�Effets sur la santédes champs

électromagnétiques basse fréquence

� Jean-louis Lilien (Ulg)� (with informations obtained from L. Verschaeve(VITO), M. De Ridder (RUG), G. Decat(Vito))

unités

� Volt : voltage unity (V)� Ampere : current intensity unity (A)� Tesla, Gauss : magnetic flux density

(1µT=10 mG)� Rms (root mean square) : used in alternative

values. For sinusoïdal shape, rms value equal peak value divided by 1.41

. µ for micro (x 1/1.000.000), ex : µT

� m for milli (x 1/1000) , ex : mV, mA

� k for kilo (x 1000), ex : kV

� M for Mega (x 1.000.000), ex : MHz

� G for Giga (x 1.000.000.000), ex : GHz

Electromagnetic fields

� What is a field ?

� Electric field E (Volt/mètre)

� Magnetic field H (Ampère/mètre)

� Magnetic flux density B (Teslas)

� B shortly named « magnetic field » and expressed in microteslas (µT)

Notion de champs E et B

Champs électromagnétiquesNON ionisants

Extremely low frequency fields

(ELF) =

NON ionising radiation

� Non ionising = energy level such that it is impossible to ionize molecules (in particular living material).

� Typical non-ionizing radiation :

� Power electricity

� Radio waves, infra-red, visible

Natural fields

� Light : with a splendid sensor of electromagnetic field : the eyes,

� Earth magnetic field (30 à 60 µT, direct), lightning (10 µT à 1 km)

� Earth electric field 100 V/m (10 kV/m during thunderstorm, direct)

Natural fields

� Human being : endogenous fields (electro-cardiogram, encephalogram)

� gamma wave(30 à 100 Hz)

� Waves: alpha, beta, theta, delta (3 à 45 Hz)

� Endogenous electric field : 0.1 V/m

No way to disturb human being below 1 mV/m (1% of endogenous field)

Artificial fields

� deliberate : radio emission, TV, GSM (MHz, GHz)

� Non-deliberate : overhead power lines(50 Hz) , railways catenaries, household apparatuses,…

� Example : magnetic field of 10 µT under a 400 kV and electric field of 5 kV/m at ground level, (50 Hz)

� For these two last cases : unknown human sensors, if any.

Un exemple de mesure en continu

� - trajet en tramway : 13.4 µT

� - machine à café : 0.06 µT

� - portique anti-vol dans un centre

commercial : 18.6 µT

� - moyenne au domicile : 0.1 à 0.2 µT + bruit

de fond

Extreme low frequency (ELF) fields

CEM de très faibles fréquences

(<300 kHz)

� Wertheimer & Leeper (1979) � risque de leucémie chez l’enfant

� Énormément de recherches dans tout les domaines (in vitro, in vivo, épidémiologie, etc.)

� ELF champs électriques, ELF champs magnétiques et champs statiques

ELF: CEM de très faibles fréquences

Très faibles énergiesPas d’effets thermiquesChamp magnétique induit des courants électriques dans lecorps

⇒ dosimetrie:

(µ)T plutôt que V/m

Typical E-field under power lines

(400 kV)

Typical magnetic flux density under

HV power lines (400 kV, 2000 A)

B field in Belgium near linesMagnetic fields in the 70 kV network

0

12

3

4

5

6

7

8

-30 -20 -10 0 10 20 30

Distance to the axis of the line (m)

µT

yearly mean 95% rated (0.9 kA)

Magnetic fields in the 150 kV network

0

2

4

6

8

10

12

-50 -25 0 25 50

Distance to the axis of the line (m)

µT

yearly mean 95% rated (1.1 kA)Magnetic fields in the 380 kV network

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Distance to the axis of the line (m)

µT

yearly mean 95%

rated (2.2 kA) max (calculated)

Allure du champ d’induction magnétique B en microteslas

(cas Tihange-Avernas, 150 kV, 1300 A, deux ternes,

SOUTERRAIN)

0

2

4

6

8

10

12

14

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

B-f

ield

(µT

)

Distance to the axis of the cables (m)

A

B

Horizontal disposal

A: 150 kV, 1100 AB :70 kV, 450 A

exemples d'exposition aux ELF

champ électrique (tension > 150 kV)• sous le conducteur 1000 - 6000 V/m• à 30 m de l'axe 100 - 2000 V/m• à 100 m de l'axe 10 - 200 V/m

champ magnétiqueTension 0 m 30 m 100m400 kV 30 µT 12 µT 1 µT225 kV 20 µT 3 µT 0,3 µT90 kV 10 µT 1 µT 0,1 µT

télévision à 1 m 0,1 µTperceuse à 30 cm 3 µTmicroordinateur 0,5 µTcouverture élec. 3,5 µT

Allure du champ d’induction magnétique

B en microteslas (résidentiel)

Residential Magnetic field

0,001 0,01 0,1 1 10

Magnetic f ield (µT)

Rel

ativ

e nu

mbe

r of

R

esid

ence

s

ELF (< 300 kHz)

� Peut-on s’attendre à des effets biologiques?

