اثرات امواج الکترومغناطیسی بر روی بدن انسان
ویژگی الکترومغناطیسی سلول یکی از نیروهای محرک در بدن است. به عنوان مثال، مشخص شده است که نورون‌های بالغ تکثیر نمی‌‌شوند. بنابراین، نورون‌های مرده غیرقابل جایگزین هستند. این نورون‌ها یکی از بالاترین پتانسیل‌های غشایی (50- تا 80- میلی ولت) را دارا میباشند. در مقابل، سلول‌های سرطانی پتانسیل بسیار زیادی برای تکثیر دارند. در این سلول‌ها معمولاً پتانسیل غشایی بسیار پایین است (30- تا 0 میلی ولت). جالب توجه است که انواع خاصی از کانال‌های کلرید از عوامل مهم ایجاد سرطان هستند. چنین همبستگی تصادفی نیست. اثرات الکترومغناطیسی نه تنها در سطح یک سلول، بلکه در سطح بافت‌ها نیز مشاهده می‌شود. میدان‌های الکترومغناطیسی درون زا از نظر شدت، موقعیت‌های مکانی و زمانی، اثرات بیولوژیکی و توزیع در بافت‌های مختلف، متفاوت هستند. آنها برای بسیاری از فرآیندها در مراحل رشد و همچنین در سلول‌ها، بافت‌ها، اندام‌ها و کل ارگانیسم بالغ ضروری هستند.
قرار گرفتن در معرض تابش الکترومغناطیسی
سازمان بهداشت جهانی(WHO)
طبق گفته سازمان بهداشت جهانی (WHO)، قرار گرفتن در معرض میدان‌های الکترومغناطیسی پدیده جدیدی نیست. با این حال، در طول قرن بیستم، قرار گرفتن در معرض محیط‌هایی با وجود میدان‌های الکترومغناطیسی به طور پیوسته افزایش یافته است زیرا افزایش تقاضا برای الکتریسیته، فناوری‌های در حال تکامل، و تغییرات در رفتار اجتماعی باعث ایجاد منابع مصنوعی بیشتر و بیشتری شده است. همه افراد در معرض ترکیب پیچیده‌ای از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ضعیف هستند، چه در خانه و چه در محل کار، از تولید و انتقال برق گرفته تا لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی و میدان‌های الکترومغناطیسی مخابرات و رسانه‌ها.
حتی اگر میدان‌های الکتریکی خارجی مصنوعی وجود نداشته باشد، در بدن انسان به دلیل واکنش‌های شیمیایی که به عنوان بخشی از عملکردهای طبیعی بدن رخ می‌دهد، جریان‌های الکتریکی کوچکی وجود دارد. به عنوان مثال، اعصاب سیگنال‌ها را با ارسال پالس‌های الکتریکی منتقل می‌کنند. بیشتر واکنش‌های بیوشیمیایی از هضم تا فعالیت مغز، با جا به جایی ذرات باردار همراه هستند. حتی قلب نیز از نظر الکتریکی فعال است، فعالیتی که پزشک میتواند آن را با الکتروکاردیوگرام تشخیص دهد. میدان‌های مغناطیسی با فرکانس پایین باعث ایجاد جریان‌های در بدن انسان می‌شود.
قدرت این جریان‌ها به شدت میدان مغناطیسی خارجی بستگی دارد. اگر این جریان‌ها به اندازه کافی بزرگ باشند، می توانند اعصاب و ماهیچه‌ها را تحریک کنند یا بر سایر فرآیندهای بیولوژیکی تأثیر بگذارند.
گرمایش اثر بیولوژیکی اصلی میدان‌های الکترومغناطیسی میدان‌هایی با فرکانس امواج رادیویی است. در اجاق های مایکروویو از این اصل برای گرم کردن غذا استفاده می‌شود. سطح میدان‌های فرکانسی رادیویی که معمولاً انسان در معرض آن قرار می‌گیرد بسیار کمتر از میزان مورد نیاز برای تولید گرمای قابل توجه است.
اثر گرمایش امواج رادیویی مبنای اساسی دستورالعمل‌های فعلی است. دانشمندان در حال بررسی اثرات طولانی مدت امواجی با حد پایین‌تر از حد لازم برای تاثیر گذاری بر میزان گرمای بدن هستند. تا به امروز، هیچ اثر منفی بر سلامتی بر اثر قرار گرفتن طولانی مدت در معرض فرکانس‌های رادیویی تایید نشده است، اما دانشمندان همچنان به طور فعال در این زمینه تحقیقات انجام می دهند.
