MERANIE PARAMETROV ELEKTROMAGNETICKÝCH POLÍ PRI POUŽÍVANÍ PROSTRIEDKOV MOBILNEJ KOMUNIKÁCIE V ŠKOLSKOM PROSTREDÍ

Súhrn

Nárast využívania moderných komunikačných technológií vrátane mobilnej komunikácie zasiahol v pozitívnom i negatívnom smere aj stredoškolské prostredie. Cieľom práce bolo analyzovať v školskom prostredí úroveň hodnôt parametrov vysokofrekvenčných elektromagnetických polí v pásmach mobilnej komunikácie. Merania parametrov elektromagnetických polí: intenzity elektrického poľa, intenzity magnetického poľa, hustoty toku výkonu elektromagnetického poľa a špecifickej miery absorpcie (SAR) sme realizovali v rokoch 2013-2015 na Gymnáziu V. Paulinyho-Tótha v Martine za aktívnej účasti študentov. Na meranie sme použili osobné monitorovacie zariadenie RadMan XT ESM-30 a vysokofrekvenčný snímač Narda 550. Expozícia elektromagnetickým poliam podlieha príslušným hygienickým normám a aj v našich meraniach spravidla nepresiahla povolené limitné hodnoty pri meraní v priestoroch bez tienenia. Pri telefonovaní v tienených priestoroch školy sme však zistili významný nárast hodnôt hustoty toku výkonu elektromagnetického žiarenia vyžarovaného z mobilných telefónov. Štatistickým hodnotením bolo potvrdené zvýšenie hustoty toku výkonu elektromagnetického poľa v školských priestoroch s väčším tienením, v porovnaní s kontrolnými podmienkami bez tienenia. Bezpečné používanie mobilných zariadení na školách je nevyhnutnou súčasťou ochrany a podpory verejného zdravia obyvateľstva.

Kľúčové slová:
Elektromagnetické pole, intenzita elektrického poľa, intenzita magnetického poľa, hustota toku výkonu elektro-magnetického poľa, SAR, expozícia, mobilná komunikácia, stredoškoláci

Úvod

Vzrastajúci počet zariadení používaných vo vyučovacom procese (počítače, internetové WiFi smerovače, mobilné telefóny, atď.) výrazne zvyšuje intenzitu elektromagnetického žiarenia v priestoroch škôl. Cieľom našej práce bolo analyzovať v školskom prostredí úroveň hodnôt vysokofrekvenčných (vf) elektromagnetických polí v pásmach mobilnej komunikácie. Viaceré štúdie zamerané na využívanie mobilných telefónov u študentov potvrdili enormné používanie často viac ako 1 mobilného telefónu [1, 2]. U intenzívnych užívateľov mobilných telefónov boli potvrdené nepriaznivé zdravotné účinky vf elektromagnetických polí (ELMP) napr. na mozog [3], oko [4], ucho [5], pohlavné orgány [6] atď. Mechanizmus pôsobenia týchto polí je tepelný [7] a netepelný, pričom dochádza ku prieniku energie dovnútra tkanív [8]. V roku 2011 klasifikovala Svetová zdravotnícka organizácia (WHO – World Health Organization) v  spolupráci s Medzinárodnou agentúrou pre výskum rakoviny (IARC International Agency for Research on Cancer) vf elektromagnetické žiarenie ako možný karcinogén typu 2B, obdobne ako v prípade pôsobenia nízkofrekvenčných ELMP. Dôkazy o karcinogénnych účinkoch vf ELMP na ľudský organizmus uvádzané v literatúre sú rozporné, nemožno ich však vylúčiť [9, 10]. Pri zvýšenom počte užívateľov mobilnej komunikácie vo vnútorných priestoroch školských budov v  kombinácií so zhoršeným signálom pri prevádzke digitálnych sietí GSM dochádza k nárastu hodnôt parametrov ELMP. Vyžiarený výkon mobilného telefónu (MT) sa tak môže priblížiť k maximálnym povoleným hodnotám a pri uskutočňovaní dlhšie trvajúcich hovorov ich môže aj výrazne prekročiť.

Cieľom práce bolo analyzovať v školskom prostredí úroveň hodnôt parametrov vysokofrekvenčných elektromagnetických polí v pásmach mobilnej komunikácie.

