UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR

UNIDADE CIENTÍFICA E PEDAGÓGICA

DE CIÊNCIAS DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELECTROMECÂNICA

EFEITOS TERAPÊUTICOS E APLICAÇÕES MÉDICAS

DA ENERGIA ELECTROMAGNÉTICA

CARLOS MANUEL PEREIRA CABRITA

LICENCIATURA EM CIÊNCIAS BIOMÉDICAS

2008

i

Dedicado à memória de James Clerk Maxwell (Edimburgo, 13

de Junho de 1831 – Cambridge, 5 de Novembro de 1879) e a

Nikola Tesla (Similjan, Sérvia, 10 de Julho de 1856 – New

York, 7 de Janeiro de 1943). Ao primeiro, porque representa

um dos expoentes máximos da capacidade intelectual da

humanidade e, ao deduzir as suas equações, fez confluir entre

si os fenómenos eléctricos e magnéticos, dando origem ao

electromagnetismo, que, por sua vez, permitiu o nascimento

no seio da ciência da indústria determinante da nossa civili-

zação – exactamente a indústria electrotécnica. Ao segundo,

porque, ao inventar o motor trifásico de indução e o transfor-

mador, e ao prever as comunicações sem fios, é muito justa-

mente considerado o fundador da indústria electrotécnica.

ii

PREFÁCIO

Assim como o carvão representou a base energética da Primeira Revolução

Industrial, a Electricidade é o combustível invisível da vida moderna. O aumen-

to descomunal da utilização da electricidade prova, indubitavelmente, que a

energia eléctrica tem um papel essencial na nossa sociedade, ao ponto de ser

impensável imaginar-se o quotidiano actual sem se ter acesso a essa fonte

energética. Sem dúvida que as tecnologias associadas ao electromagnetismo

têm vindo a tornar a nossa vida bastante mais fácil, podendo afirmar-se que,

por exemplo, a vida familiar e pessoal seria impossível sem a existência de

electrodomésticos e dos equipamentos multimédia de lazer. Por outro lado, o

desenvolvimento das telecomunicações e dos sistemas informáticos tem vindo

a permitir a comunicação fácil e directa entre pessoas individuais, grupos e

colectividades, sejam elas citadinas ou rurais.

Todavia, a par de todas estas vantagens e benefícios altamente significativos,

a electricidade apresenta os seus próprios riscos, muitos deles de extrema

gravidade, como sucede com as electrocussões por contacto directo ou

indirecto com condutores ou cabos eléctricos. Adicionalmente, a utilização da

energia eléctrica resulta na geração de campos eléctricos e de campos

electromagnéticos, ou seja, de campos electromagnéticos, que, ao cabo e ao

resto, representam forças naturais invisíveis e encontram-se presentes sempre

que exista electricidade.

Contudo, os campos electromagnéticos são parte integrante e essencial da

nossa vida, devido à sua presença em numerosas aplicações, o que obriga a

uma exposição permanente que poderá conduzir ao aparecimento de efeitos

biológicos nocivos e adversos.

Poder-se-á afirmar que, desde o nascimento da indústria electrotécnica, nos

finais do Século XIX, os seres vivos encontram-se rodeados de campos

electromagnéticos criados pela própria humanidade, devido ao rápido

desenvolvimento das centrais e redes de transporte de energia eléctrica, da

rádio e da televisão, do radar, das comunicações celulares, dos electro-

domésticos, dos equipamentos multimédia, e dos computadores, entre toda

uma panóplia de sistemas que seria exaustivo descrever.

iii

A influência dos campos electromagnéticos em sistemas biológicos nasceu

praticamente com Hipócrates, e tem vindo a ser estudada através da história,

com muito mais realce, como não poderia deixar de ser, nos tempos modernos,

devido aos efeitos nocivos eventualmente causados pelas antenas de comuni-

cações e pelas linhas de alta tensão de transporte de energia eléctrica. Estes

estudos continuarão a ser realizados e, por serem bastante complexos,

obrigarão à constituição de equipas multi e inter-disciplinares, onde participarão

médicos, biomédicos, engenheiros, biólogos, técnicos de saúde pública,

técnicos de ambiente, e gestores de avaliação de situações de risco.

Apesar dos potenciais riscos para a saúde, derivados da exposição a campos

electromagnéticos, estes mesmos campos electromagnéticos são aproveitados

não só para fins terapêuticos – estimulação magnética transcraniana; regene-

ração de fracturas ósseas por meio de campos eléctricos e de campos

magnéticos; eliminação de tumores cancerígenos através de hipertermia, de

eléctrodos de rádio-frequência, e de radioterapia –, mas também como meio de

diagnóstico através da imagiologia – radiologia, tomografia computorizada,

angiografia, urologia, mamografia, e ressonância magnética.

A unidade curricular a que se destina este segundo livro de apoio, representa

exactamente um bom exemplo da miscigenação entre medicina, biomedicina e

engenharia electrotécnica, e apresenta os seguintes objectivos, a seguir discri-

minados:

• Descrição e compreensão dos fenómenos inerentes ao espaço

electromagnético, através das quatro equações de Maxwell, que

englobam em si todas as leis relacionadas com a electrostática, a

corrente eléctrica, o campo magnético variável, e a indução electro-

magnética.

• Descrição sucinta das fontes geradoras de campos eléctricos, de

campos magnéticos, e de radiação de rádio-frequência.

• Descrição e compreensão dos mecanismos de acção dos campos

electromagnéticos sobre os sistemas biológicos.

• Descrição e compreensão das bases para a modelização matemática

relacionada com a absorção da energia dos campos electromagnéticos

por parte dos sistemas biológicos.

iv

• Descrição e compreensão dos efeitos biológicos dos campos electro-

magnéticos de reduzidíssima frequência e das rádio-frequências.

• Descrição e análise dos efeitos terapêuticos dos campos electro-

magnéticos.

• Descrição das medidas a adoptar, como prevenção das acções nocivas

dos campos electromagnéticos.

• Enumeração da regulamentação de segurança e de protecção, interna-

cional assim como de diversos países, contra a exposição a radiações.

Por outro lado, com a aprovação na unidade curricular em questão, os alunos

adquirirão as seguintes competências profissionais, técnicas e científicas:

• Capacidade para descrever os fenómenos inerentes ao campo electro-

magnético, através da recorrência às equações de Maxwell.

• Capacidade para definir as vias a seguir conducentes à modelização

matemática relacionada com a absorção da energia da rádio-frequência

e dos campos electromagnéticos de muito baixa frequência por parte

dos sistemas biológicos.

• Capacidade para enumerar e discernir os tipos de equipamentos,

industriais, domésticos, e utilizados em electromedicina, emissores de

radiação electromagnética.

• Capacidade para descrever e enumerar os mecanismos e os efeitos da

radiação electromagnética nos sistemas biofísicos.

• Conhecimento das publicações internacionais – livros e revistas cientí-

ficas e técnicas –, que expõem e divulgam os mais recentes resultados

de investigação sobre este tema.

• Conhecimento das regras e linhas de acção internacionais, de protec-

ção contra os efeitos nocivos da exposição às radiações electro-

magnéticas.

• Capacidade para formar e integrar equipas multidisciplinares com

médicos e engenheiros electrotécnicos, com a finalidade de procurarem

soluções técnicas com vista à protecção contra a exposição a

radiações.

v

• Capacidade para promover e desenvolver estudos, individualmente e

em equipa, que procurem relacionar determinados tipos de doenças e

anomalias com a exposição a radiações.

• Capacidade para elaborar relatórios técnicos, que descrevam e

explicitem os modos de assinalar os equipamentos potencialmente

perigosos, assim como as medidas preventivas a adoptar.

• Capacidade para integrar equipas de projecto de unidades hospitalares,

onde existam equipamentos de electromedicina, com a finalidade de

melhor localizar esses equipamentos.

• Capacidade para participar em equipas de projecto e manutenção de

equipamento electromédico.

No que respeita à estrutura organizativa deste livro, ele contém cinco capí-

tulos, onde se abordam, de uma forma aprofundada, os seguintes assuntos:

Capítulo 1. Electromagnetismo Define-se campo eléctrico e apresentam-se alguns aspectos relacionados com

a electrostática. Define-se igualmente campo magnético e, da mesma forma,

apresentam-se alguns aspectos do estudo da magnetostática. Como base da

origem dos campos electromagnéticos, expõe-se ainda o fenómeno da indução

electromagnética, descoberto e comprovado praticamente em simultâneo pelo

americano Joseph Henry e pelo inglês Michael Faraday, no Século XIX. Por

outro lado, na medida em que reúnem em si todos os fenómenos do campo

eléctrico e do campo magnético, estudam-se as quatro equações de Maxwell

na forma integral, que é a de mais simples compreensão e, na sua sequência,

cita-se a energia electromagnética, definindo-se e apresentando-se o vector de

Poynting. Continuando com a teoria do electromagnetismo, estabelece-se a

relação entre os campos electromagnéticos e a radiação, apresentando-se o

espectro das frequências, expondo-se ao mesmo tempo os conceitos de

radiação não-ionizante e de radiação ionizante. A terminar, descrevem-se as

interacções entre os campos electromagnéticos e os materiais biológicos mais

importantes – as células e os tecidos humanos.

vi

Capítulo 2. Penetração do Campo Eléctrico e do Campo Magnético nos Tecidos Biológicos No que respeita à exposição a campos electromagnéticos de frequências

reduzidíssimas, sobretudo em corrente contínua e em corrente alternada à

frequência comercial de 50 Hz, devido ao facto da energia dos fotões ser

extremamente reduzida, é possível separar entre si o campo eléctrico e o

campo magnético. Como tal, e atendendo ainda a que os efeitos biofísicos

destes dois campos são diferenciados, com base no electromagnetismo

apresenta-se neste capítulo um estudo analítico relativo ao campo eléctrico

estacionário (invariante no tempo), ao campo eléctrico quase estacionário

(alternado sinusoidal, a frequências muito próximas de 50 Hz), ao campo

magnético estacionário, e ao campo magnético quase estacionário, com a

finalidade de se quantificar os respectivos rácios entre os campos incidentes

(campos externos) e os campos absorvidos (campos internos), demonstrando-

se que, de um modo geral, que os campos absorvidos representam apenas

uma fracção ínfima dos campos incidentes. Ainda com o objectivo de desfazer

alguns mitos populares e jornalísticos sem quaisquer fundamentos científicos,

apresentam-se, em termos comparativos, os níveis de exposição a campos

eléctricos e magnéticos relativos a linhas de alta tensão, a instalações

eléctricas de distribuição em baixa tensão, e a electrodomésticos. Por outro

lado, e devido às recentes polémicas e contestações que se têm vindo a

acentuar relativamente à exposição a campos eléctricos e magnéticos emitidos

por linhas de alta tensão, apresentam-se igualmente diversos resultados

respeitantes aos níveis de exposição a esses campos, em função da distância

a linhas de alta e muito alta tensão.

Capítulo 3. Bioelectromagnetismo Os efeitos nocivos da exposição a campos electromagnéticos encontram-se

directamente relacionados com os mecanismos de interacção entre esses

campos e os tecidos biológicos. Como tal, estudam-se as propriedades

eléctricas dos materiais biológicos, descrevendo-se os modelos microscópico e

macroscópico. Estuda-se ainda em detalhe os mecanismos de propagação,

vii

através das Equações de Maxwell, e de absorção das ondas electromagnéticas

de rádio-frequência nos tecidos biológicos – condução térmica, radiação,

convecção, e transpiração, apresentando-se como exemplificação as caracte-

rísticas eléctricas de diversos materiais biológicos, como sejam os músculos, a

gordura, a água, o sangue, e os tumores cancerígenos.

Capítulo 4. Dosimetria dos Campos Electromagnéticos Incidentes Na prática, torna-se essencial saber determinar os níveis de exposição a

radiações de rádio-frequência, não só do ponto de vista teórico mas também

sob a óptica experimental. Assim sendo, apresentam-se as metodologias de

cálculo teórico da densidade de potência em locais muito próximos da fonte

emissora assim como em locais afastados, e da intensidade dos campos

electromagnéticos. Descrevem-se igualmente, de forma pormenorizada, as

técnicas de medição habituais e normalizadas – tempo médio de exposição,

valores médios espaciais, locais com frequências múltiplas –, comple-

mentando-se as exposições teóricas através de exemplos práticos. Por outro

lado, atendendo a que a exposição a antenas de transmissões celulares tem

vindo a ser alvo de polémicas, tal como as linhas de alta tensão, descreve-se

em pormenor todo um conjunto de procedimentos de segurança a adoptar no

que respeita à instalação dessas antenas.

Capítulo 5. Dosimetria dos Campos Electromagnéticos Internos

Na sequência dos estudos teórico-práticos desenvolvidos no Capítulo 2,

apresenta-se neste capítulo a taxa de absorção específica SAR, assim como a

descrição pormenorizada de todos os parâmetros associados, como sejam a

polarização, a frequência, a dimensão e a forma dos objectos sujeitos a

radiação, e as propriedades eléctricas dos tecidos biológicos. Descrevem-se

igualmente as técnicas teóricas e experimentais de dosimetria dos campos

internos, assim como, em termos particulares, da dosimetria associada aos

telefones celulares, apresentando-se alguns resultados obtidos experimen-

talmente. Para finalizar, descrevem-se os procedimentos respeitantes à

vigilância das emissões em estações de transmissões celulares.

viii

Capítulo 6. Efeitos Terapêuticos da Energia Electromagnética Diversos estudos experimentais de biologia confirmam que os campos electro-

magnéticos de frequência extremamente reduzida, podem ter um profundo

efeito numa gama variada de sistemas biológicos, incluindo fracturas ósseas e

osteoporose. Por outro lado, a característica que aqueles campos electro-

magnéticos apresentam de induzirem efeitos biofísicos, parece residir no

conteúdo da informação da própria forma de onda, daí que se possa talvez

justificar em parte a sensibilidade dos sistemas biofísicos a esses campos,

motivada pela interacção com os mecanismos de controlo presentes nas

células. Todavia, esses mecanismos de interacção entre os campos electro-

magnéticos e os sistemas biológicos, ainda estão por explicar, continuando o

debate acerca dos perigos potenciais do valor terapêutico dos campos

electromagnéticos de reduzida intensidade, até que esses mecanismos sejam

clarificados. Apesar disso, a energia electromagnética é utilizada, de um modo

cada vez mais intensivo, com fins terapêuticos, no tratamento de fracturas, da

osteoporose, e da esclerose múltipla, como se descreve neste capítulo. Por

outro lado, descrevem-se igualmente os efeitos terapêuticos relacionados com

o aquecimento derivado da energia das radiações de rádio-frequência, no

tratamento e ablação de determinados tipos de tumores e carcinomas,

expondo-se ainda as modernas técnicas de radioterapia, baseadas na

utilização de protões de hidrogénio e de iões de carbono.

Capítulo 7. Aplicações Médicas da Energia Electromagnética A imagiologia é uma das especialidades clínicas que mais depende da ciência

física e da tecnologia em engenharia, e encontra-se directamente relacionada

com o aproveitamento dos campos electromagnéticos como meio de diagnós-

tico fiável e seguro. Assim sendo, neste capítulo apresentam-se alguns

conceitos relacionados com a radiação e a sua medição e protecção, sob a

óptica clínica, e descrevem-se as bases físicas das diferentes técnicas, como

sejam a radiologia convencional, a fluoroscopia, a radiografia digital, a

angiografia, a tomografia computorizada, a ressonância magnética, a medicina

nuclear, e a mamografia, apresentando-se diversos equipamentos.

ix

Bibliografia Este livro complementa um outro, por nós realizado e indicado na bibliografia,

e, devido à elevada quantidade e variedade de temas abordados e expostos,

parecem-nos ser suficientes para que os alunos compreendam toda a

problemática relacionada com os efeitos biofísicos dos campos electro-

magnéticos, assim como das suas aplicações médicas e terapêuticas. Quanto

aos restantes livros citados, contêm uma enorme variedade de assuntos

interessantíssimos, apresentados na maioria das situações com uma

profundidade científica notável, e poderão pontualmente contribuir para a

formação especializada dos alunos, daí que se aconselhe que, no seu

processo de auto-aprendizagem complementar, sejam consultados, na medida

em que poderão esclarecer dúvidas e, ao mesmo tempo, indicar linhas

orientadores de investigação futura.

x

ÍNDICE

CAPÍTULO 1. ELECTROMAGNETISMO

1

1.1. GRANDEZAS E UNIDADES 1 1.1.1. Grandezas Escalares e Vectoriais 1 1.1.2. Sistema de Unidades 2

1.2. CAMPO ELECTROMAGNÉTICO 3 1.2.1. Grandezas do Campo 3 1.2.2. Campo Eléctrico 5 1.2.3. Campo Magnético 12

1.3. INDUÇÃO ELECTROMAGNÉTICA 161.4. EQUAÇÕES DE MAXWELL 181.5. ENERGIA ELECTROMAGNÉTICA 231.6. CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS E RADIAÇÕES 241.7. ESPECTRO DAS FREQUÊNCIAS ELECTROMAGNÉTICAS 27

1.7.1. Radiação Não Ionizante 28 a) Campos Electromagnéticos de Frequência

Extremamente Reduzida 28 b) Radiação de Rádio-Frequência 29 c) Radiação Óptica Não Coerente 29 1.7.2. Radiação Ionizante 31 a) Raios X 32 b) Raios Gama 32

1.8. MATERIAIS BIOLÓGICOS 33 1.8.1. Células 33 1.8.2. Tecidos 35

1.9. CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS E RISCOS PARA A SAÚDE 36

CAPÍTULO 2. PENETRAÇÃO DO CAMPO ELÉCTRICO E DO CAMPO MAGNÉTICO NOS TECIDOS BIOLÓGICOS

43

2.1. CAMPO ELÉCTRICO ESTACIONÁRIO 432.2. CAMPO ELÉCTRICO QUASE ESTACIONÁRIO 47

xi

2.3. CAMPO MAGNÉTICO ESTACIONÁRIO 502.4. CAMPO MAGNÉTICO QUASE ESTACIONÁRIO 522.5. CAMPOS ELÉCTRICOS E MAGNÉTICOS EM LINHAS

DE TRANSPORTE DE ENERGIA 55

CAPÍTULO 3. BIOELECTROMAGNETISMO

61

3.1. INTRODUÇÃO 613.2. PROPRIEDADES ELECTROMAGNÉTICAS

DOS MATERIAIS BIOLÓGICOS 61 3.2.1. Modelo Microscópico 62 3.2.2. Modelo Macroscópico 63

3.3. PROPAGAÇÃO ATRAVÉS DE MATERIAIS BIOLÓGICOS 683.4. ABSORÇÃO EM MATERIAIS BIOLÓGICOS 72

CAPÍTULO 4. DOSIMETRIA DOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS INCIDENTES

75

4.1. INTRODUÇÃO 754.2. CÁLCULOS TEÓRICOS 76

4.2.1. Densidade de Potência 76 a) Região próxima da fonte 77 b) Região afastada da fonte 78 4.2.2. Intensidade do Campo 79

4.3. TÉCNICAS DE MEDIÇÃO 80 4.3.1. Tempo Médio de Exposição 81 4.3.2. Valores Médios Espaciais 83 4.3.3. Locais com Frequências Múltiplas 84

4.4. PROCEDIMENTOS DE SEGURANÇA 85

CAPÍTULO 5. DOSIMETRIA DOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS INTERNOS

88

5.1. INTRODUÇÃO 885.2. TAXA DE ABSORÇÃO ESPECÍFICA SAR 89

xii

5.2.1. Tipos de SAR e Parâmetros Associados 89 a) Polarização 89 b) Frequência 90 c) Dimensão e Forma dos Objectos 91 d) Propriedades Eléctricas dos Tecidos 93 5.2.2. Estimativa da SAR 93

5.3. DOSIMETRIA TEÓRICA 955.4. DOSIMETRIA EXPERIMENTAL 965.5. DOSIMETRIA EM TELEFONES CELULARES 96

5.5.1. Potência Transmitida 96 5.5.2. Investigações sobre a SAR 97 5.5.3. Sensação de Calor 98 5.5.4. Procedimentos de Precaução 98

5.6. VIGILÂNCIA DE ESTAÇÕES CELULARES DE BASE 100

CAPÍTULO 6. EFEITOS TERAPÊUTICOS DA ENERGIA ELECTROMAGNÉTICA

106

6.1. INTRODUÇÃO 1066.2. ESTIMULAÇÃO MAGNÉTICA TRANSCRANIANA TMS 1096.3. MAGNETO-ENCEFALOGRAFIA MEG 1106.4. TRATAMENTO DE FRACTURAS ÓSSEAS 1116.5. TRATAMENTO DA OSTEOPOROSE 1156.6. TRATAMENTO DA ESCLEROSE MÚLTIPLA 1176.7. TRATAMENTO DE DISTÚRBIOS DO SISTEMA

NEUROLÓGICO 1196.8. HIPERTERMIA 121

6.8.1. Hipertermia Local 125 6.8.2. Hipertermia Regional 128 6.8.3. Hipertermia de Corpo Inteiro 129 6.8.4. Hipertermia Extracelular 130 6.8.5. Equipamentos de Aquecimento 131 a) Técnicas 131 b) Dispositivos Externos de Rádio-Frequência 131 c) Dispositivos Externos de Radiação Electromagnética 132

xiii

d) Dispositivos Interesticiais e Intracavidades 133 e) Dispositivos baseados em Nanotecnologia 134 6.8.6. Hipertermia e outras Terapêuticas 134 a) Hipertermia e Radiação 135 b) Hipertermia e Quimioterapia 135 c) Hipertermia e Radioquimioterapia 136 d) Hipertermia e Terapia Genética 136 6.8.7. Estado Actual e Tendências Futuras 137

6.9. ABLAÇÃO POR RÁDIO-FREQUÊNCIA 139 6.9.1. Aplicações Clínicas 139 6.9.2. Considerações Técnicas 141 6.9.3. Vantagens Clínicas 143 6.9.4. Limitações e Complicações 143

6.10. ABLAÇÃO POR MICROONDAS 145 6.10.1. Aplicações Clínicas 145 6.10.2. Considerações Técnicas 147 6.10.3. Vantagens Clínicas 148 6.10.4. Limitações e Complicações 149

6.11. RADIOTERAPIA 1516.12. TERAPIA DE PARTÍCULAS 1536.13. EFEITOS SECUNDÁRIOS 157

6.13.1. Fisiologia dos Tecidos 157 6.13.2. Resposta Celular 159 6.13.3. Efeitos Imunológicos 159 6.13.4. Resposta Cardiovascular 160 6.13.5. Resposta do Sistema Nervoso 160 6.13.6. Efeitos Cancerígenos 161

CAPÍTULO 7. APLICAÇÕES MÉDICAS DA ENERGIA ELECTROMAGNÉTICA

162

7.1. INTRODUÇÃO 1627.2. BASES FÍSICAS 163

7.2.1. Radiação 163 a) Medição da Radiação 163

xiv

b) Protecção contra as Radiações 165 7.2.2. Radiologia 167 a) Tubo de Raios X e Radiologia Convencional 167 b) Fluoroscopia 168 c) Radiografia Digital 169 7.2.3. Tomografia Computorizada 171 7.2.4. Ressonância Magnética 173 7.2.5. Medicina Nuclear 176

7.3. ANGIOGRAFIA DIAGNÓSTICA 1787.4. MAMOGRAFIA 1807.5. TOMOGRAFIA COMPUTORIZADA 1837.6. RESSONÂNCIA MAGNÉTICA 1877.7. OBSERVAÇÕES FINAIS. ECOGRAFIA 1897.8. TECNOLOGIA TERAHERTZ 193BIBLIOGRAFIA 196ANEXO. REGULAMENTOS DE SEGURANÇA 201

A.1. FREQUÊNCIAS EXTREMAMENTE REDUZIDAS 201 A.1.1. Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE 205 A.1.2. National Radiological Protection Board NRPB 205 A.1.3. International Commission on Nonionizing Radiation

Protection ICNIRP 206 A.1.4. Normas Suecas 207 A.1.5. Normas Alemãs 209 A.1.6. American Conference of Governmental Industrial

Hygienists ACGIH 209

A.1.7. Restrições 211A.2. RADIAÇÃO DE RÁDIO-FREQUÊNCIA 213

A.2.1. Norma ANSI/IEEE C95.1 214 A.2.2. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 1966 215 A.2.3. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 1974 215 A.2.4. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 1982 215 A.2.5. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 1992 216 A.2.6. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 2005 218 A.2.7. Relatório NCRP nº 86 – 1986 218 A.2.8. Relatório NCRP nº 86 – 1993 219

xv

A.2.9. Normas ACGIH 220 A.2.10. Normas da FCC 221 A.2.11. Normas Canadianas 222 A.2.12. Normas Japonesas 224 A.2.13. Normas Chinesas 224 A.2.14. Normas Australianas e Neo-Zelandezas 224 A.2.15. Normas Russas e da Europa de Leste 225 A.2.16. Normas da IRPA 227 A.2.17. Normas da ICNIRP 227 A.2.18. Norma CENELEC EN 50392 : 2004 228 A.2.19. Regulamentação na União Europeia 228 A.2.20. Factores de Segurança 231 A.2.21. Taxa de Absorção Específica 231

1

CAPÍTULO 1. ELECTROMAGNETISMO

1.1. GRANDEZAS E UNIDADES Ao longo deste livro de apoio, utilizam-se frequentemente as expressões

Campo Electromagnético e Radiação, que convém explicitar em termos dos

seus significados físicos. Assim sendo, o Espaço Electromagnético, definido

pela primeira vez pelo cientista escocês James Clerk Maxwell, representa todo

o espaço físico onde, por sua vez, em todos os seus pontos se manifestam

fenómenos eléctricos e magnéticos, quantificados essencialmente através dos

vectores intensidade do campo eléctrico e intensidade do campo magnético,

sendo o Campo Electromagnético a interacção entre esses dois vectores.

Como exemplo pode-se citar o caso de um simples motor eléctrico que equipa

um electrodoméstico em que, no interior dos seus condutores, existe um

campo eléctrico e, no seu circuito magnético nos troços no ferro e no ar,

manifesta-se a existência de um campo magnético.

Por outro lado, sob determinadas circunstâncias que serão descritas ao longo

do texto, os campos electromagnéticos produzem ondas, que radiam a partir

das suas fontes, daí a existência do vocábulo Radiação Electromagnética ou

simplesmente Radiação. Como exemplo evidente, tem-se a radiação provo-

cada pelas antenas de comunicações móveis e de rádio e televisão.

Como se verá um pouco mais à frente, a interacção entre os campos eléctrico

e magnético é descrita através das denominadas Equações de Maxwell, que

permitem estudar e analisar todos os fenómenos, estáticos e variáveis no

tempo, que se manifestam no espaço electromagnético.

1.1.1. Grandezas Escalares e Vectoriais Como é sabido da matemática e da física, uma grandeza que tem apenas

magnitude e sinal algébrico, é designada por grandeza escalar ou simples-

mente por escalar, como sucede por exemplo com o tempo t, a massa m, a

potência P, e a energia W. Por outro lado, as grandezas que, além de

possuírem magnitude, são ainda caracterizadas por apresentarem uma

direcção e um sentido, são designadas por grandezas vectoriais ou simples-

2

mente por vectores. É o caso, por exemplo, da velocidade Vr

, da força Fr

, e do

vector densidade de fluxo eléctrico Dr

. Como é habitual e do conhecimento

geral, os vectores serão sempre representados em itálico encimados por um

pequeno segmento com uma seta na sua extremidade direita, enquanto que o

seu módulo, ou magnitude, será sempre representada pelo mesmo símbolo,

mas sem o segmento superior – por exemplo, Br

representa o vector densidade

de fluxo magnético, enquanto que B é o seu módulo. Saliente-se que, no

estudo do campo electromagnético, utilizam-se diversas grandezas escalares e

vectoriais, como se verá de seguida.

1.1.2. Sistema de Unidades Na prática, a medição de qualquer grandeza física deverá sempre ser expressa

através de um número seguido por uma unidade, unidade essa que é uma

normalização através da qual uma dimensão pode ser expressa numeri-

camente. Os sistemas de unidades são usualmente definidos através de siglas,

que têm como significado as iniciais das unidades das suas grandezas funda-

mentais, tendo coexistido até há relativamente poucos anos, três sistemas de

unidades:

• Sistema CGS:

grandezas fundamentais – comprimento, massa, tempo

unidades – centímetro, grama-massa, segundo

• Sistema prático ou gravitatório MKpS:

grandezas fundamentais – comprimento, peso, tempo

unidades – metro, kilograma-peso, segundo

• Sistema MKS:

grandezas fundamentais – comprimento, massa, tempo

unidades – metro, kilograma-massa, segundo

Note-se que o sistema MKS, introduzido por Giorgi em 1901, representa

exactamente o Sistema Internacional de Unidades SI, adoptado universalmente

com as siglas MKSA, devido à introdução da sigla A que representa a unidade

Ampére da grandeza fundamental intensidade da corrente eléctrica. Este

3

sistema recomenda ainda que os múltiplos e os submúltiplos de todas as

unidades sejam escritos em passos (steps) de 103 e de 10-3.

1.2. CAMPO ELECTROMAGNÉTICO 1.2.1. Grandezas do Campo Como o seu próprio nome indica, o campo electromagnético é um espaço físico

onde coexistem, em interacção, campos eléctricos e campos magnéticos,

podendo ser criados artificialmente, por exemplo, em sistemas de produção,

transporte e utilização de energia eléctrica, através dos geradores, dos trans-

formadores, das linhas aéreas ou dos cabos subterrâneos de transporte, das

instalações eléctricas de baixa tensão domésticas e industriais, e por todos os

receptores que utilizam essa energia, tendo esses campos origem na

existência e no movimento de cargas eléctricas. Convém igualmente salientar

que os campos electromagnéticos criados artificialmente encontram-se sempre

presentes onde quer que existam equipamentos eléctricos, sejam electrodo-

mésticos, motores eléctricos, antenas, ou equipamentos médicos. No nosso

meio ambiente, existem igualmente campos electromagnéticos, de origem

natural, como o próprio campo magnético terrestre, as tempestades com

trovoadas, e as conhecidas auroras boreais, provocadas pela interacção entre

o vento solar e o campo magnético do planeta.

Apesar do campo electromagnético existir, não é possível ver nem sentir de

forma directa a existência de campos eléctricos e de campos magnéticos,

sendo no entanto possível medi-los e avaliá-los. Por exemplo, um simples

condutor de uma instalação eléctrica doméstica em baixa tensão, sujeito a uma

diferença de potencial que origine um movimento de cargas eléctricas no seu

interior, será sede não só de um campo eléctrico devido ao movimento das

cargas mas também de um campo magnético concêntrico – ou seja, este

condutor, assim como todo o espaço envolvente, representam um espaço

electromagnético.

A energia electromagnética, artificialmente gerada por equipamentos e que se

propaga através de ondas, interage não só com outros equipamentos

geradores de ondas similares, podendo provocar anomalias – daí a importância

crescente dos estudos sobre incompatibilidades electromagnéticas (veja-se a

influência dos telefones celulares sobre os pacemakers cardíacos) –, mas

4

também sobre os sistemas biológicos, daí que seja essencial a compreensão

de alguns conceitos físicos, que se apresentam seguidamente, para que se

possa analisar e entender os mecanismos de interacção entre os campos

electromagnéticos e os materiais biológicos.

Apesar das investigações iniciais dessa interacção se terem centrado essen-

cialmente nos efeitos resultantes das exposições a campos de elevada

intensidade, os estudos actuais debruçam-se cada vez mais sobre todas as

possibilidades, incluindo a influência de campos electromagnéticos muito

reduzidos. Apesar de, no espaço electromagnético, coexistirem campos

eléctricos e campos magnéticos, muito provavelmente os efeitos biofísicos

provocados por estes dois tipos de campos serão bastante diferenciados.

Quanto às grandezas que caracterizam o campo electromagnético, elas são as

seguintes, tanto vectoriais como escalares:

• Vector densidade de fluxo eléctrico ou vector deslocamento eléctricoDr

,

de módulo densidade de fluxo eléctrico ou deslocamento eléctrico D.

• Vector densidade de corrente Jr, de módulo densidade de corrente J.

• Vector densidade de fluxo magnético Br

, de módulo densidade de fluxo

B.

• Vector intensidade do campo eléctrico Er

, de módulo intensidade do

campo eléctrico E.

• Vector intensidade do campo magnético Hr

, de módulo intensidade do

campo magnético H.

• Constante dieléctrica, ou permitividade, do meio (material) dieléctrico ε.

O seu valor no vazio é ε0 = 8,854 x 10-12 farads/metro (F/m).

• Condutividade eléctrica do meio (material) condutor σ.

• Permeabilidade magnética do meio (material) magnético μ. O seu valor

no vazio é μ0 = 4 π x 10-7 henries/metro (H/m).

Outra constante importante utilizada em electromagnetismo, é a velocidade de

propagação das ondas electromagnéticas no vazio (velocidade da luz no

vazio), c = 3 x 108 metros/segundo (m/s). Na disciplina científica electroma-

gnetismo, é canónico efectuar-se o estudo da electrostática (cargas eléctricas e

5

campo eléctrico invariantes no tempo), da corrente eléctrica estacionária

(corrente contínua, em que as grandezas intervenientes são invariantes no

tempo), da magnetostática (campo magnético gerado por corrente contínua,

sendo as grandezas intervenientes igualmente invariantes no tempo), e dos

campos eléctricos e magnéticos variáveis no tempo. Como se verá um pouco

mais à frente, estes estudos têm todos eles como base as 4 Equações de

Maxwell, que serão apresentadas de uma forma generalizada, mas que, para

cada estudo concreto, são particularizadas. Um outro aspecto importante, para

que se fique com a noção clara de que existem similaridades entre a

electrostática, a corrente eléctrica estacionária e a magnetostática, consiste

exactamente na apresentação dessas similaridades não só entre grandezas

vectoriais mas também entre grandezas escalares, como se mostra no quadro

1.1.

Estudo Grandezas vectoriais Grandezas escalares

Electrostática E D ε

Corrente Estacionária E J σ

Magnetostática H B µ

Quadro 1.1 – Grandezas características do campo electromagnético

e similaridades entre elas.

1.2.2. Campo Eléctrico Como é sabido, o átomo é electricamente neutro, sendo constituído por um

núcleo com protões, isto é, cargas eléctricas positivas, e por electrões, ou seja

cargas eléctricas negativas, que, em número igual aos protões, giram em

órbitas em torno do núcleo. Estas cargas eléctricas encontram-se presentes no

vácuo, no ar e no interior de condutores – quando os electrões se movimentam

no interior dos condutores e cabos eléctricos, tem-se a conhecida corrente

eléctrica; porém essas cargas podem-se movimentar no espaço de um local

para outro, criando assim a denominada electricidade estática, cujos efeitos

são por nós conhecidos, como por exemplo quando os nossos cabelos se

dispõem de uma forma erecta perante um objecto electrizado ou quando se

“apanha” um pequeno choque eléctrico ao tocar-se na estrutura metálica de um

6

automóvel. Outro exemplo típico, natural, consiste nas trovoadas, em que as

nuvens, ao movimentarem-se na atmosfera, ficam carregadas fortemente com

cargas eléctricas, devido ao atrito com o ar.

Sempre que existam cargas eléctricas em movimento no interior de um condu-

tor, ou quando há cargas eléctricas de sinal contrário, separadas entre si,

existirá um vector intensidade do campo eléctrico E, que permite definir e

avaliar a diferença de potencial, ou tensão eléctrica, U, devida a essa

separação de cargas. Esta tensão, entre dois pontos do espaço ou entre dois

pontos de um condutor, pontos esses que se encontram, genericamente, aos

potencias eléctricos absolutos V1 e V2, é definida matematicamente como

sendo a circulação do vector intensidade do campo eléctrico Er

entre esses

dois pontos, ou seja:

∫ •=−=s

sdEVVUrr

21

sendo ds o vector de definição do caminho de circulação do vector campo

eléctrico. Se estes dois vectores forem colineares, isto é, se tiverem a mesma

direcção e o mesmo sentido, como sucede entre as armaduras paralelas de um

condensador plano ou no interior de um condutor eléctrico, ao resolver-se o

integral obtém-se:

sEVVU =−= 21

sendo s, em metros (m), a distância entre os pontos 1 e 2. Esta tensão

eléctrica, expressa em joules/coulomb (J/C), equivalente em termos

dimensionais ao volt (V), representa o trabalho necessário para mover uma

unidade de carga eléctrica entre aqueles dois pontos 1 e 2. Como se constata,

através da última expressão, quanto mais elevada for a tensão eléctrica ou

quanto mais próximas estiverem as cargas entre si, mais intenso será o campo

eléctrico, cuja intensidade tem como unidade o newton/coulomb (N/C),

dimensionalmente equivalente ao volt/metro (V/m).

Basicamente, os campos eléctricos podem ser representados de uma forma

gráfica, como se mostra na figura 1.1, considerando apenas uma única carga

(a), em que as linhas de força do vector campo eléctrico são radiais, ou então

considerando duas armaduras planas, paralelas, carregadas com cargas

eléctricas de sinais contrários (b).

7

Figura 1.1 – Linhas de força do vector intensidade do campo eléctrico:

(a) – devidas a uma única carga eléctrica

(b) – devidas a duas armaduras paralelas (condensador).

Por sua vez, na figura 1.2 mostra-se o campo eléctrico na zona envolvente do

coração humano, destacando-se as linhas de força do vector intensidade do

campo eléctrico assim como as linhas equipotenciais, isto é, as linhas cujos

pontos se encontram todas elas ao mesmo potencial. Note-se que se têm duas

cargas eléctricas iguais, mas de sinal contrário, constituindo o que se designa

por dipolo eléctrico.

Figura 1.2 – Linhas de força do campo eléctrico e linhas equipotenciais

no coração humano.

Por outro lado, observa-se ainda que as linhas equipotenciais são perpendi-

culares às linhas de força do vector intensidade do campo eléctrico e, além

disso, quanto mais próximas essas linhas equipotenciais se encontram das

respectivas cargas mais elevado é o valor do potencial eléctrico.

8

Este facto deve-se à seguinte expressão:

VE ∇−=r

em que ∇ é um operador vectorial diferencial, conhecido da análise mate-

mática, representando ∇V o gradiente do potencial eléctrico V. Por conse-

guinte, esta expressão diz-nos, por um lado, que as linhas equipotenciais são

perpendiculares às linhas de força do vector intensidade do campo eléctrico, e,

por outro, que o vector intensidade do campo eléctrico tem o sentido dos

potenciais eléctricos decrescentes. Nas figuras 1.3 e 1.4 são visíveis estas

constatações.

Figura 1.3 – Linhas de força do vector intensidade do campo eléctrico e linhas

equipotenciais, entre duas cargas iguais (140 pC), mas de sinais contrários.

9

Figura 1.4 – Linhas de força do vector intensidade do campo eléctrico e linhas

equipotenciais, entre duas cargas iguais (140 pC), e com o mesmo sinal.

Relativamente à figura 1.3, conclui-se que cargas eléctricas com sinais contra-

rios repelem-se, enquanto que, como se pode ver na figura 1.4, cargas com o

mesmo sinal atraem-se. Se, em lugar de cargas eléctricas, se tivessem por

exemplo condutores eléctricos rectilíneos percorridos por correntes eléctricas

invariantes no tempo, com a mesma intensidade, circulando com sentidos con-

trários ou com o mesmo sentido, os mapas apresentados seriam rigorosamente

iguais, com a única diferença de que, em lugar da carga eléctrica Q, expressa

em coulombs (C), se teria a intensidade de corrente eléctrica I, cuja unidade é

o ampere (A), dimensionalmente idêntica ao coulomb por segundo (C/s).

Saliente-se que este fenómeno, de atracção ou de repulsão entre condutores

percorridos por correntes eléctricas, foi pela primeira vez descoberto e

explicado pelo físico e matemático francês André-Marie Ampére, em 1820.

10

Do exposto anteriormente, constata-se assim que, quanto mais próximo nos

encontrarmos de linhas áreas de transporte de energia eléctrica, de alta e

muito alta tensão, por exemplo 110 - 220 - 750 kV, mais intensos são os

campos eléctricos, daí os eventuais riscos inerentes da exposição a esses

campos eléctricos.

Na figura 1.5 mostram-se as linhas de força do vector intensidade do campo

eléctrico electrostático, bem como as respectivas linhas equipotenciais, no

espaço abaixo de uma nuvem de trovoada, carregada de cargas eléctricas.

Nesta mesma figura desenhou-se uma figura humana assim como uma trin-

cheira no solo, constatando-se, por um lado, que o campo eléctrico no fundo da

trincheira é inferior a 2000 V/m, enquanto que, na cabeça do humano, é

sensivelmente igual a 100000 V/m. Por conseguinte, durante a trovoada, o

risco de electrocussão do humano, ao manter-se em pé, é elevadíssimo, ao

passo que, se se deitar no chão da trincheira, é praticamente nulo (veja-se o

conselho que se encontra escrito na filactera). Este desenho comprova cien-

tificamente os sábios conselhos populares, a adoptar em campo aberto durante

as trovoadas, adquiridos empiricamente mas contudo correctos, de que nunca

se deve ficar em pé ou abrigarmo-nos debaixo de árvores, durante aquele tipo

de intempéries.

Figura 1.5 – Mapa das linhas de força do campo eléctrico electrostático (verticais),

e das equipotenciais (horizontais, na perpendicular), debaixo de uma núvem de

trovoada.

11

Por sua vez, na figura 1.6 mostram-se os campos eléctricos e as equipotenciais

electrostáticas da atmosfera, numa situação de céu pouco nublado e com

condições propícias ao aparecimento de trovoadas, sendo de salientar que o

solo e a electrosfera constituem um enorme condensador de armaduras para-

lelas. As nuvens mais carregadas (cumulo-nimbus), propícias ao desencadear

de trovoadas, comportam-se como um potente gerador de cargas eléctricas,

que vão carregando aquele condensador, deslocando-se as cargas eléctricas

positivas para a electrosfera e as cargas negativas para a parte inferior dessas

nuvens, concluindo-se que o campo eléctrico é bastante intenso. Em contra-

partida, quando as condições climatéricas são amenas (céu limpo, nuvens

fracto-cumulus), os campos eléctricos são bastante reduzidos, e dirigem-se

exclusivamente para o solo.

Figura 1.6 – Campo eléctrico e equipotencias na atmosfera, em condições

de céu pouco nublado e de aparecimento de trovoadas.

Em electrostática, se se tiver um meio dieléctrico com uma constante die-

léctrica, ou permitividade, ε, em F/m, onde existam cargas eléctricas estáticas,

a relação entre a intensidade do campo eléctrico E (V/m) e a densidade de

fluxo eléctrico, ou deslocamento eléctrico, D (C/m2), é dada pela seguinte

expressão vectorial:

EDrr

ε=

12

Note-se que D representa uma medida do campo eléctrico em termos da carga

eléctrica equivalente por unidade de superfície. Por outro lado, na prática, os

materiais dieléctricos são os materiais isolantes utilizados em electrotecnia.

Nas situações em que os vectores densidade de fluxo eléctrico e intensidade

do campo eléctrico são colineares, pode-se escrever:

ED ε=

Quanto à constante dieléctrica, é ainda usual definir-se a constante eléctrica

relativa εr, adimensional, tomando como referência a constante dieléctrica do

vazio, ou seja:

0εεε =r

Para a maioria dos materiais biológicos, os valores desta constante relativa

situa-se entre 1 (como para o vácuo) e cerca de 80.

Conforme se salientou anteriormente, o movimento de cargas eléctricas no

interior de um condutor, origina o aparecimento de uma corrente eléctrica.

Assim sendo, a relação entre a intensidade do campo eléctrico e a densidade

de corrente no interior do meio condutor, é expressa através da seguinte

expressão:

EJrr

σ=

sendo a condutividade eléctrica do meio (material) condutor σ expressa em

amperes/volt/metro (A/V/m), dimensionalmente equivalente a 1/ohm/metro

(1/Ω/m). Havendo colinearidade entre os dois vectores, pode-se ainda

escrever:

EJ σ=

1.2.3. Campo Magnético No sub-capítulo anterior, o campo eléctrico foi estudado por meio de uma força

de carácter eléctrico entre cargas, que actua sobre uma linha estabelecida

entre essas cargas. Com o movimento de cargas eléctricas, outro tipo de força

é exercida ao longo dessa linha entre cargas.

13

Esta força é representada através do vector intensidade do campo magnético

Hr

, o qual é devido às cargas eléctricas em movimento no espaço ou no interior

de condutores. Este vector, cujo módulo é H, expresso em amperes/metro

(A/m), é perpendicular à direcção da corrente eléctrica, e descreve círculos

concêntricos em torno do eixo longitudinal do condutor, como se esquematiza

na figura 1.7. Por conseguinte, sempre que existam condutores percorridos por

correntes eléctricas, estacionárias ou variáveis no tempo, existirão igualmente

campos magnéticos no espaço envolvente, também estacionários ou variáveis

no tempo. Ou seja, quem estiver próximo de linhas aéreas ou subterrâneas de

transporte de energia, ou mesmo em instalações domésticas ou industriais,

estará exposto a campos magnéticos e, consequentemente, aos seus

possíveis efeitos adversos.

Figura 1.7 – Linhas de força circulares do vector intensidade do campo magnético,

originadas pela corrente eléctrica que circula no interior do condutor.

Por conseguinte, existem campos magnéticos significativos gerados por cen-

trais eléctricas, linhas de transporte de energia, subestações eléctricas, trans-

formadores, catenárias de linhas ferroviárias eléctricas, painéis e anúncios

eléctricos, motores, e electrodomésticos, campos esses que facilmente pene-

tram noutros materiais, incluindo os tecidos humanos. Em geral, os campos

electromagnéticos são bastante intensos junto às fontes que lhes dão origem, e

diminuem bastante à medida que nos afastamos dessas fontes. Por outro lado,

as pessoas não sentem directamente a presença dos campos electroma-

gnéticos, todavia, quando a sua intensidade é elevada, podem causar uma

sensação visual tremeluzente, temporária, denominada magnetophosphenes,

que desaparece assim que a fonte do campo magnético é removida.

14

Quando um campo magnético, caracterizado pelo vector intensidade do campo

magnético, penetra através de uma superfície seccional de um meio (material)

magnético, de permeabilidade μ, como se esquematiza na figura 1.8, o vector

densidade de fluxo magnético através dessa superfície é dado pela seguinte

expressão:

HBrr

μ=

em que a densidade de fluxo é expressa em webers/metro quadrado (Wb/m2),

unidade esta que é equivalente ao tesla (T), em homenagem ao físico e enge-

nheiro Nikola Tesla. Existindo colinearidade entre os dois vectores, pode-se

ainda escrever:

HB μ=

Tal como em relação à constante dieléctrica, é usual definir-se a permea-

bilidade magnética relativa, tomando como base a permeabilidade magnética

absoluta do vazio, ou seja:

0μμμ =r

Do ponto de vista do seu comportamento face aos campos magnéticos, os

materiais são classificados em 3 categorias distintas:

• Materiais diamagnéticos: A sua permeabilidade relativa é ligeiramente

inferior à unidade, como é o caso do bismuto (0,99983), da prata

(0,99998), e do cobre (0,999991).

• Materiais paramagnéticos: A sua permeabilidade relativa é ligeiramente

superior à unidade, como é o caso do ar (1,0000004), do alumínio

(1,00002), e do palladium (1,0008).

• Materiais ferromagnéticos: A sua permeabilidade relativa é bastante

elevada, como é o caso do níquel (600), do ferro (5000), e do

supermalloy (1000000).

Na prática, os materiais são classificados em não-ferromagnéticos (diamagné-

ticos e paramagnéticos), uma vez que a sua permeabilidade relativa se pode

considerar igual à unidade, isto é, μr = 1, e em ferromagnéticos, com μr >> 1.

15

O fluxo magnético φ, expresso em webers (Wb), através de uma superfície de

área S, expressa em metros quadrados (m2), conforme se representa na figura

1.8, é definido como sendo a totalidade da densidade de fluxo magnético

através dessa superfície S. Supondo que as linhas de força do vector

densidade de fluxo magnético são perpendiculares à superfície, tem-se:

SHSB μφ ==

Figura 1.8 – Linhas de força do vector densidade de fluxo magnético B

através de uma superfície de área S.

Como exemplificação, esquematiza-se na figura 1.9 o espectro das linhas de

força do campo magnético gerado por um magneto permanente rectilíneo.

Figura 1.9 – Distribuição de linhas de força do campo magnético,

de um magneto permanente.

área S

B

16

1.3. INDUÇÃO ELECTROMAGNÉTICA A magnetostática, como se compreende, representa o estudo do campo ma-

gnético com origem na corrente eléctrica estacionária, isto é, na corrente

contínua. Como tal, todas as grandezas intervenientes, eléctricas e magné-

ticas, são invariantes no tempo. A magnetostática abrange igualmente o estudo

dos materiais magnéticos permanentes, que possuem um campo magnético

também ele invariante no tempo, não havendo a presença de correntes

eléctricas estacionárias.

Todavia, quando um condutor ou um enrolamento eléctrico se encontram sob a

acção de um campo magnético estacionário no tempo, esse condutor ou esse

enrolamento permanecerão inertes, isto é, não será gerada qualquer força

electromotriz e, consequentemente, corrente eléctrica estacionária. Contudo,

em 1831, em Londres, o físico inglês Michael Faraday descobriu que os

campos magnéticos variáveis no tempo geram correntes eléctricas em circuitos

fechados, também variáveis no tempo, desde que esses circuitos se

encontrassem sujeitos à acção desses campos magnéticos. Este mesmo

fenómeno, conhecido por indução electromagnética, foi igualmente constatado,

quase em simultâneo mas de uma forma independente, pelo físico americano

Joseph Henry, em Albany, no Estado de New York. Na prática, esse fenómeno

é conhecido universalmente por Lei de Indução de Faraday, lei esta que é

considerada como das mais importantes da história da humanidade, na medida

em que representa a base teórica e científica para a construção, por exemplo,

de geradores, motores, transformadores, e fornos de indução.

Faraday, na sua investigação, concluiu que a intensidade da corrente induzida

no circuito fechado é proporcional não ao fluxo que abraça, mas sim à taxa de

variação negativa desse mesmo fluxo em ordem ao tempo. Para melhor com-

preensão, considere-se uma espira de condutor eléctrico, de forma rectangular,

com um comprimento total s e com uma área total S, conforme se esquematiza

na figura 1.10, sujeita à acção de um campo magnético variável no tempo,

caracterizado pelo fluxo φ, perpendicular à superfície. Atendendo a que o

campo magnético é variável no tempo, gera-se um vector intensidade do

campo eléctrico no interior do condutor da espira, de módulo E também

17

variável no tempo, sendo assim a força electromotriz induzida na espira, f.e.m.,

variável no tempo, dada pela expressão:

sEsdEEsind =•= ∫

rr

Figura 1.10 – Esquematização da Lei de Indução de Faraday.

Por outro lado, o valor instantâneo desta f.e.m. é também dado pela seguinte

expressão, que traduz, na sua forma original, a Lei de Indução de Faraday:

tddEindφ

−=

Como o valor instantâneo do fluxo magnético φ, através da totalidade da super-

fície S da espira, é dado por:

SB=φ

ter-se-á, finalmente:

)( SBtd

dEind −=

Analisando esta expressão geral da lei de indução, conclui-se o seguinte:

• Se B for invariante no tempo, e se a espira for mecanicamente inde-

formável (S constante), a f.e.m. induzida é nula.

S

φ

Eind

s

18

• Se B for variável no tempo e se a espira não se deformar, existe f.e.m.

induzida, que tem a designação de f.e.m. estática ou de transformação,

e é característica dos transformadores eléctricos.

tdBdSEind −=

• Se B for invariante no tempo, mas se a superfície da espira for variável

ou se rodar em torno do seu eixo de simetria longitudinal, existe f.e.m.

induzida, que se designa por f.e.m. dinâmica ou de rotação, e representa

a base da existência de geradores e motores eléctricos de corrente

contínua e de corrente alternada.

tdSdBEind −=

• Se B for variável no tempo e, em simultâneo, se a superfície da espira

for variável ou se rodar em torno do seu eixo de simetria longitudinal,

existe f.e.m. induzida, com as duas parcelas anteriores – estática e

dinâmica. É característica dos motores de corrente contínua a trabalha-

rem em corrente alternada, como é o caso dos pequenos motores que

equipam diversos electrodomésticos.

tdSdB

tdBdSEind −−=

1.4. EQUAÇÕES DE MAXWELL Como se estudou anteriormente, um campo eléctrico produz sempre um campo

magnético e, inversamente, um campo magnético variável no tempo produz

sempre um campo eléctrico.

Esta interacção entre os campos eléctricos e os campos magnéticos dá origem

a uma região do espaço físico designada por campo electromagnético, em que

todos os seus fenómenos são traduzidos matematicamente pelas 4 Equações

de Maxwell que, na forma diferencial, apresentam o seguinte aspecto,

considerando os campos variáveis no tempo:

19

tBE∂∂

−=×∇

rr

tDJH∂∂

+=×∇

rrr

0=•∇ Br

ρ=•∇ Dr

Nestas equações, e como já se salientou anteriormente, ∇ é um operador

vectorial, representando ∇ • um produto interno ou escalar (divergência), e ∇ x

um produto externo ou vectorial (rotacional). Por outro lado, ρ representa a

densidade de cargas eléctricas estáticas em volume, expressa em coulombs

por metro cúbico (C/m3).

A primeira destas equações relaciona o rotacional do campo eléctrico num

ponto do espaço com a variação da densidade de fluxo nesse mesmo ponto do

espaço. Fisicamente, esta equação mais não é que a forma diferencial da lei de

indução de Faraday. A segunda equação relaciona o rotacional do vector

intensidade do campo magnético num ponto do espaço, com a densidade de

corrente nesse mesmo ponto, compreendendo o segundo membro duas par-

celas, representando a primeira o vector densidade de corrente de condução

num meio condutor, e a segunda, a densidade de corrente de deslocamento

num meio dieléctrico (lei de Ampére). As correntes de deslocamento surgem

em qualquer dieléctrico desde que exista uma variação com o tempo do campo

eléctrico.

