Valutazione dell’esposizione a campi elettromagnetici attraverso gli indici di esposizione (AIDII, 2017)

INTRODUZIONE

Con l’emanazione del D.Lgs 159/16 il tema dell’accertamento tecnico dei livelli di esposizione dei lavoratori ai campi elettromagnetici, diventa finalmente approcciabile con uniformità di metodo. Il dispositivo riduce la possibilità di arbitrare tra metodologie di valutazione diverse, decretando che l’esposizione deve essere quantificata mediante il metodo del picco ponderato per gli effetti non termici e mediante quello della sommazione in frequenza per gli effetti termici. Queste metodologie, la cui definizione risale a più di dieci anni fa, sono ora imposte dal legislatore e devono pertanto essere adottate globalmente.
Con questo lavoro si intende mostrare il potere semplificativo di entrambe, le quali, di fatto, conducono ad una valutazione dell’esposizione mediante indici di esposizione, la cui lettura può facilmente essere condotta alla portata di tutti i soggetti coinvolti nel processo di valutazione dei rischio: datore di lavoro, RSPP, medico e lavoratori.
Degli indici di esposizione è ripercorsa la genesi; essi nascono infatti dalla necessità di valutare correttamente il contributo di frequenze multiple all’esposizione complessiva o l’esposizione derivante da campi la cui forma d’onda presenta dei transienti. Nel seguito sono pertanto riperse le due tematiche dell’esposizione a campi multifrequenza e a campi con la presenza di transienti nella propria evoluzione temporale, per poi concludere illustrando come ricondurre ogni casistica ad una valutazione tramite gli indici di esposizione.

SEGNALI A FREQUENZE MULTIPLE

È innanzitutto utile ricordare che per l’esposizione occupazionale ai campi elettromagnetici si individuano due macro categorie di limiti: quella correlata con gli effetti di stimolazione elettrica dei tessuti e quella connessa con gli effetti termici. Alla prima categoria appartengono i campi statici, quelli dinamici impulsati e quelli dinamici periodici, sinusoidali o non sinusoidali (forme d’onda complesse) con frequenza sino a 10 MHz; alla seconda quelli dinamici periodici, sinusoidali o non sinusoidali, con frequenza superiore a 100 kHz (i campi elettromagnetici con frequenza compresa tra 100 kHz e 10 MHz possono dar luogo a entrambi gli effetti). Costituisce evidentemente un elemento di criticità quello relativo alla combinazione di effetti della stessa natura, dovuti ad esposizioni a campi elettromagnetici a frequenza diversa ma contemporaneamente compresi in uno dei due intervalli di cui sopra. In questi casi si rende obbligatorio valutare l’effetto congiunto, sui tessuti biologici, da parte del campo elettromagnetico.

Al fine di valutare il rischio correlato con un’esposizione multifrequenza si deve tener conto che i valori di azione definiti dal legislatore dipendono dalla frequenza (così come i valori limite di esposizione) e sono talvolta valori costanti per intervalli di questa e in altri casi variano con continuità risultando di questa una funzione (si veda figura 1).

Per valutare il rispetto del complesso di limiti applicabili ad un’esposizione a un campo multifrequenza, non è sufficiente valutare che il livello di ogni singola componente in frequenza rispetti il pertinente livello di azione, ma è necessario tenere conto dell’effetto combinato dei diversi contributi. Ad esempio è intuitivo immaginare che se vi è un’esposizione a più contributi di frequenza superiore a 10 MHz, il riscaldamento dei tessuti interessati dall’azione del campo elettromagnetico, superi quello procurato dall’esposizione ad ogni singola componente in frequenza e che pertanto il rispetto dei livelli di azione da parte di ognuna, non possa garantire che il riscaldamento complessivo rientri entro i livelli di sicurezza. È meno intuitivo immaginare cosa accade per frequenze nel range degli effetti di elettrostimolazione dei tessuti, ma vale il medesimo principio: per garantire che l’esposizione rientri entro livelli di sicurezza non è sufficiente verificare che ogni componente rispetti singolarmente il pertinente livello di azione.

