5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

PEM oddziałujące z tkankami ciała ludzkiego ulega tłumieniu, tracąc stopniowo swoją energię, która przekazywana jest do ośrodka i zamieniana w nim na ciepło. Zamiana pochłoniętej energii promieniowania na ciepło ściśle zależy od właściwości elektrycznych tkanek, które nie są układami elektrycznie obojętnymi [2]. Ekspozycja tkanki na PEM wywołuje ruch znajdujących się w niej zarówno jonów swobodnych, jak również cząsteczek polarnych związanych ze sobą w bardziej rozbudowane struktury cząsteczkowe. Wydzielanie ciepła w tkance na skutek działania PEM, jest zatem skutkiem przepływu prądu jonów obecnych w tkance oraz pracy wykonanej przez siły międzycząsteczkowe przeciw drganiom cząsteczek tworzących układy. Jeśli działanie PEM powoduje wzrost temperatury tkanki większy niż ustalona graniczna wartość 1°C, wywołany efekt uznawany jest za termiczny.

Miarą szybkości pochłaniania energii PEM na jednostkę masy tkanki jest współczynnik SAR (ang. Specific Absorption Rate) wyrażany w W/kg. W zależności od kraju wartości współczynnika SAR uśredniane są w czasie powyżej 6 minut dla tkanki o masie 1 g (USA), bądź 10 g (Europa) [1]. Pomiary wartości SAR wykonuje się zwykle w warunkach laboratoryjnych w oparciu o specjalistyczny sprzęt, z użyciem fantomu wypełnionego płynem posiadającym właściwości odwzorowujące elektryczne właściwości tkanki [4 – 7]. Rozkład temperatury w tkance na skutek absorpcji PEM nie jest tylko zależny od wartości SAR telefonu, ale jest skomplikowaną funkcją własności termicznych i dielektrycznych tkanki, a także głębokości penetracji PEM oraz perfuzji krwi w eksponowanej objętości tkanki [1]. Głębokość wnikania fali elektromagnetycznej do wnętrza organizmu maleje wraz ze wzrostem częstotliwości fali, co dla rozpatrywanego zakresu w zasadzie oznacza lokalizację efektu w warstwach powierzchniowych skóry. W ostatnich latach wartości SAR są coraz częściej wyznaczane w oparciu o modele numeryczne [8 – 10]. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem IARC (ang. International Agency for Research on Cancer) sklasyfikowała PEM o częstotliwościach radiowych do grupy 2B (przypuszczalnie kancerogenne), co może być jednym z czynników powodujących narastającą fale obaw społecznych [11].

Rozpatrując efekty termiczne, warto zwrócić uwagę, iż pochłanianie przez tkankę energii cieplnej zależy od intensywności źródła ciepła, czasu ekspozycji, jak również zewnętrznych warunków w jakich znajduje się zarówno źródło, jak i tkanka [12]. Wzrost temperatury tkanki jest zazwyczaj wynikiem zaburzenia równowagi pomiędzy mechanizmami odprowadzającymi ciepło, a ilością ciepła dostarczaną przez źródło [13, 14]. Oszacowano, iż zbyt wysoka depozycja energii cieplnej w tkance, przekraczająca 1000 W/m² może wywołać zaburzenia rozwoju i funkcji komórek [14]. Z drugiej strony, dla porównania, dla tego typu gęstości mocy uzyskuje się najlepsze efekty przeciwbólowe podczas terapii z użyciem lasera.

Jak wspomniano wcześniej, akumulacja ciepła w tkankach na skutek absorpcji fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości wywołuje lokalny wzrost temperatury. Ilość ciepła wytwarzanego w tkance w jednostce czasu na skutek tego procesu maleje z kwadratem głębokości penetracji, największy wzrost temperatury zostanie zatem zaobserwowany na powierzchni skóry. Ponieważ natężenie pola elektromagnetycznego (PEM) wytwarzane przez terminal, czyli np. telefon komórkowy komunikujący się ze stacją bazową w wielu przypadkach przewyższa natężenie pola stacji bazowej (nawet 10-krotnie), badania wpływu PEM emitowanego przez anteny telefonów komórkowych znalazły swoje uzasadnienie.

