Matkapuhelimesta imeytyy kudoksiin paikallisesti lämpötehoa Maks. lämmönnousu aivojen pinnalla on 0,3 astetta, kun SAR-arvo on 2 W/kg (STM:n enimmäisarvo).
T ρ C = k 2 T wcbt + ρsar t jos veren lämmönkuljetus on suurempi kuin johtunut lämpö T τ τ SAR( 1 e ) C PENNESIN BIOLÄMPÖYHTÄLÖ t T= kudoksen lämpötilan nousu (K) ρ= tiheys (kg/m 3 ) J C=ominaislämpökapasiteetti ( ) W kgk K=lämmönjohtavuus ( m K ) kg w=veren perfuusio ( ) 3 s m J C b= veren ominaislämpökapasiteetti ( ) kgk lämpöaikavakio τ ρc wc b lämmön johtuminen T T o +ΔT lähtevä veri sähkökenttä T o tuleva veri
Analyyttiseen malliin perustuvia laskelmia pään lämpenemisestä puhuttaessa matkapuhelimeen a) 0,4 SAR = 10 W/kg Lämpötilan nousu ( O C) 0,3 0,2 0,1 900 MHz SAR = 2 W/kg 0 0 5 Aika (min) 10 15
Numeerisia laskelmia pään lämpenemisestä puhuttaessa matkapuhelimeen b) 0,2 Pää, maksimi Lämpötilan nousu ( O C) 0,15 0,1 0,05 Kallo, maksimi Aivot, maksimi 900 MHz 0,9 W/kg 0 0 5 Aika (min) 10 15
NIR-LABORATORY Irradiation chamber RF-EMF feed post SAR field distribution cell culture dishes SAR W/kg XFDTD simulated SAR distribution in two petri dishes. circulating cooling water
BIO-NIR GROUP hsp27 phosphorylation in SAR dose-dependent manner 32 P-labeling + immunoprecipitation sham 1.2 W/kg sham 1.8 W/kg sham 2.4 W/kg <2-folds up >2-folds up 3-4-folds up hsp27 expression in time-dependent manner sham 2.4SAR sham 2.4SAR sham 2.4SAR sham 2.4SAR 250 200 150 100 50 0 1h 2h 6h 8h 1h 2h 6h 8h
Kehon lämpötasapainoon vaikuttavia tekijöitä Aurinko Suhteellinen kosteus johtuminen Tuulen nopeus C b C res hengitys M A RF E metabolia RF hikoilu M-W+A RF - S=R+C+E S on kertyvä lämpöenergia tasapainossa S=0 W Ilman lämpötila RF Työ R säteily Ta
Lämmönsäätelyjärjestelmän reagointi ulkoilman lämpötilan muutoksiin Aineenvaihdunnan säätö Verenkierron säätö Hikoilu (haihtuminen) Fysiologinen vaste Aineenvaihdunnan lämpö Lämmön johtuminen (veren virtaus) Termoneutraali alue Hikoilu T LCT T UCT Ympäristön lämpötila
LÄMPÖVAIKUTUKSIA Vaikutus Kohde Lämpötilan kynnysarvo ( o C) Altistumisen kesto Lämpöhalvaus Ihminen sisäosat) (kehon > 42 muutama tunti Keskushermoston vaurioituminen Ihminen, rotta, hiiri koira, kissa 42 44 muutama tunti Palovamma iholla Ihminen 55 60 3 10 s Kipuaistimus 45 3 10 s Käyttäytyminen häiriintyy Rotta (koko-keho) 1 ºC (lämpötilann ousu) 40 60 min - Harmaakaihi Mykiö (kani) > 41 ºC > 30 min
RF-säteilyn lämpövaikutuksia Vaikutus Laji Taajuus (MHz) Kynnys (W/kg) Altistuksen kesto Kuolema Hiiri Rotta Hiiri Rotta 2 450 7 000 42 18 30 14 4 h 4 h 50-70 min 60-100 min Sikiövaurioita Rotta 27,12 ~11 3 min (42,2 o c) Muistihäiriö Rotta 600 10 20 min Sikiön paino pienenee Rotta Rotta 970 6 000 4,8 7,3 22 h/vrk, raskauspäivinä 1 19 102 h raskauspäivinä 12 14 Tilapäinen uroksilla steriliteetti Rotta 2 450 5,6 4 h/vrk, 5 vrk/vk, 4 vk Sydämen harvalyöntisyys Rotta 2 450 6,5 30 min IEEE 2005