Note-se que as cargas eléctricas que se movimentam livremente no interior de

um material sob a acção de um campo eléctrico designam-se por cargas livres,

e que, sob a acção desse campo, deslocam-se livremente nos condutores,

dando origem às correntes eléctricas de condução. Por outro lado, as cargas

ligadas são cargas eléctricas que fazem parte da estrutura de alguns materiais

e que são mantidas em determinadas posições por acção das forças de coesão

moleculares, sendo o número de cargas ligadas positivas igual ao número de

cargas ligadas negativas. Os materiais assim caracterizados são designados

20

por dieléctricos, ou materiais isolantes. Deste modo, quando um material iso-

lante fica sujeito à acção de um campo eléctrico, as cargas ligadas positivas

deslocar-se-ão no sentido dos potenciais decrescentes, enquanto que as

cargas ligadas negativas se deslocarão no sentido contrário, isto é, dos

potenciais crescentes, gerando assim as correntes de deslocamento eléctrico.

Por conseguinte, devido à acção do campo eléctrico as cargas ficarão

distribuídas à superfície do material, como sucede nos condensadores.

Quanto à terceira equação, ela exprime a continuidade do fluxo magnético, isto

é, diz-nos que as linhas de força do campo magnético fecham-se sobre si pró-

prias (lei de Gauss para o campo magnético).

Finalmente, a quarta equação relaciona a divergência do vector densidade de

fluxo eléctrico com a densidade volumétrica de cargas estáticas (lei de Gauss

para o campo eléctrico).

Adicionalmente, existem ainda mais 3 expressões, já expostas e analisadas

anteriormente, e que representam as denominadas equações de constituição

dos meios (materiais), respectivamente isolantes, condutores e magnéticos:

EDrr

ε=

EJrr

σ=

HBrr

μ=

sendo de salientar que a segunda das equações representa a Lei de Ohm na

forma diferencial. Se se particularizarem as Equações de Maxwell para a

electrostática, para a corrente eléctrica estacionária, e para a magnetostática,

obtêm-se, respectivamente, as seguintes equações:

• Electrostática – como não existem correntes de condução e campos ma-

gnéticos, tem-se:

0=×∇ Er

ρ=•∇ Dr

EDrr

ε=

21

• Corrente Eléctrica Estacionária – como não existem correntes eléctricas

de deslocamento nem campos magnéticos, tem-se:

0=×∇ Er

EJrr

σ=

• Magnetostática – como não existem correntes de deslocamento nem

campos eléctricos, e a densidade de fluxo é invariante no tempo, tem-se:

JHrr

=×∇

0=•∇ Br

HBrr

μ=

No estudo da corrente eléctrica estacionária, isto é, da corrente contínua, existe

uma outra equação vectorial afim,

0=•∇ Jr

que explicita que as linhas de força do vector densidade de corrente são

contínuas, fechando-se sobre si próprias. Ou seja, num circuito eléctrico não se

verificam perdas na intensidade de corrente – por exemplo, se um determinado

receptor necessitar de uma intensidade de corrente de 10 A para poder

funcionar, quando se aplica aos terminais desse receptor a respectiva tensão

eléctrica, a corrente que circulará nos condutores de ligação terá sempre a

mesma intensidade, quer seja medida no condutor a montante ou no condutor

a jusante desse receptor.

Nas suas investigações, Maxwell concluiu que a luz mais não era que uma

onda de propagação, composta de electricidade e magnetismo, predizendo

assim a existência de ondas electromagnéticas a propagarem-se à velocidade

da luz. O próprio Albert Einstein baseou-se nos trabalhos de Maxwell,

prematuramente desaparecido, e que poderia ter desenvolvido a teoria da

relatividade. Sem dúvida que o seu trabalho foi, a todos os títulos, notável e

merecedor do Prémio Nobel, se tal já existisse no seu tempo.

22

Como informação complementar, que consideramos importante, na figura 1.11

mostra-se o campo magnético terrestre, simétrico, enquanto que, na figura

1.12, se pode observar a deformação causada pela radiação solar (vento

solar).

Figura 1.11 – Campo magnético terrestre, simétrico.

Figura 1.12 – Deformação do campo magnético terrestre,

devido à acção da radiação solar.

23

1.5. ENERGIA ELECTROMAGNÉTICA

É sabido, da teoria dos circuitos eléctricos, que a potência P, expressa em

watts (W), é igual ao produto da tensão eléctrica U, em volts (V), pela inten-

sidade da corrente eléctrica I, em ampéres (A). Como a potência representa a

taxa de variação da energia em jogo na unidade de tempo, a sua unidade (W)

corresponde ao joule por segundo (J/s). Na prática, é também usual

considerar-se a densidade de potência, isto é, a densidade de fluxo de potên-

cia, expressa em watts por metro quadrado (W/m2), e que representa a distri-

buição de potência por uma determinada área.

O fenómeno da energia electromagnética poder ser transmitida através do

espaço sem se recorrer a meios materiais condutores, é uma das ferramentas

de progresso mais importantes das modernas sociedades. Por conseguinte, há

que contabilizar a potência tendo em atenção esse fenómeno, o que é feito

através do vector de Poynting Pr

, definido através do produto externo ou

vectorial dos vectores intensidade do campo eléctrico e intensidade do campo

magnético, associados a uma onda de energia electromagnética:

HEPrrr

×=

A sua unidade é o (V/m) x (A/m) = (W/m2), sendo a sua direcção a da onda ele-

ctromagnética. Este vector, perpendicular ao plano definido pelos vectores

campo eléctrico e campo magnético, representa a densidade de potência

vectorial instantânea associada aos campos electromagnéticos num deter-

minado ponto, sendo função do tempo na medida em que o campo eléctrico e o

campo magnético são igualmente variáveis no tempo. Por outro lado, a inte-

gração do vector de Poynting ao longo de uma superfície fechada conduz à

potência total que flui através dessa superfície (teorema de Poynting).

Atendendo a que a energia electromagnética está associada directamente aos

vectores Er

e Hr

, existe um efeito sobre as partículas atómicas carregadas

electricamente, sobretudo os electrões, devido às suas massas serem reduzi-

díssimas. Adicionalmente, todas as partículas carregadas, que estejam em

movimento, possuem um campo eléctrico e um campo magnético a elas

associados. Por conseguinte, existe uma interacção entre os campos electro-

magnéticos exteriores e os campos electromagnéticos associados a essas par-

24

ticulas em movimento, resultando não só na alteração do campo eléctrico e do

campo magnético das partículas, mas também no aumento da sua energia

cinética.

A absorção de energia por um meio (material) é definida como sendo a taxa

específica de absorção, conhecida universalmente por specific absorption rate

SAR, e que é igual ao quociente entre a taxa de energia transferida e a massa

do material, sendo a sua unidade o watt por kilograma (W/kg). Para um campo

electromagnético forçado, de forma sinusoidal, a SAR é dada pela seguinte

expressão, para cada ponto do material:

υεωσ

2)( ESAR +=

sendo ω a frequência angular eléctrica do campo (rad/s), e υ a densidade de

massa do material, em kg/m3. A SAR total de um corpo é obtida por média

aritmética dos valores das SAR calculados para todos os pontos do corpo.

Atendendo a que o vector de Poynting resulta do produto vectorial entre os

vectores campo eléctrico e campo magnético, constata-se que, para que esse

vector não seja nulo, ou seja, para que a potência transmitida através do

campo electromagnético exista, as direcções dos campos eléctrico e magnético

não podem ser paralelas, sendo essa potência máxima quando os campos

forem perpendiculares. Na prática, a potência transmitida é igualmente nula

quando um dos campos não existe, como sucede na vizinhança de cargas

eléctricas estáticas, devido à não existência de campo magnético.

1.6. CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS E RADIAÇÕES

Para campos electromagnéticos variáveis no tempo, os vectores Er

e Hr

são

dependentes entre si, podendo contudo ser independentes em determinadas

situações. Na prática, para frequências de 20 - 30 kHz e superiores, os campos

eléctricos e magnéticos não podem ser entendidos separadamente, ou seja,

deverão ser estudados como um todo, que é a onda electromagnética. Estas

ondas, previstas por Maxwell, através das suas equações, e tendo sido pela

primeira vez investigadas pelo físico alemão Heinrich Hertz, podem propagar-

-se livremente no espaço e com perdas através dos materiais biológicos.

25

As ondas electromagnéticas de baixa frequência (tempo de período e compri-

mento de onda elevados) são usualmente referidas como sendo campos

electromagnéticos, enquanto que as ondas electromagnéticas de muito alta

frequência (tempo de período e comprimento de onda muito reduzidos) são

designadas por radiação electromagnética ou simplesmente por radiação.

Como se salientou anteriormente, as ondas electromagnéticas contêm um

campo eléctrico E e um campo magnético H, perpendiculares à direcção de

propagação das ondas, como se esquematiza na figura 1.13, propagação essa

que, no vácuo e aproximadamente no ar, se faz à velocidade da luz, isto é, a

c = 300 000 000 m/s, sendo a velocidade de propagação mais reduzida noutros

materiais como por exemplo os tecidos biológicos. Quanto mais reduzido é o

comprimento de onda, mais elevada é a quantidade de energia que é trans-

ferida para objectos similares em dimensão ao comprimento de onda.

Figura 1.13 – Onda electromagnética, com os seus campos eléctrico

e magnético, a deslocar-se ao longo do eixo z.

Todas estas ondas são caracterizadas pelo tempo de período T, em segundos,

pela frequência f, em hertzs, e pelo comprimento de onda λ, em metros, sendo

usual exprimir a frequência apenas em hertzs para as ondas de muito reduzida

frequência, como por exemplo na produção, distribuição e utilização de energia

eléctrica, enquanto que, para as ondas de radiação electromagnética, ou seja,

de muito alta frequência, se utilizam os múltiplos kilohertz (1 kHz = 103 Hz),

26

Megahertz (1 MHz = 106 Hz), e Gigahertz (1 GHz = 109 Hz). Por exemplo, as

ondas de rádio AM (modulação de amplitude, Amplitude Modulation) têm uma

frequência de 1 MHz e um comprimento de onda de cerca de 300 metros,

enquanto que as microondas utilizam uma frequência de 2,45 GHz, à qual

corresponde um comprimento de onda de 12 cm. Note-se que a frequência da

onda é, como se torna evidente, bastante superior à frequência da modulação

da sua amplitude.

A frequência e o tempo de período encontram-se relacionados através da

seguinte expressão:

fT 1=

enquanto que o comprimento de onda no vazio (e, aproximadamente, no ar),

está relacionado com a frequência por meio da seguinte expressão:

fc

=λ

As ondas electromagnéticas consistem em minúsculos corpúsculos de energia,

que são os fotões, sendo a energia de cada fotão proporcional à frequência da

onda, de acordo com a seguinte expressão:

fh=V)(e Energia

representando o primeiro membro essa energia, em electrões volts (eV), e h a

constante de Planck, com o valor de 4,135667 x 10-15 eVs. Recorde-se que o

electrão volt é a variação de energia potencial a que fica sujeito um electrão

quando se movimenta de um ponto ao potencial V para outro ponto ao

potencial V+1 volt. Por outro lado, a quantidade de energia de um fotão por

vezes torna-o como que uma onda, enquanto que noutras, mais como uma

partícula – é um fenómeno que, na física, tem a designação de dualidade onda-

partícula da luz. Como exemplo desta dualidade, os fotões de baixa energia

das ondas de rádio-frequência comportam-se mais como se fossem ondas,

enquanto que os fotões de alta energia dos raios X se assemelham mais a

partículas.

27

1.7. ESPECTRO DAS FREQUÊNCIAS ELECTROMAGNÉTICAS A evolução do espectro das frequências electromagnéticas nasceu com as

descobertas de Maxwell, Hertz e Marconi, espectro esse que, actualmente, tem

a configuração classificativa que se expõe na figura 1.14.

Figura 1.14 – Espectro das frequências electromagnéticas.

28

Este espectro, que exemplifica para cada gama alguns equipamentos e sis-

temas típicos, estende-se das extremamente reduzidas frequências (extremely

low-frequency ELF) e muito reduzidas frequências (very-low frequency VLF), à

radiação de rádio-frequência (radio frequency radiation RFR), à radiação infra-

vermelha (infrared radiation IR), à luz visível, à radiação ultravioleta (ultraviolet

UV), aos raios X, e aos raios gama de frequências que excedem 1024 Hz. Por

outro lado, este espectro está ainda dividido em duas zonas – radiação não

ionizante, e radiação ionizante, encontrando-se a separação sensivelmente na

zona da radiação ultravioleta.

1.7.1. Radiação Não Ionizante Esta radiação é caracterizada pelo facto de não possuir energia suficiente para

causar a ionização em sistemas vivos. As fontes naturais – sol, radiação das

estrelas, outras fontes cósmicas –, são muito poucas e extremamente fracas.

Em contrapartida, com a explosão do desenvolvimento da engenharia electro-

técnica, a densidade de energia electromagnética criada pelo homem é

incomensuravelmente mais elevada que a energia electromagnética prove-

niente daquelas fontes naturais. Em geral, o sector não-ionizante do espectro

das frequências electromagnéticas encontra-se dividido em três gamas

principais: a) campos electromagnéticos de frequência extremamente reduzida,

b) radiação de rádio-frequência, c) radiação óptica não coerente.

a) Campos Electromagnéticos de Frequência Extremamente Reduzida Estes campos englobam todos aqueles cujas frequências não ultrapassam 3

kHz. Para esta gama de frequências, os comprimentos de onda no ar são

bastante elevados – 6000 km a 50 Hz e 5000 km a 50 Hz – e, além disso, os

campos eléctricos e magnéticos são independentes uns dos outros, sendo

igualmente medidos separadamente.

Estes campos são normalmente gerados por equipamentos de produção, trans-

porte e distribuição de energia eléctrica, por equipamentos de comunicações

estratégicas globais com submarinos imersos na água condutora, por toda a

variedade de electrodomésticos e de equipamentos de escritório, por comboios

eléctricos, por equipamento informático, e por motores eléctricos. Saliente-se

que esta gama de frequências não é propícia para ser utilizada em

29

telecomunicações, devido à severa limitação de largura de banda e às difi-

culdades de se gerar energia através de antenas de dimensões razoáveis.

b) Radiação de Rádio-Frequência Esta radiação, que é constituída por ondas electromagnéticas que se propa-

gam no ar e no vácuo, e cujas frequências se situam entre 3 kHz e 300 GHz,

são utilizadas em radar, comunicações por satélite, em rádio e televisão, em

navegação aérea e marítima, em comunicações móveis sem fios, e em

comunicações móveis celulares.

A banda de frequências compreendida entre 30 kHz e 500 kHz, é designada

por banda de baixa frequência (low-frequency LF), sendo utilizada essencial-

mente nas comunicações aéreas e marítimas. A banda de médias frequências

(medium frequency MF), com comprimentos de onda inferiores a 200 metros, é

normalmente utilizada por rádio-amadores, sendo a banda de altas frequências

(high-frequency HF), entre 3 MHz e 30 MHz, aplicada nas comunicações

internacionais tradicionais, por satélite.

As bandas VHF e UHF, situadas entre 30 MHz e 3GHz, são especialmente

utilizadas nas comunicações móveis sem fios, nas comunicações móveis

celulares, e nas comunicações por satélite, encontrando-se as frequências das

comunicações móveis celulares situadas nas gamas 800-900 MHz e 1700-

-2200 MHz.

A frequência de 2,45 GHz é reservada para aplicações industriais, médicas e

científicas, e para fornos microondas. Por outro lado, as frequências acima de

3 GHz são divididas em duas categorias – super altas frequências (3 GHz a 30

GHz) e extra altas frequências (30 GHz a 300 GHz) –, sendo utilizadas em

radar, comunicações por rádio, e em serviços baseados em satélites.

c) Radiação Óptica Não Coerente Conforme se pode constatar do espectro da figura 1.14, a fronteira entre este

tipo de radiação e a radiação de rádio-frequência situa-se na zona dos com-

primentos de onda de aproximadamente 1 mm. A radiação óptica é outra com-

ponente do espectro de frequências electromagnéticas em relação à qual os

olhos humanos são bastante sensíveis, e compreende a radiação ultravioleta

(UV) e a radiação infravermelha (IV).

30

Os raios ultravioletas (comprimentos de onda entre 5 nm e 380-400 nm), como

é sabido, encontram-se presentes na luz solar, sendo igualmente gerados por

diversas fontes artificiais, como por exemplo as lâmpadas e os monitores de TV

e de computadores e, como é do domínio público, podem originar reacções

fotoquímicas que conduzem a queimaduras graves e mesmo a cancros de pele

(melanomas), quando a exposição é prolongada como sucede com os

banhistas nas praias, com os trabalhadores rurais e com os trabalhadores da

construção civil. Contudo, em doses de exposição muito reduzidas, têm efeitos

benéficos na medida em que são responsáveis pela produção de vitamina D3,

essencial à vida humana para se evitar o raquitismo. Por outro lado, estes

raios, na sua maior parte, são retidos pela camada de ozono, que constitui uma

protecção natural essencial contra os raios ultravioletas, daí a grande

preocupação com a sua redução, vulgo “buracos de ozono” em linguagem

popular.

A região da radiação ultravioleta compreende, por sua vez, três sub-regiões

classificadas em função dos valores dos comprimentos de onda e dos

respectivos efeitos biológicos:

• Ultravioletas A (UVA), com comprimentos de onda entre 400 nm e 315

nm, que originam fenómenos de fluorescência em diversas substâncias.

• Ultravioletas B (UVB), com comprimentos de onda entre 315 nm e 280

nm, que são os mais perigosos que atingem a terra através dos raios

solares.

• Ultravioletas C (UVC), com comprimentos de onda inferiores a 280 nm, e

que ocorrem na radiação emitida por arcos eléctricos de soldadura, não

existindo contudo na luz solar que atinge a terra na medida em que são

absorvidos pelo ar.

Quanto à luz visível, recebida pelos olhos, que a transformam em impulsos

interpretados pelo cérebro, abrange uma gama muito estreita de frequências,

estando o seu comprimento de onda compreendido entre 400 nm e 740 nm.

Por exemplo, o arco-íris, que tanta beleza nos transmite, representa uma parte

da luz visível.

Finalmente, a radiação infravermelha (IV), com comprimentos de onda situados

entre 750 nm e 1 nm, inclui a radiação térmica, como sucede com o carvão em

31

combustão, que não emite luz mas sim IVs, os quais são sentidos como calor.

Saliente-se que muitas das fontes emissoras de ultravioletas ou de luz visível,

emitem também, provavelmente, infravermelhos. Estas fontes podem ser

classificadas em naturais, como é o caso do sol, e em artificiais, caso das

lâmpadas de descarga, as chamas, as lareiras, e os aquecedores eléctricos. A

radiação infravermelha, tal como a ultravioleta, é subdividida em três bandas de

acordo com os seus efeitos biológicos:

• Infravermelhos A (IVA), com comprimentos de onda entre 0,78 μm e 1,4

μm.

• Infravermelhos B (IVB), com comprimentos de onda entre 1,4 μm e 3

μm.

• Infravermelhos C (IVC), com comprimentos de onda entre 3 μm e 1000

μm.

1.7.2. Radiação Ionizante Esta radiação comporta uma energia suficiente para conseguir remover ele-

ctrões das suas órbitas atómicas, transformando os átomos em iões, daí a sua

designação. Como exemplo de fonte de radiação ionizante, têm-se os núcleos

de átomos instáveis que, para se tornarem mais estáveis, esses núcleos

emitem partículas sub-atómicas e fotões de alta energia. Incluídos neste tipo de

radiação, têm-se os raios X, os raios gama, e os raios cósmicos. Esta radiação

de alta frequência, superior a 1015 Hz, é caracterizada por apresentar compri-

mentos de onda reduzidos e elevada energia, e pode causar alterações no

equilíbrio químico das células, com consequências graves para os materiais

genéticos.

A radiação ionizante contém taxas elevadas de energia nos seus quanta de

energia individuais – por exemplo, 12 eV ou mais –, tendo assim a capacidade

de expelir electrões das órbitas atómicas, daí que seja extremamente perigosa

para os seres vivos – cria radicais livres, aumentando assim os riscos de ano-

malias cromossómicas que poderão conduzir ao aparecimento de cancros.

Note-se que, quando um átomo possui um número de electrões (cargas

eléctricas negativas) nas suas órbitas, igual ao número de protões (cargas

eléctricas positivas) do seu núcleo, a sua carga eléctrica total é nula, sendo

32

assim electricamente neutro. Todavia, quando adquire electrões a sua carga

eléctrica total será negativa, tendo-se assim iões negativos e, no caso de

perder electrões, ter-se-ão iões positivos, na medida em que a sua carga

eléctrica total será positiva. Além disso, enquanto que os átomos, por serem

electricamente neutros, não são nocivos, os iões, devido ao seu desequilíbrio

eléctrico, são muito mais activos quimicamente que os átomos, daí que a

radiação dita atómica – raios alfa, beta e gama –, é extremamente perigosa,

podendo causar gravíssimos problemas de saúde a médio e longo prazo, em

várias gerações, e causar a morte ao fim de muito pouco tempo. Veja-se as

consequências das explosões atómicas em Hiroshima e Nagasaki, assim como

do grave acidente na central atómica de Chernobyl.

a) Raios X Estes raios, também designados por raios Roentgen, em homenagem ao seu

descobridor, têm um comprimento de onda situado entre 10-9 m e 10-11 m,

possuem energia elevada, e têm um largo poder de penetração, sendo

produzidos quando os electrões situados num tubo de vácuo reagem com os

átomos de metais pesados, usualmente o tungsténio. Os raios X possuem a

capacidade de penetrarem nos tecidos vivos, assim como em diversos metais,

daí as suas aplicações em electromedicina (radiografias), e em engenharia na

inspecção de fendas superficiais em veios e em cordões de soldadura. Como

fontes naturais, tem-se o sol assim como as restantes estrelas.

b) Raios Gama Possuem os comprimentos de onda mais reduzidos do espectro das fre-

quências electromagnéticas, situados entre 10-10 m e 10-14 m e, simulta-

neamente, são os que têm mais energia, sendo gerados por átomos rádio-

activos e em explosões nucleares, apresentando um poder de penetração

bastante superior ao dos raios X. Todos os elementos radioactivos criados pelo

homem, como por exemplo o césio 137 e o plutónio 239, são fontes artificiais

de raios gama. Estes raios conseguem atravessar totalmente o corpo humano

ou serem absorvidos pelos tecidos, causando por conseguinte a morte de

células em todo o corpo. Contudo, o facto de possuírem a capacidade de

matarem células vivas, é aproveitado pela medicina oncológica para, em doses

33

muito reduzidas, eliminarem as células cancerosas – quimioterapia e radio-

terapia.

1.8. MATERIAIS BIOLÓGICOS Para que se possa não só analisar os mecanismos de interacção entre os

campos electromagnéticos e o corpo humano, mas também compreender

todos os efeitos indesejáveis desses campos, efeitos esses que, espora-

dicamente, também se designam por “poluição eléctrica ou electromagnética”,

é fundamental conhecerem-se as características, ainda que de forma sucinta,

das células e dos tecidos que compõem o nosso corpo.

1.8.1. Células Todos os seres humanos são formados por um conjunto de biliões de células

vivas, que se agrupam entre si originando os nossos diversos órgãos, com a

finalidade de desempenharem as funções vitais da vida humana. Como se

sabe, existem células de diversas formas e tamanhos – por exemplo, as células

musculares podem ter alguns milímetros de comprimento, enquanto que as

células nervosas podem ter um comprimento superior a um metro –, tendo

comummente apenas alguns mícrons de diâmetro.

As células são constituídas, de uma forma geral, por uma fina membrana, que

envolve toda a célula, pelo citoplasma, que é como que uma matéria gelatinosa

encerrada na célula, e pelo núcleo. Contudo, nem todas as células possuem

um núcleo. Por exemplo, algumas células musculares possuem vários,

enquanto que as células que constituem os glóbulos vermelhos do sangue não

possuem nenhum. No interior do citoplasma existem diversos tipos de

pequenas estruturas designadas por organelos (organelles), com uma

dimensão que varia de algumas fracções do mícron até um mícron,

consequentemente com uma dimensão similar aos comprimentos de onda de

determinadas ondas electromagnéticas, e que são responsáveis por

determinadas funções metabólicas.

As células biológicas, além de serem estruturas muito complexas, possuem

ainda cargas eléctricas de elevada energia, que podem alterar a sua orientação

e o seu movimento, quando sujeitas à acção de campos eléctricos exteriores,

como se ilustra na figura 1.15, onde se constata que, devido ao campo eléctrico

34

E, as cargas eléctricas positivas alteram a sua distribuição, concentrando-se

fortemente na zona da célula mais próxima da acção desse campo. Por

conseguinte, as interacções entre os campos electromagnéticos e os sistemas

biológicos são analisadas através das células, mais concretamente através das

interacções com a membrana celular, com o citoplasma, e com o núcleo.

Figura 1.15 – Estrutura eléctrica da célula humana, e influência da acção

de um campo eléctrico exterior

(a) – distribuição de cargas eléctricas, em situação normal

(b) – redistribuição de cargas eléctricas, devido ao campo eléctrico E

O núcleo das células contém a maioria da informação hereditária contida nos

genes e nos cromossomas, sendo os genes, como é sabido, constituídos pelo

ácido desoxiribonucleico ADN (deoxyribonucleic acid DNA), que apresenta a

forma de uma hélice. Quando uma célula se reproduz, utiliza toda a informação

armazenada no material genético do núcleo, sendo este material codificado

como uma longa sequência de diferentes moléculas orgânicas existentes no

ADN que, por sua vez, controla muitas das actividades celulares através da

sintetização de proteína, que, por sua vez, recorrendo às moléculas de ácido

ribonucleico ARN (ribonucleic acid RNA), sintetizadas pelo ADN, transfere

informação através do citoplasma das células, em três fases:

• Transcrição: Formação do “mensageiro” ARN a partir do ADN.

• Translação: Síntese da proteína, através do “mensageiro” ARN.

• Replicação: Duplicação do ADN.

35

As células crescem, alteram-se e reproduzem-se através de um processo

contínuo, denominado mitose (mitosis), que começa no núcleo através da

duplicação e igual distribuição de cromossomas, e apresenta quatro fases:

• Profase (prophase): Os cromossomas aparecem fora do ADN, desa-

parecendo a membrana à volta do núcleo.

• Metafase (metaphase): Os cromossomas alinham-se ao longo do

plano equatorial.

• Anafase (anaphase): Os cromossomas separam-se.

• Telofase (telophase): As células dão origem a duas novas células.

As células sem núcleo não se conseguem dividir, enquanto que outras dão

origem aos embriões. Uma vez que a mitose compreende diversos processos

que podem ser afectados pela exposição a campos electromagnéticos, é dada

uma grande importância no que respeita aos cuidados a ter pelas grávidas,

relativamente a essa exposição. O estudo dos efeitos dos campos electro-

magnéticos sobre as diversas actividades dos cromossomas durante as quatro

fases da mitose, deverá representar uma área muito importante de inves-

tigação, na medida em que, conhecendo-se os mecanismos de interacção,

será possível combater os efeitos nocivos daqueles campos sobre o organismo

humano.

1.8.2. Tecidos Os tecidos humanos são materiais biológicos que resultam do agrupamento de

células entre si, ou da sua combinação com outros materiais, havendo quatro

tipos básicos:

• Tecidos epiteliais (epithelial tissues): Consistem em células com mem-

branas simples ou múltiplas, e desempenham as funções de protecção e

de regulação das secreções e absorções de materiais.

• Tecidos conectivos (connective tissues): Consistem em células de

materiais não vivos, tais como fibras e substâncias gelatinosas, e

suportam e ligam os tecidos celulares ao esqueleto. Compreendem

muitas das substâncias que asseguram a importante tarefa de

36

transportar materiais entre células. Como exemplos têm-se os ossos e

as cartilagens.

• Tecidos musculares (muscular tissues): Consistem em células com 1 nm

a 40 nm de comprimento e até 40 μm de diâmetro.

• Tecidos nervosos (nervous tissues): São utilizados para as actividades

sensoriais, de controlo e de governo do corpo humano, consistindo em

células nervosas com longas projecções, análogas a linhas de

transmissão, que enviam toda a informação não só ao sistema nervoso

central, oriunda dos receptores dispostos ao longo do corpo humano,

mas também do sistema nervoso central aos músculos, órgãos, e

glândulas.

1.9. CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS E RISCOS PARA A SAÚDE Será que a exposição a campos electromagnéticos acarreta riscos mais ou

menos graves para a saúde? Apesar das evidências cada vez em maior

número e cada vez mais baseadas em investigações científicas credíveis,

parece não existir uma resposta concisa e concreta a essa pergunta, talvez por

representar uma questão que tem levantado alguma controvérsia, técnica e

científica, e mesmo pública. Os campos electromagnéticos são o exemplo

flagrante de um produto criado e desenvolvido pela tecnologia, e que é utilizado

diariamente por ser essencial e imprescindível à vida quotidiana actual, apesar

dos eventuais riscos que possam acarretar. A discussão pública deve-se não

só ao aumento de conhecimentos por parte do público em geral e da sua

consciencialização para os problemas ambientais, mas também ao papel que

os meios de comunicação social têm vindo a assumir, tendendo essa

discussão para a seguinte questão crucial, que consiste em avaliar se os riscos

que se correm compensam todos os benefícios colhidos.

Sem dúvida que a utilização da energia eléctrica significa haver campos

electromagnéticos criados pelo homem, desde as residências particulares, os

locais de trabalho quer sejam escritórios ou fábricas, os meios de transporte

quer sejam rodoviários ou ferroviários, e o próprio meio ambiente devido às

telecomunicações e a antenas de outros sistemas, tendo os níveis de radiação

vindo a ser considerados como normais. Todavia, a controvérsia que tem vindo

a ser gerada assenta no pressuposto de que esses níveis são perigosos,

37

podendo causar um sem número de doenças e anomalias, mais ou menos

graves, incluindo o cancro.

Durante bastante tempo, em épocas já ultrapassadas, as grandes preocu-

pações da opinião pública diziam respeito aos riscos inerentes aos operadores

de radar e à utilização de fornos microondas em ambientes residenciais e,

presentemente, as grandes preocupações e discussões situam-se nas teleco-

municações, mais concretamente, nas comunicações celulares. Presente-

mente, aceita-se que os modernos fornos microondas são inofensivos,

enquanto que, em relação aos radares, foram identificados alguns efeitos

térmicos tendo sido adoptadas medidas de precaução.

À medida que a tecnologia das comunicações celulares se tem vindo a

desenvolver, popularizando a utilização de telemóveis, a ideia dos efeitos

nocivos sobre a saúde está a constituir um foco de investigação, na medida em

que não existem muitos estudos científicos sobre a incidência na saúde pública

deste novo equipamento, e a informação existente é relativamente escassa.

Para muitos investigadores, os resultados obtidos confirmam as observações

realizadas durante anos acerca dos efeitos das radiações de baixa energia

sobre os sistemas vivos – acreditam que a exposição a pequenas quantidades

de energia de radiação tem o mesmo efeito que uma dose massiva de

químicos.

O problema permanente nesta controvérsia sobre os riscos da exposição a

campos electromagnéticos, consiste no conhecimento limitado acerca do facto

que campos muito específicos interagindo com o corpo humano possam ter

efeitos nocivos sobre a saúde. Estes efeitos variam de pessoa para pessoa,

havendo umas bastante mais afectadas que outras, devido às suas diferenças

naturais físicas e bioquímicas. Esta controvérsia tem sido polarizada

essencialmente por dois grandes grupos – o primeiro é constituído por todos

aqueles que protestam, muitas vezes sem quaisquer bases científicas, porque

acreditam que os efeitos dos campos e da radiação electromagnética é nociva

para a saúde, enquanto que o segundo engloba os industriais e os investi-

gadores de novos equipamentos, que não acreditam na existência daqueles

efeitos nocivos. À parte destes dois grupos, encontram-se os investigadores

científicos que, de boa fé, têm vindo a desenvolver trabalho honesto e sério

com a finalidade de se comprovar ou não a nocividade para a saúde humana

38

da exposição a campos electromagnéticos. Presentemente, os resultados

obtidos não só através da modelização de determinados efeitos biofísicos mas

também de resultados epidemiológicos, permitem concluir que, de facto, há

riscos, uns maiores que outros, assim como consequências gravosas para os

seres vivos.

A concluir este capítulo e como curiosidade bastante significativa, apresentam-

-se de seguida os resultados obtidos pelo Engº José Manuel Santos,

publicados na Revista Electricidade 157/158, de Novembro/Dezembro de 1980,

com o sugestivo título alguns dados sobre campos electromagnéticos e suas

implicações biológicas, respeitando esse estudo a técnicos envolvidos

directamente em linhas aéreas e equipamentos de transporte de energia

eléctrica em alta e muito alta tensão.

Devido à procura, sempre crescente, de energia eléctrica, o transporte de

grandes potências tem vindo a ser realizado com níveis de tensão cada vez

mais elevados (Alta Tensão e Muito Alta Tensão), da ordem de 700 kV, 1500

kV e 2000 kV, por questões do ponto de vista económico no sentido de se

minimizarem as perdas no transporte. Por outro lado, desde a década de 1970,

do século passado, que os estudos sobre os efeitos biofísicos dos campos

electromagnéticos relacionados com o aparecimento dessas linhas de

transporte, foram intensificados nos Estados Unidos e na então ainda União

Soviética, tendo sido identificados três efeitos qualitativos:

• Efeitos neurofisiológicos produzidos pelas correntes eléctricas, como

consequência da variação no tempo (sinusoidal com uma frequência de

50 Hz) da indução electromagnética.

• Influência directa nos processos biológicos do organismo humano, tais

como a acção nos processos das hormonas e dos enzimas, e a acção

no desenvolvimento ósseo.

• Efeitos fisiológicos e psicológicos produzidos por pequenas descargas

que se verificam quando as pessoas, sujeitas a determinado potencial

eléctrico, tocam objectos a potenciais diferentes.

Parece não haver dúvidas quanto aos efeitos nocivos dos campos electro-

magnéticos sobre as funções cerebrais. Nos anos 70, o Brain Research

Institute of the University of Califórnia Los Angeles, procedeu a ensaios

39

utilizando campos eléctricos compreendidos entre 7 V/m e 100 V/m, tendo

obtido os seguintes resultados:

• Para um campo de 7 V/m, à frequência de 7 Hz, o tempo de resposta

variou de 0,4 s para animais previamente condicionados à resposta em

intervalos de tempo de 5 s.

• Para um campo de 7 V/m, à frequência de 10 Hz, curiosamente não se

detectaram variações no tempo de resposta.

• Para campos de 100 V/m obtiveram-se tempos de resposta variáveis,

permanecendo os efeitos por intervalos de tempo significativos.

Ainda nos anos 70, concluiu-se laboratorialmente através de ensaios realizados

nos Estados Unidos e na União Soviética, que as capacidades cognitivas são

afectadas após uma exposição contínua de 24 horas a um campo magnético

de 10-4 T à frequência de 50 Hz, tendo-se verificado ainda que, em testes de

rapidez de resposta, as pessoas apresentaram um desempenho muito fraco.

Entre 1966 e 1970 foram realizados estudos bastante importantes e completos,

na União Soviética, com a finalidade de investigar e quantificar os efeitos dos

campos electromagnéticos das linhas de muito alta tensão, no que respeita à

fisiologia e comportamento humano. Nessa linha, foram examinados 45 traba-

lhadores de uma subestação de 500 kV, devido a queixas e reclamações

frequentes, motivadas pelos seguintes sintomas:

• Dor de cabeça permanente.

• Apatia.

• Sonolência.

• Disrupção nos sistemas digestivo e cardiovascular.

Além disso, um terço desses trabalhadores, com idades compreendidas entre

30 e 40 anos, queixaram-se de fraqueza sexual verificada 8 meses após o

início do seu trabalho naquela subestação. Os exames médicos resultaram no

seguinte diagnóstico:

• Patologia neurológica em 28 trabalhadores.

• Descontrolo funcional do sistema nervoso central em 26 trabalhadores.

• Deficiências na tensão arterial em 11 trabalhadores.

40

• A intensidade máxima dos campos eléctricos na subestação era de 27

kV/m.

As conclusões gerais deste diagnóstico foram as seguintes:

1. Dados estatísticos

• Número total de trabalhadores da subestação: 45 (41 homens e 4

mulheres).

• Distribuição de idades:

menos de 30 anos – 10

entre 30 e 40 anos – 29

mais de 40 anos – 6

• Experiência profissional na subestação:

menos de 1 ano – 9

entre 1 e 3 anos – 25

mais de 5 anos – 11

• Tempos de exposição aos campos electromagnéticos:

pessoal da manutenção – mais de 5 horas por dia

pessoal de serviço – menos de 2 horas por dia

2. Potenciais eléctricos, campos e correntes medidos na subestação

• Próximo do equipamento em serviço, ligado à linha de transporte de

energia:

Tensão (kV)

Campo eléctrico (kV/m)

Corrente (µA)

Valor máximo 26 14,5 230 Valor médio 14 - 18 7,8 - 10 115 - 125

• Próximo do equipamento fora de serviço, desligado para intervenções de

manutenção:

Tensão (kV)

Campo eléctrico (kV/m)

Corrente (µA)

Valor máximo 4 2,2 35 Valor médio 2 1,1 15

41

3. Sintomas clínicos

• Dores de cabeça, sonolência e sensação de fadiga: 41 trabalhadores.

• Descontrolo na actividade dos sistemas digestivo e cardiovascular: 4

trabalhadores.

• Fraqueza sexual: 1/3 dos homens com idades compreendidas entre 30 e

40 anos.

4. Resultados dos exames médicos

• Distúrbios neuro-patológicos: 28 trabalhadores.

• Descontrolo funcional do sistema nervoso central: 6 trabalhadores.

• Doenças cardiovasculares:

arteriosclerose – 3 trabalhadores

bradicardia – 12 trabalhadores

taquicardia – 5 trabalhadores

hipotensão – 7 trabalhadores

hipertensão – 4 trabalhadores

5. Resultados dos electrocardiogramas

• Sinus-bradicardia: 14 trabalhadores.

• Actividade anormal do sistema circulatório e ventricular: 10 traba-

lhadores.

• Variações difusas do miocárdio: 5 trabalhadores.

Como consequência destes resultados, sem dúvida altamente significativos

apesar de terem já cerca de 40 anos, a União Soviética elaborou os seus

regulamentos de segurança e protecção nessa matéria, sendo de destacar os

seguintes artigos:

• Ninguém poderá estar exposto a campos eléctricos de intensidade

superior a 25 kV/m, sem que existam barras de protecção para isola-

mento ou atenuação desses mesmos campos para um limite máximo de

5 kV/m.

42

• Para um campo eléctrico de intensidade 25 kV/m, o tempo máximo

consecutivo de exposição é de 5 minutos.

• Para um campo eléctrico de 10 kV/m, a permissão de permanência

máxima consecutiva é de 180 minutos.

• Para campos com intensidades inferiores a 5 kV/m, não existe limite

máximo de tempo de exposição.

Para terminar, saliente-se ainda que se demonstrou, igualmente nos anos 70,

que a taxa de absorção específica das radiações electromagnéticas de alta

frequência depende fortemente da orientação do campo eléctrico em relação à

maior dimensão do corpo humano, como se mostra na figura 1.16, para um

campo eléctrico vertical e uma densidade de potência incidente igual a 10

mW/m2.

Figura 1.16 – Distribuição da taxa de absorção específica SAR (W/kg), de radiação

de alta frequência, para uma densidade de potência de 10 mW/m2.

43

CAPÍTULO 2. PENETRAÇÃO DO CAMPO ELÉCTRICO E DO CAMPO MAGNÉTICO NOS TECIDOS BIOLÓGICOS

2.1. CAMPO ELÉCTRICO ESTACIONÁRIO Considerem-se 2 meios homogéneos e isotrópicos, 1 e 2, caracterizados

respectivamente pelas suas permitividades (ou constantes dieléctricas) ε1 e ε2,

e pelas suas condutividades eléctricas σ1 e σ2, separados por uma fronteira

plana, como se mostra na figura 2.1. O meio 1 poderá ser considerado como

sendo o ar, o meio 2 como um tecido biológico humano, e a fronteira de sepa-

ração como a pele que reveste o tecido biológico. Por outro lado, como se

mostra ainda na figura 2.1, as linhas de força do vector intensidade do campo

eléctrico E1, do vector deslocamento eléctrico (ou densidade de fluxo eléctrico)

D1, assim como do vector densidade de corrente eléctrica J1, no meio 1 (ar), ao

incidirem na fronteira de separação (pele) segundo um ângulo de inclinação α1,

sofrem um fenómeno de refracção ao penetrarem no tecido biológico, sendo

assim desviados no interior do meio 2 segundo um ângulo de inclinação α2.

Figura 2.1 – Refracção dos vectores intensidade do campo eléctrico E,

deslocamento eléctrico (ou densidade de fluxo eléctrico) D, e densidade

de corrente eléctrica J, ao penetrarem nos tecidos biológicos, considerando

o ar e os tecidos como meios homogéneos e isotrópicos.

fronteira (pele)

meio 2 (tecido biológico)

2Jr

1Jr

2Dr

1Dr

2Er

1Er

2tEr

1tEr

1nEr

2nEr

α2

α1

ε1 σ1

ε2 σ2

meio 1 (ar)

44

É sabido, do estudo da electrostática, que se tem uma continuidade das com-

ponentes tangenciais do vector intensidade do campo eléctrico, ou seja:

21 tt EE =

Por outro lado, se a densidade superficial de cargas eléctricas na fronteira de

separação for ρS, tem-se, através do teorema de Gauss:

Snn DD ρ=− 21

Atendendo ainda a que os dois meios são isotrópicos, pode-se escrever:

111 nn ED ε=

222 nn ED ε=

vindo assim, por substituição:

Snn EE ρεε =− 2211

Adicionalmente, para correntes eléctricas estacionárias, isto é, invariantes no

tempo (corrente contínua), tem-se:

21 nn JJ =

e, atendendo a que os dois meios são isotrópicos, isto é:

111 nn EJ σ=

222 nn EJ σ=

virá ainda:

2211 nn EE σσ =

Por conseguinte, tem-se assim, para grandezas estacionárias:

21 tt EE =

Snn EE ρεε =− 2211

02211 =− nn EE σσ

45

Atendendo ainda à figura 2.1, podem-se escrever as seguintes relações

trigonométricas:

1

11

n

t

EE

tg =α

2

22

n

t

EE

tg =α

vindo assim:

2

1

1

2

1

2

2

1

2

1σσ

αα

===n

n

n

n

t

tEE

EE

EE

tgtg

ou seja, por simplificação:

22

11 α

σσα tgtg =

Na prática, como se podem considerar os seguintes valores:

• material 1 (ar) : σ1 = 10-13 S/m

• material 2 (tecido biológico): σ2 = 10-1 S/m

virá, em termos numéricos comparativos:

212

1 10 αα tgtg −=

Se o campo eléctrico exterior incidir perpendicularmente à pele, tem-se

α1 ≅ 0o (≅ 0,5º), ou seja:

212o 10)5,0( αtgtg −=

102 10=αtg

o2 90≅α

constatando-se assim que o vector intensidade do campo eléctrico E2 é

praticamente paralelo à pele, o que é o mesmo que dizer-se que o campo

eléctrico exterior sofre uma refracção sensivelmente igual a 90º ao penetrar

nos tecidos biológicos.

46

Fazendo agora:

incidente) (campoexterno11 EEEn =≈

absorvido) (campointerno2 EEn ≈

virá:

interno2externo1 EE σσ ≈

121

13

2

1

externo

interno 101010 −

−

−=≈=

σσ

EE

concluindo-se deste modo que a intensidade do campo eléctrico interno, no

tecido biológico, é insignificante.

Na figura 2.2, extraída de um artigo científico publicado na revista

Bioelectromagnetics nº 1, pp. 117-129, em 1980, ilustra-se esquematicamente

os valores das densidades de corrente geradas nos tecidos biológicos

humanos, do porco e do rato, quando sujeitos a um campo eléctrico vertical,

estacionário, respectivamente com as intensidades de 180 kV/m, 67 kV/m e 37

kV/m. Note-se que essas densidades de corrente são devidas às correntes

eléctricas que circulam nos tecidos, com origem nos campos eléctricos

internos. Como se constata, os seus valores são insignificantes, notando-se

que são mais elevados nas zonas de menor secção, como sucede no pescoço,

nas pernas, e sobretudo nas articulações.

Figura 2.2 – Densidades de corrente nos tecidos biológicos do homem, do porco,

e do rato, quando sujeitos a campos eléctricos verticais estacionários.

47

Por outro lado, se se atender à configuração física humana (vertical, alongada

e estreita), e do rato (baixa e comprida), facilmente se conclui que este último

se encontra sujeito a uma maior dose de linhas de força do campo eléctrico,

isto é, para a mesma intensidade do campo eléctrico externo, o campo eléctrico

interno no corpo do homem será bastante inferior, ou, como corolário, para se

ter a mesma intensidade do campo eléctrico interior no homem e no rato, a

intensidade do campo eléctrico exterior a que o rato deverá estar sujeito é

bastante menor que a do corpo humano.

No estudo teórico que se desenvolveu anteriormente, considerou-se que os

tecidos biológicos são homogéneos e isotrópicos, todavia, na prática, tal não

sucede, como se demonstra através da figura 1.2, apesar dos valores

indicados terem sido estimados apenas teoricamente.

2.2. CAMPO ELÉCTRICO QUASE ESTACIONÁRIO Esta designação física e electrotécnica, de quase estacionário, diz respeito a

grandezas variáveis no tempo, de uma forma alternada sinusoidal, com uma

frequência extremamente reduzida, como sucede por exemplo com a tensão

eléctrica e com a intensidade da corrente eléctrica, nas redes de distribuição de

energia em baixa tensão a 50 Hz.

Para melhor compreensão da notação simbólica utilizada, considere-se então

uma tensão eléctrica e uma intensidade de corrente eléctrica, cujos valores

instantâneos u e i são alternados sinusoidais. Por conseguinte, pode-se

escrever, respectivamente:

tUu ωsin2=

)(sin2 ϕω −= tIi

sendo U e I os respectivos valores eficazes, ω = 2 π f a frequência angular elé-

ctrica, f a frequência, t o tempo, e ϕ o ângulo de desfasamento entre a sinu-

sóide da corrente e a sinusóide da tensão.

Em termos de notação simbólica, estas duas grandezas podem ser represen-

tadas através de variáveis complexas, designadas por fasores, tendo-se assim,

respectivamente, para o fasor da tensão (ou tensão eficaz complexa), e para o

fasor da corrente (ou corrente eficaz complexa):

48

0jeUU =

ϕjeII −=

sendo 1−=j .

Regressando então ao estudo dos campos eléctricos, e tendo ainda em

atenção a figura 2.1, pode-se escrever, em termos de fasores:

Snn EE ρεε =− 2211

Snn jEE ρωσσ −=− 2211

Combinando estas duas equações, obtém-se:

211

221 nn E

jjE

εωσεωσ

++

=

Como se tem, para os mesmos materiais, isto é, para o meio 1 (ar) e para o

meio 2 (tecido biológico), respectivamente:

• σ1 = 10-13 S/m

• σ2 = 10-1 S/m

• ε1 = 10-11 F/m

• ε2 = 10-5 F/m

virá, para a frequência f = 50 Hz:

rad/s314502 =×= πω

2913

31

21113

51

1 1031010310

10314101031410

nnn EjjE

jjE −−

−−

−−

−−

××+××+

≈××+××+

=

Atendendo ainda a que se tem:

22 εωσ >>

11 εωσ <<

pode-se escrever:

21

22

1

21 nnn EjE

jE

εωσ

εωσ

−=≈

49

Por conseguinte, ao substituírem-se valores ter-se-á:

27

211

1

1 10310314

10nnn EjEjE ××−=

×−≈ −

−

ou seja:

8

externo

interno

1

2 103 −×≈=EE

EE

n

n

concluindo-se igualmente que a intensidade do campo eléctrico absorvido é

insignificante.

No ábaco da figura 2.3 (U.S. Office of Technology Assessment. Biological

Effects of Power Frequency Electric and Magnetic Fields. U.S. Government

Printing Office, Washington, DC, Background Paper OTA-BP-E-53, 1989),

mostram-se os níveis de exposição ao valor eficaz da intensidade do campo

eléctrico, em função da distância, para linhas de transporte de alta tensão a

500 kV, para linhas e instalações eléctricas de distribuição em baixa tensão, e

para equipamentos eléctricos de uso geral, como por exemplo electro-

domésticos. Note-se, como curiosidade, que, para distâncias inferiores a cerca

de 0,5 m, o nível de exposição aos electrodomésticos é bastante superior ao

que se verifica com as instalações eléctricas de baixa tensão.

Figura 2.3 – Valor eficaz da intensidade do campo eléctrico em função

da distância, para linhas de alta tensão, instalações de distribuição

em baixa tensão, e electrodomésticos.

50

2.3. CAMPO MAGNÉTICO ESTACIONÁRIO Tal como sucedeu relativamente à incidência do campo eléctrico, considerem-

-se 2 meios homogéneos e isotrópicos, 1 e 2, caracterizados respectivamente

pelas suas permeabilidades magnéticas μ1 e μ2, como se mostra na figura 2.4.

O meio 1 poderá ser considerado como sendo o ar, o meio 2 como um tecido

biológico humano, e a fronteira de separação como a pele que reveste o tecido

biológico. Por outro lado, como se mostra ainda na figura 2.4, considere-se

ainda genericamente que as linhas de força do vector intensidade do campo

magnético H1, assim como do vector densidade de fluxo magnético B1, no meio

1 (ar), ao incidirem na fronteira de separação (pele) segundo um ângulo de

inclinação α1, sofrem um fenómeno de refracção ao penetrarem no tecido

biológico, sendo assim desviados no interior do meio 2 segundo um ângulo de

inclinação α2.

Figura 2.4 – Refracção dos vectores intensidade do campo magnético H

e densidade de fluxo magnético B, ao penetrarem nos tecidos biológicos,

considerando o ar e os tecidos como meios homogéneos e isotrópicos.

Considerando a não existência de correntes eléctricas na fronteira entre os dois

meios, as componentes tangenciais do vector intensidade do campo magnético

são contínuas, podendo-se assim escrever:

21 tt HH =

fronteira (pele)

meio 2 (tecido biológico)

2Br

1Br

2Hr

1Hr

2tHr

1tHr

1nHr

2nHr

α2

α1

μ1

μ2

meio 1 (ar)

51

Por outro lado, atendendo ao teorema de Gauss, a componente normal do

vector densidade de fluxo magnético é contínua através da fronteira entre dois

meios, ou seja:

21 nn BB =

mas como se tem ainda:

111 nn HB μ=

222 nn HB μ=

então, por substituição, virá:

2211 nn HH μμ =

Da figura 2.4, por sua vez, obtêm-se as seguintes relações:

1

11

n

t

HH

tg =α

2

22

n

t

HH

tg =α

donde, por combinação:

2

1

1

2

1

2

2

1

2

1μμ

αα

===n

n

n

n

t

tHH

HH

HH

tgtg

22

11 α

μμα tgtg =

Na prática, como a maioria dos tecidos biológicos tem uma permeabilidade

magnética igual à do vazio, tem-se μ1 ≅ μ2 ≅ μ0, isto é:

21 αα tgtg ≈

21 αα ≈

Por conseguinte, conclui-se que:

• não há refracção das linhas de força do campo magnético ao incidirem

nos tecidos biológicos.

52

• considerando Bn1 = Bexterno e Bn2 = Binterno, como se tem Bn1 = Bn2, então

Binterno = Bexterno, ou seja, não existe atenuação à penetração das linhas

de força do campo magnético nos tecidos biológicos.

• não existe indução de correntes eléctricas nos tecidos, na medida em

que a intensidade dos campos magnéticos é invariante no tempo.

2.4. CAMPO MAGNÉTICO QUASE ESTACIONÁRIO Contrariamente aos campos magnéticos estacionários, quando a sua inten-

sidade varia no tempo, ao penetrarem nos tecidos biológicos, irão gerar

correntes eléctricas, igualmente variáveis no tempo, induzidas com base na lei

de Faraday, como se demonstra seguidamente. Considere-se então a figura

2.5, onde se representa uma linha de força do vector densidade de fluxo

magnético B, e um circuito eléctrico fechado, de forma circular com raio r e

perímetro L. Adicionalmente, S representa a área da superfície circular limitada

pelo circuito eléctrico e que é atravessada pelo campo magnético, E o vector

intensidade do campo eléctrico induzido no circuito, e σ a condutividade

eléctrica do material condutor de que é feito o circuito.

Figura 2.5 – Esquematização da lei de indução de Faraday – interacção

entre um campo magnético variável no tempo e um circuito eléctrico fechado.

De acordo com a lei de indução de Faraday, tem-se:

∫∫ ∂∂

−=•SL

SdtBLdE

rr

σ

Ldr

Er

dS

L

Br

S dS

r

53

Considerando que o valor instantâneo da densidade de fluxo (módulo do vector

densidade de fluxo) é alternado sinusoidal, isto é:

tBB ef ωsin2=

obtém-se, para a integração da equação de Faraday:

∫∫ −=S

efL

SdtBdLE ωω cos2

StBLE ef ωω cos2−=

2)2

(sin22 rtBrE ef ππωωπ ×−=×

)2

(sin22 πωω −= tBrE ef

Por conseguinte, o valor eficaz da intensidade do campo eléctrico induzido é

dado através da seguinte expressão:

2ef

efBr

Eω

=

Por outro lado, como o valor eficaz da densidade de corrente que circulará no

circuito fechado é:

efef EJ σ=

virá finalmente, por substituição:

2ef

efBr

Jωσ

=

Considerando um tecido biológico, tem-se σ = 10-1 S/m. Assim sendo, para um

circuito com r = 10-1 m, virá, para a frequência de 50 Hz (ω = 314 rad/s):

efef BE 7,15=

efef BJ 57,1=

Por exemplo, para se obter uma densidade de corrente de 10-3 A/m2, seria

necessário uma densidade de fluxo com o valor:

54

mT64,0T1064,057,1

1057,1

33

=×=== −−

efef

JB

a qual induziria um campo eléctrico com a seguinte intensidade:

mV/m 10 V/m10101064,07,157,15 33 =×=××== −−efef BE

Considerando que se teria Einterno = Eef = 10 mV/m, se se tiver em conta que se

está em presença de um campo interno de 50 Hz, para se conseguir ter esta

intensidade, seria necessário que o valor eficaz do campo externo tivesse o

seguinte valor:

kV/m 300 V/m103001031010

1033

8

3

8-interno

externo =×≈×

×=

×=

−

−EE

Figura 2.6 – Valor eficaz da densidade de fluxo magnético em função

da distância, para linhas de alta tensão, instalações de distribuição

em baixa tensão, e electrodomésticos.

