MTA KAB: Bukaresti regionális munkabizottság Villamosmérnöki tudományok Nemzeti Kutató Intézete INCDIE ICPE CA A BIOSZFÉRA ELEKTROMÁGNESES SZENNYEZÉSE. A 0,5 200Hz frekvenciájú elektromágneses terek biológiai kihatásai ELECTROMAGNETIC POLLUTION OF THE BIOSPHERE. The biological effects of 0.5 200 Hz electromagnetic fields Dr. LINGVAY József ACKNOWLEDGMENT This work was financially supported by UEFISCDI Romania, under the scientific Programme PN II PCCA, Contract 100/2014 XVII. ENELKO Kolozsvár - Cluj, 2016. október 8.
1. Bevezető Az élő anyag, a sejtek fejlődése, szaporodása és viselkedése bonyolult biokémiai folyamatok és egyensúlyok halmaza, amelyek mechanizmusának és kinetikájának alakulásában a membránpotenciálnak és a töltéshordozóknak (funkcionális csoportok: COO ; NH3+; ásványi sók ionjai: Na+, Ca2+; Zn2+ stb.) fontos szerepe van. A sejtekben végbemenő bonyolult biokémiai folyamatok csak nedves közegben mennek végbe. Az élet menetét meghatározó biokémiai folyamatok főbb résztvevői az ásványi sók, valamint a proteinek, enzimek, melyek folyamatosan újratermelődnek és lebomlanak az őket alkotó aminosavakra (genetikailag, termodinamikailag és kinetikailag kontrollált módon). Ezek elektromosan töltött funkcionális csoportokat tartalmaznak, ebből kifolyólag a biokémiai folyamatok menetét (mechanizmusát és kinetikáját) nagymértékben meghatározza a reakciótérre ható elektromos tér. Az élő anyagok a Földön ható természetes elektromos és mágneses térviszonyok között alakultak ki, tehát minden antropogén (emberi tevékenységekből) eredő elektromos tér befolyásolja / megváltoztatja a biológiai egyensúlyok és folyamatok természetes menetét az élőlények fejlődését, szaporodását, viselkedését stb. Ezért bármilyen antropogén eredetű elektromos vagy mágneses tér szennyezi a bioszférát, zavaró tényező az élőlények természetes biokémiai folyamataira (elektromágneses szennyezés). Több tanulmány kimutatta, hogy a zavaró elektromágneses terek változásokat válthatnak ki a sejtek szaporodásában, az enzimatikus aktivitásban, génexpressziójában (transzkripciójában és a transzlációjában), a sejtmembrán permeabillitásában és a ionok homeosztázisában, az oxidációs folyamatokban (oxidatív stressz) illetve a hő-sokkra reagálásban stb.
Az elektromágneses terek kihatásai az élőlényekre egy rendkívül komplex és interdiszciplináris témakör az elmúlt 30 évben számos tanulmány jelent meg gyakran ellentmondó eredményekkel (objektív és / vagy szubjektív okok) Kísérleti körülmények a zavaró terek homogenitása.; Támogatók ("megrendelt eredmények") A tanulmányok többsége (főleg 2000. után) 10MHz 10GHz spektrumban, főleg a GSM sávokban; Viszonylag kevés tanulmány 1 200Hz (ELF) sávban ezek többsége kimondottan csak 50Hz en; Elvileg, az elektromágneses terek kihatásait a zavaró terek frekvenciája és térereje határozzák meg: kb. 0,1MHz nél magasabb frekvenciákon (RF) főleg a dielektromos veszteségek (termikus hatás) a meghatározók a hatások kevésbé frekvencia érzékenyek; az ELF terek (kb. 1kHz ig) az élő anyagok biokémiai folyamatainak a mechanizmusát (reakciómenetét) befolyásolják erősen frekvenciafüggő SZELEKTÍV hatások; a kb. 30V/cm nél erősebb terek, frekvenciától függetlenül a sejtfalak és sejtmembránok rongálódását okozzák (perforáció), ami a sejtek elpusztulását eredményezi.
Dielektromos veszteségek a proteinek vizes szuszpenziójában XVII. ENELKO Kolozsvár, 2016. október 8.
