ResumoNeste trabalho apresenta-se um estudo teórico que mostra a influência de radiações de baixa frequência, principalmente as provenientes de dispositivos celulares ou Smartphones, e os possíveis danos associados a doenças que esse tipo de radiação pode causar. Indica-se o aumento da produção de espécies reativas de oxigênio que a radiação não ionizante pode gerar a sistemas biológicos. Esse tipo de radiação pode ocasionar variação na bioatividade, podendo ser considerada um agente externo potencialmente nocivo às pessoas. Show
Palavras-chave: AbstractIn this paper we present a theoretical study that shows the influence of low frequency radiation, mainly from mobile devices or Smartphones, and the possible damages associated with diseases caused by these kind of radiation. We indicate that the rise of reactive oxygen species, caused by non-ionizing radiation, can generate biological influence on the bioactivity. We argue that this type of radiation can, occasionally, be harmful and thus a potentially danger external agent. Keywords: 1. IntroduçãoA necessidade de comunicação interpessoal é um dos fatores que define as sociedades humanas. Nesse contexto, nas últimas décadas tem-se observado o surgimento dos mais diversos tipos de dispositivos móveis de comunicação, um fator notório e determinante a facilitar a comunicação atual. Dispositivos celulares, ou Smarthphones, são bens comumente usados por praticamente todas as pessoas, sendo um item importante na vida moderna. Smarthphones utilizam um tipo de frequência específica para o seu funcionamento, que se localiza em uma
determinada região do espectro eletromagnético, podendo ser tratada e definida como radiação não ionizante (RNI)[1][1] Review Of Concepts, Quantities, Units and Terminology for Non-Ionizing Radiation Protection, disponível em https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/INIRCReview.pdf. Porém, estudos sugerem que a RNI pode estar associada a alterações fisiológicas e metabólicas que ocorrem em sistemas biológicos [5[5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016. [6] A. Agarwal, A. Singh, A. Hamada e K. Kesari, Int. Braz J Urol. 37, 432 (2011). [7] J.A.P. Ferreira, Efeitos da Exposição a Radiação Eletromagnética naFunção Testicular e Reprodutiva, Disertação de Mestrado, Universidade da Beira Interior, Covilhã (2013). [8] M. Gheyi, M.S. Alencar, J.M.P. Moreira, S. Nain, M.J. Pachu e G. Glionna, in XVIII Simpósio Brasileiro de Telecomunicações (Sociedade Brasileira de Telecomunicações, Campinas, 2000).–9[9] D.F. Silva, Exposição às radiações eletromagnéticas não ionizantes decorrentes da telefonia celular e efeitos à saúde. Tese de Doutorado, Fundação Oswaldo Cruz, Salvador (2014).]. Para compreender por qual motivo pode-se associar uma RNI a possíveis malefícios às pessoas, contextualizamos e evidenciamos os possíveis danos que a radiação de baixa frequência (RBF) pode causar. Nesse artigo usamos modelos físicos e biológicos simples e, quando possivel, uma abordagem por primeiros princípios. Essa estratégia tem como objetivos permitir uma fácil leitura e interpretação, proporcionando um texto informativo e didático, sem no entanto comprometer sua qualidade científica. Os resultados obtidos nos modelos considerados indicam uma relação simples entre a frequência de uma RNI e a bioatividade de um sistema biológico. As conclusões obtidas no contexto da presente abordagem são os destaques desse trabalho. 2. Referencial teórico2.1. OndasUma onda é uma perturbação que é transmitida de uma região do espaço a outra, preservando sua velocidade de acordo com o meio em que se propaga, sem haver, no entanto, transporte de matéria. Na natureza existem dois modos nos quais as ondas podem oscilar: na direção longitudinal e na direção transversal. Dizemos que uma onda é longitudinal se ela se propaga no mesmo sentido da perturbação. Em uma onda transversal a direção de oscilação é diferente da direção de perturbação. Ondas sonoras e ondas eletromagnéticas são exemplos de ondas longitudinais e ondas transversais, respectivamente. Define-se a velocidade de propagação da onda por sendo V a velocidade da onda (m/s), ν a frequência (Hz) e λ o comprimento de onda (m) associado a ela. Podemos generalizar uma equação que representa o deslocamento da onda por uma função y(x) = f(x, t), que representa a posição da onda no ponto x em um determinado tempo t. Suponhamos que a cada instante de tempo t a onda se mova para a direita com uma velocidade v, conforme a figura 1. Então, para uma determinada posição x pode-se estabelecer a seguinte equação: (2) y(x)=f(x-vt). A equação (2) é conhecida como a equação da onda (clássica) e descreve uma onda progressiva que se propaga com velocidade v para a direita [10][10] H.M. Nusseszveig, Curso de Física Básica (Blucher, São Paulo, 1981), 3ª ed, v. 2.. Da equação (2) podemos inferir que uma variação temporal em x implica em uma variação em y. Extraindo primeiramente a velocidade com relação ao eixo y, temos [10][10] H.M. Nusseszveig, Curso de Física Básica (Blucher, São Paulo, 1981), 3ª ed, v. 2. (3)y˙=∂y∂t=∂f∂x′(∂x′ ∂t)=−v∂f∂x′, sendo x′ = x − vt e y(x) = f(x′). Derivando novamente em relação a t (4)y¨=∂2y∂t2=-v∂∂t(∂f∂x' ) (5)y¨=∂∂x'(∂f∂x ')∂x'∂t=v2∂2f∂x'2, de onde pode-se obter a velocidade e aceleração para o deslocamento vertical que ocorre para a perturbação na equação (2). Analisando de forma análoga o comportamento com relação ao eixo coordenado x, obtemos e (7)∂2y∂x 2=∂∂x(∂y∂x)=∂2f∂x2. Agora comparando (5) e (7) chegamos à seguinte equação: (8)∂2y∂t2 1v2-∂2y∂x2=0. Essa é uma equação que descreve a propagação (unidimensional) de qualquer tipo de onda (longitudinal ou transversal) em qualquer meio e de qualquer natureza ondulatória. A equação (8) é chamada equação geral da onda [10[10] H.M. Nusseszveig, Curso de Física Básica (Blucher, São Paulo, 1981), 3ª ed, v. 2., 11[11] D.J. Griffiths, Eletrodinâmica (Pearson, São Paulo, 2011), 3ª ed.] e mostra a variação temporal da posição com relação ao deslocamento vertical, bem como a direção de propagação dessa onda (deslocamento horizontal). 2.2. Ondas eletromagnéticasO eletromagnetismo clássico é descrito pelas chamadas equações de Maxwell. Essas equações no vácuo assumem a seguinte representação vetorial [11][11] D.J. Griffiths, Eletrodinâmica (Pearson, São Paulo, 2011), 3ª ed.: (11) ∇→XE→=-∂B→∂t, (12)∇→XB→=μ0ε0∂E→∂t. Nota-se que nas equações acima não há a presença de fontes (cargas e/ou correntes) e, portanto, tratam da propagação de campos livres, que não sofrem a interferência de tais fontes. Ao aplicarmos o operador rotacional na equação (11) usando identidades e teoremas vetoriais, não explicitados por brevidade, obtemos a expressão (13) ∇2E→=μ0ε0∂2E→∂t2. Procedendo da mesma forma para a equação (12) chegamos a (14)∇2B→=μ0ε0 ∂2B→∂t2. Maxwell deduz que campos elétricos (E→) e magnéticos (B→) satisfazem a equação geral da onda (8), contanto que (15)v=1μ0ϵ0=3X108 m/s seja a velocidade de propagação da luz no vácuo c. Esse valor encontrado por Maxwell estava em conformidade com os resultados obtidos experimentalmente na época (observações astronômicas e o experimento da roda de Fizeu), ao passo que os valores de μ0 e ϵ0 eram conhecidos dos experimentos eletromagnéticos realizados por Kohlrausch e Weber [12][12] H.M. Nusseszveig, Curso de Física Básica (Blucher, São Paulo, 1997), 1ª ed, v. 3.. Ondas eletromagnéticas se propagam transversalmente no espaço de acordo com a figura 2. Pode-se demonstrar que o transporte de energia de uma onda eletromagnética é dado pelo vetor de Poynting S→ (16) S⇀≡1μ0(E→XB→), sendo a energia trasportada por campos eletromagnéticos dada pelo produto vetorial entre o campo elétrico e o campo magnético, ambos ortogonais entre si [11][11] D.J. Griffiths, Eletrodinâmica (Pearson, São Paulo, 2011), 3ª ed.. Portanto, o fenômeno de interação de ondas eletromagnéticas com a matéria, no que se refere ao transporte de energia, é realizado pelo vetor de Poynting. Pode-se, dessa forma, definir um espectro das energias transportadas como sendo o conjuto de frequências possíveis para ondas eletromagnéticas (figura 3). Ondas que se localizam a esquerda do espectro visível possuem baixa frequência (ou baixa energia), ondas que se localizam a direita do espectro visível possuem alta frequência (ou alta energia). A partir dessa diferenciação por regiões pode-se definir o conceito de radiação
ionizante e não iozinante. Uma radiação ionizante (RI) é capaz de ionizar a matéria (e.g., arrancar elétrons de um tecido biológico) pois possui energia superior à energia de ligação entre átomos e moléculas que constituem o meio [4[4] B.G. Saha, Physics and Radiobiology of Nuclear Medicine (Springer, Berlim, 2013), 4ª ed., 13[13] Y. Nouailhetas, Apostila educativa: Radiações Ionizantes e a vida, disponível em
http://www.cnen.gov.br/images/cnen/documentos/educativo/radiacoes-ionizantes.pdf. 2.3. Mecanismos de absorção de energia e taxa de absorção específicaAo incidir uma RBF sobre uma superfície, como por exemplo a pele
humana, devido ao fato de transportar energia, a radiação exercerá sobre a superfície uma certa pressão, chamada pressão de radiação. De fato, essa pressão possui uma magnitude desprezível, pois não a percebemos sensorialmente em nosso corpo. No entanto pode-se afirmar que existe um processo de transferência de energia de origem eletromagnética para o tecido. Ao contrário do que ocorre com uma radiação ionizante, por exemplo a ultra-violeta, na qual percebe-se um aquecimento da pele podendo
resultar em prejuízos instantâneos (vermelhidão, queimaduras) ou tardios (câncer de pele) [14][14] Icnirp Statement—Protection of Workers Against Ultraviolet Radiation, diponível em https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPUVWorkersHP.pdf. De acordo com [15][15] C.P. Costa e G. Fontgalland, Rev. Bras. Eng. Bioméd. 27, 52 (2011). a SAR é o parâmetro do qual são definidas as recomendações de segurança e que leva em consideração o aumento térmico de 1°C produzido pelo depósito de energia em qualquer unidade de massa de 1 g ou 10 g de tecido biológico. Assim a SAR é a quantidade de energia (dp) transferida a uma determinada porção de massa (dm), definida pela razão A unidade que representa a SAR é o W/kg. Os dados apresentados na tabela 1 mostram os limites estabelecidos para os valores de SAR a baixa frequência [2][2] ANATEL. Resolução nª 303, de 2 de julho de 2002.