No ábaco da figura 2.6 (U.S. Office of Technology Assessment. Biological

Effects of Power Frequency Electric and Magnetic Fields. U.S. Government

Printing Office, Washington, DC, Background Paper OTA-BP-E-53, 1989),

mostram-se os níveis de exposição ao valor eficaz da densidade de fluxo

magnético, em função da distância, para linhas de transporte de alta tensão a

500 kV, para linhas e instalações eléctricas de distribuição em baixa tensão, e

para equipamentos eléctricos de uso geral, como por exemplo electro-

55

domésticos. Note-se, como curiosidade, que, para distâncias inferiores a cerca

de 1 m, o nível de exposição aos electrodomésticos é bastante superior ao que

se verifica com as linhas de transporte de energia e com as instalações

eléctricas de baixa tensão. Todavia, tal como sucede com a exposição a

campos eléctricos (figura 2.3), o nível dessa exposição diminui muito rapida-

mente com a distância.

Relativamente aos electrodomésticos, é de salientar que os relógios digitais, na

maioria das situações devido ao seu deficiente projecto eléctrico e electrónico,

podem originar níveis de exposição da ordem de 100 μT, na sua proximidade,

e, se se atender a que esses relógios se encontram sobre as mesas de

cabeceira dos quartos de dormir, durante a noite a cabeça fica exposta

permanentemente a níveis elevados de campo magnético, níveis esses

superiores ao nível médio verificado normalmente nas habitações.

Outra situação curiosa, ocorre com as incubadoras, onde os níveis de

exposição a campos magnéticos se situam entre 0,23 μT e 4,4 μT, com uma

média aritmética de 1,0 μT. Ora, muitos destes valores são consideravelmente

superiores aos existentes em áreas residenciais situadas nas proximidades de

linhas aéreas de transporte de energia.

2.5. CAMPOS ELÉCTRICOS E MAGNÉTICOS EM LINHAS DE TRANSPORTE DE ENERGIA Como se tem vindo a assistir publicamente, a problemática dos potenciais

efeitos nocivos causados pela exposição a campos eléctricos e magnéticos

emitidos por linhas aéreas de transporte de energia em alta e muito alta tensão,

encontra-se na ordem do dia, apesar de, por um lado, se citarem de facto

estudos epidemiológicos concretos, que indiciam a existência causa-efeito

relativamente a determinadas anomalias na saúde, e por outro, se especular

sem quaisquer argumentos técnicos e científicos, à boa maneira do “diz que

disse”, muito característico da nossa população.

O caso das radiações emitidas por equipamentos informáticos e por telefones

celulares é, na maioria das situações, mais gravoso, todavia ninguém quer ou

pensa deixar de utilizar esses equipamentos, na medida em que colhem

directamente, no dia a dia, os seus benefícios – veja-se a situação para-

56

digmática das antenas celulares, ou seja, ninguém as quer ver instaladas por

perto, contudo todos querem comunicar por telemóvel com o melhor sinal

possível, berrando raios e coriscos quando tal não acontece. Por outro lado, as

figuras 2.3 e 2.6 são bastante elucidativas no que respeita aos electro-

domésticos, contudo, alguém pensa em deixar de os utilizar? Quanto às linhas

aéreas, uma vez que apenas transitam ao longo dos espaços urbanos e rurais,

do ponto de vista psicológico representam o bode expiatório na medida em que

não conferem in situ um benefício directo às populações que se manifestam

contra a sua instalação.

Para uma melhor elucidação, mostra-se na figura 2.7 os valores medidos da

densidade de fluxo magnético em função da distância, para uma linha de

transporte de energia eléctrica de alta tensão em corrente contínua, constituída

por dois cabos submarinos afastados entre si de 20 metros, no norte da

Europa. Saliente-se que o interesse da utilização do transporte de energia

eléctrica em corrente contínua de alta e muito alta tensão, tem vindo a

aumentar de forma significativa, devido não só ao desenvolvimento dos

conversores electrónicos de potência, mas também por serem necessários

apenas dois condutores em lugar de três, como sucede no transporte trifásico.

Este sistema, designado por HVDC (High Voltage Direct Current), com tensões

de ± 1100 kV é utilizado já na Europa, Ásia e América do Norte, sendo de

realçar que o transporte de energia é realizado através de cabos submarinos

entre a Suécia, Finlândia, Dinamarca, Alemanha e Polónia.

Como se constata da figura 2.7, a densidade de fluxo é mais elevada a 2 m

acima dos cabos, sendo o máximo atingido, como é natural, junto aos dois

cabos. Por outro lado, a 10 m acima, as densidades de fluxo são bastante

inferiores às do campo magnético terrestre.

Por sua vez, na figura 2.8 mostram-se os valores da intensidade do campo

eléctrico em função da distância, para linhas de transporte trifásicas de 400 kV,

220 kV, e 130 kV, indicando-se esquematicamente a configuração dos postes

assim como os valores das distâncias entre condutores e entre condutores e o

solo. Como se pode observar, o valor máximo da intensidade do campo

eléctrico situa-se junto aos condutores e, como não poderia deixar de ser,

quanto mais alto é o nível da tensão nominal, mais elevadas são as

intensidades do campo eléctrico, para a mesma distância dos condutores.

57

Um aspecto curioso a constatar, consiste no facto da intensidade do campo

eléctrico não variar directamente com o nível da tensão, exemplificando-se

numericamente para os valores máximos daquela intensidade: 400 kV / 220 kV

= 1,82 (5,4 kV/m / 3,8 kV/m = 1,42); 400 kV / 130 kV = 3,08 (5,4 kV/m / 1,8

kV/m = 3); 220 kV / 130 kV = 1,69 (3,8 kV/m / 1,8 kV/m = 2,11).

Figura 2.7 – Densidades de fluxo em função da distância, para uma linha HVDC

constituída por dois cabos submarinos, e para uma corrente de 1333 A.

Figura 2.8 – Intensidade do campo eléctrico em função da distância, para linhas

aéreas trifásicas de transporte de energia a 400 kV, 220 kV, e 130 kV.

Na figura 2.9 mostram-se os valores da densidade de fluxo em função da

distância, para quatro linhas trifásicas de transporte, constatando-se, para a

58

linha de tensão mais elevada, que a 200 m de distância a densidade de fluxo

tem o valor de 0,1 μT, bastante inferior, curiosamente, ao que se verifica em

incubadoras.

Figura 2.9 – Densidade de fluxo magnético em função da distância, para linhas aéreas

trifásicas de transporte de energia a 400 kV, 220 kV, 130 kV, e 20 kV, para

intensidades de corrente respectivamente de 1200 A, 500 A, 350 A, e 300 A.

Finalmente, na figura 2.10 mostra-se, para uma linha trifásica de 220 kV, como

se consegue reduzir drasticamente a densidade de fluxo magnético em função

da distância, utilizando-se diferentes configurações de postes, ou seja, de

instalação e disposição dos condutores.

A configuração (A), que é aquela que conduz a densidades de fluxo mais

elevadas, em contrapartida é a mais simples do ponto de vista técnico e,

simultaneamente, a mais económica, o mesmo sucedendo um pouco com a

configuração (B), que apresenta custos todavia mais elevados devido à maior

altura dos postes. Quanto à configuração (C), que é significativamente a melhor

em termos da emissão de campos magnéticos representa, contudo, a solução

tecnicamente mais complicada e, ao mesmo tempo, a mais cara, na medida em

que duas das fases são repartidas por dois condutores, obrigando ainda à

utilização de um maior número de isoladores por poste (11 contra 3).

59

Ao comparar-se entre si as configurações (A) e (C), sem dúvida que as dife-

renças são notáveis. Por exemplo, no centro das linhas tem-se respecti-

vamente 8,5 μT e 1,0 μT, ou seja um rácio de 8,5, e, a uma distância de 20 m,

tem-se 2,7 μT contra 0,2 μT, isto é, um rácio de 13,5.

Figura 2.10 – Exemplos de redução da densidade de fluxo magnético em função da

distância, para uma linha aérea trifásica de transporte de energia, utilizando

diferentes configurações de instalação.

Um outro aspecto importante no que respeita à exposição a campos magné-

ticos, diz respeito ao transporte ferroviário de passageiros, sendo de destacar

que, no interior das carruagens, assim como das locomotivas e automotoras,

coexistem várias gamas de frequências, associadas aos motores de tracção,

60

aos conversores electrónicos de potência, aos sistemas electrónicos de

regulação e comando dos conversores, aos sistemas electrónicos de regulação

da iluminação e da climatização, e ainda aos sistemas de comunicações. No

ábaco tridimensional da figura 2.11 relacionam-se, para cada tipo de material

circulante eléctrico em corrente monofásica, os valores da densidade de fluxo

com as gamas de frequência respectivas. Nesta figura tem-se NEC - U.S.

Amtrak Northeast Corridor, TR-07 - German Transrapid Maglev System, TGV -

Train a Grande Vitesse, e NJT - New Jersey Transit.

Figura 2.11 – Densidades de fluxo em função das diversas gamas de

frequência, em material ferroviário de corrente monofásica

(1 mG = 0,1 μT).

Constata-se que o material circulante americano NEC é o que apresenta as

emissões mais significativas, nas gamas de frequência das correntes de

tracção e das correntes de sinalização. Por outro lado, as emissões geradas

pelo comboio de alta velocidade francês TGV, ao circular nas linhas electri-

ficadas em corrente monofásica a 50 Hz são relativamente moderadas, e

acontecem igualmente naquelas gamas de frequência. Curiosamente, no

material circulante não eléctrico, existe uma emissão residual na gama de

frequência 50-60 Hz, devido aos motores eléctricos de tracção, assim como na

gama das correntes de sinalização.

61

CAPÍTULO 3. BIOELECTROMAGNETISMO 3.1. INTRODUÇÃO O bioelectromagnetismo é uma vastíssima área interdisciplinar que engloba

física, engenharia, medicina, e biomedicina, com a finalidade de investigar,

entender, e explicar os fenómenos de interacção entre os campos electroma-

gnéticos e os sistemas biológicos, existindo actualmente um grande número de

trabalhos científicos publicados, que contribuem de forma positiva para a

compreensão desses fenómenos de interacção.

Esta área tem vindo a assumir um interesse crescente, devido à rápida

expansão do desenvolvimento de equipamentos eléctricos e electrónicos,

sobretudo de grande consumo, equipamentos esses geradores de campos

electromagnéticos que poderão potencialmente colocar em risco a saúde

pública.

O objectivo deste sub-capítulo consiste em apresentar em detalhe os conceitos

básicos, os princípios e as características dos campos eléctricos e magnéticos,

assim como da forma como interagem com os materiais biológicos.

3.2. PROPRIEDADES ELECTROMAGNÉTICAS DOS MATERIAIS BIOLÓGICOS O conhecimento básico das propriedades únicas dos materiais biológicos e da

sua variabilidade entre os sistemas vivos, poderá providenciar uma base de

conhecimentos para a exploração dos mecanismos de interacção. Contudo,

esse conhecimento é reduzidíssimo quando comparado com o que se sabe

acerca das características dos materiais não vivos, como o cobre ou o

alumínio. É sabido que a estrutura atómica e molecular dos materiais, e o seu

compor-tamento, são os responsáveis pelas características macroscópicas

desses materiais, que, em termos de electromagnetismo, são usualmente a

permitividade ou constante dieléctrica ε, a condutividade eléctrica σ, e a

permeabilidade magnética μ, permitindo avaliar, respectivamente, as suas

propriedades isolantes, condutoras e magnéticas.

62

Contrariamente aos materiais inertes, isto é, não vivos, em que se consideram

apenas as suas características macroscópicas, no que respeita aos materiais

biológicos, devido à sua elevada complexidade, estudam-se os seus modelos

microscópico e macroscópico, como se apresenta seguidamente.

3.2.1. Modelo Microscópico É do conhecimento da física das partículas que, de acordo com o modelo

atómico de Niels Bohr, os átomos são constituídos por electrões (cargas

negativas), que se movimentam em órbitas em volta do núcleo, que é consti-

tuído por protões (cargas positivas) e neutrões (sem carga eléctrica), sendo a

carga eléctrica global igual a zero, ou seja, os átomos são electricamente

neutros, uma vez que o número de electrões é igual ao número de protões.

Como se frisou anteriormente, são os átomos que contribuem para a

diferenciação das propriedades eléctricas e magnéticas dos materiais. Ainda de

acordo com o modelo de Bohr, a força de atracção entre cargas eléctricas de

sinais contrários é compensada pela força centrífuga associada ao movimento

dos electrões, que mantêm assim órbitas estáveis.

Atendendo a que toda a matéria é constituída por cargas eléctricas positivas e

negativas, a acção de campos eléctricos e magnéticos exteriores exercem

sempre algum tipo de influência sobre a estrutura atómica da matéria, seja

sobre os átomos electricamente neutros, seja sobre os electrões livres, sendo

esta interacção existente em materiais inertes e em materiais biológicos.

A um nível microscópico, todos os tecidos são constituídos por células e por

fluidos extracelulares, sendo as células compostas por duas partes distintas – a

interior, com o núcleo e o citoplasma, e a exterior, com a membrana. Por

conseguinte, devido à membrana, a célula poderá ser entendida como um

isolador eléctrico, daí que praticamente todas as correntes induzidas nos

tecidos por campos eléctricos de baixa frequência circulem nos espaços

exteriores às células, no fluído extracelular, que possui uma elevada

condutividade. Atendendo ainda a que o citoplasma possui também uma

elevada condutividade, a célula poderá ser entendida como um circuito RC, em

que o citoplasma condutor, de resistência R, se encontra ligado em série com a

membrana, de capacidade C.

63

3.2.2. Modelo Macroscópico Neste modelo, considera-se a totalidade do material biológico, como um todo,

exposto à acção de campos electromagnéticos, requerendo esta aproximação

o completo conhecimento das características eléctricas e magnéticas de todos

os materiais biológicos, para que se possam utilizar as equações de Maxwell.

Na prática, existem duas grandezas básicas que contribuem para a caracte-

rização eléctrica dos materiais:

• A energia eléctrica dissipada, que é o resultado do movimento (ou

transporte) das cargas eléctricas no interior do material, ou seja, da

condução de corrente eléctrica. Esta dissipação, também designada por

perdas de energia por efeito de Joule, representa a consequência da

conversão de energia eléctrica em energia térmica, como consequência

das colisões que se sucedem durante o movimento das cargas elé-

ctricas.

• A energia eléctrica armazenada, que é o resultado do que acontece

com as cargas que se encontram a armazenar energia quando ficam

sujeitas a uma força exterior que as faz mover de uma posição de

equilíbrio para outra posição de equilíbrio oposta. Este fenómeno é

designado por polarização dieléctrica, e ocorre, por exemplo, no material

dieléctrico de um condensador – quando se aplica uma diferença de

potencial entre as duas armaduras metálicas paralelas, gera-se um

campo eléctrico que se dirige, vectorialmente, da armadura que se

encontra a um potencial positivo para a armadura com potencial

negativo. Esta força exterior vai actuar na estrutura do dieléctrico,

deslocando-se as cargas positivas para a armadura negativa, e as

negativas, para a armadura positiva.

Quanto aos materiais biológicos, vistos sob um ângulo macroscópico, as suas

propriedades eléctricas podem ser sumariadas através dos seguintes dois

parâmetros:

• Condutividade eléctrica σ, que caracteriza o movimento das cargas elé-

ctricas livres (corrente eléctrica de condução), nos materiais condutores

quando sujeitos à acção de um campo eléctrico.

64

• Permitividade ε, que caracteriza o movimento das poucas cargas elé-

ctricas livres (corrente de deslocamento), no interior dos materiais

isolantes quando sujeitos à acção de um campo eléctrico.

Adicionalmente, em ligação com os mecanismos de interacção, as ondas de

radiação de rádio-frequência RFR deslocam-se no interior dos seguintes três

tipos de materiais biológicos:

• Suspensões de células e de moléculas de proteínas.

• Suspensões similares num estado condensado, tais como os músculos

e os tecidos de órgãos como o fígado, os rins e o coração. Estes tecidos

possuem um teor elevado de água, cerca de 70 %, e um conteúdo

macromolecular de cerca de 25 % em peso.

• Tecidos com um teor reduzido de água, como os tecidos adiposos (gor-

dura), e os ossos.

As propriedades eléctricas dos materiais biológicos e a frequência de operação

determinam os mecanismos de interacção com a radiação electromagnética,

sendo esses materiais considerados como dieléctricos possuindo uma estru-

tura heterogénea. Por conseguinte, tem-se assim:

0

,,εωσε =

sendo ω = 2π f a frequência angular eléctrica (radianos por segundo). Consi-

derando um regime alternado sinusoidal, isto é, que os campos electro-

magnéticos são alternados sinusoidais, a permitividade será representada por

um complexo, da forma:

)( ,,,0

* εεεε j−=

em que )( ,,, εε j− representa a permitividade relativa complexa, ,ε a sua parte

real, também designada por constante dieléctrica relativa, e ,,ε a sua parte

imaginária. Fisicamente, ,ε é uma medida da quantidade de polarização rela-

tiva que ocorre para um dado campo eléctrico, enquanto que ,,ε é uma medida

simultânea do atrito associado com a mudança de polarização, e da deslo-

cação das cargas eléctricas.

65

Como se esquematiza na figura 3.1, os valores da constante dieléctrica e da

condutividade variam significativamente com a frequência, no caso concreto da

figura no que respeita aos músculos e aos tecidos adiposos. Na prática,

constata-se que a permitividade dos tecidos biológicos depende do tipo de

tecido (isto é, pele, músculos, gordura), do conteúdo de água, da temperatura,

e da frequência dos campos electromagnéticos.

Figura 3.1 – Variação das propriedades eléctricas dos músculos

e do tecido adiposo (gordura) com a frequência.

Por outro lado, a permitividade e a frequência podem igualmente determinar

qual o grau de penetração da radiação electromagnética no corpo humano,

fenómeno este que é quantificado através da grandeza profundidade de

penetração Dp.

Para materiais com propriedades homogéneas, e com uma incidência

perpendicular à sua superfície de radiação RFR, a profundidade de penetração

é definida como sendo a distância para a qual a densidade de potência

absorvida tem um valor igual a 13,534 % do seu valor na superfície de

incidência. Todavia, a amplitude dos campos eléctrico e magnético, para essa

distância, diminui para 36,788 % do seu valor naquela superfície de incidência.

Em termos de quantificação, a profundidade de penetração da energia electro-

magnética, isto é, da energia dos fotões, é dada pela seguinte expressão:

66

α1

=pD

sendo α a constante de atenuação do material, expressa em nepers por metro.

Em materiais biológicos, os valores da profundidade de penetração variam de

uma pequena fracção de milímetro para frequências elevadas de radiação

RFR, a alguns centímetros para tecidos com um elevado conteúdo de água, a

frequências de alguns megahertzs, e a valores mais elevados para tecidos com

um baixo teor de água. Os quadros 3.1 a 3.5 apresentam em detalhe as

propriedades dos músculos, dos tecidos adiposos (gordura), dos tumores, da

água, e do sangue, em função da frequência de radiação RFR. Note-se que λ0

representa o comprimento de onda da radiação no ar (praticamente igual ao

seu valor no vazio). Em linhas gerais, os fotões de menor energia (frequências

reduzidas) são os que mais penetram nos tecidos biológicos. Ou seja, para a

mesma frequência, a profundidade de penetração é máxima na água, logo

seguida pelo tecido adiposo, sendo mínima, por ordem decrescente, no

sangue, nos tumores, e nos músculos. Adicionalmente, constata-se que a

atenuação é significativa, na medida em que os comprimentos de onda nos

tecidos são substancialmente mais baixos que no vácuo (ou seja, no ar).

Uma outra técnica para se determinarem as propriedades dieléctricas dos

tecidos biológicos consiste em utilizar um modelo paramétrico, na gama de 10

Hz a 100 GHz, proposto em alguns trabalhos científicos já publicados.

f (MHz) λ0 (cm) ε , ε ,, σ (S/m) λ (cm) Dp (cm)

13 2307,69 160,0 864,0 0,62 101,26 19,65 27 1111,11 113,0 339,0 0,51 72,45 16,22

100 300,00 72,0 159,0 0,88 27,02 6,76 200 150,00 57,0 90,0 1,00 16,59 4,86 300 100,00 54,0 72,2 1,20 11,78 3,80 433 69,28 53,0 42,5 1,22 8,91 4,09 750 40,00 52,0 36,9 1,54 5,26 2,66 915 32,79 51,0 31,5 1,60 4,40 2,50

1500 20,00 49,0 21,2 1,77 2,80 2,18 2000 15,00 48,1 18,3 2,03 2,13 1,87 2450 12,24 47,0 16,2 2,20 1,76 1,70 3000 10,00 46,0 13,6 2,27 1,46 1,63

Quadro 3.1 – Propriedades eléctricas dos músculos.

67

f (MHz) λ0 (cm) ε , ε ,, σ (S/m) λ (cm) Dp (cm)

13 2307,69 25,00 8,4 0,01 455,33 449,40 27 1111,11 20,00 3,4 0,01 247,57 473,40

100 300,00 7,50 3,4 0,02 106,96 79,88 200 150,00 6,00 2,3 0,03 60,18 52,47 300 100,00 5,70 1,9 0,03 41,28 39,29 433 69,28 5,60 1,6 0,04 28,99 33,40 750 40,00 5,60 1,3 0,05 16,79 23,66 915 32,79 5,60 1,1 0,06 13,79 22,87

1500 20,00 5,55 0,9 0,07 8,46 16,95 2000 15,00 5,55 0,8 0,09 6,35 14,29 2450 12,24 5,50 0,7 0,10 5,21 13,27 3000 10,00 5,40 0,6 0,10 4,30 12,52

Quadro 3.2 – Propriedades eléctricas do tecido adiposo (gordura).

f (MHz) λ0 (cm) ε , ε ,, σ (S/m) λ (cm) Dp (cm)

13 2307,69 205,0 1273,85 0,92 84,40 15,99 27 1111,11 180,0 606,67 0,91 55,12 11,92

100 300,00 101,0 196,38 1,09 23,65 6,25 200 150,00 78,0 109,80 1,22 14,55 4,55 300 100,00 74,0 78,60 1,31 10,48 3,92 433 69,28 63,0 64,02 1,54 7,93 3,05 750 40,00 61,0 47,04 1,96 4,81 2,28 915 32,79 60,0 39,93 2,03 4,03 2,15

1500 20,00 59,0 26,04 2,17 2,55 1,95 2000 15,00 57,0 22,77 2,53 1,95 1,64 2450 12,24 56,0 20,72 2,82 1,61 1,45 3000 10,00 55,0 17,88 2,98 1,33 1,36

Quadro 3.3 – Propriedades eléctricas dos tumores.

f (MHz) λ0 (cm) ε , ε ,, σ (S/m) λ (cm) Dp (cm)

13 2307,69 78,3 0,32 0,00 260,79 20596,53 27 1111,11 78,3 0,34 0,00 125,57 9333,50

100 300,00 78,3 0,40 0,00 33,90 2142,04 200 150,00 78,3 0,90 0,01 16,95 476,02 300 100,00 78,3 1,19 0,02 11,30 240,01 433 69,28 78,3 1,55 0,04 7,83 127,67 750 40,00 78,3 2,84 0,12 4,52 40,23 915 32,79 78,3 3,80 0,19 3,71 24,62

1500 20,00 77,9 5,70 0,47 2,26 10,00 2000 15,00 77,9 7,20 0,80 1,70 5,94 2450 12,24 76,6 8,80 1,20 1,40 3,94 3000 10,00 75,8 11,00 1,83 1,15 2,56

Quadro 3.4 – Propriedades eléctricas da água.

68

f (MHz) λ0 (cm) ε , ε ,, σ (S/m) λ (cm) Dp (cm)

13 2307,69 200,0 1523,08 1,10 78,32 14,41 100 300,00 73,0 216,00 1,20 24,45 5,50 300 100,00 63,0 72,00 1,20 11,23 3,99 433 69,28 62,0 52,13 1,25 8,19 3,63 915 32,79 60,0 27,54 1,40 4,13 3,05

2450 12,24 58,0 15,65 2,13 1,59 1,94

Quadro 3.5 – Propriedades eléctricas do sangue.

Relativamente ao corpo humano, a energia de RF é absorvida de uma forma

mais eficiente a frequências próximas da frequência natural de ressonância do

corpo, ou seja, como a essas frequências a absorção é praticamente máxima,

será também máximo a quantidade de calor gerado.

Para frequências muito baixas, inferiores a 1 MHz, os materiais biológicos

absorvem muito pouca energia, podendo essa absorção ser significativa a

frequências de ressonância próximas de 70 MHz a 80 MHz, no caso do

homem, se o corpo se encontrar isolado da terra. Caso se encontre ao

potencial da terra, essa frequência é de 35 MHz a 40 MHz. Para a situação de

uma mulher, isolada da terra, este valor sobe para 80 MHz. Para crianças com

cerca de 5 anos de idade, a sua frequência de ressonância é normalmente

mais elevada que as dos adultos, sendo a taxa de absorção específica SAR de

cerca de 0,3 W/kg para uma taxa de absorção de radiação da ordem de 1

mW/cm2. Por conseguinte, a dimensão do corpo determina qual a frequência

que origina a maior taxa de absorção de radiação electromagnética.

3.3. PROPAGAÇÃO ATRAVÉS DE MATERIAIS BIOLÓGICOS A propagação de ondas electromagnéticas em materiais biológicos pode ser

estudada física e matematicamente através das Equações de Maxwell,

definindo correctamente quais as fronteiras apropriadas. Assim sendo, e aten-

dendo a que estas equações são bastante difíceis de resolver, para se simpli-

ficar um pouco assume-se que um meio biológico é infinitamente extenso, livre

de cargas, isotrópico, e homogéneo. Note-se que um meio é isotrópico se ε é

uma constante escalar, ou seja, se ambos os vectores deslocamento eléctrico

Dr

e campo eléctrico Er

são colineares. Por outro lado, é homogéneo quando ε,

μ, e σ são constantes (ver figura 3.2).

69

Figura 3.2 – Corpo biológico sujeito a radiação electromagnética.

Para este meio, têm-se assim as equações de Maxwell:

tBE∂∂

−=×∇

rr

tDJH∂∂

+=×∇

rrr

0=•∇ Br

0=•∇ Dr

Com a finalidade de se resolverem estas equações em ordem aos vectores

campo eléctrico e campo magnético, pode-se escrever:

=×∇∂∂

−=×∇×∇ )()( Ht

Err

μ

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂∂

+∂∂

−=tEE

t

rr

εσμ

2

2

tE

tE

∂

∂−

∂∂

−=

rr

μεσμ

Continuando a utilizar o cálculo vectorial, como se tem:

EEErrr 2)()( ∇−•∇∇=×∇×∇

ao utilizar-se a equação anterior, virá:

70

02

22 =⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂−

∂∂

−∇ Ett

rεμσμ

Do mesmo modo, eliminando o vector intensidade do campo eléctrico entre as

Equações de Maxwell, e seguindo uma metodologia idêntica, obtém-se:

02

22 =⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂−

∂∂

−∇ Htt

rεμσμ

Por conseguinte, ambos os vectores intensidade do campo eléctrico e

intensidade do campo magnético obedecem à seguinte equação, denominada

equação da onda:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂−

∂∂

−∇00

2

22

H

E

ttr

r

εμσμ

Assumindo que a intensidade do campo eléctrico e a intensidade do campo

magnético são grandezas alternadas sinusoidais, tem-se, respectivamente:

ωjt=

∂∂

22

2ω−=

∂

∂

t

Quanto à equação da onda, pode-se escrever ainda:

022 =+∇ EErr

γ

sendo:

=−= σμωεμωγ j22

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

εωσεεμω j,

02

)( ,,,2

2εεω j

c−=

71

em que c representa a velocidade da luz no vácuo, e γ a constante de propa-

gação da onda, dada por:

βαγ j+=

sendo α a constante de atenuação, e β a constante de fase, expressa em

radianos por metro. Estas constantes características das ondas são

determinadas através das seguintes expressões:

2/12

,

,,, 11

2

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

εεεω

αc

2/12

,

,,, 11

2

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

εεεω

βc

No caso particular de se ter 1,

,,≤

εε , virá, respectivamente:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= ,

,,

2 εεεμω

α

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

2

,

,,125,01

εεεμωβ

Por sua vez, o comprimento de onda no interior do meio é determinado através

da seguinte expressão:

βπλ 2

=

No caso da onda de radiação ser uma onda plana e uniforme, polarizada linear-

mente, e incidindo no meio segundo a direcção do eixo coordenado z, os

vectores intensidade do campo eléctrico e intensidade do campo magnético,

que têm as suas direcções respectivamente segundo o eixo x e segundo o eixo

72

y, e cujos valores instantâneos Ei e Hi são alternados sinusoidais, apresentam,

respectivamente, as seguintes expressões:

xztjz

i aeeEErr )( βωα −−=

yztjz

i aeeHHrr )( βωα −−=

tendo-se Ei = η Hi, em que η representa a impedância do material biológico,

dada pela seguinte expressão:

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= ,

,,2

,

,,5,0378,01

εε

εε

εμη j

Quanto ao valor instantâneo do vector de Poynting, virá:

iii HEP ×=

3.4. ABSORÇÃO EM MATERIAIS BIOLÓGICOS Os tecidos biológicos, sob a acção de radiação RFR, comportam-se como

soluções de electrólitos que contêm moléculas polares, interagindo essa

radiação com esses tecidos através de condução iónica – oscilação das cargas

livres –, e da rotação das moléculas polares de água e da relaxação das

proteínas. A energia de RF absorvida é transformada em energia cinética

adquirida pelas moléculas, que se traduz na prática por um aquecimento dos

tecidos sujeitos a radiação, processando-se a transferência do calor gerado no

corpo humano para o meio envolvente através dos seguintes mecanismos:

• Condução térmica. É um processo no qual a transferência de calor se

faz por difusão molecular, apresentando os tecidos uma baixa conduti-

vidade térmica.

• Radiação térmica. Corresponde ao calor perdido pela superfície do

corpo humano, devido à radiação.

• Convecção. É um processo no qual o calor é transferido pela acção

conjunta do movimento das moléculas e da sua difusão.

73

• Transpiração. Representa o calor perdido através do suor gerado na

superfície do corpo, sendo a taxa de dissipação dependente da tensão

arterial, da velocidade do vento, da temperatura exterior, e da humidade

do ar. Este mecanismo é controlado através do sistema nervoso central,

que recebe sinais dos diversos locais termosensíveis existentes no

interior do organismo.

Como se pode observar na figura 3.3, para uma determinada profundidade de

penetração da radiação RFR, quanto menor for a frequência maior se torna a

potência absorvida. Por outro lado, nota-se ainda que, para uma mesma

potência absorvida, a profundidade de penetração é tanto maior quanto mais

reduzida for a frequência. Interessa ainda realçar que, para frequências iguais

ou superiores a 30 GHz, não mostradas no ábaco, a profundidade de

penetração fica confinada apenas às camadas exteriores da pele.

Figura 3.3 – Potência de absorção nos músculos em função da profundidade

de penetração para diversas frequências.

Nos estudos relativos aos riscos para a saúde humana inerentes à exposição a

campos electromagnéticos, e conforme se salientou já anteriormente, o nível

de radiação deverá ser essencialmente avaliado através da SAR – specific

absorption rate (taxa de absorção específica), expressa em W/kg. Por outro

74

lado, para campos alternados sinusoidais, o valor médio da potência absorvida

por unidade de volume é calculado pela expressão:

2EPa σ=

sendo σ a condutividade eléctrica, e E o valor eficaz do campo eléctrico em

cada ponto do material biológico.

75

CAPÍTULO 4. DOSIMETRIA DOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS INCIDENTES 4.1. INTRODUÇÃO A dosimetria consiste em duas partes – a primeira envolve a avaliação dos

campos incidentes (também designados por campos externos), os quais são

gerados por determinadas fontes, podendo ser medidos, sem a presença do

objecto, ou calculados através da informação da fonte, enquanto que a

segunda representa a avaliação dos campos internos (igualmente designados

por campos internos), isto é, dos campos no interior dos objectos, os quais

podem igualmente ser medidos ou calculados.

As contribuições da engenharia na área dos efeitos biofísicos dos campos

electromagnéticos, tem vindo a tornar possível a avaliação da intensidade

desses campos assim como da densidade de potência devida à exposição a

uma fonte de campos electromagnéticos, e comparar os valores experimentais

obtidos com os limites recomendados pelas normas de segurança.

Contudo, importa salientar que nem sempre é possível avaliar os níveis de

radiação RFR (radiação de rádio-frequência) nos locais abrangidos pela

radiação, devido ao facto de que os campos de RF são absorvidos, reflectidos,

ou refractados pelos objectos, de um modo aleatório.

Os cálculos teóricos são adequados para algumas situações, enquanto que as

medições por vezes provam ser menos dispendiosas e, ao mesmo tempo, mais

conclusivas, essencialmente em locais sujeitos a radiações provenientes de

diversas fontes.

Por estas razões, as medições no terreno das radiações de RF são realizadas

para se assegurar a conformidade com as recomendações normalizadas, com

o objectivo de se prevenirem situações de sobre-exposições que possam a

curto, a médio e a longo prazo causar problemas de saúde.

As medições tornam-se igualmente necessárias não só quando os valores

calculados teoricamente se encontram muito próximos do limiar da sobre-

exposição, mas também quando os campos são distorcidos devido à reflexão

em vários objectos.

76

4.2. CÁLCULOS TEÓRICOS Estes cálculos são usualmente realizados em vários pontos sujeitos a radiação

RF, podendo assim a força do campo ser estimada antes das respectivas

medições. Saliente-se que, para que se possam efectuar os cálculos teóricos,

torna-se necessário conhecer as características da antena radiante.

Na prática, é possível determinar a densidade de potência provável na

proximidade da antena, recorrendo-se a simples equações já conhecidas.

Muitas das situações onde essa densidade de potência deverá ser elevada

localizam-se nas zonas próximas da antena, variando a densidade de potência

inversamente com a distância a que se encontram da antena. Por outro lado,

nas regiões já afastadas da antena, onde o feixe se propaga de uma forma

normalizada, a densidade de potência diminui inversamente com o quadrado

da distância à antena. Comparando a zona próxima da antena (near-field

region) com as zonas mais afastadas (far-field region), sucede que a densidade

de potência nas zonas afastadas diminui muito mais rapidamente que nas

zonas próximas. Na figura 4.1 mostram-se, esquematicamente, as zonas

próxima e afastada da fonte emissora de radiação, sendo de salientar que a

linha de fronteira entre estas duas regiões se designa por crossover point.

Figura 4.1 – Regiões próximas e afastadas de uma fonte de radiação.

4.2.1. Densidade de Potência O cálculo da densidade de potência poderá representar o melhor exercício para

a predição da radiação de RF, cálculo este que é efectuado através da

seguinte expressão:

77

impactodeÁrearadiadaPotênciapotênciadeDensidade =

a) Região próxima da fonte A densidade de potência numa zona próxima de uma antena vertical (figura

4.2), é determinada utilizando um contorno cilíndrico – radiação circular. Ou

seja, considera-se que a potência radiante emanada a partir da antena se

processa de uma forma equitativa através de uma superfície cilíndrica cujo eixo

de simetria coincide com a antena.

Figura 4.2 – Região próxima de uma antena vertical.

A área do cilindro colocado em torno da antena é assumida como estando

uniformemente carregada pela potência radiada a partir da antena, não

havendo igualmente radiação de potência de RF através da base e do topo

desse cilindro. Note-se que a densidade de potência concentrada no cilindro

corresponde, teoricamente, à densidade média de potência num corpo humano

situado muito próximo da antena e com uma altura igual à do cilindro. A

expressão seguinte, designada como modelo cilíndrico, permite determinar a

densidade de potência Pd sobre a superfície do cilindro, em W/m2:

ldP

P td π2=

sendo Pt a potência da antena, em W, d a distância, em metros, da superfície

do cilindro ao centro da antena, e l, em metros, a altura do cilindro, que é igual

à altura da antena. Como facilmente se constata, a densidade de potência

corresponde à potência da antena por unidade de superfície da área periférica

do cilindro.

78

b) Região afastada da fonte Nas regiões afastadas da antena, a distribuição da radiação não se altera com

a distância, sendo a densidade máxima de potência radiada uma função do

ganho da antena. Para uma fonte de radiação, suposta concentrada num

ponto, e considerada como sendo um meio isotrópico, a densidade de potência

representa a distribuição da potência emitida por esse ponto, Pt (W), sobre uma

superfície esférica com um raio d (m) igual à distância à antena, sendo assim

aquela densidade de potência calculada pela seguinte expressão:

24 dP

P td

π=

Para uma antena direccional, esta potência é definida como sendo:

24 dGP

P ttd

π=

em que Gt representa o ganho da antena. Para melhor compreensão, mostra-

-se na figura 4.3 a relação entre a potência transmitida e a potência recebida

num sistema de comunicações sem fios.

Figura 4.3 – Potência transmitida e recebida num sistema

de comunicações sem fios.

Na prática, utiliza-se o termo EIRP – equivalent isotropic radiated power

(potência isotrópica equivalente radiada), para designar o produto:

tt GPEIRP =

sendo esse termo um parâmetro que permite definir as capacidades da antena

para transmitir radiação de RF.

79

Por outro lado, por vezes a potência é expressa em termos da ERP – effective

radiated power (potência efectiva radiada), em lugar da EIRP, sendo a ERP

referida a uma antena dipolar de meia onda em lugar de um radiador isotrópico.

Por conseguinte, pode-se escrever, sendo o factor 1,64 o ganho da antena

dipolar relativamente ao radiador isotrópico:

222 464,1

44 dERP

dEIRP

dGP

P ttd

πππ===

Quando se pretende avaliar o campo próximo de uma superfície, tal como o

solo ou o telhado de uma habitação, deverá assumir-se que existe reflexão das

ondas, resultando numa quadruplicação da densidade de potência equivalente,

tendo-se então:

22244

dEIRP

dGP

dGP

P ttttd

πππ===

No caso de antenas de radiodifusão e de televisão, em FM, tendo em atenção

a reflexão no solo, assume-se que a densidade de potência é majorada por um

factor igual a 2,56, vindo assim, para este tipo de antenas:

22 05,14

56,2d

ERPd

EIRPPdππ

==

Considerando agora uma antena receptora com um ganho Gr, a potência

recebida Pr é determinada através da seguinte expressão:

2

4 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

rGGPP rttr π

λ

sendo λ (m) o comprimento de onda, e r (m) a distância à antena.

4.2.2. Intensidade do Campo A intensidade do campo eléctrico numa antena receptora encontra-se

relacionada com a potência recebida Pr, considerando-se o facto de que a

potência recebida corresponde ao produto da área efectiva de abertura da

antena pela densidade de potência. Em termos de quantificação, a intensidade

do campo eléctrico E (V/m), é calculado pela seguinte expressão:

80

e

r

AP

E 0η=

sendo Ae (m2) a área efectiva de abertura da antena, e η0 a impedância

intrínseca do vácuo, com o valor de 377 Ω. Na prática, nas zonas afastadas da

fonte tem-se:

HE

=0η

sendo H a intensidade do campo magnético, em A/m. Adicionalmente, o valor

eficaz da intensidade do campo eléctrico a uma distância d de uma fonte com

uma potência isotrópica equivalente radiada EIRP segundo o eixo principal do

feixe, é calculado através da seguinte expressão:

dEIRPE

5,0)30(=

4.3. TÉCNICAS DE MEDIÇÃO Antes de se proceder às medições dos parâmetros e grandezas associados às

radiações de RF em determinados locais ocupacionais, públicos, ou residen-

ciais, é essencial classificar esses locais para que se tome conhecimento

prévio dos limites de exposição recomendados pelas normas respectivas. Na

figura 4.4 ilustra-se, em termos de diagrama de blocos, quais os componentes

básicos de um sistema de medição de radiações de RF.

Figura 4.4 – Sistema de medição de radiações de RF.

Veja-se seguidamente alguns procedimentos relativos à análise e tratamento

de dados obtidos através das respectivas medições:

81

4.3.1. Tempo Médio de Exposição Os valores eficazes médios de um conjunto de medições, relativamente à

intensidade do campo eléctrico e à intensidade do campo magnético, são

determinados respectivamente pelas seguintes expressões:

2/1

1

2exposiçãodemédiotempo

1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∑ Δ==

n

iii tEE

2/1

1

2exposiçãodemédiotempo

1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∑ Δ==

n

iii tHH

Nestas expressões, n representa o número de intervalos de tempo Δti em

relação aos quais se mediram os respectivos valores eficazes da intensidade

do campo eléctrico Ei e da intensidade do campo magnético Hi.

Adicionalmente, os valores médios da densidade de potência e da taxa

específica de absorção SAR são determinados respectivamente através das

seguintes expressões:

∑ Δ==

n

iii tPP

1exposiçãodemédiotempo1

∑ Δ==

n

iii tSARSAR

1exposiçãodemédiotempo1

sendo Pi e SARi os valores respectivamente da densidade de potência e da

taxa de absorção específica associados a cada um dos n intervalos de tempo

de medição Δti.

Note-se ainda que se tem, nas quatro expressões anteriores:

∑ Δ==

n

iit

1exposiçãodemédiotempo

Para melhor compreensão, considerem-se os seguintes dois exemplos numé-

ricos práticos:

82

Exemplo 1 Para uma frequência de radiação de 3 GHz, os trabalhadores de uma deter-

minada empresa de telecomunicações são autorizados a sofrer uma exposição

média equivalente a 10 mW/cm2, durante um período máximo de 6 minutos. Na

prática, para que tal seja respeitado, devem-se verificar, por exemplo, as

seguintes 3 situações possíveis:

• sofrerem uma radiação de 20 mW/cm2 durante 3 minutos consecutivos

ou alternados, e nenhuma radiação durante os outros 3 minutos res-

tantes, ou seja:

P = (20 mW/cm2 x 3 min) + (0 mW/cm2 x 3 min) = 60 mW/cm2 / 6 min =

= 10 mW/cm2

• sofrerem uma radiação de 15 mW/cm2 durante 4 minutos consecutivos

ou alternados, e nenhuma radiação durante os outros 2 minutos res-

tantes, ou seja:

P = (15 mW/cm2 x 4 min) + (0 mW/cm2 x 2 min) = 60 mW/cm2 / 6 min =

= 10 mW/cm2

• sofrerem uma radiação de 15 mW/cm2 durante 3 minutos consecutivos

ou alternados, e 5 mW/cm2 durante os outros 3 minutos restantes, ou

seja:

P = (15 mW/cm2 x 3 min) + (5 mW/cm2 x 3 min) = (45+15 mW/cm2) / 6 min =

= 10 mW/cm2

Exemplo 2 Para uma frequência de radiação de 100 MHz, o público em geral não deverá

sofrer uma exposição média equivalente a 2 mW/cm2, durante um período

máximo de 30 minutos. Na prática, para que tal seja respeitado, devem-se

verificar, por exemplo, as seguintes 3 situações possíveis:

• sofrer uma radiação de 4 mW/cm2 durante 15 minutos consecutivos ou

alternados, e nenhuma radiação durante os outros 15 minutos restantes,

ou seja:

83

P = (4 mW/cm2 x 15 min) + (0 mW/cm2 x 15 min) = 60 mW/cm2 / 30 min =

= 2 mW/cm2

• sofrer uma radiação de 3 mW/cm2 durante 20 minutos consecutivos ou

alternados, e nenhuma radiação durante os outros 10 minutos res-

tantes, ou seja:

P = (3 mW/cm2 x 20 min) + (0 mW/cm2 x 10 min) = 60 mW/cm2 / 30 min =

= 2 mW/cm2

• sofrer uma radiação de 3 mW/cm2 durante 15 minutos consecutivos ou

alternados, e 1 mW/cm2 durante os outros 15 minutos restantes, ou seja:

P = (3 mW/cm2 x 15 min) + (1 mW/cm2 x 15 min) =

= (45+15 mW/cm2) / 30 min =

= 2 mW/cm2

4.3.2. Valores Médios Espaciais Esta técnica é normalmente utilizada para a determinação dos valores das

intensidades do campo eléctrico E e do campo magnético H, assim como da

densidade de potência P, para a globalidade do corpo humano, a partir das

medições efectuadas em diversos pontos do corpo, recorrendo-se respecti-

vamente às seguintes expressões:

2/1

1

21⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∑==

n

iiE

nE

2/1

1

21⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∑==

n

iiH

nH

∑==

n

iiP

nP

1

1

sendo n o número de locais onde as medições Ei, Hi e Pi foram efectuadas.

84

4.3.3. Locais com Frequências Múltiplas Nas situações em que a radiação é originada por fontes de diversas frequên-

cias, em primeiro lugar deverá ser verificada a seguinte inequação:

∑ ≤nf

ffR

1

1

sendo f1 a menor banda de frequência, fn a maior banda de frequência, e Rf o

valor relativo respeitante ao limite de exposição, valor este que é determinado

respectivamente através das seguintes expressões, a primeira para a

intensidade dos campos eléctrico e magnético, e a segunda para a densidade

de potência:

2

para exposição, de limite ao entecorrespond campo do eintensidad frequência à campo do eintensidad da medido valor

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ffRf

para exposição, de limite ao entecorrespond potência de densidade frequência à potência de densidade da medido valor

ffRf =

Como facilmente se pode constatar, através da primeira expressão, se o valor

deste parâmetro for superior à unidade, os valores medidos estarão acima dos

limites máximos de exposição recomendados pelas normas de segurança. Por

conseguinte, o valor relativo global, que se obtém pela soma dos valores

relativos para cada frequência, representa um indicador do limite de exposição.

Exemplo Num determinado local de trabalho, mediram-se os seguintes valores

associados à radiação RFR para diferentes frequências:

• Intensidade do campo magnético de 0,2 A/m a 13 MHz.

• Intensidade do campo eléctrico de 20 V/m a 250 MHz.

• Densidade de potência de 1 mW/cm2 a 2,45 GHz.

Por outro lado, os regulamentos de segurança aconselham os seguintes limites

de exposição, para aqueles parâmetros, dentro das gamas de frequência

apontadas:

85

• Intensidade do campo magnético: 1,25 A/m, na banda 3 – 30 MHz.

• Intensidade do campo eléctrico: 27,5 V/m, na banda 100 – 300 MHz.

• Densidade de potência: 1,63 mW/cm2, na banda 300 – 3000 MHz.

Por conseguinte, recorrendo-se às expressões anteriores obtêm-se os

seguintes valores relativos, respectivamente para a intensidade do campo

magnético, intensidade do campo eléctrico, e densidade de potência:

02656,025,12,0

2

1 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=R

528,05,27

202

2 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=R

613,063,11

3 ==R

Quanto ao valor global, tem-se:

R = R1 + R2 + R3 = 1,168 (> 1)

Por conseguinte, o local encontra-se sujeito a um nível de radiação global que

é superior aos limites de exposição recomendados. Note-se um facto

extremamente importante que sucede com este exemplo – os níveis de

exposição medidos são todos eles inferiores, separadamente, isto é, para cada

uma das gamas de frequência, aos limites recomendados pelas normas de

segurança, todavia, em termos globais, o local apresenta riscos acrescidos por

se ter R > 1.

4.4. PROCEDIMENTOS DE SEGURANÇA Para que se possa garantir a máxima segurança possível no que respeita à

exposição a radiações RFR, isto é, para que os limites máximos recomendados

pelas normas de segurança não sejam ultrapassados no local, em zonas de

trabalho, públicas e residenciais, e ainda para que os técnicos de telecomu-

nicações, em particular, não sofram riscos desnecessários, devem-se cumprir

as seguintes directivas:

86

• As antenas devem ser colocadas a uma altura pelo menos de 2 metros

acima da cabeça, para se reduzir as densidades de potência nas zonas

próximas dos telhados. Em telhados onde existam diversas antenas,

instalá-las a alturas inferiores a 2 metros contribui para a redução das

densidades de potência nas zonas muito próximas das antenas.

• As antenas deverão ser montadas em braços com 1 a 2 metros de

comprimento, em vez de serem instaladas directamente nas respectivas

torres, para se evitar um elevado nível de exposição nos técnicos que se

encontrem a trabalhar nas torres, por qualquer motivo.

• Reduzir a potência da antena, para limitar a exposição cumulativa de

radiações de RF.

• Deve-se elaborar um regulamento de segurança e normas de conduta

para os trabalhadores que tenham que se deslocar às antenas para

trabalhos de manutenção. A potência deverá ser reduzida, e dever-se-á

dar uma atenção especial aos casos em que o trabalhador tenha de

atravessar zonas de campos electromagnéticos de elevada radiação.

• A combinação da radiação emitida por diversas antenas pode gerar

níveis de exposição que excedam os limites recomendados, daí que seja

aconselhável recolocando as antenas noutros locais.

• Aumentar a distância entre as antenas, para se reduzir a densidade de

potência global do local.

• Deverão ser tomadas precauções de segurança em relação aos técnicos

de manutenção, devendo ser mantida uma distância mínima de 1 metro,

no sentido de se evitarem exposições perigosas.

• Os técnicos de telecomunicações que exerçam a sua actividade

primordialmente junto de antenas, deverão fazer-se acompanhar de

monitores pessoais que, nos casos em que a radiação ultrapassa os

limites recomendados, emitam imediatamente um sinal sonoro de

alarme bem audível.

• Nos casos em que, após a verificação de todos os requisitos de segu-

rança, continuarem a existir riscos acrescidos devidos a exposições

acima dos limites, os técnicos de telecomunicações deverão utilizar um

equipamento pessoal de protecção, como é o caso de fatos especiais,

87

para reduzir o nível de radiação RF, redução essa que poderá ir até 10

dB.

• Todos os trabalhadores deverão ser sujeitos a acções de formação

periódicas, no sentido de estarem permanentemente actualizados no

que respeita à regulamentação e às normas de segurança relativas à

exposição a radiações de RF. Este aspecto é bastante importante,

competindo igualmente não só aos fabricantes de equipamentos de

telecomunicações, especialmente de telefones celulares, mas também

aos operadores e às entidades reguladoras, informar convenientemente

o grande público sobre todos estes aspectos da radiação electroma-

gnética, contribuindo para a desmistificação de ideias pré-concebidas.

88

CAPÍTULO 5. DOSIMETRIA DOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS INTERNOS 5.1. INTRODUÇÃO Este tipo de dosimetria foi originalmente desenvolvido para as radiações ioni-

zantes, sendo baseado na relação entre a dose (energia absorvida por unidade

de massa) e o efeito biológico. Atendendo a que a energia absorvida se

encontra directamente relacionada com os campos electromagnéticos internos,

isto é, no interior do objecto – não confundir com os campos electromagnéticos

incidentes na superfície do objecto, e que foram analisados no capítulo anterior

–, a dosimetria é interpretada, nesta situação, como uma maneira de

determinar os campos electromagnéticos no interior do corpo biológico.

Saliente-se que os campos internos, muito mais que os campos incidentes e as

correntes induzidas, são os responsáveis pelas interacções com os sistemas

vivos, independentemente dessas interacções desenvolverem fenómenos

térmicos ou não-térmicos. Os campos incidentes e os campos internos diferem,

em função da dimensão e da forma do objecto, das propriedades eléctricas, da

orientação dos campos internos em relação aos campos incidentes, e da

frequência. Por outro lado, se um efeito biológico está relacionado directamente

com os campos internos, poder-se-á estabelecer uma relação de causa-efeito

em termos apenas desses campos, e não dos campos incidentes.

A dosimetria considera as medições ou a determinação por cálculo dos campos

internos, da densidade das correntes induzidas, da absorção específica SA, da

taxa de absorção específica SAR, em objectos como por exemplo modelos,

animais, humanos, ou mesmo partes do corpo humano, expostos a radiações

RFR, não esquecendo que é bastante difícil caracterizar inteiramente a propa-

gação dos campos electromagnéticos no corpo humano, devido à comple-

xidade e ao carácter não homogéneo dos tecidos biológicos.

A dosimetria interna pode ser dividida em duas categorias:

• Dosimetria macroscópica, em que os campos electromagnéticos são

determinados como uma média em relação a algum volume do espaço,

como em células matemáticas, que são de dimensões reduzidas. Por

89

exemplo, é assumido que o campo eléctrico numa determinada célula

de 1 mm tem o mesmo valor em qualquer ponto dentro de um volume

de 1 mm3 da célula, o mesmo sucedendo com o campo magnético.

• Dosimetria microscópica, em que os campos são determinados a um

nível celular microscópico, ou seja, as células matemáticas em relação

às quais se determinam os campos, têm uma dimensão microscópica.

5.2. TAXA DE ABSORÇÃO ESPECÍFICA SAR Como se definiu já anteriormente, a SAR é quantificada em mW/cm2, e

representa a absorção da energia dos campos e da radiação electromagnética

quando incidem sobre um corpo biológico, por parte desse mesmo corpo.

5.2.1. Tipos de SAR e Parâmetros Associados Genericamente, existem dois tipos de SAR. O primeiro, designado por SAR

média no corpo inteiro, é definida como sendo a energia total transferida para o

corpo, por unidade de tempo, dividida pela sua massa total. Quanto ao

segundo tipo, tem-se a SAR para partes específicas do corpo humano, que

requerem, em determinadas circunstâncias, uma atenção especial, como

sucede com a cabeça, com o tronco, e com os membros superiores e inferiores

– esta SAR localizada é usualmente aplicada para se avaliar a exposição

emitida por pequenos equipamentos electrónicos e de telecomunicações, como

é o caso dos telemóveis em contacto com a cabeça.