(< 300V/m et <50µT)

Effets biologiques (et nuisibles) donc pas impossibles,Cependant les mécanismes proposés sont peu plausiblesà faibles “doses”

HYPOYHESES:Most cited are:the induction of electrical currents within tissuesfree radical reactionsthe effect of transientsThe creation of a resonance condition on the cell’s surface The presence of small magnetic particles (magnetite ) in animal (including) human tissues resulting in direct magnetic field effects

ELF: effets biologiques?

� Oui, en situations extrêmes: stimulation directe du tissu nerveux ou musculaire qui est possible à partir d’un certain seuil.

� Une exposition faible (normale) peut influencer les tissues biologiques dans certains cas précis (conditions expérimentales). Généralement il n’y a pas d’effets nuisible reconnus.

Effets in vitro?

� Surtout champs magnétiques et expositions

élevées.

-Résultats non concluants

-Peut être le type cellulaire et le mode

d’exposition peuvent-ils être importants?

Études in vivo?

� Études à court et long terme

� Initiation, promotion, cancer

� Les études ne semblent pasdémontrer que les ELFssont cancérigènes (ni initiateur,ni promoteur)

Études in vivo?

Reproduction et développement, immunologie, hématologie, neuroendocrinologie, génétique et autres effets

La conclusion générale est que les CEM (ELF) n’ont pas d’effets biologiques décelables dans ces domaines

Etudes chez l’homme?

� Etudes en laboratoire sur volontaires

mélatonine

Rythme cardiaque

Electrophysiologie et études du sommeil

Effets sur le système immunitaire et les hormones & hypersensibilité

Résultats négatifs, controversés, non concluants

0

10

20

30

40

50

60

10 12 14 16 18 20 22 00 02 04 06 08

70

d'après Selmaoui 1996

mélatonine (pg/ml)

taux de mélatonine nocturne chez l'hommeexposition à un champ de 50 Hz ; 10 µT

heure

champtémoin

Etudes chez l’homme?

� Etudes épidémiologiques

Beperkingen van epi-studies: hoogspanningslijnen en kankerEtudes épidémiologiques:

-résultats controversés - résultats positifs controversés -nombre d’individus limité – (statistiques!)-mesures des champs? Quand? Où? Pendant combien de temps?-controverse entre valeurs mesurées et le ‘wire –code’ -influence d’autres facteurs -mécanisme d’action inconnu

cancérogenèse

agents génotoxiques

erreurs de replication de l'ADN

c. normales c. pré- cancéreuses

agents génotoxiqueserreurs de replication de l'ADN

agents épigénétiques

c. cancéreuse

temps...

agents épigénétiques

cancer

Two models for ALL

Step 1 Initiation

� Prenatally, during fetal development a chromosome translocation resulting in a fusion gene TEL + AML 1

� A clinically silent and covert preleukaemic clone

Step 2 Promotion

� In 1 in 100 : a conversion of the preleukaemic clone to a full blown leukemia

� 2 months – 14 years: an additional postnatal event

Causes of ALL

� As ALL is not a single biological entity or disease (wide variety of subtypes: precursors B-cell and T-cell) it seems highly improbable that its aetiology will be attributable to a single causal mechanism.

� The major causes of childhood cancer are unknown.5 – 15 % : familial and genetic factors5 – 10 % : known exogenous factors

� A risk factor is a specific agent statistically associated with a disease.The weight of evidence can be:� established� suggestive� limited

Suggestive risk factors associated with ALL:

� Maternal fetal loss� Mother older than 35 years at pregnancy, father older then 40 years� Birth weight > 4000 gram (RR = 1.26) (high rate of cell

proliferation)� First born

Limited evidence:� Paternal cigarette smoking before conception and maternal

marijuana use before and during pregnancy� Paternal occupational exposure to hydrocarbons, pesticides� Motor vehicle exhaust gases, pesticides� Postnatal chloramphenicol use� Decreased risk with breastfeeding (RR = 0.76)� 50 Hz magnetic fields > 0,4 µT (RR = 2)

Kroll et al 2006

ALL and influenza epidemics (UK)

ODDS ratio

� L' odds ratio (OR) ou " rapport des cotes " est une autre mesure de la force de l'association entre une exposition et la survenue d'un événement.

� Soit Pt la probabilité d'avoir l'événement dans le groupe traité et Pc la probabilité d'avoir l'événement dans le groupe non exposé.L'odds ratio vaut: OR= [Pt x (1-Pc)]÷ [Pc x (1-Pt)].

