Światowe badania w dziedzinie bioelektromagnetyzmu – wybrane kierunki badawcze na konferencji BioEM 2019*

Konferencja BioEM odbywa się od ponad czterdziestu lat i organizowana jest przez The Bioelectromagnetic Society, a od ponad dwudziestu również przez The European Bioelectromagnetics Association (EBEA). Tym razem odbyła się w Montpellier we Francji w dniach 23-28 czerwca 2019 roku. Za jej organizację odpowiadali Alexandre Legros, Isabelle Lagroye oraz Julien Modolo. Nad stroną merytoryczną czuwał kilkudziesięcioosobowy Komitet Techniczny, skupiający uczonych i praktyków z obszaru bioelektromagnetyzmu. Konferencja odbywa się według schematu wypracowanego w ciągu wielu lat jej organizacji i jest znakomitym forum dla badaczy, ekspertów, a także dla studentów, do spotkania i wymiany wyników realizowanych badań, wymiany myśli, idei oraz nowych rozwiązań organizacyjnych w dziedzinie szeroko rozumianego bioelektromagnetyzmu.

Na konferencję nadesłano 272 referaty (w formie streszczeń) z 28 krajów, 53 referaty zostały zgłoszone przez studentów i doktorantów. Nadesłane referaty zostały poddane procedurze recenzowania (peer reviewing) przez 103 recenzentów – każdy referat był oceniany przez pięciu niezależnych recenzentów. Zaakceptowane referaty zostały podzielone na 14 sesji wygłaszanych, 5 sesji plenarnych oraz 2 sesje plakatowe. Przeprowadzono również 5 monotematycznych warsztatów (4 główne i 1 „przed konferencyjny).

Omówienie sesji plenarnych

Podczas BioEM 2019 odbyło się 5 sesji plenarnych:

  1. Non invasive electrical brain stimulation (Nieinwazyjna elektrostymulacja mózgu).
  2. Has evidence for carcinogenicity of RF-EMF changed since IARC’s assessment? (Czy istnieje dowód rakotwórczego działania PEM o częstotliwości radiowej pozwalający zmienić stanowisko IARC?).
  3. 5G real-life exposure: how to assess and optimize? (Ekspozycja rzeczywistego systemu 5G: jak oceniać i jak optymalizować?).
  4. Can membrane proteins act as biological probes for EM fields? (Czy białka membranowe działają jak biologiczne sondy PEM?).
  5. Millimeter and submillimeter-wave applications in biology and medicine: Potential and challenges (Zastosowania fal milimetrowych i submilimetrowych w biologii i medycynie: możliwości i wyzwania).

Sesje plenarne dotykały istotnych obecnie tematów / wyzwań w bioelektromagnetyzmie i były przedstawione przez wybitnych przedstawicieli poszczególnych specjalności. Problematyka prezentowana w referatach sesji plenarnych koncentrowała się na dwóch ważnych obszarach badań bioelektromagnetycznych:

  1. Zastosowanie pola elektromagnetycznego w medycynie i naukach pokrewnych (sesje 1 i 5)
  2. Aspektów środowiskowo-technicznych wprowadzania nowoczesnych technologii telekomunikacyjnych (sesje 2, 3, 4).

Zastosowanie pola elektromagnetycznego (PEM) w medycynie było jednym z najczęściej prezentowanych tematów całej konferencji. Uwagę słuchaczy skupiano na elektro- i magnetostymulacji mózgu. Wygłoszono dwa referaty: Marom Bixon (The City College of New York), Electrical brain stimulation oraz Nir Grossman (Imperial College London, Londyn, Wielka Brytania), Non invasive deep brain stimulation via delivery of temporally interfering electric fields.

Autor pierwszego referatu przedstawił zarówno stymulację stałoprądową jak i zmiennoprądową, wskazując na możliwości jednej i drugiej, a także na ich wady. Drugi artykuł wprowadził słuchaczy w temat głębokiej stymulacji mózgu przy użyciu implantowanych elektrod. Eksperymenty przeprowadzane na myszach wskazują na szerokie aplikacje takiej stymulacji. Zastosowania pola elektromagnetycznego o bardzo wysokiej częstotliwości (30 GHz – 3 THz) zaprezentowano w piątym referacie. Autor przedstawił teoretyczne rozważania na ten temat, antycypując ogromne pole aplikacji.

