برهمکنش بافت¬های بیولوژیکی و امواج الکترومغناطیسی فرکانس پایین
محورهای موضوعی : مهندسی مخابرات
1 - عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی
کلید واژه: میدان¬های الکتریکی, میدان¬های مغناطیسی, اثرات بیولوژیکی, فرکانس پایین,
چکیده مقاله :
بررسی اثرات بیولوژیکی میدانهای الکترومغناطیسی یک موضوع جذاب برای محققین در سرتاسر دنیا میباشد. باند فرکانسی امواج فرکانس خیلی پایین، صفر تا 30 کیلوهرتز میباشد که برای زندگی انسان بسیار پرکاربرد و مفید است. در این مقاله تلاش میشود اثرات بیولوژیکی حاصل از امواج فرکانس پایین 50 و60 هرتز روی بافتهای بیولوژیکی موجودات زنده بررسی شود. این منابع شامل کامپیوتر، ریشتراش، سشوار و سایر وسایل الکترونیکی و همچنین برخی سیستم ها و تجهیزات مانند خطوط انتقال ولتاژ نیز از منابع فرکانس پایین میباشند. این آثار شامل اثرات گرمایی و غیرگرمایی است که خود به مسائلی مانند اثر بر تشکیل میکرونوکلئوس، اثر بر کروموزوم، فعالیت آنزیم، تکثیر سلول، سرطان خون، اثر روی حافظه و یادگیری، شکسته شدن DNA و اثر روی سیستم عصبی میپردازد. برخی استاندارهای مجاز تابش نیز مانند IEEEو ICNIRP معرفی شده است. همچنین مقادیر استاندارد و نکات پیشگیرانه برای حفاظت در مقابل این امواج و حفظ سلامت انسان بیان شده است.
Studing biological effects of electromagnetic fields is an attractive subject for researchers all of the world. The extremely low frequency fields frequency band (0-3KHz) is very applicable in the human life because of its benefits and utilizations. In this paper it is tried to investigate the biological effects of extremely low frequency fields (50/60 Hz) on biological effects of electromagnetic fields. It is due to computers, shavers, TVs, hair dryers and other low frequency devices. Some systems and equipment such as high voltage transmission lines are extremely low frequency fields sources too. The effects of these sources are divided into thermal and non-thermal which in turn focus on micronucleus formation, DNA strand, chromosome effects, enzyme activity, cell proliferation, leukemia, effects on memory and learning, brain tumor and effects on nervous system. Some exposure standard limits are introduced from IEEE and ICNIRP. Also, standard values and protection for human safety against extremely low frequency fields are proposed.
[1] F. S. Alqurashi, A. Trichili, N. Saeed, B. S. Ooi, and M.-S. Alouini, “Maritime Communications: A Survey on Enabling Technologies, Opportunities, and Challenges,” IEEE Internet of Things Journal, pp. 1–1, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/jiot.2022.3219674.
[2] H. Aliyari, H. Sahraei, S. Gholabi, M.B. Menhaj, M. Kazemi, and Seyed Hossein Hosseinian, “The Effect of Electrical Fields From High-voltage Transmission Line on Cognitive, Biological, and Anatomical Changes in Male Rhesus macaque Monkeys Using MRI: A Case Report Study,” Basic and clinical neuroscience, vol. 13, no. 4, pp. 433–442, Jul. 2022, doi: https://doi.org/10.32598/bcn.2021.1340.3.
[3] Asaad Shemshadi and Pourya Khorampour, “Novel Electric Field Exposure Control Methods for Multi-Story Buldings Installed in Vicinity of High-Voltage Apparatus Using FEM,” ASEAN Engineering Journal, vol. 11, no. 4, pp. 179–203, Oct. 2021, doi: https://doi.org/10.11113/aej.v11.17872.
[4] X. Zhang, “Magnetic Field Parameters and Biological Sample Differences That Lead to Differential Bioeffects,” pp. 1–30, Jan. 2023, doi: https://doi.org/10.1007/978-981-19-8869-1_1
[5] P. Stavroulakis, Biological Effects of Electromagnetic Fields. Springer Science & Business Media, 2013.
[6] M. Feychting, A. Ahlbom, and L. Kheifets, “EMF AND HEALTH,” Annual Review of Public Health, vol. 26, no. 1, pp. 165–189, Apr. 2005, doi: https://doi.org/10.1146/annurev.publhealth.26.021304.144445.
[7] G. Vianale, M. Reale, P. Amerio, M. Stefanachi, S. Di Luzio, and R. Muraro, “Extremely low frequency electromagnetic field enhances human keratinocyte cell growth and decreases proinflammatory chemokine production,” British Journal of Dermatology, vol. 158, no. 6, pp. 1189–1196, Jun. 2008, doi: https://doi.org/10.1111/j.1365-2133.2008.08540.x.
[8] C. D’Angelo, E. Costantini, M. A. Kamal, and M. Reale, “Experimental model for ELF-EMF exposure: Concern for human health,” Saudi Journal of Biological Sciences, vol. 22, no. 1, pp. 75–84, Jan. 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2014.07.006.
[9] D. Belpomme, L. Hardell, I. Belyaev, E. Burgio, and D. O. Carpenter, “Thermal and non-thermal health effects of low intensity non-ionizing radiation: An international perspective,” Environmental Pollution, vol. 242, pp. 643–658, Nov. 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.07.019.
[10] A. Lak, “Evaluation of Biological Effects of Extremely Low Frequency Fields on human body,” The national conference of electrical engineering and computer science of south of Iran, April 2013.
[11] A. Lak and Homayoon Oraizi, “Evaluation of SAR Distribution in Six-Layer Human Head Model,” International Journal of Antennas and Propagation, vol. 2013, pp. 1–8, Jan. 2013, doi: https://doi.org/10.1155/2013/580872.
[12] M. Biesuz, T. Saunders, D. Ke, M. J. Reece, C. Hu, and S. Grasso, “A review of electromagnetic processing of materials (EPM): Heating, sintering, joining and forming,” Journal of Materials Science & Technology, vol. 69, pp. 239–272, Apr. 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.06.049.
[13] C. J. Hu and F. S. Barnes, “A simplified theory of pearl chain effects,” Radiation and Environmental Biophysics, vol. 12, no. 1, pp. 71–76, Jun. 1975, doi: https://doi.org/10.1007/bf02339811.
[14] http://www.environmentalhealth.ir
[15] http://www.radiologyandphysicalmedicine.es
[16] R. Y. Habash, Electromagnetic radiation and safety, Taylor & Francis Group, 2018.
[17] WHO Magnetic fields, Environmental health criteria, Genova, World Health Orgenization, 1987.
[18] Per Lövsund, P. Öberg, G. Nilsson, and T. Reuter, “Magnetophosphenes: a quantitative analysis of thresholds,” Medical & Biological Engineering & Computing, vol. 18, no. 3, pp. 326–334, May 1980, doi: https://doi.org/10.1007/bf02443387.
[19] J. Patrick Reilly, Applied Bioelectricity. Springer Science & Business Media, 2012.
[20] T. Wessapan, P. Rattanadecho, N. Somsuk, M. Yamfang, M. Guptasa, and P. Montienthong, “Thermal Effects of Electromagnetic Energy on Skin in Contact with Metal: A Numerical Analysis,” Energies, vol. 16, no. 16, p. 5925, Jan. 2023, doi: https://doi.org/10.3390/en16165925.
[21] Hye Sun Kim et al., “Effect of Exposure to a Radiofrequency Electromagnetic Field on Body Temperature in Anesthetized and Non‐Anesthetized Rats,” Bioelectromagnetics, vol. 41, no. 2, pp. 104–112, Dec. 2019, doi: https://doi.org/10.1002/bem.22236.
[22] ICNIRP Guidelines for limiting exposure to time varying electric, magnetic and electromagnetic fields(up to 300GHz), 2020.
[23] ICNIRP General approach to protection against non-ionizing radiation, Health physics, 2002.
[24] R. Torchio, A. Arduino, Luca Zilberti, and Oriano Bottauscio, “A fast tool for the parametric analysis of human body exposed to LF electromagnetic fields in biomedical applications,” Computer Methods and Programs in Biomedicine, vol. 214, pp. 106543–106543, Feb. 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2021.106543.
[25] J. Malmivuo and R. Plonsey, Bioelectromagnetism : principles and applications of bioelectric and biomagnetic fields. New York, N.Y. ; Oxford: Oxford University Press, 2002.
[26] Y. Jiao, F. Cao, and H. Liu, “Radiation-induced Cell Death and Its Mechanisms,” Health Physics, vol. 123, no. 5, pp. 376–386, Sep. 2022, doi: https://doi.org/10.1097/hp.0000000000001601.
[27] H. Lai and B. B. Levitt, “Cellular and molecular effects of non-ionizing electromagnetic fields,” Reviews on Environmental Health, vol. 0, no. 0, Apr. 2023, doi: https://doi.org/10.1515/reveh-2023-0023.
[28] J B. Little, “Cellular, Molecular, and Carcinogenic Effects of Radiation,” Hematology/Oncology Clinics of North America, vol. 7, no. 2, pp. 337–352, Apr. 1993, doi: https://doi.org/10.1016/s0889-8588(18)30244-2.
