50HZDE ELEKTRİK ALANININ ORGANİZMA ÜZERİNDE ETKİSİ

Transkript

1 50HZDE ELEKTRİK ALANININ ORGANİZMA ÜZERİNDE ETKİSİ jr slny UDK: 538.3: :574.6 ÖZET Yazıda elektrksel ve magnetk alanların etksnde kalmış kşlere lşkn brçok gözlem yer almaktadır. Bu alanların etkler organzma üzernde br hafta kadar sürmektedr. Elektromagnetk alanların doku ve snrler üzernde doğuracağı uyarılar, ısı ve elektrokmyasal tepkler gb etkler ncelemektedr, özellkle 50 Hz'de ortaya çıkan etkler, deneysel koşullarda ncelenmş ve byolojk mler kaydedlerek çözümlenmş ve deneysel sonuçlar verlmştr. Bu sonuçlara göre kaydedlen hemen tüm byolojk mlerde elektrk alanlarından doğan öneml sayılablecek değşklkler gözlemlenmekle brlkte, değşklkler fzyolojk verlern doğal uzanım alanında kalmakta, patolojk sonuçlar doğurmamaktadır. SUMMARY Numerous observatons on men submtted to an electrc or magnetc feld are reported n the artcle. Ihey show a tteek nfluence on the argansm. The possble effects of electromagnetc felds, such as for exampla, stmulaton of the nerves and tssues, producton of heat, electrochemcal reactons are nvestgated. Amongst these effects those produced at 50 Hz are examned mor e closely and expermental condtcns worked out, the bologcal sgnals recorded and analysed an fnally the obtaned expermental resul t s are stated successvely. The fnal concluslon s relatvely cautous: although sgnfcant changes were observed n almost al the recorded bologcal sgnals, due to electrc felds, these changes are wthn the range of normal possble physologcal data, and should n no way be consdered as pathologcal conseguences. 1. GÎRÎŞ Bugünkü durumuyla elektrksel letmn en az masraflı ve en pratk enerj letm bçm olduğu kanıtlanmıştır. Teknk nedenlerle bu çeşt enerj letm çn, düşük sıklıklarda (16 2/3, 50,60 Hz) ve yüksek gerlmlerde çalışan hava hatları kullanılmaktadır. Hava hattının çevresnde, yeğnlğ, letlen gerlm, akım ve letm öğelernn geometrk özellkleryle orantılı, karmaşık ve heterojen br yapıya sahp, elektrk ve magnetk alanlar oluşur. Hatların yerden yükseklğnden daha büyük uzaklıklarda alan oldukça zayıflar. Elektrk ve magnetk alanların yeğnlğ göz önüne alındığında, yerden br metre yükseklkte doğrudan hattın altında en büyük değerler gözlenr. Halen kullanılan ve yakın gelecekte kurulacak olan hava hatları çn bu değerler elektrk alanı çn 20 kv/m'y [l], magnetk alan çn de 10 pt/ka' [2] geçmez. 438 Doğa da yeğnlğ yapay alanlarınknden daha küçük olan doğal, düşük sıklıklı elektrk ve magnetk alanlar da vardır. Bu doğal alanların sıcak kanlı hayvanlar üzerndek etklern saptamaya yönelk lk blmsel çalışmalar, yapay alanların etklern bulmayı amaçlayan araştırmalardan daha ayrıntılı ve kapsamlı ncelemeler çn olanaklar ortaya çıkardı. Modern yöntemlerle ve pek çok sayıda yapılan araştırmalara karşın, sorun bugüne değn hala çözümlenememş durumdadır. Deneylern sonuçları brbrnden farklı ve hatta brbryle çelşr olablmektedr. Elektrk ve magnetk alanların etklernn oluşumunun tam olarak açıklanamamasına karşın, organzmanın herhang br şeklde etklendğ açıktır.