Brasília, 2002. Disponível em: http://www.anatel.gov.br/legislacao/resolucoes/17-2002/128-resolucao-303. Tabela 1 Figura 4 Uma análise dos índices de SAR fornecidos por vários fabricantes de dispositivos móveis comercializados no Brasil mostram que os
mesmos respeitam a resolução em vigor [2][2] ANATEL. Resolução nª 303, de 2 de julho de 2002. Brasília, 2002. Disponível em: http://www.anatel.gov.br/legislacao/resolucoes/17-2002/128-resolucao-303. 3. Estresse oxidativo e consequência para as célulasPara que reações químicas ocorram em uma célula é necessário que exista um determinado gasto de energia. Segundo a primeira lei da Termodinâmica, os fenômenos físicos ocorrem de forma a manter constante o balanço energético de um meio. Então, para manter suas atividades, sintetizar componentes e promover transportes iônicos, as células realizam trabalho, ou seja, gastam energia. De acordo com [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed., organismos celulares obtêm energia do meio de duas formas: (1) absorvendo combustíveis químicos (como glicose) do seu meio e extraindo energia pela oxidação desses combustveis ou, (2) absorvendo energia da luz solar (fotossíntese, realizada por plantas). O processo de obtenção de energia através da quebra da molécula de glicose é mostrado abaixo [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.: (18)C6H12O6+6O 2⇒6CO2+6H2O+energia. A obtenção de energia por uma célula baseia-se no transporte ou fluxo de elétrons dado pela reação química (18). Nesse caso a glicose sofre oxidação (processo de perda de elétrons) e o oxigênio é reduzido (processo de ganho de elétrons). Juntos, formam o que chamamos de oxirredução. Células não formam um sistema isolado, mantendo-se em constante interação com o seu meio, seja na forma de troca de matéria ou de enegia. No processo bioquímico de obtenção de energia pelas células o balanço energético é definido pela energia livre de Gibbs [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. Ela correlaciona a temperatura T à variação de entalpia ΔH (que expressa a energia de ligação entre os componentes químicos) e a variação de entropia ΔS, que por sua vez quantifica o grau de desordem de um sistema (segunda lei da Termodinâmica). A energia livre de Gibbs é dada pela expressão [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed. Se o ΔG for negativo a reação química é dita exotérmica (libera calor para o meio); caso contrário é denominada de endotérmica (absorve calor). A segunda lei da Termodinâmica estabelece que a medida de variação de entropia para um sistema será sempre maior que zero (ΔS > 0). Ou seja, o grau de desordem de um sistema físico ou químico sempre tenderá a aumentar. A nível celular, a organização produzida dentro das células, à medida que elas crescem e dividem, é mais do que compensada pela desordem gerada no meio. Ou seja, os organismos vivos preservam sua organização interna ao captarem a energia livre do meio, na forma de nutrientes ou luz solar, e devolverem a ele uma quantidade de energia igual, na forma de calor e entropia [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. Em outras palavras, a entropia de um ser vivo pode diminuir, aumentar ou manter-se constante enquanto ocorre uma compensação de forma que a entropia do seu sistema biológico, como um todo, aumenta, preservando assim a segunda lei da Termodinâmica (ΔS > 0) [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. 3.1. Fosforilação oxidativaA fosforilação oxidativa é uma fase existente no metabolismo de respiração celular que se passa nas mitocondrias. Por causa da energia liberada durante mecanismos de oxidação, que ocorrem em outras vias metabólicas (degradação de carboidratos, gorduras e aminoácidos), resulta desse processo a síntese de moléculas de ATP (trifosfato de adenosina), moléculas que armanezam energia [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. O processo, basicamente, resume-se ao fluxo de elétrons que ocorre nas mitocondrias. Esse processo faz uso de um composto transportador denominado de NAD (dinucleotídeo de nicotinamida e adenina), que participa intimamente no processo de oxirredução ocorrido na membrana mitocondrial. O processo resulta em NAD+ (oxidado) e NADH (reduzido), esse último é o responsável pelo transporte de elétrons das reações catabólicas até seu ponto de entrada na cadeira respiratória [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. De forma sintetizada podemos enunciar, a partir da figura 5, o processo de oxirredução como se segue: na fase (1), uma molécula sofre a redução (doadora de elétrons) e outra recebe esses elétrons doados (O2, dioxgênio); em (2), a energia envolvida no processo de oxirredução é utilizada para transportar íons H+ para o ambiente de menor concentração (meio externo); em (3), o fluxo, que ocorre entre o interior e o exterior das membranas devido ao surgimento de uma diferença de concentração iônica, irá fornecer energia necessária para que ocorra a síntese de ATP; em (4), a energia gerada no processo de bombeamento de íons H+ é usada pela ATP - sintase e, estando presentes no meio ADP (adenosina difosfato) e o fosfato (P), promovem a síntese de ATP. Figura 5 A cadeia transportadora de elétrons é de suma importância para o funcionamento e manutenção do sistema celular. A vantagem dos organismos em realizar a fosforilação oxidativa na respiração celular está na quantidade de ATP produzido quando comparado com outros mecanismos de produção de energia. O processo aeróbico de oxidação da glicose (equação 18) pode gerar até 32 ATP, uma quantidade muito maior que a obtenção de energia por anabolismo, por exemplo na fermentação lática, que pode produzir até 2 ATP por molécula de glicose [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed. 3.2. Espécies reativas de oxigênio e o estresse oxidativoO mecanismo de obtenção de energia via fosforilação oxidativa pode resultar na produção de radicais livres. Radicais livres são átomos ou moléculas que não são estáveis (apresentam um elétron a menos em seu último nível energético) [13][13] Y. Nouailhetas, Apostila educativa: Radiações Ionizantes e a vida, disponível em