RF-säteilyn kynnystasoja Vaikutus Koko kehon SAR (W/kg) Paikallinen SAR 1 (W/kg) Huom Kipuaistimus iholla 120 3 GHz, 2 min, 10 kw/m 2 Harmaakaihi 100 Lämpöaistimus 8 2,45 GHz, 10s, 630 W/m2 Lämpöuupuminen ja -halvaus >4 Muut lämpöolosuhteet Lämmönsäätelyjärjestelmä kuormittuu 4 Muut lämpöolosuhteet Lämpökuormaa vähennetään tietoisesti 1,2 Havaitsemiskynnys Perusaineenvaihdunnan lämpö pienenee 0,5-1,5 ICNIRPin työntekijäraja ylittyy 0,4 10 ICNIRPin väestöraja ylittyy 0,08 2
Mikroaaltosäteilyn tuntoja kipukynnys
HERMOSOLU sooma dendriittejä aksoni (< 1 mm 1 m) päätehaarakkeita
MYELIINIPEITTEINEN HERMOSOLU sooma I I + + + + -----+ + + + myeliinituppi Depolarisoitunut solmu
NERNSTIN YHTÄLÖ puoliläpäisevä solukalvo solulima K + soluväliaine K + K + K + K + K + K + K + K + K + K + K + K + K + ----------- ++++++++++++ K + -70 mv U m kemiallinen gradientti sähköinen U m ci = 61 ln( ) [mv] (37 c o C) e c i = ionien konsentraatio solulimassa c e =ionien konsentraatio soluväliaineessa
Solujen sähköinen stimuloituminen - yhteenveto Sähköisesti stimuloituvia soluja ovat hermosolut reseptori (aistinsolut) lihassolut Sähköisessä stimulaatiossa solukalvo depolarisoituu -70 mv jännitteestä + 30 mv jännitteeseen, kun solukalvon yli indusoituu yli 1 ms kestoinen ja yli 20 mv suuruinen repolarisoiva jännitepulssi Na + ioneja johtavat kanavat avautuvat indusoituneen jännitteen vaikutuksesta ja positiivisia ioneja virtaa solun sisälle. Ka + ionien ulosvirtaus palauttaa negatiivisen jännitteen ja kanavat sulkeutuvat muutaman ms jälkeen. Depolarisaatio synnyttää pitkittäisiä virtoja, jotka ärsyttävät viereistä kalvon osaa. Sen johdosta depolarisaatio etenee solukalvolla aktiopotentiaalina pulssin jälkeenkin. Aktiopotentiaalin etenemisnopeus aksonissa on 1-100 ms. Myeliinipeite nopeuttaa etenemistä (ärsyke hyppii Ranvierin solmuissa).
JÄNNITEHERKKÄ K + KANAVA
ASETYYLIKOLIINIRESEPTORIN RAKENNE
Solukalvon rakenne soluväliaine kalvoproteiini ioneja asetyylikoliinireseptori kemiallisesti ohjattu ionikanava solulima Kuva 3.1 Solukalvon rakenne (Bernardi ja D Inzeo)
K + KANAVA ERI TILOISSA
VIRTAPULSSI LAUKAISEE HERMOIMPULSSIN
HERMOIMPULSSIN ETENEMINEN AKSONISSA
Myeliinipeitteisen aksonin sähköinen malli Soluväliaine E i U i-1,i i U i,i + 1 i + 1 C m G m I i - 1,i U m,i I i,i + 1 U m,i + 1 G a Aksoplasma 2 mm 2,5 mm Ranvier n solmu Myeliinituppi Solukalvo Hermopääte Aktiopotentiaali (hermoimpulssi) Depolarisaatio
STIMULAATIOTASO PULSSINKESTON FUNKTIONA 10000 Huippu db/dt (T/s) 1000 100 10 1 3230 μt 43 μt Stimulaatiokynnys Huippuraja 2 A/m 2 31,2 T/s 2 10 ma/m 2 - - - - - 100 10 1 0,1 0,01 Huippuvirrantiheys (A/m 2 ) 0,22 T/s 0,1 1 10 100 1000 10000 Pulssin kesto (μs)
STIMULAATIOKYNNYS TAAJUUDEN FUNKTIONA 10000 Huippu db/dt (T/s) 1000 100 10 1 0,1 2 A/m 2 31,2 T/s 2 10 ma/m 2 0,22 T/s Stimulaatiokynnys Huippuraja 0,01 0,1 1 10 100 1000 Taajuus (khz) 1240 μt 43 μt - 100-10 - 1-0,1-0,01 Huippuvirrantiheys (A/m 2 )
Stimulaatio vs. lämpeneminen