A questo scopo, già nelle linee guida ICNIRP del 1998 era stato chiarito che la valutazione dell’esposizione a campi multifrequenza è da compiersi mediante la valutazione di una somma pesata sui livelli limite dei livelli riscontrati per ogni componente in frequenza. A fronte della revisione 2010 delle linee guida per i campi di frequenza inferiore a 10 MHz, la somma pesata dei diversi contributi si esegue come illustrato in tabella 1.

Per quanto questa procedura risalga alla pubblicazione delle prima linee guida ICNIRP del 1998, solo nel 2009, con la pubblicazione della norma CEI EN 50499, entra a tutti gli effetti nella normazione tecnica ed ancora oggi è talvolta trascurata, con conseguente sottostima dell’effettiva esposizione; è infatti ancora molto facile trovare delle relazioni tecniche in cui si riporta l’intensità di campo riscontrata alla frequenza fondamentale, direttamente confrontata con il pertinente valore di azione.

Si può essere portati a pensare che questo tipo di esposizioni si abbia solo nel caso di emissione da sorgenti multiple e invece, un segnale multifrequenza deve essere atteso da qualsiasi sorgente e deve essere considerato la normalità, in special modo da tutte le sorgenti la cui emissione è non controllata. A titolo di esempio, il trasformatore di una cabina elettrica produce un campo magnetico con frequenza fondamentale pari a 50 Hz, ma questa è accompagnata da uno spettro molto ricco di altre componenti, costituito dalle armoniche della frequenza fondamentale (multipli interi di questa). In figura 2 è pubblicato uno spettro esemplificativo del campo magnetico rilevato in una cabina elettrica di trasformazione MT/BT.

È invece ragionevole ipotizzare emissioni a singola frequenza nei casi in cui il campo elettromagnetico è emesso in modo controllato dalla sorgente e non come effetto secondario del proprio funzionamento. Ad esempio nel caso di una grande varietà di dispositivi impiegati nella sanità, nella fisioterapia e nei trattamenti estetici, che fanno uso di radiofrequenze per il riscaldamento dei tessuti e per i trattamenti antalgici.

Tuttavia anche in questi casi, se possibile, sarebbe bene verificare che non siano presenti componenti armoniche di intensità sufficiente a incrementare sensibilmente l’esposizione complessiva; componenti che possono derivare, per esempio, da una desiderata modulazione del segnale.

Alla figura 3 un altro esempio di emissione multifrequenza ed alla figura 4 un esempio di emissione monofrequenza.

Preso atto che un’esposizione a frequenza multipla è da considerarsi normale e usuale, di fatto, i valori di campo elettrico e magnetico non risultano più interessanti in sé, perché la reale informazione sul livello di esposizione è restituita dagli indici di esposizionerisultanti dalle somme pesate di cui alla tabella 1.

SEGNALI TRANSIENTI

Acquisita l’importanza di non trascurare la natura multifrequenza della maggior parte dei segnali, esiste un altro aspetto che deve essere noto al valutatore, affinché non incappi in ulteriori sottostime del livello di esposizione e riguarda i segnali transienti: singoli impulsi o treni di impulsi ma anche rampe all’interno di segnali oscillanti a bassa frequenza.

Il calcolo degli indici di esposizione illustrato al paragrafo precedente, presuppone che il segnale corrispondente al campo elettrico o magnetico sotto esame sia stato scomposto nelle diverse componenti in frequenza, operazione che pare imprescindibile nel momento in cui i limiti di legge risultano organizzati per bande di frequenze. Tuttavia la scomposizione in frequenza di un segnale reale, per la quale il segnale acquisito nel dominio del tempo è trasformato in un segnale nel dominio delle frequenze, mediante l’algoritmo FFT (Fast Fourier Transform), può comportare, in alcuni casi, serie difficoltà di calcolo. Queste difficoltà sono tanto maggiori quanto più il segnale originale presenta componenti impulsive o, più in generale, transitori. Per questo tipo di segnali la trasformata di Fourier conduce verso distribuzioni di frequenze ricche di componenti ad alta frequenza, molto fitte, eventualmente tendenti al continuo (si ricordi che la trasformata di Fourier di un impulso “perfetto” – delta di Dirac – è rappresentata dalla funzione costante ovvero contenente qualsiasi componente in frequenza). In figura 5 sono forniti esempi di segnali contenti transienti che mal si prestano ad essere sottoposti alla trasformata di Fourier