http://www.cnen.gov.br/images/cnen/documentos/educativo/radiacoes-ionizantes.pdf. Espécies reativas de oxigênio (ERO) são moléculas que resultam do processo de oxiredução ocorrido durante a fosforilação oxidativa. A produção de ERO está intimamente ligada ao metabolismo celular, ocorrendo em várias vias metabólicas, dentre as quais podemos destacar: a produção de energia (ATP), o crescimento celular e a síntese de diversas substâncias, sendo um processo natural em organismos vivos [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. O próprio sistema celular, fazendo o uso de enzimas antioxidantes, possui a capacidade de catalisar espécies reativas produzidas pela fosforilação oxidativa, diminuindo o impacto negativo que as ERO podem causar. Entretanto, quando há uma produção de ERO maior que aquela que o sistema biológico consegue metabolizar naturalmente, ocorre o chamado estresse oxidativo no sistema celular. Devido à grande presença de ERO no meio, e dado que essas moléculas possuem facilidade em associar-se a outras moléculas (lipídios de membranas, enzimas e ácidos nucleicos), podem ocorrer danos à fisiologia celular [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. A tabela 2 mostra as principais espécies reativas de oxigênio (radicalares e não radicalares) e seu meio de ação. Tabela 2 De acordo com [17][17] N.C.B. Duda, Estresse Oxidativo, disponível em
https://www.ufrgs.br/lacvet/site/wp-content/uploads/2013/10/estresse-oxidativo-Naila.pdf. A respiração celular é a via metabólica em maior destaque no que se refere à produção de ERO, sendo que o sistema mitocondrial sofre maior influência desse grupo de moléculas. Mutações que podem ocorrer no DNA mitocondrial (DNAmt) comprometem a geração de ATP pela célula, podendo resultar em doenças. Em animais, caso ocorra alguma lesão no DNAmt materno, gerando alguma mutação, o herdeiro da herança genética mitocondrial poderá apresentar algum tipo de anomalia. Especula-se que, nas mudanças progressivas que acompanham o envelhecimento, o acúmulo de mutações no DNAmt durante uma vida de exposição a agentes capazes de danificar o DNA, como O2.-, resulta em mitocôndrias que não podem suprir ATP suficiente para o funcionamento celular normal. Além disso, doenças mitocondriais podem resultar de mutações em quaisquer dos cerca de 1.100 genes nucleares que codificam proteínas mitocondriais [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. 3.3. Efeitos da exposição à RBF e o estresse oxidativoSegundo [5][5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016., a exposição à RBF é um agente externo expressivo correlacionado ao aumento de ERO, resultando no estresse oxidativo a nível celular e pode estar associada a causa de doenças. Dentre os estudos apresentados por essa referência, destacam-se:
As mitocondrias possuem um papel importante na produção de energia para as células e também no processo de morte celular progamada (apoptose), sendo esses
processos naturais no metabolismo celular [16][16] D.L. Nelson e M.M. Max, Princípios de Bioquímica de Lehninger (Artmed, Porto Alegre, 2014), 6ª ed.. No entanto, estudos indicam a ativação de apoptose devido à exposição à RNI [5][5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016.. No câncer de epiderme humano, células
expostas a uma frequência de 1950MHz resultaram no aumento da apoptose (45% após 3 horas). Neurônios, em cultura primária, foram expostos ao sinal GSM de 1900MHz durante 2 horas e foi observada a regulação crescente de capases (substâncias que participam do processo de apoptose). A regulação crescente de capases foi observada estando o celular em posição “stand-by“2 2 O celular permanecer em modo de espera, não recebendo chamadas.
ou em posição “on“3 3 O celular encontra-se recebendo uma chamada. , ressaltando ainda a alta biosensibilidade à exposição com relação ao modo “stand-by“(centesimos de μW / cm2) [5][1] Review Of Concepts, Quantities, Units and Terminology for Non-Ionizing Radiation Protection, disponível em
https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/INIRCReview.pdf. Estudos mostram também que a infertilidade masculina pode estar associada ao uso de dispositivos móveis na proximidade de estruturas reprodutivas. Uma vez que aparelhos celulares emitem ondas eletromagnéticas de radiofrequência, essas podem alterar a qualidade dos espermatozóides, afetando negativamente a espermatogênese [6][6] A. Agarwal, A. Singh, A. Hamada e K. Kesari, Int. Braz J Urol. 37, 432 (2011).. Outros estudos indicam que radiações eletromagnéticas de celulares podem alterar a estrutura e função testiculares, assim como propriedades do esperma e, consequentemente, a fertilidade masculina. Por fim, há evidências significativas de que a radiação eletromagnética dos dispositivos móveis pode provocar alterações a nível de ERO, estresse oxidativo, homeostase do cálcio, proteína cinase c, atividade proliferativa, ciclo celular, proteínas de choque térmico, apoptose, barreira hemato-testicular, anticorpos antiespermáticos e dano no DNA [7][7] J.A.P. Ferreira, Efeitos da Exposição a Radiação Eletromagnética naFunção Testicular e Reprodutiva, Disertação de Mestrado, Universidade da Beira Interior, Covilhã (2013).. Em alguns estudos apresentados por [5][5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016. mostra-se a produção de radicais livres (O2.