Materiál a metodika

I. Merania osobným monitorovacím zariadením RadMan XT ESM30

V školskom roku 2013/14 na Gymnáziu Viliama Paulinyho – Tótha (GVPT) v Martine boli merané hodnoty dvoch parametrov vf ELMP: úroveň intenzity elektrického poľa E (V/m) a úroveň intenzity magnetického poľa H (A/m). Merania boli realizované v rámci vyučovacích hodín prírodovedných predmetov, čísla meraní 1–22 pri minimálnej prevádzke zariadení generujúcich vf ELMP a merania 23–45 pri zvýšenej expozícii (v priestoroch triedy zapnuté WiFi smerovače, mobilné telefóny, počítače). Meraní osobným monitorovacím zariadením RadMan XT ESM30 (výrobca Narda GmbH, Nemecko) sa zúčastnili stredoškoláci vo veku 16–18 rokov. Nastavenie zariadenia vzhľadom na stanovené normy parametrov ELMP (ICNIRP 1998 a Vyhláška č. 534/2007 Z. z. Slovenskej republiky [11, 12]) bolo v percentuálnych hodnotách. Frekvenčný rozsah ELMP (podľa technických parametrov výrobcu) bol pre E: 1 MHz – 40 GHz, pre H: 27 MHz – 1 GHz pevne nastavený v prístroji monitorovacieho zariadenia. Dĺžku každého merania sme stanovili na 30 minút a intervaly záznamu hodnôt na prístroji na 10 sekúnd. Softvér prístroja zaznamenával maximálnu, priemernú a minimálnu hodnotu v každom intervale, čo umožňovalo spracovať optimálny grafický hodnotiaci výstup meraní.

II. Údaje o hodnotách SAR špecifickej miery absorpcie (Specific Absorption Rate)

Údaje o hodnotách SAR mobilných telefónov pravidelne používaných stredoškolskou mládežou boli získané zo vzorky 117 študentov GVPT v Martine v mesiacoch november a december 2014. SAR predstavuje pohlcovanie elektromagnetickej (EM) energie ELMP telesnými tkanivami v rozmedzí frekvencií 100 kHz až 10 GHz, medzi ktoré sa radia aj frekvencie používané v mobilnej komunikácií. Výrobcovia mobilných telefónov sú povinní od roku 1999 zverejňovať hodnoty SAR, pričom pre používanie mobilných telekomunikačných zariadení (vrátane MT) je podľa Európskej normy ENV 501662 maximálna hodnota SAR 2 W/kg [13]. Zo vzorky 117 mobilných telefónov používaných každodenne stredoškolákmi vo veku 17 ± 0,84 (priemer ± štandardná odchýlka SD) boli získané aktuálne údaje SAR. Každý študent zo sledovaného súboru vlastnil a používal jeden mobilný telefón.

III. Meranie hodnôt intenzity elektrického poľa E

Merania hodnôt E na GVPT v Martine boli zrealizované u 117 študentov v priestoroch školy, kde sa najčastejšie zdržiavajú vo vyššom počte (učebne, chodby, šatne, bufet a pod.). Použili sme širokopásmový vysokofrekvenčný snímač ELMP Narda 550 s integrovaným nastavením korekčnej frekvencie na prístroji pre pásmo 1800 MHz. Podľa Európskej normy ENV 501662 navrhnutej v r. 1995 Európskou komisiou pre normalizáciu v elektrotechnike CENELEC [13] sú maximálne povolené hodnoty intenzity elektrického poľa E 41,25 V/m (v pásme 900 MHz),  58,33 V/m (v pásme 1800 MHz) a maximálne povolené hodnoty intenzity magnetického poľa H = 0,111 A/m (v pásme 900 MHz), H = 0,157 A/m (v pásme 1800 MHz).    

V našom prípade boli monitorované hodnoty E (V/m) počas 6minútových intervalov, čo je spriemernený časový interval meraní parametrov ELMP podľa ICNIRP 1998 a Vyhlášky č. 534/2007 Z. z. v Slovenskej republike [11, 12]. Z celkového počtu 28 meraní bolo 20 meraní realizovaných pri neobmedzenom používaní mobilných telefónov študentmi (telefonovanie, pripojenie na Internet, SMS a MMS správy). 8 meraní bolo realizovaných v tých istých priestoroch bez aktívnej prevádzky mobilných telefónov (MT zapnuté, ale bez realizácie hovorov, posielania SMS, MMS správ a pripojenia na Internet, tzv. pozadie). Výsledky sú znázornené v grafickej forme a sú porovnané s prípustnými hodnotami normy.