Il metodo adeguato a questi ultimi casi è quello detto del picco ponderato, introdotto dallo statement ICNIRP del 2003, ripreso nella revisione 2010 delle linee guida sui campi con frequenza sino a 10 MHz (ICNIRP, 2010) e infine richiamato dalla stessa direttiva europea 2013/35 e dal suo decreto di recepimento italiano, D.Lgs 159/16, che lo indica come unico metodo da utilizzarsi per la verifica del rispetto dei livelli di azione previsti per gli effetti di elettrostimolazione dei tessuti (effetti non termici, possibili a frequenze inferiori a 10 MHz).

Il metodo del picco ponderato ha, tra i suoi vantaggi, quello di poter essere implementato nel dominio del tempo, bypassando il calcolo della trasformata di Fourier del segnale, e questo costituisce uno dei principali punti di forza del metodo stesso. Per applicare il metodo del picco ponderato nel dominio del tempo, ciascuna componente cartesiana del campo deve essere fatta passare attraverso una catena di filtri con guadagno variabile in frequenza e proporzionale all’inverso dei limiti oggetto di verifica. All’uscita di una siffatta catena si ottiene un segnale che rappresenta un indice di esposizione (variabile nel tempo) che restituisce il rispetto dei limiti assunti come riferimento, se minore di 1.

ICNIRP lo ha elaborato per la verifica dei livelli di riferimento tra 1 Hz e 100 kHz, ovvero i livelli di azione inferiori della direttiva 2013/35; tuttavia il metodo può essere generalizzato anche ad altri sistemi di limiti. All’uscita di una siffatta catena si ottiene un indice (variabile nel tempo) che restituisce il rispetto delle prescrizioni normative se minore dell’unità.

Il processo può essere implementato sia per via analogica, cioè in hardware all’interno della sonda di misura, sia per via numerica, ovvero elaborando al computer le forme d’onda acquisite con una sonda a risposta piatta e successivamente campionate, ma questo secondo metodo, per questioni di praticità e validazione, è sostanzialmente utilizzabile solo per finalità di ricerca, mentre per le valutazioni pratiche di igiene industriale si ricorre a strumentazione che lo implementa a bordo.

Va infine detto che il metodo del picco ponderato risulta più che adeguato anche per l’analisi di segnali regolari e scomponibili in sinusoidi, sostituendosi a quello della sommazione in frequenza pesata sui limiti; restituisce risultati anche più affidabili perché, a differenza del primo, non postula la coincidenza nel tempo dei picchi di tutti i singoli contributi spettrali, condizione che porta il metodo della sommazione in frequenza a sovrastimare l’esposizione.

Per questi motivi, ai fini della valutazione degli effetti non termici, il dispositivo di legge attuale (D.Lgs 159/16) non consente più l’uso del metodo della sommazione in frequenza, ma impone il ricorso a quello del picco ponderato (si vedano le note alle tabelle con i valori di azione, parzialmente riportate anche in figura 1 in alto).

In generale, per il valutatore, è importante ricordare che la forma d’onda del segnale che si va a valutare incide in modo critico sull’entità degli effetti biologici che questa può procurare sul corpo dell’esposto.

Le componenti di campo magnetico sotto i 10 MHz e, ancor di più sotto i 100 kHz, sono infatti responsabili di effetti riconducibili al fenomeno dell’induzione elettromagnetica, il quale comporta l’insorgenza di campi elettrici e, conseguentemente, di correnti elettriche nel corpo umano esposto. L’entità del rischio è connessa alle correnti elettriche indotte, le quali dipendono però dalla rapidità con la quale il flusso magnetico varia entro ogni superficie delimitata da un circuito chiuso, costituito da tessuti elettricamente stimolabili¹. Dal fatto che l’entità del fenomeno indotto nel corpo umano, dipenda dalla rapidità con cui varia il campo magnetico inducente, discende l’importanza delle eventuali fasi transitorie del secondo.