- e oxido de nitrogênio-NO) como sendo uma reação primária à exposição à RNI. Um aumento significativo de NO pode resultar em perioxidação e repressão de enzimas antioxidantes. Registra-se também o papel fundamental de substâncias antioxidantes (vitamina C, E e selênio) para combater os efeitos causados por RBF. Em um experimento descrito em [5][5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016., utilizando ovos de cordorna embrionados expostos a uma frequência de GSM 900MHz 0,25 μW/cm2, evidenciou-se a presença do radical O2.- mas que não possui a capacidade de lesar o DNA. Porém, o aumento da concentração de NO, em adição ao O2.- nas células expostas à RBF pode levar à formação de outra forma agressiva de ERO, peroxinitrito (ONOO−), que pode causar danos ao DNA. Infere-se em [5][5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016. que a exposição à RBF induz a superprodução de radicais livres e ERO no sistema celular e, consequentemente, pode produzir efeitos nocivos por danos diretos devido à oxidação de macromoléculas biológicas. Em um experimento realizado por [8][8] M. Gheyi, M.S. Alencar, J.M.P. Moreira, S. Nain, M.J. Pachu e G. Glionna, in XVIII Simpósio Brasileiro de Telecomunicações (Sociedade Brasileira de Telecomunicações, Campinas, 2000)., cobaias foram submetidas à exposição de radiação de microondas a 2,45 GHz e 1,6 mW/cm2, sendo observadas alterações comportamentais quando comparados o grupo exposto e o não exposto. Observou-se, nesse experimento, que a radiação eletromagnética afetou a aprendizagem das cobaias da espécie Rattus Norvegicus. Atribui-se o termo eletro-hipersensibilidade (EHS) a indivíduos que manifestam alguns sintomas devido à exposição à RBF. Dentre os sintomas observados estão comichão, dor, irritação e sensação de calor. De fato, uma reação de alergia à RBF em seres humanos foi confirmada por um aumento significativo no nível de mastócitos na pele de pessoas sob exposição a dispositivos eletromagnéticos [5][5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016.. Os mastócitos são células de defesa contendo uma sustância denominada de histamina, responsável por atuar em processos de reações alégicas, podendo também participar ativamente na produção de ERO. Doenças psicofísicas e pré-clínicas (fadiga, dor de cabeça, irritação, perturbação do sono, desequilíbrios hormonais) foram observadas em pessoas que moram nas proximidades de estações de transmissão de ondas de rádio (ERB). Ainda, segundo [5][5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016., parece plausível que as condições de EHS possam ser atribuídas (ao menos parcialmente) à superprodução de ERO em células devido a exposições de radiofrequência. Da mesma forma, em [9][9] D.F. Silva, Exposição às radiações eletromagnéticas não ionizantes decorrentes da telefonia celular e efeitos à saúde. Tese de Doutorado, Fundação Oswaldo Cruz, Salvador (2014). investiga-se a associação entre exposição à RNI decorrentes das estações de rádio base (ERB) de telefonia celular e efeitos à saúde em Salvador/BA, concluindo que existe uma correlação entre a RNI e doenças como cefaléia, sonolência, fadiga, lapsos de memória, tontura, insônia, dificuldade de concentração, irritabilidade, palpitação e ansiedade. Essa mesma pesquisa aponta que o aparelho celular atua com maior significância que as radiações de ERB no que se refere a potenciais danos a sistemas biológicos. Finalmente, pontua que as razões que deveriam ser de maior preocupação da população estão relacionadas à duração das chamadas, ao uso do aparelho com sinal de cobertura fraco e a proximidade do aparelho ao crânio, dentre outros modos inadequados de uso. Por fim, os resultados citados apontam para a pontecialidade cancerígena da exposição à RBF em pessoas que utilizam constantemente telefones celulares, podendo ser considerado um fator exógeno. Há indícios de maior risco de desenvolvimento de tumores cerebrais, neuroma acústico, tumores de parótida, glândulas, seminomas, melanomas e linfomas. Conclui-se que as RBF podem se configurar como um fator externo expressivo a contribuir para o aumento do estresse oxidativo celular, que por sua vez, induz a um potencial cancerígeno de acordo com o nível de exposição sofrido [5][5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016.. 4. Legislação vingenteTelefones móveis funcionam em regiões específicas do espectro eletromagnético. Sempre que necessitamos fazer ou receber chamadas ou simplesmente enviar mensagens, é necessário que uma quantidade de energia seja trasmitida na forma de onda eletromagnética. Atualmente no Brasil existem quatro faixas de frequência nas quais os telefones celulares operam:
O uso desse tipo específico de radiofrequência segue a resolução estabelecida por