Faktem jest, iż absorpcja PEM w trakcie standardowej rozmowy telefonicznej może powodować lokalny wzrost temperatury w miejscu przyłożenia telefonu. Z drugiej jednak strony istnieją mechanizmy termoregulacyjne, sterowane przez podwzgórze, zapobiegające nadmiernemu przegrzaniu tkanek. Utrzymanie równowagi cieplnej organizmu jest konsekwencją występowania czterech powszechnie znanych efektów: przewodnictwa, konwekcji, promieniowania oraz parowania wody. Udział poszczególnych efektów silnie zależy od warunków otoczenia i przykładowo, straty ciepła dla obnażonego człowieka w stanie spoczynku, przebywającego w temperaturze 20°C, wynoszą procentowo około 10% na drodze konwekcji, 68% przez promieniowanie oraz 22% na skutek parowania wody. Zwiększenie temperatury otoczenia do 30°C, znacząco zmienia udział poszczególnych procesów na korzyść konwekcji (15%) oraz odparowywania potu (36%). Wzrost temperatury na powierzchni skóry będzie aktywował rozszerzanie naczyń krwionośnych w skórze, zwiększając w ten sposób ilość oddawanego do otoczenia ciepła. Pobudzone zostaną również gruczoły potowe, co pozwala na zwiększenie utraty ciepła przez parowanie. Zahamowanie tych procesów może w znacznym stopniu przyczynić się do lokalnego zachwiania równowagi procesów termoregulacji, dających również objawy pod postacią zmian dermatologicznych. Istotnym pytaniem wydaje się tutaj, jaki jest wzrost temperatury związany z oddziaływaniem PEM? Od czego zależy? Co tak naprawdę go wywołuje? Czy przeciętny użytkownik telefonu komórkowego, telefonu bezprzewodowego DECT albo innego urządzenia wyposażonego w interfejs Wi-Fi czy Bluetooth jest bezpieczny?

W literaturze istnieje szereg doniesień związanych z badaniem efektów termicznych wywołanych PEM wytwarzanym przez telefony w trakcie rozmowy telefonicznej oraz inne urządzenia z Wi-Fi czy Bluetooth. Powszechnie przyjętą i akceptowaną techniką wykorzystywaną do pomiaru rozkładu temperatury skóry w okolicach głowy poddawanej ekspozycji na PEM jest termografia. Ze względu na niskie moce nadajników urządzeń wyposażonych w interfejs Wi-Fi oraz Bluetooth, najwięcej danych dotyczy badań z wykorzystaniem telefonów komórkowych. Do tej pory przeprowadzono eksperymenty w różnych wariantach oraz dla telefonów różniących się m.in. wartością SAR (od 0,39 W/kg do 1,26 W/kg) oraz pojemnością akumulatora (od 800 mAh do 1320 mAh) [15, 16]. Przyrosty temperatury na powierzchni skóry głowy analizowano w różnych kombinacjach pracy działania telefonu np. podczas ładowania i/lub standardowej rozmowy telefonicznej oraz telefonu w normalnym trybie pracy (ON) oraz w trybie samolotowym (FLIGHT); telefon przykładano również bezpośrednio do skóry oraz umieszczano go w odległości od 0,5 cm do 0,8 cm od jej powierzchni [16, 17]. Nie bez znaczenia pozostaje również częstotliwość, na której telefon łączy się ze stacją bazową oraz gdzie znajduje się antena w aparacie telefonicznym [18]. Zaskakujący, jest również fakt, iż przyrost temperatury na powierzchni skóry może być również zależny od płci badanej osoby [16].

Większość opisywanych w literaturze eksperymentów badawczych przeprowadzono jednak na niewielkiej, niereprezentatywnej grupie ochotników (od 5 do max 20 osób), stąd otrzymane wyniki nie pozwalają na wnioskowanie statystyczne. W badaniach tych skupiono się również głównie na wpływie parametrów technicznych telefonu na wzrost temperatury skóry oraz jego pozycji względem powierzchni skóry głowy [12 – 18].

Wobec powyższych faktów, przeprowadzono własne badania termograficzne dla reprezentatywnej grupy mężczyzn. Celem pracy było określenie efektów termicznych, czyli wzrostu temperatury okolic małżowiny usznej oraz zmian skórnych związanych z używaniem telefonu komórkowego, a także ustalenie przyczyn ich powstawania. W szczególności badania zostały ukierunkowane na odróżnienie wpływu PEM emitowanego przez urządzenie od innych efektów fizycznych, np. zaburzenie transportu ciepła z powierzchni skóry, przy umieszczeniu telefonu przy twarzy.