[29] C. T. Mihai, P. Rotinberg, F. Brinza, and G. Vochita, “Extremely low-frequency electromagnetic fields cause DNA strand breaks in normal cells,” Journal of Environmental Health Science and Engineering, vol. 12, p. 15, Jan. 2014, doi: https://doi.org/10.1186/2052-336X-12-15.
[30] A. M. Khalil and W. Qassem, “Cytogenetic effects of pulsing electromagnetic field of human lymphocytes in vitro: chromosome aberrations, sister-chromatid exchanges and cell kinetics,” Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, vol. 247, no. 1, pp. 141–146, Mar. 1991, doi: https://doi.org/10.1016/0027-5107(91)90041-l.
[31] Junji Miyakoshi, M. Yoshida, K. Shibuya, and M. Hiraoka, “Exposure to Strong Magnetic Fields at Power Frequency Potentiates X-ray-induced DNA Strand Breaks,” vol. 41, no. 3, pp. 293–302, Sep. 2000, doi: https://doi.org/10.1269/jrr.41.293.
[32] H. C. Lai and N. P. Singh, “Medical applications of electromagnetic fields,” IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 10, p. 012006, Apr. 2010, doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/10/1/012006.
[33] A. Karimi, Farzaneh Ghadiri Moghaddam, and Masoumeh Valipour, “Insights in the biology of extremely low-frequency magnetic fields exposure on human health,” Molecular Biology Reports, vol. 47, no. 7, pp. 5621–5633, Jun. 2020, doi: https://doi.org/10.1007/s11033-020-05563-8.
[34] R. Zendehdel, I. J. Yu, B. Hajipour-Verdom, and Z. Panjali, “DNA effects of low level occupational exposure to extremely low frequency electromagnetic fields (50/60 Hz),” Toxicology and Industrial Health, vol. 35, no. 6, pp. 424–430, May 2019, doi: https://doi.org/10.1177/0748233719851697.
[35] A. Antonopoulos, B. Yang, A. Stamm, W.-D. . Heller, and G. Obe, “Cytological effects of 50 Hz electromagnetic fields on human lymphocytes in vitro,” Mutation Research Letters, vol. 346, no. 3, pp. 151–157, Mar. 1995, doi: https://doi.org/10.1016/0165-7992(95)90047-0.
[36] H. Yaguchi, M. Yoshida, G. R. Ding, K Shingu, and J Miyakoshi, “Increased chromatid-type chromosomal aberrations in mouse m5S cells exposed to power-line frequency magnetic fields,” International Journal of Radiation Biology, vol. 76, no. 12, pp. 1677–1684, Jan. 2000, doi: https://doi.org/10.1080/09553000050201172.
[37] H. Yaguchi, M. Yoshida, Yosuke Ejima, and Junji Miyakoshi, “Effect of high-density extremely low frequency magnetic field on sister chromatid exchanges in mouse m5S cells,” vol. 440, no. 2, pp. 189–194, Apr. 1999, doi: https://doi.org/10.1016/s1383-5718(99)00027-3.
[38] I. Nordenson, Kjell Hansson Mild, G. Andersson, and M. Sandström, “Chromosomal aberrations in human amniotic cells after intermittent exposure to fifty hertz magnetic fields,” Bioelectromagnetics, vol. 15, no. 4, pp. 293–301, Jan. 1994, doi: https://doi.org/10.1002/bem.2250150404.
[39] وفایی راد م.، اثرآنتی اکسیدانتی ویتامین C در کاهش آسیب های کروموزومی القا شده توسط میدان الکترومغناطیسی با فرکانس پایین در اریتروسیت های مغز استخوان موش کوچک آزمایشگاهی، فصلنامه سلول و بافت، 1391.
[40] S. Koyama, T. Nakahara, K. Wake, M. Taki, Yasuhito Isozumi, and Junji Miyakoshi, “Effects of high frequency electromagnetic fields on micronucleus formation in CHO-K1 cells,” Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, vol. 541, no. 1–2, pp. 81–89, Nov. 2003, doi: https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2003.07.009.
[41] M. R. Scarfì et al., “50 Hz AC Sinusoidal Electric Fields Do Not Exert Genotoxic Effects (Micronucleus Formation) in Human Lymphocytes,” Radiation Research, vol. 135, no. 1, pp. 64–64, Jul. 1993, doi: https://doi.org/10.2307/3578397.
[42] M. Simkó, Ralf Kriehuber, and S. Lange, “Micronucleus formation in human amnion cells after exposure to 50 Hz MF applied horizontally and vertically,” Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, vol. 418, no. 2–3, pp. 101–111, Oct. 1998, doi: https://doi.org/10.1016/s1383-5718(98)00116-8.
[43] E. Saalman, Agneta Önfelt, and B. Gillstedt-Hedman, “Lack of c-mitotic effects in V79 Chinese hamster cells exposed to 50 Hz magnetic fields,” Bioelectrochemistry and Bioenergetics, vol. 26, no. 2, pp. 335–338, Oct. 1991, doi: https://doi.org/10.1016/0302-4598(91)80034-z.
[44] M. R. Scarfi, M. B. Lioi, O. Zeni, M Della Noce, C. Franceschi, and F. Bersani, “Micronucleus frequency and cell proliferation in human lymphocytes exposed to 50 Hz sinusoidal magnetic fields,” Health Physics, , vol. 76, no. 3, pp. 244–250, Mar. 1999, doi: https://doi.org/10.1097/00004032-199903000-00005.
[45] Y. Cho, “The effect of extremely low frequency electromagnetic fields (ELF-EMF) on the frequency of micronuclei and sister chromatid exchange in human lymphocytes induced by benzo(a)pyrene,” Toxicology Letters, vol. 143, no. 1, pp. 37–44, Jun. 2003, doi: https://doi.org/10.1016/s0378-4274(03)00111-5.
[46] Y. Cho, “The effect of extremely low frequency electromagnetic fields (ELF-EMF) on the frequency of micronuclei and sister chromatid exchange in human lymphocytes induced by benzo(a)pyrene,” Toxicology Letters, vol. 143, no. 1, pp. 37–44, Jun. 2003, doi: https://doi.org/10.1016/s0378-4274(03)00111-5.
[47] M. Martínez, A. Úbeda, J. Moreno, and M. Trillo, “Power Frequency Magnetic Fields Affect the p38 MAPK-Mediated Regulation of NB69 Cell Proliferation Implication of Free Radicals,” International Journal of Molecular Sciences, vol. 17, no. 4, pp. 510–510, Apr. 2016, doi: https://doi.org/10.3390/ijms17040510.
[48] M. Barati et al., “Cellular stress response to extremely low‐frequency electromagnetic fields (ELF‐EMF): An explanation for controversial effects of ELF‐EMF on apoptosis,” Cell Proliferation, Nov. 2021, doi: https://doi.org/10.1111/cpr.13154.
[49] J. Schimmelpfeng and H Dertinger, “Action of a 50 Hz magnetic field on proliferation of cells in culture, ” Bioelectromagnetics 18:177–183.1997, https://doi.org/10.1002/(sici)1521186x(1997)18:2<177::aid-bem11>3.0.co;2-o.
[50] S. Kwee and P. Raskmark, “Changes in cell proliferation due to environmental non-ionizing radiation 1. ELF electromagnetic fields,” Bioelectrochemistry and Bioenergetics, vol. 36, no. 2, pp. 109–114, Mar. 1995, doi: https://doi.org/10.1016/0302-4598(94)01760-x.
[51] R. P. Liburdy, T. R. Sloma, R. Sokolic, and P. Yaswen, “ELF magnetic fields, breast cancer, and melatonin: 60 Hz fields block melatonin’s oncostatic action on ER+breast cancer cell proliferation,” Journal of Pineal Research, vol. 14, no. 2, pp. 89–97, Mar. 1993, doi: https://doi.org/10.1111/j.1600079x.1993.tb00491.x.
[52] J.D. Harland, R.P. Liburdy, “Environmental magnetic fields inhibit the antiproliferative action of tamoxifen and melatonin in a human breast cancer cell line,” Bioelectromagnetics,1997.https://doi.org/10.1002/(sici)1521-186x(1997)18:8<555::aid-bem4>3.0.co;2-1.
[53] F. Bersani, Electricity and Magnetism in Biology and Medicine. Boston, MA: Springer US, 1999.
B. Selmaoui, A. Bogdan, A. Auzeby, J. Lambrozo and Y. Touitou, “Acute exposure to 50 Hz magnetic field does not affect hematologic or immunologic functions in healthy young men: a circadian study,” Bioelectromagnetics. 1996. doi: 10.1002/(SICI)1521-186X(1996)17:5<364::AID-BEM3>3.0.CO;2-1.
L. Bonhomme-Faivre, S. Marion, F. Forestier, R. Santini, and H. Auclair, “Effects of Electromagnetic Fields on the Immune Systems of Occupationally Exposed Humans and Mice,” Archives of Environmental Health: An International Journal, vol. 58, no. 11, pp. 712–717, Nov. 2003, doi: https://doi.org/10.3200/aeoh.58.11.712-717.