[2][2] ANATEL. Resolução nª 303, de 2 de julho de 2002. Brasília, 2002. Disponível em: http://www.anatel.gov.br/legislacao/resolucoes/17-2002/128-resolucao-303. “Art. 1º Este regulamento tem por objetivo estabelecer limites para a exposição humana a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos, na faixa de radiofrequências entre 9 kHz e 300 GHz, associados a operação de estações transmissoras de radiocomunicação de serviços de telecomunicações, bem como definir métodos de avaliação e procedimentos a serem observados quando do licenciamento de estações de radiocomunicação, no que diz respeito a aspectos relacionados a exposição a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos na referida faixa de radiofrequências; Art. 2º Este regulamento se aplica a todos que utilizem estações transmissoras que exponham seres humanos a campos elétricos, magnéticos ou eletromagnéticos na faixa de rádio frequências indicada no artigo 1º“ [2][2] ANATEL. Resolução nª 303, de 2 de julho de 2002. Brasília, 2002. Disponível em:
http://www.anatel.gov.br/legislacao/resolucoes/17-2002/128-resolucao-303. A ANATEL, orgão responsável pela fiscalização e mediação da telefonia móvel e fixa no Brasil, segue as orientações da ICNIRP [3][3]
https://www.icnirp.org. No entanto a legislação atual não considera os parâmetros apresentados na seção 3, ou seja, mesmo que a radiação não possua potencial de ionização ela poderá causar algum comprometimento ou efeito secundário ao sistema celular [5[5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016. [6] A. Agarwal, A. Singh, A. Hamada e K. Kesari, Int. Braz J Urol. 37, 432 (2011). [7] J.A.P. Ferreira, Efeitos da Exposição a Radiação Eletromagnética naFunção Testicular e Reprodutiva, Disertação de Mestrado, Universidade da Beira Interior, Covilhã (2013). [8] M. Gheyi, M.S. Alencar, J.M.P. Moreira, S. Nain, M.J. Pachu e G. Glionna, in XVIII Simpósio Brasileiro de Telecomunicações (Sociedade Brasileira de Telecomunicações, Campinas, 2000).–9[9] D.F. Silva, Exposição às radiações eletromagnéticas não ionizantes decorrentes da telefonia celular e efeitos à saúde. Tese de Doutorado, Fundação Oswaldo Cruz, Salvador (2014).]. Consequentemente uma RNI tem potencial para aumentar a bioatividade do meio, gerando alterações para o sistema metabólico como um todo. Essa possibilidade deveria ser informada aos usuários. A ampliação e revisão da legislação, no que se refere ao uso da RBF, é aconselhável. A revisão da legislação atual implicaria em uma maior transparência, alertando e informando aos usuários sobre os potenciais riscos da RNI, até então omitidos. Ao contrário do que ocorre com aparelhos que utilizam radiações ionizantes (aceleradores lineares, equipamento médicos de raios x), nos quais o uso é restrito, muito bem controlado e identificado, as RNI ocorrem em praticamente todos os ambientes sociais e não se faz o mesmo alerta e idenficação para as pessoas. Portanto, torna-se necessário que, para todo equipamento que utiliza RNI (tablets, smartphones, roteadores, etc), haja informações de forma clara e objetiva acerca dos potenciais riscos que por ventura aqueles aparelhos poderão causar aos usuários. 5. Modelo teórico para um íon livre sob influência de um campo elétrico constanteA partir de um modelo de interação da RBF com o meio celular, proposto por [18][18] D.J. Panagopoulos, N. Messini, A. Karabarbounis, A.L. Philippetis e L.H. Margaritis, Biochem Biophys Res Commun 272, 634 (2000) e [19][19] D.J. Panagopoulos, A. Karabarbounis e L.H. Margaritis, Biochem Biophys Res Commun 298, 95 (2002)., podemos analisar teoricamente como a RNI influencia um sistema metabólico, afetando o funcionamento celular como um todo. O modelo parte do fato de que a oscilação de um campo elétrico ou magnético externo acelera as cargas, induzindo uma vibração forçada em cada íon livre do meio celular. Um campo elétrico, variável no tempo t, é dado por E→=E→0 Sen(wt), sendo w a frequência de oscilação w=2πv. Esse campo exercerá uma força em cada íon livre4 4 Por simplicidade consideramos que cada íon tem a carga do elétron (1,6X10−19C). dada pela equação F→ =qeE→. Portanto, a força F→1 que o meio irá sofrer devido à presença desse campo será (20)F →1=E→0nqeSen(wt), sendo n o número de íons livres. A força F→ 1 irá deslocar os íons da sua posição de equilíbrio por uma distância x→. Então, no modelo em estudo, uma força F→2 irá surgir de forma a manter a configuração em seu estado de equilíbrio. F→2 é dada pela equação na qual β representa a constante de restauração devido ao deslocamento x→ sofrido pelo íon. A linearidade da equação (21) permite relacionar o valor de β à frequência natural de oscilação w0 do íon: β = miw02, sendo mi a massa do íon. Ao se deslocar, o íon adquire velocidade v→ e, estando imerso em um meio, como por exemplo o citoplasma, surgirá uma força F→3 que atua de forma a amortecer o movimento. A força F→3 é dada pela equação sendo μ uma constante de amortecimento. A força na equação (22) é denominada de força de Stokes e pode ser escrita na forma F→3=−6παηv→ [18[18] D.J. Panagopoulos, N. Messini, A. Karabarbounis, A.L. Philippetis e L.H. Margaritis, Biochem Biophys Res Commun 272, 634 (2000), 19[19] D.J. Panagopoulos, A. Karabarbounis e L.H. Margaritis, Biochem Biophys Res Commun 298, 95 (2002).]