Os valores da taxa de absorção específica referentes a materiais biológicos,

dependem de diversos parâmetros associados à exposição – propriedades dos

campos incidentes, tais como a frequência, a modulação, a amplitude, e a

direcção dos seus componentes; distribuição espacial das propriedades dielé-

ctricas e térmicas do sistema, incluindo as do local e a sua localização dentro

do objecto; configuração do material e sua orientação relativamente aos

campos incidentes.

a) Polarização A polarização de uma onda electromagnética representa a direcção das linhas

de força do vector intensidade do campo eléctrico. Saliente-se que no corpo

humano completo, a SAR média varia em função da orientação do campo

90

eléctrico incidente em relação ao corpo. Por outro lado, no que respeita a

objectos com uma simetria circular, podem-se considerar três tipos de

polarização: E, H e K, como se ilustra na figura 5.1:

• A polarização E corresponde a ter-se o vector intensidade do campo

eléctrico paralelo ao eixo principal do corpo.

• A polarização H corresponde a ter-se o vector intensidade do campo

magnético paralelo ao eixo principal do corpo.

• A polarização K corresponde a ter-se o vector representativo do sentido

de propagação da onda (vector perpendicular aos vectores E e H),

paralelo ao eixo principal do corpo.

Figura 5.1 – Polarização E (a), polarização H (b), e polarização K (c).

b) Frequência Para todos os três tipos de polarização, a SAR varia aproximadamente com o

quadrado da frequência, para baixas frequências, salientando-se que, para a

polarização E, o seu valor máximo ocorre na banda de 70 MHz a 80 MHz.

Na figura 5.2 mostra-se a variação da taxa de absorção específica em função

da frequência, relativa a um homem médio exposto no vácuo a uma onda

plana, com uma densidade de potência de 1 mW/cm2, para os três tipos de

pola-rização. Para um corpo humano masculino em contacto com radiação RF

dirigida ao solo, a frequência de ressonância é de 30 MHz a 40 MHz,

frequência essa para a qual a potência absorvida é poucas vezes superior

àquela que corresponde ao produto da área da secção recta do corpo pela

91

densidade de potência incidente. Com uma polarização E, para frequências

superiores à de ressonância, a SAR associada à totalidade do corpo humano

varia aproximadamente com 1/f e, para valores inferiores, é proporcional a f 2.

Figura 5.2 – Taxa de absorção específica SAR em função da frequência, relativa

ao modelo de um homem médio exposto no vácuo a uma onda plana, com uma

densidade de potência de 1 mW/cm2, para os três tipos de polarização.

c) Dimensão e Forma dos Objectos Como se pode constatar através da figura 5.3, a SAR depende não só da

dimensão mas também da forma dos objectos, no caso concreto da figura, o

corpo humano, o macaco, e o rato, todos sujeitos a uma exposição a radiação

RF com uma densidade de potência de 1 mW/cm2, e com uma polarização do

tipo E. Como se pode observar, para uma mesma taxa de absorção específica,

isto é, para o mesmo efeito biológico, a frequência necessária para que ele se

verifique nos macacos e nos ratos, é significativamente superior à do corpo

humano. Constata-se igualmente que o valor máximo da SAR é o mais baixo

no homem e o mais elevado no rato, acontecendo no homem a uma frequência

mais baixa que nos outros dois seres vivos. Como curiosidade, nota-se que as

curvas relativas ao homem e ao macaco são muito próximas uma da outra, o

que se justifica pelo elevado número de características fisiológicas seme-

92

lhantes, enquanto que a curva do rato é bastante diferente. Esta figura mostra

assim que, provavelmente, os mecanismos de interacção nestes três seres

vivos são substancialmente diferentes, sendo de salientar que a SAR no corpo

humano é normalmente afectada pela existência de outros corpos e objectos,

na medida em que uma elevada intensidade de radiação se distribui não só

pelo corpo humano em questão, mas também pelos outros corpos e objectos

situados na sua vizinhança. A presença de uma superfície plana reflectora,

utilizada como chão, provoca a redução da frequência de ressonância do corpo

podendo conduzir a valores elevados da SAR na totalidade do corpo, para

frequências de ressonância reduzidas.

Por exemplo, se o corpo humano for colocado sobre um plano perfeitamente

condutor, a sua frequência de ressonância nessas condições será sensi-

velmente igual a metade da sua frequência de ressonância no vazio. Como

sucede na prática com o solo que se pisa, que não é um condutor eléctrico

perfeito, a frequência de ressonância do corpo é mais baixa que aquela que se

verifica no vazio, contudo não igual a metade.

Figura 5.3 – Taxa de absorção específica SAR em função da frequência,

relativa ao modelo esferoidal de um homem, de um macaco, e de um rato

expostos a uma onda plana, com uma densidade de potência

de 1 mW/cm2, para a polarização E.

93

Note-se ainda que a frequência de ressonância é alterada pela introdução de

materiais isolantes entre o corpo e o solo, como por exemplo a utilização de

calçado de borracha ou de tapetes de protecção, utilizados por trabalhadores

de empresas de electricidade e de telecomunicações.

d) Propriedades Eléctricas dos Tecidos Como já se referiu anteriormente, os cálculos teóricos assim como as medições

no terreno da taxa de absorção específica SAR, dependem largamente das

propriedades eléctricas do corpo, no que respeita ao seu comportamento

quanto à radiação electromagnética, sendo essas propriedades para os tecidos

humanos especificadas em termos de permitividade e de condutividade

eléctrica. Por sua vez, estes parâmetros dependem da frequência, temperatura

e distribuição dos tecidos no interior do corpo humano, assim como do instante

que se considere. Além disso, as propriedades eléctricas dependem igual-

mente dos níveis da actividade física e metabólica, da anatomia, da saúde, e

da idade.

5.2.2. Estimativa da SAR Como se salientou já por diversas vezes, a SAR relativa ao corpo humano não

é mensurável de uma forma fácil, na prática, contudo pode ser determinada

empiricamente ou teoricamente, a despeito das limitações das metodologias

utilizadas. Basicamente, a SAR representa a medida da taxa à qual a energia é

absorvida pelo corpo, podendo assim ser definida como a derivada em ordem

ao tempo da absorção específica (SA), que corresponde ao incremento da

energia dW absorvida por uma massa incremental dm inserida no interior de

um volume elementar dV, cujo material tem uma densidade ρ, ou seja:

dVdW

dmdWSA

ρ==

sendo esta grandeza expressa em joules por kilograma (J/kg). Por conseguinte,

a taxa de absorção específica SAR, em W/kg ou em mW/g, é dada pela

seguinte derivada:

dVdW

dtd

dtSAdSAR

ρ==

94

Esta taxa de absorção pode igualmente ser definida como a potência absorvida

por unidade de massa de um sistema biológico, e ser representada em termos

da intensidade do campo eléctrico E, expresso em V/m, da condutividade

eléctrica σ, expressa em S/m, e da densidade do tecido, expressa em kg/m3,

através da seguinte expressão:

ρσ 2ESAR =

A integração da SAR sobre um volume de tecido que contenha uma deter-

minada massa, corresponde assim à potência absorvida por esse mesmo

volume de tecido, sendo esta grandeza, para um dado tecido biológico,

expressa em mW/g médios para 1 g ou 10 g, dependendo do que se encontra

estipulado na norma de segurança adoptada.

Adicionalmente, a taxa inicial de aumento de temperatura no corpo, despre-

zando as perdas de calor, é directamente proporcional à SAR, ou seja:

CSAR

dtdT

=

em que T (oC) representa a temperatura, t (s) o tempo, e C (J/kg/oC) a capa-

cidade calorífica do corpo.

Note-se que esta capacidade calorífica é definida como sendo a energia em

joules que é necessária para elevar de 1 oC a tem-peratura de 1 kilograma de

massa do corpo.

Como é sabido, alguns efeitos biológicos, sobretudo os que têm implicações

significativas na saúde humana, podem ser relacionados com a indução de

calor, daí que o conhecimento do aquecimento originado pelas radiações RFR

seja mais importante como indicador analítico que a SAR, podendo o

aquecimento ΔT (oC) de tecidos biológicos sujeitos a radiação ser determinado

através da seguinte expressão:

4180xhSAT =Δ

sendo h = 0,85 a capacidade calorífica relativa.

95

5.3. DOSIMETRIA TEÓRICA Os campos eléctricos e magnéticos internos induzidos no corpo humano como

consequência da exposição a radiação RFR podem ser, em determinadas

circunstâncias simplificativas, determinados por meio das equações de

Maxwell. Todavia, devido às grandes dificuldades matemáticas inerentes à

resolução dessas equações, devido ao facto dos tecidos biológicos serem

materiais anisotrópicos e não homogéneos, torna-se necessário recorrer-se a

várias técnicas analíticas e numéricas.

Quanto às técnicas analíticas, usualmente recorre-se a um dos seguintes

modelos:

• Modelo planar multicamadas, em que o corpo humano é entendido como

um meio estratificado constituído por lâminas dieléctricas isotrópicas e

homogéneas, com uma geometria plana.

• Modelos esférico, cilíndrico, e elipsoidal, em que o corpo humano ou

partes dele, são entendidos como uma esfera, um cilindro, ou um

elipsóide de um meio dieléctrico isotrópico e homogéneo.

• Modelo de blocos, em que o corpo humano ou parte dele é modelizado

como sendo a agregação de um conjunto de células independentes em

material dieléctrico.

A escolha do modelo mais aconselhável depende da frequência de operação,

dos objectivos do estudo, da parte do corpo a ser investigado, e da simpli-

cidade pretendida na formulação analítica. Por exemplo, no que respeita à

dosimetria associada aos telefones celulares, a frequência de operação é muito

reduzida face às dimensões do corpo humano, especialmente se se considerar

a coluna vertebral, os ombros, as costas, o peito ou as coxas, daí que se deva

escolher o modelo planar.

Quanto aos métodos numéricos, utilizados com bastante assiduidade devido às

dificuldades inerentes aos métodos analíticos, permitem efectuar a modeli-

zação precisa de todo o corpo humano ou de partes dele, com a finalidade não

só de determinar os parâmetros e grandezas associados às radiações, mas

também de simular diferentes situações de exposição em ordem a analisar-se

as variações desses parâmetros e grandezas. Os mais utilizados baseiam-se

no método dos elementos finitos bi e tridimensionais.

96

5.4. DOSIMETRIA EXPERIMENTAL Apesar das técnicas de análise teórica actualmente aplicadas, conferirem um

grau de confiança bastante elevado aos valores dosimétricos obtidos, é acon-

selhável sempre que possível a realização de medições no terreno, não só

para corroborar os resultados teóricos, mas também e sobretudo nas situações

em que não se dispõe desses resultados teóricos.

Se, por um lado, a determinação analítica dos valores da SAR é bastante

complexa, a sua medição é igualmente problemática. Basta pensar-se que,

para se traçar um mapa de valores de SAR no corpo inteiro ou em partes dele,

seria necessário submeter o corpo a radiações RFR de diversas frequências e

de diferentes níveis de exposição, assim como instalar sensores no interior do

corpo, isto é, nos tecidos, ossos, órgãos, e sangue, o que seria impraticável.

Na prática, utilizam-se modelos, denominados phantom models, que são

materiais sintéticos equivalentes aos tecidos humanos e que permitem assim

simular os materiais biológicos, sendo as medições das intensidades dos

campos eléctricos e magnéticos internos realizadas através de sensores,

mostrando-se na figura 5.4 um ensaio dos efeitos da radiação emitida por

telefones celulares sobre os tecidos da cabeça, utilizando um phantom.

Figura 5.4 – Esquematização de um sistema de medição da SAR.

5.5. DOSIMETRIA EM TELEFONES CELULARES 5.5.1. Potência Transmitida A exposição a radiação de RF emitida por telefones celulares é significativa,

devido à presença da antena de emissão/recepção do próprio telefone muito

97

próxima da cabeça do utilizador, sendo comum a questão que se tem vindo a

levantar com grande insistência, e que consiste na dúvida se essa exposição

origina ou não riscos mais ou menos graves para a saúde humana. A resposta

a esta dúvida encontra-se directamente relacionada com a potência transmitida

pelos telefones celulares, que depende do próprio sistema celular assim como

do construtor.

Como resultado das medições efectuadas em telefones europeus oriundos de

16 construtores diferentes, concluiu-se que a mais baixa SAR média para 10 g

de tecido foi de 0,28 W/kg, enquanto que a mais elevada foi 1,33 W/kg, tendo

estes valores sido normalizados para uma antena com uma potência de

entrada de 0,25 W.

Um outro estudo experimental realizado com um phantom, permitiu concluir

que a SAR na cabeça dos utilizadores de telefones celulares com kit de mãos

livres, é 60 % a 96 % inferior aos valores medidos nas cabeças dos utilizadores

convencionais, o que se explica pelo afastamento dos telefones em relação à

cabeça.

5.5.2. Investigações sobre a SAR Seguidamente divulgam-se os resultados de alguns estudos teóricos e experi-

mentais, que utilizaram respectivamente modelos computacionais e phantoms,

para a determinação de valores indicativos para a taxa de absorção específica:

• 0,09 W/kg a 0,29 W/kg de SAR em 1 g de tecido; 0,04 W/kg a 0,17

W/kg em 1 g de tecido cerebral; 0,5 mW/kg a 1,1 mW/kg em todo o

corpo. Ensaio realizado com dez telefones celulares de diferentes cons-

trutores.

• 1,9 W/kg em 10 g de material sintético líquido equivalente ao tecido

cerebral humano, num modelo phantom cilíndrico da cabeça, exposto a

um telefone celular de 0,6 W operando a 900 MHz; SARs de 3,5 W/kg e

2,5 W/kg no interior da cabeça, respectivamente a 5 mm e a 10 mm de

profundidade.

• SAR de 1,4 W/kg (valor bastante elevado) em telefones antigos com

antenas amovíveis e com a antena recolhida; com a antena estendida,

aquele nível reduziu-se significativamente.

98

5.5.3. Sensação de calor Quando se utiliza um telefone celular poderá ocorrer uma sensação de calor

localizada na orelha e nos tecidos adjacentes da cabeça, devido à radiação

emitida pelo telefone, ao aquecimento da bateria, e à concentração de radiação

nos tecidos.

Num estudo realizado com um modelo de cabeça humana, e utilizando a

máxima potência de transmissão de 600 mW, foram determinadas SARs no

olho do lado do telefone numa gama entre 0,007 W/kg e 0,21 W/kg, e no

cérebro, em pontos muito próximos da zona de contacto do telefone,

encontraram-se valores entre 0,12 W/kg e 0,83 W/kg. Quanto ao aquecimento,

a temperatura do olho sofreu um aumento máximo de 0,022 oC para uma SAR

de 0,21 W/kg, enquanto que a temperatura do cérebro aumentou de 0,034 oC

para uma SAR de 0,83 W/kg.

Num ensaio realizado com voluntários, obtiveram-se temperaturas nas suas

orelhas em contacto com telefones celulares activos, entre 37 oC e 41 oC para

telefones analógicos, e entre 36 oC e 39 oC para telefones digitais.

5.5.4. Procedimentos de Precaução O organismo norte-americano Food and Drug Administration (FDA) recomenda

aos construtores de telefones celulares os seguintes procedimentos, em vigor

desde Outubro de 1999:

• Desenvolver investigação sobre os possíveis efeitos biológicos da

exposição a radiações RFR emitidas por telefones celulares.

• Os telefones celulares devem ser projectados de forma a que a única

radiação que emitam seja apenas a estritamente necessária para o seu

funcionamento.

• Estabelecer um clima de cooperação entre construtores com o objectivo

de informar o mais possível o público, sobre o que se conhece relativa-

mente aos efeitos da radiação emitida por telefones celulares.

O organismo britânico The Independent Expert Group on Mobile Phones

(IEGMP), elaborou as seguintes recomendações, dirigidas essencialmente aos

operadores de telecomunicações e às empresas de comercialização de

produtos celulares:

99

• Deverão notificar as autoridades locais acerca das futuras instalações de

antenas e de estações de comunicações móveis.

• Deverão evitar a instalação desses equipamentos na proximidade de

escolas.

• Deverão disponibilizar toda a informação possível aos consumidores,

para que estes possam saber, por exemplo, quais os níveis de radiação

a que se encontram sujeitos ao utilizarem celulares.

• Deverão desencorajar a utilização de celulares por parte de crianças.

Como conclusão, deverão observar-se os seguintes procedimentos, em relação

à utilização de telefones celulares:

• Evitar longos períodos de conversação. A redução do uso de celulares

representa mesmo a melhor opção.

• Eliminar o seu uso por parte de crianças, para se evitarem possíveis

efeitos adversos no desenvolvimento do sistema nervoso, ainda em

crescimento.

• Evitar o seu uso em locais onde o sinal é fraco. Por exemplo, a utilização

em espaços fechados, ao envolver sinais fracos a partir da estação de

base, potenciará a exposição de forma significativa na medida em que a

intensidade do sinal que será necessária originará uma forte ligação à

antena mais próxima.

• Manter a sua antena o mais afastada possível da cabeça.

• Manter o telefone afastado do corpo quando se encontra inactivo.

Transportá-lo num bolso da camisa ou das calças, ou numa carteira

suspensa do cinto, não é uma atitude correcta, a não ser que se

encontre totalmente desligado. Quando transportado no bolso da

camisa, a sua radiação poderá eventualmente causar alterações no

ritmo cardíaco normal, e, ao ser transportado no bolso das calças ou no

cinto, a medula óssea dos ossos da bacia assim como os testículos e o

aparelho reprodutor feminino estarão sujeitos desnecessariamente a

radiação RFR.

Apesar de não existir ainda um suporte científico que permita afirmar perempto-

riamente que a radiação emitida por telefones celulares origina efeitos

100

adversos na saúde humana, a melhor atitude a adoptar consiste exactamente

em, por um lado, as autoridades sanitárias obrigarem os construtores e

operadores a cumprirem determinadas recomendações e informar a opinião

pública e, por outro, respeitar essas recomendações à letra.

5.6. VIGILÂNCIA DE ESTAÇÕES CELULARES DE BASE O rápido desenvolvimento da indústria de comunicações móveis celulares, tem

vindo a resultar na instalação de um número cada vez mais elevado de antenas

de emissão e recepção (base transceiver stations BTSs), as quais são

instaladas em torres, telhados, ou mesmo nas paredes de edifícios. Estas

antenas representam o núcleo de células de um sistema celular, daí a sua

designação. Usualmente, a sua potência de transmissão situa-se entre 20 W e

50 W, sendo dependente do tipo de BTS.

Na prática, as células de maior dimensão podem ser “partidas” em células de

menor dimensão, as quais poderão também ser “partidas” em células ainda de

menor dimensão, conseguindo-se assim diminuir a potência de célula para

célula. Esta divisão permite classificar as células em três tipos: macrocélulas,

microcélulas, e picocélulas.

As macrocélulas representam a estrutura principal da rede de estações, tendo

as suas BTSs potências de saída de algumas dezenas de watt, comunicando

com telefones até cerca de 30 km. As microcélulas são utilizadas para melhorar

a rede principal, especialmente quando a rede se encontra congestionada,

sendo instaladas em diferentes locais, como por exemplo aeroportos, estações

de caminhos de ferro, e grandes superfícies comerciais. Quanto às BTSs para

as picocélulas, têm uma potência de saída reduzida (alguns watts), ainda mais

baixa que a das microcélulas, e são quase sempre instaladas no interior de

edifícios.

Como se sabe, a densidade de potência emitida a partir das antenas diminui

com o inverso do quadrado da distância à antena e, por conseguinte, a

exposição ao nível do solo na vizinhança das torres das antenas é

relativamente baixa quando comparada com a exposição muito próximo da

antena.

A instalação de antenas BTS causa frequentemente uma apreensão signi-

ficativa por parte do público, sobretudo por residentes em áreas muito

101

próximas, devido aos receios inerentes aos potenciais riscos que a radiação

poderá causar na sua saúde. Além disso, conforme se esquematiza na figura

5.5, o público poderá ficar submetido a radiações emitidas por diversas fontes,

em determinadas circunstâncias, podendo a exposição resultante ultrapassar

largamente os limites máximos de segurança recomendados.

Figura 5.5 – Exposição a radiações de RF emitidas por diversas

antenas emissoras/receptoras BTS.

Por outro lado, devido à atenuação inerente aos edifícios, os níveis da densi-

dade de potência no seu interior são, normalmente, 10 a 20 vezes inferiores

aos níveis verificados no exterior, para distâncias similares às antenas.

Todavia, em locais específicos como por exemplo os telhados dos edifícios, e

dependendo da distância às antenas, os níveis de exposição são usualmente

superiores aos níveis máximos de segurança recomendados.

Por conseguinte, o acesso a esses locais deverá ser restringido, assim como

também deverão ser medidos e controlados, os níveis da densidade de

potência nas divisões dos prédios localizadas imediatamente no piso abaixo

dos telhados, sendo ainda de salientar que o nível de radiação nessas divisões

depende fortemente dos materiais utilizados na construção.

Adicionalmente, e como se esquematiza na figura 5.6, o nível da densidade de

potência na parte traseira das antenas é centenas de vezes inferior ao que se

verifica nos locais situados à sua frente. Quer este facto significar que as

divisões do prédio que se encontram localizadas na parte de trás das antenas

têm níveis de exposição extremamente reduzidos, muitíssimo inferiores aos

limites aconselháveis.

102

Figura 5.6 – Condições de radiação RFR nas imediações de uma

antena emissora/receptora BTS.

Com o objectivo de se cumprir com a regulamentação em vigor acerca dos

limites máximos de segurança recomendados no que respeita à exposição a

radiações de RF, os operadores de telecomunicações deverão avaliar se os

seus equipamentos, de facto, estão ou não dentro desses limites, aceites como

sendo de segurança.

Figura 5.7 – Componentes de uma antena emissora/receptora BTS.

Considere-se então a figura 5.7, onde se esquematizam os vários compo-

nentes de uma base transceiver station BTS. No capítulo 4, relativo ao estudo

da dosimetria dos campos electromagnéticos incidentes, apresentou-se a

seguinte expressão:

24 dGP

P ttd

π=

103

em que Pd representa a densidade de potência sobre uma determinada super-

fície, em W/m2, Pt a potência da antena, em W, d a distância da superfície ao

centro de radiação da antena, em metros, e Gt o rácio de ganho da antena.

Como se tem: 10/10 G

tG =

sendo G o ganho da antena em dB, virá ainda, por substituição:

2

10/

410

dP

PG

td

π=

Por conseguinte, como se têm N transmissores virá para a densidade total:

2

10/

410

dP

NPG

td

π=

Por outro lado, considerando as perdas óhmicas totais do sistema, em dB:

P = perdas no feeder + perdas no combiner + perdas nos cables

a expressão anterior poderá ser reescrita na seguinte forma:

2

10/)(

410

dP

NPPG

td

π

−=

Por conseguinte, se Pd representar o nível máximo da densidade de potência

no ar, recomendado pelas normas de segurança, a distância mínima de segu-

rança à antena será assim:

d

PGt

PPN

dπ4

10 10/)(

min

−=

Exercício Determinar a distância mínima de segurança de uma antena BTS, de acordo

com a regulamentação em vigor, para um técnico de uma empresa de tele-

comunicações, de acordo com as seguintes especificações:

• frequência de operação: 900 MHz

104

• densidade de potência máxima de exposição, para locais ocupacionais,

e para a frequência de 900 MHz, de acordo com a regulamentação em

vigor: Pd = 30 W/m2

• potência máxima transmitida pela antena: Pt = 50 W

• ganho da antena: G = 16 dB

• perdas totais do sistema: P = 4 dB

• número de transmissores: N = 4

Por substituição de valores, obtém-se:

metros) 3 ( metros9,2304

10504 10/)416(

min ≈=×

××=

−

πd

De um modo geral, atendendo aos estudos realizados, as medições efectuadas

em locais próximos de BTSs têm mostrado que os níveis de exposição em

locais públicos se encontram muito abaixo dos limites máximos de segurança

recomendados pelas normas em vigor. Todavia, pode suceder que os técnicos

de empresas de telecomunicações fiquem temporariamente sujeitos a níveis de

radiação superiores a esses limites máximos, sobretudo quando se encontram

a trabalhar em telhados ou muito próximo de antenas.

Como exemplo ilustrativo, alguns trabalhos de campo, no que respeita à

medição dos níveis de radiação emitida por antenas de sistemas celulares,

obtiveram os seguintes resultados:

• Em relação a uma antena com uma altura de 45 metros, a densidade de

potência encontrada ao nível do solo, junto à base da antena, foi de

0,00002 mW/cm2 para cada canal de rádio, correspondendo a 0,002

mW/cm2 para os 96 canais, tendo os valores máximos sido medidos

entre 18 m a 25 m da base da antena. A 90 m de distância, os níveis

encontrados foram inferiores a 0,0001 mW/cm2.

• O estudo anterior, de origem americana, foi corroborado por estudos

realizados na Finlândia, onde, a 50 metros de antenas BTS, mediram-se

níveis inferiores a 0,010 mW/cm2, incluindo em pontos situados

directamente no feixe hertziano. Todavia, medições realizadas directa-

mente em feixes emitidos por antenas direccionais GSM com 12 canais,

105

conduziram a valores inferiores a 1 mW/cm2 a uma distância de 10 m, e

inferiores a 0,010 mW/cm2, para 30 m. Por conseguinte, os níveis de

exposição em telhados poderão ser superiores aos limites máximos

recomendados pelas normas de segurança.

• Num estudo realizado em Vancouver, no Canadá, relativamente a

antenas BTS de sistemas de comunicação rádio pessoais, obtiveram-se,

para a densidade de potência, os valores de 0,00016 mW/cm2 (antenas

situadas ao longo das ruas), 0,0026 mW/cm2 (antena situada no

telhado), e menos que 0,00001 mW/cm2 (longe das antenas), valores

esses bastante abaixo dos limites de segurança recomendados, o que

permitiu concluir da ausência de riscos dos utentes das cinco escolas

envolvidas neste estudo.

• No Reino Unido, as medições realizadas em 118 locais situados nas

imediações de 17 BTSs, obtiveram valores de 0,00083 mW/cm2 a 60 m

de uma antena localizada no telhado de uma escola, tendo os valores

medidos nas salas interiores sido mais reduzidos que os encontrados no

exterior.

106

CAPÍTULO 6. EFEITOS TERAPÊUTICOS DA ENERGIA ELECTROMAGNÉTICA

6.1. INTRODUÇÃO Como se escreveu no prefácio, o pai do bioelectromagnetismo é Hipócrates,

que tentou, pela primeira vez, curar cancros mamários através da exposição à

radiação electromagnética do sol. 2000 anos mais tarde, já no século XVIII,

Luigi Galvani tentou tratar tumores, aneurismas e hemorragias através da

aplicação de energia eléctrica aos tecidos humanos, e, em 1840, Recamier e

Pravaz mostraram um método de destruição de células cancerígenas no útero,

por meio da utilização de electricidade, prática essa que rapidamente se tornou

uma aplicação usual, tendo Fabre-Paloprat e Petrequin efectuado estudos

importantes sobre esta matéria. Pichard, em 1946, alertou para o seu uso

exagerado.

Devido aos estudos de Helmholtz, Kelvin e Hertz, passou a utilizar-se a

corrente alternada sinusoidal e, em 1869, Joubert mediu o grau relativo das

contracções musculares em ligação a correntes de alta frequência em

batráquios, enquanto que, em 1891, o francês d’Arsonval (1851-1940)

ultrapassou o estádio da utilização das correntes eléctricas contínuas nos

tecidos, ao proceder a experiências de auto-indução utilizando bobinas de

excitação cilíndricas que envolviam o corpo dos seus pacientes. Em mais de

2500 experiências, constituídas por sessões de 20 minutos em que a corrente

de excitação tinha uma intensidade de 450 mA, d’Arsonval demonstrou ser

possível conseguir melhorias em doentes com reumatismo e artrites. Outros

cientistas contemporâneos de d’Arsonval, como foi o caso de Nikola Tesla

(1856-1943) e de Thomson (1853-1937) contribuíram para o desenvolvimento

dos efeitos terapêuticos das ondas electromagnéticas de rádio-frequência. A

partir de 1926, as técnicas cirúrgicas passaram a incluir esses efeitos

terapêuticos em operações sensíveis ao cérebro, ao fígado, e à próstata, para

tratar hemorragias e para controlar a multiplicação precária de células.

Conforme se discriminou, de uma forma detalhada, em capítulos anteriores, o

espectro de frequências tem início na frequência zero, isto é, nos fenómenos

107

associados à corrente contínua (grandezas estacionárias, ou seja, invariantes

no tempo), e termina na banda da radiação electromagnética dos raios gama,

da ordem de 1021 Hz (1012 GHz).

Na sociedade actual, existem bastantes fontes emissoras de campos electro-

magnéticos, encontrando-se a espécie humana, em geral, exposta não só à

influência dos campos naturais, como é o caso do campo magnético terrestre,

mas também à influência dos campos electromagnéticos e da radiação criados

pelo próprio homem, como resultado da sua evolução tecnológica e científica,

na procura do seu bem estar social.

Todavia, a proliferação de campos electromagnéticos com as mais variadas

frequências – dos 50 Hz associados aos sistemas electroprodutores e de

transporte e utilização de energia eléctrica, até às centenas de GHz dos

sistemas de comunicações sem fios –, originou, na opinião pública, sobretudo

na última década, uma tomada de consciência acerca da existência ou não de

potenciais riscos para a saúde derivados da exposição a esses campos electro-

magnéticos, essencialmente emitidos por linhas aéreas de transporte de

energia eléctrica em alta e muito alta tensão, e por antenas e telefones

celulares.

Por outro lado, apesar do grande volume de trabalhos de investigação teóricos

e experimentais que têm vindo a ser realizados, no que respeita à explicação

dos mecanismos de interacção entre os campos electromagnéticos e os

sistemas biológicos, não existe ainda uma justificação científica universalmente

aceite para esses mecanismos de interacção, devido às causas já expostas em

capítulos anteriores. Adicionalmente, os desenvolvimentos mais recentes no

domínio da engenharia médica tais como a imagiologia de ressonância

magnética e a estimulação magnética transcraniana, têm igualmente levantado

questões da mesma índole, ou seja, se os campos magnéticos de elevada

densidade, da ordem de 1 tesla, exercem ou não alguma influência na saúde.

Em contrapartida, os campos magnéticos de fraca densidade – entre 1 mT e

200 mT –, têm vindo a ser utilizados com fins terapêuticos, num número

crescente de aplicações, como por exemplo na redução da dor, na reparação

de tecidos, no tratamento do cancro e da artrite reumatóide, como se verá mais

adiante.

108

Como resultado dos estudos efectuados sobre os efeitos biológicos dos

campos electromagnéticos, tem vindo a acontecer um desenvolvimento notável

nas aplicações médicas desses campos, incentivado pelo aperfeiçoamento da

tecnologia dos magnetos supercondutores de elevada intensidade de campo.

Essas aplicações médicas incluem por exemplo a estimulação magnética

transcraniana (Transcranial Magnetic Stimulation TMS), que estimula o córtex

cerebral humano com uma resolução espacial da ordem do milímetro, através

de uma bobina de excitação colocada sobre o crânio, o sistema de interferência

supercondutora quântica (Superconducting Quantum Interference Device

SQUID), que permite obter imagens tridimensionais das funções cerebrais

através da imagiologia de ressonância magnética (Magnetic Ressonance

Imaging MRI), a imagiologia de ressonância magnética funcional (functional

Magnetic Ressonance Imaging fMRI), e a magneto-encefalografia (Magneto-

EncephaloGraphy MEG). As técnicas de TMS associadas às técnicas de

imagiologia representam um elevado potencial de aplicações nas ciências do

cérebro e da neuropsiquiatria clínica. Saliente-se, para melhor compreensão

relativamente à TMS, que, quando se faz circular uma corrente de elevada

intensidade na bobina de excitação durante 0,1 ms a 0,2 ms, é induzido um

campo magnético de 1 T.

Os recentes desenvolvimentos das tecnologias não invasivas de medição das

funções cerebrais, tais como a MEG e a fMRI, têm vindo a contribuir para o

rápido progresso da investigação em ciências cerebrais, tornando possível as

discussões e análises dessas funções, em termos das actividades psico-

motoras e associadas ao raciocínio – alegria, prazer, felicidade, êxtase, raiva,

fúria, ódio, cólera, tristeza, melancolia, ansiedade. Outras investigações recen-

tes demonstraram que a acção de campos magnéticos originam alterações

magnéticas na coagulação sanguínea, assim como na orientação dos bio-

polímetros, o que introduz novos aspectos nas aplicações biomagnéticas na

regulação dos sistemas vivos e dos materiais biológicos.

Relativamente a outros órgãos fundamentais do corpo humano, como é o caso

dos pulmões e do coração, são também utilizadas, respectivamente, técnicas

de magneto-pneumografia (MagnetoPneumoGraphy MPG), e de magneto-

-cardiografia (MagnetoCardioGraphy MCG).

109

6.2. ESTIMULAÇÃO MAGNÉTICA TRANSCRANIANA TMS Esta técnica, não invasiva, consiste em aplicar, localmente no crânio, uma

estimulação magnética dirigida ao cérebro, através de um campo magnético

pulsante com uma densidade muito elevada, da ordem de 1 T, induzido durante

150 µs por uma corrente de grande intensidade ao circular na bobina de

excitação colocada na cabeça do paciente. Esse campo induz assim correntes

de Foucault no cérebro, correntes essas que excitam o sistema nervoso, tendo

contribuído, nas primeiras aplicações datadas de finais da década de 1980,

para a criação de mapas funcionais da área do córtex associada à actividade

motora relacionada com as mãos e com os pés.

Os desenvolvimentos recentes dos aparelhos TMS estereotácteis de estimu-

lação cerebral navegada (Navigated Brain Stimulation NBS), permitem obter,

de uma forma não invasiva, o mapeamento da representação espacial e

temporal de qualquer actividade cerebral que reaja a estímulos magnéticos,

como as actividades sensoriais, motoras, cognitivas, e a linguagem.

Apesar da TMS poder causar alguns problemas, como por exemplo os distúr-

bios funcionais do cérebro, com as consequentes lesões, existem grandes

expectativas no sentido dessa técnica contribuir para uma nova era nas

ciências do cérebro, sendo os efeitos terapêuticos das curas e correcções de

doenças e distúrbios neurológicos possivelmente a sua grande área de

aplicação médica.

Existe uma evidência muito acentuada de que a expressão de determinados

genes assim como algumas funções cerebrais, sofrem uma alteração como

resposta à TMS repetitiva, podendo contribuir de uma forma benéfica para o

tratamento de desordens afectivas assim como da doença de Parkinson. Além

disso, poderá contribuir igualmente para restaurar danos cerebrais, ao interagir

com a expressão genética.

Saliente-se que a TMS não causa qualquer tipo de dor, e não requer uma

invasão física do corpo, podendo vir a ser adoptada como meio de diagnóstico

e terapêutico. Na investigação das funções cerebrais, a aplicação da

estimulação magnética para o bloqueio temporário ou para a modificação do

processo de informação facultativa, assim como do processo cognitivo de

diversos sistemas sensoriais, poderá ser utilizada para identificar a localização

e a ligação das cadeias das funções cerebrais. Ou seja, se a estimulação

110

magnética pode efectivamente bloquear e modificar vários sistemas sensoriais,

será com toda a certeza vantajosa para o tratamento da dor. A investigação

sobre a compensação e a reconstrução magnética das funções neuronais em

redor de neurónios com danos, poderá conduzir ao desenvolvimento de várias

aplicações de estimulação baseada em campos magnéticos, incluindo o

tratamento da depressão, a prevenção da demência, e o tratamento magnético

por impulsos, mais seguro e mais efectivo, que substituirá a terapia electro-

convulsiva de corrente (Current Electroconvulsive Therapy ECT).

6.3. MAGNETO-ENCEFALOGRAFIA MEG Esta técnica consiste na medição dos campos magnéticos de muito baixa den-

sidade, da ordem de 10-13 T, gerados pelas correntes neuronais, campos esses

detectados através da SQUID. A MEG consegue detectar as funções cerebrais

com uma resolução temporal da ordem do milissegundo, e com uma resolução

espacial não invasiva da ordem do milímetro, sendo assim fundamental para a

investigação das funções cerebrais como a memória e a cognição.

Através dos resultados obtidos associados com a memória de curta duração, a

cognição, e a rotação mental, conseguiu-se já, em 1991, construir dois modelos

no sentido de explicar cientificamente o funcionamento do cérebro – o modelo

dipolar de corrente, e o modelo de distribuição das fontes eléctricas intra-

cerebrais –, assim como estimar a localização de várias funções do cérebro

durante o processo de informação. A fonte eléctrica de uma reacção visual

evocada, com aproximadamente 150 ms de latência, localizada no córtex visual

primário, foi descrita relativamente bem através do modelo dipolar de corrente,

enquanto que o modelo de distribuição das fontes eléctricas intracerebrais é

mais usual na estimação da fonte eléctrica incidente para uma rotação mental

com uma latência de aproximadamente 180 ms ou um pouco superior.

A imagiologia baseada na MEG permitiu ainda a realização de estudos inte-

ressantes relacionados com a linguagem e com o entendimento de melodias

musicais, realizados no final da década de 1990 e em 2005. Os estudos

relacionados com a linguagem tiveram como objectivo a examinação das

características temporais e topográficas das actividades neuronais associadas

à compreensão da língua japonesa e da língua coreana, enquanto que as

experiências com música tiveram como finalidade analisar não só o modo

111

como a actividade cerebral se reflectia na audição de notas musicais suces-

sivas, mas também como essa actividade variava em função do treino e

experiência musical dos ouvintes.

A MEG, dentro de muito pouco tempo, será possivelmente uma técnica essen-

cial na investigação das funções cerebrais, como complemento de uma outra

técnica igualmente não invasiva, e que já é utilizada há dezenas de anos – a

electroencefalografia EEG –, que apresenta uma resolução temporal da ordem

do milissegundo e permite a localização das funções cerebrais e de eventuais

anomalias, através da captação dos sinais eléctricos emitidos pelo cérebro. As

aplicações médicas futuras incluem a detecção de ataques epilépticos, a

medição de ondas electromagnéticas muito fracas associadas à existência de

tumores e de doenças vasculares cerebrais, assim como a medição da acti-

vidade eléctrica cerebral induzida por campos electromagnéticos de extrema-

mente reduzida frequência emitidos por fontes exteriores.

6.4. TRATAMENTO DE FRACTURAS ÓSSEAS Entre 1900 e 1960, enquanto que o interesse na electroterapia se encontrava

em recessão, em contrapartida desenvolveram-se gradualmente os modernos

princípios da fisiologia neuromuscular, incluindo claramente uma função

essencial para a estimulação eléctrica. Como resultado, os maiores avanços

deram-se nas últimas três décadas desse período, tendo-se expandido a

electro-terapêutica à potencial correcção de tecidos e órgãos com membranas

excitadas electricamente, como por exemplo os nervos e os músculos, tendo-

se hoje em dia o coração, o diafragma, a espinal medula, e os músculos

paralizados, a serem estimulados electro-terapeuticamente.

Por outro lado, a descoberta das propriedades electromecânicas dos tecidos

ósseos permitiu concluir que a adaptação mecânica dos ossos poderá ser

interpretada em termos dos seus potenciais electromecânicos, teoria esta

proposta por um cientista japonês, já no longínquo ano de 1957, e à qual

propôs a designação de propriedade piezoeléctrica dos ossos. Como

consequência, foi estabelecido que esse efeito piezoeléctrico surge apenas

quando se aplica uma força tangencial (ou de cisalhamento) às fibras ósseas

de colagénio, tornando-as escorregadias entre elas.

112

Em termos gerais, as propriedades eléctricas das substâncias biológicas

podem ser divididas em dois grupos:

• Propriedades activas, que descrevem a capacidade das substâncias

biológicas para gerar campos e potenciais eléctricos – cérebro, sis-

tema nervoso, coração, nervos, e músculos.

• Propriedades passivas, que caracterizam as reacções das substân-

cias biológicas quando são estimuladas exteriormente através da

aplicação de campos eléctricos e magnéticos – ossos, pele, e tendões.

Na realidade, os ossos são materiais compósitos e heterogéneos, com estru-

turas diferentes entre si e mesmo dentro de cada osso próprio, tendo como

consequência que o seu módulo de elasticidade (ou módulo de Young), é

variável de ponto para ponto, variando este parâmetro com a orientação devido

ainda à anisotropia do osso. Do ponto de vista eléctrico, provou-se que num

osso que se encontre num estado cantiléver, isto é, com uma fractura perpen-

dicular ao seu eixo, gera-se um potencial negativo no lado do osso que se

encontra em compressão, e um potencial positivo no lado oposto, que se

encontra em tracção. Na sequência desta constatação, existem resultados

experimentais que provam que, ao induzirem-se correntes eléctricas da ordem

do microampére, poder-se-á acelerar a formação de novo material ósseo,

próximo do eléctrodo negativo, tendo ainda sido observado que a acumulação

de cargas eléctricas negativas no lado côncavo de um osso defeituoso, por

exemplo curvado ou torto, origina a sua regeneração, devido à remoção de

material ósseo proveniente do lado convexo, onde se verifica a acumulação de

cargas eléctricas positivas. Ou seja, este processo regenerativo corresponde,

em termos similares, ao fenómeno electrolítico, sobejamente conhecido. É

exactamente este fenómeno que permite, através da estimulação eléctrica,

contribuir potencialmente para o tratamento de problemas ósseos – fracturas,

defeitos, e atrasos no desenvolvimento –, osteonecrose, pseudoartrose, e

osteoporose.

Outros trabalhos de investigação mostram que o material biológico que compõe

os ossos é um material ferroeléctrico, isto é, magnetoeléctrico, com uma

estrutura constituída por dipolos que são susceptíveis de se reorientarem como

resultado de um estímulo eléctrico aplicado exteriormente. Como conse-

113

quência, a força mecânica gerada no osso origina uma rotação dos dipolos,

provocando por sua vez um deslocamento de cargas eléctricas, deslocamento

esse que é tanto maior quanto mais elevado for o estímulo exterior. Deste

modo, existirá uma concentração de cargas eléctricas de sinais contrários em

ambos os lados do osso.

De uma forma geral, existem três tipos de terapêuticas clínicas associadas à

estimulação eléctrica, com o objectivo de assistir e acelerar o tratamento de

fracturas ósseas:

• Através de eléctrodos. A implantação destes eléctrodos, sendo uma

técnica invasiva, requer uma intervenção cirúrgica que abre a porta

para potenciais infecções. Adicionalmente, ocorre todo um conjunto de

fenómenos eléctricos na superfície dos eléctrodos, como a electrólise e

a indução de forças electromotrizes parasitas, cuja intensidade

depende da tensão utilizada, do material do eléctrodo, e das suas

características superficiais. No ânodo, geram-se situações de corrosão

electroquímica, mesmo com intensidades de corrente muito reduzidas,

existindo outros inconvenientes como sejam a impossibilidade de não

se conhecerem previamente todos os trajectos por onde circulará a

corrente de estimulação, e a utilização de cátodos com uma superfície

significativa, ou de vários cátodos, quando as dimensões anatómicas

são grandes.

• Através de campos eléctricos com ligação capacitiva, Capacitively

Coupled Coupled Electric Fields (CCEF). Esta técnica não invasiva

consiste em aplicar externamente sobre a pele, no local da fractura,

dois eléctrodos planos, aos quais se aplica uma diferença de potencial

reduzida, de alta frequência, que dará origem a um campo eléctrico

entre as placas, semelhante ao de um condensador, e que irá estimular

electricamente os tecidos ósseos na zona da fractura, acelerando a sua

regeneração.

• Através de campos electromagnéticos pulsantes, Pulsed Electro-

Magnetic Fields (PEMF). Esta técnica, de indução ou ligação

magnética, igualmente não invasiva, por conseguinte não indutora de

potenciais infecções pós-cirúrgicas, consiste em aplicar bobinas de

114

excitação sobre a pele do paciente, de forma a envolver a zona da

fractura. Quando essas bobinas são excitadas através de uma corrente

eléctrica, aplicada sob a forma de impulsos, gera-se um campo

electromagnético de indução, o qual, por sua vez, dará origem a uma

corrente eléctrica de reduzida intensidade que irá estimular os tecidos

ósseos na zona da fractura.

Figura 6.1 – Dispositivo de campos electromagnéticos pulsantes (PEMF).

Saliente-se que, para ambas as técnicas não invasivas (CCEF e PEMF), o

objectivo é gerar uma corrente eléctrica de baixa intensidade que estimule

electricamente as células ósseas com o objectivo de promover a regeneração

de fracturas. Todavia, a diferença reside no modo de obtenção – na CCEF tem-

-se uma corrente de carácter capacitivo, gerada por duas placas (armaduras)

situadas na pele entre a fractura, enquanto que na PEMF se tem uma corrente

de carácter indutivo, gerada por duas bobinas de excitação situadas fisio-

logicamente como as armaduras do sistema capacitivo. Nos Estados Unidos, a

taxa de sucesso da CCEF situa-se entre 70 % e 77 %, enquanto que a da

PEMF se encontra num intervalo de 72 % a 87 %.

A utilização de técnicas não invasivas na cura de fracturas ósseas, representa

um procedimento bastante mais limpo, no sentido de não carecer de cirurgias e

das suas potenciais infecções pós-operatórias, mas também mais económico

115

em termos de saúde pública, na medida em que é uma terapêutica muito

simples, para um tipo de ocorrência cada vez mais frequente. Evidentemente

que, no que respeita a fracturas expostas, é inevitável a cirurgia correctiva,

sendo a estimulação eléctrica extremamente útil na cura de fracturas não

expostas, e na recuperação de pós-operatórios que sofreram aquele tipo de

fracturas ou que, em resultado das operações, o processo de união óssea não

esteja a decorrer como seria esperado. Para se avaliar a dimensão social deste

problema, no que respeita à saúde pública, ocorrem cerca de 5,6 milhões de

fracturas só nos Estados Unidos, das quais entre 5 % a 10 % não são curadas

convenientemente.

6.5. TRATAMENTO DA OSTEOPOROSE Os ossos são constituídos por dois componentes, isto é, os componentes

corticais e trabeculares, os quais, no seu conjunto, conferem aos ossos a sua

dureza e robustez. Em termos de caracterização, o osso cortical é um tecido

denso e compacto, enquanto que o osso trabecular é poroso e esponjoso, e

tem uma estrutura rendilhada similar a uma colmeia, sendo metabolicamente

mais activo que o osso cortical, daí ser mais sensível aos factores associados

ao aumento ou à diminuição da massa óssea.

Por definição, a osteoporose é uma doença metabólica da estrutura óssea,

irreversível, sendo caracterizada pela redução da massa dos ossos e pela sua

alteração estrutural, aumentando de forma significativa a sua fragilidade. Em

termos microscópicos, o tecido trabecular fragiliza-se, aumentando o seu

rendilhado devido à fragilização do tecido e à sua perfuração. No que respeita

ao tecido cortical, aumenta igualmente a sua fragilidade sobretudo em idosos.

Na prática, a robustez mecânica dos ossos afectados pela osteoporose reduz-

-se drasticamente, tornando-se muito mais frágeis e susceptíveis de sofrerem

fracturas, quando comparados com os ossos considerados normais.

A etiologia da osteoporose é heterogénea e multifactorial, devendo ser dividida

em duas áreas – desmineralização óssea e fracturas:

• O esqueleto humano existe num estado dinâmico de balanço entre a

formação óssea e a reabsorção óssea. Por conseguinte, a osteoporose

pode ser devida a uma diminuição da formação óssea ou a um aumento

116

da reabsorção, ou seja, por outras palavras, a osteoporose é devida à

perda daquele balanço, com a consequente desmineralização e a perda

de massa óssea, conduzindo frequentemente a fracturas.

• O valor máximo da massa óssea, usualmente definido, em termos

clínicos, como sendo a mais elevada densidade óssea que um indivíduo

atinge como resultado do normal desenvolvimento do seu esqueleto,

desempenha um papel fundamental, crítico, na determinação das

fracturas dos ossos. Adicionalmente, existem outros factores como

sejam as características das quedas sofridas pelos pacientes, as micro-

-fracturas recorrentes, a geometria dos ossos, o seu teor de medula, e a

relação entre as quantidades de tecidos corticais e trabeculares, que são

igualmente muito determinantes para a ocorrência de fracturas.

A osteoporose representa actualmente talvez a enfermidade de maior

dimensão, em termos de saúde pública, sobretudo nos países mais desen-

volvidos, devido essencialmente ao aumento da esperança média de vida. Por

exemplo, nos Estados Unidos esta doença afecta cerca de 25 milhões de

pessoas e é a responsável directa por cerca de 1,5 milhões de fracturas por

ano, que incluem 700 mil fracturas da coluna, 250 mil fracturas da bacia, 250

mil fracturas do antebraço, e 300 mil fracturas em outros locais dos membros

superiores e inferiores.

Em termos económicos, os custos directos e indirectos são elevados, com

tendência para aumentar. Ainda relativamente aos Estados Unidos, esses

custos são estimados em 10 biliões de dólares por ano. Extrapolando os

valores actuais para os próximos dez anos, calcula-se que, no grupo etário de

indivíduos do sexo feminino com uma idade igual ou superior a 45 anos, o

número de fracturas seja de 5,2 milhões, as perdas de produção sejam iguais a

2 milhões de “pessoas x ano”, e os custos médicos directos ascendam a 45

biliões de dólares. Atendendo a esses valores, é pertinente que a gestão do

problema da osteoporose e das fracturas consequentes, compreenda toda uma

acção concertada que inclui o diagnóstico, a prevenção e o tratamento, no

sentido da sua detecção precoce. Em termos gerais, a prevenção desta doença

inicia-se com a educação do público, assim como dos médicos responsáveis

pelos cuidados primários de saúde, na medida em que a redução da massa

117

óssea é um fenómeno lento e gradual, daí que a osteoporose seja considerada

uma doença silenciosa. O risco de desenvolvimento desta doença pode ser

reduzido seja pelo aumento máximo possível da massa óssea até à idade

crítica, que se situa entre os 30 e os 40 anos, seja pela diminuição da taxa de

redução de tecido ósseo. A adopção destas medidas passa inevitavelmente

pela prática de um modo de vida saudável – alimentação rica em cálcio,

proteínas, e vitamina D, actividade desportiva regular, não fumar, evitar o

consumo de bebidas alcoólicas, e evitar o consumo de cafeína.

Em termos clínicos, a grandeza que melhor reflecte os riscos de fractura é a

densidade mineral óssea ou densitometria óssea (bone mineral density BMD),

sendo medida pelos seguintes métodos:

• Absorsiometria de raios X de dupla energia (dual-energy x-ray absor-

ptiometry DXA), que é uma das técnicas mais utilizadas, por ser

precisa, sensível, e rápida, expondo os pacientes a doses de radiação

muito reduzidas.

• Tomografia periférica computorizada, densitometria de raios X de

simples e de dupla energia, absorsiometria radiográfica, e ultrasons.

Saliente-se que cada uma destas técnicas apresenta o diagnóstico mais

completo e optimizado em função do local e da zona onde se pretende medir a

BMD – a DXA é a mais aconselhável para medir a BMD na coluna, no fémur, e

na totalidade do corpo; a tomografia periférica computorizada para o rádio; a

densitometria de raios X de simples energia para a coluna; a densitometria de

raios X de dupla energia para o rádio; e os ultrassons para o calcanhar, a

rótula, e a tíbia.

Tal como sucede há cerca de 25 anos com a regeneração de fracturas e

defeitos ósseos, conseguida através da estimulação magnética (PEMF), a

utilização desta técnica representa um potencial modo de tratamento não

invasivo e não farmacológico da osteoporose, tendo sido já levadas a cabo

diversas experiências com algum sucesso.

6.6. TRATAMENTO DA ESCLEROSE MÚLTIPLA Estima-se que entre 10 % a 20 % dos pacientes de esclerose múltipla apre-

sentam um percurso crónico progressivo, caracterizado por uma degradação

118

progressiva, irreversível, que tem o seu início tendencialmente numa idade

avançada, e que apresenta tipicamente em primeiro lugar distúrbios motores

envolvendo a capacidade de mobilidade e a fraqueza dos membros inferiores,

assim como uma incidência elevada de deficiências cognitivas. Quando a

doença se manifesta em idades inferiores a 35 anos, os primeiros sintomas, de

natureza sensorial, podem ser precocemente detectados através de um

prognóstico correctamente elaborado. Em contrapartida, quando os sinais são

já de origem motora, incluindo fraqueza, espasmos, e sintomas cerebelares,

não houve prognóstico ou então esses sinais foram mal interpretados. Ou seja,

quando os sintomas cerebelares ou piramidais surgem dentro de 5 anos após o

início da doença, tudo indicia que existiu deficiência no prognóstico, sendo de

salientar que esses sintomas são mais graves no homem que na mulher.

Presentemente, não existe nenhuma modalidade de tratamento farmacológico

que tenha demonstrado efeitos benéficos a longo prazo relativamente aos

sintomas da esclerose múltipla, não existindo igualmente modalidades tera-

pêuticas específicas que retardem e invertam a esclerose múltipla progressiva.

Na prática, muitos dos sintomas podem ser geridos e atenuados recorrendo-se

a fármacos – os espasmos e convulsões são atenuados com baclofen ou com

diazepam, a fadiga crónica consegue responder ao tratamento com

amantadina, a dor pode ser tratada com amitriptilina ou com carbamazepina, e

a incontinência urinária pode ser controlada através de uma cateterização

intermitente e/ou da administração de medicamentos anticolinérgicos.

Em contrapartida, tem vindo a demonstrar-se clinicamente que a aplicação

transcortical de campos electromagnéticos da ordem do picotesla (10-12 T),

representa a modalidade mais segura e altamente eficiente para o tratamento

sintomático da esclerose múltipla, e é presentemente a única terapia que tem

de facto provado que conduz a melhorias e ao retrocesso do decurso clínico

em doentes diagnosticados com esclerose múltipla progressiva.