[3] Deneylern sonuçları arasındak farklılıklar deney koşullarının farklılığından kaynaklanmaktadır. Bana göre şöyle br varsayım da bulunmak olanaklıdır: elektrk ve magnetk alanların organzma üzerndek etkler azdır ve organzmanın reaksyonu da farklı deney koşullarını yansıtır br ntelk taşımaktadır. Başka br varsayım da şu olablrd: "Organzma elektrk ve magnetk alanların etklerne karşı çok duyarlıdır. Farklı alan yeğnlklerne karşı gösterlen reaksyonlar farklıysa da alan yeğnlğ le reaksyonlar arasında doğrusal br bağımlılık ypktur" Bu knc varsayım dğernden daha az akla yakındır, çünkü sıcak kanlı hayvanlarda, bugüne dağn, alan etkmes sonucu, herhang br anormal davranış bçm saptanmamıştır

2 İletkenlğn büyük ölçüde heterojen olması nedenyle ( f-cm) vücutda endüklenen akımlar, yüksek drenll der ve yağ tabakalarından geçerek, düşük drenll (100 fcm) kan damarlarında dolaşmaya başlarlar. Almaşık magnetk alanlar se vücudu oluşturan tüm maddelern çne şleyerek, örneğn 30 ut'lık br en büyük magnetk alan yeğnlğ çn yaklaşık 100 pv/cm'lk br elektrk alanı meydana getrrler. Bu elektrk alanının yeğnlğne ve vücuttak maddelern letkenlklerne bağlı olarak, 1 ya/cm2 değernde br parazt akım yoğunluğu ortaya, çıkar. Bugün çn, organzmada raagnetk alana duyarlı herhang br hücre blnmedğ çn olası br magnetk alan etksn, onun oluşturduğu kncl br elektrk alanı sonucu olarak düşünmek gerekmektedr. Şekl 1. özgün.homojen alanın dağılımının bozulması. Eo f 20! I M İH 5 - m SI m m IH TT 1sa «k s ; 1 V, \ ı ' > t s x/b Şekl 2. İletken br öğenn yüzey üzernde görel alan yeğnlğ dağılımı. 2. OLASI ELEKTROMAGNETÎK ALAN ETKİLERİ Hernekadar br elektrk alanının varlığı, Maxwell bağıntılarına göre br magnetk alanın varlığına sk sıkıya bağlıysa da, düşük sıklıklarda ve hat çevresnde elektrk alan esas olarak hattın gerlm, magnetk alan da hattın akımı tarafından belrlenr. Topraklanmış şebekelerde her faz letkennn gerlm, toprakla hat arasında heterojen br elektrk alanı oluşturur. Vücudu oldukça y br letken olan ve alan çnde ayakta duran br nsan, alanın boşluktak özgün dağılımını bozar (Şekl 1). Bu nedenle ve vücudun şeklne bağlı olarak, vücudun üst ucunda, alan yeğnlğ, normal değernn 8-12 katına çıkablr (Şekl 2) []. Almaşık alanların çevredek letkenlerde akım endükledkler olgusu göz önüne alındığında, vücudun üst yarısında endüklenen akımın daha büyük değerde olacağı açıktır. Vücudun çnde, endüklenen akım letm (conducton) akımına dönüşür. Bu akım da, ortalama yeğnlğ 600 yv/cm olan ve ortalama 6 pa/cm 2l lk br akım oğunluğu yaratan zayıf br alan meydana getrr 4]. Bu alan özgün durumda homojen, yeğnlğ Î20 kv/m olan elektrk alanının çersndedr. \ 0 ı > 1.0 Sonuç olarak elektrk alanının olası etklern şu şeklde sıralayablrz: Snrlern ve dokuların uyarılması, Joule yasasına göre ısı oluşumu, Elektrokmyasal reaksyonlar, Snrlern ve dokuların uyarım eşğne (0,1-1 V/cm), pratkte rastlanan değerleryle, ne elektrk alan etkmesyle ne de yapay magnetk alanların endüklemes yoluyla ulaşılablr. Benzer şeklde, dıştak alan tarafından vücudun çnde oluşturulan letm akımı, der ve ç organların farkedlr derecede ısınmasına yol açacak büyüklükte değldr. Bu son varsayım çok fazla sayıda deney yapılarak doğrulanablr yada çürütüleblr, çünkü elektrokmyasal reaksyonların yeğnlğ oldukça küçüktür Hz SIKLIKLI ELEKTRİK ALANININ ETKİLERİNİN