W tym celu wykorzystano telefon pracujący w różnych trybach pracy: wyłączony (OFF), tryb z brakiem dostępu do sieci komórkowej z uruchomioną aplikacją odtwarzającą muzykę (FLIGHT) oraz standardowy tryb pracy z dostępem do sieci komórkowej (ON).

Badania rozkładu temperatury przeprowadzono z wykorzystaniem kamery termowizyjnej V-20 (Vigo System, Polska) pracującej w zakresie długości fal 8 ¸ 12 mm. Kamera daje możliwość ciągłego pomiaru rozkładu temperatury zarówno skóry jak i innych obiektów. W celu oszacowania ilości energii emitowanej przez telefon pracujący w trybach ON oraz FLIGHT dokonano pomiaru oraz wyznaczono średni przyrost temperatury DTTE na powierzchni telefonu wykorzystywanego w badaniach. Wartości średnich przyrostów temperatury na powierzchni telefonu pracującego w czasie 30 minut w trybach ON oraz FLIGHT przedstawiono na Rys. 1.

 

 

 

Rys. 1. Wartości średnich przyrostów temperatury na powierzchni telefonu pracującego w czasie 30 minut w trybach ON oraz FLIGHT. Do danych dopasowano krzywą modelową ΔT_TE = a(1 – exp(–bt).

Dopasowanie krzywej opisanej równaniem na Rys. 1 do danych eksperymentalnych pozwala na wyliczenie wartości mocy źródła jakim jest telefon, zarówno pracujący w trybie normalnym ON oraz w trybie FLIGHT. Należy zaznaczyć, iż ucho ludzkie jest również źródłem ciepła, a średnia wartość temperatury zmierzona na powierzchni małżowiny usznej wynosi ok. 33°C i w stosunku do temperatury wnętrza organizmu, której wartość osiąga 37°C jest obniżona na skutek procesów odprowadzania ciepła z powierzchni skóry.

Analizując przyrost temperatury na powierzchni telefonu (na podstawie Rys. 1 ~ max. 2°C w trybie ON), zarówno w trybie FLIGHT jak i ON oraz zakładając, iż początkowa temperatura telefonu była równa temperaturze otoczenia (T_TE = 23°C), maksymalna wartość temperatury na powierzchni telefonu nie przekracza 25°C, co w porównaniu z temperaturą ucha oznacza znacznie mniej wydajne źródło ciepła.

 

Rys. 2. Schematyczny model przedstawiający transport energii.

Zgodnie z zerową zasadą termodynamiki ciepło jest przekazywane zgodnie z gradientem temperatury, od ciała o temperaturze wyższej, tutaj ucha (T_U), do ciała o temperaturze niższej – tutaj telefonu (T_TE) – por. Rys. 2. W dalszej kolejności nagrzewający się telefon oddaje ciepło do otoczenia (Rys. 2). Może to być wniosek zaskakujący, ale to ciało człowieka ogrzewa telefon, a nie odwrotnie. Potwierdzeniem powyższego faktu jest zmierzony w trakcie badań średni przyrost temperatury powierzchni telefonu po 15-minutowym kontakcie z uchem, który wynosi prawie 6°C. Należy podkreślić, iż zaobserwowany wcześniej wzrost temperatury powierzchni telefonu umieszczonego swobodnie z daleka od ciała nie przekraczał 2°C po 30 minutach działania.

Z drugiej strony, ponieważ sam telefon również generuje ciepło (Rys. 1), to redukcji ulega tym samym gradient temperatury na powierzchni styku ucha z telefonem, co znacząco obniża przepływ energii. Dodatkowo sama obudowa telefonu, przyłożona do powierzchni ucha czy policzka, uniemożliwia naturalne odprowadzanie ciepła, zaburzając tym naturalny proces równowagi termicznej pomiędzy skórą a otoczeniem. Konsekwencją tego jest lokalny wzrost temperatury warstw powierzchniowych skóry stykających się z aparatem telefonicznym.