Si considerino tre segnali con forma d’onda come quelle rappresentate in figura 6; sono tutti segnali di pari ampiezza e stessa frequenza fondamentale (50 Hz, nello specifico, infatti tutti e tre hanno un periodo di 20 ms), ma con differenti effetti sui tessuti biologici di un eventuale corpo esposto, a causa delle diversa forma d’onda. Tali differenze, teoricamente interpretabili anche con un’analisi in frequenza, possono essere da questa mal quantificate per i limiti pratici dell’applicazione dell’algoritmo della FFT da parte della strumentazione di misura e si riescono invece a quantificare correttamente con un’analisi eseguita rimanendo nel dominio del tempo, tramite il metodo del picco ponderato.

Anche per il valutatore, chiarito il ruolo che ha la rapidità con cui il campo varia e non solo l’ampiezza da questo raggiunta, diventerà facilmente intuibile come, dei tre, quello con il più alto livello di rischio, sia quello con la linea a trattini lunghi.

INDICI DI ESPOSIZIONE

Nei due precedenti paragrafi abbiamo visto che esiste più di un caso in cui si perviene alla determinazione dell’esposizione al campo elettromagnetico mediante il ricorso ad un indice numerico e non tramite il diretto confronto tra i valori di campo misurati e i limiti pertinenti. Questo approccio può essere utilizzato sempre con efficacia a patto di aver chiarito al proprio interlocutore, che tipicamente è rappresentato dal Servizio Prevenzione e Protezione aziendale, come devono essere letti i risultati.

Alle considerazioni espresse sinora si aggiunga che il medesimo livello di campo può essere considerato sicuro o pericoloso a seconda che l’esposizione sia valutata rispetto ai limiti occupazionali o rispetto a quelli non occupazionali, pratica necessaria anche nei luoghi di lavoro sia perché non tutte le esposizioni sono di tipo occupazionale, sia perché i limiti non occupazionali consentono di condurre una valutazione dei rischi specificatamente rivolta ai soggetti particolarmente sensibili al rischio.

L’utilizzo degli indici di esposizione consente di restituire i risultati dell’accertamento tecnico al SPP in modo organico ed eterogeneo. Gli indici di esposizione forniscono infatti direttamente l’informazione sul rapporto tra i livelli di esposizione dell’addetto e il complesso dei limiti applicabili alla sua specifica situazione espositiva, cosicché a seconda che tale numero sia inferiore, pari o superiore ad 1 (o in termini percentuali al 100%), si abbia l’immediata informazione se l’esposizione è inferiore, pari o superiore al complesso di limiti applicabili al caso in esame, qualunque questi siano, sia che si tratti di esposizione generica che occupazionale. Questa iniziativa consente di poter restituire l’esito quantitativo della valutazione dell’esposizione senza dover richiamare, caso per caso, quali fossero le grandezze fisiche che sono state misurate, quali i dispositivi di legge di riferimento, se vi fosse o meno un’esposizione simultanea a campi di frequenza diversa o a campi pulsati.

Gli indici saranno da calcolare in modo diverso a seconda dei casi e di questo si deve far carico il valutatore. Se la strumentazione lo consente, si può utilizzare sempre il metodo del picco ponderato altrimenti si può procedere calcolando autonomamente questi indici, come segue:

– rapporto tra il valore misurato² e il corrispondente limite (val_mis/limite) in caso di campi a singola frequenza, inferiore a 100 kHz;

– rapporto tra il quadrato del valore misurato³ e il corrispondente limite, anch’esso elevato a quadrato (val_mis²/limite²), in caso di campi a singola frequenza, superiore a 10 MHz;

– il maggiore dei due valori di cui sopra per campi a singola frequenza, compresa tra 100 kHz e 10 MHz;

– il risultato delle sommatorie di cui alla tabella 1 nel caso di esposizioni occupazionali o non occupazionali a campi multifrequenza (quando non applicabile una valutazione tramite metodo del picco ponderato).