ÇÖZÜMLEMESİ A. Deney Koşulları: Elektrk alanının organızm* Üzerndek etkler, bu etklern daha kolay gözlenebleceğ hayvanlar üzernde (özellkle fareler ve kedler) yapılan deneylerle ncelend. Alanın etks, byolojk mler kaydederek ve alan etkl sonucu oluşan değşklklern sayısal hesaplamalarını yaparak gözlend. Deneylern hatasız yapılablmes çn gerekl koşullar kesn olarak belrlend ve olanaklar elverdğnce standartlaşmaya gdld. Elektrk alanları, pratkte, ancak matematksel yaklaşıklıklarla tanımlanan karmaşık ve çeştl bçmler alablen br yapıya sahptrler. Bu nedenle, bu alanların deneylerde aynen yaratılmaları oldukça zordur. Ayrıca sonuçların karşılaştırılmasının güçlüğü yüzünden bu fazla öneml de değldr. Br sığaçın plakaları arasında elde edlene oldukça yakın, deneysel düzgün br alan, bu yüzden, deneyler çn yeterl sayılablr. Br yandan önceden belrlenmş koşullara bağlı kalmak, dğer yandan deney aletlern olanaklar ölçüsünde haff tutmak ve bu aletler, deney nesnesnn özgün alanı düşey doğrultuda olabldğnce az bozacağı ve yatay doğrultudak bozulmaların sığaçın kenarındak bozulmayla karışmayacağı bçmde seçmek gerekldr (Şekl 3). 20 kv/m'lk alan çnde duran br nsann üzernde görülecek alan yeğnlğnn aynısını deneylerde de elde etmek çn, yeğnlğ farelerde 80 kv/m, kedlerde de 60 kv/m olan 50 Hz sıklıklı alanlar oluşturuldu. Yeğnlklern bu değerlerde seçlme- BLEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

3 't Şekl 3. Deneysel araçların yerleştrlmesnde, alan dağılımının (X,Z koordnat sstemnde) bozulmasının şematk olarak gösterlş. snn neden hayvanlar da alan yeğnlğ değernn 1:5 oranında azalıyor olmasıdır[4]. Akustk uyarıların yada ısı değşmlernn deney hayvanlarının yaşamsal şlevlerne zarar vermesn önlemek amacıyla, deney araçları, akustk ve termal olarak yalıtılır ve br termostat kullanılarak sıcaklık sabt br değerde tutulur. Deney üç aşamada tamamlanmaktadır: hazırlık evres, elektrk alanının etks altındak aşama (A) ve alanın olmadığı denetm evres (B). Hazırlık evres süresnce byolojk mlern kaydı çn kullanılan elektrodlar ya anestez altındak hayvana tutturulur (farelerde) yada daha önceden uygu» yerne takılmış özel başlıklara bağlanır (kedlerde). Hazırlık süresnn sonunda görüleblecek herhang br uyuşukluk hal ortadan kaldırılmalıdır. Hazırlık süres farelerde yaklaşık 3 saat, kedlerde yarım saatdr. Elektrk alanının etks altındak zaman süres boyunca A ve B evreler brbrn zler ve her evre dört saat kadar devam eder. En uygun deney koşulları göz önüne alı oarak hazırlanan program deneyn hang evre de baş layacağını belrledğ gb geçc değşmlern statstksel olarak gderlmesn de olanaklı kılar. A ve B evrelernn brlkte bulunacağı testlern yanısıra, belrl br programa uygun olarak denetm testler de (br alan yok ken) uygulanır. Farelerde 16 saat olan (ABAB.BABA, BBBB) tüm deney süres,kedlerde 6 saate ndrlmeldr (B/2, 3/2A) B. Kaydedlmş Byolojk îmler ve Çözümlemeler: Sıcak kanlı br hayvanın organzması üzernde 50 Hz'lk elektrk alanının etksn saptamak çn deney boyunca aşağıdak parametreler sürekl olarak kaydedld ve kayıtlar çözümlend: elektrokardyogram, elektroansefalogram, solunum devr, atardamar basıncı, der ve rektum ısısı. Enthoven teknğnn braz değşk bçm kullanılarak elde edlen elektrokardyogram kayıtları önce genş bantda şleme uğrar, daha sonra da bu kayıtlar üzerndek solunum eğrs süzülerek ay^ rılır (Şekl 4 ). Ayırımdan sonra bu k m üzernde, kardyak ve solunum sıklıklarının elde edlebleceğ br çözüm leme yapılır. 