Az élő anyag aminosavak és proteinek A sejtek fejlődését és az élet menetét elvileg az aminosavak és a proteinek dinamikus, hormonok és enzimek által meghatározott egyensúlya határozza meg. A komplex szerkezetű proteinek hidrolízisében aminosavakra és az új szerkezetű proteinek képződésében fontos szerepe van az ásványi sóknak. Az aminosavak és a proteinek dinamikus egyensúlya A proteinek komplex szerkezete
Az antropogén eredetű elektromos terek kihatásai a proteinek szintézisére az egyenáramú polarizációnál változásokat okoznak a ionok transzportfolyamatában és orientálják a poláris szerkezetű (pl. aminósavak, proteinek, víz stb.) molekulákat; a váltóáramú polarizációnál deformálják a hidratációs szférát, mozgatják szelektíven rezgetik a poláris szerkezetű molekulákat (ezek relaxációs idejének függvényében). XVII. ENELKO Kolozsvár, 2016. október 8.
K + =
+ - K + =
+U + ωt -U K
- +U + + ωt -U K + -
+U - + + ωt -U K + -
- + K
- + K + =
+U + ωt -U K
50Hz-es elektromágneses terek kihatásai Marino A. és R. O. Becker [1]: a 30 V/cm nél nagyobb terek hatására egyes élőlények elpusztulnak (egér, muslicák stb.); a 30 V/cm nél kisebb terek hatására viselkedésükben komoly változások állnak be (a méhek egymást halálra szurkálják, az egerek májsejtjeinek mitózis indexe megnő stb.); a nagyon alacsony térerők is változásokat okozhatnak (a Rhesus majmoknál már a 0,0035 V/cm szomjúságot vált ki). L. E. Anderson [2]; W.R. Hendee [3]; 0. Hiwaki [4]; Ushiyama, A. [5]: a gyermekkori leukémia, idegrendszeri zavarok és különböző ráktípusok gyakorisága megnő (az oxidációs stressz és a kalciumion homeosztázisában bekövetkezett módosulásokkal magyarázzák); a tobozmirigy melatonin termelését [4] valamint a fehérvérsejt állományt [5] számottevően befolyásolják. Több tanulmány [12 14] kimutatta, hogy a magasfeszültségű tápvonalak közelében és a transz formátortelepeken dolgozó személyzet mieloid leukémia HL 60 sejtvonalában számottevő változások jelentkeznek.
Az ELF elektromos terek kihatásai egyes gombajok fejlődésére és szaporodására Hazai kutatások fejlesztések [ 7 11] dielektromos spektroszkópia módszerével (1 200Hz) sörélesztő (Saccharomyces cerevisiae) vizes szuszpenzió 5% szacharózzal feketepenész (Aspergillus niger) CZAPEK DOX gél táptalajon, szacharózzal valamint keményitővel mikrobiológiai meghatározások különböző 50Hz en 0 70v/cm térerőknél térerő számítások különböző bioreaktorokban/közegekben 0,5Hz 200Hz/5kV tápegység kivitelezése esettanulmányok (középfeszültségű kábelek polimer védőburkolatának penészgombák általi rongálódása) XVII. ENELKO Kolozsvár, 2016. október 8.
Kísérleti eredmények A feketepenész táptalaj dielektromos vesztesége a frekvencia függvényében [11, 20]
Concentration [spores / ml] 1.60E+07 1.40E+07 1.20E+07 1.00E+07 8.00E+06 6.00E+06 4.00E+06 2.00E+06 0.00E+00 medium with sucrose medium with starch 0 20 40 60 Applied 50Hz field intensity E [Vpp / cm] A feketepenész táptalaj dielektromos vesztesége 10Hz és 200Hz között és a spóratermelés alakulása a térerő függvényében (50Hz) [11, 20] a hifák fejlődése közben (36 óra) csak a 35,9 Hz, 50 Hz, 100 Hz és 156,5 Hz okoz változásokat; az intenzív növekedés és a spórák/termések beérésekor (84 óra) ezeken a frekvenciákon kívül a 12,9 Hz is okoz változásokat
Dielectric losses - tgδ 1.00E-02 9.50E-03 9.00E-03 8.50E-03 8.00E-03 7.50E-03 7.00E-03 Az élesztőgomba-szuszpenzió dielektromos vesztesége a frekvencia függvényében, a LAG periódus ideje valamint a növekedési sebesség alakulása a térerő függvényében (50Hz) 6.50E-03 6.00E-03 Frequency [Hz] 0 20 40 60 80 Érzékeny frekvenciák: 24 Hz és 50 Hz LAG phase duration [min] 70 60 50 40 30 20 10 0 Slope (tgα) of pronounced growth phase 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 0 10 20 30 40 50 Applied 50Hz field intensity E [Vpp / cm] 1 0 10 20 30 40 50 Applied 50Hz field intensity E [Vpp / cm]
Térerő számítások különböző bioreaktorokban/közegekben
Következtetések Az intenzív iparosítás eredményeként az elektromos energia termelés, szállítás és fogyasztás egy nő, ami növeli a természetre gyakorolt szinergikus stressz hatásokat: növeli az atmoszféra/levegő CO2 tartalmát; csökkenti az O2/N2 arányt a levegőben; nő a levegő szennyezettsége (agresszív gázok NO x, SO 2 stb.), por stb. - nő a bioszféra elektromágneses szennyezettsége, főleg 50Hz-es zavaró elektromos terekkel, aminek számottevő negatív kihatásai vannak az élővilágra (változásokat okoznak a szacharóz metabolizmusában) XVII. ENELKO Kolozsvár, 2016. október 8.