IV. Meranie hodnôt hustoty toku výkonu S ELMP

Akčné hodnoty hustoty toku výkonu S sú závislé od frekvencie a pre potreby vyhodnocovania expozičnej doby sú vztiahnuté taktiež na 6minútový interval (čas stredovania T_St). Pre vyžarovanie v pásme 900 MHz je maximálna povolená hodnota S = 4,5 W/m² a v pásme 1800 MHz  S = 9,0 W/m² [13].

Hodnoty S boli namerané širokopásmovým vysokofrekvenčným snímačom ELMP Narda 550. Nastavenie korekčnej frekvencie na snímači pre pásmo 1800 MHz spresnilo meranie v rozsahu používanom pri štandarde GSM DCS – 1800 v pásme mobilnej komunikácie.  

Štandardizovaním podmienok bola anténa snímača umiestnená na statíve tak, aby sa 10 telefonujúcich párov študentov nachádzalo po obvode kruhu v okolí antény vo vzdialenosti 1,5 metra. Súbory údajov A–F boli merané v rôznych priestoroch školy s cieľom kompletnejšej štatistickej analýzy parametrov vf ELMP, v náväznosti na I. – III. časť meraní spracovanú v metodike.

Charakteristika súborov a počet meraní A–F:

A:  21 meraní, učebňa fyziky, najvyššie poschodie, okenné žalúzie zatiahnuté, aktívna prevádzka MT
B:  21 meraní, učebňa fyziky, najvyššie poschodie, okenné žalúzie zatiahnuté, pozadie
C:  21 meraní, učebňa fyziky, najvyššie poschodie, okenné žalúzie vytiahnuté, aktívna prevádzka MT
D:  21 meraní, učebňa fyziky, najvyššie poschodie, okenné žalúzie vytiahnuté, pozadie
E:  21 meraní, priestor na prízemí pri bufete, aktívna prevádzka MT
F:  21 meraní, priestor na prízemí pri bufete, pozadie.

Merania A–D sa uskutočnili na treťom – najvyššom poschodí školy s oknami po oboch stranách miestnosti (označený ľavý bod na plániku – Obr. 1). Merania E–F boli realizované na prízemí pri školskom bufete a chodbe ku telocvični, kde sú len malé okná vo vzdialenosti 6 metrov od miesta merania (bod označený vpravo – Obr. 1).

Záznam každého zo 126 meraní hodnoty S (interval každého merania – 6 minút) bolo možné odčítať vo forme maximálnej, priemernej a minimálnej hodnoty. Získané hodnoty sú štatisticky spracované a uvádzané ako aritmetický priemer ± štandardná odchýlka (x ± SD). Na ďalšie hodnotenie bol použitý KruskalWallisov test a neparametrický test ANOVA.

Výsledky

1. Merania osobným monitorovacím zariadením RadMan XT ESM30

V grafickom zobrazení sú na vertikálnych osiach obrázkov uvedené % úrovne intenzity elektrického poľa E (Obr. 2) a úrovne intenzity magnetického poľa H (Obr. 3) zaznamenané na osobnom monitorovacom zariadení RadMan XT ESM30. Hodnoty meraní 1–22 sú bez zvýšenej expozície a merania 23–45 so zvýšenou expozíciou. Údaje v grafoch sú priemernými hodnotami v jednotlivých 30minútových intervaloch.

Obr. 2 ukazuje rozptyl (rozdiel maxima a minima E), ktorý je v meraniach so zvýšenou expozíciou (č. 23–45) vyšší v priemere o 30,54 % pre jednotlivé 30minútové merania.

Obr. 3 ukazuje rozptyl (rozdiel maxima a minima H), ktorý je v priemere o 12,11 % vyšší v meraniach so zvýšenou expozíciou (č. 23–45).

II. Údaje o hodnotách SAR špecifickej miery absorpcie (Specific Absorption Rate)

Študenti GVPT používali MT s hodnotou SAR menšou (len v jednom prípade s limitnou) ako uvádza Európska norma ENV 501662 [13]. Priemerná  hodnota SAR všetkých použitých telefónnych prístrojov bola 0,74 ± 0,22 (W/kg). Na Obr. 4 uvádzame priemerné hodnoty SAR udávané výrobcom pre jednotlivé MT používané študentmi. 