[54] F. Brisdelli, F. Bennato, A. Bozzi, B. Cinque, F. Mancini, and R. Iorio, “ELF-MF attenuates quercetin-induced apoptosis in K562 cells through modulating the expression of Bcl-2 family proteins,” Molecular and Cellular Biochemistry, vol. 397, no. 1–2, pp. 33–43, Aug. 2014, doi: https://doi.org/10.1007/s11010-014-2169-1.
[55] M. Barati et al., “Cellular stress response to extremely low‐frequency electromagnetic fields (ELF‐EMF): An explanation for controversial effects of ELF‐EMF on apoptosis,” Cell Proliferation, Nov. 2021, doi: https://doi.org/10.1111/cpr.13154.
[56] S. Dasdag, C. Sert, Z. Akdag, and S. Batun, “Effects of extremely low frequency electromagnetic fields on hematologic and immunologic parameters in welders,” Archives of Medical Research, vol. 33, no. 1, pp. 29–32, 2002, doi: https://doi.org/10.1016/s0188-4409(01)00337-x.
[57] T. A. Litovitz, D. Krause, M. Penafiel, E. C. Elson, and J. M. Mullins, “The role of coherence time in the effect of microwaves on ornithine decarboxylase activity,” Bioelectromagnetics, vol. 14, no. 5, pp. 395–403, Jan. 1993, doi: https://doi.org/10.1002/bem.2250140502.
[58] A. Morelli, S. Ravera, I. Panfoli, and I. M. Pepe, “Effects of extremely low frequency electromagnetic fields on membrane-associated enzymes,” Archives of Biochemistry and Biophysics, vol. 441, no. 2, pp. 191–198, Sep. 2005, doi: https://doi.org/10.1016/j.abb.2005.07.011.
[59] A. Wasak, R. Drozd, D. Jankowiak, and R. Rakoczy, “Rotating magnetic field as tool for enhancing enzymes properties - laccase case study,” Scientific Reports, vol. 9, no. 1, Mar. 2019, doi: https://doi.org/10.1038/s41598-019-39198-y.
[60] گل محمدی ع.، هندبوک ایمنی در برق ، انتشارات گل محمدی، 1394.
[61] نوشاد ب. ، ایمنی در برق، انتشارات علم آفرین، 1390.
[62] https://www.irpa.net/
[63] M. Garfinkel, S. Hosler, M. Roberts, J. Vogt, C. Whelan, and E. Minor, “Balancing the management of powerline right-of-way corridors for humans and nature,” Journal of Environmental Management, vol. 330, pp. 117175–117175, Mar. 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.117175.
[64] https://www.icnirp.org
[65] https://standards.ieee.org
[66] H. Tian et al., “System-level biological effects of extremely low-frequency electromagnetic fields: an in vivo experimental review,” Frontiers in Neuroscience, vol. 17, Oct. 2023, doi: https://doi.org/10.3389/fnins.2023.1247021.
[67] www.safety.rochester.edu
[68] https://www.cdc.gov
[69] C. Carles et al., “Residential proximity to power lines and risk of brain tumor in the general population,” Environmental Research, vol. 185, p. 109473, Jun. 2020, https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109473.
[70] C. Malagoli et al., “Residential exposure to magnetic fields from high-voltage power lines and risk of childhood leukemia,” Environmental Research, vol. 232, pp. 116320–116320, Sep. 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.116320.
[71] C. Brabant, A. Geerinck, C. Beaudart, E. Tirelli, C. Geuzaine, and O. Bruyère, “Exposure to magnetic fields and childhood leukemia: a systematic review and meta-analysis of case-control and cohort studies,” Reviews on Environmental Health, vol. 38, no. 2, pp. 229–253, Mar. 2022, doi: https://doi.org/10.1515/reveh-2021-0112.
[72] الف. تكيه، و همکاران، بررسی اثر میدانهای الکترومغناطیس با فرکانس بسیار پایین بر یادگیری و حافظه بینایی و ساختار آناتومیکی مغز در میمون¬های رزوس نر، دو ماهنامه طب جنوب، 1397.
[73] H. Abkhezr, Sh. Babri, M. Farid-Habibi, F. Farajdokht and S. Sadigh Eteghad, , “Effect of prenatal exposure to stress and extremely lowfrequency electromagnetic field on hippocampal and serum BDNF levels in male adult rat offspring,” Iranian Journal of Basic Medical Sciences, 2024. doi: https://dx.doi.org/10.22038/IJBMS.2024.75459.16357.
[74] R. Eskandani and M. I. Zibaii, “Unveiling the biological effects of radio-frequency and extremely-low frequency electromagnetic fields on the central nervous system performance,” Bioimpacts. 2024. doi: 10.34172/bi.2023.30064
Interaction between biological tissues and extremely low frequency fields/ Lak
Interaction between biological tissues and extremely low frequency fields
Asmae Lak1*
1Department of Electrical Engineering, Boushehr Branch, Islamic Azad University, Boushehr, Iran
Abstract: Studing biological effects of electromagnetic fields is an attractive subject for researchers all of the world. The extremely low frequency fields frequency band (0-3KHz) is very applicable in the human life because of its benefits and utilizations. In this paper it is tried to investigate the biological effects of extremely low frequency fields (50/60 Hz) on biological effects of electromagnetic fields. It is due to computers, shavers, TVs, hair dryers and other low frequency devices. Some systems and equipment such as high voltage transmission lines are extremely low frequency fields sources too. The effects of these sources are divided into thermal and non-thermal which in turn focus on micronucleus formation, DNA strand, chromosome effects, enzyme activity, cell proliferation, leukemia, effects on memory and learning, brain tumor and effects on nervous system. Some exposure standard limits are introduced from IEEE and ICNIRP. Also, standard values and protection for human safety against extremely low frequency fields are proposed.
Keywords: Electric Fields, Magnetic Fields, Biological Effects, Extremely Low Frequency.
JCDSA, Vol. 2, No. 6, Summer 2024 | Online ISSN: 2981-1295 | Journal Homepage: https://sanad.iau.ir/en/Journal/jcdsa |
Received: 2024-08-16 | Accepted: 2024-09-17 | Published: 2024-09-22 |
CITATION | Lak, A., " Interaction between biological tissues and extremely low frequency fields ", Journal of Circuits, Data and Systems Analysis (JCDSA), Vol. 2, No. 6, pp. 50-62, 2024. DOI: 00.00000/0000 | |
COPYRIGHTS
| ©2024 by the authors. Published by the Islamic Azad University Shiraz Branch. This article is an open-access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) | |
* Corresponding author
Extended Abstract
Introduction
Todays the electronic devices which are extremely low frequency fields sources have important role in human life. On the other hand, users are concern about the biological effects of extremely low frequency fields sources. the most extremely low frequency fields sources work at 50/60hz. so nearby all of electronic devices around us operate in these frequencies. the effects of extremely low frequency fields divide into thermal and non-thermal effects. the extremely low frequency fields is in non-ionization group. Thermal effects are in two kinds: dielectric thermal and induced thermal. Because of importance of the probable biological effects, the researchers the entire world tries to find these effects. Also the standard institutes provide the limited exposure values to protect human from the extremely low frequency fields sources. in this paper it is tried to investigate the biological effects of extremely low frequency fields on living beings tissues (50/60 Hz) for example computers, shavers, TVs, hair dryers and other low frequency devices. Some systems and equipment such as high voltage transmission lines are extremely low frequency fields sources too. Some of the biological effects are micronucleus formation, DNA strand, chromosome effects, enzyme activity, cell proliferation, leukemia, effects on memory and learning, brain tumor and effects on nervous system. Some exposure standard limits are introduced from IEEE and ICNIRP standards to human safety and protection from extremely low frequency fields sources and vdts. also to protect to extremely low frequency fields probable hazard some cases is proposed.
Methodology
The main method in this research is systematic review of biological effects of fields and their mechanism from about 80 researches. In this paper the collections of the mechanisms and probable effects of extremely low frequency fields fields on human body are provided. The information from the researches has been investigated from the thermal or nonthermal effects, cellular or organ and other divisions points of view. So the data are analyzed from 1974 to 2024. To classify the effects some of the effects the thesis, papers, sites and related book chapters were studied. For standard value limitations two guideline was perused; IEEE and ICNIRP. In the extremely low frequency fields field band the parameter which surveyed are Electric and Magnetic density. thus, in this paper some of value standard for extremely low frequency fields exposure are presented from the references.
Results and discussion
To find the biological effects of extremely low frequency fields on living being systems, many researches are studied. The in vivo and in vitro experiments show that the biological effects are micronucleus formation, single and double DNA strand, chromosome effects, enzyme activity, cell proliferation, leukemia, effects on memory and learning, brain tumor and effects on nervous system. Table 1 shows the summery of threshold of effects in mA/m2 at 3-300Hz. For I
1000 mA/m2 ventricular contractions and health hazards may be happen. Because of dielectric properties of body tissues, they can interact with them. Study on cellular level shows that micronucleus formation, DNA strand, chromosome effects, enzyme activity and cell proliferation are the biological effects at power frequency fields. The indirect effects of extremely low frequency fields fields are in Table 2. Electric shock is one of the e effects. Table 4 shows the reference values of ICNIRP standards for public and occupational environments at 50Hz for Electric and Magnetic mass density. Also the other effects i.e. leukemia, effects on memory and learning, brain tumor and effects on nervous system are reported. Also to reduce the biological effects of extremely low frequency fields some points should be observed. For example the fence around the sources should be provided and respect the distance from powerlines and the other mentioned in the paper.
