. Podle EEG „přijalo„ signál ELF 30 % dobrovolníků do 10 s od jeho vyslání, tzn. že jejich chování odpovídalo předpokládaným změnám při určité frekvenci. Extrémně nízká frekvence pod 6 Hz vyvolala emoční zmatenost, 8,2 Hz příjemné pocity a 11 až 11,3 Hz návaly depresí, které vedly až k odbojnému chování.

3.4.6 Vliv na hormonální a imunitní systém
Bylo zjištěno, že magnetická pole ELF mohou vést ke snižování hladiny hormonu melatoninu; to nepřímo vytváří podmínky, které by mohly podpořit vývoj rakoviny. V této rovině tedy lze spatřovat souvislost mezi poli ELF a rakovinou. Některé studie prokázaly snížené hladiny melatoninu u profesně zatěžovaných osob. Naproti tomu však pečlivě kontrolované laboratorní studie u lidí většinou přinesly negativní výsledky.

3.5 Zásadní otázky
Z výsledků studií elektrických polí lze vyvodit, že kromě podráždění z elektrického náboje, který je indukován na povrchu těla, jsou účinky elektrických polí do 20 kV·m–1 neškodné. Nebyly prokázány ani žádné vlivy na rozmnožování nebo vývoj zvířat u intenzit nad 100 kV·m–1. Výsledky studií magnetických polí částečně potvrzují experimentální důkazy o tom, že magnetická pole ELF mohou ovlivňovat fyziologii a chování při intenzitách, které se vyskytují v domácnostech nebo v okolním prostředí. Několikahodinová expozice dobrovolníků magnetickým polem ELF o intenzitě až 5 µT se nepatrným účinkem projevila na výsledcích mnoha klinických a fyziologických testů, včetně krevních změn, EKG, tepové frekvence, krevního tlaku a tělesné teploty. Někteří badatelé se domnívají, že expozice polem ELF může potlačovat sekreci melatoninu, hormonu, který je spojen s naším biorytmem den-noc. Byla vyslovena domněnka, že by melatonin mimo jiné mohl plnit funkci přirozené ochrany proti rakovině a že jeho potlačování by tedy mohlo přispět k akceleraci již nastartovaného procesu rakoviny jinými původci. K těmto závěrům vedly výsledky pokusů na laboratorních zvířatech, avšak studie vykonáváné u lidí takovéto změny v lidském organismu nepotvrdily. Studie uskutečňované u těhotných žen, které pracovaly s obrazovkovými monitory, nepřinesly žádné jednoznačné důkazy o negativních účincích polí ELF na reprodukci. Kromě toho metaanalýzy kombinovaných studií neprokázaly žádné zvýšení rizik samovolného potratu nebo znetvoření plodu. Nicméně studie, které hodnotily expozice poli ELF v domácnostech, poskytly rozporné výsledky, když uváděly slabý nárůst předčasné ztráty gravidity. Některé studie se zmiňují o nepatrném nárůstu onemocnění typu Alzheimerovy choroby u specifických skupin zaměstnanců, kteří jsou profesně vystavováni vysokým expozičním hodnotám. Přes velký počet již uskutečněných studií jsou i nadále nezbytná další šetření a seriózní vědecké výzkumy, neboť pouze tak bude možné jednoznačně a s jistotou uzavřít hodnocení zdravotních účinků statických polí a polí ELF.

Obr. 6.

Obr. 6. Příklad s křížovkou – vyřešení zásadních otázek s určitostí

Celý problém připomíná křížovku s devíti zásadními otázkami (obr. 6). Aby bylo možné s naprostou určitostí vyslovit závěr o vlivu elektromagnetického pole na zdraví lidí, je třeba shromáždit rozsáhlý soubor důkazů pocházejících z různých oblastí výzkumu. Ve skutečnosti nebude asi nikdy možné nalézt stoprocentní odpověď na všechny otázky související s touto problematikou. Ale nejdůležitější zdravotní otázky (např. vliv na vznik nádorových onemocnění) musí být komplexně objasněny a prokázány nad veškerou pochybnost. Čím bude výzkum komplexnější, tím blíže budeme správnému řešení, které na vědeckém základě lidem umožní maximálně a s pocitem bezpečí využívat elektromagnetická pole s minimálním zdravotním rizikem.

4. Bezpečnostní polštář hygienických limitů

Mezinárodní směrnice hygienických limitů expozic pro všechna elektromagnetická pole byly vytvořeny Mezinárodní komisí pro ochranu před neionizujícím zářením (ICNIRP – International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection), nevládní organizací, která je oficiálním partnerem WHO v mezinárodním projektu věnovaném vlivu elektromagnetických polí na člověka.

Ing. Josef Košťál absolvoval v roce 1995 dálkové studium na FEL ČVUT v Praze, obor ekonomika a řízení elektrotechniky a energetiky. Po ukončení vysoké školy se jako OSVČ věnoval více než sedm let odborným překladům z německého a anglického jazyka. Od roku 2004 pracuje jako odborný redaktor v časopisu ELEKTRO.

 

Obecně platí, že expozice elektromagnetickými poli v rámci stanovených hygienických limitů nejsou příčinou žádných známých negativních zdravotních účinků. Od úrovně, jejíž hodnoty jsou prokazatelně příčinou zdravotních účinků, je aplikován vysoký koeficient bezpečnosti. Proto při krátkodobé expozici elektromagnetickým polem s intenzitou třeba i několikanásobně převyšující stanovený hygienický limit, bude výsledný účinek ještě stále ve zdravotně bezpečné oblasti. Důležitý je však ještě jeden činitel, a to vzájemné působení mezi elektrickými a magnetickými poli a exponovanou osobou. Tento činitel závisí na velikosti a tvaru těla, typu tkáně a orientaci těla vzhledem k poli. Avšak směrnice ICNIRP jsou v tomto smyslu velmi přísné a vždy předpokládají maximální vazbu pole a exponované osoby. To zaručuje minimální zdravotní riziko při dodržování hygienických limitů.

Literatura:
[1] WHO: Electromagnetic Fields and Human Health. Static and Extremely Low Frequency (ELF) Fields. http://www.who.int/peh-emf/about/en/Static_and_ELF_Fields.pdf
[2] WHO: Extremly low frequency fields EHC. http://www.who.int/peh-emf/research/02_MASTER_for%20TG_07_Sept.pdf
[3] SUTPHEN, D.: Podvědomé (subliminální) programování. http://www.pravda.pc.cz/sc-cl-21.htm

 


*) Přechodné jevy jsou krátké a intenzivní proudové rázy, které vznikají při zapínání, popř. vypínání elektrických spotřebičů. Přechodné jevy magnetických polí mohou nabývat hodnot magnetické indukce v rozmezí 0,001 až 10 µT se složkami frekvencí od 60 Hz do 500 MHz. Biologické účinky přechodných jevů dosud nejsou zcela prozkoumány a nejasná je také jejich relativní důležitost při hodnocení expozic u osob.