Irodalomjegyzék 1. A., Marino, R.O. Becker, Biological effects of extremely low frequency electric and magnetic fields: a review. Physiol. Chem. & Physics 9: 1977. pp. 131 142. 2. L. E. Anderson, ELF: Exposure Levels, Bioeffects and Epidemiology. Health Physics 61, 1991. pp. 41 46. 3. W.R. Hendee, J. C. Boteler. The Question of Health Effects From Exposure to Electromagnetic Fields. Health Physics 66: 1994. pp.127 136. 4. 0. Hiwaki, Influence of 50 Hz magnetic fields on circadian rhythm of the suprachiasmatic nucleus activity, Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 20, No 6, 1998 pp. 3298 3299 5. Ushiyama, A. &al. Effects of continuous whole-body exposure to 50 Hz electromagnetic fields with repetitive transient magnetic fields on the intramicrovascular leukocyte behavior in mice, Radio Science Conf., 24 27 Aug. 2004, IEEE Xplore, DOI: 10.1109/APRASC.2004.1422506 6. Anggoro, B. & al. Influence of 50 Hz magnetic field on growth of mushroom species: shitake (lentinus edodes) and oyster (pleurotus astreatus), Conf. High Voltage Engineering, IEEE Xplore: 06 August 2002, DOI: 10.1049/cp:19990580 7. E. Radu, D. Lipcinski, N. Tanase, I. Lingvay, The influence of the 50 Hz electric field on the development and maturation of Aspergillus niger, EEA Electrotehnică, Electronică, Automatizări, vol. 63. (3), 2015. pp. 68 74 8. C. Stancu, M. Lingvay, I. Szatmári, I. Lingvay, Influence of 50 Hz Electromagnetic Field on the Yeast (Saccharomyces Cerevisiae) Metabolism, The 8th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering, Bucharest, Romania, May 23 25, 2013.CD Proceedings ISBN 978 1 4673 5978 8, IEEE Catalog Number CFP1314P CDR, http://ieeexplore.ieee.org 9. M. Lingvay, C. Stancu, I. Szatmári, I. Lingvay, The influence of 50Hz electric field to dielectric permittivity of yeast (Saccharomyces cerevisiae) suspensions, EEA Electrotehnică, Electronică, Automatizări, Vol. 61 (1) 2013. pp. 43 47 10. M. Lingvay, L. Czumbil, Experimental reactor for the study of biochemical processes under electric fields, EEA Electrotehnică, Electronică, Automatizări, Vol. 62 (3) 2014. pp. 84 89 11. Voina A., Radu E., Caramitu A., Lingvay M., Alecu G., Influences of 50hz electric fields on growth and multiplication of some microorganisms, Journal of Sustainable Energy JSE, vol. 7 (2), 2016. pp. 62 66 12. Dawson TW, Caputa K, Stuchly MA., Magnetic field exposures for UK live-line workers. Phys Med Biol. 2002 Apr 7;47(7):995 1012.D. Sztafrowski &al. Magnetic Field 50 Hz: its Influence on Living Cells HL-60. Basic tests which have a practical application, http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=5874726 978 1 4244 8782 0/11/$26.00 2011 Lukaszewicz, 13. M.; Sztafrowski, D.; Wroblewski, Z., Electromagnetic field 50 Hz: Its influence on living organisms on the cellular level: Basic tests which have a practical application, Proceedings of the International Symposium Modern Electric Power Systems (MEPS), 2010 pp. 1 3 14. Liorni, I. &al. Polynomial Chaos decomposition applied to stochastic dosimetry: Study of the influence of the magnetic field orientation on the pregnant woman exposure at 50 Hz, Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2014; 2014:342 4. doi: 10.1109/EMBC.2014.6943599. 