Conclusion
By the growing of use of electronic devices and the facilities of it in the human life and on the other hand biological effects of them (because they are electromagnetic fields sources) which mentioned in this paper, the investigations and evaluations for reduction of these field sources effects or remove them is inevitable. However, by consideration of the protective points and limited exposure values which proposed in the paper we can reduce the probable biological effects from extremely low frequency fields. In is essential that biologists and engineers should work with each other tightly and jointly to study the health aspects and engineering aspects and detect the thresholds of dangers carefully. Also the thresholds of dangers or limited standard values should be notified to the people to guarantee the public health, care from themselves and reduction of biological effects.
برهمکنش بافتهای بیولوژیکی و امواج الکترومغناطیسی فرکانس پایین
اسما لک1*
1- گروه مهندسی برق، واحد بوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران (lak.asmae@gmail.com)
چکیده: بررسی اثرات بیولوژیکی میدانهای الکترومغناطیسی یک موضوع جذاب برای محققین در سرتاسر دنیا میباشد. باند فرکانسی امواج فرکانس خیلی پایین، صفر تا 30 کیلوهرتز میباشد که برای زندگی انسان بسیار پرکاربرد و مفید است. در این مقاله تلاش میشود اثرات بیولوژیکی حاصل از امواج فرکانس پایین 50 و60 هرتز روی بافتهای بیولوژیکی موجودات زنده بررسی شود. این منابع شامل کامپیوتر، ریشتراش، سشوار و سایر وسایل الکترونیکی و همچنین برخی سیستم ها و تجهیزات مانند خطوط انتقال ولتاژ نیز از منابع فرکانس پایین میباشند. این آثار شامل اثرات گرمایی و غیرگرمایی است که خود به مسائلی مانند اثر بر تشکیل میکرونوکلئوس، اثر بر کروموزوم، فعالیت آنزیم، تکثیر سلول، سرطان خون، اثر روی حافظه و یادگیری، شکسته شدن DNA و اثر روی سیستم عصبی میپردازد. برخی استاندارهای مجاز تابش نیز مانند IEEEو ICNIRP معرفی شده است. همچنین مقادیر استاندارد و نکات پیشگیرانه برای حفاظت در مقابل این امواج و حفظ سلامت انسان بیان شده است.
واژه های کلیدی: میدانهای الکتریکی، میدانهای مغناطیسی، اثرات بیولوژیکی، فرکانس پایین
DOI: 00.00000/0000 |
| نوع مقاله: پژوهشی |
تاریخ چاپ مقاله: 28/06/1403 | تاریخ پذیرش مقاله: 27/06/1403 | تاریخ ارسال مقاله: 26/05/1403 |
1- مقدمه
امروزه، استفاده از ابزاری که در آنها منابع تشعشع میدانهای الکترومغناطیسی وجود دارد، نقش مهمی در زندگی بشر دارد. اما همزمان با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از این ابزارها نگرانیهایی نیز برای کاربران به جهت تاثیر این امواج بر سلامتی آنها به وجود آمده است. از حدود صد سال پیش ابتدا خطوط انتقال توان و سپس دستگاههای الکترونیکی پرکاربرد در منازل و محیط کار مانند بخاری برقی، تلویزیون، جاروبرقی، کامپیوتر و خشککنندهها در فرکانسهای 60/50 هرتز استفاده شده و کار میکنند. این فرکانسها جزء طیف امواج فرکانس خیلی پایین1 (شکل (1)) هستند. با گسترش صنعت برق اهمیت میدانهای حاصل از این ابزار و سیستمها در مقایسه با میدانهای داخلی طبیعی بدن بیشتر شده است. اندامهای بدن دارای جریانهای داخلی و به تبع آن میدانهای داخلی هستند که نقش کلیدی در مکانیزمهای پیچیده کنترل فیزیکی، فعالیتهای عصبی، رشد بافتها و ترمیم آنها میباشد، لذا بررسی اثرات این میدانهای خارجی باید بیشتر مطالعه شود. خطوط انتقال توان حاوی جریان الکتریکی هستند که این جریانها، میدانهایی را در اطراف خطوط ایجاد میکنند. میدانهای ایجاد شده میتوانند در بدن انسان وارد شده و آثار بیولوژیکی ایجاد کنند. شکل (2) میدانهای ایجاد شده حاصل از خطوط توان در بدن انسان را نشان میدهد. افراد ساکن و افراد شاغل در مکانهایی که با منابع تشعشع مانند خطوط انتقال سر و کار دارند، مرتباً تحت تابش میدانهای الکترومغناطیسی فرکانس پایین هستند. بنابراین باید برای حفظ سلامتی آنها بررسیهای لازم صورت گرفته و استانداردهای پرتوگیری را رعایت نمود [2، 3]. شکل (3) نیز برهمکنش بین میدانهای داخلی و خارجی بدن انسان را نشان میدهد. مطالعات زیادی برای بررسی میزان اثرات مثبت و منفی امواج الکترومغناطیسی بر بدن موجودات زنده به صورت اپیدمیولوژیکی، جانوری در شرایط طبیعی (بافت زنده) و مصنوعی (در آزمایشگاه)، پزشکی، شغلی و .... انجام شده است [4-8]. اثر میدانهای الکترومغناطیسی بر موجودات زنده بر اساس القای بارهای الکتریکی و در نتیجهی آن جریانهای الکتریکی در موجودات تحت تابش است که شامل اثرات گرمایی و غیرگرمایی است [9]. اثرات غیرگرمایی غالباً اثرات تحریک الکتریکی نامیده میشود و شامل تحریک عصبها و بافتهای عضلانی است که از طریق جریانهای الکتریکی القا شده در موجود تحت تابش به وجود میآیند و به مقدار جریان و فرکانس و مدت زمان تابش بستگی دارد [10، 11]. اثرات نسبتاً بزرگتر، در فرکانسهای پایینتر و اثرات نسبتاً کمتر در فرکانسهای بالاتر مشاهده میشود. در فرکانسهای بالاتر از حدود چندین کیلوهرتز اثر تحریک با فرکانس رابطه عکس دارد. اثرات گرمایی با تبدیل میدان الکترومغناطیسی جذب شده در بدن موجودات زنده به گرما ایجاد میشوند. همچنین بسته به اینکه گرما از طریق میدان الکتریکی یا مغناطیسی ایجاد شده، گرمایش به دو نوع دی الکتریکی و القایی تقسیم میشود [12].
شکل (1): طیف امواج الکترومغناطیسی [1]
شکل (2): میدانهای الکتریکی و مغناطیسی حاصل از خطوط انتقال توان و تأثیر آن بر بدن انسان [3]
شکل (3): برهمکنش بین میدانهای داخلی و خارجی بدن انسان
شکل(4): اثر زنجیره به صف در آمده [13]
شکل (5): طیف امواج یونساز و غیر یونساز [15]
گرمایش دیالکتریکی، گرمایی است که وقتی ماده عایق در میدان الکتریکی متغیر با زمان قرار میگیرد به دلیل خواص دیالکتریکی تلفاتی خود بهدست میآورد و در فرکانسهای نسبتاً پایین (کیلوهرتز و مگاهرتز) رخ میدهد. گرمایش القایی، گرمایی است که در یک ماده رسانا با ایجاد جریان گردابی در ماده، هنگامی که در میدان مغناطیسی متغیر با زمان قرار داده میشود به وجود میآید و در فرکانسهای بالاتر از رادیوفرکانسی تا ماکروویو هم ایجاد میشود [11]. اثرپذیری بدن انسان از میدانها از آنجا ناشی میشود که بسیاری از ذرات غوطهور در محیط مایع تحت تابش یک میدان الکتریکی به کار رفته به صف در میآیند و یک زنجیره تشکیل میدهند که همراستا با میدان الکتریکی خواهد بود. شکل (4) زنجیره بهصف در آمده بسته به فرکانس میدان بهکار رفته، دارای تأخیر زمانی است و میتواند زمانی اتفاق بیافتد که شدت میدان از یک مقدار کمینه بیشتر باشد. پدیده چرخش سلول، وقتی در یک میدان پلاریزه شده دایروی قرار گرفته نیز مشاهده شده است [13]. تحریکات الکتریکی و اثرات غیر گرمایی در فرکانسهای پایین، بزرگ هستند و با افزایش فرکانس، کاهش مییابند. پرتوها به طور کلی به دو دســته یونساز و غیریونساز تقسیم میشوند. پرتوهای یونساز با عبور از محیط، تولید ذرات باردار میکنند. منابع مولّد پرتوهای یونساز میتواند مانند پرتو X، حاصل از انرژی هستهای و زبالههای ساخت بشر باشد؛ یا میتواند مانند پرتوهای کیهانی حاصل از خورشید یا مواد رادیواکتیو پوسته زمین که به صورت ذره یا انرژی خالص بدون جرم و بار الکتریکی (پرتوهای الکترومغناطیسی) تابش میشوند، زمینه طبیعی داشته باشند. برای حفاظت در برابر پرتوهای یونساز به نحویکه اطمینان حاصل شود مقدار جذب شده به وسیله فرد بیش از حداکثر مجاز نبوده یا حداقل پرتوگیری ممکن باشد، سه عامل مدت زمان پرتوگیری، فاصله از منبع و حفاظت، مؤثر میباشد. پرتوهای غیریونساز بخشی از پرتوهای الکترومغناطیس هستند که انرژی آنها برای یونیزاسیون ماده کافی نمیباشد. طول موج این پرتوها بلندتر از 100 نانومتر میباشد. امواج با فرکانس کم، بسیار کم و بینهایت کم با طول موج از 1 کیلومتر تا بیش از 1000 کیلومتر جزء این پرتوها میباشند [14].
