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Interazione Campi EM con i Tessuti Biologici

Implicazioni Interdisciplinari

Di Cesidio Bianchi

3. I meccanismi d'azione d'interazione alle basse frequenze

L’interazione dei campi elettrici e magnetici alle basse frequenze si deve ai campi elettrici e magnetici che generano correnti nei tessuti. Questi, non avendo in generale proprietà magnetiche, sono pressoché trasparenti ai campi magnetici. I campi elettrici e magnetici agiscono indipendentemente se le frequenze sono relativamente basse. Inoltre si è quasi sempre in condizioni di campo cosiddetto “vicino”. Tali condizioni si realizzano quando le distanza della sorgente dei campi è inferiore a qualche lunghezza d’onda. Il campo magnetico terrestre, di circa 40 micro Tesla, un campo di tutto rispetto, non interagisce significativamente con i tessuti. Per un breve periodo di tempo gli organismi viventi possono sopportare, per quel che se ne sa, fino a diversi Tesla, se il campo di induzione magnetica è statico. Infatti nella risonanza magnetica nucleare (NMR) si arriva fino a qualche Tesla, senza che il paziente sotto esame se ne avveda. Per i campi magnetici variabili il discorso cambia completamente. Tali campi, non interagiscono direttamente con i tessuti che, ovviamente, sono trasparenti anche ai campi magnetici variabili nel tempo. I campi magnetici variabili, però, generano nello spazio, e quindi anche nei tessuti, campi elettrici variabili alla stessa frequenza. Sono poi questi campi elettrici a interagire con le cariche come è stato mostrato. Un paziente sotto esame NMR non sarebbe altrettanto in sicurezza se mancasse l’alimentazione della bobina che produce tale campo. La variazione nel tempo del campo magnetico genererebbe un campo elettrico molto intenso. I campi elettrici esterni all’interno dei tessuti sono ridotti di un fattore εr. Riassumendo, l’interazione dei campi elettrici e magnetici alle basse frequenze, in particolare alla frequenza di 50 Hz, è caratterizzata dai seguenti aspetti fondamentali:

  • l’induzione magnetica B interna ai tessuti viene assunta uguale a quella esterna B0 poiché µ non varia rispetto al suo valore nel vuoto (µ = µ0 = 4π10-7 H/m);
  • il campo magnetico esterno di induzione B0, alla frequenza f, genera per induzione e.m. un campo elettrico interno ai tessuti, alla stessa frequenza f, di intensità proporzionale ad f;
  • il campo elettrico esterno E0, alla frequenza f, genera un campo elettrico interno ai tessuti alla stessa frequenza f ridotto di un fattore εr;
i due campi elettrici interni danno luogo a densità di corrente J esprimibili attraverso le seguenti espressioni:
J = K f E0 [A/m2] (densità di corrente prodotta dal campo elettrico E0)
J = σ π r f B0 [A/m2] (densità di corrente prodotta dall’induzione esterna B0)
essendo K un fattore di forma espresso in [S/Hz] m e r il raggio della “spira” con la quale si concatena il flusso di induzione B0.
A titolo di esempio assumendo una conducibilità media per tutti i tessuti pari a 0,1 S/m, gli ordini di grandezza dei campi elettrici interni Ei e delle corrispondenti densità di corrente Ji indotti nella testa e nel tronco di un uomo, dai campi esterni imperturbati E0 = 1 kV/m e B0 = 1µT, alla frequenza di 50 Hz sono riportati in tabella.

 

Campo esterno
imperturbato
Volume piccolo
assimilabile alla testa di un uomo
Volume medio
assimilabile al tronco di un uomo
  Ei (μV/m) Ji (μA/m2) Ei (μV/m) Ji (μA/m2)
E0 = 1 kV/m 500 50 1500 150
B0 = 1µT 15 1.5 50 5

 

Campi elettrici interni e densità di correnti indotte generati dai corrispondenti campi esterni sulla testa e sul tronco di un uomo. Per confronto, le densità di correnti fisiologiche sono dell’ordine dei mA/m2. In figura 6 sono schematicamente riportate le correnti indotte che si stabiliscono all’interno del tessuto quando è sottoposto all’azione di un campo elettrico (a) e magnetico (b).

FIGURA 6 Esempio di meccanismo d’interazione a bassa frequenza dove prevalgono fenomeni di generazione di correnti indotte da parte dei campi elettrici e magnetici nei tessuti

In questa breve descrizione, abbiamo poco accennato a tutta una serie di fenomeni di interazione che non mettono in gioco rilevanti densità di corrente e altri fenomeni cosiddetti “atermici”. Tali fenomeni riguardano interazioni con campi elettromagnetici a bassa intensità che però producono effetti biologici quali cambiamenti di potenziali delle membrane cellulari, forzano alcuni flussi ionici, orientano proteine e cellule, solo per citare alcuni effetti.

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