440 Kayıt,Rcgratyon tjrs,korelosyon, It t at ct knl t t c t U r Şekl 4. Byolojk mlern sayısal ncelenmesnde zlenen hesaplama aşamaları (akış-çzm). Damar kasılma basıncı, hayvanların kuyrukları düzeyndek kan basıncı mnden yararlanarak ölçülür. Bu ölçme yöntemnde aşağıdak lkeden hareket edlr: Ölçme blezğndek dnamk basınç ne zaman anlık kan basıncına eşt olursa, blezğn arkasında kaydedlen kan hasıncı dalgası sıfıra doğru gder. Bu nedenle, blezktek basınç, artışın başlamasından basınçların eştlenmesne değn geçen sürey ölçmey olanaklı kılacak bçmde doğrusal olarak artar ve böylelkle bu zaman aralığının uzunluğu, atardamar kasılma basıncının doğrudan br ölçütü olarak kabul edleblr. Elektrk alanının merkezî snr smtem üzerndek etksn belrlemek çn dört elektroansefalogram kaydı alındı ve çözümlend. Beynn şlev le lgl blgler almak çn, sağ ve sol korteks (kabuk) le sağ ve sol hpokampus (beyndek beyaz çıkıntılar) ncelenmek üzere seçld. Beyne platn elektrodlar yerleştrlerek alınan kayıtlar standartlaştırıldı. Bu kayıt yöntemyle daha kaltel byolojk mler alınablr. Ayrıca elektrodların, br fş kullanılarak kayıt aletlerne rahatça ve güvenlr bçmde tutturulması da olanaklı olur. Kayıt süresnce 50 Hz'lk karışım mler, dört elektroansefalogram kaydından uygun Br yükseltmeyle ve özel süzgeçler kullanılarak ayrılır. Böylece elde edlen elektroansefalogram kayıtları üzernde tayf yoğunluk çözümlemes yapılır. Elektroansefalogram rastgele, durağan (statonary) br m olduğundan (20 sanyeden küçük br zaman aralığında gösterleblen br durağanlık) [4], an güç yoğunluğu hesaplanmalıdır. Güç yoğunluğunun göstermnde dört ayrı band ayırdedlr: alfa bandı (18-13 Hz), beta bandı (14-24 Hz), delta bandı (0,5-4 Hz) ve teta bandı (4-8 Hz) (elektroansefalografdek alışılagelmş br yönteme göre). Her kayıta lşkn an güç yoğunluğunun elektrk alanı etksndek değern alanın olmadığı zamank değeryle band band karşılaştırarak alanın kayıtlarda yapacağı değşmler ortaya çıkarmak olanaklıdır. Bu gösterm yöntem yalnızca elektroansefalogramdak değşmlern gözle görülerek değerlendrlmesne müsaade eder. Bu nedenle, alan etksnn ncelksel br değerlendrmesn yapmak çn, alfa beta, delta ve teta bantları cnsnden-ortalama güç yoğunluğu tanımı yapılmıştır. Byolojk mlern bütün parametreler, lkesel olarak, yalnızca test süjelernn br grubundan dğe-

4 rne değl, aynı zamanda aynı tür çersndek öge ler arasında da kuvvetl değşmler gösterr. Zamana, yere, hayvan türlerne ve hatta tesadüflere bağlı olan bu etkler ancak, çok sayıda deney sonu larına lşkn sayısal statstksel değerlendrme ve hesaplamalar yapılarak yok edleblrler. Testler bu yüzden, en uygun deney planına uygun kurallara göre yapılmalıdır. HF AF BO RtorosY On H F. A F B D F İ M P/ 1 ABAB /dotoka mmhg >/f\, HF-Kardyak sıklığı AF-Solunum sıklığı BD-Atardamar basıncı,b- Alan yok Deneylern özdeş koşullarda brçok kez ynelenmes rastgele hataların hesaplanıp, gderlmelern ola nakl kılar. Deney