. Essa fórmula descreve a força atuando em objetos esféricos, de raio iônico α, que se movimentam com velocidade v→ em um meio cuja viscosidade é η. A resultante das forças F→1,F→2, F→3 faz com que o íon esteja sujeito a uma aceleração a→ ou (24)E→0nqeSen(wt)-μv→ -βx→=mia→. Considerando, por brevidade, somente o caso unidimensional, a equaçção (24) pode ser reescrita da seguinte forma: (25)E0nqeSen(wt)=mid2xdt2 +μdxdt+miw02x. A equação (25) é diferencial de segunda ordem, não homogênea, com coeficientes constantes, que descreve o movimento dos íons existentes no meio celular devido à existência de um campo elétrico externo oscilante. A solução geral para a equação (25) é dada pela solução da equação homogênea mais a solução da equação particular (X(t)=XH+Xp) [20][20] R.J. Santos, Introdução as Equações Diferenciais Ordinárias (Imprensa Universitaria da UFMG, Belo Horizonte, 2011).. Resolvendo primeiramente a equação homogênea (XH) teremos (26)mix″+μx′+miw02=0, cuja equação característica é: (27)mi r2+μr+miw02=0. Definindo Δ=μ2−4mi2w02, existem três situações possíveis [20][20] R.J. Santos, Introdução as Equações Diferenciais Ordinárias (Imprensa Universitaria da UFMG, Belo Horizonte, 2011).: para Δ > 0, o sistema sofre superamortecimento, decaindo mais lentamente para a posição de equilíbrio que para o caso de Δ < 0 , no qual ocorre o amortecimento crítico e o sistema decai rapidamente. Para Δ = 0, o sistema encontra-se subamortecido e pode oscilar algumas vezes até o decaimento para a posição de equilíbrio. Para identificarmos a qual regime de amortecimento o modelo em estudo pertence faremos uma análise dimensional do parâmetro μ=6πηα, defindo em (22). Para tanto, faremos uso dos dados utilizados em [19][19] D.J. Panagopoulos, A. Karabarbounis e L.H. Margaritis, Biochem Biophys Res Commun 298, 95 (2002).. De acordo com essa referência, o meio no qual ocorre o deslocamento iônico é a água, cuja viscosidade é η=7X10−4kg/m.s a 37°C. Consideremos também que o raio iônico α é da ordem de grandeza de 10−10m. Então μ possuirá uma ordem de grandeza de aproximadamente 10−12kg/s. Por outro lado, a unidade de massa iônica, por exemplo do Na+, é da ordem de 10−26kg e a frequência natural de oscilação ν0, para íons em meio celular, não excede o valor de 1Hz[18][18] D.J. Panagopoulos, N. Messini, A. Karabarbounis, A.L. Philippetis e L.H. Margaritis, Biochem Biophys Res Commun 272, 634 (2000). A partir dessa análise dimensional pode-se concluir que μ >> 2miw0, o que caracteríza o resultado para Δ > 0 . Consequentemente as raízes da equação característica são negativas (r1,2 < 0), o que nos remete ao caso de superamortecimento. Portanto, a solução para a equação homogênea será da forma [20][20] R.J. Santos, Introdução as Equações Diferenciais Ordinárias (Imprensa Universitaria da UFMG, Belo Horizonte, 2011). (28) r(t)=C1er1t+C2er2t. Analisaremos agora a solução da equação particular. Como a força perturbativa aplicada ao sistema é periódica, f(t) = E0nqeSen(wt), devemos procurar uma solução particular que possua a forma [20][20] R.J. Santos, Introdução as Equações Diferenciais Ordinárias (Imprensa Universitaria da UFMG, Belo Horizonte, 2011).: (29)Xp=ts[(A0+...Antn)eαt Cos(wt)+(B0+...Bn tn)eαtSen(wt)], na qual S deverá ser o menor inteiro não negativo, garantindo que Xp não seja solução da equação homogênea, ou seja S = 0. Então, temos que (30) Xp=C1Cos(wt)+C2Sen(wt). Os coeficientes C1 e C2 devem ser determinados. Para tanto calculamos as derivadas X′p e X″p, obtendo (31)X' p=-C1wSen(wt)+C2wCos(wt) (32) X''p=-C1w2Cos(wt)-C2w2Sen(wt). Em seguida substituimos X′p e X″p na equação (25), chegando a (33)Cos(wt)[miC1(-w2+w02)+C2μw]+Sen(wt)[miC2(-w2+w02)-C1 μw]=E0nqeSen(wt), que resulta em (34)C1mi( −w2+w02)+C2μw=0 (35)C2mi(−w2+w02)−C1μw=E0nqe. Resolvendo o sistema linear dado pelas equações (34) e (35) obtermos os valores (36)C1=E0ηqeμwmi2(w2−w02)2+(μw)2 (37)C2=E0ηqeμw(w2−w02)mi2( w2−w0)2+(μw)2. Podemos agora obter a equação geral X(t) = XH + Xp (38)X(t)=C1er1t+C2er2t+E0ηqeμ wmi2(w2-w02)2+(μw)2Cos(wt)+ E0ηqeμw(w2-w02)mi2(w2-w0)2 +(μw)2Sen(wt). Note que, de acordo com as aproximações feitas para mi e μ, o termo mi2(w2 −w02)2 é muito menor que (μw)2, podendo então ser desprezado na equação (38). No instante Xt=0=0 temos que (39)C1+C2=-E0nqeμw, o que nos leva à expressão (40)X(t)=E0nqeμwCos(wt)-E0nqeμw. A equação (40) representa um modelo puramente teórico, que descreve o comportamento de um íon livre sob a influência de um campo elétrico externo. Note que o primeiro termo da equação (40) evidencia a oscilação que o íon está submetido no meio celular, enquanto o segundo termo nos mostra o deslocamento sofrido por esse íon devido à influência do campo elétrico externo. Observe também que, no modelo proposto, o deslocamento sofrido não possui dependência com a amplitude de oscilação A=E0n qeμw apresentando- se em fase. Observa-se que a amplitude do movimento iônico é inversamente proporcional à frequência angular do campo externo. Isso indica, no sistema em estudo, uma maior influência de campos de baixa frequência na bioatividade de sistemas biológicos. Conforme argumentamos na seção 3, um sistema celular não funciona de forma isolada, os processos bioquímicos ocorrem por diversas vias metabólicas, mantendo-se o equilíbrio químico em seu funcionamento. No mecanismo de obtenção de energia por uma célula ocorre o transporte de cargas elétricas (íons) pelas membranas, sendo este de extrema importância para o sistema celular. O balanço energético, que ocorre nesse processo, é definido pela energia livre de Gibbs (equação (19)), na qual se evidencia o aumento da entropia do sistema. Como sabemos, a entropia é uma grandeza definida positiva e mensura o grau de desordem ou aleatoriedade de um sistema. Ainda, segundo a análise realizada, uma influência externa pode perturbar os processos químicos e físicos do meio celular. A equação (40) mostra a influência de um campo externo atuando em um meio celular, causando a variação na posição de equilíbrio de um íon livre, indicando que campos que possuem baixa frequência (na faixa de RNI) influenciaram de forma mais significativa o sistema celular do que campos de alta frequência. Em uma análise qualitativa podemos correlacionar a variação que ocorre na posição x de um íon, (equação (40)), a possíveis efeitos deletérios associados à