Evaluación de los efectos electrotérmicos de campos electromagnéticos de baja frecuencia en el tejido asociado a extremidades del cuerpo humano

Abstract

Dada la naturaleza de su funcionamiento, la infraestructura de transmisión y distribución de energía eléctrica genera campos electromagnéticos en el ambiente, los cuales pueden generar efectos biológicos que van desde la percepción hasta la molestia [1]. Ahora bien, el límite del nivel de exposición a estos campos no es un estándar internacional; en su lugar, cada país se encarga de establecer sus límites de exposición. Asimismo existe literatura que permite aproximarse a los efectos de la exposición a campos electromagnéticos de baja frecuencia en el cuerpo humano. Con esta información, es posible evaluar los valores límite de exposición según la población de cada país, incluso en ausencia de un estándar establecido para este propósito.

La presente investigación parte de una revisión de la bibliografía sobre los efectos de la radiación no ionizante en tejidos biológicos. Esta proporciona las bases para el desarrollo de modelos computacionales de extremidades para la evaluación de dosimetría a baja frecuencia. Los modelos usan geometrías simples como círculos (2D) y cilindros (3D), los cuales contemplan diferentes capas de tejidos con sus respectivos parámetros eléctricos. Posteriormente, estos datos se complementan con los parámetros térmicos con el objetivo de aproximar los efectos electrotérmicos ocasionados por la radiación no ionizante a 60 Hz. Los resultados muestran cómo la orientación, el tamaño, los parámetros eléctricos de los tejidos y las condiciones de frontera de las extremidades influyen en los campos eléctricos internos distribuidos o inducidos. Por último, se estimaron los efectos eléctricos de densidad de corriente, campo eléctrico interno y densidad de flujo magnético para diferentes niveles de exposición, los cuales aproximan variaciones de temperatura entre 10^{-9} °C y 10^{-5} °C en tejidos como la piel.

El estudio concluye con la propuesta de un modelo computacional basado en extremidades del cuerpo humano que aproxima los efectos eléctricos generados por la exposición a campos electromagnéticos de 60 Hz, permitiendo estimar densidades volumétricas de energía y aumentos de temperatura. Finalmente, se proponen recomendaciones enfocadas al ajuste de los valores normativos colombianos y a la elección de parámetros eléctricos de los tejidos para el desarrollo de modelos computacionales de dosimetría a baja frecuencia (Texto tomado de la fuente)

Given the nature of its operation, the electric power transmission and distribution infrastructure generates electromagnetic fields in the environment, which can generate biological effects ranging from perception to annoyance [1]. However, the exposure level limit to these fields is not an international standard; each country is responsible for setting its exposure limits. There is also literature that makes it possible to approximate the effects of exposure to low-frequency electromagnetic fields on the human body. With this information, it is possible to evaluate the exposure limit values according to the population of each country, even in the absence of an established standard for this purpose.

The present research is based on a literature review of the effects of non-ionizing radiation on biological tissues. It provides the basis for the development of computational models of extremities for the evaluation of low-frequency dosimetry. The models use simple geometries such as circles (2D) and cylinders (3D), which contemplate different tissue layers with their respective electrical parameters. Subsequently, these data are complemented with thermal parameters to approximate the electrothermal effects caused by non-ionizing radiation at 60 Hz. The results show how the orientation, size, electrical parameters of the tissues, and boundary conditions of the limbs influence the distributed or induced internal electric fields. Finally, electrical effects of current density, internal electric field, and magnetic flux density were estimated for different exposure levels, which approximate temperature variations between 10^{-9} °C and 10^{-5} °C in tissues such as skin.

The study concludes with the proposal of a computational model based on human body extremities that approximates the electrical effects generated by exposure to 60 Hz electromagnetic fields, allowing the estimation of volumetric energy densities and temperature increases. Finally, recommendations focused on the adjustment of Colombian normative values and the choice of electrical parameters of tissues for developing computational models of low-frequency dosimetry are proposed.