SÄHKÖINEN STIMULAATIO Solukalvo stimuloituu, kun kalvon yli indusoituu depolarisoiva jännite, joka on yli 20 mv ja kestää yli 1 ms. Jänniteherkissä natrium-ioni (Na + ) kanavissa tapahtuu muodonmuutos, joka avaa kanavan. Hermosolut Lihassolut Monet aistinsolut Voimakas Na+ virtaus solun sisään depolarisoi solun -70 mv jännitteestä + 30 mv jännitteeseen. Ka + kanavien avautuminen aloittaa solun repolarisoitumisen. Depolarisaaatio etenee noin 1 ms pulssina hermosolujen aksonissa 1 100 m/s nopeudella
SYNAPSIN TOIMINTA Kohdesolu Hermosolun pääteosa Välittäjäaineesta riippuva kanava Impulssi Välittäjäaine avaa kanavan
SYNAPSEJA LIIKEHERMON SOOMASSA
Magnetofosfeenit Epämääräisiä valoilmiöitä verkkokalvolla alle 100 Hz magneettikentässä Verkkokalvo on osa keskushermostoa, jossa hermosolut muodostavat synapsien välityksellä monimutkaisen hermoverkon. Fosfeenikynnys taajuuden funktiona Sähkökentän vaikutus hermosoluun vahvistuu synapseissa
h eff KIPINÄPURKAUS C a kipinäpurkaus I c U 0 C b sähkökenttä E o purkausvirta I U c ' o U = R ' o e t /τ 1/ Cs = 1/ C + 1/ C τ = R ( C a + Cs s a U o ) C s C a R g I c R=R g +R b (R t suuri) U o =E o h eff ~ R t R b C s E o = sähkökentän hetkellinen huippuarvo jatkuva virta I = jω + c ' ( Ca Cs) Uo
VIRRAT JA JÄNNITTEET KIPINÄPURKAUKSESSA 1000 kipinäpurkaus kosketus purkaus jatkuva virta 800 11,2 Jännite (V) 600 400 200 U 0 =989 V jännite 8,4 5,6 virta 2,8 Virta (ma) 0 0 100 200 300 400 500 Aika (s)
Pientaajuisen sähkökentän varmoja vaikutuksia Vaikutus Sähkökentän Virrantiheys 1) B Huomioita voimakkuus (A/m 2, peak) (mt, (V/m, peak) peak) Palautumaton 30 000 6 000 - pulssimuotoinen elektroporaatio kenttä Palautuva 5 000 1 000 - pulssimuotoinen elektroporaatio kenttä Lämpeneminen 100 2) 20 1 000 50 Hz Kammiovärinä 25 5 250 50 Hz Lisälyöntejä 10 2 100 50 Hz Hermostimulaatio 3 0,6 30 50 Hz Magnetofosfeeneja ja synapsivaikutuksia 0,07 0,0140,7 50 Hz ICNIRPin työntekijä- Ei raja ylittyy määritelty 2. 0,01 2. 0,5 50 Hz 1) Johtavuus 0,2 S/m, 2) 1 W/kg
400kV- VOIMAJOHDON SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT
VÄESTÖN ALTISTUMINEN VOIMAJOHTOJEN MAGNEETTIKENTÄLLE Valjus ym. 1993
PAHANLAATUISET LASTEN SYÖVÄT SUOMESSA v. 1998 57 51 50 hermosto leukemia muut
LASTEN SUHTEELLINEN LEUKEMIAVAARA ERI MAGNEETTIKENTTÄLUOKISSA (Ahlbom ym. 2000). 3 Suhteellinen leukemiavaara (95% luottamusväli) 2 1 1.00 1.08 (0.89-1.31) 1.11 (0.84-1.47) 2.00 (1.27-3.13) 0 <0.1 ut 0.1-<0.2 ut 0.2-<0.4 ut >=0.4 ut Magneettikentän voimakkuus Magneettivuon tiheys
ALTISTEEN JA SAIRAUDEN VÄLILLÄ HAVAITTU YHTEYS Sattuma? Virhe tutkimusasetelmassa? Sekoittava tekijä? Tutkittava altiste? KOKONAISARVIO HAVAITUN YHTEYDEN MERKITYKSESTÄ
PIENTAAJUISTEN MAGNEETTIKENTTIEN AIHEUTTAMA MAHDOLLINEN SYÖPÄRISKI 1) Lasten leukemiasta viitteellistä tietoa. 2) IARC on luokitellut magneettikentät syöpäriskiluokkaan 2 B eli mahdollinen karsinogeeni ( mm. kahvi ja bensiini). 3) Jos syöpäriski on todellinen, niin voimajohtojen magneettikentistä aiheutuisi Suomessa muutama syöpä 10 vuodessa ja kaikista magneettikentistä muutama syöpää 1 vuodessa.
Sähköherkkyys