میدانهای فرکانس پایین توانایی آن را ندارند که باعث یونسازی شوند. انرژی این میدانها کمتر از آن است که بتواند پیوندهای شیمیایی را بشکند اما به خوبی محرز است که میدانهای الکترومغناطیسی بدون شکستن پیوند هم میتوانند اثرات بیولوژیکی تولید کنند. برای مثال انرژی اشعه X، 1000 الکترون ولت و انرژی فرکانس قدرت 13- 10 الکترون ولت میباشد. شکل (5) طیف امواج یونساز و غیر یونساز را نشان میدهد. به طور خلاصه، در فرکانسهای پایین، پرتوگیری از میدانهای الکترومغناطیسی میتواند تحریک الکتریکی ایجاد کند که آغازگر اثرات غیرگرمایی است. میدانهای الکتریکی میتوانند نیروهایی بر مولکولهای باردار و بدون بار یا ساختار سلولهای درون بدن موجود زنده وارد کنند. این نیروها باعث حرکت ذرات باردار، جهتگیری و شکستهشدن ساختمان سلولهای دو قطبی یا القای ولتاژ در غشای سلولی شود. میدانهای مغناطیسی میتوانند نیروهایی در میان ساختار سلولها ایجاد کنند ولی از آنجا که مواد بیولوژیکی اغلب غیرمغناطیسی هستند این نیروها ضعیف هستند [15، 16].
2- اثرات غیرگرمایی
3- اثرات گرمایی
میدان الکترومغناطیسی جذب شده در بدن موجود زنده به گرما تبدیل میشود و اثرات گرمایی را به وجود میآورد. اگر مقدار انرژی جذب شده گرمایی بیشتر از دمای نرمال سوخت و ساز بدن باشد مشکلات مهم بیولوژیکی بهوجود میآید [20]. اگر نرخ جذب ویژه میانگین کل بدن به 4 وات بر کیلوگرم برسد دمای درونی بدن افزایش مییابد. سطوح گرمایی کمتر از 4 وات بر کیلوگرم به عنوان یک مقدار ناچیز در نظر گرفته میشود که میتواند به آسانی به واسطه فعالیتهای طبیعی بدن مانند تعرق و افزایش گردش خون خنثی شود. برای اطمینان از حفظ سلامتی انسان، استاندارد ICNIRP هنگام تعیین محدودیتهای تابش شغلی مجاز، ضریبی به اندازه 1/0 لحاظ کرد. بنابراین میزان پرتوگیری مجاز انسان در مدت زمان 6 دقیقه در فرکانسهای 100 کیلوهرتز تا 10 گیگاهرتز 4/0 وات بر کیلوگرم میباشد [21]. برای ایجاد انرژی برابر با نرخ سوخت و ساز بدن انسان یعنی 1 وات بر کیلوگرم، یک میدان الکتریکی 107 تا 108 ولت بر متر یا میدان مغناطیسی 104 تا 105 تسلا مورد نیاز خواهد بود. به طور کلی شدت میدانهای الکتریکی تجربه شده توسط انسان تا چند ده ولت بر متر است. در حالیکه یک میدان «قوی» الکتریکی 107 ولت بر متر است. همچنین میدان مغناطیسی تجربه شده توسط انسانها تا چندین میکروتسلا است؛ در حالیکه یک میدان «قوی» مغناطیسی 10 تا 20 میکروتسلا است. همانطور که قبلاً اشاره شد در فرکانسهای پایینتر، پرتوگیری، آثار غیرگرمایی ایجاد میکند و در فرکانسهای بالاتر واکنش اصلی میدان الکترومغناطیسی با موجودات بیولوژیکی گرمایش بافتهاست [21-23].
جدول (1): خلاصه اثرات بیولوژیکی در فرکانسهای بین Hz 3-300
چگالی جریان (mA/m2) | اثرات | ||
1 | عدم اثر تصدیق شده | ||
10-1 | اثرات بیولوژیکی جزئی گزارش شده | ||
100-1 | احتمال ایجاد مگنتوفوسفن، اثر بر سیستم عصبی | ||
1000-100 | تغییر در تحریک پذیری سیستم عصبی مرکزی، آستانههای تحریک و احتمال آسیب سلامتی | ||
1000 | ضربان اضافی در قلب، انقباض بی نظم رشته های بطنی و احتمال آسیب سلامتی |
اثرات غیر مستقیم | آستانه جریان (Hz50/60) | آستانه جریان در (1kHz) | آستانه جریان در (kHz100) |
درک تماس | 2/0 تا 4/0 | 4/0 تا 8/0 | 25 تا 40 |
احساس درد | 9/0 تا 8/1 | 6/1 تا 3/3 | 33 تا 55 |
شوک دردناک | 8 تا 16 | 21 تا 24 | 112 تا 224 |
شوک شدید | 12 تا 23 | 12 تا 41 | 160 تا 320 |
جدول (3-الف): شدت میدان مغناطیسی فرکانس پایین در حریم راه و لبههای حریم راه
محل | شدت میدان در لبههای ROW |
فلوریدا | 150 میلی گوس(خطوط دو مداره 69 تا 230 کیلوولتی) 200 میلی گوس(خطوط تک مداره 500 کیلوولتی) |
نیویورک | 200 میلی گوس (خطوط بیشتر از 230 کیلوولتی) |
جدول (3-ب): شدت میدان الکتریکی فرکانس پایین در حریم راه و لبههای حریم راه
محل | شدت میدان در ROW | شدت میدان در لبههای ROW |
فلوریدا | 8 کیلو ولت بر متر(خطوط دو مداره 69 تا 230 کیلوولتی) 10 کیلوولت برمتر(خطوط تک مداره 500 کیلوولتی) | 2 کیلو ولت بر متر |
نیویورک | 8/11 کیلو ولت بر متر | 6/1 کیلو ولت بر متر |
جدول (4): مقادیر مرجع در ICNIRP (برای 50 هرتز)
مقادیر ICNIRP | شدت میدان الکتریکی | چگالی شارمغناطیسی |
تابشهای عمومی | 5000 ولت بر متر | 200 میکرو تسلا |
تابشهای شغلی | 10000 ولت بر متر | 1000 میکروتسلا |
جدول (5): مقایسه مقادیر مرجع برای میدانهای الکتریکی(kV/m)
محیط شغلی | استاندارد پیشنهادی | IEEE2000 | ICNIRP |
نرمال | 10 | 20 | 10 |
ویژه | 20 | 20 | 20 |
محیط عمومی | استاندارد پیشنهادی | IEEE2000 | ICNIRP |
نرمال | 5 | 5 | 5 |
ویژه | 10 | 10 | - |
[1] Extremely low frequency fields
[2] Comet Assay
[3] Antimitochondrial antibodies (AMA)
AMA یک آنتیبادی ضدسیتوپلاسمی و علیه لیپوپروتئین غشای میتوکندری است.
[4] Natural Killer
[5] مرگ سلولی، فرایند مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلول است که در جانداران پرسلولی به وقوع می‌پیوندد که اصطلاحاً آنرا خودکشی سلولی هم مینامند.
[6] Orithinin Decarboxylase
آنزیمی که نقش مهمی در تنظیم رشد سلول از طریق سنتز پلی آمینهای لازم برای سنتز پروتئینها و DNA دارد.
[7] Bioprocess
[8] Right of way
[9] International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP)
[10] Video Device Terminal
[11] (Glioma) توموری است که از رشد غیر‌قابل کنترل سلولهای گلیال ایجاد میشود.