Por outro lado, o controlo da euforia, da depressão e da instabilidade

emocional, torna-se mais problemático, na medida em que a maioria dos

pacientes não reage eficazmente a uma medicação antidepressiva. A utilização

de placebos é ineficaz, na medida em que se provou que a aplicação falsa de

campos magnéticos em pacientes, em ocasiões separadas, não produziu

quaisquer efeitos clínicos. Somente a aplicação de campos magnéticos é que

119

originou mudanças fisiológicas rápidas, como a redução da tensão arterial e da

pulsação, relaxamento, sonolência, e arrefecimento das extremidades. Além

disso, é improvável que as melhorias nos sintomas se devam apenas a um

retrocesso espontâneo.

De um modo subjectivo, em relação a um paciente, foi constatado que o

tratamento magnético produziu melhorias relativas entre 50 % a 60 %,

resultado esse que foi suportado por pesquisas neurológicas objectivas.

Adicionalmente, alguns dos sintomas sentidos pelo paciente, como vertigens

intermitentes, fadiga, dores de cabeça, disfunções da vesícula, depressão, e

disfunções sexuais, foram melhorados com a aplicação desse tratamento,

tendo sido igualmente reportadas melhorias na sintomatologia cerebelar.

Todavia, não deixa de ser intrigante do ponto de vista científico, como é que a

aplicação a esse paciente de um campo magnético de 7,5 pT, externo, e de

curta duração, foi capaz de ter originado uma melhoria tão significativa nos

sintomas da sua esclerose múltipla progressiva, tanto mais que não reagiu a

um placebo magnético, como se salientou atrás. A resposta a esta estimulação

magnética cerebral externa atesta a sensibilidade do cérebro humano a

campos magnéticos da ordem do pT e, potencialmente, como conclusão, a

campos magnéticos ambientais.

Como conclusão, poder-se-á afirmar que este método de tratamento, não

invasivo, se se provar a sua eficácia num conjunto significativo de pacientes,

poderá constituir uma modalidade clínica eficaz no controlo e recessão da

esclerose múltipla progressiva.

6.7. TRATAMENTO DE DISTÚRBIOS DO SISTEMA NEUROLÓGICO Durante mais de 40 anos, era prática corrente utilizar-se a terapia de electro-

choques no tratamento de doenças e anomalias do foro psiquiátrico, sendo os

seus principais inconvenientes não só a necessidade de se aplicar anestésicos,

mas também a deterioração das faculdades cognitivas dos pacientes. A

despeito da eficiência deste método clínico, a terapia que se veio a impor

consistiu na administração gradual de medicamentos, com efeito nos

receptores neuronais, terapia essa que é exclusiva actualmente.

Contrariamente aos electrochoques, a estimulação magnética transcraniana

(TMS) induz um estímulo eléctrico altamente localizado numa determinada

120

região do cérebro, e com uma diferença de potencial muitíssimo mais reduzida,

tendo-se constatado recentemente que esta terapêutica poderá ser utilizada no

tratamento da depressão. Nesta técnica de TMS, faz-se circular uma corrente

de elevada intensidade, por impulsos, através de uma bobina de excitação

instalada tangencialmente ao couro cabeludo e centrada na parte superior da

cabeça.

Essa corrente eléctrica, variável no tempo, induz, por sua vez, um campo

magnético de intensidade relativamente elevada, também variável no tempo, e

com uma direcção perpendicular ao plano da bobina, ou seja, perpendicular à

cabeça do paciente. Como esse campo magnético é variável no tempo, através

da lei de indução de Faraday será gerado um campo eléctrico nos tecidos

cerebrais, que se traduzirá pelo aparecimento de uma corrente eléctrica que

circulará nesses tecidos. Saliente-se que, como as linhas de força do campo

magnético atravessam totalmente o crânio, o dimensionamento da estimu-

lação é facilmente executado, na medida em que essas linhas contribuem prati-

camente todas elas para a indução das correntes de estimulação cerebrais.

Além disso, esta terapêutica não implica qualquer dor ou outra sintomatologia

para os pacientes.

A terapêutica TMS foi originalmente desenvolvida como um meio de

diagnóstico para a investigação de distúrbios neurológicos, particularmente o

funcionamento fisiológico das funções motoras. Contudo, esta metodologia

também permite a examinação não invasiva das funções superiores do

cérebro, isto é, a atenção, a memória, e a fala. Em trabalhos de investigação

publicados a partir de 1996, foi reportado que os pacientes com doença de

Parkinson e com enxaquecas podem beneficiar da terapêutica TMS,

terapêutica esta que, aplicada repetitivamente, pode conduzir a melhorias em

doentes com depressão, com psicoses obsessivas e compulsivas, e com stress

pós-traumático.

A patofisiologia dos distúrbios psiquiátricos deve ser conceptualizada em

termos de uma disfunção dos circuitos neuronais e dos neurónios a um nível

celular e molecular, sendo a TMS aconselhável para a investigação desses

mecanismos biológicos.

As correntes induzidas nos tecidos cerebrais têm os seus circuitos

perpendiculares à direcção do campo eléctrico induzido, ou seja, paralelos ao

121

plano da bobina de estimulação, e, sendo essa bobina instalada tangen-

cialmente ao escalpe, esses circuitos são paralelos à superfície cortical do

cérebro, resultando numa activação dos elementos neuronais orientados

horizontalmente, isto é, paralelos àquela superfície cortical. Esta activação

suporta a hipótese de que, pelo menos com estimulações de baixa intensidade,

são activadas as células pitamidais, contudo estas estimulações dependerão

certamente da intensidade das próprias estimulações, da orientação da bobina,

da condutividade dos tecidos, e da orientação das fibras nervosas.

6.8. HIPERTERMIA A hipertermia do cancro (hyperthermia treatment HT) é um tratamento no qual

a temperatura local de um tecido ou da totalidade do corpo, é elevada até um

determinado nível terapêutico, com o objectivo de erradicar tumores

cancerígenos. Esta terapêutica tem vindo a ser aplicada em combinação com a

quimioterapia, na medida em que o aquecimento aumenta a permeabilidade

das membranas celulares, potenciando assim o efeito de alguns medica-

mentos. Atendendo a que a gama de temperaturas se deve situar entre 42 oC e

45 oC – a temperaturas inferiores o efeito da HT é mínimo, enquanto que, para

valores superiores, as células normais podem danificar-se –, o principal

problema da HT consiste na geração e no controlo da temperatura nos

tumores, sendo a cera quente, o ar aquecido, a água quente, e a radiação

infravermelha os métodos usualmente utilizados para o aquecimento da

totalidade do corpo, enquanto que, para o aquecimento de áreas localizadas,

utilizam-se os ultrassons, o sangue aquecido, os campos electromagnéticos de

rádio-frequência, e as microondas.

Na hipertermia de RF, a temperatura final dos tumores depende essen-

cialmente da energia calorífica depositada, que depende de forma complexa da

frequência do campo magnético, ou seja, da frequência das correntes

induzidas, da intensidade dessas correntes, da polarização dos campos

aplicados, da geometria e das dimensões do equipamento médico utilizado no

aquecimento, da dimensão dos tumores, da sua profundidade, da sua

geometria, e das suas propriedades dieléctricas.

A energia electromagnética utilizada na HT é usualmente classificada como

rádio-frequência RF, na gama entre 3 kHz e 300 GHz, ou como energia de

122

microondas, na banda entre 300 MHz e 300 GHz. Em diatermia, a frequência

RF mais usual situa-se entre 13,56 MHz e 27,12 MHz, enquanto que, na

terapêutica HT, se utilizam microondas de 433 MHz na Europa, e 433, 915, e

2450 MHz nos Estados Unidos. As frequências acima de 2450 MHz não são

utilizadas, devido ao seu reduzido poder de penetração nos tecidos. Saliente-

-se que, para aquecimentos de profundidade reduzida (entre 2 cm e 5 cm), e

bem localizados, normalmente utiliza-se a frequência intermédia de 915 MHz,

e, para o tratamento de tumores localizados a profundidades superiores a 5

cm, torna-se necessário utilizar campos electromagnéticos com maior capa-

cidade de penetração, daí que a frequência aplicada seja mais reduzida,

estando compreendida entre 5 MHz e 30 MHz.

Na prática clínica, para se produzir calor bem focalizado em profundidade, nos

tumores, utiliza-se uma matriz de antenas RF dispostas ao longo de um

cilindro, como se mostra na figura 6.2, para o tratamento de tumores no tronco

e nos membros inferiores. A variação da radiação RF em fase e em amplitude

controla a incidência do calor assim como a sua intensidade e a sua

profundidade de penetração.

Como se pode observar na figura, além do cilindro com as antenas, que

constitui o equipamento HT propriamente dito, a paciente encontra-se

monitorizada permanentemente através de um sistema de imagiologia de

ressonância magnética, de modo a que se possam observar as variações de

temperatura e as alterações químicas dos tecidos sujeitos a tratamento.

Figura 6.2 – Equipamento de hipertermia para tratamento do cancro.

A terapêutica HT é uma técnica bastante complexa, e deverá ser manipulada

apenas por pessoal médico e auxiliar bastante experiente, na medida em que a

123

escolha do equipamento mais adequado depende da localização e da vascula-

ridade do tumor e dos tecidos adjacentes, assim como condições físicas em

que o paciente se encontra.

No sentido de se aprofundar um pouco mais o significado da terapia térmica,

saliente-se que este tipo de terapia é comummente classificado em três

categorias diferenciadas, consoante não só os níveis de temperatura utilizados

no tratamento, mas também o tempo de duração desse tratamento:

• Diatermia. Consiste no aquecimento dos tecidos até uma temperatura

de 41 oC, sendo uma fisioterapia normalmente utilizada no tratamento de

perturbações reumáticas.

• Hipertermia. A temperatura localizada em determinadas partes do

corpo, ou na totalidade do corpo, é elevada a um nível bastante acima

do normal, isto é, entre 41 oC e 45 oC, com a finalidade do tratamento de

alguns tipos de cancro, por vezes em associação com outros métodos

terapêuticos, como é o caso da radioterapia e da quimioterapia para se

acelerar e melhorar os resultados obtidos.

• Ablação Térmica. A temperatura de utilização é superior a 45 oC, com a

finalidade de se destruírem as células situadas em secções localizadas

de tumores cancerígenos. Esta técnica terapêutica, como se verá em

detalhe no sub-capítulo 6.9, encontra-se vocacionada para o tratamento

de cancros, em urologia para o tratamento de hiperplasias benignas da

próstata, e em cardiologia para a estimulação cardíaca.

Adicionalmente, os efeitos do calor dependem da temperatura atingida pelos

tecidos, temperatura essa que, por sua vez, é função da energia térmica total

aplicada, da taxa de remoção do calor, e da sensibilidade térmica específica

dos tecidos. Os mecanismos associados às lesões e à destruição térmica

directa assim como à termo-sensibilidade envolvem interacções complexas no

interior do tecido tumoral, ao nível celular e sub-celular, sendo de salientar que

a membrana celular representa o componente mais vulnerável às lesões e à

destruição através do calor. Por outro lado, estudos realizados in vitro e in vivo

demonstraram que a temperatura de destruição das células tumorais é inferior

à da destruição das células normais, isto é, sãs, mostrando-se no quadro 6.1

os efeitos da temperatura nos tecidos biológicos.

124

Gama (oC) Duração Efeitos físicos Efeitos biológicos

< – 50 > 10 min congelação destruição celular completa

0 – 25 > 10 min permeabilidade decrescente

diminuição da perfusão sanguínea, diminuição do

metabolismo celular, morte por hipotermia

30 – 39 sem limite sem alterações sem alterações

40 – 46 30 – 60 min alterações nas propriedades ópticas dos

tecidos

aumento da perfusão sanguínea, indução de termo-tolerância, morte

por hipertermia

47 – 50 >10 min necrose, coagulação desnaturação proteica

> 50 2 min necrose, coagulação morte das células

60 – 140 segundos coagulação, ablação desnaturação proteica, ruptura das membranas, contracção das células

100 – 300 segundos vaporização contracção das células, formação de bolhas de

vapor extracelulares

> 300 fracção de segundo

carbonização, geração de fumos

carbonização

Quadro 6.1 – Efeitos da temperatura nos tecidos biológicos.

A termoterapia é normalmente implementada como uma técnica minimamente

invasiva, em alternativa às técnicas cirúrgicas tradicionais, no tratamento de

doenças benignas e do cancro, assim como no tratamento de lesões des-

portivas e na regeneração e modificação de tecidos biológicos. Na prática, os

termos técnicos ablação térmica, coagulação térmica, hipertermia, e termo-

terapia, são empregues para descrever a utilização de calor, ou seja, de

energia calorífica, para modificar ou destruir tecidos biológicos, de uma forma

directa.

Como complemento, apresenta-se no quadro 6.2 a gama das terapias

térmicas, salientando-se os níveis de temperatura, a duração do tratamento, os

mecanismos biológicos, e os resultados obtidos. Saliente-se que a ablação

térmica e a hipertermia com temperaturas moderadas devem ser entendidas,

na prática, não como terapias alternativas uma da outra, mas sim como sendo

formas complementares de terapias térmicas, isto é, nenhuma destas tera-

pêuticas tem como finalidade principal substituir a outra.

125

Termoterapias Crioterapia Diatermia (hipertermia

de baixa temperatura)

Hipertermia de

temperatura moderada

Ablação térmica

(hipertermia de alta

temperatura)

Temperatura < – 50 oC 40 – 41 oC 42 – 45 oC > 50 oC

Duração > 10 min 6 – 72 horas 15 – 60 min 4 – 6 min

Mecanismo transição entre congelação e

descongelação, disrupção das membranas

celulares

aumento da corrente

sanguínea nos tecidos,

aumento do metabolismo

aumento da corrente

sanguínea nos tumores,

aumento do nível de

oxigenação das células, aumento da sensibilidade das células à radioterapia

desnaturização proteica,

coagulação, ablação,

vaporização

Resultados destruição física imediata

das células

reparação acelerada dos

tecidos

morte das células

morte imediata das células

Quadro 6.2 – Esquematização das termoterapias.

6.8.1. Hipertermia Local O sucesso da hipertermia como uma modalidade de tratamento reside na

localização exacta da energia calorífica no interior do tumor cancerígeno, sem

causar danos térmicos nos tecidos biológicos envolventes, considerados sãos.

Na hipertermia local, o objectivo consiste em aumentar principalmente a

temperatura dos tumores, mantendo a temperatura dos tecidos sãos envol-

ventes, utilizando modalidades externas ou interesticiais. O calor é assim

aplicado numa área reduzida, representando este tipo de hipertermia uma

terapêutica eficiente no tratamento do cancro, e que obedece a um simples

princípio básico: Se se conseguir um aumento de temperatura até 42 oC no

interior de um tumor cancerígeno, durante 1 hora, as células do tumor serão

destruídas, atendendo ainda a que os tumores malignos, por apresentarem

uma circulação sanguínea deficiente, conferem-lhes uma maior sensibilidade

às variações de temperatura.

A hipertermia local é conseguida através de aplicadores de rádio-frequência, de

microondas, ou de ultrassons, de diferentes tipos – guias de onda, espirais, de

126

lâminas de corrente –, colocados na superfície dos tumores superficiais, por

meio de um bolbo de contacto, sendo a profundidade de penetração

dependente da frequência e das dimensões do aplicador, situando-se

normalmente entre 3 cm e 4 cm. De um modo geral, os sistemas de hipertermia

local são constituídos por um gerador de ondas electromagnéticas, por um

sistema computorizado de controlo e regulação da temperatura, pelo aplicador,

pelo bolbo de contacto, e por uma sonda de temperatura, como se

esquematiza na figura 6.3.

Figura 6.3 – Sistema de hipertermia local.

O aquecimento de áreas reduzidas, usualmente até 50 cm2, com a finalidade

de tratar tumores que se encontram localizados na pele ou imediatamente

abaixo dela, até uma profundidade de 4 cm, é, actualmente, fácil de se

conseguir, utilizando uma hipertermia local externa ou então em combinação

com a radioterapia. Esta técnica de hipertermia local externa é utilizada para o

tratamento de pacientes com tumores ou metástases superficiais cutâneos ou

Gerador de energia electromagnética

Computador

Bolbo

Pele

Tumor Sonda

(termistor)

Aplicador

127

subcutâneos, como é o caso de melanomas superficiais recorrentes, de

cancros superficiais nas paredes do tórax, e das metástases nodais da coluna

cervical, associadas a cancros na cabeça e no pescoço. Habitualmente, o calor

é aplicado através de ondas de energia electromagnética de alta frequência,

geradas numa fonte exterior ao corpo humano.

A hipertermia local endocavitária é utilizada como meio terapêutico para o

tratamento de tumores localizados em cavidades ou em zonas próximas, no

corpo humano, como é o caso dos tumores gastrointestinais (recto, esófago),

dos tumores ginecológicos (vagina, útero), dos tumores genitourinários

(próstata, bexiga), e dos tumores pulmonares (traqueia, brônquios). O

aquecimento, que é bastante localizado, é conseguido através de eléctrodos

que são directamente introduzidos nas cavidades em questão.

Uma outra técnica de hipertermia local, a hipertermia local interesticial, é

utilizada para o tratamento de tumores que se encontram a uma certa

profundidade no corpo humano, como sucede, por exemplo, com os tumores

cerebrais. O equipamento usado inclui diversos tipos, consoante a técnica em

que se baseiam – utilização de energia de rádio-frequência, a 0,5 MHz;

utilização de microondas, entre 300 MHz e 2450 MHz, instalando pequenas

antenas nos tumores através de orifícios minúsculos; utilização de implantes

ferromagnéticos que aquecem por meio de correntes induzidas; utilização de

tubos de água aquecida; utilização de raios laser. Esta técnica permite que os

tumores sejam aquecidos até temperaturas mais elevadas que aquelas que se

conseguem com técnicas de aquecimento exterior, havendo ainda a vantagem

suplementar de se conseguir controlar melhor a distribuição de calor. Todavia,

é uma terapêutica invasiva, com as dificuldades inerentes à aplicação de

tratamentos repetitivos. Sob anestesia, as antenas, de espessura finíssima, são

introduzidas no corpo, com a finalidade de depositarem a energia electro-

magnética suficiente para o aquecimento pretendido. Para o tratamento de

regiões de dimensão superior à profundidade de penetração da energia

electromagnética correspondente à frequência utilizada, a taxa de absorção

específica SAR requerida normalmente não é conseguida através de uma

única antena, sendo empregues matrizes de antenas. Saliente-se ainda que a

colocação das antenas é controlada em tempo real através de equipamentos

de imagiologia, para que não se verifiquem desvios em relação ao local.

128

6.8.2. Hipertermia Regional Esta terapêutica é especialmente indicada para pacientes com tumores já em

fase de desenvolvimento avançado, e situados em zonas relativamente

profundas, como sucede por exemplo com os carcinomas da pélvis e do

abdómen. Comparativamente com a hipertermia local, a aplicação desta

técnica de hipertermia regional é bastante mais complexa, devido à larga

variação no respeita às propriedades físicas e fisiológicas dos tecidos

abrangidos, sucedendo que a aplicação da energia electromagnética se

processa não só, essencialmente, às áreas tumorais, mas também, como

consequência, aos tecidos sãos envolventes. Perante esta situação, o controlo

do calor aplicado aos tumores é possível apenas quando a dissipação de calor

através da corrente sanguínea nos tecidos sãos, é superior à dissipação nos

tecidos tumorais. Esta terapêutica é aplicada usualmente em combinação com

a radioterapia, no tratamento de tumores da pélvis, e de carcinomas do recto,

da coluna cervical, da vesícula, e da próstata.

Como se salientou, a maior dificuldade associada a esta terapêutica reside no

aquecimento dos tumores, aquecimento esse que se deve processar exclusi-

vamente nos tumores e não nos tecidos vizinhos, sãos. Como tal, têm vindo a

ser desenvolvidos equipamentos médicos de aquecimento, que permitem

realizar a deposição da energia electromagnética exclusivamente nos tumores,

com a particularidade desse aquecimento ser feito exteriormente, sem técnicas

invasivas, denominando-se essa terapêutica por hipertermia regional de

profundidade. Este tipo de hipertermia regional é conseguido através de

aplicadores externos constituídos por quatro pares de antenas dipolares,

dispostas em anéis que se colocam à volta dos pacientes, sendo este

equipamento designado comercialmente por Sigma-60. Outro tipo de

equipamento comercial, da última geração e designado por Sigma-Eye, é

constituído por três anéis contendo cada um deles quatro pares de antenas

dipolares planas.

Uma outra terapêutica consiste na denominada hipertermia regional de

perfusão, em que se extrai sangue dos pacientes afectados por carcinomas,

sangue esse que é aquecido exteriormente, efectuando-se depois a respectiva

transfusão para os órgãos afectados. É uma técnica que poderá ser utilizada

no tratamento de cancros nos membros superiores e inferiores, assim como de

129

melanomas e de cancros noutros órgãos, como por exemplo no fígado e nos

pulmões. Em contraste com as terapêuticas de aquecimento externo, este tipo

de hipertermia apresenta riscos consideráveis tais como o aparecimento de

neuropatias e de amputações dos membros. Contudo, como contrapartida, a

hipertermia regional de perfusão, feita de forma isolada em membros assim

como de forma interperitoneal, a diferentes temperaturas, conduz a taxas de

resposta bastante mais eficientes que as verificadas com tratamentos

convencionais à base de quimioterapia. Num futuro muito próximo, como

resultado das investigações que têm vindo a ser realizadas, será igualmente

possível utilizar esta terapêutica no tratamento de cancros nos ovários, em

conjunção com a quimioterapia, e na cavidade peritoneal (abdómen, intestinos,

estômago, e fígado), através de hipertermia regional de perfusão contínua,

em que a temperatura nessa cavidade será mantida entre 41 oC e 42 oC.

6.8.3. Hipertermia de Corpo Inteiro

As primeiras tentativas de aplicação desta terapêutica remontam a 1890,

terapêutica essa que, funcionando a temperaturas limites de 42 oC, representa

uma condição patofisiológica distinta e complexa, e que apresenta um impacto

tremendo no metabolismo dos tecidos biológicos, na corrente sanguínea, no

funcionamento dos órgãos, e na regeneração de tecidos. Por exemplo, o

metabolismo basal de um ser humano com um peso médio de 70 kg é de 85 W

a uma temperatura de 37 oC, duplicando a 42 oC, ou seja, se se considerar um

isolamento térmico perfeito (dissipação de calor nula – acumulação no corpo

humano de toda a energia calorífica por ele produzida), em 180 minutos, isto é,

em 3 horas, a temperatura subiria de 37,5 oC até 42 oC.

Na prática, este tipo de hipertermia, associada à radioterapia e à quimioterapia,

é utilizada não só no tratamento de cancros malignos, já na fase de possuírem

metástases, mas também no tratamento de tumores nos ossos, e da própria

SIDA. Esta hipertermia deve ser aplicada apenas a pacientes cujo estado geral

de saúde apresente boas condições e, quando combinada com a adminis-

tração de outros medicamentos, deve-se, em primeiro lugar, verificar a segu-

rança dessa administração. Normalmente, devem-se administrar sedativos ou

mesmo anestesia geral aos pacientes, controlando-se permanentemente os

seus sinais vitais, a temperatura corporal, e as funções cardíacas.

130

Tecnicamente, existem três métodos para se conseguir atingir as temperaturas

pretendidas – por condução térmica, sendo o aquecimento processado exte-

riormente; por indução extracorporal, em que se retira sangue do paciente,

que é aquecido até 42 oC, efectuando-se imediatamente a seguir, enquanto se

encontra a essa temperatura, a sua transfusão para o paciente; por indução

de energia electromagnética. A tolerância, por exemplo, do fígado e do tecido

cerebral, limita a temperatura máxima ao intervalo 41,8 – 42,0 oC, podendo,

contudo, essa temperatura ser mantida por várias horas. Adicionalmente, o

aquecimento poderá ser acompanhado através de fontes de calor tais como a

imersão em líquidos aquecidos, o ar quente, os cobertores aquecidos, ou as

câmaras de aquecimento, do tipo das incubadoras.

6.8.4. Hipertermia Extracelular Como se descreveu anteriormente em pormenor, a hipertermia convencional

consiste em aquecer os tecidos malignos até uma determinada temperatura,

aquecimento esse que se encontra circunscrito apenas à região tumoral, com a

finalidade de se destruir as respectivas células malignas, sendo a temperatura

de tratamento o principal parâmetro técnico e fisiológico a controlar. Contudo,

têm surgido algumas discussões científicas relacionadas com este processo,

na medida em que não se conhecem ainda em pormenor quais os mecanismos

biofísicos de interacção entre os tecidos biológicos e o armazenamento e a

condução de calor.

Na sequência dessas dúvidas, surgiu a hipertermia extracelular, também desi-

gnada por electro-hipertermia ou por oncotermia, que consiste em aquecer

os tecidos envolventes das células, através de campos eléctricos induzidos,

sendo a absorção da energia calorífica processada através do líquido extra-

celular. Este tipo de hipertermia é baseada assim na transferência de energia,

com ligação capacitiva, a uma determinada frequência, e que é primeiramente

absorvida pela matriz extracelular, devido à impossibilidade de penetrar na

membrana celular. Assim sendo, e contrariamente à temperatura na hiper-

termia convencional, a energia térmica absorvida, isto é, a dose térmica,

representa o parâmetro principal a ser controlado, na medida em que essa

energia origina a mudança em muitos dos processos energéticos nos tecidos e

na sua fisiologia.

131

6.8.5. Equipamentos de Aquecimento

Como se depreendeu anteriormente, os sistemas clínicos de hipertermia

operam com o objectivo de elevar a temperatura de determinados tecidos,

localizados, utilizando radiação de ultrassons (ondas de frequência na gama

entre 2 MHz e 20 MHz), ou radiação electromagnética. A maioria dos equipa-

mentos são de utilização externa, devendo ser eficientes, fiáveis, seguros, e

que assegurem de uma forma correcta e precisa a quantidade de energia

transferida e, consequentemente, a temperatura atingida pelos tecidos em tra-

tamento.

a) Técnicas

Devido essencialmente aos grandes desenvolvimentos que se têm verificado

no domínio da engenharia electrotécnica e informática, com reflexos signi-

ficativos no que respeita aos equipamentos médicos de terapia e de diagnós-

tico, tornou-se possível construir aplicadores de hipertermia que funcionam à

base de ultrassons, de radiação electromagnética de rádio-frequência, e de

radiação electromagnética de microondas. Para que esses aplicadores sejam

integralmente não invasivos, evitando-se a introdução de termistores directa-

mente nos tecidos tumorais em tratamento, a hipertermia é aplicada em

associação com a imagiologia de ressonância magnética, com a finalidade de

se monitorizar permanentemente as temperaturas atingidas.

b) Dispositivos Externos de Rádio-Frequência As investigações iniciais sobre a utilização de ondas electromagnéticas de

rádio-frequência tiveram lugar em 1891, graças aos trabalhos de d’Arsonval,

que demonstrou que essas ondas atravessam os tecidos biológicos, originando

um aumento de temperatura mas sem provocarem qualquer excitação neuro-

muscular. Estas observações conduziram, a meio da década de 1900, à

utilização médica da electrocauterização e da diatermia.

Modernamente, para se elevar a temperatura de tumores profundos e com uma

dimensão considerável, utilizam-se dispositivos que geram campos electro-

magnéticos de rádio-frequência, na gama de 10 MHz a 120 MHz, e com

comprimentos de onda que são mais longos que a dimensão do corpo humano.

O objectivo consiste assim em gerar um campo eléctrico alternado sinusoidal

132

no interior do tecido biológico em tratamento e, atendendo à diferença signifi-

cativa de resistência eléctrica entre o eléctrodo metálico mergulhado no tecido

e o próprio tecido, o campo eléctrico induzido origina a agitação dos iões

existentes no tecido tumoral, iões esses que imediatamente se distribuirão em

torno do eléctrodo. Esta agitação iónica gera calor, devido aos choques e aos

atritos existentes entre os iões energizados, conseguindo-se assim o aumento

de temperatura desejado, sendo essa temperatura permanentemente contro-

lada através da regulação da dose de radiação electromagnética emetida pelo

sistema de hipertermia.

Um outro equipamento em franca expansão, utilizado no tratamento dos carci-

nomas da próstata e da mama, utiliza a radiação electromagnética de micro-

ondas, nas frequências de 434 MHz, 915 MHz, e 2450 MHz, emitidas por meio

de antenas, sendo a temperatura controlada através de sensores sem contacto

directo com os tecidos, o que transforma esta terapêutica numa técnica não

invasiva.

c) Dispositivos Externos de Radiação Electromagnética Estes dispositivos baseiam-se nos efeitos capacitivos e indutivos para gerarem

a energia térmica suficiente para aquecerem os tecidos em tratamento até às

temperaturas pré-definidas. Os dispositivos capacitivos são constituídos por

um gerador de rádio-frequência, um medidor de potência, um conjunto de

aplicadores com eléctrodos, um sistema de controlo de temperatura, um

conjunto de cabos eléctricos de ligação, e um dispositivo para colocar meca-

nicamente todo o sistema no paciente. A energia electromagnética é trans-

mitida do gerador ao paciente, através de cabos coaxiais ligados a dois eléctro-

dos que são colocados em lados opostos do corpo do paciente, permitindo a

variação da posição destes eléctrodos transmitir a energia através de

diferentes ângulos e em diferentes locais. Estes equipamentos operam a fre-

quências de 13,56 MHz e de 27,12 MHz, funcionando os dois eléctrodos como

as armaduras de um condensador, sendo os tecidos a tratar o respectivo

material dieléctrico. O campo eléctrico criado nos tecidos tumorais dá origem,

por sua vez, a uma corrente eléctrica de deslocamento que irá agitar os iões do

tumor, gerando assim energia calorífica derivada dos choques entre eles e do

atrito inerente à sua movimentação.

133

Quanto aos dispositivos indutivos, são essencialmente constituídos por um

gerador de rádio-frequência, um medidor de potência, um ou mais aplicadores

com bobinas de indução, um sistema de controlo de temperatura, um conjunto

de cabos eléctricos de ligação, e um dispositivo para colocar mecanicamente

todo o sistema no paciente. Deste modo, como o campo magnético gerado

pelo dispositivo é alternado sinusoidal, isto é, variável no tempo, serão

induzidas correntes eléctricas, igualmente variáveis no tempo, nos tecidos em

tratamento, provocando o seu aquecimento por efeito de Joule. Estes equipa-

mentos operam a frequências de 13,56 MHz, 27,12 MHz, e de 40 MHz, sendo

especialmente aconselháveis para a terapia de tumores profundos, acima de 5

cm, devido à elevada capacidade de penetração destas ondas electroma-

gnéticas de indução.

d) Dispositivos Interesticiais e Intracavidades Em 1976 foi sugerido que a aplicação de correntes eléctricas de rádio-

-frequência entre dois eléctrodos de aço inoxidável poderia ser utilizada para

gerar temperaturas elevadas em tumores profundos, situados a 3 ou mais

centímetros da pele, sendo este basicamente o princípio que preside à con-

cepção e construção destes dispositivos de hipertermia. Por conseguinte, estes

dispositivos, invasivos, consistem num gerador eléctrico e num conjunto de

antenas ou de eléctrodos que são implantados directamente, de forma

interesticial, nos tumores a tratar, que se encontram acessíveis, sendo aplicada

uma tensão alternada sinusoidal entre pares de eléctrodos com a finalidade de

criar correntes eléctricas que provoquem o aquecimento dos tecidos por efeito

de Joule. Esta técnica apresenta a vantagem de maximizar a temperatura do

tumor, ao mesmo tempo que minimiza os riscos de danos nos tecidos sãos

envolventes. Quanto aos dispositivos intracavidades, o seu princípio é

rigorosamente o mesmo, com a diferença de que os eléctrodos são colocados

em cavidades fisiológicas, para se ter acesso a tumores mais profundos, isto é,

não acessíveis. Quando comparados com os sistemas interesticiais, os

dispositivos intracavidades representam a versão interior dos dispositivos

superficiais, mas aplicados nas cavidades apropriadas do corpo humano,

minimizando a quantidade de tecido são situado entre o aplicador e o tumor,

assim como os potenciais danos causados pelo seu eventual aquecimento.

134

e) Dispositivos baseados em Nanotecnologia Conforme ficou patente ao descreverem-se as diversas terapêuticas e os vários

equipamentos associados à hipertermia, o maior problema relacionado com o

tratamento por hipertermia diz respeito à dificuldade inerente a conseguir-se

uma distribuição homogénea da energia calorífica em todo o tecido

carcinogénico a ser tratado. Esta especificidade limita por vezes a utilização

deste tipo de terapêutica, na medida em que, por um lado, essa não homo-

geneidade na distribuição do calor poderá conduzir a um tratamento pouco

eficaz e, por outro, poderá verificar-se um sobreaquecimento dos tecidos

normais que rodeiam o tumor, podendo eventualmente danificá-los.

A terapia do cancro baseada em nanotecnologia, também designada por

hipertermia de fluído magnético ou por terapia nanocancerígena,

representa uma forma de hipertermia interesticial, com a vantagem de se poder

seleccionar a quantidade de calor depositada no tumor, de forma a conseguir-

-se não só uma distribuição homogénea desse calor, mas também a protecção

dos tecidos sãos envolventes. É uma das primeiras aplicações da nano-

tecnologia em medicina, e baseia-se no aquecimento por indução de nano-

partículas de óxido de ferro, depositadas no interior dos tumores, sob a acção

de um campo magnético variável no tempo. Os materiais utilizados deverão

apresentar um baixo nível de toxicidade, assim como um momento magnético

de saturação bastante elevado no sentido de se minimizar as doses requeridas

para se alcançar as temperaturas pretendidas, sendo normalmente empregue a

magnetite (Fe3O4), uma vez que apresenta um elevado ponto de Curie, um

elevado ponto de saturação, e, em testes clínicos, provou ter uma toxicidade

muito reduzida. Esta terapêutica tem vindo a ser aplicada no tratamento de

tumores cerebrais, de melanomas, do cancro nos rins, e do cancro na língua.

6.8.6. Hipertermia e outras Terapêuticas A hipertermia tem vindo a ser utilizada, como se constata, no tratamento de

tumores resistentes de diversos tipos, todavia com resultados ainda não total-

mente satisfatórios. Em muitas situações, consegue-se erradicar totalmente os

tumores, contudo poderá suceder que voltem a desenvolver-se posteriormente

ao tratamento. Além disso, muitos tumores encontram-se em zonas por vezes

inacessíveis, tornando-se ineficaz a utilização dos diversos tipos de

135

hipertermia, e, adicionalmente, a distribuição do calor apresenta-se como

sendo bastante não homogénea. Como tal, o maior contributo em termos de

eficiência que se consegue obter através da utilização da hipertermia, consiste

em associá-la a outras terapêuticas, mais convencionais, como é o caso da

radioterapia, da quimioterapia, e da radioquimioterapia.

a) Hipertermia e Radiação Os efeitos sinergéticos que se conseguem obter através desta combinação,

mostram que se obtêm resultados mais completos e duradouros que os que

são obtidos com a utilização isolada da radioterapia, em tumores superficiais.

Este fenómeno justifica-se pelo facto da hipertermia causar um aumento da

corrente sanguínea, o que, por sua vez, resulta num aumento da oxigenação

dos tecidos, conduzindo a um incremento temporário da rádio-sensibilidade dos

tecidos em tratamento, facilitando e potenciando assim a aplicação da radio-

terapia.

Biologicamente, a hipertermia apresenta dois diferentes tipos de interacção

com a radiação. O primeiro, conduz a um efeito, como se descreveu, de rádio-

-sensibilização. Contudo, se bem que este seja o efeito mais proeminente da

associação entre a hipertermia e a radioterapia, sucede que o aumento da

rádio-sensibilidade se verifica não só nos tumores mas também nos tecidos

normais envolventes, o que poderá não ser muito eficiente no tratamento a não

ser que a temperatura no tumor seja bastante mais elevada que nos tecidos

envolventes. Quanto ao segundo tipo de interacção, a hipertermia exibe um

efeito citotóxico directo, podendo assim um tratamento térmico moderado,

aplicado de forma isolada, destruir selectivamente células tumorais.

Em termos gerais, a aplicação conjunta de hipertermia e de radioterapia tem

vindo a provar, clinicamente, as suas vantagens no tratamento oncológico,

constatando-se ser mais eficiente que a utilização isolada da radioterapia no

tratamento de determinados tipos de tumores.

b) Hipertermia e Quimioterapia A prática clínica demonstra que se torna impossível utilizar a quimioterapia no

tratamento de tumores sólidos e profundos, sem se incorrer no aparecimento

de efeitos tóxicos secundários que afectam outros órgãos do corpo humano,

136

devido à injecção dos agentes químicos na corrente sanguínea, agentes esses

que atingem os tumores devido à deterioração dos vasos situados na vizi-

nhança dos tumores. Por outro lado, diversos estudos clínicos têm demons-

trado que um aumento da temperatura das células, induzida através da

absorção de energia electromagnética de rádio-frequência, aumenta conside-

ravelmente a eficiência da quimioterapia no tratamento de tumores malignos,

na medida em que não se torna necessário aumentar a dosagem dos agentes

químicos a injectar na corrente sanguínea.

c) Hipertermia e Radioquimioterapia A radioquimioterapia é uma terapêutica que combina entre si a aplicação simul-

tânea de radioterapia e de quimioterapia, sendo utilizada em pacientes com

cancro do recto, tendo-se constatado que a eficácia desta terapia é reforçada

pela aplicação simultânea de hipertermia com a finalidade de aquecer os

tumores e potenciar assim a eficiência tanto da radioterapia como da

quimioterapia.

d) Hipertermia e Terapia Genética Pode-se definir a terapia genética como sendo um tratamento no qual se

introduz material genético numa célula, com a finalidade de se aumentar ou

modificar as suas funções. Isto resulta na fabricação de proteínas, as quais são

directamente terapêuticas ou então interagem com outras substâncias no

sentido de exercerem um efeito terapêutico. Por outro lado, para se conseguir

tratar um cancro com uma eficiência elevada, o material genético deverá

exercer o seu efeito exclusivamente sobre o tumor, ou em células associadas,

e nunca sobre as células normais, e muito menos eliminar a resposta imunitária

do organismo, fundamental para o sucesso da terapia. Na prática, conseguem-

-se atingir estes objectivos combinando a terapia genética com a hipertermia de

corpo inteiro, contribuindo esta hipertermia para a dilatação dos vasos

sanguíneos do tumor, no sentido de fazer com que um maior número de

liposomas o atinjam para que forneçam o seu conteúdo em ADN às suas

células cancerígenas. Esta sequência biofísica aumenta a quantidade de

proteína criada pela incorporação de ADN, reforçando o sistema imunitário, que

enviará células especializadas para os tumores com a missão de os destruir.

137

6.8.7. Estado Actual e Tendências Futuras

A hipertermia representa uma terapêutica oncológica emergente e em franco

desenvolvimento, sendo, sem dúvida, uma modalidade eficiente no tratamento

do cancro, como o provam os resultados clínicos obtidos até agora, resultantes

da sua aplicação isolada, ou em combinação com outras terapêuticas onco-

lógicas – radioterapia, quimioterapia, radioquimioterapia, e terapia genética.

O seu desenvolvimento futuro passa pela investigação biomédica no sentido de

se justificarem plenamente os mecanismos de interacção entre a absorção de

energia calorífica por parte dos tecidos cancerígenos e a sua destruição. De

facto, apesar de se ter demonstrado em testes in vitro que a hipertermia das

células conduz à sua destruição, não se conseguiu ainda encontrar uma

explicação científica para os mecanismos biofísicos que relacionam a

hipertermia com os danos e a destruição dessas células.

Adicionalmente, a expansão e a consolidação da hipertermia como uma tera-

pêutica clínica primária, passa igualmente pelo desenvolvimento das tecno-

logias de termometria e de aquecimento com base na energia derivada da

radiação electromagnética de rádio-frequência. Evoluções recentes, no domínio

da instrumentação, permitem já que a transmissão e a absorção da energia

electromagnética se realize de uma forma bastante precisa, segura e fiável,

sendo utilizadas técnicas de ultrassons, de rádio-frequência, e de microondas,

mostrando-se no quadro 6.3 as características principais destas três tecno-

logias – vantagens, desvantagens, e domínios de aplicação.

É de recordar que a eficiência da hipertermia encontra-se directamente

relacionada com a temperatura atingida pelos tecidos cancerígenos durante o

respectivo tratamento, assim como com a duração do próprio tratamento e com

as características biofísicas das células e dos tecidos, daí que se deva investir

fortemente no desenvolvimento de sistemas de controlo de temperatura, de

forma a assegurar-se que os níveis pretendidos de calor possam ser atingidos,

mantidos e devidamente localizados, de forma rigorosa, no interior dos

tumores. Por outro lado, a utilização de meios informáticos poderosos permitem

actualmente a elaboração de ferramentas de cálculo numérico, baseadas em

elementos finitos, que proporcionam uma análise completa e rigorosa, a duas e

três dimensões, da distribuição da temperatura não só nos tumores mas

também nos tecidos normais envolventes.

138

Como conclusão, pode-se afirmar que a hipertermia não é ainda uma

terapêutica totalmente desenvolvida, existindo ainda alguns problemas a

resolver. Contudo, não existem dúvidas de que se irá afirmar como um

tratamento de referência em termos de oncologia.

Técnicas Vantagens Desvantagens Aplicações

Ultrassons Boa focalização nos tecidos.

Inexistência de queimaduras nos tecidos adiposos.

Aquecimento possível entre 5 e 10 cm de profundidade,

com um simples transdutor, e até 20 cm com múltiplos

transdutores. Temperatura fácil de medir e de controlar.

Áreas aquecidas de reduzida dimensão.

Ausência de penetração nas

interfaces entre os tecidos e o ar.

Tratamento de tumores superficiais,

e de tumores regionais profundos (lesões superficiais,

cancros no cérebro e no pescoço, e lesões nas extremidades).

Rádio-frequência Instrumentação simples.

Blindagem não necessária.

Área de tratamento elevada.

Eléctrodos não limitados em dimensão.

Dificuldade de controlo dos campos

eléctricos. Somente nas áreas

onde o tecido adiposo é fino se

podem utilizar sistemas capacitivos. Hipertermia regional,

com aplicadores externos.

Tratamento de grandes tumores

superficiais no pescoço, nos

membros superiores e inferiores, no

cérebro, no tórax, e no abdómen.

Microondas Tecnologia bastante avançada.

Possível aquecer grandes volumes.

Existência de antenas para colocação em

cavidades do corpo. Existência de

diferentes tipos de aplicadores.

Inexistência de queimaduras em tecidos adiposos.

Calor não localizado em profundidade.

Penetração limitada a frequências elevadas.

Medição da temperatura complexa.

Possíveis efeitos na saúde dos

operadores. Necessária

blindagem magnética nas salas de

tratamento, excepto para a frequência médica reservada

(915 MHz).

Tratamento de tumores superficiais

na mama, nos membros superiores

e inferiores, na próstata, e no

cérebro.

Quadro 6.3 – Comparação entre as técnicas de hipertermia.

139

6.9. ABLAÇÃO POR RÁDIO-FREQUÊNCIA

6.9.1. Aplicações Clínicas A ablação de rádio-frequência (rádio frequency ablation RFA) é uma técnica de

electrocauterização que permite a destruição de tecidos por meio de correntes

eléctricas, sendo usual a sua utilização em cirurgia, onde se recorre a correntes

de alta frequência para se cauterizar pequenos vasos sanguíneos com o

objectivo de se estancarem hemorragias. Desde os anos 80 do século passado

que a RFA tem vindo a ser adoptada como um método eficaz para a geração

de coagulação necrótica induzida termicamente em tumores, seja através de

aproximação sub-cutânea com imagem guiada, ou através da introdução

cirúrgica de eléctrodos nos próprios tecidos. Com esta terapêutica, os tumores

necróticos perdem volume e desaparecem ao longo do tempo.

Contrariamente à hipertermia, onde a temperatura dos tumores é elevada a

valores inferiores a 45 oC, na RFA utilizam-se campos eléctricos de RF, entre

375 kHz e 500 kHz, com a finalidade de se produzirem correntes iónicas nos

tecidos e, consequentemente, perdas por efeito de Joule, que elevem as

temperaturas desses tecidos a, pelo menos, 50 oC. Para temperaturas entre

50 oC e 52 oC, a necrose das células é atingida entre 4 a 6 minutos, enquanto

que, para temperaturas superiores a 60 oC, é atingida em poucos segundos.

Todavia, as temperaturas superiores a 100 oC devem ser evitadas, para se

prevenir o sobreaquecimento dos tecidos, a sua vaporização, e a sua carbo-

nização, fenómenos estes que aumentam a impedância dos tecidos, resultando

numa ablação reduzida.

Na prática, a energia de RF deverá ser introduzida através da colocação dos

eléctrodos no centro do tumor e, para a sua destruição adequada, todo o

volume da lesão cancerígena deverá ser submetido a temperaturas citotóxicas

de 50 oC a 100 oC durante 4 a 6 minutos. Com eléctrodos unipolares,

conseguem-se coagular tecidos com diâmetros de apenas 1,6 cm, enquanto

que, com eléctrodos multipolares, a eficácia relativa à distribuição do calor é

bastante mais elevada, conseguindo-se coagulações até 7 cm de diâmetro, na

medida em que se consegue induzir correntes num volume muito maior de

tecido.

140

Adicionalmente, as variações de temperatura são monitorizadas através de

termopares embebidos nos tecidos, ou então através das variações de

potência da fonte, que se encontram directamente relacionadas com as

variações de impedância e de corrente nos tecidos.

Apesar dos grandes benefícios inerentes a esta terapêutica, é ainda bastante

problemático atingir lesões de grande dimensão, devido à baixa condutividade

dos tumores e aos efeitos térmicos dos vasos sanguíneos próximos. Por

conseguinte, no sentido de se alargar a área de influência dos eléctrodos de

ablação, têm-se vindo a utilizar métodos complementares com o objectivo de

se modificar as características biológicas dos tecidos, que incluem:

• Injecção de compostos salinos ou outros, para se aumentar a

condutividade eléctrica dos tecidos e, consequentemente, a sua

condutividade térmica.

• Injecção de compostos salinos, apenas durante a aplicação do trata-

mento com os eléctrodos de ablação.

• Redução da circulação e do caudal sanguíneos, através de oclusão.

• Controlo e modulação da circulação sanguínea através da adminis-

tração de medicamentos adequados.

Demonstrou-se igualmente, em termos práticos, que a aplicação da terapêutica

RFA associada à quimioterapia ou à quimioembolização, torna-se mais eficaz

do que aplicada individualmente.

Quanto às aplicações clínicas da RFA, descrevem-se os resultados obtidos,

nos Estados Unidos, mais relevantes:

• Cancro do fígado. Em 15 anos de utilização, os resultados obtidos com

3000 pacientes tratados mostram uma eficácia elevada da RFA per-

-cutânea em tumores de pequena dimensão (< 3 cm), uma ablação

completa em 70 a 75 % de tumores entre 3 cm e 5 cm, e 25 % em

tumores de maior dimensão.

• Cancro do rim. A RFA é uma técnica bastante eficiente na ablação de

tumores inferiores a 3 cm, e, os resultados obtidos com pacientes

tratados com esta terapêutica, sugerem uma taxa de sucesso entre

70 % a 90 %.

141

• Ossos. A RFA tem sido utilizada, por mais de dez anos, no tratamento

do osteoma osteóide, que é uma lesão benigna ligeiramente dolorosa. O

eléctrodo é instalado no osso, no local da lesão, sendo activado durante

4 a 6 minutos, para uma temperatura de 90 oC. A taxa de sucesso das

ablações simples é de 91 % a 94 %, com um acompanhamento de longo

prazo, podendo fazer-se a ablação das recorrências mais tarde, através

de um segundo procedimento. Os resultados obtidos com um grupo de

38 pacientes, para um período de 12 a 66 meses, mostraram um

sucesso clínico primário e secundário respectivamente de 78,9 % (30/38

pacientes), e de 97 % (35/36 pacientes).

• Cancro da mama. A utilização da RFA como terapêutica complementar

do tratamento deste tipo de cancro é ainda muito incipiente. Contudo,

reportou-se, por histologia, a coagulação necrótica em 96 % de paci-

entes, a seguir a uma intervenção cirúrgica.

6.9.2. Considerações Técnicas Como se salientou anteriormente, a ablação por rádio-frequência representa

uma terapêutica que utiliza uma corrente eléctrica alternada sinusoidal de

elevada frequência, situada na gama 375 – 500 kHz, com o objectivo de induzir

um aquecimento electromagnético nos tecidos até atingirem o seu ponto de

coagulação térmica, com vista a destruí-los, sendo de destacar o facto desta

terapia de ablação ser a mais comum nos Estados Unidos.

Em termos tecnológicos, os geradores de energia de rádio-frequência têm a

sua potência nominal limitada a 200 W, estando em fase de investigação e

desenvolvimento a construção de geradores para 150 W. A capacidade dos

aplicadores de rádio-frequência em provocarem a ablação de tecidos, depende

da condução da energia electromagnética assim como da convecção do calor

pelo sangue, devendo a temperatura ser superior a 60 oC, durante um intervalo

de tempo situado entre 3 a 5 minutos.

Esta técnica é mais vantajosa que outras que utilizam a energia

electromagnética para o aquecimento dos tecidos, como por exemplo a

hipertermia convencional, onde os tratamentos são realizados com

temperaturas na gama de 40 – 44 oC, durante 30 min a 60 min, ou a terapia

térmica com microondas, na gama 45 – 55 oC.

142

A primeira geração de eléctrodos monopolares foi introduzida em 1990, tendo

sido utilizados na ablação de lesões hepáticas até 10 cm de diâmetro.

Actualmente, utilizam-se eléctrodos percutâneos, sendo a sua introdução

controlada em tempo real através de equipamentos imagiológicos, como a

tomografia computorizada, a ressonância magnética, ou a ultrassonografia,

para que a sua colocação nos tecidos a destruir seja a pretendida previamente.

Tendo em atenção que se pretende realizar a termoablação não só de tumores

de pequena dimensão mas também de grande dimensão, torna-se necessário

utilizar, para estes últimos, eléctrodos múltiplos. Saliente-se que, por exemplo,

para o tratamento de um tumor com 3 cm de diâmetro é necessário criar uma

zona de ablação com 5 cm de diâmetro. Na prática, a ablação é realizada com

o emprego simultâneo de vários eléctrodos, como se mostra na figura 6.4.

Figura 6.4 – Sistema de ablação de RF com eléctrodos simultâneos.

O equipamento de ablação pode igualmente possuir vários eléctrodos, mas

com uma activação um por um, através de um equipamento de comutação

múltipla, como se esquematiza na figura 6.5. Este sistema permite tratar

simultaneamente vários tumores, reduzindo substancialmente o tempo de

utilização do aparelho.

Figura 6.5 – Sistema de ablação de RF com vários eléctrodos,

com uma activação um por um, através de um comutador.

Tal como sucede com a hipertermia, recorrendo-se a ferramentas informáticas

baseadas no método dos elementos finitos, é possível definir e analisar a

Ablação de RF

Eléctrodos

Ablação de RF

Eléctrodos

143

distribuição da energia electromagnética assim como das temperaturas em

toda a zona da ablação, permitindo optimizar todo o tratamento. .

6.9.3. Vantagens Clínicas A ablação de RF, que é uma técnica médica minimamente invasiva, representa

actualmente a terapêutica de termoablação mais aceite na esmagadora maioria

dos países, provavelmente devido não só à sua competência para provocar a

destruição de tumores de uma forma fiável, isto é, com uma deposição de

energia electromagnética bem focada no local pretendido e com um controlo de

temperatura notável, mas também porque apresenta uma excelente relação

entre o diâmetro dos eléctrodos e a dimensão do tecido a destruir. Saliente-se

ainda que esta técnica médica é especialmente indicada para pacientes que

não podem ser submetidos a intervenções cirúrgicas convencionais, assim

como para pacientes afectados por tumores cancerígenos que não reagem às

terapias oncológicas tradicionais.

A ablação de RF é uma terapêutica que tem vindo a mostrar, com sucesso, as

suas enormes potencialidades no tratamento de diversos tumores, localizados

em órgãos fundamentais do corpo humano, como é o caso do fígado, dos

pulmões, dos rins, da mama, do cérebro, e da próstata. Adicionalmente, a

utilização de ablação de RF tem vindo a aumentar na correcção de taquicardias

e arritmias cardíacas, assim como na eliminação e controlo da apneia do sono.

Para a primeira das práticas clínicas, têm vindo a ser desenvolvidos eléctrodos

de diversas configurações e tipos – pontas de prova manuais, cateteres, pontas

de prova com extremidade irrigada –, enquanto que, no que se refere à

segunda prática, o objectivo consiste em actuar no palato, no sentido de reduzir

o seu tecido de forma a conferir aos pacientes uma maior estabilidade na sua

respiração.

6.9.4. Limitações e Complicações As limitações da terapêutica de ablação de RF encontram-se directamente rela-

cionadas com o mecanismo físico da sua forma de operação. Em particular, a

corrente eléctrica que é gerada no sistema e que circula no seu eléctrodo,

sendo injectada nos tecidos, é omnidireccional, fazendo com que a energia

electromagnética depositada nesses tecidos varie inversamente com a potên-

144

cia 4 da distância radial ao eléctrodo ( P ≈ 1 / r 4 ). Ou seja, a deposição é má-

xima junto ao eléctrodo, diminuindo acentuadamente nos tecidos que se

encontram mais afastados. Por conseguinte, uma das mais significativas

limitações reside na extensão da necrose induzida. Ou seja, a dimensão dos

tumores potencialmente tratáveis é limitada, devido ao facto do volume

activamente aquecido ser, por sua vez, limitado a poucos milímetros do

elemento activo, isto é, do eléctrodo. Na prática, poder-se-á dizer que os

tecidos que se encontram na vizinhança do eléctrodo são aquecidos de uma

forma praticamente directa, enquanto que os mais afastados são aquecidos

tenuamente, através de condução térmica, bastante atenuada. Conse-

quentemente, o diâmetro da zona de ablação não deve exceder 4 cm, a não

ser que o eléctrodo seja introduzido mais que uma vez, em zonas diferentes do

tecido tumoral, até que se verifique a sua necrose completa.

Por outro lado, na medida em que a ablação de RF é uma terapêutica de

elevada complexidade, os centros clínicos onde esta prática é utilizada deverão

dispor de todos os meios clínicos necessários, assim como de operadores

altamente especializados, que conheçam em profundidade não só as bases

físicas do processo mas também todos os mecanismos de aplicação.