sırasında sınıflandırmaya gdlmes byolojk mler etkleyen geçc ve deneysel etmenlern ortadan kaldırılmasını türünün ncelenmes gerekldr. Verlern türdeşlğ her deney çn ortak br temele göre statstksel sayısal br şlem gerektrr. Böylece, geçc değşmlern eğlmn gösteren ortalama değerler varyans çözümleme yöntemyle bulunur. Daha sonra her byolojk mn değşmlerndek ortak noktalar regresyon ve korelasyon çözümlemeleryle belrlenr. Bu yolla, organzma üzernde olası br etknn kanıtlanması olanaklı olablr. C. Deney Sonuçları: Bugüne değn fareler üzernde toplam 64, kedler üzernde de toplam 48 deney yapıldı. Bu deneyler denetm testler ve elektrk alanının etks altında yapılan testler olarak gerçekleştrld. Aynı zamanda deney sonuçlarından ortalama değerler çıkarıldı. Bu ortalama değerler (lgl eğrler ttzerrnde) zamana bağlı olarak küçük çarpılarla gösterlr ve regresyon eğrsnn çzmnde esas olarak alınırlar. Regresyon eğrs yaklaşık olarak, onuncu dereceden br polnom le matematksel olarak fade edleblr. Sonuçlar 5'den 10'a kadar olan şekllerde gösterlmektedr ve şu öneme sahptrler: Şekl 5'de kardyak sıklığı, solunum sıklığı ve atardamar basıncı, 8 tane türdeş denetm testnn sonuçlarının ortalaması olarak gösterlmştr (Test şeması BBBB). Her eğrnn zamana göre değşm ortalama değern çevresndek görel küçük sapmaları göstermektedr. Şekl 6'da ABAB şemasına göre gerçekleştrlen 9 tane türdeş testn ortalama sonuçları gösterlmektedr. Şekl 5 le karşılaştırıldığında, bu HF AF BO p 1 ^JOKCMOI mrr Hg « ^20 80*150' *140 f * Rrarasyon HF. A *B D -»F(*] BBBB HF-kardyak skl». HF TT T. t, *»* * * ' " ^ '., 1 (..., *. *.BD AF Solunum sıklığı BD Atardamar basıncı B - Alan yok Şek.l 5. Denetm test sonuçları S ^ ' ~ Z ~ ~ \.,' / ** " /! ^ < S : < *" r r^*~*\ V -<< <% ' ', '* A 2 t/saat Şekl 6. Alan çnde yaşamsal şlevlerdek değşmeler (test şeması ABAB). HF AF BD %*J m 420 t» a Ö 300/ 140 / t ı_ Rıgrocyon BTÂF.SB F(t) BABA UF C^'...^ * A HF-Kardyak skl» AF-Solunu m sıklığı BD-Atardamar basıncı B- Alan yok A2 t/smi M K Şekl 7. Byolojk mlern alan etksyle değşm (test şeması BABA). ortalama değerlerden olan sapmaların daha büyük olduğu görülür. Bu, özellkle kardyak sıklığının zaman çndek değşmnn, olağandan çok büyük artmaların kaydedldğ, lk evresnde (A) açıkça görüleblr. Şekl 7'de kardyak sıklığı, solunum sıklığı ve atardamar basıncının zamana göre değşm, 7 tane alan testnn ortalama sonucu olarak gösterlmştr (Test şeması BABA). Bu şeklde adı geçen byolojk mlern alan etksyle değşmeler açıkça görülmektedr (örneğn kardyak sıklığında lk evrede, A, görülen artış). Şekl 8'de, 6 denetm testnn ortalama sonucu olarak, sıcaklık eğrlerndek geçc değşmeler gösterlmektedr. Kardyak sıklığı.ve oda sıcaklığı, der sıcaklığı ve rektal sıcaklığı le brlkte fade edlmektedr. Eğrlern ncelenmesyle, test hayvanlarının durumlarında herhang br kötüleşme olmadığı sonucuna varılablr, çünkü der ve rektal sıcaklığının eşzamanlı değşm aynen oda sıcaklığının değşmn zler. Şekl 9'dak eğrler Şekl 8'de geçerl olan koşulların aynısında elde edlmştr. Yalnızca 50 Hz'lk br alan 30 dakkalık br testten sonra 441