Badania termograficzne z udziałem ochotników wymagają szczególnej stanowczości związanej z samymi warunkami pomiaru. W tego typu eksperymentach zgodnie z powszechnie przyjętymi standardami wymagana jest adaptacja pacjenta do warunków temperaturowych panujących w pomieszczeniu, gdzie odbywają się pomiary. Przed pomiarem termograficznym temperatura skóry głowy ochotnika została ustabilizowana do warunków panujących w pomieszczeniu. W tym celu ochotnicy zgłaszali się około 20 minut przed badaniem. Na 60 minut przed badaniem nie spożywali ciepłych ani zimnych napojów, alkoholu, nie palili papierosów oraz nie wykonywali intensywnego wysiłku fizycznego. Z grupy badanej wyłączeni zostali ochotnicy, u których stwierdzono przewlekłe choroby zapalne i autoimmunologicze, schorzenia dermatologiczne oraz nowotwory (skóry i ogólne). Po stabilizacji w warunkach temperatury pokojowej ochotnicy poddawani byli oględzinom dermatologicznym okolic głowy i szyi z wykorzystaniem dermatoskopu o powiększeniu 50 razy oraz wideo-dermatoskopu Firefly De-300 (Belmont, USA). Ocenę dermatologiczną przeprowadzono na podstawie wywiadu z ochotnikiem, oceniając skórę głowy i szyi. Uwzględniono obecność oraz stopień intensywności zmian w czterostopniowej skali (0 – brak efektu, 1 – słaby, 2 – umiarkowany, 3 – nasilony). Wizualnie oceniano dolegliwości takie jak: rumień skóry, osutka grudkowo-krostkowa, teleangiektazje czy zaburzenia pigmentacji.

Kolejnym krokiem badania było wykonanie pomiarów termograficznych. Badanie przeprowadzono w klimatyzowanym pomieszczeniu o stałej temperaturze. Po wykonaniu termogramów następowała próba prowokacyjna z wykorzystaniem telefonu komórkowego – standaryzowana symulacja 15-sto minutowej rozmowy. Po próbie prowokacyjnej ponownie wykonywano pomiary termograficzne w tych samych ujęciach, co przed próbą. Po wykonaniu pomiarów termograficznych dokonywano ponownych oględzin dermatologicznych oraz wywiadu. Wykonywano również zdjęcia zmian skórnych, jeśli takie powstały na skutek próby prowokacyjnej. Bezpośrednio przed, jak i po próbie prowokacyjnej wykonywano również termogram telefonu wykorzystywanego do badań. Próby prowokacyjne wykonano z wykorzystaniem standardowego telefonu średniej klasy o współczynniku SAR = 0,75 W/kg oraz pojemności baterii 3000 mAh. Telefon zalogowany był w sieci wykorzystującej pasmo 1800 MHz. Komunikację ograniczono do standardu 3G. Próby z telefonem w trybie FLIGHT oraz telefonem wyłączonym wykonywano innego dnia.

Jak wspomniano wcześniej lokalny wzrost temperatury może przyczynić się do powstawania zmian na skórze. Najczęstszym subiektywnym objawem dermatologicznym zgłaszanym przez ochotników po ekspozycji było uczucie ciepła skóry w okolicy poddanej ekspozycji. Taki objaw zgłaszało 34% badanych w stopniu słabym, natomiast 5% w stopniu umiarkowanym (Rys. 5). U 29% ochotników, w stopniu słabym, a u 21% w stopniu umiarkowanym po ekspozycji wystąpiły teleangiektazje objawiające się jako poszerzone naczynia w małżowinie usznej. Przykładowe zdjęcie teleangiektazji przedstawiono na Rys. 3a oraz Rys. 3b.

 

 

Rys. 3a, b. Obraz fragmentu skóry małżowiny usznej przed ekspozycją (u góry) oraz przedstawiający poszerzone naczynia po ekspozycji (na dole).

Poszerzające się naczynia pod wpływem temperatury zwiększają lokalny przepływ krążącej w nich krwi, co prowadzi do wzrostu odprowadzenia ciepła w tkance.

U badanych zaobserwowano również po ekspozycji rumień skóry w stopniu słabym (16%) i umiarkowanym (5%). Przykładowy obraz fragmentu skóry małżowiny usznej z wideo-dermatoskopu ukazujący rumień pokazano na Rys. 4a oraz Rys. 4b.

 

 

Rys. 4a, b. Obraz fragmentu skóry małżowiny usznej przed ekspozycją (u góry) oraz rumień po ekspozycji (na dole).