Priemerná hodnota SAR používaných MT bola porovnaná s hodnotou vypočítanou podľa rovnice [13]:

kde σ je konduktivita tkaniva (elektrická vodivosť), ρ hustota tkaniva a E_i intenzita elektrického poľa. Údaje E_i boli zistené v III. časti: Meranie hodnôt intenzity elektrického poľa E. Priemerná výpočtom zistená hodnota SAR v monitorovaných miestnostiach budovy GVPT bola pri aktívnej prevádzke MT 0,28 ± 0,103 (W/kg). 

III. Meranie hodnôt intenzity elektrického poľa E

Priemerná hodnota intenzity elektrického poľa E v školských priestoroch (odborné učebne, školské chodby, šatne, bufet a pod.) pri aktívnom používaní MT bola 10,192 ± 5,665 (V/m).

Priemerná hodnota intenzity elektrického poľa E v tých istých priestoroch nezaťažených expozíciou EM žiarenia z mobilných prostriedkov (tzv. pozadie) bola 0,147 ± 0,047 (V/m). MT pri týchto meraniach boli zapnuté, ale bez realizácie hovorov, posielania SMS, MMS správ a pripojenia na Internet (tzv. pozadie).

Obr. 5 znázorňuje namerané hodnoty (minimálna, priemerná a maximálna hodnota E (V/m) v 20tich meraniach pri aktívnom používaní MT.

V grafe Obr. 6 sú interpretované namerané hodnoty pozadia ELMP (8 meraní).

IV. Meranie hodnôt hustoty toku výkonu S ELMP

Výsledky v súboroch meraní A–F (priemerné hodnoty S 6minútových intervalov) sú uvedené v Tab. 1). Celkový počet meraní bol 126.

V Tab. 2 je uvedený prehľad základných štatistických charakteristík meraných veličín v súboroch A–F.

V priestoroch s aktívnou prevádzkou MT boli priemerné hodnoty S v súboroch:

A – učebňa fyziky so zatiahnutými žalúziami: (6,137 ± 1,283) mW/m²,

C – učebňa fyziky s vytiahnutými žalúziami: (5,453 ± 1,024) mW/m² a

E – prízemie pri bufete: (18,921 ± 4,135) mW/m².

Štatistické porovnanie výsledkov v súboroch A–E, C–E sa ukázalo ako štatisticky významné (p < 0,001), v súboroch A–C ako nesignifikantné (p > 0,05), čo znázorňuje graf Obr. 7.

V súboroch B, D, F sa v priemerných hodnotách vyskytovali len málo významné odlišnosti. Najnižšia priemerná hodnota S pozadia bola v priestoroch učebne fyziky v súbore B: (0,086 ± 0,071) mW/m².

V grafe (Obr. 8) je porovnanie výsledkov v súboroch B, D a F. Štatistické porovnanie B–D, D–F nebolo významné (p > 0,05), ale v súboroch B–F bolo signifikantné (p < 0,01).

V grafickej forme hodnotenia výsledkov sú vyznačené bodmi najextrémnejšie hodnoty distribúcie súborov.  

Diskusia

Expozícia obyvateľstva rádiofrekvenčnému spektru neionizujúceho žiarenia sa bude s pokrokom technológii neustále zvyšovať. Pri používaní prostriedkov mobilnej komunikácie je potrebné najmä u mladých ľudí prehodnotiť limity pre absorpciu EM žiarenia [14]. Meraniam parametrov ELMP v konkrétnych školských podmienkach sa zatiaľ nevenuje dostatočná pozornosť, pretože väčšina štúdií týkajúcich sa adolescentov a ich vzťahu k MT sa zaoberá zdravotnými a psychickými prejavmi. Objasňovanie vzťahov medzi časom trvania telefónnych hovorov a psychikou študentov stredných škôl je v pozornosti záujmu aktuálnych výskumov vo svete. Depresívna nálada, napätie, vzrušenie a únava preukázateľne súvisia s používaním MT [15, 16]. Obrovská popularita využívania MT u detí a neustále znižovanie priemerného veku, kedy deti začínajú pravidelne využívať vlastný mobilný telefón, sú predmetom štúdií vplyvu na potenciálne zdravotné účinky MT v tejto skupine populácie. Prejavy nepohody, únavy a bolestí hlavy sú hodnotené podľa dotazníka prieskumu HBSC (Health Behaviour in School – Aged Children) [17].