تأثیر فرکانس‌های الکترومغناطیسی بر سلول‌های انسانی
1- فرکانس‌های غیر یونیزه کننده
امواج الکترومغناطیسی را با توجه به فرکانس و انرژی می‌توان به دو دسته تشعشعات یونیزان و غیریونیزان طبقه بندی کرد.
تشعشعات غیریونیزان اصطلاحی برای بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که انرژی فوتون آنقدر پایین است که قادر به شکستن پیوندهای اتمی نیست. تشعشعات غیریونیزان شامل تشعشعات مادون قرمز، فرکانس‌های رادیویی و امواج مایکروویو می‌باشد. پرتوهای غیر یونیزه نمی‌توانند باعث یونیزاسیون شوند، با این حال نشان داده شده است که سایر اثرات بیولوژیکی ناشی از گرما، مانند تغییر واکنش‌های شیمیایی یا القای جریان الکتریکی در بافت‌ها و سلول‌ها را افزایش می‌دهد.
سه زیر شاخه از میدان‌های الکترومغناطیسی غیریونیزه کننده وجود دارد:
- فرکانس به شدت ضعیف (ELF) با فرکانس 1 تا 300 هرتز
- فرکانس حد واسط (IF) با فرکانس 300 هرتز تا 100 کیلوهرتز
- فرکانس رادیویی (RF) با فرکانس 100 کیلوهرتز تا 300 گیگا هرتز
فرکانس بسیار پایین (ELF)
فرکانس بسیار پایین اصطلاحی است که برای توصیف فرکانس تابشی زیر 300 هرتز استفاده می‌شود. میدان‌های با فرکانس بسیار پایین میدان های نوسانی هستند و به دلیل اینکه در اکثر کشورها از فرکانس 50-60 هرتز در صنعت برق استفاده می‌شود، برای سلامت عمومی بسیار مهم هستند.
فرکانس متوسط (IF)
فرکانس متوسط اصطلاحی است که به فرکانس تابشی بین 300 هرتز تا 100 کیلوهرتز اطلاق می‌شود. داده‌های تجربی و اپیدمیولوژیک زیادی از محدوده فرکانس متوسط وجود دارد. ارزیابی اثرات بالقوه این امواج بر سلامتی که ممکن است از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض در میدان‌های فرکانس متوسط ناشی شود مهم است زیرا قرار گرفتن افراد در معرض چنین میدان‌هایی به دلیل فناوری‌های جدید و در حال ظهور در حال افزایش است.
منابع تولید کننده رایج این دسته فرکانس‌ها عبارتند از: صفحه نمایش کامپیوتر و تلویزیون‌هایی که با استفاده از لوله‌های پرتو کاتدی کار می‌کنند، لامپ‌های فلورسنت فشرده، و همچنین فرستنده‌های رادیویی، دستگاه‌های ضد سرقت فروشگاه، کارت‌خوان‌ها و فلزیاب‌ها.
فرکانس رادیویی (RF)
امواج با فرکانس بین 100 کیلوهرتز تا 300 گیگاهرتز طیف الکترومغناطیسی را فرکانس رادیویی می‌گویند. منابع تولید کننده فرکانس رادیویی در سراسر جهان گسترده هستند. به عنوان مثال می‌توان به تلفن‌های همراه، انتشار دهنده‌های امواج رادیویی، دستگاه‌های پزشکی و صنعتی اشاره کرد. دیدگاه کلی این است که هیچ شواهد مستقیمی از اثرات خطرناک ناشی از امواج رادیویی با فرکانس پایین بر سلامت انسان وجود ندارد. مطالعات در سطح سلولی واکنش‌های نامطلوب را در پاسخ به فرکانس‌های بسیار بالاتر نشان داده است
بسیاری از محققان نشان داده‌اند که امواج رادیویی با فرکانس پایین می‌توانند چندین عملکرد سلولی مانند تکثیر و تمایز سلولی، آپوپتوز، سنتز DNA، رونویسی RNA، بیان پروتئین، سنتز ATP، تولید هورمون‌ها، سیستم‌های آنزیمی آنتی اکسیدانی و فعالیت متابولیکی را تحت تاثیر قرار دهد. همچنین میدان‌های الکترومغناطیسی با فرکانس پایین رادیکال‌های آزاد را به مولکول‌هایی که کمتر فعال هستند تبدیل کرده و آنها را از بین می‌برد .