جدول (6): خلاصهای از آثار امواج فرکانس پایین بررسی شده در پژوهش حاضر
شماره مرجع | بافت مورد آزمون | مشخصات میدان | اثر |
30 | مغز رت | 60 هرتز – 5/0 تا 1 میلی تسلا- 2 ساعت | شکسته شدن تک رشته ای DNA |
31 | تومور مغز انسان | 50 هرتز – 400 میلی تسلا- 30 دقیقه | شکسته شدن تک رشته ای DNA |
32 | مغز رت | 60 هرتز – 01/0 میلی تسلا- 24 ساعت | شکسته شدن تک رشته ای و دو رشتهای DNA |
34 | 29 انسان شاغل در نیروگاه برق | 50 هرتز – 85/0 میکرو تسلا | شکسته شدن DNA |
35 | لنفوسیت خون انسان | 50 هرتز – 05/1 میلی تسلا- 72 ساعت | ناهنجاری کروموزومی |
36 | سلول M5S | 50 هرتز – 400میلی تسلا- + اشعه X و میتومایسین C | ناهنجاری کروموزومی افزایش 3 برابری |
37 | سلولهای جنین انسان | 30 میکروتسلا – 72 ساعت | ناهنجاری کروموزومی افزایش 2 برابری |
42 | لنفوسیت خون انسان | 50 هرتز سینوسی – 5/0، 2، 5 و 10 کیلوولت بر متر + میتومایسین C | افزایش تشکیل میکرونوکلئوس |
43 |
| 50 هرتز – 8/0تا 1 میلی تسلا - 48 ساعت | افزایش تشکیل میکرونوکلئوس |
45 | لنفوسیت خون انسان | 60 هرتز – 8/0 میلی تسلا - 24 ساعت + بنزوپیرن | افزایش تشکیل میکرونوکلئوس |
47 | موش | 50 هرتز – 2 میلی تسلا- 1 ساعت | تغییرات در سلول فیبروبلاست |
48 | سلول AMA انسان | 50 هرتز – 0580 میکرو تسلا- 30 دقیقه | افزایش نرخ تکثیر سلول AMA |
49 | سلول MCF7 سرطان سینه | 60 هرتز –2/1 میکرو تسلا | کاهش اثر بازدارندگی ملاتونین در تکثیر سلول- کاهش توان تاموکسوفین در بازدارندگی از تکثیر سلول سرطانی |
52 | موش | 50 هرتز –1 و 10 میکرو تسلا- 30 روز | کاهش 40 درصدی تولید ملاتونین |
53 | کارکنان شاغل در پست | 50 هرتز – 2/0 تا 6/6 میکرو تسلا- 5 سال روزی 8 ساعت | کاهش تعداد لنفوسیت ها و CD4+ و CD3+ کاهش و NK افزایش |
54 | جوشکار (انسان) 20 تا 40 سال | 50 هرتز – 1/0 و 25/0میلی تسلا | کاهش تعداد لنفوسیت ها و CD4+ و CD8+ کاهش |
58 | غدد لنفاوی موش سلول L929 موش | 60هرتز – 10 میکرو تسلا 60 هرتز – 1 تا 100 میکرو تسلا | افزایش فعالیت ODC افزایش 2 برابری فعالیت ODC |
59 | آنزیم مرتبط با غشاء | 75 هرتز – 5/2 میلی تسلا | کاهش شدید فعالیت آنزیم |
60 | آنزیم لاکاز | 50 هرتز – 15 تا 5/18 میلی تسلا | کاهش فعالیت آنزیم |
70 | افراد ساکن در مجاورت و شاغل در خطوط انتقال | 60/50 هرتز- دائماً تحت پرتوگیری | تومور مغزی- گلومیا |
71 تا 73 | انسان | میدان بزرگتر از 3/0 تا 4/0 میکروتسلا | سرطان خون کودکان |
74 | میمون | 30 هرتز-7/0 میکروتسلا- 28 روز و روزی 2 ساعت | کاهش فرایند یادگیری و حافظه |
75 | رت | 50 هرتز-1 تا 2 میلی تسلا- 42 روز | نقص در یادگیری و حافظه |
76 | رت | 50 هرتز- 1 میلی تسلا- 28 روز و روزی 2 ساعت | کمک به نورونزایی هیپوکمپوس به همراه کم خونی مغزی و تأثیر بر شکاف گذرگاه سیگنالینگ در رتها |
76 | رت | 50 هرتز- 1 میلی تسلا- 6 روز و روزی 5/3 ساعت | کمک به بقای نورونهای تازه متولد شده و بهبود یادگیری و حافظه |
1-1- سرطان خون
در سال 2002 سازمان بهداشت جهانی1 گزارش کرد میدانهای بزرگتر از 3/0 یا 4/0 میکروتسلا باعث ایجاد سرطان خون کودکان میشود ]71[. در تحقیق دیگری یک بازبینی عمیق بین سالهای 1979 تا 2021 صورت گرفته که در آن به ارتباط بین خطوط انتقال توان و سرطان خون در افراد زیر 21 سال گزارش شده است ]72، 73[.
1-2- اثر بر روی حافظه
از تأثیرات دیگر امواج فرکانس پایین، اثر بر روی حافظه، یادگیری و همچنین رفتار میباشد. در یک آزمایش از 4 میمون استفاده شد که تحت تابش میدان با شدت 7/0 میکروتسلا در فرکانس 30 هرتز به مدت 30 روز و روزانه 4 ساعت بودند. یک هفته قبل و یک هفته بعد از پرتو دهی تغییرات آناتومیکی مغز میمونها با استفاده از MRI اسکن شد. قرارگيری در معرض ميدان الكترومغناطيس با فرکانس 30 هرتز موجب کاهش تعداد پاسخهای صحيح در فرايند يادگيری و تأخیر در شکلگیری حافظه در دو میمون مورد آزمایش شد. این نشان میدهد که میدان الکترومغناطیسی با فرکانس 30 هرتز موجب اختلال در فرآیند یادگیری و حافظه بینایی میشود که احتمالاً این تغییرات را از طريق تأثیر بر فاکتورهای ديگری به غير از تغيير در ساختار و آناتومي مغزی اعمال ميکند [74]. در [75] نیز نقص در یادگیری و حافظه در طولانی مدت در میدان 1 تا 2 میلی تسلا با فرکانس 50 برای 42 روز پرتوگیری هرتز برای رت2ها گزارش شده است.
1- اثر بر سیستم عصبی
در مطالعهای که بر روی اثرات امواج الکترومغناطیسی فرکانس پایین ، در فرکانس 50 هرتز و در میدانهای 1 میلی تسلا روی سیستم عصبی رت انجام شد، مشاهده گردید پرتوگیری در مدت 28 روز و روزی 2 ساعت، باعث کمک به نورونزایی هیپوکمپوس3 به همراه کم خونی مغزی و تأثیر بر شکاف گذرگاه سیگنالینگ در رتها میشود. همچنین در مدت 6 روز و روزی 5/3 ساعت روی رت نوع C57bl/6 مطالعهای انجام شد که در آن کمک به بقای نورونهای تازه متولد شده و بهبود یادگیری و حافظه مشاهده گردید ]76[.
2- نتیجهگیری
با توجه به روند رو به رشد استفاده از وسایل الکتریکی و تسهیلاتی که در زندگی امروزی دارند، و از طرف دیگر اثرات احتمالی حاصل از آنها، تلاش هر چه بیشتر برای کاهش یا از بین بردن میزان اثرات میدانها بدیهی به نظر میرسد. هر چند با رعایت نکات ذکر شده برای حفاظت در مقابل امواج فرکانس پایین و همچنین رعایت مقادیر بیان شده در استانداردها، میتوان میزان اثرات بیولوژیکی امواج فرکانس پایین را تا حدی کاهش داد اما همکاری مهندسین و بیولوژیستها ضروری است تا هم جنبههای سلامتی و هم جنبههای مهندسی میدانها و آستانههای خطر به صورت دقیقتر بررسی گردد. همچنین آستانههای آسیبهای احتمالی و روشهای پیشگیری از آنها باید به نحو مطلوب به اطلاع عموم و اماکن شغلی برسد تا افراد تحت تابش امواج از خود مراقبت بیشتری نمایند و آسیب کمتری ببینند. به منظور جمع بندی، تحقیقات مطالعه شده در این مقاله در جدول (6) ارائه شده است.
مراجع
[1] F. S. Alqurashi, A. Trichili, N. Saeed, B. S. Ooi, and M.-S. Alouini, “Maritime Communications: A Survey on Enabling Technologies, Opportunities, and Challenges,” IEEE Internet of Things Journal, pp. 1–1, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/jiot.2022.3219674.
[2] H. Aliyari, H. Sahraei, S. Gholabi, M.B. Menhaj, M. Kazemi, and Seyed Hossein Hosseinian, “The Effect of Electrical Fields From High-voltage Transmission Line on Cognitive, Biological, and Anatomical Changes in Male Rhesus macaque Monkeys Using MRI: A Case Report Study,” Basic and clinical neuroscience, vol. 13, no. 4, pp. 433–442, Jul. 2022, doi: https://doi.org/10.32598/bcn.2021.1340.3.
[3] Asaad Shemshadi and Pourya Khorampour, “Novel Electric Field Exposure Control Methods for Multi-Story Buldings Installed in Vicinity of High-Voltage Apparatus Using FEM,” ASEAN Engineering Journal, vol. 11, no. 4, pp. 179–203, Oct. 2021, doi: https://doi.org/10.11113/aej.v11.17872.
[4] X. Zhang, “Magnetic Field Parameters and Biological Sample Differences That Lead to Differential Bioeffects,” pp. 1–30, Jan. 2023, doi: https://doi.org/10.1007/978-981-19-8869-1_1
[5] P. Stavroulakis, Biological Effects of Electromagnetic Fields. Springer Science & Business Media, 2013.
[6] M. Feychting, A. Ahlbom, and L. Kheifets, “EMF AND HEALTH,” Annual Review of Public Health, vol. 26, no. 1, pp. 165–189, Apr. 2005, doi: https://doi.org/10.1146/annurev.publhealth.26.021304.144445.
[7] G. Vianale, M. Reale, P. Amerio, M. Stefanachi, S. Di Luzio, and R. Muraro, “Extremely low frequency electromagnetic field enhances human keratinocyte cell growth and decreases proinflammatory chemokine production,” British Journal of Dermatology, vol. 158, no. 6, pp. 1189–1196, Jun. 2008, doi: https://doi.org/10.1111/j.1365-2133.2008.08540.x.