Z výsledkov našich meraní vyplýva, že pri aktívnej prevádzke MT (telefonovanie, pripojenie na Internet, posielanie SMS a MMS správ) v netienených priestoroch školy nedochádzalo spravidla k prekročeniu maximálnych efektívnych hodnôt E, H a S stanovených normou pre priemernú 6minútovú expozíciu [13]. Ku prekročeniu hodnôt stanovených normou došlo v školských priestoroch GVPT v dvoch prípadoch meraných maximálnych hodnôt intenzity elektrického poľa E pri aktívnej prevádzke mobilných zariadení. Vyhodnocovanie parametrov ELMP sa považuje za dôležité aj z hľadiska posúdenia špecifických okolností napr. pri znížení výkonu prijímaného signálu MT v súvislosti s úrovňou tienenia uzavretých školských priestorov.

Zistili sme, že hodnoty hustoty toku výkonu S v súboroch A–F majú preukázateľnú súvislosť s miestom merania v budove školy GVPT v Martine, kde sme ich realizovali. Štatisticky významne sa odlišujú hodnoty meraní v priestoroch pri bufete, ktorý sa nachádzal na konci chodby a najbližšie okná boli malé, vzdialené minimálne 6 metrov od miesta merania. Nepotvrdil sa predpoklad, že zatiahnutie kovových žalúzií na všetkých oknách v priestore učebne fyziky významne zníži intenzitu signálu mobilného operátora. Hodnotenia meraní pozadí v súboroch B, D a F prezentujú mierny nárast úrovne pozadí vzhľadom na efekt tzv. tienenia priestorov.  

Celosvetovo stúpa zastúpenie užívateľov mobilnej komunikácie u detí a mládeže, s čím je spojené konkrétne zhoršenie zdravotného stavu [18]. Výsledky štúdie upozorňujú na potrebu opatrnejšieho prístupu vzhľadom na expozíciu vf ELMP pri využívaní MT, s čím na základe našich zistení jednoznačne súhlasíme. Analýzou údajov o výbere a používaní mobilných zariadení stredoškolákmi sme zistili, že hodnota SAR udávaná výrobcom mobilného telefónu nie je pre hodnotenú vzorku stredoškolákov rozhodujúca pri výbere typu MT. Študenti používali mobilné telefóny s hodnotou SAR menšou alebo v jednom prípade s hodnotou rovnou limitnej hodnote stanovenej Európskou normou ENV 501662, spracovanou Európskou komisiou CENELEC v roku 1995 [13]. V našom prieskume sú všetci adolescenti aktívnymi užívateľmi mobilných komunikátorov, väčšinou s pripojením na Internet. MT nosia blízko pri tele a počas vyučovania ho nevypínajú, čo zvyšuje riziko zdravotných ohrození vplyvom celodenne pôsobiaceho vf EM žiarenia.

Záver

V prostredí stredných škôl, kde je užívateľmi mobilnej komunikácie spravidla 100 % žiakov a pracovníkov, ktorý sa nachádzajú v uzavretých priestoroch s rôznym stupňom tienenia, je expozícia rádiofrekvenčmým elektromagnetickým poliam veľmi aktuálna. Posúdenie škodlivosti pôsobenia dlhodobého aktívneho užívania prostriedkov mobilnej komunikácie je naďalej predmetom výskumov [14, 19, 20]. Bez merania príslušných parametrov ELMP a ich zhodnotenia nie je možné vytvoriť objektívny obraz pôsobenia v školskom prostredí. Perspektívnym krokom je odporúčanie obmedzení pri používaní mobilných komunikačných prostriedkov v tienených priestoroch škôl. Z hľadiska biologických účinkov sa dajú predpokladať možné zdravotné komplikácie mládeže v súvislosti s dlhodobou expozíciou vf ELMP, ktorej je človek vystavený už od útleho detstva. Preto je dôležitou úlohou predchádzať zvýšenej expozícií adolescentov v školských priestoroch a vplývať na všetkých užívateľov, aby nepoužívali mobilné telefóny v tienených priestoroch.

Poďakovanie

Práca bola podporovaná „Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV – 018911“ (prof. Jakuš).

RNDr. Daniela Špigúthová

Ústav lekárskej biofyziky

Jesseniova lekárska fakulta v Martine

Univerzita Komenského v Bratislave

Malá hora 4A, 036 01 Martin

Slovenská republika

Email: danielaspiguthova@gmail.com

tel.: +421 905 786 099