15. Consheng Li & al, Analysis of the variation of the spatial-average 99th percentile induced electric field in the infant body due to influence of the adult with 50 Hz uniform magnetic fields exposure using ellipsoidal models, Scientific Symposium XXXIth URSI, 16 23 Aug. 2014. IEEE Xplore: DOI: 10.1109/URSIGASS.2014.6930102D 16. Lipcinschi, Dániel Lingvay, E. Radu, A. Voina, Extremely Low Frequency Controlled Voltage Supply for Microbiological Studies, EEA Electrotehnică, Electronică, Automatizări, Vol. 64 (1) 2016. pp. 89 96 17. I. Lingvay, C. Lingvay, A. Voina, Impact of the anthropic electromagnetic fields on electrochemical reactions from the biosphere, Revue Roumaine des Sciences Techniques série Électrotechnique et Énergétique, Tome 53, No 2bis, Avril Juin. 2008. pp.85 94 18. M. Wolf, R. Gulich, P. Lunkenheimer și A. Loidl, Relaxation Dynamics of a Protein Solution Investigated by Dielectric Spectroscopy, Biochimica et Biophysica Acta Proteins and Proteomics, vol. 1824, nr. 5, 2012. pp. 723 730 19. I. Lingvay, Studies from Romania about the interactions between the electric fields with extremely low frequency (ELF) and the natural biochemical process, 10th Internat. workshop of electromagnetic compatibility, Sept. 14 16, 2016. Craiova, RO. Book of abstracts, pp. 20 21 20. Mészáros S., Laslo É., Szilágyi J., Lányi Sz., Műszaki Szemle, nr. 59, pp. 16 27, 2012. 21. I. Lingvay, E. Radu, A. Caramitu, S. Mitrea, G. Oprina, A. Voina, Procedeu pentru determinarea frecvenţelor reprezentative în comportarea celulelor microbiene şi algale, Dosar OSIM A/00091, 09.02.2016
????? 50Hz?????? Elektromos energia termelés és felhasználás nélkül mindennapi életünk elképzelhetetlen! Az elektromos hálózatok által okozott biológiai negatív kihatások elkerülhetők/megelőzhetők erre való tekintettel javasolom a jelenlegi 50Hz-es hálózati frekvencia megváltoztatását egy más, ehhez közeli értékre, ahol a kb. 15v/cm nél gyengébb terek nem okoznák változásokat az élőlények természetes biokémiai folyamataiban (például 46,5±0,5Hz vagy 53,5±0,5 Hz. XVII. ENELKO Kolozsvár, 2016. október 8.
(20,5 ).. az Úr a te Istened, féltőn szerető Isten vagyok, a ki megbüntetem az atyák vétkét a fiakban, harmad és negyediziglen, a kik engem gyűlölnek. (20,6 ) De irgalmasságot cselekszem ezeriziglen azokkal, a kik engem szeretnek, és az én parancsolatimat megtartják [II. Mózes 20 ]
kb. 6m!!! XVII. ENELKO Kolozsvár, 2016. október 8.
46,5±0,5Hz 50Hz 53,5±0,5Hz A tennivaló sok, de kevés a munkás! 9,37: Akkor monda az ő tanítványainak: Az aratni való sok, de a munkás kevés. 9,38: Kérjétek azért az aratásnak Urát, hogy küldjön munkásokat az ő aratásába. Talán egy Kárpát medencei, főleg magyar szakemberek által megalakított konzorciumban, H2020 anyagi támogatással, a probléma megoldható.
Házi feladat az ENELKO 2017! Elelemezni az 50Hz-es hálózati frekvencia 46,5±0,5Hz-re vagy 53,5±0,5Hz-re való megváltoztatásának műszaki és gazdasági következményeit ACKNOWLEDGMENT This work was financially supported by the scientific Programme PN II PCCA, Contract 100/2014 UPMEE