Rumień cieplny można scharakteryzować jako plamiste, rozlane zaczerwienienie będące odzwierciedleniem rozszerzenia naczyń krwionośnych skóry i tkanki podskórnej (Rys. 4b). W miejscu działania źródła ciepła na skórę i tkankę leżącą bezpośrednio pod nią następuje podwyższenie temperatury tkanek i uaktywnienie mechanizmów termoregulacji, zapobiegających kumulacji energii cieplnej w jednym miejscu, co mogłoby doprowadzić do poparzenia. W zależności od czasu trwania ekspozycji oraz wrażliwości nagrzanego miejsca, rumień może utrzymywać się od 30 minut do ok. 2 godzin. Około 3% pacjentów zgłaszało świąd skóry w okolicach poddanych ekspozycji. Pozostałych branych pod uwagę potencjalnych efektów nie zaobserwowano. Graficzne zestawienie wyników badań dermatologicznych przedstawiono na Rys. 5.

 

Rys. 5. Wynik badań dermatologicznych.

W celu ilościowego oszacowania efektów termicznych obszary małżowiny usznej ucha eksponowanego poddano procedurze manualnej segmentacji (konturowania) (Rys. 6). Z wykorzystaniem oprogramowania dostarczonego przez producenta wraz z kamerą V-20, wyznaczono wartości maksymalnej, minimalnej oraz średniej temperatury z obszaru zainteresowania. Przykładowe termogramy z wyznaczonym obszarem małżowiny usznej dla wyłączonego telefonu przedstawiono na Rys. 6a oraz Rys. 6b.

 

Rys. 6a, b. Termogramy ucha przed (u góry) i po próbie z wyłączonym telefonem (na dole).

Na termogramie po prawej stronie przedstawiono efekt 15-minutowego trzymania wyłączonego telefonu bezpośrednio w kontakcie z uchem. Należy zaznaczyć, iż telefon był wyłączony, a jego początkowa temperatura była równa temperaturze otoczenia. Nagrzanie tkanek jest wynikiem zaburzenia mechanizmów regulujących procesy odprowadzania ciepła z powierzchni skóry przez przyłożony do tkanki aparat. Oszacowano, iż dla wyłączonego telefonu taki wzrost temperatury po 15 minutach może wynosić nawet 1,1 ± 0,2°C, a temperatura powierzchni telefonu, na skutek przewodnictwa ciepła z ucha może zwiększyć się nawet o 5,0 ± 0,5°C.

Podobnie przykładając do ucha telefon z uruchomioną aplikacją odtwarzającą muzykę bez włączonego trybu dostępu do sieci (tryb FLIGHT) zaobserwowano, iż średnio temperatura wyznaczonego obszaru zwiększa się z 32,9°C do 34,3°C, co oznacza średni przyrost temperatury o 1,4 ± 0,2°C. Aktywność podzespołów telefonu (procesor, bateria) nieco zwiększa temperaturę powierzchni telefonu, zmniejszając tym samym gradient temperatury pomiędzy uchem a jego powierzchnią. Finalnym efektem tego jest mocniejsze nagrzewanie się małżowiny i dalszy wzrost o kolejne 0,3°C w stosunku do sytuacji z wyłączonym telefonem.

Ostatnim etapem badań były pomiary rozkładu temperatury na powierzchni małżowiny usznej przed i po standaryzowanej 15-sto minutowej symulacji rozmowy telefonicznej. Termogramy z wyznaczonym obszarem małżowiny usznej dla telefonu w trybie ON przedstawiono na Rys. 7a oraz Rys. 7b.

 

 

Rys. 7a, b. Termogramy ucha prawego przed (u góry) i po rozmowie telefonicznej (na dole).

Skutkiem termicznym 15-sto minutowej rozmowy był większy niż w poprzednich sytuacjach wzrost temperatury na powierzchni małżowiny usznej średnio z 32,9°C do 34,8°C, co oznacza przyrost temperatury średnio o 1,9 ± 0,3°C. W stosunku do badań z trybem FLIGHT jest to wzrost o wzrost o 0,5°C. Powyższych wyników nie da się jednoznacznie zestawić z danymi literaturowymi, ponieważ każda grupa badawcza stosowała nieco inne warunki eksperymentalne. Przyrosty temperatur na powierzchni skóry jakie uzyskiwano wynosiły pomiędzy 1,2°C a 2,3°C, ale stosowano inne czasy rozmów (od 5 do 40 minut) oraz inne parametry techniczne telefonów (wartości SAR od 0,34 W/kg do 1,5 W/kg oraz inne pojemności baterii) [15, 16]. Warto również dodać, iż wartości otrzymywanych przyrostów temperatur znacznie różniły się pomiędzy poszczególnymi pacjentami. Różnica pomiędzy minimalnym a maksymalnym przyrostem temperatury na powierzchni ucha wynosiła, aż 4,8°C. Taki duży rozrzut uzyskanych wyników, pośród pacjentów jednej płci, świadczy o dużej zależności osobniczej na stymulację termiczną organizmu. Nie bez znaczenia jest tutaj również sposób trzymywania telefonu w kontakcie ze skórą. Istnieją badania, wedle których przyrost temperatury na powierzchni skóry jest ściśle zależny od odległości aparatu od jej powierzchni. Dla telefonu w bezpośrednim kontakcie ze skórą zanotowano jej maksymalny przyrost na poziomie 2,3°C, podczas gdy po oddaleniu telefonu od powierzchni skóry przyrost ten znacząco malał (nawet do 1°C), oczywiście badania przeprowadzano w tych samych warunkach [16]. Wydaje się, iż w tym aspekcie istotnym czynnikiem, który może wpływać na ostateczne wyniki jest siła nacisku na powierzchnię skóry. Nie jest to parametr, który da się kontrolować w łatwy sposób z jednoczesnym zachowaniem naturalnych warunków prowadzenia rozmowy telefonicznej.