باید تعادلی بین تولید و از بین بردن رادیکال‌های آزاد وجود داشته باشد. عدم تعادل استرس اکسیداتیو را افزایش داده و منجر به تخریب سلولی می‌شود. علاوه بر این، قرار گرفتن در معرض میدان‌های مغناطیسی میتواند بر سازماندهی میکروتوبول‌ها تأثیر . حتی قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض میدان‌های مغناطیسی، باعث ایجاد تغییراتی در خودسازماندهی در داخل میتوکندری می‌شود. این اندامک نقش استراتژیکی در بسیاری از عملکردهای سلولی ایفا می‌کند.
این آزمایش نشان داد که اعمال میدان الکترومغناطیسی خارجی از طریق تغییر در ساختار و سازماندهی میکروتوبول‌ها میتواند در فرآیندهای بیولوژیکی تداخل ایجاد کند.
1- فرکانس‌های غیر یونیزه کننده
تشعشعات یونیزه کننده توسط اتم‌های ناپایدار تولید می‌شوند. اتم‌های ناپایدار با اتم‌های پایدار تفاوت دارند. آنها انرژی یا جرم مازاد دارند یا هر دو. اتم‌ای ناپایدار رادیواکتیو در نظر گرفته می‌شوند. برای اینکه این اتم‌ها به حالت پایدار برگردند، باید انرژی اضافی خود را ساتع کنند. این انتشار را تشعشع می‌نامند.
هنگامی که تشعشع با اتم‌های دیگر برهمکنش می‌کند، اتم ها را یونیزه کرده در نتیجه خواص شیمیایی آنها را تغییر می‌دهد. انتشار تشعشعات یونیزان میتواند به شکل امواج الکترومغناطیسی (مانند نور) یا تابش ذره‌ای صورت بگیرد. تابش گاما و اشعه ایکس نمونه‌هایی از تابش الکترومغناطیسی هستند. تابش بتا و آلفا نمونه‌هایی از تابش ذره‌ای هستند.
پرتوهای یونیزه کننده را می‌توان توسط دستگاه‌هایی مانند دستگاه‌های اشعه ایکس نیز تولید کرد. امکان قرار گرفتن در معرض تشعشعات محیطی نیز وجود دارد. تشعشعاتی که به طور طبیعی از پرتوهای کیهانی و مواد رادیواکتیو طبیعی موجود در زمین می آیند.
تشعشعات یونیزه کننده به چهار نوع اساسی تقسیم می‌شوند:
- پرتوهای گاما و اشعه ایکس
- ذرات بتا
- ذرات آلفا
- نوترون
این تشعشعات ویژگی‌های فیزیکی متفاوتی دارند و با مکانیسم‌های مختلفی در ایجاد آسیب به بافت نقش دارند.
پرتوهای گاما و اشعه ایکس:
این گروه، پرتوهای الکترومغناطیسی مانند نور مرئی، امواج رادیویی و نور فرابنفش هستند. این تشعشعات الکترومغناطیسی تنها در محتوی انرژی که حمل می‌کنند با یکدیگر تفاوت دارند. پرتوهای گاما قادرند مسافت‌های بسیار طولانی را در هوا و چندین سانتی متر را در بافت انسان طی کنند.
در اکثر مواد به راحتی نفوذ می‌کنند، به همین دلیل به آنها تابش نافذ نیز می‌گویند. مواد رادیواکتیو که تشعشعات گاما و اشعه ایکس ساتع می‌کنند برای انسان خطرناک هستند. برای محافظت در برابر تشعشع گاما به موادی با تراکم بسیار بالا نیاز است. پوشاک و لوازم جانبی حداقل محافظت حداقلی در برابر تشعشعات نافذ ایجاد می‌کند، اما می‌توانند از آلودگی پوست به مواد رادیواکتیو جلوگیری کنند.
ذرات بتا:
ذرات زیر اتمی (الکترون) هستند که از یک اتم رادیواکتیو ساتع می‌شوند. ذرات بتا می‌توانند چندین متر در هوا جا به جا شوند و پتانسیل نفوذ متوسطی دارند. این ذرات می‌توانند تا سطح لایه بازال به پوست انسان نفوذ کنند.
اگر آلاینده‌های ذرات برای مدت طولانی روی پوست باقی بمانند، می‌توانند به پوست آسیب برسانند. لباس‌ها از بدن در برابر بیشتر اشعه‌های بتا محافظت می‌کنند.
ذرات آلفا:
ذرات خاصی هستند که از یک اتم رادیواکتیو ساتع می‌شوند. ذرات آلفا اساساً هسته اتم هلیوم هستند. قدرت نفوذ کم و برد کوتاهی دارند. ذرات آلفا قادر به نفوذ به پوست نیستند، اما در صورت استنشاق، بلع یا جذب از طریق زخم‌های باز می‌توانند برای انسان مضر باشند.