� L'odds-ratio est une approximation acceptable du risque relatif lorsque la probabilité de survenue de l'événement est faible (Pt<10%). (le cas des ELF)

méta-analyse leucémies de l ’enfantAhlbom 2000 Br J Cancer – ODDS ratio

< 0,2 µµµµT 0,2 - < 0,4 µµµµT ≥ 0,4 µµµµT

Mesures 1,05 1,14 1,835 études [0,86 - 1,28] [0,85 - 1,53] [1,08 - 3,11]

Calcul 1,58 0,79 2,134 études [0,77 - 3,25] [0,27 - 2,28] [0,93 - 4,88]

Total 1,08 1,10 2,009 études [0,89 - 1,31] [0,83 - 1,47] [1,28 - 3,14]

Exposed children in Belgium (Decat)

> 0.2 µT : 5.7 %> 0.3 µT : 2.7 % RR = 1.7 Greenland> 0.4 µT : 1.3 % RR = 2.0 Ahlbom

If epidemiologic observation would be correct, that would mean an increase of about 1.5 case of ALL leukaemia in Belgium per year.

Typical incidence being about 4 to 5 case/100.000 or 500 cases per year � two of them being potentially induced by ELF

Modelling EMF in living

environment

Measurements of EMF in dynamic environment

Leucémie chez l’enfant

> 0.4 µT IARC

Pas d’autres effetscancer chez l’adulteautres effets chez l’adulteautres effets chez l’enfantpas d’effets des champs statiques(sauf très hautes intensités)

exposition > 0,4 µT

- en Angleterre 0,4 % population

- dans 20 % des cas en raison de lignes HT

IARC classification into 4 groups:

Group 1: The agent (mixture) is carcinogenic to humans. The exposure circumstance entails exposures that are carcinogenic to humans.

Group 2 (two classifications):

Group 2A: The agent (mixture) is probably carcinogenic to humans. The exposure circumstance entails exposures that are probably carcinogenic to humans.

Group 2B: The agent (mixture) is possibly carcinogenic to humans. The exposure circumstance entails exposures that are possibly carcinogenic to humans.

Group 3: The agent (mixture, or exposure circumstance) is unclassifiable as to carcinogenicity in humans.

Group 4: The agent (mixture, exposure circumstance) is probably not carcinogenic to humans.

Agents classified by IARC (834)

� IARC classification

Carcinogenic to humans (75)

(usually based on strong evidence of carcinogenicity in humans)

Probable carcinogenic to humans (59)

(usually based on strong evidence of carcinogenicity in animals)

Possible carcinogenic to humans (225)

(usually based on evidence in humans which is considered credible but for which other explanations could not be ruled out)

� Examples of agents

AsbestosAlcoholic beverages

BenzeneMustard gas

Solar radiationTobacco

X-rays, gamma rays, …

CreosotesDiesel engine exhaust

FormaldehydePCB

Coffee

ELF magnetic fieldsGazoline exhaust

Glass woolPickled vegetables

styrene

Childhood leukemia

in Flanders 1997 - 2001

38 cases/ year (mean over 5 years)75 % : ALL (Europe : 75 – 80 %)Age-standardised incidence rate: 29,8/1.000.000

children < 15 years(Europe: 27,9 – 46,5)

Cumulative risk to develop leukemia before the age of 15 is about 0.05 % (1/2.000)

5 year-survival:84,8 % boys88,1 % girls

Incidence

� High rates in North-West Europe, North America and Oceania

� Lower rates in Asia and Africa� Sharp incidence peak of ALL during childhood has

only been observed in the UK and USA since the 1930’s

� The age peak is absent in many developing or underdeveloped countries, suggesting a leukemogenic contribution from factors associated with industrialisation

� Yearly increase of incidence (0.7 – 1.4 %); now plateau of incidence curve is reached

Health policy must be science based� A single study can form the basis

of an hypothesis, but does not provide the basis for hazard identification.

� Confirmation of the results of any study are needed through replication and/or supportive studies.

� The resulting body of evidence forms the basis for science-based judgments by defining exposure levels for

� adverse health effects and � no observable adverse

effects.

CONCLUSIONS

� Manque de résultats clairs et sans équivoques� Généralement les données sont insuffisantes pour

conclure que les CEM-ELF sont nuisibles. Des effets biologiques ont néanmoins été observés.

� Il existe un lien entre une exposition aux CEM-ELF et la leucémie chez l’enfant (>0.3-0.4µT)

� Les études épidémiologiques ne peuvent s’expliquer par les résultats d’expériences en laboratoire.

� Etudes de répétition nécessaires.

http://www.mcw.edu/gcrc/cop/cell-phone-health-FAQ/toc.html

http://www.icnirp.de/

http://health.fgov.be/CSH_HGR/

http://www.iegmp.org.uk/IEGMPtext.htm

http://www.rsc.ca/english/Rfreport.pdf

http://www.sante.gouv.fr/htm/dossiers/telephon_mobil/index.htm

http://www.who.int

http://www.bbemg.ulg.ac.be/

http://www.greenfacts.org/power-lines/index.htm

http://www.nrpb.org/index.htm