[8] C. D’Angelo, E. Costantini, M. A. Kamal, and M. Reale, “Experimental model for ELF-EMF exposure: Concern for human health,” Saudi Journal of Biological Sciences, vol. 22, no. 1, pp. 75–84, Jan. 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2014.07.006.
[9] D. Belpomme, L. Hardell, I. Belyaev, E. Burgio, and D. O. Carpenter, “Thermal and non-thermal health effects of low intensity non-ionizing radiation: An international perspective,” Environmental Pollution, vol. 242, pp. 643–658, Nov. 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.07.019.
[10] A. Lak, “Evaluation of Biological Effects of Extremely Low Frequency Fields on human body,” The national conference of electrical engineering and computer science of south of Iran, April 2013.
[11] A. Lak and Homayoon Oraizi, “Evaluation of SAR Distribution in Six-Layer Human Head Model,” International Journal of Antennas and Propagation, vol. 2013, pp. 1–8, Jan. 2013, doi: https://doi.org/10.1155/2013/580872.
[12] M. Biesuz, T. Saunders, D. Ke, M. J. Reece, C. Hu, and S. Grasso, “A review of electromagnetic processing of materials (EPM): Heating, sintering, joining and forming,” Journal of Materials Science & Technology, vol. 69, pp. 239–272, Apr. 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.06.049.
[13] C. J. Hu and F. S. Barnes, “A simplified theory of pearl chain effects,” Radiation and Environmental Biophysics, vol. 12, no. 1, pp. 71–76, Jun. 1975, doi: https://doi.org/10.1007/bf02339811.
[14] http://www.environmentalhealth.ir
[15] http://www.radiologyandphysicalmedicine.es
[16] R. Y. Habash, Electromagnetic radiation and safety, Taylor & Francis Group, 2018.
[17] WHO Magnetic fields, Environmental health criteria, Genova, World Health Orgenization, 1987.
[18] Per Lövsund, P. Öberg, G. Nilsson, and T. Reuter, “Magnetophosphenes: a quantitative analysis of thresholds,” Medical & Biological Engineering & Computing, vol. 18, no. 3, pp. 326–334, May 1980, doi: https://doi.org/10.1007/bf02443387.
[19] J. Patrick Reilly, Applied Bioelectricity. Springer Science & Business Media, 2012.
[20] T. Wessapan, P. Rattanadecho, N. Somsuk, M. Yamfang, M. Guptasa, and P. Montienthong, “Thermal Effects of Electromagnetic Energy on Skin in Contact with Metal: A Numerical Analysis,” Energies, vol. 16, no. 16, p. 5925, Jan. 2023, doi: https://doi.org/10.3390/en16165925.
[21] Hye Sun Kim et al., “Effect of Exposure to a Radiofrequency Electromagnetic Field on Body Temperature in Anesthetized and Non‐Anesthetized Rats,” Bioelectromagnetics, vol. 41, no. 2, pp. 104–112, Dec. 2019, doi: https://doi.org/10.1002/bem.22236.
[22] ICNIRP Guidelines for limiting exposure to time varying electric, magnetic and electromagnetic fields(up to 300GHz), 2020.
[23] ICNIRP General approach to protection against non-ionizing radiation, Health physics, 2002.
[24] R. Torchio, A. Arduino, Luca Zilberti, and Oriano Bottauscio, “A fast tool for the parametric analysis of human body exposed to LF electromagnetic fields in biomedical applications,” Computer Methods and Programs in Biomedicine, vol. 214, pp. 106543–106543, Feb. 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2021.106543.
[25] J. Malmivuo and R. Plonsey, Bioelectromagnetism : principles and applications of bioelectric and biomagnetic fields. New York, N.Y. ; Oxford: Oxford University Press, 2002.
[26] Y. Jiao, F. Cao, and H. Liu, “Radiation-induced Cell Death and Its Mechanisms,” Health Physics, vol. 123, no. 5, pp. 376–386, Sep. 2022, doi: https://doi.org/10.1097/hp.0000000000001601.
[27] H. Lai and B. B. Levitt, “Cellular and molecular effects of non-ionizing electromagnetic fields,” Reviews on Environmental Health, vol. 0, no. 0, Apr. 2023, doi: https://doi.org/10.1515/reveh-2023-0023.
[28] J B. Little, “Cellular, Molecular, and Carcinogenic Effects of Radiation,” Hematology/Oncology Clinics of North America, vol. 7, no. 2, pp. 337–352, Apr. 1993, doi: https://doi.org/10.1016/s0889-8588(18)30244-2.
[29] C. T. Mihai, P. Rotinberg, F. Brinza, and G. Vochita, “Extremely low-frequency electromagnetic fields cause DNA strand breaks in normal cells,” Journal of Environmental Health Science and Engineering, vol. 12, p. 15, Jan. 2014, doi: https://doi.org/10.1186/2052-336X-12-15.
[30] A. M. Khalil and W. Qassem, “Cytogenetic effects of pulsing electromagnetic field of human lymphocytes in vitro: chromosome aberrations, sister-chromatid exchanges and cell kinetics,” Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, vol. 247, no. 1, pp. 141–146, Mar. 1991, doi: https://doi.org/10.1016/0027-5107(91)90041-l.
[31] Junji Miyakoshi, M. Yoshida, K. Shibuya, and M. Hiraoka, “Exposure to Strong Magnetic Fields at Power Frequency Potentiates X-ray-induced DNA Strand Breaks,” vol. 41, no. 3, pp. 293–302, Sep. 2000, doi: https://doi.org/10.1269/jrr.41.293.
[32] H. C. Lai and N. P. Singh, “Medical applications of electromagnetic fields,” IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 10, p. 012006, Apr. 2010, doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/10/1/012006.
[33] A. Karimi, Farzaneh Ghadiri Moghaddam, and Masoumeh Valipour, “Insights in the biology of extremely low-frequency magnetic fields exposure on human health,” Molecular Biology Reports, vol. 47, no. 7, pp. 5621–5633, Jun. 2020, doi: https://doi.org/10.1007/s11033-020-05563-8.
[34] R. Zendehdel, I. J. Yu, B. Hajipour-Verdom, and Z. Panjali, “DNA effects of low level occupational exposure to extremely low frequency electromagnetic fields (50/60 Hz),” Toxicology and Industrial Health, vol. 35, no. 6, pp. 424–430, May 2019, doi: https://doi.org/10.1177/0748233719851697.
[35] A. Antonopoulos, B. Yang, A. Stamm, W.-D. . Heller, and G. Obe, “Cytological effects of 50 Hz electromagnetic fields on human lymphocytes in vitro,” Mutation Research Letters, vol. 346, no. 3, pp. 151–157, Mar. 1995, doi: https://doi.org/10.1016/0165-7992(95)90047-0.
[36] H. Yaguchi, M. Yoshida, G. R. Ding, K Shingu, and J Miyakoshi, “Increased chromatid-type chromosomal aberrations in mouse m5S cells exposed to power-line frequency magnetic fields,” International Journal of Radiation Biology, vol. 76, no. 12, pp. 1677–1684, Jan. 2000, doi: https://doi.org/10.1080/09553000050201172.
[37] H. Yaguchi, M. Yoshida, Yosuke Ejima, and Junji Miyakoshi, “Effect of high-density extremely low frequency magnetic field on sister chromatid exchanges in mouse m5S cells,” vol. 440, no. 2, pp. 189–194, Apr. 1999, doi: https://doi.org/10.1016/s1383-5718(99)00027-3.
[38] I. Nordenson, Kjell Hansson Mild, G. Andersson, and M. Sandström, “Chromosomal aberrations in human amniotic cells after intermittent exposure to fifty hertz magnetic fields,” Bioelectromagnetics, vol. 15, no. 4, pp. 293–301, Jan. 1994, doi: https://doi.org/10.1002/bem.2250150404.
[39] وفایی راد م.، اثرآنتی اکسیدانتی ویتامین C در کاهش آسیب های کروموزومی القا شده توسط میدان الکترومغناطیسی با فرکانس پایین در اریتروسیت های مغز استخوان موش کوچک آزمایشگاهی، فصلنامه سلول و بافت، 1391.
[40] S. Koyama, T. Nakahara, K. Wake, M. Taki, Yasuhito Isozumi, and Junji Miyakoshi, “Effects of high frequency electromagnetic fields on micronucleus formation in CHO-K1 cells,” Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, vol. 541, no. 1–2, pp. 81–89, Nov. 2003, doi: https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2003.07.009.
[41] M. R. Scarfì et al., “50 Hz AC Sinusoidal Electric Fields Do Not Exert Genotoxic Effects (Micronucleus Formation) in Human Lymphocytes,” Radiation Research, vol. 135, no. 1, pp. 64–64, Jul. 1993, doi: https://doi.org/10.2307/3578397.
[42] M. Simkó, Ralf Kriehuber, and S. Lange, “Micronucleus formation in human amnion cells after exposure to 50 Hz MF applied horizontally and vertically,” Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, vol. 418, no. 2–3, pp. 101–111, Oct. 1998, doi: https://doi.org/10.1016/s1383-5718(98)00116-8.