exposição a RBF, conforme apresentamos na seção 3. O deslocamento forçado por um campo elétrico externo, ocorrido na posição de equilíbrio dos íons, poderá influenciar no processo de obtenção de energia que ocorre no interior da célula (fosforilação oxidativa), perturbando o equilíbrio químico que rege esse mecanismo de tal forma que o fluxo de elétrons entre as membranas seja comprometido. Como esse processo é realizado pelo transporte ativo regular de cargas, infere-se que qualquer perturbação externa, variando a oscilação e o transporte de íons entre as membranas, poderá resultar no aumento de entropia do sistema. Em particular quando os íons estão sob a influência de campos de baixa frequência, há um aumento da amplitude de seu deslocamento e, consequentemente, um aumento do fluxo de transporte entre membranas, ou seja, existirá uma maior produção de energia (ATP) durante a fosforilação oxidativa. Esse aumento, conforme argumentamos na seção 3, levaria a uma superprodução de espécies reativas de oxigênio. De fato, há evidencias de aumento do estresse oxidativo celular quando tecidos biológicos são expostos a RNI, resultando em prejuízo para organismos vivos [5[5] I. Yakymenko, O. Tsybulin, E. Sidorik, D. Henshel, O. Kyrylenko e S. Kyrylenko, Electromagn Biol Med. 35, 186 2016. [6] A. Agarwal, A. Singh, A. Hamada e K. Kesari, Int. Braz J Urol. 37, 432 (2011).–7[7] J.A.P. Ferreira, Efeitos da Exposição a Radiação Eletromagnética naFunção Testicular e Reprodutiva, Disertação de Mestrado, Universidade da Beira Interior, Covilhã (2013)., 9[9] D.F. Silva, Exposição às radiações eletromagnéticas não ionizantes decorrentes da telefonia celular e efeitos à saúde. Tese de Doutorado, Fundação Oswaldo Cruz, Salvador (2014).]. 6. ConclusãoA RBF, especificamente a utilizada por aparelhos celulares, é considerada como não prejudicial aos seres vivos, não resultando em danos à saúde das pessoas. Baseados no fato da radiação de dispositivos celulares não possuir a capacidade de ionizão e os índices de SAR estarem de acordo com as leis vigentes, conforme foi apresentado na seção 4, os fabricantes desses dispositivos afirmam que o único malefício que esse tipo de radiação pode ocasionar é a indução de efeitos térmicos sobre as pessoas. Porém, os resultados apresentados na seção 3 mostram que, além de efeitos térmicos, existe uma relação entre o potencial de ação da RBF sobre sistemas biológicos e o aumento do estresse oxidativo no meio celular. Nota-se que os efeitos do aumento do estresse oxidativo, causados por RNI em sistemas biológicos, não são levados em consideração pelas agências reguladoras na análise de segurança no uso de dispositivos celulares. Por outro lado, fazendo uso do princípio da precaução, as empresas fabricantes desses dispositivos alertam somente para que os usuários utilizem a função “viva voz“, assim como fones de ouvido, para realizar chamadas sempre que possível. No modelo teórico estudado, resultando na equação (40), mostra-se que campos de baixa frequência podem ser mais bioativos que campos de alta frequência (considerando RNI). Esse resultado foi derivado por primeiros principios, usando um modelo simples e formulação basica, adequados a abordagem didática. A simplicidade no tratamento do tema, entretanto, não compromete a qualidade científica do resultado expresso pela equação (40). De fato, o tratamento do tema dessa forma e levando à conclusão que RBF pode ser potencialmente prejudicial a sistemas biológicos, em acordo com os resultados apresentados na seção 3, são as principais contibuições do presente trabalho. Por fim, vale ressaltar que o presente estudo considera a influência de apenas uma fonte de radiação agindo sobre um sistema biológico. Entretanto, uma situação mais próxima da realidade seria considerar efeitos de superposição de várias fontes em um único agente passivo. Por exemplo, em uma sala de aulas, com pessoas localizadas em um plano cartesiano, uma pessoa em um dado ponto dessa rede recebece, em maior intensidade, radiação de até oito fontes primárias. Essa superposição de radiações poderia resultar em um aumento da amplitude do campo elétrico incidente sobre o agente passivo, potencializando os efeitos negativos da RBF. Referências
Qual a importância do uso das ondas eletromagnéticas na medicina?Na medicina, o uso dessas ondas é fundamental, já que as usam para exames e tratamentos. O professor de física Beraldo Neto (2014) explica que: As ondas eletromagnéticas são encontradas em equipamentos de diagnóstico na medicina, como nos aparelhos de raio-X. "O raio-X também faz parte do espectro eletromagnético.
Qual e a outra importância da utilização desta onda eletromagnética para a sociedade?Confira alguns exemplos de aplicações dos tipos de ondas eletromagnéticas em fenômenos e tecnologias presentes em nosso cotidiano: Ondas de rádio: são usadas na transmissão dos sinais de TV, rádio, GPS e telefonia celular. Micro-ondas: são usadas em fornos que aquecem alimentos.
Quais são as ondas eletromagnéticas usadas na medicina?Os tipos utilizados pela medicina nuclear são as radiações alfa, beta e gama.
Como as ondas podem ser usadas na medicina?Lembrando que a radiação gama é uma onda eletromagnética. Os raios X, que são utilizados nas análises das condições dos órgãos internos, pesquisas de fraturas, tratamento de tumores, câncer (ou cancro), doenças ósseas, etc.
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Qual outra importante utilização desta onda eletromagnética para a sociedade em tratamentos médicos?
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