Effets sur la santé des champs électromagnétiques basse fréquence

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1 Effets sur la santé des champs électromagnétiques basse fréquence
Jean-louis Lilien (Ulg) (with informations obtained from L. Verschaeve(VITO), M. De Ridder (RUG), G. Decat(Vito))

2 unités Volt : voltage unity (V) Ampere : current intensity unity (A)
Tesla, Gauss : magnetic flux density (1mT=10 mG) Rms (root mean square) : used in alternative values. For sinusoïdal shape, rms value equal peak value divided by 1.41

3 . m for micro (x 1/ ), ex : mT m for milli (x 1/1000) , ex : mV, mA k for kilo (x 1000), ex : kV M for Mega (x ), ex : MHz G for Giga (x ), ex : GHz

4 Electromagnetic fields
What is a field ? Electric field E (Volt/mètre) Magnetic field strength H (Ampère/mètre) Magnetic field flux density B (Teslas) B shortly named « magnetic field » and expressed in microteslas (mT)

5 Notion de champs E et B

6 Champs électromagnétiques
NON ionisants

7 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

8 Natural fields Light : with a splendid sensor of electromagnetic field : the eyes, Earth magnetic field (30 à 60 mT, direct), lightning (10 mT à 1 km, fast transient) Earth electric field 100 V/m (10 kV/m during thunderstorm, direct)

9 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)

10 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 mT 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.

11 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 : 0.01 à 0.1 µT + bruit de fond

12 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

13 ELF: CEM de très faibles fréquences
Très faibles énergies Pas d’effets thermiques Champ magnétique induit des courants électriques dans le corps  dosimetrie: (µ)T plutôt que V/m

14 Typical E-field under power lines (400 kV)

15 Typical magnetic flux density under HV power lines (400 kV, 2000 A)

16 B field in Belgium near lines

17 Allure du champ d’induction magnétique B en microteslas (cas Tihange-Avernas, 150 kV, 1300 A, deux ternes, SOUTERRAIN)

18 exemples d'exposition aux ELF
champ électrique (tension > 150 kV) • sous le conducteur V/m • à 30 m de l'axe V/m • à 100 m de l'axe V/m champ magnétique Tension 0 m m m 400 kV 30 µT 12 µT 1 µT 225 kV 20 µT 3 µT 0,3 µT 90 kV 10 µT 1 µT 0,1 µT Cette diapositive donne des exemples de niveau d’exposition aux champs électriques et magnétiques sous des lignes à haute ou moyenne tension. Elle ne tient pas compte des durées des expositions. Le champ électrique est atténué par tout obstacle (bâtiment) ou par la peau, qui font office de cage de Faraday. Les études sur les effets des champs électriques ont été rapidement abandonnées en raison de cette très forte atténuation. En revanche les champs magnétiques (qui n’existent que quand il y a un courant) sont difficiles à écranter. Enterrer une ligne (ce qui n’est possible sur une certaine distance que pour la moyenne et basse tension) modifie le profil du champ magnétique en fonction de la distance (le champ est plus élevé près de la ligne et décroît plus rapidement) sans l’annuler. En l’absence d’écran, le facteur essentiel est la distance : selon le type de câblage les champs diminuent comme l’inverse - de la distance (conducteur simple) - du carré de la distance (deux phases assez distantes) - du cube de la distance (deux phases très proches) De nombreux appareils électriques génèrent des champs électromagnétiques ; nous en donnons quelques exemples. L’exposition aux champs électromagnétiques de très basses fréquences (ELF) est ubiquitaire dans nos sociétés développées. télévision à 1 m 0,1 µT perceuse à 30 cm 3 µT microordinateur 0,5 µT couverture élec. 3,5 µT

19 Allure du champ d’induction magnétique B en microteslas (résidentiel)

20 ELF (< 300 kHz) Peut-on s’attendre à des effets biologiques?
(< 300V/m et <50µT)

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22 Effets biologiques (et nuisibles) donc pas impossibles,
Cependant les mécanismes proposés sont peu plausibles à faibles “doses” HYPOTHESES: Most cited are: the induction of electrical currents within tissues free radical reactions the effect of transients The 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

23 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.

24 Effets in vitro? -Résultats non concluants
Surtout champs magnétiques et expositions élevées. -Résultats non concluants -Peut être le type cellulaire et le mode d’exposition peuvent-ils être importants?