نوترون‌ها:
ذرات زیر اتمی بدون بار هستند که از شکافت اتم‌های رادیواکتیو تولید می‌شوند. در داخل بافت، نوترون‌ها با برخورد با پروتون‌های موجود در هسته اتم‌های هیدروژن موجود در آب بدن، انرژی خود را از دست می‌دهند.
این برهمکنش منجر به یونیزه شدن اتم‌های بافت‌های تحت تابش می‌شود. به جز در مورد دوزهای کشنده، شار نوترون آنقدر زیاد نیست که باعث رادیواکتیو شدن بافت شود.
اثر اصلی پرتوهای یونیزان بر روی سلول‌ها، تجزیه DNA است. تا زمانی که رشته DNA از یک جفت رشته مضاعف مکمل تشکیل شده باشد، شکستگی یک رشته یا هر دو رشته ممکن است رخ دهد. با این حال، شکستگی دو رشته از نظر بیولوژیکی بسیار مهم‌تر است. اکثر شکستگی‌های تک رشته‌ای، به واسطه حضور رشته دیگر مولکول DNA به طور معمول قابل ترمیم هستند (دو رشته مکمل یکدیگر هستند، رشته دست نخورده میتواند به عنوان الگویی برای ترمیم رشته مقابل آسیب دیده عمل کند).
اما در صورت شکستگی مضاعف، ترمیم دشوارتر است و ممکن است در ناحیه شکسته شده ترمیم نادرست رخ دهد. این ترمیم‌های نادرست منجر به القای جهش، اختلالات کروموزومی یا مرگ سلولی می‌شوند. از بین رفتن قطعاتی از DNA، شکل غالب آسیب تشعشع به سلول‌هایی است که از تابش جان سالم به در می‌برند.
این اتفاق ممکن است به دلیل ترمیم ضعیف تکه‌های شکسته دو رشته‌ای منفرد در مولکول DNA در محل اتصال دو انتهای رشته باشد که منجر به از دست دادن بخشی رشته DNA از بین قطعات شود. و یا ممکن است به دلیل فرآیند خالص سازی نادرست (هضم آنزیمی نوکلئوتیدهای مولکول‌های DNA) از انتهای شکسته شده باشد که با اتصال مجدد برای ترمیم قسمت شکسته صورت می‌گیرد.
پس از کشف پرتوهای ایکس در سال 1895 توسط فیزیکدان آلمانی ویلهلم کنراد رنتگن و رادیواکتیویته در سال بعد توسط فیزیکدان فرانسوی هانری بکرل، استفاده‌های پزشکی، صنعتی و نظامی از فناوری تشعشعات توسعه یافت که در نهایت منجر به افزایش چشمگیر قرار گرفتن انسان در معرض این تشعشعات شد. از آغاز قرن بیست و یکم در ایالات متحده، 18٪ از کل مواردی که افراد سالانه در جمعیت در معرض تشعشعات قرار گرفتند، این تشعشعات به خود اختصاص می‌دهند.
با این حال، دوز تشعشع برای هر فرد به طور گسترده‌ای متفاوت است. پرتوهای یونیزه کننده یک عامل ایجاد کننده قطعی سرطان هستند. مطالعات پرتودهی سلول‌ها و حیوانات و مطالعات اپیدمیولوژیک جمعیت‌هایی که به دلایل پزشکی یا شغلی در معرض سطوح بالایی از پرتوها قرار گرفتند، ارتباط واضحی بین پرتوهای یونیزان و ابتلا به سرطان را نشان داده‌اند.
اثر فرکانس‌های الکترومغناطیسی بر میکروارگانیسم‌ها
اولین مطالعات در مورد اثرات میدان های الکترومغناطیسی بر روی میکروارگانیسم‌ها توسط سل و همیلتون در سال 1967 و 1968 انجام شد. پس از قرار گرفتن در معرض پالس‌های الکتریکی با شدت بالا، کاهش حیات (تا 99.99٪) به افزایش نفوذپذیری غشای سلولی خارجی نسبت داده شد. اثر کشندگی عمدتا به دلیل شدت میدان الکترومغناطیسی و مدت زمان در معرض میدان قرار گرفتن و همچنین تحت تأثیر تولید مواد سمی ناشی از الکترولیز ایجاد می‌شد.
مطالعات جدیدتر نشان داده است که قرار گیری سلول‌ها در معرض میدان الکتریکی باعث تجمع بار الکتریکی در غشای سلولی و در نتیجه تغییر پتانسیل غشا می‌شود. در مورد میدان‌های الکتریکی با شدت کم، این امر باعث باز شدن کانال‌های وابسته به ولتاژ خواهد شد. در نتیجه جریانی از یون‌ها (Na+, K+) به داخل کانال‌ها نفوذ کرده و غلظت ترکیبات در مجاورت غشاء را تغییر داده که منجر به استرس سلولی می‌شود.