Tal como sucede com outras terapêuticas de ablação, a ablação de RF

comporta alguns riscos, contudo apresenta uma taxa de complicações extre-

mamente reduzida, situada entre 0 e 12 %. As principais complicações resu-

mem-se às seguintes situações:

• Taxas de repetição local elevadas, particularmente no tratamento de

tecidos afectados com um diâmetro médio superior a 3 cm.

• Dificuldades acrescidas na ablação de tumores situados na vizinhança

de vasos sanguíneos, devido à diminuição drástica do calor na corrente

sanguínea local.

• Dificuldade de obtenção de imagens de eventuais lesões originadas pela

própria terapêutica.

• Confirmação do aparecimento (com taxas extremamente reduzidas), de

células tumorais nas zonas sujeitas à ablação de RF, como é o caso de

abcessos hepáticos, hemorragias peritoniais, úlceras gástricas, aneu-

rismas nas artérias hepáticas, e embolias pulmonares.

145

6.10. ABLAÇÃO POR MICROONDAS Esta terapêutica representa o mais recente desenvolvimento em oncologia, na

ablação de tumores cancerígenos. Enquanto que as frequências utilizadas na

terapia de ablação de RF se situam na banda compreendida entre 375 kHz e

500 kHz, na ablação por microondas, como o seu próprio nome indica, a

energia electromagnética é emitida para os tecidos a tratar através de micro-

ondas por meio de guias de onda ou de antenas, nas frequências de 915 MHz

ou de 2,45 GHz. Como o seu comprimento de onda é significativamente mais

reduzido que o das ondas de RF, é possível dirigir e focalizar a energia no

interior dos tecidos, por radiação directa a partir de um pequeno aplicador.

6.10.1. Aplicações Clínicas Estas aplicações incluem o tratamento de diversos tipos de carcinomas, como

é o caso dos cancros no fígado, no pulmão, na próstata, e nos rins, sendo de

salientar que as microondas são também actualmente utilizadas na correcção

de doenças cardíacas e do aparelho circulatório, assim como de disfunções

uterinas.

No que respeita à sua aplicação em cardiologia, uma das terapêuticas utilizada

é designada por Microwave Balloon Angioplasty MBA (Angioplastia com

Balão de Microondas ABM), e representa uma técnica cirúrgica de reparação

dos vasos sanguíneos, cujas paredes contenham placas de colesterol

depositado, consistindo na instalação de um cateter sob a forma de balão no

interior dos vasos com deficiências, como se esquematiza na figura 6.6,

podendo o balão ser construído com diâmetros situados entre 0,5 mm e 50 mm

e com um comprimento qualquer. A sua introdução no organismo até à artéria

onde irá ficar instalado processa-se através de uma pequena incisão a realizar

no pescoço ou na perna, sendo depois transportado pela corrente sanguínea

do paciente. Este cateter sob a forma de balão é cheio com um líquido que

apresenta boas características de compressibilidade. Por conseguinte, o líquido

bombeado para o interior do balão irá provocar a dilatação deste até um

diâmetro várias vezes superior ao seu diâmetro normal, fazendo com que as

placas de colesterol depositadas nas paredes interiores da artéria sejam

bastante comprimidas contra essas paredes, para que a circulação sanguínea

se possa processar sem estrangulamentos, sendo de seguida esvaziado o

146

balão. Na prática, este movimento de enchimento/dilatação e esvaziamen-

to/contracção do balão, é assegurado através de uma antena de microondas

instalada no interior do cateter, antena essa do tipo dipolar e helicoidal, que

tem como função aquecer o fluído intra-cateteriano, para originar a sua

dilatação. Saliente-se que a grande vantagem desta técnica consiste em evitar-

-se a cirurgia convencional de reparação vascular, para se retirar as placas de

colesterol ou para se realizar um bypass.

Figura 6.6 – Esquematização do sistema Microwave Balloon Angioplasty.

Outra aplicação das microondas em cardiologia consiste na correcção de

taquicardias e de arritmias, através de ablação cardíaca, sendo a taxa de

sucesso da ordem de 75 % a 95 %, consoante a anomalia a corrigir. Os

cateteres a utilizar são introduzidos através das veias ou de artérias, até à zona

do coração onde se verifica a existência das anomalias do ritmo cardíaco que

se pretende corrigir. Saliente-se, no entanto, que esta técnica de ablação é

aplicada em conjunção com estudos electrofisiológicos de diagnóstico, invasi-

vos, com a finalidade de se identificar a origem da formação dos impulsos

eléctricos anormais.

A utilização de ablação de RF na correcção deste tipo de anomalias do ritmo

cardíaco, operando a frequências entre 100 kHz e 10 MHz, e utilizando um

cateter eléctrico com cerca de 2,6 mm de diâmetro, tem vindo a apresentar um

sucesso notável, contudo, a utilização de microondas é mais vantajosa, na

medida em que a energia electromagnética associada a estas ondas permite a

Paredes da artéria

Cabo coaxial

Balão (cateter)

Líquido compressível

Antena de microondas

Sangue

147

ablação de tecidos situados a grande profundidade, devido a permitir o aque-

cimento de áreas consideráveis, recorrendo-se a antenas monopolares e

helicoidais, mostrando-se na figura 6.7 a constituição de um cateter utilizado na

ablação por microondas para a correcção de arritmias cardíacas.

Figura 6.7 – Cateter de termoablação por microondas.

6.10.2. Considerações Técnicas Como é sabido, a energia electromagnética associada às microondas origina

efeitos biofísicos destrutivos, conforme se salientou no primeiro dos nossos

livros dedicados a este tema. Contudo, esta característica é aproveitada

exactamente para a termoablação de tumores cancerígenos, assim como para

a correcção de algumas anomalias do foro cardíaco e do aparelho reprodutor

feminino, como se salientou já anteriormente. Tecnicamente, é possível utilizar

as miroondas para a destruição de tecidos situados a grande profundidade, e

com diâmetros médios até 2,5 cm, com a grande vantagem face à ablação de

RF, de que os tempos de duração dos tratamentos se situam entre 1 min a 5

min.

Além disso, devido à elevada capacidade de penetração das microondas, é

possível destruir os tumores cancerígenos de uma forma mais eficaz e uni-

forme, mesmo na vizinhança de vasos sanguíneos. Por outro lado, enquanto

que na ablação por RF a energia electromagnética depositada nos tecidos

diminui em função da potência quádrupla da distância radial ao respectivo

eléctrodo ( P ≈ 1 / r 4 ), na ablação por microondas essa deposição diminui

apenas com o quadrado dessa distância ( P ≈ 1 / r 2 ). Por conseguinte, para a

Balão Cateter

Antena de microondas

Isolamento

148

mesma distância do eléctrodo e para a mesma potência de aquecimento, a

energia depositada e, consequentemente, a temperatura dos tecidos é mais

elevada na ablação por microondas, o que torna o tratamento mais eficaz.

Presentemente, os sistemas de ablação por RF estão tecnicamente mais

desenvolvidos que os de ablação por microondas, devido à sua eficiência, à

sua segurança em aplicações percutâneas e cirúrgicas, e à facilidade da sua

utilização. Contudo, além dos inconvenientes já apontados da ablação por RF

face à ablação por microondas, sucede que uma das dificuldades da RF reside

no facto de ser necessário injectar uma corrente eléctrica nos tecidos, ao passo

que as microondas geram calor exclusivamente através de radiação pura.

Quanto às antenas utilizadas nos cateteres, são monopolares ou dipolares, e

com forma helicoidal, tendo os cateteres a constituição que se apresentou

anteriormente.

6.10.3. Vantagens Clínicas Conforme se salientou anteriormente, enquanto que as frequências utilizadas

na terapia de ablação de RF se situam na banda compreendida entre 375 kHz

e 500 kHz, na ablação por microondas, como o seu próprio nome indica, a

energia electromagnética é emitida para os tecidos a tratar através de micro-

ondas por meio de guias de onda ou de antenas, nas frequências de 915 MHz

ou de 2,45 GHz. Como o seu comprimento de onda é significativamente mais

reduzido que o das ondas de RF, é possível dirigir e focalizar a energia no

interior dos tecidos, por radiação directa a partir de um pequeno aplicador.

Quanto às suas aplicações, elas incluem o tratamento de diversos tipos de

carcinomas, como é o caso dos cancros no fígado, no pulmão, na próstata, e

nos rins, sendo de salientar que as microondas são também actualmente

utilizadas na correcção de doenças cardíacas e do aparelho circulatório, assim

como de disfunções uterinas.

A utilização de ablação de RF na correcção de anomalias do ritmo cardíaco,

tem vindo a apresentar um sucesso notável, contudo, a utilização de micro-

ondas é mais vantajosa, na medida em que a energia electromagnética

associada a estas ondas permite a ablação de tecidos situados a grande

profundidade, devido a permitir o aquecimento de áreas consideráveis,

recorrendo-se a antenas monopolares e helicoidais, evitando-se assim as

149

tradicionais correcções cirúrgicas, isto é, a desobstrução de vasos e artérias, e

a realização de bypass’s.

Tecnicamente, é possível utilizar as miroondas para a destruição de tecidos

situados a grande profundidade, e com diâmetros médios até 2,5 cm, com a

grande vantagem face à ablação de RF, de que os tempos de duração dos

tratamentos se situam entre 1 min a 5 min.

Em linhas gerais, as principais vantagens clínicas da termoablação por micro-

ondas, comparativamente com as outras terapias de termoablação, são as

seguintes:

• Conseguem-se atingir temperaturas bastante elevadas no interior dos

tumores cancerígenos.

• A deposição da energia electromagnética no interior dos tecidos é

conseguida directamente através da radiação, e não por meio de

eléctrodos percorridos por corrente eléctrica.

• Consegue-se a ablação de tumores profundos, assim como de tumores

de grande dimensão.

• Consegue-se a ablação eficiente de tumores localizados na vizinhança

de vasos sanguíneos.

• Os tempos de tratamento são bastante mais reduzidos.

6.10.4. Limitações e Complicações Como se descreveu anteriormente, a ablação por microondas oferece os

mesmos benefícios da ablação por RF, apresentando contudo um conjunto de

vantagens notáveis, que se traduzem num elevado desempenho, especial-

mente próximo de vasos sanguíneos. Na prática, existem ainda alguns

problemas técnicos a resolver, para que esta terapêutica se possa impor sem

restrições em oncologia, no tratamento de carcinomas, assim como em

cardiologia:

• Existência de perdas significativas no cabo coaxial de ligação da antena.

• O calor desenvolvido no cabo coaxial durante o fornecimento da energia

electromagnética poderá provocar danos consideráveis nos materiais

dieléctricos e no próprio material do cateter.

150

• Ausência de uma antena unidireccional que possa irradiar a energia

electromagnética para o interior dos tecidos em tratamento, e não para a

corrente sanguínea ou para os depósitos de sangue, no caso da ablação

cardíaca. Esta condição é essencial para prevenir a própria operação do

cateter, acima da gama das propriedades dieléctricas do sangue e do

tecido cardíaco.

• Complexidade de dimensionamento das antenas, dimensionamento

esse que limita a forma de microonda a ser gerada, dificulta a eficiência

na transferência de energia, e conduz a uma reflexão de potência e a

uma dissipação de energia no cabo de transmissão e na antena, no

interior do cateter.

No que respeita a complicações clínicas secundárias, as respectivas taxas são

mais elevadas que as verificadas com outras termoterapias, sendo de assinalar

a recorrência dos tumores após 6 meses do términus do tratamento, o apare-

cimento de febre, de hematomas subcutâneos, de abcessos, e de falhas

hepáticas. É de salientar que um estudo realizado no Japão e publicado em

2002, considerou 72 pacientes possuidores de 94 tumores, no seu conjunto, a

serem tratados com RF e com microondas, tendo-se obtido um tratamento

terapêutico completo de 46 tumores (96 %) em 48 tratados com ablação de RF,

e de 41 (89 %) em 46, tratados com ablação por microondas.

A termoablação é uma terapêutica relativamente recente, que depende de

forma significativa dos desenvolvimentos que se irão verificar quer em medicina

e biomedicina, assim como no domínio da engenharia e da bioengenharia,

sendo actualmente as seguintes as linhas orientadoras em que se baseia a

investigação em curso:

• Modelização a duas e três dimensões das características eléctricas e

térmicas dos tecidos biológicos, através da utilização de programas

informáticos baseados em elementos finitos.

• Modelização do comportamento térmico do sangue e dos vasos san-

guíneos.

• Determinação da frequência e da energia electromagnética, que são os

parâmetros associados à destruição térmica dos tecidos, para

151

diferentes tipos de tecidos – por exemplo hepáticos, mamários, dos

rins, da próstata, e cardíacos.

• Desenvolvimento tecnológico dos eléctrodos e dos geradores.

• Compreensão dos mecanismos de interacção entre a energia electro-

magnética e os tecidos biológicos, no sentido de se conseguir uma

necrose tecidular eficiente.

Finalmente, para melhor compreensão, descrevem-se no quadro 6.4 os meca-

nismos, as vantagens e as desvantagens das terapêuticas de ablação por RF e

por microondas.

Técnicas Mecanismos Vantagens Desvantagens

Rádio-frequência Aquecimento dos tecidos através de corrente eléctrica

fornecida por eléctrodos.

Dimensionamento e construção simples e

eficazes. Existente

praticamente em todo o mundo, sendo uma prática generalizada. Capacidade para o tratamento de uma grande diversidade

de tumores.

Extensão limitada de necrose induzida.

As zonas de ablação não devem exceder 4

cm de diâmetro, a não ser que se repita o tratamento com o

reposicionamento do eléctrodo.

Necrose incompleta na ablação próxima

de vasos sanguíneos.

Microondas Aquecimento dos tecidos através da

propagação de microondas.

Conseguem-se temperaturas

elevadas. Utilizado

essencialmente em países da Ásia

(Japão e Coreia do Sul).

A zona de tecido que se consegue aquecer

é bastante maior.

Taxa mais elevada de complicações clínicas surgidas a posteriori do

tratamento.

Quadro 6.4 – Comparação entre as terapêuticas de ablação por RF e por microondas.

6.11. RADIOTERAPIA Como se salientou em capítulos anteriores, as ondas electromagnéticas, que

se podem também designar por radiação electromagnética, são classificadas

em dois grandes grupos, consoante a gama de frequências e a energia

associada a cada fotão:

152

• Radiação não-ionizante, que compreende as ondas de frequência

reduzidíssima, a radiação de rádio-frequência, a radiação infravermelha,

a luz visível, e parte da radiação ultravioleta, estando a frequência

compreendida entre 0 Hz (corrente contínua) e 3x1017 Hz (3x108 GHz), e

a correspondente energia dos fotões entre 0 eV e 1200 eV. Como esta

energia é reduzida, os fotões não têm capacidade para extrair electrões

das órbitas atómicas dos materiais onde penetram, mantendo-se assim

os átomos electricamente neutros.

• Radiação ionizante, que compreende parte da radiação ultravioleta, os

raios X e os raios gama, estando a frequência compreendida

sensivelmente entre 3x1017 Hz (3x108 GHz) e 3x1022 Hz (3x1013 GHz), e

a correspondente energia dos fotões entre 1200 eV e 12,4x107 eV.

Como estas energias são extremamente elevadas, os fotões têm

capacidade para extrair electrões dos átomos dos materiais onde

penetram, transformando assim esses átomos em iões.

Note-se que a separação entre radiação não-ionizante e radiação ionizante é

comummente aceite encontrar-se na linha divisória situada na região

ultravioleta, linha essa para a qual se tem um comprimento de onda no vácuo

λ = 1 nm = 10-9 m, daí que se tenha, na fronteira, respectivamente os seguintes

valores de frequência e da energia dos fotões da radiação:

f = c / λ = 3x108 (m/s) / 10-9 (m) = 3x1017 Hz

eV = h f = 4,135667x10-15 (eVs) x 3x1017 (Hz) ≅ 1200 eV

Como é sabido, os raios X possuem um elevado poder de penetração, sendo

utilizados em imagiologia médica, em equipamentos de angiografia diagnóstica

e de intervenção vascular e cerebral, de fluoroscopia, de mamografia, de

tomografia, de urologia, e de radiografia. Por outro lado, os raios gama são

gerados por átomos radioactivos, e podem destruir as células vivas dos tecidos

onde penetram. Contudo, esta sua característica é aproveitada em oncologia

para o tratamento do cancro, destruindo, através de doses muito reduzidas, as

células cancerígenas, sendo esta terapêutica designada por radioterapia,

mostrando-se na figura 6.8 um equipamento médico de aplicação dessa

terapia.

153

Figura 6.8 – Equipamento oncológico de radioterapia.

6.12. TERAPIA DE PARTÍCULAS Como é sabido, e apesar de se verificarem algumas excepções, a proba-

bilidade de se contrair cancro aumenta com a idade, sendo uma das pre-

ocupações actuais das autoridades sanitárias, sobretudo em países desen-

volvidos, devido exactamente não só ao aumento considerável da esperança

média de vida mas também pelos hábitos de vida que, numa franja significativa

da população, não são os mais adequados para se assegurar uma existência

isenta de problemas de saúde. Na prática, o tratamento de tumores

cancerígenos tem vindo a ser realizado através de dois processos:

• Quimioterapia, que consiste na utilização adequada de radionúclidos,

administrados aos pacientes, com a finalidade de destruir as células

cancerígenas, destruição essa conseguida pela retenção prolongada

dos radiofármacos nos tecidos alvo. Este requisito é normalmente

previsto e analisado através de um estudo prévio de diagnóstico, que

deve ser realizado antes da administração deste tipo de actividade tera-

pêutica. Além das aplicações terapêuticas em casos benignos – por

exemplo, hipertiroidismo e artrite reumatóide –, este tipo de tratamento é

também utilizado nas situações malignas, sendo a mais importante o

carcinoma da tiróide, onde se tem vindo a aplicar, há mais de 50 anos, o

radioisótopo iodo-131. Outras aplicações desta técnica incluem o

tratamento de doenças mieloproliferativas, com o fósforo-32, de tumores

derivados da crista neural, e o tratamento paliativo de metástases

154

ósseas – carcinomas da próstata e da mama –, utilizando-se o

estrôncio-89, o rénio-186 ou o samário-153.

• Radioterapia, em que os tecidos cancerígenos são bombardeados

através de feixes concentrados de fotões de elevada energia, como

sucede com a radiação gama, com uma energia fotónica da ordem de

18 MeV.

Nos últimos dez anos, graças aos esforços de investigação que têm vindo a ser

desenvolvidos pela multinacional Siemens, em parceria com hospitais, centros

de investigação, e universidades alemãs e americanas, a radioterapia sofreu

avanços notáveis, tendo sido desenvolvidos equipamentos de radioterapia que

utilizam protões de hidrogénio, com uma energia de 135 MeV. Adicionalmente,

os radiologistas que desenvolvem investigação neste tipo de terapêutica

constataram que a utilização de iões pesados de carbono, com uma energia de

250 MeV, como o provam estudos realizados no Japão, conduziram a

resultados significativos no que respeita ao tratamento de tumores oculares, da

próstata, do pescoço, e da cabeça, daí que a utilização deste tipo de partículas

seja já aceite com bastante confiança.

A grande vantagem desta nova terapêutica, designada por terapia de

partículas, quando comparada com a radiologia oncológica convencional com

bombardeamento de fotões, reside essencialmente no facto de se dosear com

uma elevada precisão a quantidade de radiação necessária a concentrar no

tecido tumoral, poupando os tecidos sãos envolventes, como se mostra na

figura 6.9.

Conforme se pode constatar, na radiologia clássica a dose máxima é atingida

nos tecidos sãos, muito próximos da superfície da pele, ou seja, a uma

profundidade reduzida, enquanto que, com protões de hidrogénio e iões de

carbono, essa dose máxima é sempre atingida no interior do tecido tumoral,

sendo bastante mais reduzida nos tecidos sãos adjacentes. Por outro lado,

atendendo ainda a que as energias são significativamente mais elevadas na

terapia de partículas, o feixe de radiação é bastante mais eficiente.

A situação expressa no ábaco exposto na figura 6.9, é conseguida na prática,

no equipamento projectado e desenvolvido pela Siemens, equipamento esse

que se mostra na figura 6.10, através da utilização de tecnologia extremamente

155

avançada, nos domínios não só da física das partículas mas também da

engenharia electrotécnica, electrónica, mecânica e electromecânica. Saliente-

-se que esse equipamento contém um acelerador linear de partículas, assim

como um sistema de posicionamento altamente sofisticado, que permite

localizar e circunscrever a área tumoral com uma precisão inferior a um milí-

metro, e ainda um outro sistema de scanning, designado por pencil beam

scanning (caneta de rastreio do feixe), que permite visualizar toda a operação

tridimensionalmente (figura 6.11).

Figura 6.9 – Dose relativa de radiação em função da

profundidade de penetração, e do tipo de partícula.

Do ponto de vista clínico, a terapia de partículas apresenta as seguintes

vantagens:

• Tratamento de tumores resistentes à radiologia convencional.

• Tratamento de tumores profundos, sem sujeitar os tecidos sãos envol-

ventes a doses significativas de radiação.

• Tratamento de tumores situados muito próximo de órgãos vitais.

• Probabilidade reduzidíssima de desenvolvimento de cancros secun-

dários nos tecidos envolventes dos tumores, devido à concentração de

radiação quase exclusivamente no tecido tumoral.

156

• Tratamento de tumores pediátricos, pelos mesmos motivos.

Figura 6.10 – Equipamento Siemens de terapia de partículas.

Figura 6.11 – Esquematização do princípio de funcionamento do equipamento

Siemens de terapia de partículas.

157

6.13. EFEITOS SECUNDÁRIOS Como se pode facilmente constatar através da grande variedade de assuntos

tratados anteriormente, a energia electromagnética apresenta a propriedade de

induzir calor nos tecidos biológicos, devido à sua absorção por esses mesmos

tecidos, sendo essa característica aproveitada com fins terapêuticos para a

destruição de tumores cancerígenos utilizando não só técnicas de

termoablação, mas também técnicas baseadas no bombardeamento de fotões

e de protões. Enquanto que a termoablação (hipertermia, ablação por RF,

ablação por microondas) utiliza ondas electromagnéticas não-ionizantes, a

radioterapia e a terapia de partículas utilizam ondas electromagnéticas, vulgo

radiações, ionizantes.

Relativamente aos efeitos secundários causados pela radiação ionizante, são

bem conhecidos, e incluem a destruição e a proliferação de células,

conduzindo rapidamente ao desenvolvimento de carcinomas. Ou seja, essa

radiação é, por um lado, utilizada precisamente para a destruição de células

cancerígenas, contudo, poderão, por sua vez, originar a destruição e a

reprodução de células normais, envolventes dos tumores, contribuindo para a

indução de novos tumores.

Quanto aos efeitos secundários originados pela termoterapia, apresentam

características diferentes, devido ao carácter não-ionizante das ondas,

características essas que se descrevem seguidamente, de uma forma sucinta.

6.13.1. Fisiologia dos Tecidos De um modo geral, o calor, isto é, a energia calorífica, que se traduz por um

aumento de temperatura, origina numerosas alterações na fisiologia dos

tecidos biológicos, tais como o aumento da perfusão sanguínea, da permea-

bilidade vascular, e da actividade metabólica, sendo, do ponto de vista

fisiológico, a corrente sanguínea o parâmetro mais importante neste contexto,

na medida em que é, através do sangue, que a maior parte da energia

calorífica acumulada nos tecidos se dissipa. Ou seja, pode-se afirmar que a

irrigação sanguínea dos tecidos exerce uma acção fundamental no que

respeita ao aquecimento desses tecidos, e, quanto mais reduzido for o caudal

de sangue mais fácil se torna proceder a esse aquecimento, na medida em que

a energia calorífica se manterá durante mais tempo na massa tecidular.

158

Na prática, alguns tumores sólidos podem apresentar, no que respeita ao

caudal sanguíneo, valores bastante mais elevados que os que se verificam nos

tecidos sãos. Todavia, quando se comparam entre si os níveis de irrigação nos

tumores e nos tecidos sãos, sucede que essa irrigação nos tecidos tumorais é

geralmente primitiva e caótica, resultando na existência de áreas privadas de

nutrientes, com um reduzido teor de oxigenação, e altamente acidificadas,

sendo as células existentes nesta situação mais sensíveis aos efeitos

citotóxicos do calor. De um modo geral, a toxicidade associada às terapêuticas

baseadas no calor é baixa, representando as eventuais queimaduras típicas os

efeitos tóxicos mais sensíveis, mas com uma reduzida incidência, podendo

essas queimaduras serem evitadas através da adopção das técnicas de

aplicação mais aconselháveis.

Os riscos primários das termoterapias são devidos não só ao aumento da

temperatura geral do corpo, mas também ao aumento da temperatura de

determinados órgãos específicos, uma vez que a regulação térmica do

organismo humano é crítica, devido ao facto de diversas estruturas celulares

assim como de vários mecanismos metabólicos poderem ser bastante

afectados por mudanças de temperatura. De um modo geral, os humanos que

gozem de boa saúde conseguem tolerar temperaturas até 40 oC, contudo,

entre 42 oC e 43 oC começa a dar-se a morte das células.

Apesar dos mecanismos de interacção entre a subida de temperatura e o

comportamento dos tecidos biológicos não se encontrarem ainda devidamente

esclarecidos, sabe-se, no entanto, que, quando a temperatura aumenta,

aumenta igualmente o movimento molecular no interior das células, dos

tecidos, e dos órgãos. Por sua vez, esse aumento do movimento molecular

origina um aumento na taxa das reacções químicas fisiológicas. Como

consequência, se essas reacções químicas se processam de tal forma que o

metabolismo se torne instável, este poderá sofrer alterações. Quando a

exposição ao calor é curta, as alterações metabólicas são transitórias e

moderadas, não originando danos fisiológicos graves e irreversíveis.

Atendendo a que a exposição a ondas electromagnéticas, como sucede nas

práticas clínicas de termoterapia, podem originar hipertermias, torna-se

necessário delinear se alguns dos potenciais efeitos biofísicos observados são

159

específicos dessa exposição directa, ou se resultam da hipertermia induzida

indirectamente por aquela exposição.

6.13.2. Resposta Celular Quando a temperatura das células aumenta, verifica-se a existência de alte-

ações na sua actividade, nas membranas, na síntese de macromoléculas, no

ciclo celular, na reparação do ADN, assim como um aumento da sua

proliferação. Na região hipertérmica acima da sua temperatura máxima de

proliferação, existem três respostas celulares significativas para as termo-

erapias: citotoxicidade, radiosensibilização, e termotolerância, sendo estas

mudanças devidas às alterações na estrutura molecular das células, induzidas

por aumentos de temperatura, e envolvem a inibição do ADN, do ARN, e da

síntese de proteínas.

Diversos estudos científicos têm concluído sobre a existência de efeitos

adversos da hipertermia nos testículos de adultos em algumas espécies,

incluindo ratos e humanos. Esses efeitos compreendem a redução de peso e

de volume dos testículos, acompanhada por períodos temporários de infer-

tilidade parcial ou total. Adicionalmente, a qualidade do esperma também se

altera, verificando-se uma redução na sua mobilidade e, consequentemente, na

fertilização. Outros estudos mostram a existência de reacções imunológicas

dependentes da temperatura, em leucócitos humanos.

6.13.3. Efeitos Imunológicos Relativamente ao tratamento clínico oncológico do cancro, deve-se ter em

atenção que o sistema imunológico poderá sofrer alterações induzidas pela

hipertermia a que fica sujeito. De acordo com um trabalho científico publicado

em 2006, é enfatizado que a resposta ao stress térmico, no que respeita às

potenciais alterações do sistema imunológico, não deverá representar uma

questão a ser analisada uma única vez, de forma pontual, mas sim durante um

determinado período de tempo, que se iniciará com a exposição a uma fonte de

calor, e que se deverá estender por vários dias de recuperação. Adicional-

mente, a resposta das células tumorais e a sua susceptibilidade aos efeitos

imunológicos é fortemente dependente do modelo do sistema, da amplitude, da

duração do stress térmico, e do tempo de recuperação após a exposição.

160

6.13.4. Resposta Cardiovascular Os distúrbios cardiovasculares induzidos pelo calor são bastante comuns e

vulgares, sobretudo em pessoas não habituadas a temperaturas elevadas e em

idosos, onde os riscos de enfartes do miocárdio e de acidentes vasculares

cerebrais são significativamente elevados. Outro grupo de risco, além das

crianças, é constituído por pacientes que padecem de doenças e distúrbios

cardíacos graves, ou que se encontrem a consumir determinados tipos de

medicamentos.

Como é sabido, quando a temperatura do corpo aumenta, o equilíbrio térmico

natural é assegurado através do sistema circulatório, aumentando o caudal de

sangue, assim como através da transpiração. Contudo, estas respostas fisio-

lógicas aumentam o trabalho do coração e originam perdas de sal e de água,

podendo prejudicar a eficiência biológica do corpo humano, sobrecarregando o

coração, e causando uma hemoconcentração que poderá conduzir a acidentes

vasculares cerebrais.

A exposição a ondas electromagnéticas em níveis considerados como seguros,

isto é, recomendados pelas normas de segurança em vigor, não é perigosa, na

medida em que o calor induzido é equivalente a cerca de 10 % do que é

gerado através do metabolismo basal, o mesmo não se podendo concluir

quando os níveis de exposição são elevados, ou quando a exposição é

demasiadamente prolongada.

6.13.5. Resposta do Sistema Nervoso O sistema nervoso é particularmente sensível ao calor, havendo a possibilidade

de se verificarem danos e alterações na morfologia nervosa, no que respeita à

condução dos estímulos e às funções das fibras nervosas. Muitos dos estudos

clínicos realizados, relativamente aos efeitos da hipertermia sobre os nervos,

têm-se focalizado na resposta aos choques térmicos, que se caracteriza pela

indução transitória de proteínas de choque térmico (heat-shock proteins HSPs),

as quais desempenham um papel de mecanismo de reparação e de protecção.

Os dados obtidos permitem concluir que a dose térmica máxima sem causar

complicações evidentes, após hipertermia localizada em regiões do sistema

nervoso central, situa-se entre 40 – 60 minutos a 42 – 42,5 oC, ou então 10 –

– 30 minutos a 43 oC.

161

6.13.6. Efeitos Cancerígenos

Descreveram-se já, anteriormente, os efeitos indesejáveis originados pela ter-

moterapia, sendo de destacar o aparecimento, se bem que com taxas

reduzidíssimas, de abcessos hepáticos, hemorragias peritoniais, úlceras gás-

tricas, aneurismas nas artérias hepáticas, embolias pulmonares, hematomas

subcutâneos, e abcessos.

No nosso primeiro livro apresentaram-se os resultados obtidos, assim como as

respectivas conclusões, de um número relativamente elevado de estudos

clínicos e epidemiológicos, com relevância causa-efeito no que respeita aos

mecanismos de interacção entre a exposição a campos electromagnéticos e os

potenciais riscos de desenvolvimento de determinados tipos de cancro.

Todavia, pela sua natureza, os resultados são controversos, apesar de terem

sido reportadas situações em que efectivamente se constatou o aparecimento

de anomalias e doenças graves, como sucedeu no final de 2007 com um

estudo epidemiológico que concluiu que os utilizadores de telefones celulares,

por períodos médios iguais ou superiores a 22 horas mensais, correm elevados

riscos de contra´rem cancro nas glândulas salivares.

A carcinogénese, como é sabido, compreende uma sequência de quatro

passos: iniciação, promoção, conversão maligna de células, e progressão

tumoral. Se bem que a hipertermia, por si só, não seja carcinogénica, pode,

contudo, promover o desenvolvimento de tumores quando a sua origem reside

na absorção de energia electromagnética.

A controvérsia sobre se a radiação electromagnética poderá ou não iniciar o

desenvolvimento de cancros, continua cada vez mais acesa, atraindo sobre si

uma elevada atenção, não só por parte do público em geral mas também na

literatura médica científica. Alguns relatórios, contraditórios, sugerem que o

tratamento por hipertermia pode não só funcionar como um meio bloqueador

ao desenvolvimento de cancros, mas também como um promotor, dependendo

do regime de tratamento.

162

CAPÍTULO 7. APLICAÇÕES MÉDICAS DA ENERGIA ELECTROMAGNÉTICA

7.1. INTRODUÇÃO Sem dúvida que a imagiologia representa a especialidade médica que mais

depende da tecnologia, tendo sofrido uma rápida evolução nos últimos anos,

devido essencialmente aos grandes desenvolvimentos verificados não só na

engenharia electrotécnica e na informática, mas também na medicina e na

biomedicina. O seu papel é fundamental no diagnóstico e no tratamento de

diversas doenças e anomalias de saúde, sendo ainda de salientar que todos os

equipamentos actualmente existentes são fruto do trabalho de cooperação

inter-disciplinar de engenheiros electrotécnicos, engenheiros electrónicos,

engenheiros informáticos, engenheiros mecânicos, médicos, biomédicos,

bioengenheiros, físicos, designers, e ergonomistas.

Por outro lado, a física da imagiologia representa o processo global de criação,

geração e visualização de imagens de diagnóstico clínico, e abrange todas as

modalidades da imagiologia médica, ou seja, a Radiografia, a Fluoroscopia, a

Mamografia, a Angiografia, a Tomografia Computorizada (TC), a Ressonância

Magnética (RM), a Medicina Nuclear, e a Ecografia. O estudo deste ramo da

física é fundamental para se adquirir um conjunto de conhecimentos técnicos e

operacionais, que se discriminam seguidamente:

• Definição dos parâmetros de qualidade de imagem, que incluem o ruído,

a resolução espacial, e o contraste.

• Influência das técnicas de imagiologia sobre a qualidade da imagem.

• Selecção e avaliação dos equipamentos existentes no mercado, no que

respeita à sua capacidade para realizar os exames médicos previamente

especificados, à dose de radiação, e aos riscos associados à exposição

à radiação por parte dos pacientes e do pessoal médico hospitalar que

irá operar esses equipamentos.

• Modos de especificação dos problemas e das avarias surgidas com as

imagens e com o normal desempenho dos equipamentos, e sua

163

comunicação aos físicos, biomédicos, e técnicos de manutenção e

instalação, com vista à reposição dos padrões normais.

7.2. BASES FÍSICAS 7.2.1. Radiação Na maior parte dos equipamentos de imagiologia, as suas técnicas baseiam-se

nos campos electromagnéticos de elevada frequência, isto é, na radiação

electromagnética, já suficientemente estudada ao longo dos capítulos ante-

riores. Como é sabido, esta radiação é constituída por partículas que se

deslocam à velocidade da luz no vazio e, aproximadamente, no ar, sendo

designadas por fotões, e abrange as ondas de rádio e televisão, as

microondas, os infravermelhos, a luz visível, os ultravioletas, os raios X, e os

raios gama. Saliente-se que o funcionamento da radiologia convencional, da

angiografia, da Tomografia Computorizada, e da Ressonância Magnética, é

baseado na radiação electromagnética, como se discriminará ao longo deste

capítulo.

a) Medição da Radiação Em termos médicos de radiologia e imagiologia, a par das grandezas já

definidas e explicitadas em capítulos anteriores, é usual utilizarem-se as

seguintes definições e grandezas, mais específicas:

• Exposição – é um termo utilizado para exprimir a intensidade da

radiação de um feixe de raios X, e mede a capacidade dessa radiação

para ionizar o ar, sendo fisicamente definida como a carga eléctrica total

libertada por unidade de massa do ar, quando todos os electrões

libertados pelas interacções com os fotões são totalmente parados pelo

ar. A sua unidade tem sido habitualmente o roentgen (R), todavia, no

Sistema Internacional SI passou a ser o coulomb por kilograma (C/kg),

tendo-se, em termos de conversão, 1 R = 2,58 x 10-4 C/kg.

• KERMA (Kinetic Energy Released in the Medium) – representa, como o

seu próprio nome indica, a energia cinética libertada no meio, sendo

definido como a energia cinética transferida dos neutrões e fotões

(partículas electricamente neutras) para os protões e electrões

164

(partículas electricamente carregadas, respectivamente com carga

positiva e com carga negativa), quando a radiação interage com a

matéria. A sua unidade SI é o joule por kilograma (J/kg).

• Dose absorvida D – quantifica a quantidade de energia de radiação E

absorvida por unidade de massa M do meio absorvente, tendo-se assim:

E = D x M

A sua unidade no antigo sistema CGS é o rad (radiation absorbed dose),

e é igual a 100 ergs de energia depositada por grama, enquanto que no

sistema SI, é o gray (Gy), que é igual a 1 joule de energia depositada por

kilograma, tendo-se, por conseguinte, 1 Gy = 100 rad ou 1 rad = 10

mGy.

• Factor-f – representa o factor de conversão entre a exposição e a dose

absorvida, sendo determinado pela relação entre a dose absorvida D e a

exposição X, ou seja, representa o factor de conversão de roentgen para

rad, sendo assim:

D = f X

Saliente-se que, para energias de raios X utilizadas em diagnóstico, o

factor-f é sensivelmente igual à unidade, e para os ossos está situado

entre 4 e 1.

• Transferência Linear de Energia (Linear Energy Transfer LET) – é

definida como sendo a energia absorvida pelo meio por unidade de

distância atravessada, e é expressa em keV/mm. Evidentemente que,

quanto mais elevado for o valor da LET, maior será a dose de radiação

e, por conseguinte, mais elevados serão os riscos de exposição no que

respeita aos possíveis danos biológicos.

• Dose equivalente H – é utilizada para quantificar os danos e os efeitos

biológicos resultantes da deposição da radiação ionizante nos tecidos,

sendo aplicada essencialmente na protecção contra a exposição às

radiações. É definida como sendo o produto entre a dose absorvida D e

o factor de qualidade (quality factor QF) da radiação, ou seja:

H = D x QF

165

No antigo sistema de unidades CGS, bastante utilizado em Física, a

unidade de H é o rem (radiation equivalent man), e, no actual sistema SI,

a unidade é o sievert (Sv), tendo-se 1 Sv = 100 rem, e 1 rem = 10 mSv.

Note-se que o factor de qualidade QF depende dos valores da LET –

para fontes de baixa radiação, isto é, com um valor de LET reduzido

(electrões, partículas beta, raios X, e raios gama), tem-se QF = 1; contra-

riamente, para fontes de elevada radiação, ou seja, com um LET

elevado (protões, neutrões, partículas alfa), o QF pode atingir o valor 20.

Na imagiologia de diagnóstico assim como na medicina nuclear, a

radiação que compreende os raios X, os raios gama, e as partículas

beta, tem valores baixos de LET e um factor de qualidade igual à

unidade, tendo todas essas radiações aproximadamente os mesmos

valores de exposição, de dose absorvida, e de dose equivalente, em

unidades CGS (1 R ≅ 1 rad ≅ 1 rem). Saliente-se que, apesar de se ter

para estes tipos de radiação as igualdades aproximadas R ≅ D ≅ H, as

unidades são diferentes, sendo também fisicamente diferentes os

significados de cada uma dessas grandezas. Na prática, estas

grandezas são conhecidas como sendo os R’s da radiologia, ou seja, a

exposição (R) refere-se à capacidade da radiação em ionizar o ar, a

dose absorvida (rad) refere-se à energia absorvida, e a dose

equivalente (rem) representa a medida dos efeitos biológicos que

poderão resultar da energia absorvida.

b) Protecção contra as Radiações A protecção contra as radiações é normalmente concebida e implementada

com o objectivo de se evitar a ocorrência de efeitos determinísticos, isto é,

previamente conhecidos, e de se minimizar os riscos da radiação estocástica,

ou seja, da radiação cujos níveis de risco são conhecidos estatisticamente –

diminuindo a dose de radiação. Em radiologia, os procedimentos principais a

adoptar para se controlar a exposição às radiações incluem as seguintes

metodologias:

• Redução do tempo de exposição. Para se assegurar que os utilizadores

se encontram sujeitos a doses de radiação aquém dos limites consi-

166

derados como os máximos admissíveis em termos de segurança, assim

como para se monitorizar as práticas de segurança, utilizam-se apa-

relhos de monitorização pessoais, normalmente por períodos de um

mês.

Por outro lado, os sistemas de dosimetria pessoal mais comuns são os

de dosimetria por filme e os de dosimetria por TLD (Thermoluminescent

Dosimetry), sendo a primeira a mais utilizada.

O aparelho é constituído por uma caixa de dimensões reduzidas que

contém um pedaço de filme situado entre dois filtros e, após a exposição

a radiações, o filme é processado sendo medida a densidade para se

estimar a dose baseada na energia média dos fotões, sendo a dose

mínima detectável de sensivelmente 0,2 mSv = 20 mrem.

No outro aparelho alternativo, de TLD, é utilizado um cristal especial em

que os electrões da rede cristalina, normalmente de fluoreto de lítio, são

excitados quando se encontram expostos às radiações, emitindo luz,

sendo essa quantidade de luz utilizada para estimar a dose de radiação,

cujo nível mínimo detectável se situa, como no aparelho anterior, em

0,2 mSv = 20 mrem.

• Aumento da distância da fonte da radiação, isto é, do afastamento da

fonte, procedimento este que é normalmente seguido pelo pessoal

médico hospitalar especialistas em radiologia, e que operam com os

diversos equipamentos.

• Utilização de blindagem e de colimadores. A blindagem dos técnicos de

radiologia é obtida por meio da utilização de uma barreira protectora em

chumbo, na medida em que, devido à sua elevada densidade e ao seu

elevado número atómico, apresenta uma grande capacidade de

absorção de radiação ionizante. Adicionalmente, a utilização de aventais

em chumbo reduz os níveis de exposição às radiações de um factor

sensivelmente igual a 10. Quanto às salas de radiologia, a sua

blindagem é conseguida através da colocação de barreiras, com uma

disposição adequada às características da sala. Saliente-se que estas

barreiras são usualmente instaladas pelos próprios construtores dos

equipamentos médicos, na medida em que, na sua oferta comercial, a

instalação é realizada tipo “chave na mão”.

167

7.2.2. Radiologia a) Tubo de Raios X e Radiologia Convencional A imagiologia através de raios X processa-se com base na absorção da

radiação ionizante constituída por raios X, por parte dos tecidos do corpo

humano, dando origem a imagens formadas por sombras. Essa radiação é

gerada quando os electrões de alta energia são travados pela matéria, sendo,

na prática, produzida num tubo com a configuração exposta na figura 7.1. O

tubo de raios X é constituído por uma ampola de vidro evacuada, isto é, onde

se fez o vácuo, e onde se encontra um ânodo (eléctrodo positivo) e um cátodo

(eléctrodo negativo).

No cátodo geram-se electrões através de um filamento de tungsténio com uma

resistência eléctrica elevada, e que é aquecido a uma temperatura superior a

2200 oC, por meio de uma corrente eléctrica com uma intensidade de 4 A.

Esses electrões são acelerados em direcção ao ânodo devido à aplicação de

uma alta tensão eléctrica, de 30 kV a 150 kV, entre o ânodo e o cátodo,

chocando os electrões num alvo em tungsténio situado no ânodo, sendo assim

travados e originando então os raios X. Por sua vez, estes raios saem da

ampola através de uma janela em vidro transparente a esses raios, sendo

finalmente colimados por meio de placas de chumbo, com o objectivo de limitar

e dirigir o feixe.

Figura 7.1 – Esquematização de um tubo de raios X,

com todos os seus componentes físicos.

168

Para se aumentar o número de fotões de raios X gerados, é necessário

aumentar o número de electrões libertados do cátodo, o que se consegue, por

sua vez, através do aumento da intensidade da corrente eléctrica que circula

no filamento de tungsténio do cátodo. Adicionalmente, para se aumentar a

energia dos fotões deve-se aumentar a tensão eléctrica entre o ânodo e o

cátodo. Saliente-se que, quer a regulação da intensidade do feixe (corrente no

cátodo), quer a regulação da energia da radiação (tensão ânodo-cátodo), são

procedimentos definidos pela técnica de execução, em função de cada caso

concreto de diagnóstico.

Para se obter as imagens, os raios X atravessam completamente a zona do

corpo a ser observada, sendo a radiação absorvida em quantidades diferen-

ciadas consoante os tipos de tecido corporal. Contudo, a obtenção da imagem

não é directa, isto é, em tempo real, na medida em que tem que ser captada

através da impressão de uma película fotográfica sensível aos raios X, e que

terá que ser revelada posteriormente para poder então ser visualizada.

b) Fluoroscopia A fluoroscopia é uma técnica moderna de radiologia, que permite obter

imagens pelos mesmos princípios dos raios X, todavia, essas imagens não são

captadas em películas mas sim convertidas em luz visível através de um

intensificador de imagem, sendo mostradas num ecrã ou num monitor de raios

catódicos, em tempo real, isto é, instantaneamente enquanto decorre o exame.

Na figura 7.2 mostra-se fotograficamente um equipamento de fluoroscopia,

utilizado para exames gastro-intestinais, genito-urinários, e para radiografias de

rotina.

Um outro campo onde se utiliza a fluoroscopia é a cirurgia, na medida em que

se torna imprescindível visualizar em tempo real o decorrer das intervenções,

mostrando-se na figura 7.3 um equipamento de imagiologia, que permite não

só fazer o acompanhamento cirúrgico, mas também armazenar e visualizar as

imagens obtidas nos exames pré-operatórios. Por sua vez, na figura 7.4

mostra-se uma imagem fluoroscópica de uma intervenção cirúrgica ortopédica,

em que a reconstituição de uma fractura óssea se processou através da

introdução de uma prótese interna constituída por dois parafusos metálicos de

reforço.

169

Figura 7.2 – Equipamento Siemens de fluoroscopia, para exames

gastro-intestinais, genito-urinários, e para radiografias de rotina.

Figura 7.3 – Equipamento Siemens de fluoroscopia, para

acompanhamento imagiológico cirúrgico.

c) Radiografia Digital Este tipo de radiografia funciona com os mesmos princípios da fluoroscopia,

contudo as imagens finais, além de poderem ser visualizadas num ecrã são

também digitalizadas, podendo assim ser armazenadas na memória de um

computador, com a finalidade de poderem ser trabalhas, posteriormente à sua

obtenção através do exame radiológico. Este tipo de radiografia digital não

apresenta as limitações típicas dos pixels, associadas à Tomografia Compu-

170

torizada e à Ressonância Magnética, na medida em que as imagens não são

determinadas por computador mas sim obtidas directamente, apresentando

assim uma melhor resolução.

A única potencial limitação, facilmente resolúvel, diz respeito à memória de

armazenamento, que tem que ser bastante elevada.

Nas figuras 7.5 e 7.6 mostram-se dois equipamentos de radiografia digital, o

primeiro para aplicações gerais, e o segundo, para exames urológicos.

Figura 7.4 – Imagem fluoroscópica de uma intervenção cirúrgica

ortopédica, com a utilização de prótese intra-tecido ósseo.

Figura 7.5 – Equipamento Siemens para radiografia digital.

171

Figura 7.6 – Equipamento Siemens para radiografia digital urológica.

Quanto à angiografia digital de subtracção, o seu princípio de funcionamento é

similar ao da radiografia digital, contudo utiliza um contraste de elevada

absorção, que é injectado através de um cateter nos vasos sanguíneos que se

pretende que sejam analisados e estudados. Saliente-se que a angiografia

nasceu em 28 de Junho de 1927, quando o Prof. Egas Moniz realizou a

primeira arteriografia cerebral, após ter puncionado a carótida de um indivíduo

do sexo masculino, e, no ano seguinte, o Prof. Reynaldo dos Santos realizou a

primeira aortografia abdominal, através da punção directa da aorta, tendo

igualmente realizado as primeiras arteriografias periféricas. Nas figuras 7.7 e

7.8 mostram-se dois equipamentos de angiografia diagnóstica e de inter-

venção, respectivamente para aplicações vasculares e cerebrais.

7.2.3. Tomografia Computorizada Esta técnica de imagiologia funciona exactamente com base no mesmo prin-

cípio dos raios X tradicionais, sendo no entanto as imagens tratadas,

processadas e reconstruídas através de um computador, que permite converter

a informação obtida da radiação transmitida ao paciente em imagens sec-

cionais. Nesta tecnologia, um feixe fino de raios X é rodado em torno do eixo

de simetria da secção do paciente que se encontra a ser examinado, por

172

exemplo a cabeça, sendo a imagem reconstruída matematicamente a partir da

intensidade do feixe de radiação emitido, em função do ângulo de captação.

Evidentemente que essa reconstrução tem como suporte a utilização de

algoritmos informáticos bastante complexos, integrados nos respectivos

equipamentos.

Figura 7.7 – Equipamento Siemens de angiografia diagnóstica

e de intervenção vascular.

Figura 7.8 – Equipamento Siemens de angiografia diagnóstica

e de intervenção cerebral.

173

Inicialmente, com o advento desta técnica, conseguiam-se obter apenas

imagens axiais, ou então com ligeiros ângulos a partir da posição axial, daí a

designação antiga de Tomografia Axial Computorizada TAC. Presentemente,

com a utilização da TC Espiral, que varre um volume maior de partes do corpo

humano, é já possível obterem-se imagens noutros planos, daí que a

designação actual desta técnica seja apenas de Tomografia Computorizada

TC, mostrando-se na figura 7.9 um destes equipamentos.

Figura 7.9 – Equipamento Siemens de tomografia computorizada.

7.2.4. Ressonância Magnética Como é sabido, o corpo humano, sendo matéria, é constituído por átomos, dos

quais uma grande proporção é de hidrogénio, átomos estes que são consti-

tuídos, por sua vez, apenas por um protão e por um electrão giratório. Ou seja,

como se tem uma única carga positiva e uma única carga negativa, se se

atender ainda a que os núcleos atómicos rodam sobre si próprios, então esses

núcleos comportam-se como pequenos magnetos permanentes. Quando esses

pequenos magnetos permanentes são colocados sob a acção de um campo

magnético, alinham-se com esse campo e rodam em torno do seu eixo, isto é,

em torno das linhas de força do vector intensidade do campo magnético,

movimento este semelhante ao movimento de rotação de um pião, e que é

designado por precessão, dependendo a rapidez do movimento directamente

da intensidade do campo magnético.

174

Por outro lado, quando o campo magnético a que se submetem os núcleos de

hidrogénio apresenta uma frequência exactamente igual à frequência da sua

precessão, frequência essa que se encontra na banda das ondas de rádio, os

núcleos conseguem absorver a energia do campo, ou seja, dá-se um fenómeno

de ressonância, invertendo os núcleos o seu sentido de rotação, passando a

ficar alinhados em sentido contrário ao do campo magnético. Quando o campo

magnético de RF é desligado, os núcleos deixam de absorver energia do

campo magnético, passando então a ser eles próprios a emitir radiação,

radiação esta que é captada por uma antena que a transforma num sinal de

corrente eléctrica, que irá assim permitir a construção da imagem pretendida.

Saliente-se que cada tecido do corpo humano, devido à sua composição

química diferente e ao seu estado físico, reemite a radiação absorvida a uma

taxa diferente, denominada tempo de relaxação do tecido. A codificação

espacial necessária à obtenção das imagens resulta da utilização de

gradientes, isto é, de variações, da intensidade do campo magnético o que faz

com que cada núcleo tenha uma frequência de precessão única,

correspondente a uma determinada localização no tecido sob observação.

Como a reemissão da energia absorvida pelos núcleos de hidrogénio se

processa de uma forma exponencial e depende da temperatura dos tecidos e

da intensidade do campo magnético, e, além disso, como cada tecido

apresenta uma estrutura molecular e morfológica próprias, o tempo de

reemissão varia de tecido para tecido, o que permite obter imagens com um

contraste entre os vários tecidos observados.

Os avanços recentes no que respeita à velocidade de aquisição de sinais, com

a técnica de Imagem Eco Planar (Eco Planar Imaging EPI), permitem obter

imagens cardíacas em tempo real. Além da imagiologia pura, a RM permite a

obtenção de espectros químicos localizados, devido à variação da frequência

de precessão dos núcleos de hidrogénio inseridos em moléculas diferentes.

Atendendo a que, na RM, se têm núcleos submetidos a campos magnéticos, e

ainda a que esses núcleos absorvem radiação em ressonância, esta técnica de

imagiologia foi inicialmente designada com Ressonância Magnética Nuclear,

passando modernamente a ser nomeada apenas como Ressonância

Magnética, devido às conotações negativas do vocábulo nuclear.

175

É ainda de salientar que a RM se tem vindo a transformar na tecnologia de

eleição em imagiologia, devido não só às complexas técnicas que utiliza, mas

também pelo facto de permitir obter informações biológicas tanto anatómicas

como funcionais, nos domínios da angiografia, difusão, perfusão, e

funcionamento cerebral, sendo de momento a única técnica que permite a

caracterização química dos tecidos.

Na figura 7.10 apresenta-se um equipamento de ressonância magnética de

1,5 T. Note-se que, na prática, para que se consiga excitar os núcleos dos

átomos de hidrogénio, os campos magnéticos a utilizar nos equipamentos de

RM apresentam densidades de fluxo bastante elevadas, cujos valores norma-

lizados são 1,5 T e 3 T. Para que se tenha uma ideia desta ordem de grandeza,

as densidades de fluxo nos circuitos magnéticos de grandes máquinas eléctri-

cas situam-se entre 0,90 T e 0,95 T.

Figura 7.10 – Equipamento Siemens de ressonância magnética de 1,5 T.

Saliente-se que, apesar da TC e da RM resultarem da interferência da energia

com a matéria, as suas géneses são completamente diferentes, daí que seja

natural que as expressões iconográficas não apresentem quaisquer seme-

lhanças e, consequentemente, também as semiologias, que incluem como é

óbvio a interpretação, sejam também bastante diferentes. Por um lado, a TC

resulta da interferência entre a radiação ionizante X e a nuvem electrónica dos

átomos, enquanto que na RM essa interferência processa-se entre uma

176

radiação não-ionizante de rádio-frequência e os protões dos núcleos atómicos

do hidrogénio.