25 Études in vivo? Études à court et long terme
Initiation, promotion, cancer  Les études ne semblent pas démontrer que les ELFs sont cancérigènes (ni initiateur, ni promoteur)

26 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

27 Etudes chez l’homme? mélatonine Rythme cardiaque
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

28 taux de mélatonine nocturne chez l'homme exposition à un champ de 50 Hz ; 10 µT
mélatonine (pg/ml) 70 champ 60 témoin 50 40 30 Cette diapositive montre l’évolution du taux de mélatonine chez des sujets soumis à leur insu à un champ électromagnétique de 10 µT et chez des témoins (chaque sujet étant son propre témoin). Il n’y a pas de différence significative entre le taux de mélatonine des sujets exposés et non exposés. 20 10 heure 10 12 14 16 18 20 22 00 02 04 06 08 d'après Selmaoui 1996

29 Etudes chez l’homme? Etudes épidémiologiques

30 Beperkingen van epi-studies: hoogspanningslijnen en kanker
Etudes 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

31 cancérogenèse c. pré-cancéreuses c. normales cancer c. cancéreuse
agents génotoxiques erreurs de replication de l'ADN c. normales c. pré-cancéreuses agents génotoxiques erreurs de replication de l'ADN agents épigénétiques Cette diapositive rappelle que le processus de cancérisation comporte de multiples étapes avec l’altération initiale nécessaire de l’ADN par des agent génotoxiques, puis le développement des cellules pré-cancéreuses favorisé par d’éventuels autres altérations d’ADN (agents génotoxiques) ou par des facteurs de prolifération cellulaire (agents épigénétiques). Les effets génotoxiques des ELF ont été recherchés mais jamais mis en évidence, ce qui est normal compte tenu des niveaux d’énergie trop faibles pour entraîner une altération directe de l’ADN. La recherche d ’effets épigénétiques a fait l’objet de nombreuses investigations chez l’animal (par exemple en étudiant l’évolution de tumeurs induites par un agent cancérigène chimique). Ces études sont en très grande majorité négatives. Aucun mécanisme épigénétique reproductible n’a été mis en évidence dans ces nombreuses études. temps... agents épigénétiques cancer c. cancéreuse

32 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

33 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 factors 5 – 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

34 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)

35 Kroll et al 2006 ALL and influenza epidemics (UK)

36 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)

37 méta-analyse leucémies de l ’enfant Ahlbom 2000 Br J Cancer – ODDS ratio
< 0,2 mT 0,2 - < 0,4 mT ≥ 0,4 mT Mesures 1,05 1,14 1,83 5 études [0,86 - 1,28] [0,85 - 1,53] [1,08 - 3,11] Calcul 1,58 0,79 2,13 4 études [0,77 - 3,25] [0,27 - 2,28] [0,93 - 4,88] Total 1,08 1,10 2,00 9 études [0,89 - 1,31] [0,83 - 1,47] [1,28 - 3,14] A partir de 9 études, toutes négatives (cf diapositive précédente), AHLBOM a publié dans le British journal of Cancer une méta-analyse qui montre au delà de 0,4 µT un risque relatif faiblement significatif (intervalle de confiance 1,08 à 3,11) pour 5 études fondées sur la mesure des champs électromagnétiques ainsi que pour les 9 études obtenues en leur adjoignant 4 études où l’estimation de l’exposition était fondée sur le calcul (le regroupement de ces 4 études ne montrant pas de risque significatif). Plusieurs points sont à noter : ensemble, les études rassemblées disposent de suffisamment de cas pour conforter le résultat d »’absence d’effet au dessous d’une exposition moyenne de 0,4 µT en revanche, même toutes ensemble, elles ne disposent pas de suffisamment de cas et de témoins au dessus de 0,4 µT pour pouvoir conclure avec certitude (voir les intervalles de confiance) cette méta-analyse n’apporte donc pas, en réalité, plus de preuve de l’existence d’un effet que les études séparées qui étaient négatives.

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39 Exposed children in Belgium (Decat)
> 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/ or 500 cases per year  two of them being potentially induced by ELF

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41 Modelling EMF in living environment

42 Measurements of EMF in dynamic environment

43 > 0.4 µT Leucémie chez l’enfant IARC Pas d’autres effets
cancer chez l’adulte autres effets chez l’adulte autres effets chez l’enfant pas 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

44 Group 1: The agent (mixture) is carcinogenic to humans
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.

45 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 Asbestos Alcoholic beverages Benzene Mustard gas Solar radiation Tobacco X-rays, gamma rays, … Creosotes Diesel engine exhaust Formaldehyde PCB Coffee ELF magnetic fields Gazoline exhaust Glass wool Pickled vegetables styrene

46 Childhood leukemia in Flanders 1997 - 2001
38 cases/ year (mean over 5 years) 75 % : ALL (Europe : 75 – 80 %) Age-standardised incidence rate: 29,8/ 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 % boys 88,1 % girls

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48 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

49 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.

50 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 (> µT) Les études épidémiologiques ne peuvent s’expliquer par les résultats d’expériences en laboratoire. Etudes de répétition nécessaires.

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