[43] E. Saalman, Agneta Önfelt, and B. Gillstedt-Hedman, “Lack of c-mitotic effects in V79 Chinese hamster cells exposed to 50 Hz magnetic fields,” Bioelectrochemistry and Bioenergetics, vol. 26, no. 2, pp. 335–338, Oct. 1991, doi: https://doi.org/10.1016/0302-4598(91)80034-z.
[44] M. R. Scarfi, M. B. Lioi, O. Zeni, M Della Noce, C. Franceschi, and F. Bersani, “Micronucleus frequency and cell proliferation in human lymphocytes exposed to 50 Hz sinusoidal magnetic fields,” Health Physics, , vol. 76, no. 3, pp. 244–250, Mar. 1999, doi: https://doi.org/10.1097/00004032-199903000-00005.
[45] Y. Cho, “The effect of extremely low frequency electromagnetic fields (ELF-EMF) on the frequency of micronuclei and sister chromatid exchange in human lymphocytes induced by benzo(a)pyrene,” Toxicology Letters, vol. 143, no. 1, pp. 37–44, Jun. 2003, doi: https://doi.org/10.1016/s0378-4274(03)00111-5.
[46] Y. Cho, “The effect of extremely low frequency electromagnetic fields (ELF-EMF) on the frequency of micronuclei and sister chromatid exchange in human lymphocytes induced by benzo(a)pyrene,” Toxicology Letters, vol. 143, no. 1, pp. 37–44, Jun. 2003, doi: https://doi.org/10.1016/s0378-4274(03)00111-5.
[47] M. Martínez, A. Úbeda, J. Moreno, and M. Trillo, “Power Frequency Magnetic Fields Affect the p38 MAPK-Mediated Regulation of NB69 Cell Proliferation Implication of Free Radicals,” International Journal of Molecular Sciences, vol. 17, no. 4, pp. 510–510, Apr. 2016, doi: https://doi.org/10.3390/ijms17040510.
[48] M. Barati et al., “Cellular stress response to extremely low‐frequency electromagnetic fields (ELF‐EMF): An explanation for controversial effects of ELF‐EMF on apoptosis,” Cell Proliferation, Nov. 2021, doi: https://doi.org/10.1111/cpr.13154.
[49] J. Schimmelpfeng and H Dertinger, “Action of a 50 Hz magnetic field on proliferation of cells in culture, ” Bioelectromagnetics 18:177–183.1997, https://doi.org/10.1002/(sici)1521186x(1997)18:2<177::aid-bem11>3.0.co;2-o.
[50] S. Kwee and P. Raskmark, “Changes in cell proliferation due to environmental non-ionizing radiation 1. ELF electromagnetic fields,” Bioelectrochemistry and Bioenergetics, vol. 36, no. 2, pp. 109–114, Mar. 1995, doi: https://doi.org/10.1016/0302-4598(94)01760-x.
[51] R. P. Liburdy, T. R. Sloma, R. Sokolic, and P. Yaswen, “ELF magnetic fields, breast cancer, and melatonin: 60 Hz fields block melatonin’s oncostatic action on ER+breast cancer cell proliferation,” Journal of Pineal Research, vol. 14, no. 2, pp. 89–97, Mar. 1993, doi: https://doi.org/10.1111/j.1600079x.1993.tb00491.x.
[52] J.D. Harland, R.P. Liburdy, “Environmental magnetic fields inhibit the antiproliferative action of tamoxifen and melatonin in a human breast cancer cell line,” Bioelectromagnetics,1997.https://doi.org/10.1002/(sici)1521-186x(1997)18:8<555::aid-bem4>3.0.co;2-1.
[53] F. Bersani, Electricity and Magnetism in Biology and Medicine. Boston, MA: Springer US, 1999.
B. Selmaoui, A. Bogdan, A. Auzeby, J. Lambrozo and Y. Touitou, “Acute exposure to 50 Hz magnetic field does not affect hematologic or immunologic functions in healthy young men: a circadian study,” Bioelectromagnetics. 1996. doi: 10.1002/(SICI)1521-186X(1996)17:5<364::AID-BEM3>3.0.CO;2-1.
L. Bonhomme-Faivre, S. Marion, F. Forestier, R. Santini, and H. Auclair, “Effects of Electromagnetic Fields on the Immune Systems of Occupationally Exposed Humans and Mice,” Archives of Environmental Health: An International Journal, vol. 58, no. 11, pp. 712–717, Nov. 2003, doi: https://doi.org/10.3200/aeoh.58.11.712-717.
[54] F. Brisdelli, F. Bennato, A. Bozzi, B. Cinque, F. Mancini, and R. Iorio, “ELF-MF attenuates quercetin-induced apoptosis in K562 cells through modulating the expression of Bcl-2 family proteins,” Molecular and Cellular Biochemistry, vol. 397, no. 1–2, pp. 33–43, Aug. 2014, doi: https://doi.org/10.1007/s11010-014-2169-1.
[55] M. Barati et al., “Cellular stress response to extremely low‐frequency electromagnetic fields (ELF‐EMF): An explanation for controversial effects of ELF‐EMF on apoptosis,” Cell Proliferation, Nov. 2021, doi: https://doi.org/10.1111/cpr.13154.
[56] S. Dasdag, C. Sert, Z. Akdag, and S. Batun, “Effects of extremely low frequency electromagnetic fields on hematologic and immunologic parameters in welders,” Archives of Medical Research, vol. 33, no. 1, pp. 29–32, 2002, doi: https://doi.org/10.1016/s0188-4409(01)00337-x.
[57] T. A. Litovitz, D. Krause, M. Penafiel, E. C. Elson, and J. M. Mullins, “The role of coherence time in the effect of microwaves on ornithine decarboxylase activity,” Bioelectromagnetics, vol. 14, no. 5, pp. 395–403, Jan. 1993, doi: https://doi.org/10.1002/bem.2250140502.
[58] A. Morelli, S. Ravera, I. Panfoli, and I. M. Pepe, “Effects of extremely low frequency electromagnetic fields on membrane-associated enzymes,” Archives of Biochemistry and Biophysics, vol. 441, no. 2, pp. 191–198, Sep. 2005, doi: https://doi.org/10.1016/j.abb.2005.07.011.
[59] A. Wasak, R. Drozd, D. Jankowiak, and R. Rakoczy, “Rotating magnetic field as tool for enhancing enzymes properties - laccase case study,” Scientific Reports, vol. 9, no. 1, Mar. 2019, doi: https://doi.org/10.1038/s41598-019-39198-y.
[60] گل محمدی ع.، هندبوک ایمنی در برق ، انتشارات گل محمدی، 1394.
[61] نوشاد ب. ، ایمنی در برق، انتشارات علم آفرین، 1390.
[63] M. Garfinkel, S. Hosler, M. Roberts, J. Vogt, C. Whelan, and E. Minor, “Balancing the management of powerline right-of-way corridors for humans and nature,” Journal of Environmental Management, vol. 330, pp. 117175–117175, Mar. 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.117175.
[65] https://standards.ieee.org
[66] H. Tian et al., “System-level biological effects of extremely low-frequency electromagnetic fields: an in vivo experimental review,” Frontiers in Neuroscience, vol. 17, Oct. 2023, doi: https://doi.org/10.3389/fnins.2023.1247021.
[68] https://www.cdc.gov
[69] C. Carles et al., “Residential proximity to power lines and risk of brain tumor in the general population,” Environmental Research, vol. 185, p. 109473, Jun. 2020, https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109473.
[70] C. Malagoli et al., “Residential exposure to magnetic fields from high-voltage power lines and risk of childhood leukemia,” Environmental Research, vol. 232, pp. 116320–116320, Sep. 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.116320.
[71] C. Brabant, A. Geerinck, C. Beaudart, E. Tirelli, C. Geuzaine, and O. Bruyère, “Exposure to magnetic fields and childhood leukemia: a systematic review and meta-analysis of case-control and cohort studies,” Reviews on Environmental Health, vol. 38, no. 2, pp. 229–253, Mar. 2022, doi: https://doi.org/10.1515/reveh-2021-0112.
[72] الف. تكيه، و همکاران، بررسی اثر میدانهای الکترومغناطیس با فرکانس بسیار پایین بر یادگیری و حافظه بینایی و ساختار آناتومیکی مغز در میمونهای رزوس نر، دو ماهنامه طب جنوب، 1397.
[73] H. Abkhezr, Sh. Babri, M. Farid-Habibi, F. Farajdokht and S. Sadigh Eteghad, , “Effect of prenatal exposure to stress and extremely lowfrequency electromagnetic field on hippocampal and serum BDNF levels in male adult rat offspring,” Iranian Journal of Basic Medical Sciences, 2024. doi: https://dx.doi.org/10.22038/IJBMS.2024.75459.16357.
[74] R. Eskandani and M. I. Zibaii, “Unveiling the biological effects of radio-frequency and extremely-low frequency electromagnetic fields on the central nervous system performance,” Bioimpacts. 2024. doi: 10.34172/bi.2023.30064
[1] World Health Orgenization
[2] این نوع موش دارای توالی ژنوم کامل (بعد از انسان) است.
[3] هیپوکمپوس قسمتی از دستگاه کنارهای مغز که مرکز یادگیری و حافظه است.