7.2.5. Medicina Nuclear Esta medicina é caracterizada pela utilização de metodologias complementares

de diagnóstico, minimamente invasivas, e que, para a sua execução, requerem

apenas uma simples administração intravenosa de um radiofármaco. Adicional-

mente, as doses de radiação absorvidas pelos pacientes são, de um modo

geral, similares ou inferiores às das técnicas radiológicas convencionais, com

raios X. A medicina nuclear, daí a sua designação, utiliza substâncias radio-

activas com fins diagnósticos ou, com menor frequência, com objectivos

terapêuticos. No caso da terapêutica, possibilita o tratamento por meio da

interacção que se estabelece entre o paciente e as radiações recebidas,

enquanto que, no caso das aplicações diagnósticas, as substâncias

radioactivas fornecem informações relativas ao comportamento biológico

através da detecção externa das radiações emitidas.

De um modo geral, as técnicas radiológicas dependem das alterações da

estrutura e da morfologia dos tecidos biológicos, para se detectar a existência

de anomalias e de doenças, enquanto que as imagens geradas pela técnica de

medicina nuclear, imagens essas designadas por cintigrafias, devem ser

interpretadas como imagens funcionais, que poderão desempenhar uma acção

importante na detecção precoce das doenças, na medida em que as

disfunções precedem as alterações morfológicas.

Os métodos radioisotópicos são baseados na utilização de traçadores

radioactivos cujo comportamento bioquímico e fisiológico é idêntico ao da

substância estável, e, sendo administrados em quantidades muito reduzidas,

não provocam mudanças nos processos fisiológicos, permitindo assim o estudo

das funções sem haver alteração dessas mesmas funções. A câmara gama,

que se mostra na figura 7.11, é o equipamento mais utilizado em medicina

nuclear, permitindo a obtenção de imagens planares e tomográficas. Esta

câmara é essencialmente constituída por um sistema de detecção de raios

gama – por exemplo, um cristal de iodeto de sódio activado com tálio –,

convenientemente colimado, assim como por outros dispositivos de

177

processamento dos impulsos eléctricos obtidos como consequência da

interacção das radiações gama com o cristal detector.

Figura 7.11 – Câmara gama de medicina nuclear Siemens,

com dois detectores e tecnologia SPECT – TC.

Além das funcionalidades tomográficas, as câmaras gama possibilitam igual-

mente o tratamento informático dos dados obtidos, permitindo a detecção, o

registo, a análise, e a quantificação das alterações que se verificam na

distribuição e troca de constituintes dos tecidos biológicos, em órgãos ou outras

regiões do corpo, em observação no exame nuclear. A exploração da

quantificação das alterações tem vindo a contribuir, de modo significativo, para

a valorização das aplicações clínicas deste tipo de medicina, como por

exemplo a ventriculografia de radionúclidos, a cintigrafia renal, e a

quantificação em Tomografia por Emissão Fotónica Simples (Single Photonic

Emission Computerized Tomography SPECT), e em Tomografia por Emissão

de Positrões (Positrons Emission Tomography PET). Na figura 7.12 mostra-se

um outro equipamento de medicina nuclear, com tecnologia PET – TC.

As imagens cintigráficas obtidas são não só funcionais, mas também

quantificativas, o que se traduz na obtenção de mais-valias no que respeita às

informações adicionais relacionadas com os processos fisiológicos. A obtenção

de imagens de um modo dinâmico possibilita a visualização dos movimentos

do traçador radioactivo, independentemente desses movimentos serem de

natureza passiva (circulação sanguínea, difusão), ou de natureza activa

(secreções, excreções).

178

A localização e a dinâmica das substâncias radioactivas administradas nos

tecidos biológicos encontram-se relacionadas com determinadas actividades e

funções biológicas, daí que se consigam obter imagens com informações

funcionais e anatómicas, em simultâneo.

A medicina nuclear tem-se vindo a desenvolver essencialmente devido aos

grandes progressos verificados nos sistemas de aquisição e processamento de

dados, englobando sinais e imagens.

Figura 7.12 – Equipamento de medicina nuclear Siemens,

com tecnologia PET – TC.

A tendência actual aponta para a adopção de equipamentos não só como

aquele que se mostra na figura 7.11, em que, através de um simples registo se

fundem imagens funcionais, obtidas por meio de uma câmara gama, com

imagens morfológicas, conseguidas através da Tomografia por Emissão

Fotónica Simples SPECT (sistema SPECT – TC), mas também da Tomografia

por Emissão de Positrões PET, utilizada em equipamentos como o que se

mostra na figura 7.12 (sistema PET – TC).

7.3. ANGIOGRAFIA DIAGNÓSTICA Esta técnica nasceu em 1927, com o Prof. Egas Moniz, mais tarde Prémio

Nobel da Medicina, ao realizar a primeira arteriografia cerebral e, no ano

seguinte, foi a vez do Prof. Reynaldo dos santos efectuar a primeira aortografia

179

abdominal. Todavia, foi só em 1953 que Seldinger desenvolveu um novo

método de angiografia por via percutânea transfemoral, o que representou um

passo muito significativo para o progresso e expansão deste meio de

diagnóstico.

Em termos evolutivos, a angiografia diagnóstica inicial continha unicamente

informações analógicas, ou seja, informações das imagens de uma forma

contínua, com a apresentação das várias áreas de enegrecimento, ao passo

que, na angiografia de subtracção digital as imagens analógicas são digita-

lizadas, isto é, tornadas descontínuas.

Neste processo de conversão, a imagem é, em primeiro lugar, gerada no

equipamento de televisão por meio de um intensificador de imagem, sendo

esta imagem analógica de vídeo digitalizada de seguida através de um

conversor analógico-digital, com a finalidade de ser memorizada e tratada por

computador.

Uma das primeiras imagens digitais obtidas, por conseguinte ainda antes da

injecção do líquido de contraste no paciente, irá servir de máscara, ou seja

como base de referência para as imagens seguintes a obter no exame. Essa

máscara é então subtraída das imagens subsequentes obtidas no exame,

portanto após a injecção do líquido de contraste, daí que se irá visualizar

apenas o percurso do vaso sanguíneo por onde circula o contraste.

É exactamente devido a esta subtracção que este meio de diagnóstico se

designa por angiografia de subtracção digital. Adicionalmente, a administração

intra-arterial do contraste iodado permite, através da sua concentração, que se

atinja um bom aproveitamento da intensificação electrónica do contraste na

geração das imagens, como se mostra na figura 7.13.

Comparativamente com a angiografia analógica de diagnóstico clássica, a

angiografia intra-arterial de subtracção digital apresenta o seguinte conjunto de

vantagens:

• Utilização de uma menor quantidade de líquido de contraste.

• Menor concentração do líquido de contraste.

• Possibilidade de se utilizarem cateteres de pequeno calibre.

• Custos de utilização mais reduzidos (número de películas, meios de

contraste, arquivos).

180

• Tempos de exame mais reduzidos, o que possibilita a realização de um

maior número de exames por unidade de tempo, rentabilizando mais

rapidamente o investimento com a aquisição do equipamento.

Figura 7.13 – Angiografia de subtracção digital da carótida.

Enquanto que a angiografia convencional era utilizada apenas na avaliação e

análise das estruturas vasculares e no diagnóstico de tumores no rim, fígado e

pâncreas, a moderna angiografia digital é aplicada no diagnóstico de:

• Lesões isquémicas.

• Lesões traumáticas.

• Hemorragias.

• Tumores.

• Anomalias vasculares congénitas.

• Transplantes.

• Aneurismas.

• Lesões venosas.

7.4. MAMOGRAFIA O cancro da mama representa actualmente a doença maligna que mais afecta

a mulher e, apesar da sua incidência ter vindo a aumentar, a taxa de morta-

lidade, que se manteve estável até 1995, encontra-se em decrescimento,

181

possivelmente devido à maior utilização do rastreio mamográfico, fruto das

campanhas de saúde pública que têm vindo a ser realizadas. De acordo com

estudos epidemiológicos realizados, as mulheres com idade compreendida

entre 40 e 49 anos deverão efectuar o rastreio anualmente, enquanto que,

acima dos 50 anos, esse rastreio deverá ser realizado bienalmente.

Em termos anatómicos, a base da mama adulta situa-se entre a 2ª e a 6ª

costelas, na linha clavicular média, e encontra-se quase totalmente sobre o

músculo grande peitoral, estendendo-se o tecido mamário desde o bordo

lateral do externo até à linha axilar anterior e à axila. Por outro lado, a

espessura da pele situa-se entre 0,5 mm e 2 mm, encontrando-se, imedia-

tamente por baixo dela, a fáscia superficial que divide a mama em duas regiões

– região superficial e região profunda. Adicionalmente, a glândula é fixa à

fáscia e aos músculos peitorais por meio dos ligamentos de Cooper, que são

cordões fibrosos que se estendem da derme profunda ao tecido mamário

subjacente. Macroscopicamente, a mama é formada por 15 a 20 segmentos ou

lobos, incluindo cada lobo os lóbulos e os ductos excretores que drenam,

através do ducto lactífero, no mamilo.

Em termos de composição geral, os seios apresentam-se em quatro padrões:

• Mama adiposa, que é essencialmente hipertransparente.

• Mama com densidades fibroglandulares dispersas, e que apresentam

uma densidade intermédia.

• Mama com tecido mamário denso e heterogéneo.

• Mama com tecido mamário muito denso. Este padrão, assim como o

anterior, é caracterizado pela hipotransparência, que faz diminuir a

sensibilidade da mamografia no que respeita a detecção de pequenas

lesões, o que justifica a realização de estudos clínicos complementares,

através da recorrência à ultrassonografia (ecografia).

Saliente-se que o padrão mamário varia não só com a idade mas também com

o estado hormonal da mulher, apresentando as mulheres em idade jovem uma

densidade elevada, enquanto que, na idade pós-menopausa e na ausência de

terapêutica hormonal, a mama tem características adiposas.

A utilização da radiologia no diagnóstico mamário teve o seu início em 1913,

quando o médico cirurgião alemão Albert Salomon realizou a primeira mamo-

182

grafia. A partir dessa data, e devido à complexidade técnica deste tipo de

exame clínico, a sua imagiologia específica tem vindo a sofrer uma evolução

tecnológica notável, existindo actualmente equipamentos bastante complexos

que permitem efectuar todo o tipo de exames, com uma minúcia e um grau de

precisão elevadíssimos.

A mamografia continua a ser, ainda hoje, o meio de diagnóstico gold standard,

como afirma a Doutora Isabel Ramos, Professora Catedrática da Faculdade de

Medicina da Faculdade do Porto, no estudo das patologias mamárias. Contudo,

apesar da elevadíssima sofisticação dos equipamentos existentes, a qualidade

do exame depende ainda bastante da utilização mais adequada desses

equipamentos, assim como da experiência de quem realiza o exame.

Na figura 7.14 mostra-se um equipamento moderno de mamografia, digital, que

permite a visualização de imagens em tempo real, o diagnóstico de eventuais

anomalias, a realização de biopsias, e o processamento e tratamento posterior

das imagens obtidas. É caracterizado ainda pela sua elevada resolução não só

espacial mas também do contraste das imagens, e possui um tubo de raios X

construído com o ânodo em tungsténio e molibdénio, que assegura uma dose

de radiação cerca de 50 % inferior à dos equipamentos de raios X conven-

cionais.

Figura 7.14 – Equipamento Siemens de mamografia digital.

Além disso, como se esquematiza na figura 7.15, a intensidade do feixe de

raios X adapta-se automaticamente ao padrão mamário, aumentando assim o

rigor dos exames, tornando-os menos dependentes das intervenções dos

183

radiologistas. Após um exame mamográfico, em primeiro lugar deve-se avaliar

a qualidade desse exame e, em seguida, efectuar os seguintes procedimentos

clínicos:

• Determinar a composição geral da mama.

• Analisar a existência ou não de lesões.

• Confirmar se a(s) lesão(ões) é(são) reais.

• Localizar essas lesões, se de facto existirem.

Figura 7.15 – Regulação automática da intensidade do feixe

de raios X em função do padrão mamário.

7.5. TOMOGRAFIA COMPUTORIZADA A tomografia computorizada (TC), resulta da evolução tecnológica natural da

imagiologia radiológica convencional baseada nos raios X que, devido à sua

elevada energia, tem a capacidade de atravessar corpos e objectos. A TC foi

inicialmente descrita em 1973 por Godfrey Hounsfield, investigador dos labora-

tórios Thorn-EMI, num artigo científico publicado na revista inglesa British

Journal of Radiology, e consiste na reconstrução, através de métodos computa-

cionais, dos dados obtidos por varrimentos sucessivos de uma mesma região

do corpo humano, com radiação X, com uma alteração sucessiva das posições

relativas entre o feixe da radiação e o objecto em exame. Por conseguinte, as

imagens assim obtidas representam, cada uma delas, um corte localizado, ou

seja, uma fatia axial, com uma espessura compreendida entre 1 mm e 10 mm,

daí a designação inicial desta técnica – Tomografia Axial Computorizada

184

(TAC). Para melhor compreensão, apresenta-se na figura 7.16 uma imagem no

plano axial do tórax.

Figura 7.16 – Corte de TC no plano axial do tórax.

Em termos de blocos funcionais, os equipamentos de TC são normalmente

constituídos pelos seguintes módulos:

• Gerador de alta tensão, para a alimentação ânodo-cátodo do tubo

gerador de raios X.

• Conjunto mesa/gantry, estando o tubo de raios X, os sistemas de

detecção da radiação, e os conversores analógico-digitais inseridos no

gantry.

• Computador, que assegura a gestão de todo o sistema assim como o

processamento digital dos dados recolhidos.

• Consola de operação e de visualização das imagens.

• Sistema de armazenamento das imagens.

Os equipamentos actuais encontram-se equipados com 600 a 800 detectores

dispostos lado a lado, e emitem feixes de radiação em leque, o que evita a

existência de movimento de translação e torna mais rápida a aquisição de

dados. Além disso, para cobrirem toda a área do corpo humano sujeita a

exame tomográfico, dispõem de um sistema de rotação síncrono “tubo de raios

X – detectores”, ou de outro sistema alternativo, em que os detectores estão

fixos, girando apenas o tubo. Já nos anos 90 do século passado, foram

disponibilizados equipamentos com mais um grau de liberdade, em que, asso-

185

ciado ao movimento rotativo síncrono “tubo – detectores”, se tem igualmente o

movimento longitudinal incremental da mesa onde se encontra o paciente, o

que permite a aquisição de dados de uma forma contínua – aquisição helicoidal

–, como se esquematiza na figura 7.17.

Figura 7.17 – Aquisição de dados helicoidal.

Atendendo a que esta aquisição é realizada em modo contínuo ao longo de

uma espiral, os dados obtidos deixam de ter uma distribuição plana, ou seja,

bidimensional, mas sim volumétrica, isto é, tridimensional. Esta técnica permite

assim que, além da reconstrução clássica em cortes bidimensionais fatia a

fatia, sejam ainda possíveis outras reconstruções, como a SSD (Surface

Shaded Display), a MIP (Maximum Intensity Projection), e a mIP (minimum

Intensity Projection), conseguindo-se assim a representação de superfícies

sombreadas em volume e profundidade (SSD), assim como a representação de

estruturas com um valor de voxel acima (MIP) ou abaixo (mIP) de um

determinado limiar previamente seleccionado pelo radiologista.

Para melhor entendimento, veja-se seguidamente quais os conceitos de pixel e

de voxel. Para isso, considere-se a figura 7.18, em que se tem uma matriz de

imagem (corte), com uma dada espessura e constituída por um determinado

número de elementos rectangulares.

Esta imagem genérica corresponde, grosso modo, à imagem reconstruída

computacionalmente num equipamento de TC, sendo assim formada por um

conjunto bidimensional de elementos – os elementos rectangulares –, que são

designados por pixels (aglutinação de picture element), tendo cada um deles

186

um valor codificado para a sua representação numa escala a preto e branco. O

pixel representa a base rectangular de um elemento de volume paralelepipedal,

designado por voxel, correspondendo a altura desse paralelepípedo à

espessura da imagem.

Figura 7.18 – Matriz de imagem (corte) obtida na TC.

A Tomografia omputorizada posiciona-se, em conjunto com a Ressonância

Magnética, na moderna imagiologia, permitindo a disponibilização das imagens

obtidas nos exames e o seu armazenamento digital, para que, posteriormente,

possam ser processadas e enviadas electronicamente, sem perda de

qualidade. Uma área de diagnóstico onde a TC se destaca são os estudos das

estruturas vasculares, clinicamente designados por angio-TC, na medida em

que representam uma associação da angiografia com a tomografia, sendo de

salientar que a angio-TC é actualmente a técnica de diagnóstico do

tromboembolismo pulmonar.

Apesar de, actualmente, o peso da RM como técnica diagnóstica em termos

morfológicos suplante a TC, sem dúvida que a TC resolve bastantes problemas

clínicos que exigem uma resposta imediata e pouco onerosa, em relação à

imagiologia.

Além disso, existem situações clínicas exequíveis apenas por recorrência à TC,

como sucede com as lesões ósseas e as calcificações, praticamente não

identificáveis na RM. Por conseguinte, pode-se afirmar que a TC e a RM são

técnicas de imagiologia complementares.

187

7.6. RESSONÂNCIA MAGNÉTICA A par da Tomografia Computorizada, a Ressonância Magnética é a técnica de

imagiologia que tem experimentado um dos maiores desenvolvimentos nos

últimos anos, sendo a não utilização de radiação electromagnética ionizante

assim como a sua excelente resolução espacial e de contraste, as suas

principais vantagens.

Como é do conhecimento geral, o corpo humano contém, na sua composição,

uma percentagem muito significativa de água, ou seja, os átomos de hidrogénio

são os que existem em maior número no corpo. Estes átomos são, por sua vez,

constituídos apenas por um electrão, que tem carga eléctrica negativa, e por

um núcleo onde existe também apenas um protão, que possui carga eléctrica

positiva. Adicionalmente, o núcleo roda sobre si próprio, isto é, possui um spin,

criando assim um pequeno campo magnético o que faz com que o protão seja

semelhante a um pequeno magneto. Quando se submete o paciente à acção

de um campo magnético, gerado através de uma onda de rádio-frequência, os

protões giram em torno do seu eixo, movimento de rotação esse que se

designa por precessão e cuja frequência depende da intensidade do campo

magnético aplicado. Ao mesmo tempo, os protões irão alinhar-se com o campo,

em paralelo ou em antiparalelo, existindo mais protões na primeira situação, na

medida em que se trata de um nível menos energético, conduzindo à formação

de um campo magnético do próprio paciente, e que apresenta uma direcção

longitudinal em relação à direcção do campo exterior.

Quando a onda magnética de RF tem a mesma frequência da precessão

protónica, dá-se um fenómeno de ressonância, e os protões absorvem energia,

saindo assim do nível de menor energia (paralelo), para o nível de energia mais

elevada (antiparalelo), diminuindo desse modo a magnetização longitudinal. Ou

seja, surge uma nova magnetização, transversal à direcção do campo ma-

gnético aplicado externamente.

No passo seguinte, quando se desliga a radiação de RF externa, dá-se um

aumento da magnetização longitudinal, uma vez que os protões vão perdendo

a energia acumulada, regressando ao nível de menor energia. Esta relaxação

longitudinal, que traduz o retorno progressivo dos núcleos ao seu estado

natural à medida que vão libertando a energia acumulada, é descrita através de

uma constante temporal T1 – tempo de relaxação –, que é tanto menor quanto

188

mais eficiente for essa libertação energética e vice-versa, sendo de salientar o

facto dos tecidos adiposos, isto é, a gordura, apresentar o menor tempo de

relaxação.

A variação da magnetização transversal, que depende do grau de mobilidade

entre moléculas, é descrita pelo tempo de relaxação T2, que é tanto maior

quanto mais elevada for a mobilidade e vice-versa. No caso da água, como a

mobilidade das suas moléculas é elevada, o tempo T2 é relativamente longo.

No que respeita aos tecidos biológicos, os que são ricos em colagénio, fibras, e

proteínas, apresentam um T1 baixo/intermédio, e um T2 baixo, enquanto que

os tecidos ricos em água, como por exemplo o edema, as inflamações, as

necroses, os quistos, as hemorragias, os tumores, têm um T1 baixo e um T2

elevado.

Por conseguinte, patologias diferentes poderão apresentar sinais similares,

como por exemplo um edema e um tumor, e, por outro lado, o mesmo processo

patológico pode apresentar características de sinal diferentes, se houver

alguma alteração nos tecidos. Por exemplo, se houver uma alteração da

composição e estrutura de um tecido, como sucede com o aparecimento de

tumores num tecido são, o sinal também se altera, permitindo assim a detecção

da anomalia tecidular.

A combinação da RM com a angiografia, isto é, com a administração de

contraste, nomeadamente de quelatos de gadolínio, permite aumentar a

capacidade de detecção e de caracterização das lesões, sendo estes

contrastes de administração bastante segura e sem contra-indicações,

mostrando-se na figura 7.19 uma angio – RM da aorta abdominal.

Apesar das grandes potencialidades e dos progressos notáveis da RM, a sua

utilização está contra-indicada na presença de material ferromagnético e em

pacientes que tenham pacemakers implantados, mesmo estando inactivos.

Note-se que, em pacemakers activos, o campo magnético aplicado pelo equi-

pamento de RM provoca interferências electromagnéticas nos circuitos ele-

ctrónicos do pacemaker, podendo conduzir não só ao aparecimento de

frequências de funcionamento diferentes, mas também à sua imobilização, com

consequências muito graves. Por outro lado, devido ainda às linhas de força do

campo magnético de RM, tanto a estrutura metálica do pacemaker, activo ou

inactivo, assim como as próteses metálicas ferromagnéticas, serão sede de

189

forças electromotrizes geradas com base na lei de indução de Faraday, que,

por sua vez, darão origem a correntes de Foucault, que são correntes de curto-

-circuito de elevada intensidade, provocando aquecimentos muito perigosos

nos tecidos biológicos circundantes.

Figura 7.19 – Angio – RM, de uma prótese da aorta abdominal, com

aquisição volumétrica ponderada em T1, e com contraste de gadolínio.

A RM utiliza-se na imagiologia do sistema nervoso central, do tórax, do

abdómen, da pélvis, do sistema músculo-esquelético, e em angiologia, sendo

previsível que, além da realização de exames morfológicos, seja possível a

realização de estudos funcionais.

7.7. OBSERVAÇÕES FINAIS. ECOGRAFIA Para melhor compreensão dos assuntos expostos nos Capítulos 6 e 7, relati-

vamente às aplicações terapêuticas e às aplicações médicas dos campos

electromagnéticos, apresenta-se no quadro 7.1 um resumo de todas as

técnicas que se apresentaram, assim como as respectivas bases físicas. Nos

textos anteriores, não se expôs o princípio físico de uma outra aplicação

médica de imagiologia, que é a ecografia, na medida em que o seu

funcionamento se baseia apenas nas ondas sonoras, mais concretamente nos

ultrassons.

190

Técnicas Bases físicas

Aplicações terapêuticas

Estimulação Magnética Transcraniana Campo magnético

Estimulação Eléctrica Óssea, por Eléctrodos (invasiva)

Campo eléctrico

Estimulação Eléctrica Óssea Capacitiva Campo eléctrico

Estimulação Eléctrica Óssea Magnética Campo magnético

Tratamento por Hipertermia Rádio-frequência

Ablação de Rádio Frequência, por Eléctrodos (invasiva)

Rádio-frequência

Radioterapia Oncológica Fotões/radiação gama

Terapia de Partículas Protões de hidrogénio, iões de carbono

Aplicações médicas em imagiologia

Radiografia Raios X

Fluoroscopia Raios X

Imagiologia Cirúrgica Raios X

Angiografia Raios X

Tomografia Computorizada Raios X

Ressonância Magnética Rádio-frerquência

Medicina Nuclear SPECT-TC e PET-TC / Câmara Gama

Raios X, raios gama

Mamografia Raios X

Urologia Raios X

Quadro 7.1 – Aplicações terapêuticas e aplicações médicas em imagiologia,

dos campos electromagnéticos.

Contudo, para se terminar este capítulo, apresenta-se uma descrição desta

aplicação, dada a sua elevada importância na medicina actual.

A ecografia, também designada por imagiologia de ultrassons, é uma técnica

de diagnóstico por imagem baseada no fenómeno da interacção entre ultras-

sons e tecidos biológicos, ou seja, baseada na reflexão de ultrassons que se

propagam no corpo. Os ultrassons utilizados em ecografia têm uma frequência

superior a 20 kHz, ou seja, superior ao limite de frequência audível pelo ouvido

humano, sendo gerados através do fenómeno piezoeléctrico, isto é, de con-

versão de impulsos eléctricos em impulsos mecânicos e vice-versa. A

191

velocidade do feixe ultrassónico depende do material atravessado (quadro 7.2),

e os ecos gerados a partir das diferentes interfaces entre os tecidos,

encontradas no trajecto desse feixe, retornam ao equipamento num intervalo

de tempo que é proporcional à sua penetração na área em estudo.

Tecidos Velocidades (m/s)

Ar 340

Gordura 1450

Água 1540

Rim 1560

Sangue 1570

Músculo 1585

Cristalino 1620

Osso 3200

Metais > 4000

Quadro 7.2 – Velocidade dos ultrassons em diversos tecidos.

A imagem ecográfica é assim constituída pelos efeitos acústicos derivados da

interacção entre a onda sonora e o tecido biológico. Na ecografia diagnóstica, a

frequência de emissão acústica apresenta os seguintes valores típicos:

• 2 MHz – estudos cardíacos, transcranianos, e abdominais profundos.

• 3,5 MHz – exames abdominais e pélvicos.

• 5 MHz – exames abdominais e endocavitários.

• 10 MHz – avaliação de estruturas superficiais, que incluem os vasos

sanguíneos, e os tecidos moles, e exames endoscópicos.

• Até 20 MHz e frequências superiores – estudos da pele, olhos e vasos

sanguíneos.

Os ultrassons, ao propagarem-se no interior do corpo humano, são reflectidos

em cada interface entre dois tecidos, sendo uma parte da onda que é

transmitida e outra que é reflectida.

No quadro 7.3 mostra-se as percentagens da energia reflectida de uma onda

acústica ultrassonora, que incide perpen-dicularmente à interface entre

diversos tecidos biológicos e, para finalizar, apresenta-se na figura 7.20 um

192

equipamento de ecografia, e na figura 7.21 uma ecografia tridimensional do

rosto de um bebé no ventre materno.

Interface Músculo Fígado Sangue Osso

Músculo ----- 0,02 0,1 41

Fígado 0,02 ----- 0,02 42

Sangue 0,1 0,02 ----- 43

Gordura 1,1 0,8 0,6 49

Quadro 7.3 – Percentagem da energia reflectida de uma onda de ultrassons.

Figura 7.20 – Equipamento Siemens de ecografia.

Figura 7.21 – Imagem ecográfica de um bebé em gestação.

193

7.8. TECNOLOGIA TERAHERTZ A radiação Terahertz, isto é, com uma frequência da ordem de grandeza do

THz (1 THz = 1012 Hz), situa-se entre a radiação de microondas e a luz infra-

vermelha, conforme se mostra no espectro de frequências da figura 7.22,

ocupando a banda compreendida entre 0,3 THz e 20 THz. Esta região é, por

vezes, designada por espaço THz (THz – gap), e representa uma das últimas

bandas daquele espectro a ser explorada e investigada.

Figura 7.22 – Distribuição das aplicações terapêuticas da energia

electromagnética no espectro das frequências.

194

Esta radiação é não-ionizante, e tem vindo a ser objecto de investigação no

sentido da sua aplicação médica em imagiologia, na medida em que os níveis

da energia fotónica são reduzidos (1 – 12 meV), não se verificando desse

modo a possibilidade da existência de danos nas células, que se limitarão

apenas, quando muito, aos efeitos térmicos generalizados – é, por

conseguinte, uma radiação não carcinogénica. Por exemplo, a energia dos

fotões dos raios X situa-se na gama do keV, ou seja, sensi-velmente um milhão

de vezes mais elevada

A imagiologia clínica baseada na tecnologia terahertz apresenta algumas

vantagens relativamente a outras técnicas de imagiologia, uma vez que

providencia a obtenção de informação temporal e espectroscópica, que permite

desenvolver imagens tomográficas tridimensionais, enquanto que as micro-

ondas e os raios X produzem apenas imagens com densidades diferentes. As

respostas dos materiais biológicos – rotação, vibração e translação (moléculas,

radicais, e iões) – quando sujeitos à radiação THz, permitem obter informações

imagiológicas que se encontram ausentes nas imagens geradas por raios X e

por ressonância magnética, atendendo a que aquela radiação consegue

penetrar facilmente no interior da maioria dos materiais dieléctricos, os quais

são opacos à luz visível e com pouco contraste aos raios X.

Adicionalmente, a radiação THz apresenta um elevado grau de penetração.

Contrariamente aos raios X, é uma radiação não-ionizante; contrariamente aos

ultrassons, as imagens são obtidas sem contacto com os tecidos, e,

comparativamente com a radiação infravermelha, a sua profundidade de

penetração é mais elevada. Além disso, a deposição de energia nos tecidos

biológicos é bastante menor que as das outras técnicas citadas.

Uma das grandes esperanças no que respeita à generalização do uso desta

moderna técnica de imagiologia, consiste na detecção precoce de doenças e

de anomalias. As suas primeiras utilizações, por volta de 2003, foram a

detecção de cáries dentárias e a examinação da pele para se avaliar a

amplitude e a profundidade de queimaduras. Mais recentemente, tem sido

aplicada na detecção e análise da extensão de carcinomas na subderme. Além

da sua vocação para a detecção rigorosa de tumores na pele, como as ondas

THz podem penetrar em plásticos e em tecidos (panos e trapos), pode ainda

195

ser utilizada para detectar objectos escondidos, bem como gases tóxicos e

explosivos.

Entre os desafios actuais que se colocam para tornar a imagiologia THz mais

prática e acessível como aplicação médica da energia electromagnética, situa-

-se o desenvolvimento e aperfeiçoamento de guias de onda que permitam

dirigir a radiação, de uma forma precisa, em direcção ao alvo pré-seleccionado.

Quanto às suas desvantagens, são as seguintes:

• Como a água e outros líquidos apresentam uma elevada taxa de

absorção à radiação THz, esta situação limita a sensibilidade e a

imagiologia de tecidos ricos em água, e inibe praticamente a

transmissão em modo de imagem através de tecidos densos e

espessos.

• A instalação de um equipamento THz carece de um espaço consi-

derável, sobretudo devido ao gerador laser ultrarápido.

• O elevado custo do gerador laser, situado entre 70 mil e 140 mil euros,

poderá impedir a generalização desta técnica.

196

BIBLIOGRAFIA

1. Livros

[1] – John D. Kraus, “Electromagnetics”. McGraw-Hill International Editions, Electrical Engineering Series, fourth edition, New York, USA, 1991.

[2] – Riadh W. Y. Habash, “Electromagnetic Fields and Radiation. Human Bioeffects and Safety”. Marcel Dekker, Inc., New York, USA, 2002.

[3] – João Martins Pisco (coordenador), “Imagiologia Básica. Texto e Atlas”. Lidel – edições técnicas, Lisboa, Setembro de 2003.

[4] – Peter Stavroulakis (editor), “Biological Effects of Electromagnetic Fields”. Springer-Verlag, Berlin, Germany, 2003.

[5] – Frank S. Barnes, Ben Greenebaum (editores), “Biological and Medical Aspects of Electromagnetic Fields”. CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, Florida, USA, 2007.

[6] – Frank S. Barnes, Ben Greenebaum (editores), “Bioengineering and Biophysical Aspects of Electromagnetic Fields”. CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, Florida, USA, 2007.

[7] – Riadh W. Y. Habash, “Bioeffects and Therapeutic Applications of the Electromagnetic Energy”. CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, Florida, USA, 2008.

[8] – Carlos M. P. Cabrita, “Efeitos Biológicos dos Campos Electroma-gnéticos e da Radiação”. Edição do autor, Universidade da Beira Interior, Covilhã, 2008.

Como se pode constatar, esta bibliografia encontra-se ordenada por ordem

crescente do ano de publicação e, para o mesmo ano, por ordem alfabética do

primeiro nome dos autores. A estrutura deste nosso livro de apoio, no que

respeita aos conteúdos e às imagens e esquemas inerentes a todos os seus

capítulos baseia-se essencialmente na ref. [8], complementando-a. A referência

[1], que constitui desde sempre uma obra clássica do electromagnetismo, é

bastante importante no que concerne ao estudo dos campos electro-

magnéticos, incluindo o campo magnético terrestre e a distribuição electro-

magnética na atmosfera, tendo contribuído para a escrita dos capítulos 1 e 2.

As referências [2] e [7], que consideramos serem duas excelentes obras de

referência no domínio dos efeitos biofísicos e das aplicações terapêuticas dos

197

campos electromagnéticos, contribuíram acentuadamente para a elaboração

dos capítulos 1, 3, 4, 5, e 6.

Quanto às referências [4], [5] e [6], contêm diversos trabalhos de investigação

extremamente importantes, tendo contribuído para a elaboração dos capítulos

2 e 6, no que concerne respectivamente aos campos eléctricos e magnéticos

externos e internos nos tecidos biológicos, e às aplicações médicas e tera-

pêuticas da energia electromagnética. Por sua vez, a ref. [3], que é uma

excelente obra de referência no domínio da imagiologia médica, foi essencial

para a elaboração do capítulo 7, tendo nós utilizado diversas figuras existentes

no seu conteúdo. Finalmente, importa referir que os livros [2], [4], [5], [6] e [7]

apresentam um conjunto notável, e em grande quantidade, de referências

bibliográficas que incluem livros, artigos científicos, e relatórios médicos.

2. Internet

[1] – Siemens Medical Worldwide, http://www.medical.siemens.com

[2] – General Electric, http://www.ge.com/index.htm

A multinacional alemã Siemens, do sector eléctrico e electrónico, é actualmente

o maior construtor mundial de equipamentos de electromedicina, sendo de

grande importância consultar esta sua página na Internet, na medida em que

representa uma fonte de conhecimentos extremamente completa e elucidativa

sobre as aplicações médicas em imagiologia e terapêutica. A informação

recolhida foi essencial para a elaboração de parte do capítulo 6 assim como do

capítulo 7, não só em termos de texto escrito mas também das imagens

ilustrativas. Adicionalmente, a empresa multinacional norte-americana General

Electric, considerada a segunda maior empresa a nível mundial, é também um

importante construtor de equipamentos de electromedicina. Apesar da sua

gama não ser tão completa como a da multinacional alemã, torna-se igual-

mente imprescindível a consulta à sua página na Internet.

Com base em Habash [2] e [7], apresenta-se seguidamente uma listagem de

revistas científicas especializadas na investigação dos efeitos biofísicos dos

campos electromagnéticos, assim como uma relação de diversos organismos

estrangeiros, relacionados com este tema.

198

3. Revistas Científicas

Advances in Electromagnetic Fields in Living Systems

American Journal of Epidemiology

American Journal of Public Health

Annals of Biomedical Engineering

Bioelectromagnetics

Biomedical Radioelectronics

Biophysical Journal

British Medical Journal

Cancer Causes and Control

Compliance Engineering

Computers in Biology and Medicine

Electromagnetic Fórum

Epidemiology

EPRI Journal

Health Physics

IEEE Proceedings in Medicine and Biology Magazine

IEEE Transactions on Antenna and Propagation

IEEE Transactions on Biomedical Engineering

IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility

IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques

International Journal of Radiation Biology

Journal of Biological Chemistry

Journal of Comparative Physiology

Journal of Microwave Power

Journal of the American Medical Association

199

Journal of Theoretical Biology

Nature

New England Journal of Medicine

Physical Review

Physics Today

Proceedings of the National Academy of Sciences

Public Health

Radiation Research

Science

The Cancer Journal

Transmission and Distribution World

Wirelesseurope

4. Organismos Estrangeiros

Organismos Países Endereços na internet

Califórnia EMF Program USA www.dnai.com/~emf/

Coghill Research Laboratories Ltd

UK www.congresslab.demon. co.uk/

Electric Words Australia www.electric-words.com/

EM Bioprotection USA www.emxgroup.com/

EM Facts Consultancy Austrália www.tassie.net.au/emfacts/

EMF Effects USA www.thwww.com/mrwizard/ wizardEMF.HTM

EMF Guru USA www.emfguru.com/

EMF/RFR Bioeffects and Public Policy

USA www.wave-guide.org/

F.A.C.T.S. USA www.flipag.net/nopoles/

200

FEB Suécia www.feb.se/

Frequently Asked Questions on Cell Phone Antennas and Human Health

USA www.mcw.edu/gcrc/cop/cell-phone-health-FAQ/toc.html

Frequently Asked Questions on Power Lines and Cancer

USA www.mcw.edu/gcrc/cop/powerlines-cancer-FAQ/toc.html

Frequently Asked Questions on Static Electromagnetic Fields and Cancer

USA www.mcw.edu/gcrc/cop/static-fields-cancer-FAQ/toc.html

International EMF Project Suíça www.who.ch/emf/

Less EMF USA www.lessemf.com/emf-news.html

Microwave News USA www.microwavenews.com/

NEFTA USA kato.theramp.net/nefta/

NRPB UK www.nrpb.org.uk/

OSHA USA www.osha-slc.gov/SLTC/ radiofrequencyradiation/

Powerwatch UK www.powerwatch.org.uk/

Radiation and Health Physics USA www.umich.edu/~radinfo/

RF Safe USA www.rfsafe.com/

RF Safety Program USA www.fcc.gov/oet/rfsafety/

SARData USA www.sardata.com/

SARTest UK www.sartest.com/

201

ANEXO. REGULAMENTOS DE SEGURANÇA

A.1. FREQUÊNCIAS EXTREMAMENTE REDUZIDAS De acordo com o espectro de frequências, existem dois tipos de campos

electromagnéticos, classificados em função da gama de frequências. O

primeiro tipo compreende as frequências extremamente reduzidas, situadas

entre 0 (corrente contínua) e 3 kHz, e é designado usualmente na literatura

técnica de expressão anglófona por ELF field, isto é, Extremely Low Frequency

field. Quanto ao segundo tipo, compreende as frequências reduzidas, situadas

entre 3 kHz e 30 kHz, e é comummente denominapo de VLF field, ou seja, Very

Low Frequency field.

Neste nível de frequências, o campo eléctrico e o campo magnético podem-se

manifestar em simultâneo ou então separadamente, como se ilustra nos

seguintes exemplos, tendo em atenção que o vector intensidade do campo

eléctrico se encontra associado à tensão eléctrica, enquanto que o vector

intensidade do campo magnético está directamente relacionado com a inten-

sidade da corrente eléctrica e com os materiais magnéticos:

• No caso de uma catenária em tracção eléctrica ferroviária, se se

encontrar sob uma tensão de 25 kV, mas em vazio, isto é, sem corrente

eléctrica a circular, nas suas imediações existirá unicamente campo

eléctrico.

• Na presença de uma máquina eléctrica a funcionar em vazio, isto é,

praticamente sem corrente eléctrica, tem-se apenas, na sua vizinhança,

um campo magnético, devido à influência do fluxo magnético gerado no

seu circuito ferromagnético.

• Nas imediações de um magneto permanente, uma vez que não existe

corrente eléctrica, tem-se igualmente apenas a influência de um campo

magnético.

• Na vizinhança de linhas áreas de alta tensão, por exemplo a 400 kV, em

que os seus cabos se encontram em carga, isto é, percorridos por

correntes eléctricas, por exemplo 1500 A, existe a influência simultânea

de um campo eléctrico e de um campo magnético. O mesmo sucede

com os condutores em instalações eléctricas de baixa tensão.

202

Por conseguinte, o ser humano encontra-se quase permanentemente exposto

à influência de campos electromagnéticos, devidos não só aos próprios electro-

domésticos existentes nas zonas residenciais mas também às linhas de

transporte de energia em alta e muito alta tensão. Nesta última situação,

sucede que, por um lado, os campos eléctricos apresentam uma intensidade

reduzida, mas, por outro, devido às elevadas intensidades de corrente, os

campos magnéticos são já significativos. Adicionalmente, se bem que os

campos eléctrico e magnético se possam manifestar em simultâneo, os

potenciais efeitos nefastos para os tecidos biológicos encontram-se bastante

mais relacionados com a exposição aos campos magnéticos que aos campos

eléctricos, daí que, na prática, a atenção esteja muito mais concentrada para a

influência associada aos campos magnéticos. Esta situação deve-se a que a

blindagem aos campos magnéticos seja difícil de obter, e à sua facilidade em

penetrarem facilmente nos tecidos biológicos e no interior de edifícios e

habitações, contrariamente aos campos eléctricos, que apresentam uma

elevada dificuldade de penetração na pele humana.

Uma norma de segurança é um documento normalmente elaborado por um

grupo de reconhecidos especialistas na área, oriundos não só do tecido

industrial mas também do sector académico, com investigação desenvolvida e

reconhecida na área de elaboração dessa norma. Esse documento deverá

explicitar, relativamente ao assunto a que diz respeito, determinados níveis,

designados por níveis de segurança, que têm como objectivo assinalar que, por

exemplo, acima desses níveis existe risco para a saúde humana. É o caso da

exposição a campos electromagnéticos, em que as normas, os regulamentos, e

as linhas orientadores de segurança indicam os níveis máximos de exposição,

acima dos quais poderão ocorrer riscos para a saúde. Como tal, a elaboração

deste tipo de documentação pressupõe os seguintes passos:

• Identificação dos perigos.

• Leitura e análise sistemática e exaustiva de toda a documentação cien-

tífica existente.

• Selecção do nível de exposição mais adequado, abaixo do qual o meio

envolvente se poderá considerar seguro, isto é, isento dos perigos iden-

tificados.

203

No caso da exposição a campos electromagnéticos, note-se que o nível

máximo de exposição representa não uma linha exacta de separação entre

perigo e segurança, mas sim um possível risco para a saúde humana, que é

tanto mais elevado quanto maior for o afastamento por excesso em relação

àquele nível. Saliente-se que as incertezas e indefinições inerentes à activi-

dade das agências de normalização para conseguirem, de uma forma o mais

consensual e segura possível, definir os níveis máximos de exposição mais

aconselháveis em locais ocupacionais (locais de trabalho) e em locais

residenciais, têm sido devidas à ausência de mecanismos de interacção,

reconhecidos cientificamente, entre saúde humana e campos electro-

magnéticos. Por conseguinte, atendendo a que não existe uma linha exacta de

separação entre risco e segurança, é usual na prática associar os níveis

máximos de exposição recomendados, a um factor de segurança, também

designado por factor de incerteza.

Os primeiros regulamentos foram elaborados na União Soviética, em 1975,

contudo a norma que conseguiu reunir um consenso mais alargado foi

composta pelo Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), em 1991,

norma essa aprovada em 1992 pelo American National Standards Institute

(ANSI), com a referência ANSI C95.1-1992. Esta norma de segurança

recomenda que a exposição média para cada período de seis minutos e para

cada secção do corpo humano não deverá exceder 0,614 kV/m para campos

eléctricos e 163 A/m (205 μT) para campos magnéticos. O objectivo destes

níveis consiste em manter as intensidades das correntes induzidas no corpo

humano bastante inferiores ao valor mais baixo correspondente à corrente de

excitação das células electricamente excitáveis.

Além desta norma, outras instituições de outros países têm vindo a trabalhar,

há já bastante tempo, no sentido de estabelecerem a sua própria regulamen-

tação de segurança. É o caso da Austrália, através do Australian Radiation

Laboratory (ARL) e do National Health and Medical Research Council (NH &

MRC), do Canadá, da Commonwealth of Massachusetts, da República Federal

Alemã (FRG), da North Atlantic Treaty Organization (NATO), da United States

Air Force (USAF), e da União Soviética (USSR). No quadro A.1, para todos

estes regulamentos, mostram-se os níveis de segurança relativos à exposição

a campos magnéticos em áreas ocupacionais (locais de trabalho) e em áreas

204

públicas, indicando-se, dentro de parêntesis, as datas de publicação e entrada

em vigor dos regulamentos de segurança discriminados.

Instituição / País Níveis de exposição (μT)

Locais ocupacionais

Locais públicos

ANSI/IEEE (1992/1991) 205 205

Austrália: NH & MRC (1989) 500 100

Canadá (1989) 5,01 2,26

Com. of Massachusetts (1986) 1,99 -----

FRG (1986) 314 314

NATO (1979) 3,27 -----

USAF (1987) 1,99 1,99

USSR (1985) 1760 -----

Quadro A.1 – Normas de segurança e limites de exposição para campos magnéticos,

adoptados por diferentes organismos e países.

Como se constata, ao observar-se o quadro, os valores diferem signifi-

cativamente de país para país – por exemplo, 1760 µT na União Soviética

contra apenas 1,99 µT no Massachusetts, nos Estados Unidos –, devendo-se

essas disparidades exactamente à situação de não existir ainda uma justi-

ficação científica universalmente comprovada e aceite no que respeita aos

mecanismos de interacção entre os campos electromagnéticos e os sistemas

biofísicos. Contudo, a maioria da regulamentação existente foi elaborada com

base no que é actualmente reconhecido como válido cientificamente, no que

respeita a esses mecanismos de interacção.

Além dos organismos referidos anteriormente, outros mais têm vindo a encarar

a elaboração de regulamentação nesta área, como é o caso da American

Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH), do National

Radiological Protection Board (NRPB) no Reino Unido, da International

Commission on Nonionizing Radiation Protection (ICNIRP), do Swedish

Radiation Protection Institute, da Health Canada, e da Australian Radiation

Protection and Nuclear Safety Agency (ARPANSA), mostrando-se no quadro

A.2 diversos valores de níveis máximos recomendados para o campo magné-

tico, em locais públicos e ocupacionais.

205

Ano: Norma Limites de exposição

1992/1991: ANSI/ IEEE 205 μT ----------

1993: NRPB 1600 μT a 50 Hz 1330 μT a 60 Hz

----------

1998: ICNIRP 83,3 μT em locais públicos

420 μT em locais ocupacionais

1999: Suécia em terminais de computador

ELF (5 Hz – 2 kHz): ≤ 0,2 μT

VLF (2 kHz – 400 kHz): ≤ 0,025 μT

----------

1999: Safety Code 6 (USA) 2,75 μT em locais públicos

6,15 μT em locais ocupacionais

2002: ARPANSA 3 kHz – 100 kHz: 6,1 μT em locais públicos

3 kHz – 100 kHz: 31,4 μT em locais ocupacionais

Quadro A.2 – Normas de segurança e limites de exposição para campos magnéticos,

adoptados por diferentes organismos.

A.1.1. Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE Como se referiu anteriormente, o Institute of Electrical and Electronic Engineers

(IEEE), estabeleceu uma norma em 1991, norma essa aprovada em 1992 pelo

American National Standards Institute (ANSI), com a referência ANSI C95.1-

-1992. Esta norma de segurança recomenda que a exposição média para cada

período de seis minutos e para cada secção do corpo humano não deverá

exceder 0,614 kV/m para campos eléctricos e 163 A/m (205 μT) para campos

magnéticos. O objectivo destes níveis consiste em manter as intensidades das

correntes induzidas no corpo humano bastante inferiores ao valor mais baixo

correspondente à corrente de excitação das células electricamente excitáveis.

A.1.2. National Radiological Protection Board NRPB Este organismo britânico estabeleceu recomendações acerca dos níveis

máximos do campo eléctrico e do campo magnético, para as frequências de 50

Hz e de 60 Hz, sem distinção entre locais ocupacionais e locais públicos em

geral, como se mostra no quadro A.3. Os níveis aconselhados foram

estabelecidos com base nas correntes induzidas no corpo humano, de

206

elevadas intensidades, não sendo relevantes para as preocupações da opinião

pública relativamente ao desenvolvimento de doenças cancerígenas e outras

anomalias de saúde. As limitações impostas resumem-se a uma densidade de

corrente de 10 mA/m2 induzida na cabeça e no tronco.

Gama de frequências Campo eléctrico (kV/m)

Campo magnético (µT)

50 Hz 12 1600

60 Hz 10 1330

Quadro A.3 – Limites de exposição para campos eléctricos e campos magnéticos,

recomendados pela regulamentação do NRPB.

A.1.3. International Commission on Nonionizing Radiation Protection ICNIRP Em 1989, o International Radiation Protection Association (IRPA) aprovou,

interinamente, as linhas de conduta relativas à exposição a campos electro-

magnéticos de reduzidíssima frequência, preparadas pela sua International

Commission on Nonionizing Radiation Protection (ICNIRP), estando os limites

recomendados expostos no quadro A.4, para a frequência de 50 Hz.

Exposição Campo eléctrico (kV/m)

Campo magnético (µT)

Locais ocupacionais

Dia inteiro 10 0,5

Período curto (2 horas/dia) 30 5

Membros (braços/pernas) ----- 25

Locais públicos

Dia inteiro 5 0,1

Poucas horas diárias 10 1

Quadro A.4 – Limites de exposição para campos eléctricos e campos magnéticos,

a 50 Hz, recomendados pelos organismos internacionais IRPA/ICNIRP.

Saliente-se que estas recomendações resultaram de um trabalho de

cooperação com a World Health Organization (WHO), assim como com o

United Nations Environment Program (UNEP), sendo o seu objectivo a

prevenção das correntes eléctricas induzidas nas células, assim como a

207

estimulação nervosa, que é sabido ocorrerem com níveis de campos eléctricos

e magnéticos tipicamente superiores aos que se verificam em áreas

residenciais e ocupacionais.

É de notar que os limites apresentados foram estipulados unicamente para se

evitarem riscos imediatos, não tendo sido considerados os riscos inerentes a

exposições prolongadas, mesmo de nível reduzido, daí que, em Abril de 1998,

o ICNIRP reviu as suas normas, passando a recomendar, para locais públicos

em geral, um limite de 100 μT para 50 Hz, e 84 μT para 60 Hz, enquanto que,

para os locais ocupacionais, os limites passaram a ser de 500 μT a 50 Hz e

420 μT a 60 Hz. Por sua vez, as normas australianas adoptaram as linhas de

conduta do ICNIRP, sendo de 0,5 μT o limite para locais ocupacionais, para

uma exposição de 8 horas, e acima de 5 μT para 2 horas de exposição. Para

outros locais, o limite recomendado é de 0,1 μT.

A.1.4. Normas Suecas A Suécia tem sido um dos líderes no estudo e desenvolvimento de regula-

mentação respeitante à ergonomia visual e às emissões de campos electro-

magnéticos em relação aos monitores de computadores (VDTs). A Direcção

Nacional para a Saúde e Segurança Ocupacional e o Instituto Sueco de

Protecção contra Radiações, MPR – Mät-och Provningsrådet –, foram encarre-

gues da tarefa de investigar a necessidade da existência de regulamentação e

das consequências da introdução de ensaios obrigatórios de VDTs, tendo sido

introduzidos em 1987, de forma não obrigatória, procedimentos de ensaios. O

método imposto, designado por MPR-I, especificava um máximo de 0,05 µT

para campos magnéticos de muito baixa frequência, na gama entre 1 kHz e

400 kHz, a 50 cm de afastamento directo dos ecrãs.

Todavia, como esse método foi considerado como sendo embaraçoso e difícil

de avaliar, em Julho de 1991 foi criado um novo método, designado por

MPR-II, que especifica níveis máximos inferiores a 0,25 µT para as emissões

provenientes de campos magnéticos de reduzidíssima frequência na banda de

5 Hz a 2 kHz (banda 1), e máximos inferiores a 0,025 µT para as emissões de

campos magnéticos de muito baixa frequência na banda de 2 kHz a 400 kHz

(banda 2).

208

Este método engloba igualmente normativas relativas à ergonomia visual

(focagem, distorção de caracteres, tremura do ecrã), emissão de raios X,

potencial electrostático, descargas electrostáticas, e campos eléctricos sinu-

soidais.

Adicionalmente, a Confederação Sueca de Trabalhadores TCO, que representa

mais de um milhão de empregados, considera que deveriam ser adoptados

limites mais restritivos, da ordem de 0,2 µT para as emissões de campos

magnéticos extremamente reduzidos, a 30 cm da parte da frente dos ecrãs e a

50 cm das restantes estrutura dos monitores, sendo a justificação baseada no

facto de que níveis superiores a esse valor poderiam estar associados ao

aumento do risco de cancro, assim como de que os utilizadores de compu-

tadores normalmente têm a sua cabeça, mãos e tórax a menos de 50 cm de

distância. Note-se que as normas TCO mais recentes incluem também linhas

de conduta relativas a consumos de energia, iluminância, tremura do ecrã, e

utilização do teclado. Em termos resumidos, no quadro A.5 expõem-se os

limites recomendados pelo MPR-II assim como pelo TCO, não só no que

respeita a campos eléctricos mas também a campos magnéticos.

Gama de frequências MPR-II TCO

Campos eléctricos

Campos estacionários ± 500 V ± 500 V

ELF (5 Hz – 2 kHz) ≤ 25 V/m ≤ 10 V/m

VLF (2 kHz – 400 kHz) ≤ 2,5 V/m ≤ 1 V/m

Superiores a 400 kHz ----- -----

Campos magnéticos

ELF (5 Hz – 2 kHz) ≤ 0,25 µT ≤ 0,2 µT

VLF (2 kHz – 400 kHz) ≤ 0,025 µT ≤ 0,025 µT

Superiores a 400 kHz ----- ----- ELF – campos eléctricos e campos magnéticos de reduzidíssima frequência

VLF – campos eléctricos e magnéticos de muito baixa frequência

Quadro A.5 – Normas de segurança e limites de exposição para campos eléctricos

e campos magnéticos, utilizados na Suécia.

É de salientar que alguns especialistas questionam a validade do limite de

0,025 µT para as emissões de campos magnéticos de muito baixa frequência,

justificando a sua posição no facto de que estes campos contêm muito mais

209

energia que as emissões de campos magnéticos de reduzidíssima frequência.

Esses especialistas mostram que, se os níveis de indução são utilizados para

medir a quantidade de energia da radiação, então o nível de 0,25 µT para

campos de reduzidíssima frequência corresponde a um nível de 0,001 µT para

campos de muito baixa frequência.