این استرس در میدان‌های الکتریکی با شدت کم چند میلی ثانیه طول می‌کشد و آسیب جبران ناپذیری ایجاد نمی‌کند. اما در میدان‌های الکتریکی با شدت بالاتر، تفاوت بسیار زیادی در پتانسیل غشاء سلولی ایجاد کرده و نفوذپذیری آن را تا حدی تغییر می‌دهد. تا جایی که سلول دیگر قادر به تثبیت آسیب نیست و در نتیجه مرگ سلولی (تجزیه غیرقابل برگشت) اتفاق می‌افتد. فرآیندی که باعث باز شدن کانال‌ها می‌شود به ولتاژ و تحلیل رفتن غشای سلول بستگی دارد، که به نوع و اندازه سلول و همچنین مدت زمان پالس بستگی دارد.
مطالعه دیگری در مورد تأثیر تابش الکترومغناطیسی با فرکانس بسیار پایین بر رشد استافیلوکوکوس اورئوس انجام شد. که نتیجه نشان دهنده کاهش سرعت رشد، پس از قرار گیری در معرض میدان بود. در تمام آزمایش‌های انجام‌شده بر روی کشت‌های سلولی که در معرض میدان‌هایی با شدتی در محدوده 5/0-2/5 میلی تسلا و فرکانس‌های بین 2 تا 500 هرتز قرار داشتند، کاهش تعداد CFU (واحد تشکیل کلونی) نسبت به جمعیت کنترلی که در معرض تابش قرار نداشتند مشاهده شد.
به طور خاص، کمترین مقدار CFU پس از قرار گرفتن در معرض 90 دقیقه در معرض میدان‌هایی با شدت 1.5 میلی تسلا و فرکانس 300 هرتز مشاهده شد.
باکتری‌ها
سلول‌های باکتری توسط یک غشای سلولی به ضخامت چند نانومتر محصور شده‌اند. این غشا از کانال‌های یونی تشکیل شده است که جریان یون‌ها را در طول غشاء تنظیم می‌کند. حرکت یون‌ها در طول غشاء اساس بقا است و رشد سلولی را تسهیل می‌کند. اخیراً کشف شده است که میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی در فرکانس‌های خاص می‌توانند بر فیزیولوژی یا رفتار یک سلول تأثیر بگذارند.
برخی از سلول‌ها دارای ساختارهای مغناطیسی هستند که در صورت حضور میدان الکترومغناطیسی، مانع از تغییر فعالیت‌های آنزیمی و مکانیسم‌های RNA سلول می‌شوند. این فرایند بر سرعت رشد، میزان جهش و مکانیسم‌های دیگر تأثیر می‌گذارد. همچنین پیشنهاد شده است که میدان‌های الکترومغناطیسی میکروب‌های بیماری‌زا را غیرفعال می‌کنند.
تعداد زیادی از مطالعات، مهار رشد باکتری‌ها را تحت تأثیر میدان‌های الکترومغناطیسی قوی گزارش می‌دهند. مسعود و همکارانش در کار اخیر خود این‌گونه گزارش می‌دهند: مطالعه ما سرعت رشد را در سویه‌های مختلف باکتری که در معرض میدان مغناطیسی قرار گرفته‌اند را اثبات می‌کند.
نتایج نشان داد که اثر میدان مغناطیسی بر باکتری‌ها حتی پس از حذف آنها از محیط در معرض میدان مغناطیسی حفظ می‌شود. اثر بازدارندگی طولانی مدت ناشی از قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی زمانی مشاهده شد که باکتری‌ها تحت شرایط آزمایشگاهی عادی بدون اعمال میدان‌های مغناطیسی رشد کردند. نرخ رشد باکتری‌هایی که در معرض میدان‌های مغناطیسی متناوب قرار گرفته بودند در مقایسه با کشت‌های شاهد و سایر باکتری‌هایی که تحت تأثیر میدان‌های دیگر قرار داشتند به طور قابل توجهی کاهش داشت.
به طور کلی، میدان های مغناطیسی از رشد این گونه‌های باکتریایی جلوگیری می‌کند. در نتیجه، می‌توان استدلال کرد که میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی بر فرآیندهای فیزیکوشیمیایی حیاتی باکتری‌ها تأثیر می‌گذارد، رشد و تکثیر آنها را مهار کرده و بر رفتار و فیزیولوژی آنها موثر است.