W trybie ON telefon komunikował się z innym telefonem poprzez sieć komórkową. Wzrost temperatury ucha, w stosunku do trybu FLIGHT, może wskazywać na absorpcję przez tkankę fal wysyłanych przez antenę telefonu. Z drugiej jednak strony dostęp do sieci wymaga zaangażowania większej liczby elementów elektronicznych telefonu, co powoduje jego większe nagrzewanie. Potwierdzeniem tego faktu, może być wyższy przyrost temperatury na powierzchni telefonu pracującego w trybie ON (Rys. 1). Z kolei wyższa temperatura telefonu jeszcze bardziej redukuje procesy odprowadzenia ciepła z powierzchni skóry, a co za tym idzie powoduje większe nagrzewanie ucha. Wykorzystanie termografii w tym aspekcie nie daje zatem jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, czy absorpcja fal PEM powoduje istotny wzrost temperatury małżowiny usznej. Można natomiast pokusić się o określenie ewentualnego udziału energii tych fal w całkowitym efekcie termicznym. Literatura podaje, iż stanowi on pomiędzy 40 – 45% [16], podczas gdy obecne badania wykazały 26% (przyrost temperatury o 1,9°C w trybie ON w stosunku do 1,4°C w trybie FLIGHT).

Liczebność grupy badawczej (n = 40) pozwala na postawienie ilościowych wniosków statystycznych. Kluczowym parametrem jest tutaj istotność statystyczna. Istotność statystyczna jest miarą wiarygodności eksperymentu, pozwala określić czy otrzymane wyniki w badanej grupie osób mogą zostać odniesione do całej populacji, czy raczej zaobserwowany efekt jest przypadkowy. Zatem za wyniki istotne statystycznie można potraktować takie wyniki, których prawdopodobieństwo przypadkowego wystąpienia pewnych korelacji i zależności jest niższe, niż z góry zakładany próg zwany poziomem istotności. W badaniach medycznych standardowo przyjmuje się wartość 0,05.

Statystyczne testy porównawcze zastosowano do wyników przyrostu temperatur na powierzchni małżowiny usznej dla różnych trybów pracy telefonu. Statystycznie znaczące różnice uzyskano pomiędzy przyrostami temperatur powierzchni małżowiny usznej po przyłożeniu telefonu w trybie OFF oraz ON. Różnic takich nie uzyskano natomiast pomiędzy trybem FLIGHT i ON oraz OFF i FLIGHT. Z kolei zaobserwowano takie różnice pomiędzy uchem poddanym ekspozycji, a uchem nie eksponowanym bądź uchem znajdującym się po przeciwnej stronie głowy dla wszystkich testowanych trybów pracy telefonu (OFF, FLIGHT i ON). W praktyce oznacza to, iż statystycznie, ucho poddane ekspozycji z użyciem telefonu pracującego w trybie ON nagrzeje się w stosunku do ucha z telefonem w trybie OFF oraz w stosunku do ucha niepoddanego ekspozycji. Wzrost temperatury w stosunku do ucha niepoddanego ekspozycji zauważymy również zawsze, przykładając telefon w dowolnym trybie pracy. Niekoniecznie natomiast zaobserwujemy dodatkowy wzrost temperatury na powierzchni ucha pomiędzy telefonami w trybie OFF i FLIGHT oraz FLIGHT i ON. Powyższe wnioski statystyczne pokrywają się z wcześniejszą analizą opartą o prosty model oraz badania eksperymentalne. Ucho nagrzewa się na skutek przyłożonego do jego powierzchni telefonu, natomiast wpływ poszczególnych trybów pracy telefonu na wzrost temperatury pozostaje w dalszym stopniu nieokreślony i wymaga dalszych badań.