Come detto, ogni qual volta è possibile, la via più breve ed affidabile è quella di restituire l’indice risultante della valutazione mediante metodo del picco ponderato nel dominio del tempo, eseguita con strumentazione adeguata, detta anche “shaped time domain”

Il Servizio di Prevenzione e Protezione e nello specifico il responsabile del servizio (RSPP), riceve l’informazione sull’entità dell’esposizione a mezzo di tale indice ed è immediatamente in grado di valutare il livello del rischio anche senza entrare  nel merito di come sia stata misurata l’esposizione, né di quale fosse il riferimento normativo da assumere come riferimento. IE = 1 indica comunque il raggiungimento dei livelli assunti come limite, IE < 1 il loro rispetto e IE > 1 il superamento di questi (con IE intendiamo Indice di Esposizione).

Chiarito al SPP che deve far riferimento solo all’entità di questo indice, la nostra personale scelta è quella di restituire comunque un quadro che comprenda anche qualche elemento relativo ai livelli di campo riscontrati e ai criteri su cui si è basata la singola valutazione e a questo fine proponiamo una scheda di cui si riporta un estratto di seguito (figura 7).

CONCLUSIONI

Con questo lavoro si è voluto evidenziare la potenzialità dell’uso degli indici di esposizione nella comunicazione dei livelli di rischio, risultanti da un accertamento tecnico sull’esposizione a campi elettromagnetici in ambito occupazionale. Siamo tornati sulle motivazioni storiche per cui sono stati introdotti, per quanto il D.Lgs 81/08 così come modificato dal D.Lgs 159/16, oggi non consenta più scelte metodologiche alternative.

Aggiungiamo, in conclusione, una nota tecnica riguardante la strumentazione di misura. Nella pratica igienistica non si può che ricorrere a strumentazione che implementi il calcolo a bordo degli indici di esposizione, ma quella ad oggi presente sul mercato consente l’applicazione del metodo del picco ponderato solo sino alla frequenza di 100 kHz e non abbraccia quindi tutto l’intervallo di frequenze per le quali devono essere valutati gli effetti non termici (1 Hz – 10 MHz). Possiamo tuttavia immaginare che questo sarà un problema presto risolto a cura dei produttori.

Si può comunque concordare che aver finalmente definito una modalità di misura univoca per la valutazione dell’esposizione occupazionale al campo elettromagnetico, rappresenti un grande passo avanti in una pratica sulla quale, da anni, vigeva una sostanziale anarchia di metodo. Rimangono altre cruciali questioni, che senz’altro riguarderanno le discussioni future, quali ad esempio: la pianificazione della campagna di misure, la definizione del numero e delle posizioni di misura, l’opportunità di procedere con medie spaziali dei valori misurati. 

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DECRETO LEGISLATIVO 1° agosto 2016 , n. 159 Attuazione della direttiva 2013/35/UE sulle disposizioni minime di sicurezza e di salute relative all’esposizione dei lavoratori ai rischi derivanti dagli agenti fi sici (campi elettromagnetici) e che abroga la direttiva 2004/40/CE.

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¹ La legge di Faraday sull’elettromagnetismo descrive il fenomeno dell’induzione elettromagnetica, che si verifica quando il flusso del campo magnetico attraverso la superficie delimitata da un circuito elettrico è variabile nel tempo.
² In questo caso, trattandosi di effetti a soglia e limiti da verificare su base istantanea, con val_mis si intende il massimo dei valori misurati all’interno del tempo di osservazione.
³ Alle alte frequenze il valore di esposizione è in realtà ottenuto come valore quadratico medio dei valori assunti dal campo su un qualsiasi intervallo di 6 minuti; è quindi a questo che ci si riferisce con val_mis.