5 uygulanmıştır. Denetm testlernn aksne (Şekl 8) der ve rektal sıcaklıkları, 3 saatlk br alan etkmes sonucu farklı yönlerde değşmektedrler. Şekl 10'da br elektroansefalogramm çözümlenmesne örnek olarak, alan testndek sağ hpokampusun kayıtları görülmektedr. Alan etksyle an gücü ortalama yoğunluğunda, her dört bantta Şekl 8. Rektal sıcaklığı r.c), der sıcaklığı (s.c), kardyak sıklığı (HF) ve oda sıcaklığının (RT) zamana göre değşm (Denetm test). * t/h Şekl 9. Rektal sıcaklığı (r.c), der sıcaklığı (s.c), kardyak sıklığı (HF) ve oda sıcaklığının (RT), br test alanı varken, zamana göre değşm (test şeması B/2, A) * " 4 v 2 H/Amlık. EES - Sağ Hpokompu! Alan 50H sohv/m Alfa Bandı 8 -UHz > Btta Bandı / Hz T 0.1ta Bandı / 1-4 Hz ı «t a Bandı / 4- > H S 6 Tornan (soot) İO. a, 6, 6, 0 >antar.ında srüç yoğunluğunun zamana göre değşm. da haff br düşme olmaktadır. Bu, test hayvanındak br uyarım durumuyla açıklanmalıdır. Alanın neden olduğu bu değşklkler elektroansefalogramm bütün kayıtlarında, bazı farklılıklarla görülür. Denetm testlernde bu tür değşm belrtlerne se rastlanmaz. 6. ÖZET 50 Hz'de elektrk alanının organzma üzerndek etks araştırılırken, test alanının yeğnlğ, br yandan pratk değerlere uygun, dğer yandan test süjelernn fzksel yapısına elverşl olacak bçmde ayarlandı. Elektrk alanının etks altında hemen bütün byolojk mlerde öneml değşmler kaydedld. Burada yalnızca, çersnde yer alınan çevre koşullarında, alan etkmes sonucu oluşan değşklklern normal sapma sınırlarını aşıp aşmadığıyla lglenlmektedr. Elektroansefalogramın alfa, beta, delta ve teta bantlarında (özellkle sağ korteks gözönüne alındığında) an güç yoğunluğu yavaş yavaş düşerek lk değernn % 50'sne gelmekte ve alan etksnn olduğu tüm evre boyunca bu görel düşük düzeyde değşmeden kalmaktadır. Her ne kadar, vücutta oluşan ve hesaplanarak deney sonuçlarıyla karşılaştırılan alan yeğnlkler, Joule etks sonucu, hssedlr br ısıtmaya yol açmıyorsa da, alan etks sonucu, der sıcaklığı eğrler ve rektal sıcaklığı eğrlernn kesştğ noktalar (yada eğrlern brbrne dokunduğu temas noktaları) bulmak olanaklıdır. Kardyak sıklığının zaman çndek değşmnde, genellkle alan etks sonucu % oranında br artış görülür. Bu artış farelerde sürekl br büyüme gösterr, kedlerde se br salınım bçmn alır. Bütün adı geçen değşklkler fzyolojk olarak normal kabul edlen sınırlar çersnde kalırlar ve hçbrs de patolojk olarak ntelenemezler. Etklern oluşum sorunu se, henüz çerdğ zorluk nedenyle, deneyler çerçevesnde çözüleblmş değldr. Bu, karmaşık elektrokmyasal reaksyonlara lşkn br sorun olup ncelenmes fzyolojnn kapsamı çersnde yapılmalıdır. KAYNAKLAR [l] Schneder,K.H., H.Studnger, H.Stenbgler, D.Utmsh, ve J.fesnger, "Dsplacement currents to the human body caused by the eleetrc feld under overhead lnes.", CIGRE Report Group 36 (1974). [2] Schneder, K.H., "Elektrsche und magnetsehe Felder n Hochspannungsanlagen.", etz-b, Band 28, 1976, s.617. [3] Schmdt, H.G., H.Tolazz, Gutachten über Art und Umfang der Gefahrdungsmöglchketen der Arbetsnehmer an Arbetsplatzen n elektrsehen Hochspannungsanlagen durch de Enwrkung elektrseher und elektromagnetseher Felder, Unverstat Berln, [4] Slnu, J., "Zur teçhnsehen Problematk der Untersuchung des Enflusses elektrseher 50 Hz-Felder auf den Organsmus." Dssertahon an der RWTH Aachen, Şubat 976.