Efekty termiczne wywołane przyłożeniem do ucha telefonu pracującego w trzech trybach objawiają się przed wszystkim przyrostem temperatury na jego powierzchni. Przyłożony do ucha telefon obniża gradient temperatury na styku powierzchni małżowiny usznej i aparatu telefonicznego. Samo przyłożenie wyłączonego telefonu wywołuje wzrost temperatury powyżej 1°C. Telefon pracujący w trybie FLIGHT oraz ON może wywołać dalszy przyrost temperatury ucha do wartości około 1,9°C. Głównym mechanizmem odpowiedzialnym za ogrzewanie powierzchni małżowiny usznej jest zaburzenie odprowadzania ciepła przez skórę, a tym samym zachwianie równowagi termicznej pomiędzy tkanką a otoczeniem. Należałoby się zastanowić czy taki miejscowy przyrost jest niebezpieczny. Istnieją badania wskazujące, iż 10-cio minutowa ekspozycja powierzchni ciała na słońce wywołuje przyrost temperatury średnio z 32,6°C do 33,5°C, czyli średnio o 0,9°C w zależności od eksponowanego obszaru ciała oraz płci [19]. Dobrym przykładem nagrzewania się tkanek do jeszcze wyższych temperatur są zabiegi lecznicze stosowane powszechnie podczas turnusów rehabilitacyjnych, gdzie na skutek okładów parafinowych bądź żelowych, czy kąpieli wodnych temperatura skóry podnosi się do wartości ok. 39 – 40°C. Nagrzewanie w takich warunkach, znacznie większych obszarów ciała, przez dłuższy okres czasu nie wywołuje negatywnych skutków, a wręcz przeciwnie.

Wyniki badań własnych oraz zebrane dane pozwalają sformułować kilka ogólnych wniosków związanych z efektami termicznym wywołanymi bezpośrednim kontaktem telefonu, czy innego urządzenia ze skórą ochotnika. Wartość przyrostu temperatury skóry na skutek przyłożenia urządzenia elektronicznego w okolice głowy zależy od:

• rodzaju zastosowanego aparatu telefonicznego, czy urządzenia oraz jego parametrów (wartość, SAR, pojemność baterii) [15, 16];

• trybu pracy aparatu i związanej z nim aktywności elementów elektronicznych [15 – 17];

• sposobu trzymania urządzenia przy skórze, odległości od niej oraz siły nacisku [15, 16];

• częstotliwości fal radiowych generowanych przez antenę aparatu [18];

• płci badanych osób [16, 17];

• jest osobniczo zależna.

Skutkiem efektów termicznych na powierzchni skóry są zmiany dermatologiczne objawiające się powstawaniem tzw. teleangiektazji wtórnych oraz rumienia skóry. Są to zmiany w powierzchniowym układzie naczyniowym skóry powstałe na skutek czynnika zewnętrznego – wzrostu temperatury w badanym obszarze. Należy podkreślić, iż zmiany te zanikają samoistnie i wynikają z naturalnych mechanizmów obronnych organizmu odprowadzających nadwyżkę energii cieplnej z tkanki. Subiektywnymi dolegliwościami mogącymi się pojawić w obszarze nagrzewanym jest odczucie ciepła oraz świąd.

Przyrosty temperatur na powierzchni skóry są niwelowane przez naturalne mechanizmy homeostazy temperaturowej. Zaobserwowano, iż po wyłączeniu źródła (telefonu), które powodowało nagrzanie tkanki o 1°C, przywrócenie jej temperatury pierwotnej może trwać nawet 60 minut [17].

Jednoznaczne określenie efektów termicznych pochodzących tylko od fal elektromagnetycznych emitowanych przez antenę telefonu, wymaga modyfikacji zastosowanego układu eksperymentalnego oraz bardziej zaawansowanych narzędzi pomiarowych. Wydaje się, iż zastosowanie zewnętrznej anteny smartfonu, generującej fale o takiej samej mocy, pozwoliłoby w sposób bardziej wiarygodny przetestować i rozdzielić efekt wzrostu temperatury wywołanej przez PEM od efektów transportu energii cieplnej, czy zaburzeń związanych z mechanizmami odprowadzania ciepła przez skórę. Kamera termowizyjna nie pozwala bezpośrednio określić absorpcji fal elektromagnetycznych przez tkankę, a jedynie pozwala opisać skutki absorpcji objawiające się ewentualnym przyrostem temperatury na powierzchni tkanki.