A.1.5. Normas Alemãs De acordo com a Lei Federal de Controlo da Poluição, os limites para os

campos eléctricos e magnéticos para sistemas de transporte de energia

eléctrica de tensão igual ou superior a 1000 V, são respectivamente 5 kV/m e

100 μT, para a frequência de 50 Hz, e 10 kV/m e 300 μT para a frequência de

16 2/3 Hz, utilizada nas linhas ferroviárias electrificadas. Em determinadas

circunstâncias, especificadas nas normas, os limites para as densidades de

fluxo podem ser excedidos em 100 % em períodos de curta duração, o mesmo

sucedendo no que respeita aos limites dos campos eléctricos dentro de áreas

reduzidas.

A.1.6. American Conference of Governmental Industrial Hygienists ACGIH Nos Estados Unidos não existem ainda normas governamentais sobre a

exposição a campos eléctricos e magnéticos, contudo, alguns estados têm as

suas próprias linhas de conduta relativamente aos níveis de exposição a

campos eléctricos nos terrenos circundantes de linhas aéreas de transporte de

energia, a 60 Hz, em relação aos quais os proprietários dessas linhas aéreas

têm garantia de direitos de construção não só de linhas mas também de

centrais e de subestações (terrenos concessionados, designados como rights-

of-way ROW na literatura técnica americana).

Por outro lado, somente os estados de New York e da Florida fixaram os níveis

máximos para exposição a campos magnéticos entre 15 μT e 25 μT, nos

limites daqueles terrenos concessionados (edge of ROW), mostrando-se os

níveis adoptados nos quadros A.6 e A.7. Estas recomendações tiveram como

objectivo assegurar que as futuras linhas de transporte de energia não exce-

deriam esses limites.

Quanto aos restantes estados têm sido relutantes em estabelecer limites

devido às incertezas inerentes a esses próprios limites.

210

Estados Campo eléctrico (kV/m)

ROW Edge of ROW

Florida 8 (1) 10 (2)

2

Minnesota 8 -----

Montana 7 (3) 1

New Jersey ----- 3

New York 11,8 11 (4)

7 (3)

1,6

Oregon 9 -----

(1) – para linhas aéreas em duplo circuito (69 – 230 kV) (2) – para linhas aéreas com um único circuito (500 kV)

(3) – limite máximo para passagens aéreas superiores sobre as linhas (4) – para linhas de 500 kV, em determinados ROW

Quadro A.6 – Limites de exposição para campos eléctricos, utilizados em alguns

estados dos Estados Unidos.

Estados Campo magnético (edge of ROW) (µT)

Florida 15 (1)

20 (2)

25 (3)

New York 20 (4)

(1) – para linhas aéreas em duplo circuito (69 – 230 kV) (2) – para linhas aéreas com um único circuito (500 kV)

(3) – para linhas de 500 kV, em determinados ROW (4) – para linhas de tensão superior a 230 kV

Quadro A.7 – Limites de exposição para campos magnéticos, utilizados

nos estados da Florida e de New York.

Um organismo independente norte-americano, a American Conference of

Governmental Industrial Hygienists (ACGIH), recomenda um limite de 614 V/m

para exposição a campos eléctricos nos locais ocupacionais, para uma gama

de frequências situada entre 30 kHz e 3000 kHz, e 205 μT para campos

magné-ticos entre 30 kHz e 100 kHz. Como complemento, expõe-se no quadro

A.8 os limites recomendados por esse organismo, para campos eléctricos e

magnéticos a 60 Hz, em locais ocupacionais, sendo de destacar a preocu-

pação com a saúde de trabalhadores com pacemakers cardíacos.

211

Frequência de 60 Hz Campo eléctrico (kV/m)

Campo magnético (µT)

Limites máximos 25 1

Trabalhadores com pacemakers

≤ 1 0,1

Quadro A.8 – Limites de exposição para campos eléctricos e campos magnéticos,

nos locais ocupacionais, recomendados pelo organismo americano ACGIH.

A.1.7. Restrições A maioria dos limites expostos nas normas, recomendações, e linhas de orien-

tação atrás apresentados são baseados nos mecanismos de interacção, já

estudados e reconhecidos cientificamente, entre os campos electromagnéticos

ELF e VLF e os tecidos biológicos, tendo os efeitos observados correspondido

à excitação de nervos e músculos, induzida por campos electromagnéticos.

Até à data, a restrição básica associada aos limites de exposição recomen-

dados como seguros tem sido especificada em termos dos valores respeitantes

às densidades de corrente induzidas como sendo a grandeza principal de

aferição da interacção entre os campos electromagnéticos e o corpo humano,

muito mais que os valores da intensidade dos campos eléctricos internos.

Este critério tem como fundamento o facto de se conseguir avaliar muito mais

facil-mente as densidades de corrente que as intensidades dos campos

eléctricos.

Todavia, alguns investigadores sugerem que devem ser os valores das intensi-

dades dos campos eléctricos internos a utilizar como factor restritivo em futuras

regulamentações a elaborar.

Note-se que os campos eléctricos internos, sejam estacionários ou variáveis no

tempo, originam a circulação de correntes nos tecidos, enquanto que, com a

exposição a campos magnéticos têm-se duas situações distintas: se os

campos forem estacionários, não haverá correntes induzidas, contudo se os

campos forem variáveis no tempo, então existirão essas correntes. Adicio-

nalmente, quer os campos eléctricos quer os campos magnéticos, sejam eles

estacionários ou variáveis no tempo, interagem directamente com os sistemas

eléctricos biológicos, como sucede com o cérebro, o coração, o sistema

nervoso, e os músculos.

212

Um aspecto interessante e actual, que tem vindo a atrair a atenção do público e

dos meios de comunicação social, diz respeito à exposição a linhas aéreas de

transporte de energia eléctrica, com a especulação habitual criada e

alimentada por quem desconhece inteiramente toda a problemática científica

da interacção entre campos eléctricos e magnéticos e os tecidos biológicos.

Como tal, no sentido de desmistificar todas as situações criadas, sem colocar

em causa os potenciais riscos inerentes à exposição a campos electro-

magnéticos, apresentam-se seguidamente alguns factos concretos:

• A intensidade dos campos eléctricos internos é extremamente mais

reduzida, na ordem de 3 x 10-8 como se demonstrou no capítulo 2, em

relação à intensidade dos campos eléctricos gerados directamente pelas

linhas, daí que a sua influência, a curtas distâncias das linhas, se possa

considerar praticamente nula.

• Na vizinhança muito próxima das linhas, a densidade de fluxo pode

atingir 10 μT para linhas de 380 kV e 30 μT para linhas de 765 kV, e 40

μT junto a subestações e centrais eléctricas. Em termos comparativos, é

possível encontrar valores da ordem de 130000 μT em locais ocupa-

cionais, e 60 μT nos assentos de carruagens em comboios eléctricos.

• É possível encontrar densidades de fluxo de 24 μT em ROW de linhas

aéreas, e valores bastante mais elevados, superiores a 100 μT, nos

corredores situados no solo imediatamente acima de cabos enterrados.

• Todavia, como a propagação das ondas electromagnéticas é bastante

mais atenuada através do solo, a 30 m de linhas aéreas de alta tensão

podem-se encontrar valores de 4 μT, e de 1 μT ou menos de cabos

subterrâneos.

• Apesar dos cabos representarem-se um risco potencial muito inferior ao

das linhas aéreas, em zonas um pouco afastadas, não representa uma

boa solução alternativa. Ou seja, atendendo à diferença de custos – 2:1

a 11 kV e 20:1 ou mais para 400 kV – é preferível escolher convenien-

temente o traçado das linhas aéreas.

213

A.2. RADIAÇÃO DE RÁDIO-FREQUÊNCIA O conceito de segurança, assim como de norma de segurança, no que respeita

aos riscos à exposição de radiações electromagnéticas, requer uma análise

bastante aprofundada, devido ao facto, por um lado, de não se conhecerem

ainda em pormenor quais os mecanismos de interacção entre essas radiações

e os tecidos humanos e, por outro, por serem contraditórios, em muitas

situações, os resultados obtidos a partir de estudos humanos e epide-

miológicos.

Presentemente, existem já bastantes normas de segurança e linhas de conduta

quanto aos limites máximos de exposição a radiações de RF (rádio-frequência),

em ambientes industriais, todavia, a elaboração de regulamentação de

segurança para todos os tipos de exposição, e para todo o espectro de

frequências de RFR (radiação de rádio-frequência), não seria prático nem será

provável que alguma vez seja estabelecida. Além disso, existem ainda muitas

questões relacionadas com os parâmetros principais das radiações de RF, tais

como a intensidade do campo, a duração de exposição, os efeitos da pulsação

das ondas, a geometria das zonas expostas, e as técnicas de modulação, que

requerem respostas concretas para que se possam definir quais os níveis de

radiação acima dos quais poderão ocorrer riscos graves para a saúde. Por

conseguinte, não é possível afirmar conclusivamente que a segurança à

exposição a radiações esteja assegurada através da regulamentação e das

normas existentes. Devido a esta situação, todos os organismos de

normalização têm em conta uma margem relativamente larga de segurança, no

sentido de, ao definirem os limites máximos de exposição, seja considerada

aquela incerteza quantitativa.

Os Estados Unidos, Canadá, União Europeia, Rússia, e a Ásia-Pacífico, assim

como algumas organizações internacionais, já elaboraram regulamentação e

normas de segurança em relação aos efeitos das radiações RF, em número

relativamente elevado, por contemplarem vários factores, como se verá segui-

damente, tais como a frequência, a duração da exposição, a massa do corpo, e

a periodicidade da exposição. Por exemplo, nos Estados Unidos são vários os

organismos governamentais e não governamentais, que têm vindo a elaborar

ou a participar na elaboração de regulamentação, tais como a American

National Standard Institute (ANSI), o Institute of Electrical and Electronic

214

Engineers (IEEE), o National Council on Radiation Protection and Measurement

(NCRP), a Occupational Safety and Health Administration (OSHA), o National

Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH), a American Conference of

Governmental Industrial Hygienists (ACGIH), a Food and Drug Administration

(FDA), a Environmental Protection Agency (EPA), a Federal Communications

Commission (FCC), o Department of Defense (DOD), e a National

Telecommunications and Information Administration (NTIA). Saliente-se, por

outro lado, que estas normas são constantemente revistas e actualizadas, em

função do aparecimento de novos dados, tornados públicos, que resultam de

estudos científicos e epidemiológicos.

As aplicações de rádio-frequência ocorrem numa vasta gama de frequências.

Por exemplo, a transmissão de radiodifusão em AM faz-se na banda 5 – 16

kHz, em FM na banda 76 – 109 kHz, enquanto que as bandas de 58 – 132 kHz

e 8,8 – 10,2 MHz são utilizadas em sistemas de identificação de rádio-frequên-

cia, de vigilância, e em outros dispositivos de segurança. Por outro lado, as

comunicações celulares e pessoais utilizam frequências entre 800 MHz e 2

GHz, as comunicações sem fios funcionam até 5 GHz, e as microondas a 2,45

GHz. Adicionalmente, as interacções entre as radiações de rádio-frequência e

os sistemas biológicos manifestam-se nos níveis molecular, sub-celular,

celular, nos órgãos, assim como na totalidade do corpo humano.

Biologicamente, os efeitos da RFR são classificados em três níveis: 1) efeitos

de nível elevado (efeitos térmicos), 2) efeitos de nível intermédio (efeitos atér-

micos), e 3) efeitos de nível reduzido (efeitos não térmicos).

Ainda em relação à regulamentação que se apresenta, são utilizadas usual-

mente diversas grandezas para se explicitar os respectivos limites máximos de

exposição: densidade de fluxo magnético para campos estáticos e VLF,

densidade de corrente para frequências até 10 MHz, taxa de absorção

específica SAR para frequências até 10 GHz, e densidade de potência para

frequências entre 10 GHz e 300 GHz.

A.2.1. Norma ANSI/IEEE C95.1 Estas normas de segurança têm sido as mais utilizadas nos Estados Unidos,

tendo o seu historial remontado a 1940, quando das preocupações sentidas

relativamente aos militares norte-americanos que operavam frequentemente

215

com equipamentos de radar, durante a segunda guerra mundial. Na década de

1950, e de acordo com dados empíricos, os cientistas atribuíram um factor de

segurança com o valor 10, baseado numa exposição de 0,1 W/cm2, e tendo em

conta um peso médio masculino de 70 kg e uma área de exposição de 3000

cm2, tendo este último valor sido corrigido, mais tarde, para 20000 cm2, assim

como o valor da taxa de exposição, para 10mW/cm2, valor esse que

representou a base para a recomendação C95.1, de 1966.

Saliente-se que, em 1954, a General Electric recomendava para a densidade

de potência de exposição o valor de 1 mW/cm2, enquanto que, em 1958, essa

mesma empresa subiu esse nível para 10 mW/cm2.

A.2.2. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 1966 Esta norma fixou para a densidade de potência o limite de 10 mW/cm2, para a

protecção e segurança da saúde pública, sendo a gama de frequência de 10

MHz a 100 GHz. Quanto ao tempo médio de exposição contemplado, é de 6

minutos.

A.2.3. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 1974

Esta recomendação resultou da actualização da C95.1 – 1966, com alterações

mínimas, tendo o tempo médio de exposição para radiação contínua sido remo-

vido, e considerado apenas um tempo médio de exposição para campos modu-

lados, fixado nos mesmos 6 minutos. Os limites para o campo eléctrico e para

o campo magnético, na gama de frequência entre 10 MHz e 300 MHz são,

respectivamente, de 200 V/m e 0,5 A/m, sendo a densidade de potência corres-

pondente igual a 250 W/m2. Para frequências inferiores a 10 MHz, o limite de

exposição recomendado é de 10 mW/cm2.

A.2.4. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 1982

Esta norma baseou-se integralmente nos efeitos térmicos das radiações, para

uma gama de frequências entre 10 MHz e 100 GHz, sendo os níveis de

exposição recomendados de 10 mW/cm2, para uma duração superior a 6

minutos, e de 100 mW/cm2, para uma duração de 6 minutos.

O limite de 10 mW/cm2 foi reduzido, em 1981, para 1 mW/cm2, na gama de

frequências entre 30 MHz e 300 MHz, sendo ainda recomendado que a taxa de

216

absorção específica não ultrapasse 8 W/kg, e a taxa de potência média

depositada, para todo o corpo, não seja superior a 0,42 W/kg. Estes valores

baseiam-se nas densidades de potência expostas no quadro A.9, na gama

entre 3 MHz e 100 GHz. Por outro lado, no que respeita à densidade de

potência incidente, os níveis permissíveis são 1 mW/cm2 a 150 MHz, 1,5

mW/cm2 a 450 MHz, e 2,75 – 2,83 mW/cm2 para frequências entre 824 MHz e

850 MHz (banda utilizada em sistemas de telecomunicações celulares).

Frequência (MHz)

Campo eléctrico (V2/m2)

Campo magnético (A2/m2)

Densidade de potência (mW/cm2)

0,3 – 3,0 400000 2,5 100

3,0 – 30 4000 x (900/f 2) 0,025 x (900/f 2) 900/f 2

30 – 300 4000 0,025 1,0

300 – 1500 4000 x (f/300) 0,025 x (f/300) f/300

1500 - 100000 20000 0,125 5,0

f – frequência, em MHz

Quadro A.9 – Níveis de segurança recomendados pela norma

ANSI/IEEE C95.1 – 1982.

A.2.5. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 1992

De acordo com esta norma, os limites máximos permissíveis de exposição são

dependentes da frequência e do tipo de local, como se mostra no quadro A.10.

Como se pode constatar, os níveis mais baixos de exposição a campos elé-

ctricos ocorrem a frequências entre 30 MHz e 300 MHz, e de exposição a

campos magnéticos, entre 100 MHz e 300 MHz. Por outro lado, em locais

ocupacionais, o campo eléctrico máximo ocorre entre 30 MHz e 300 MHz, com

uma densidade de potência de 1 mW/cm2, enquanto que, para locais públicos,

e para essa mesma gama de frequências, o seu valor é bastante mais reduzido

(27,5 V/m contra 61,4 V/m), sendo a densidade de potência igualmente mais

baixa (0,2 mW/cm2 contra 1,0 mW/cm2). Adicionalmente, no quadro A.11

mostram-se os níveis máximos recomendados para correntes induzidas por

radiação de RF, nos pés de pessoas imersas em campos RF, ou em pessoas

directamente em contacto com objectos carre-gados electricamente, como por

exemplo veículos ou grades metálicas, para uma gama de frequências entre 3

217

kHz e 100 MHz, e para locais ocupacionais e locais públicos, sendo de

salientar que a corrente máxima de contacto é igual à corrente máxima

induzida em cada pé, para ambos os locais, o que, aliás, é pertinente.

Frequência (MHz)

Campo eléctrico

(V/m)

Campo magnético

(A/m)

Densidade de potência (mW/cm2)

Tempo médio de exposição

(min)

Locais ocupacionais

0,003 – 0,1 614 163 100 6

0,1 – 3,0 614 16,3/f 100 6

3,0 – 30 1824/f 16,3/f 900/f 2 6

30 – 100 61,4 16,3/f 1,0 6

100 – 300 61,4 0,163 1,0 6

300 – 3000 ----- ----- f/300 6

3000 – 15000 ----- ----- 10 6

15000 - 300000 ----- ----- 10 616000/f 1,2

Locais públicos

0,003 – 0,1 614 163 100 6

0,1 – 1,34 614 16,3/f 100 6

1,34 – 3,0 823,8/f 16,3/f 180/f 2 f 2/3

3,0 – 30 823,8/f 16,3/f 180/f 2 30

30 – 100 27,5 158,3/f 1,668 0,2 30

100 – 300 27,5 0,0729 0,2 30

300 – 3000 ----- ----- f/1500 30

3000 – 15000 ----- ----- f/1500 90000/f 2

15000 - 300000 ----- ----- 10 616000/f 1,2

f – frequência, em MHz

Quadro A.10 – Níveis de segurança recomendados pela norma

ANSI/IEEE C95.1 – 1992.

Esta regulamentação de segurança também especifica uma intensidade do

campo eléctrico com o valor de 100 kV/m como sendo o limite máximo de

exposição permitido (LME), em locais ocupacionais, para radiação RFR por

impulsos, na gama de frequências situada entre 0,1 GHz e 300 GHz. Para um

impulso de duração inferior a 100 ms, nessa gama de frequências, o valor de

pico da LME é definido através da seguinte expressão:

218

( )(s) impulso do duração5

(s) exposição de médio tempo×

×=LMELME pico

Para séries de mais de 5 impulsos, ou para uma duração dos impulsos superior

a 100 ms, a expressão anterior tomará a forma:

( )5

(s) exposição de médio tempo(s) impulso do duração ×=∑ × LMELME pico

Frequência (MHz)

Corrente máxima em ambos os pés

(mA)

Corrente máxima em cada pé

(mA)

Corrente máxima de contacto

(mA)

Locais ocupacionais

0,003 – 0,1 2000f 1000f 1000f

0,1 - 100 200 100 100

Locais públicos

0,003 – 0,1 900f 450f 450f

0,1 - 100 90 45 45

f – frequência, em MHz

Quadro A.11 – Níveis de segurança recomendados pela norma

ANSI/IEEE C95.1 – 1992, para correntes RF induzidas

e de contacto, no corpo humano.

A.2.6. Norma ANSI/IEEE C95.1 – 2005 Esta norma, que é a mais utilizada nos Estados Unidos da América, tem vindo

a sofrer alterações sucessivas, sendo a última versão datada de 2005. Nesta

última revisão, bastante completa, recomenda-se um limite máximo de 0,08

W/kg para a taxa de absorção específica média para a totalidade do corpo

humano, em locais públicos, e 2 W/kg a 4 W/kg para algumas partes do corpo,

como sejam os membros superiores e inferiores. Em termos de densidade de

potência, os limites recomendados são 2 W/m2 na banda 30 – 400 MHz, 2 a 10

W/m2 na banda 400 – 2000 MHz, e 10 W/m2 acima de 2000 MHz.

A.2.7. Relatório NCRP nº 86 – 1986 Este relatório, designado por Biological Effects and Exposure Criteria for Radio

Frequency Electromagnetic Fields, foi elaborado pelo National Council on

219

Radiation Protection and Measurements, que é um organismo suportado pelo

Congresso dos Estados Unidos, criado com a finalidade de desenvolver

documentação e recomendações de segurança, relativamente aos efeitos das

radiações ionizantes e não-ionizantes. Apresenta os resultados de uma

avaliação extensiva da literatura disponível sobre os efeitos biológicos dos

campos RF, apresentando-se no quadro A.12 os respectivos limites

recomendados, baseados num valor máximo de SAR de 8 W/kg para

exposição ocupacional, e um quinto desse valor, ou seja, 1,6 W/kg, para o

público em geral. Este factor numérico, 1/5, é obtido considerando-se 168

horas por semana de exposição para o público em geral, e 40 horas por

semana de exposição em locais ocupacionais.

Frequência (MHz)

Campo eléctrico

(V/m)

Campo magnético

(A/m)

Densidade de potência (mW/cm2)

Corrente de contacto

(min)

Locais ocupacionais

0,3 – 1,34 614 163 100 200

1,34 – 3,0 614 1,63 100 200

3,0 – 30 1824/f 4,89/f 900/f 2 200

100 – 300 61,4 0,163 1,0 -----

300 – 1500 f54,3 106/f f/300 -----

1500 - 100000 194 0,515 5,0 -----

Locais públicos

0,3 – 1,34 614 1,63 100 200

1,34 – 3,0 823,8/f 2,19/f 180/f 2 200

3,0 – 30 823,8/f 2,19/f 180/f 2 200

100 – 300 27,5 0,0729 0,2 -----

300 – 1500 f59,2 238/f f/1500 -----

1500 - 100000 106 0,23 1,0 -----

f – frequência, em MHz

Quadro A.12 – Níveis de segurança recomendados pelo relatório NCRP nº 86.

A.2.8. Relatório NCRP nº 86 – 1993 Este relatório, designado por A Practical Guide to the Determination of Human

Exposure to Radiofrequency Fields, foi desenvolvido como um guia para as

220

pessoas que são responsáveis pela determinação das exposições a radiação

RF, com menos conhecimentos sobre os seus princípios e práticas.

Comparando os limites de densidade de potência impostos pelas recomen-

dações ANSI e NCRP, uma das poucas diferenças reside no facto dos limites

NCRP serem mais restritivos a altas frequências, por exemplo acima de 1,5

GHz. Por conseguinte, nas unidades industriais são seguidos os limites ANSI,

enquanto que o público favorece mais as recomendações NCRP.

A.2.9. Normas ACGIH Estas normas, elaboradas pelo organismo norte-americano American

Conference of Governmental Industrial Hygienists, recomendam, para locais

ocupacionais, que a SAR não seja superior a 0,4 W/kg, para um período de

exposição de 6 minutos, e para uma gama de frequências entre 10 kHz e 300

GHz, mostrando-se no quadro A.13 os níveis de exposição recomendados.

Frequência

Campo eléctrico (V2/m2)

Campo magnético (A2/m2)

Densidade de potência (mW/cm2)

10 kHz – 3 MHz 377000 2,65 100

3 – 30 MHz 3770 x (900/f 2) 900 / (37,7f 2) 900/f 2

30 – 100 MHz 3770 0,027 1,0

100 MHz – 1 GHz 3770 x (f/300) (f/37,7) x 100 f/100

1 – 300 GHz 37700 0,265 10

f – frequência, em MHz

Quadro A.13 – Níveis de segurança recomendados pela associação ACGIH.

Atendendo a que estes limites são destinados a locais ocupacionais, baseiam-

-se assim na assumpção de que não existem crianças ou jovens nesses locais,

permitindo uma densidade de potência incidente de 10 mW/cm2 para frequên-

cias superiores a 1 GHz, mantendo a mesma SAR de 0,4 W/kg para todo o

corpo. Por outro lado, os 100 mW/cm2 recomendados na gama de 10 kHz a 3

MHz, é um nível que se poderá considerar seguro na base de que se refere

igualmente à totalidade do corpo humano, apesar de poder resultar de choques

eléctricos ou de queimaduras eléctricas de RF.

221

A.2.10. Normas da FCC Este organismo norte-americano, Federal Communications Commission, foi

criado em 1934 como uma agência reguladora, com a finalidade de controlar e

regular as comunicações rádio e por fios, tendo vindo a ser a responsável pelo

licenciamento dos sistemas de comunicações nos Estados Unidos, daí estar

igualmente envolvida de uma forma directa na segurança associada à

utilização das tecnologias de comunicações.

No quadro A.14 mostram-se os limites gerais recomendados, e no quadro A.15

os limites recomendados para a taxa específica de absorção SAR na totalidade

do corpo humano ou em parte, para uma gama de frequências entre 100 kHz e

6 GHz.

Frequência (MHz)

Campo eléctrico

(V/m)

Campo magnético

(A/m)

Densidade de potência (mW/cm2)

Tempo médio de exposição

(min)

Locais ocupacionais

0,3 – 30 614 1,63/f 100 6

3 – 30 1824/f 4,89/f 900/f 2 6

30 – 300 61,4 0,163 1,0 6

300 – 1500 ----- ----- f/300 6

1500 - 100000 ----- ----- 5,0 6

Locais públicos

0,3 – 1,34 614 1,63 100 30

1,34 – 30 1824/f 2,19/f 180/f 2 30

30 – 300 27,5 0,073 0,2 30

300 – 1500 ----- ----- f/1500 30

1500 - 100000 ----- ----- 1,0 30

f – frequência, em MHz

Quadro A.14 – Níveis de segurança recomendados pelo organismo FCC.

Locais ocupacionais Locais públicos

< 0,4 W/kg para todo o corpo < 0,08 W/kg para todo o corpo

≤ 8 W/kg para partes do corpo ≤ 1,6 W/kg para partes do corpo

Quadro A.15 – Níveis de segurança recomendados pelo organismo FCC, para

exposição localizada do corpo humano, na gama de 100 kHz a 6 GHz.

222

A alteração mais significativa desta norma em relação às anteriores, consiste

no facto da SAR admissível para telefones celulares ser de 1,6 W/kg.

Previamente, os telefones celulares poderiam exceder o limite máximo de

exposição permitido (LME), se a sua potência radiante fosse inferior a

1,4 x 450/f, sendo f a frequência de operação em MHz. Para a maioria dos

telefones celulares comercializados, essa potência radiante corresponde apro-

ximadamente a um valor de 0,6 W.

Relativamente aos limites recomendados expostos no quadro A.15 e, tal como

em relação ao Relatório nº 86 – 1986 do National Council on Radiation

Protection and Measurements, ao compararem-se os valores aconselháveis

para locais públicos com os valores homólogos aconselháveis em locais

ocupacionais, constata-se que a razão entre eles é igual a 1/5, devido ao facto

de se considerar que a exposição para o público em geral é de 7 dias por

semana x 24 horas por dia = 168 horas por semana, e para os locais de

trabalho, de 5 dias por semana x 8 horas de trabalho por dia = 40 horas por

semana, tendo-se assim a seguinte relação:

SAR (locais públicos) = (40 / 168) x SAR (locais ocupacionais)

A.2.11. Normas Canadianas O Ministério da Saúde Canadiano tem vindo a desenvolver diversas recomen-

dações e normas de segurança com o objectivo de proteger os seus cidadãos

contra os efeitos das radiações RFR, na gama de frequências entre 3 kHz e

300 GHz, tendo, em 1979, publicado o primeiro Safety Code 6, alterado suces-

sivamente em 1991, 1994 e 1999, mostrando-se no quadro A.16 os respectivos

limites recomendados, limites esses definidos com base numa análise

exaustiva realizada a todos os trabalhos de investigação realizados nos últimos

30 anos, relativos aos efeitos biofísicos dos campos electromagnéticos.

Adicionalmente, apresenta-se no quadro A.17 os limites da SAR relativos a

locais ocupacionais e a locais públicos, verificando-se a existência do factor 1/5

entre valores homólogos, devido aos factos apontados anteriormente, e no

quadro A.18 apresentam-se os limites recomendados para as correntes

induzidas e para as correntes de contacto, assim como os tempos médios de

223

exposição, também para locais ocupacionais e para locais públicos. Saliente-se

que os valores expostos nestes quadros referem-se ao Safety Code 6.

Frequência (MHz)

Campo eléctrico

(V/m)

Campo magnético

(A/m)

Densidade de potência (mW/cm2)

Tempo médio de exposição

(min)

Locais ocupacionais

0,003 – 1 600 4,9 ----- 6

1 – 10 600/f 4,9/f ----- 6

10 – 30 60 4,9/f ----- 6

30 – 300 60 0,163 10 6

300 – 1500 3,54 f 0,5 0,0094 f 0,5 f/30 6

1500 – 15000 137 0,364 50 6

15000 - 150000 137 0,364 50 616000/f 1,2 150000 - 300000 0,354 f 0,5 9,4 x 10-4 f 0,5 3,33 x 10-4 f 0,5 616000/f 1,2

Locais públicos

0,003 – 1 280 2,19 ----- 6

1 – 10 280/f 2,19/f ----- 6

10 – 30 28 2,19/f ----- 6

30 – 300 28 0,037 2 6

300 – 1500 1,585 f 0,5 0,0042 f 0,5 f/150 6

1500 – 15000 61,4 0,163 10 6

15000 - 150000 61,4 0,163 10 616000/f 1,2 150000 - 300000 0,1584 f 0,5 4,21 x 10-4 f 0,5 6,67 x 10-5 f 616000/f 1,2

f – frequência, em MHz

Quadro A.16 – Níveis de segurança recomendados pela norma Safety Code 6.

Locais ocupacionais Locais públicos

0,4 W/kg para todo o corpo 0,08 W/kg para todo o corpo

8 W/kg para a cabeça, pescoço, tronco 1,6 W/kg para a cabeça, pescoço, tronco

20 W/kg para os membros 4 W/kg para os membros

Quadro A.17 – Níveis de segurança recomendados pela norma Safety Code 6,

para exposição localizada do corpo humano.

Os níveis de exposição relativos aos locais públicos, definidos neste código

normativo, são baseados em estudos inerentes aos efeitos térmicos, estudos

224

esses que demonstram uma tolerância às densidades de potência de

exposição, para diversas rádio-frequências, antes da temperatura do corpo

aumentar de 1 oC dentro de uma exposição de 30 minutos.

Frequência (MHz)

Correntes induzidas (mA) Correntes de contacto (mA)

Tempo médio de exposição ambos os pés cada pé

Locais ocupacionais

0,003 – 0,1 2000 f 1000 f 1000 f 1 seg

0,1 - 110 200 100 210 6 min

Locais públicos

0,003 – 0,1 900 f 450 f 450 f 1 seg

0,1 - 110 90 45 45 6 min

f – frequência, em MHz

Quadro A.18 – Níveis de segurança recomendados pela norma Safety Code 6,

para correntes RF induzidas e de contacto, no corpo humano. A.2.12. Normas Japonesas As suas normas baseiam-se em parâmetros biológicos tais como a SAR e as

correntes induzidas no corpo humano, sendo os limites para a SAR de 0,4

W/kg para 6 minutos de exposição relativa a todo o corpo, e de 8 W/kg

relativamente ao valor máximo local da SAR dentro de 1 g de tecido, excepto

extremidades e pele, onde a SAR limite é de 25 W/kg para 1 g de tecido.

A.2.13. Normas Chinesas Não existe muita informação relativa a trabalhos científicos publicados em

conferências ou em revistas internacionais, acerca das radiações de RF e seus

efeitos biofísicos, neste país. Contudo, pelo pouco que é divulgado, os limites

máximos aconselháveis para locais públicos são extremamente mais restritivos

que os recomendados nos Estados Unidos, tendo-se 5,0 V/m ou 6,6 µW/cm2, a

900 MHz.

A.2.14. Normas Australianas e Neo-Zelandezas Na Austrália, a sua regulamentação recomendava, para as frequências na

gama das comunicações celulares, e em locais públicos, um limite de 0,2

225

mW/cm2, valor este 2 a 6 vezes mais reduzido que os valores aconselháveis

pelas normas americanas ANSI, ICNIRP e NCRP. Essa legislação foi revista,

sendo os actuais limites de 0,45 mW/cm2 para 900 MHz e 0,90 mW/cm2 para

1800 MHz.

Quanto à Nova Zelândia, em 1990 adoptou o limite máximo de exposição de

0,2 mW/cm2, sendo no entanto esse limite de 0,05 mW/cm2 nas cidades de

Auckland e de Christchurch.

A.2.15. Normas Russas e da Europa de Leste No quadro A.19 mostram-se os limites para o campo eléctrico e para o campo

magnético, relativos a locais ocupacionais e a locais públicos, que se encon-

travam em vigor na União Soviética, antes da sua transformação política numa

confederação de repúblicas independentes, notando-se a não existência de

limites para o campo magnético em locais públicos.

Para locais ocupacionais, e para a gama de frequências entre 300 MHz e 300

GHz, o limite máximo para a densidade de potência era de 1 mW/cm2,

enquanto que, para locais públicos, era 100 vezes inferior, ou seja, 0,01

mW/cm2.

Por sua vez, no quadro A.20 mostram-se os limites recomendados para locais

ocupacionais e para locais públicos, estabelecidos a partir de 1996 na Rússia,

continuando a não existir limites para o campo magnético em locais públicos.

Quanto aos limites admissíveis para o campo eléctrico relativo a frequências de

TV, tem-se:

48,4 MHz 5 V/m

88,4 MHz 4 V/m

192 MHz 3 V/m

300 MHz 2,5 V/m

Para equipamentos de radar, na gama entre 150 MHz e 300 MHz, os limites

são de 10 µW/cm2 nas zonas muito próximas, e de 100 µW/cm2 em zonas mais

afastadas. Saliente-se que a ex-União Soviética foi dos primeiros países a

detectar e a desenvolver investigação relativamente aos efeitos nocivos

derivados da exposição a campos electromagnéticos, em todo o espectro de

frequências de radiação não-ionizante. Como se pode observar no capítulo 1

226

deste livro, desde muito cedo que os efeitos da exposição a linhas de muito alta

tensão concentraram a atenção das autoridades, no sentido de minimizarem os

potencias riscos, elaborando regulamentação adequada.

Frequência (MHz)

Campo eléctrico (V/m)

Campo magnético (A/m)

Locais ocupacionais

0,06 – 1,5 50 5

1,5 – 3 50 -----

3 – 30 20 -----

30 – 50 5 -----

300 - 300000 0,125 -----

Locais públicos

0,03 – 0,3 25 -----

0,3 – 3 15 -----

3 – 30 10 -----

30 - 300 3 -----

Quadro A.19 – Níveis de segurança recomendados pelas normas da URSS.

Locais ocupacionais

Frequência (MHz)

Campo eléctrico (V2/m2)

Campo magnético (A2/m2)

0,03 – 3 20000 200

3 – 30 7000 -----

30 – 50 800 0,72

50 - 300 800 -----

300 MHz – 300 GHz 200 μW/cm2

Locais públicos

Frequência Campo eléctrico (V/m)

Campo magnético (A/m)

30 kHz – 300 kHz 25 -----

300 kHz – 3 MHz 15 -----

3 MHz – 30 MHz 10 -----

30 MHz – 300 MHz 3 -----

300 MHz – 300 GHz 10 μW/cm2

Quadro A.20 – Níveis de segurança recomendados pelas normas da Rússia.

227

A.2.16. Normas da IRPA Este organismo internacional, International Radiation Protection Association,

iniciou as suas actividades em 1964, sendo o seu propósito principal

providenciar um meio de comunicação entre todos os países que se encontram

a elaborar regulamentação e normas de segurança, para que possam trabalhar

mais facilmente a partir de uma base científica já estabelecida.

Em 1981 sugeriu que as densidades de potências não fossem superiores a 10

mW/cm2 em locais ocupacionais, ao longo de um dia completo de trabalho,

recomendando valores mais reduzidos para os níveis de exposição em locais

públicos. Em 1984, as suas recomendações foram revistas, sendo acon-

selhável, para esses locais e para frequências superiores a 10 MHz, não

ultrapassar 0,4 W/kg para uma exposição de corpo inteiro durante 6 minutos.

Quanto aos locais públicos, recomenda um limite 5 vezes inferior, isto é, de

0,08 W/kg, igualmente para uma exposição de corpo inteiro com uma duração

máxima de 6 minutos.

A.2.17. Normas da ICNIRP Este organismo internacional, criado em 1992, tem como missão coordenar os

conhecimentos sobre a protecção à exposição aos vários tipos de radiações

não-ionizantes, com a finalidade de desenvolver recomendações e normas de

segurança que sejam reconhecidas e aceites internacionalmente.

Em Abril de 1998 publicou as suas recomendações acerca dos limites a

respeitar no que toca à exposição a radiações de RF numa gama de

frequências até 300 GHz, limites esses baseados num conjunto relativamente

alargado de estudos e relatórios científicos.

As suas recomendações incluem um factor de redução de 5, no máximo valor

da taxa de absorção específica SAR em locais públicos, comparativamente aos

valores máximos a observar em locais ocupacionais, como sucede com outros

regulamentos explicitados anteriormente. A razão desse factor de redução

prende-se com o facto da forte possibilidade de existirem pessoas bastante

sensíveis aos efeitos da radiação RFR, apesar de não haver provas científicas

conclusivas.

Para frequências até 1 kHz, em locais ocupacionais, a restrição relativa a

campos eléctricos e magnéticos corresponde a uma densidade de corrente de

228

10 mA/m2, densidade esta que depende da frequência para valores superiores

a 1 kHz.

Para locais ocupacionais, e para frequências entre 100 kHz e 10 GHz, o limite

recomendado é de 0,4 W/kg para uma exposição de corpo inteiro, sendo, para

locais públicos, 5 vezes inferior, ou seja, de 0,08 W/kg.

A.2.18. Norma CENELEC EN 50392 : 2004 Em Janeiro de 2004 o European Committee for Electrotechnical Standar-

dization (CENELEC) publicou esta norma, no sentido de demonstrar a

observância dos equipamentos eléctricos e electrónicos com as restrições

básicas relacionadas com a exposição humana a campos electromagnéticos

entre 0 Hz e 300 GHz. Esta norma considera os níveis de exposição do público

em geral a campos eléctricos e magnéticos, assim como a correntes de

contacto e a correntes induzidas. De um modo geral, aborda: 1) os critérios de

observância, os métodos de avaliação, e os relatórios a elaborar, 2) a avaliação

da observância dos limites aconselhados, 3) a definição das características dos

equipamentos que devem ser tidas em atenção, 4) as fontes de frequências

múltiplas, 5) as informações de segurança para o público, que deverão constar

nos respectivos equipamentos.

A.2.19. Regulamentação na União Europeia Em 8 de Junho de 1999, o European Union Health Council, com o suporte do

governo do Reino Unido, estabeleceu recomendações com o objectivo de

limitar as exposições a campos electromagnéticos, especialmente à radiação

emitida por telefones celulares, propondo essas recomendações, para locais

públicos, uma SAR de 0,2 W por 10 g de tecido da cabeça e 0,08 W/kg para

todo o corpo.

Veja-se seguidamente as recomendações estabelecidas por alguns dos países

da União Europeia:

• Bélgica. As suas normas aconselham, para a intensidade do campo

eléctrico, limites de 21 V/m para 900 MHz e de 29 V/m para 1800 MHz.

• Itália. Neste país, as normas impõem, para as frequências dos telefones

celulares, uma densidade de potência de 0,10 mW/cm2 e, para as

229

situações onde a exposição exceda 4 horas por dia, esse limite deve ser

reduzido para 0,010 mW/cm2. Por outro lado, as administrações

regionais dispõem de poder para reduzir ainda mais aqueles limites,

havendo regiões onde os limites são 4 vezes inferiores (0,0025 mW/m2).

Por exemplo, o limite para as torres de transmissões celulares e de

radiodifusão, é de 6 V/m ou 10 μW/cm2; para outras exposições de RF e

de microondas é 100 μW/cm2 para frequências entre 3 MHz e 3 GHz e,

para a gama entre 3 GHz e 300 GHz, é 400 μW/cm2.

• Suécia. O nível permitido para a densidade de potência, a 900 MHz, e

para locais públicos, é de 4,5 W/m2 ou de 41 V/m para o campo ele-

ctrico, sendo os limites admissíveis para os locais ocupacionais cinco

vezes superiores, como sucede nas normas americanas e canadianas.

• Suíça. Para os transmissores de comunicações sem fios, o limite

admissível é de 4 V/m (0,0042 mW/cm2) a 900 MHz, e de 6 V/m (0,0095

mW/cm2) a 1800 MHz. Para transmissores de radiodifusão e de TV, o

limite de exposição está entre 3 V/m e 8,5 V/m (0,0024 mW/cm2 e 0,019

mW/cm2).

• Reino Unido. Os limites referentes à exposição a radiação RFR são de

112 V/m e 0,57 mW/cm2 para 900 MHz, e de 194 V/m e 1 mW/cm2 para

1800 MHz, sendo os tempos médios de exposição de 15 minutos para

todo o corpo, e de 6 minutos para uma exposição parcial.

Em 29 de Abril de 2004, o Council of the European Parliament publicou a

Directiva Comunitária 2004/40/EC, que se baseia nas restrições básicas do

ICNIRP, e diz respeito fundamentalmente aos riscos potenciais, de curto prazo,

a que se encontram sujeitos os trabalhadores, não considerando os efeitos de

longa duração. Esta directiva diferencia os limites máximos de exposição dos

valores das grandezas que são induzidas pelos efeitos da exposição. No

quadro A.21 mostram-se os limites máximos aconselháveis, enquanto que no

quadro A.22 encontram-se expostos os valores das grandezas induzidas. Esta

diferenciação resulta do facto dos valores destas últimas grandezas serem

mais facilmente calculáveis. Por conseguinte, se estes valores, expostos no

quadro A.22, não forem excedidos, pode-se assumir que os limites do quadro

A.21 também não foram excedidos.

230

Frequências Densidade de corrente na cabeça e no tronco (mA/m2)

SAR média em todo o

corpo (W/kg)

SAR localizada

na cabeça e no tronco

(W/kg)

SAR localizada

nos membros

(W/kg)

Densidade de potência

(W/m2)

≤ 1 Hz

40 ------ ------ ------ ------

1 – 4 Hz

40 / f ------ ------ ------ ------

4 – 1000 Hz

10 ------ ------ ------ ------

1000 Hz – 100 kHz

f / 100 ------ ------ ------ ------

100 kHz – 10 MHz

f / 100 0,4 10 20 ------

10 MHz – 10 GHz

------ 0,4 10 20 ------

10 GHz – 300 GHz

------ ------ ------ ------ 50

Quadro A.21 – Níveis de segurança recomendados pela Directiva

Europeia 2004/40/EC.

Frequências Intensidade do campo eléctrico

(V/m2)

Intensidade do campo magnético

(A/m2)

Densidade de potência para uma

onda plana equivalente

(W/m2)

Corrente de contacto

(mA)

Corrente induzida nos

membros (mA)

0,1 – 1 MHz

610 1,6 / f ------ 40 ------

1 – 10 MHz

610 / f 1,6 / f ------ 40 ------

10 – 110 MHz

61 0,16 10 40 100

110 – 400 MHz

61 0,16 10 ------ ------

400 – 2000 MHz

3 f 1/2 0,008 f 1/2 f / 40 ------ ------

2 – 300 GHz

137 0,36 50 ------ ------

Quadro A.22 – Níveis de segurança das grandezas induzidas recomendados pela

Directiva Europeia 2004/40/EC.

231

A.2.20. Factores de Segurança Em termos científicos históricos, fixou-se inicialmente um factor de segurança

igual a 10, baseado numa exposição de 0,1 W/cm2, valor este obtido tendo em

atenção um indivíduo do sexo feminino com uma massa de 70 kg e com uma

área superficial total de 3000 cm2. Posteriormente, concluiu-se não só que esta

área superficial é bastante mais elevada, próxima de 20000 cm2, mas também

que o efeito da radiação, correspondente àquele valor inicial, era 20 vezes mais

elevado que o suportável pelo corpo humano, daí que o valor normalizado

tivesse sido reduzido para 10 mW/cm2, ou seja, 10 vezes inferior. Saliente-se

que este limite representou a base para a recomendação C95.1, de 1966.

De um modo geral, as regulamentações e normas em vigor incluem logo à

partida, na sua elaboração, um factor de segurança que conduz aos limites

máximos apresentados, de uma forma em que esses limites correspondem a

níveis de exposição bastante mais reduzidos que aqueles que efectivamente se

verificam na realidade, em locais onde poderão ocorrer efeitos perigosos para a

saúde humana. Como se compreende, os factores de segurança utilizados na

elaboração da regulamentação reflectem as incertezas existentes no que

concerne não só ao desconhecimento científico dos mecanismos de interacção

entre a radiação electromagnética e os tecidos biológicos, mas também, como

consequência, ao desconhecimento dos níveis exactos de radiação acima dos

quais se manifestam efeitos potencialmente perigosos.

Além disso, estes factores de segurança, cujos valores se podem situar entre

10 e 1000, são igualmente introduzidos no sentido de se ter em linha de conta

a diferença de sensibilidade do organismo humano aos efeitos das radiações,

ou seja, são atribuídos também com o objectivo de proteger as pessoas mais

sensíveis aos campos electromagnéticos. Na prática, a maioria dos regula-

mentos e normas de segurança publicados adoptam, para o estabelecimento

dos limites máximos de segurança em locais públicos, um factor de segurança

com o valor 50.

A.2.21. Taxa de Absorção Específica Como se salientou no capítulo 5, a SAR relativa ao corpo humano não

consegue ser medida directamente. Na prática, contudo, pode ser determinada

empirica ou teoricamente, a despeito das limitações das metodologias

232

utilizadas. Como se explicitou, este parâmetro representa a medida da taxa à

qual a energia é absorvida pelo corpo, podendo assim ser definida como a

derivada em ordem ao tempo da absorção específica (SA), que corresponde ao

incremento da energia dW absorvida por uma massa incremental dm inserida

no interior de um volume elementar dV, cujo material tem uma densidade ρ, ou

seja:

dVdW

dmdWSA

ρ==

sendo esta grandeza expressa em joules por kilograma (J/kg). Por conseguinte,

a taxa de absorção específica SAR, em W/kg ou em mW/g, é dada pela

seguinte derivada:

dVdW

dtd

dtSAdSAR

ρ==

Esta taxa de absorção pode igualmente ser definida como a potência absorvida

por unidade de massa de um sistema biológico, e ser representada em termos

da intensidade do campo eléctrico E, expresso em V/m, da condutividade

eléctrica σ, expressa em S/m, e da densidade do tecido, expressa em kg/m3,

através da seguinte expressão:

ρσ 2ESAR =

A integração da SAR sobre um volume de tecido que contenha uma deter-

minada massa, corresponde assim à potência absorvida por esse mesmo

volume de tecido, sendo esta grandeza, para um dado tecido biológico,

expressa em mW/g médios para 1 g ou 10 g, dependendo do que se encontra

estipulado na norma de segurança adoptada.

Adicionalmente, a taxa inicial de aumento de temperatura no corpo, despre-

zando as perdas de calor, é directamente proporcional à SAR, ou seja:

CSAR

dtdT

=

em que T (oC) representa a temperatura, t (s) o tempo, e C (J/kg/oC) a capa-

cidade calorífica do corpo.

233

Note-se que esta capacidade calorífica é definida como sendo a energia em

joules que é necessária para elevar de 1 oC a temperatura de 1 kilograma de

massa do corpo.

Por conseguinte, como se tem, respectivamente:

ρσ 2ESAR =

dtTdCSAR =

conclui-se assim que existem duas alternativas para o cálculo da SAR, ou seja,

através da medição do valor da intensidade do campo eléctrico, ou da medição

do valor da temperatura dos tecidos biológicos, cálculo esse que tem em

consideração as propriedades electromagnéticas dos tecidos biológicos, como

é o caso das suas constantes dieléctricas e das suas condutividades eléctricas,

sendo de salientar que a fiabilidade dos valores obtidos, maioritariamente in

vivo, depende das técnicas de medição utilizadas.

Na prática, para melhor se caracterizar os potenciais efeitos térmicos da

radiação electromagnética, definem-se e avaliam-se dois tipos de SAR: 1) o

valor médio no corpo inteiro, e 2) o valor de pico local, quando a potência

absorvida se encontra confinada a uma determinada região do corpo, como

sucede com a cabeça quando se utiliza um telefone celular. O valor máximo da

SAR no corpo inteiro ocorre para a frequência de ressonância, normalmente

situada entre 60 MHz e 80 MHz, e que depende da dimensão do corpo e da

sua orientação face aos campos eléctricos e magnéticos incidentes, ou seja, da

sua orientação relativamente às ondas electromagnéticas incidentes.

Ambos as variantes de SAR – corpo inteiro e partes localizadas –, são

calculadas em termos de valores médios, para um determinado intervalo de

tempo e para uma massa de tecido biológico, de forma cúbica, com 1 g ou com

10 g, sendo a SAR de 1 g a representação mais precisa da energia de RF

localizada assim como a melhor medida da sua distribuição. Adicionalmente, a

SAR localizada é baseada nas estimativas obtidas a partir da SAR média de

corpo inteiro, considerando um factor de segurança de 20.

Nos quadros A.23 a A.25 mostram-se, em termos comparativos, os níveis

máximos recomendados da SAR, relativos a diversas normas.

234

Normas Gama de frequências

SAR para o corpo inteiro

Locais públicos Locais ocupacionais

W/kg Tempo de exposição

(min)

W/kg Tempo de exposição

(min)

ARPANSA 100 kHz – 6 GHz

0,08 6 0,4 6

MCTJ (1) 100 kHz – 6 GHz

0,04 6 0,4 6

Safety Code 6

100 kHz – 10 GHz

0,08 6 0,4 6

ICNIRP 100 kHz – 6 GHz

0,08 6 0,4 6

FCC 100 kHz – 6 GHz

0,08 30 0,4 6

NRPB 100 kHz – 6 GHz

0,4 15 0,4 15

ANSI/IEEE 100 kHz – 6 GHz

0,08 30 0,4 6

(1) – Ministério dos Correios e Telecomunicações do Japão.

Quadro A.23 – Valores da SAR para o corpo inteiro, para diversas normas de

segurança.

Relativamente aos valores da SAR para o corpo inteiro, constata-se o seguinte:

• Para locais públicos, o valor predominante é 0,08 W/kg, exceptuando as

normas japonesas MCTJ (0,04 W/kg), que são as mais seguras, e as

inglesas NRPB que, com 0,4 W/kg, são as mais permissivas.

• Para locais ocupacionais, o limite máximo admissível é o mesmo, isto é,

0,4 W/kg.

• Para locais públicos, o tempo médio de exposição é de 6 minutos,

exceptuando as normas americanas FCC e ANSI/IEEE, com 30 minutos,

e as inglesas NRPB, com 15 minutos.

• Para locais ocupacionais, todas as normas impõem 6 minutos de

exposição, excepto as inglesas NRPB, com 15 minutos.

• As normas inglesas NRPB, além de recomendarem o nível de SAR mais

elevado, não diferenciam locais públicos de locais ocupacionais.

• Por exemplo, comparando as normas mais rigorosas com a norma

inglesa, tem-se, em termos comparativos, respectivamente:

235

(0,04 W/kg) x (6 minutos) = 0,24 W/kg x min (público)

(0,4 W/kg) x (15 minutos) = 6,00 W/kg x min (público e ocupacional)

(0,4 W/kg) x (6 minutos) = 2,40 W/kg x min (ocupacional)

• O limite aceite para a SAR relativa ao corpo inteiro é 0,08 W/kg para

locais públicos, e 0,4 W/kg para locais ocupacionais, valores esses

baseados numa SAR de 4 W/kg, considerada como sendo o nível acima

do qual se detectaram efeitos nocivos. Note-se que o factor de segu-

rança adoptado é igual a 50 para o público, e de 10 para os locais

ocupacionais. Note-se que, como foi salientado anteriormente, a razão

entre os limites da SAR para locais públicos e locais ocupacionais, é

igual a 1/5.

Normas Gama de

frequências

SAR localizada na cabeça

Locais públicos Locais ocupacionais

W/kg Tempo de expo-

sição (min)

Massa média

(g)

W/kg Tempo de expo-

sição (min)

Massa média

(g)

ARPANSA 100 kHz –

6 GHz

2 6 10 10 6 10

MCTJ (1) 100 kHz –

6 GHz

2 6 10 8 6 10

Safety Code

6

100 kHz –

10 GHz

1,6 6 1 8 6 1

ICNIRP 100 kHz –

6 GHz

2 6 10 10 6 10

FCC 100 kHz –

6 GHz

1,6 ------ 1 8 6 1

NRPB 100 kHz –

6 GHz

10 6 10 10 6 10

ANSI/ IEEE

100 kHz –

6 GHz

1,6 30 1 8 6 1

(1) – Ministério dos Correios e Telecomunicações do Japão.

Quadro A.24 – Valores da SAR localizada na cabeça, para diversas normas de

segurança.

236

Normas Gama de

frequências

SAR localizada nos membros

Locais públicos Locais ocupacionais

W/kg Tempo de expo-

sição (min)

Massa média

(g)

W/kg Tempo de expo-

sição (min)

Massa média

(g)

ARPANSA 100 kHz –

6 GHz

4 6 10 20 6 10

MCTJ (1) 100 kHz –

6 GHz

------ ------ ------ ------ ------ ------

Safety Code

6

100 kHz –

10 GHz

4 6 10 20 6 10

ICNIRP 100 kHz –

6 GHz

4 6 10 20 6 10

FCC 100 kHz –

6 GHz

4 ------ 10 20 6 10

NRPB 100 kHz –

6 GHz

20 6 100 20 6 100

ANSI/ IEEE

100 kHz –

6 GHz

4 30 10 20 6 10

(1) – Ministério dos Correios e Telecomunicações do Japão.

Quadro A.25 – Valores da SAR localizada nos membros, para diversas normas de

segurança.

Relativamente aos quadros A.24 e A.25, constata-se o seguinte:

• Para a SAR localizada na cabeça, o limite mínimo de 1,6 W/kg sobre 1 g

de tecido é aceite nos Estados Unidos, enquanto que o limite de 2 W/kg

para 10 g de tecido, desenvolvido pelo ICNIRP é comum na Europa,

Austrália, Japão e noutros países. Todavia, dizer-se qual destes dois

limites é o mais seguro tem gerado alguma controvérsia.

• Para a SAR localizada nos membros, os limites recomendados são

iguais para todas as normas, exceptuando para a NRPB, que não

diferencia locais públicos de locais ocupacionais.