1. Bhargava D, Leeprechanon N, A Review of the Effect of Non-ionizing Microwave Radiation on Human Health. Science & Technology Asia 2017, 22(3), 65-82.
2. Deepinder F, Makker K, Agarwal A, Cell phones and male infertility: dissecting the relationship. Reprod Biomed Online 2007, 15, 266-70.
3. Habash RWY, Bioeffects and therapeutic applications of electromagnetic energy. Boca Raton: CRC Press 2008
4. Wessapan T, Rattanadecho P, Specific absorption rate and temperature increase in the human eye due to electromagnetic fields exposure at different frequencies. International Journal of Heat and Mass Transfer 2013, 64, 426-435.
5. Wessapan T, Srisawatdhisukul S, Rattanadecho P, Specific absorption rate and temperature distributions in human head subjected to mobile phone radiation at different frequencies. Int J of Heat and Mass Trans 2011, 55(1), 347-59.
6. Nishizawa S, Hashimoto O, Effectiveness analysis of lossy dielectric shields for a three-layered human model. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 1999, 47(3), 277-83.
7. Wessapan T, Rattanadecho P, Numerical analysis of specific absorption rate and heat transfer in human head subjected to mobile phone radiation: Effects of user age and radiated power, J of Heat Trans 2012, 134(12), 101-21.
8. Deepshikha Bhargava, Nopbhorn Leeprechanon, Phadungsak Rattanadecho, Teerapot Wessapan, Specific absorption rate and temperature elevation in the human head due to overexposure to mobile phone radiation with different usage patterns. International Journal of Heat and Mass Transfer 2019, 130, 1178-1188.
9. Manoufali M, Abbosh A, Specific absorption rate and temperature increase for a passive brain implantable medical device using transmission line analysis. IEEE Asia Pacific Microwave Conference (APMC), Kuala Lumpar, 2017, 570-572.
10. Hamed T, Maqsood M, SAR Calculation & Temperature Response of Human Body Exposure to Electromagnetic Radiations at 28, 40 and 60 GHz Wave Frequencies. Progress In Electromagnetics Research M 2018, 73, 47-59.
11. International Agency for Research on Cancer (IARC). In: IARC classifies radiofrequency electromagnetic fields as possibility carcinogenic to humans. 2013. 
12. Boerner E, Bauer J, Kuczkowska M, Podbielska H, Ratajczak B, Comparison of the skin surface temperature on the front of thigh after application of combined red-IR radiation and diadynamic currents executed in a different sequence. J Therm Anal Calorim. 2015, 120(1), 921–8.
13. Bauer J, O'Mahony C, Chovan D, Mulcahy J, Silien C, Tofail SAM, Thermal effects of mobile phones on human auricle region. J Therm Biol. 2019, 79, 56-68.
14. Hamada AJ, Singh A, Agarwal A, Cell phones and their impact on male fertility: fact or fiction. Open Reprod Sci J. 2011, 5, 125–37.
15. Kargel C, Infrared thermal imaging to measure local temperature rises caused by handheld mobile phones. IEEE Trans Instrum Meas. 2005, 54, 1513–9.
16. Lahiri BB, Bagavathiappan S, Soumya C, Jayakumar T, Philip J, Infrared thermography based studies on mobile phone induced heating. Infrared Phys Technol. 2015, 71, 242–51.
17. Bauer J, Górecki I, Kohyt M, Migasiewicz A, Podbielska H, The influence of smartphones’ operation modes on the superficialtemperature distribution in the human auricle region J Therm Anal Calorim 2018, 133, 559.
18. Mushtaq A, Vijay K, Calculation of SAR and Measurement of Temperature Change of Human Head Due To The Mobile Phone Waves At Frequencies 900 MHz and 1800 MHz, Advances in Physics Theories and Applications 2013, 16.
19. Petersen B, Philipsen PA, Wulf HC, Skin temperature during sunbathing--relevance for skin cancer. Photochemical & photobiological sciences: Official journal of the European Photochemistry Association and the European Society for Photobiology 2014, 13(8), 1123-5.

---

Autor: Dr Tomasz Rok