Referaty środowiskowe wywołały jak zwykle ogromne zainteresowanie uczestników konferencji. W drugiej sesji plenarnej wygłoszono dwa referaty: Maria Feychting (Institute of Environmental Medicine, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden), Update on epidemiological research, Florence Poulletier De Gannes (Laboratoire de l’Intégration du Matériau au Système, Talence, France), Update on animal research.

Pierwsza autorka, wiceprzewodnicząca ICNIRP, przedstawiła w sposób syntetyczny prace prowadzone nad ostatecznym kształtem stanowiska ICNIRP na temat limitów PEM dla wysokich częstotliwości. Stanowisko to zaprezentowane było przed rokiem i po kilkumiesięcznej konsultacji, przygotowywano je do ostatecznej publikacji. Autorka prezentacji poinformowała, że konsultowany szkic zaleceń nie uległ zmianie.

Druga prezentacja skupiła się na przedstawieniu wyników badań prowadzonych w ostatnich latach w aspekcie kategoryzacji PEM przez IARC. W 2011 roku PEM o częstotliwości radiowej zostało umieszczone w kategorii 2B, w której znajdują się czynniki przejawiające pewien potencjał w procesie zachorowalności na choroby nowotworowe. Pokazane wyniki badań, a w szczególności te otrzymane w amerykańskim Instytucie Toksykologii, nie stwarzają przesłanek do przeniesienia PEM z kategorii 2B do 2A a nawet 1, czego z wytęsknieniem wyczekują grupy przeciwników PEM. O kategoriach czynników tworzących poziom ryzyka zachorowalności więcej można przeczytać tutaj.

Kolejny referat plenarny przedstawiony przez Josepha Wouta z belgijskiego Uniwersytetu w Ghent dedykowany był technologii 5G, wywołującej ogromne emocje społeczne. Autor w skrócie omówił najważniejsze elementy technologii 5G związane z emisją PEM i trudności jakie związane są z jej implementacją. W pokonaniu tych trudności, w opinii autora prezentacji, potrzebne są nowe techniki pomiarowe, ocena pierwszej stacji postawionej w systemie, wgląd w urządzenia 5G oraz koncepcja planowania sieci z minimalną emisją PEM.

Omówienie warsztatów

Podczas BioEM 2019 odbyło się 5 warsztatów:

  1. Pre Conference Workshop: Theory and hands-on practical for transcranial direct current stimulation and transcranial alternating current stimulation (Teoria i praktyka przezczaszkowej stymulacji mózgu stało- i zmiennoprądowej).
  2. Warsztat 1: Atmospheric electromagnetic field bioeffects (Bioefekty PEM w atmosferze)
  3. Warsztat 2: Differences of exposure limits between the new ICNIRP guidelines and IEEE C95.1 standards (Różnice w limitach ekspozycji między nowym standardem ICNIRP i standardem IEEE C.95.1).
  4. Warsztat 3: Dosimetric aspects in exposure assessment methods for Wireless Power Transfer systems (Aspekty dozymetryczne w ocenie ekspozycji systemów bezprzewodowego przesyłania mocy).
  5. Warsztat 4: Toward an innovation use of ultrashort electric pulses in medicine: from biological effect to therapeutic applications (O innowacyjnym wykorzystaniu bardzo krótkich impulsów elektrycznych w medycynie: od biologicznych efektów do zastosowań terapeutycznych)

Pierwszy „przed konferencyjny” warsztat poświęcony został przezczaszkowej elektrostymulacji mózgu w dwóch rozwiązaniach: stało- i zmiennoprądowym. Omówione zostały praktyczne aspekty obu z nich. Uczestnicy warsztatu mieli okazję dowiedzieć się jak można przeprowadzać tego typu terapie w warunkach pozaklinicznych (domowych).

Drugi warsztat (w programie Warsztat 1) poświęcono biologicznym efektom, powstającym w wyniku występowania naturalnych zjawisk atmosferycznych, jak naturalne pole magnetyczne Ziemi czy wyładowania atmosferyczne.

Warsztat 2 poświęcony został porównaniu limitów PEM opracowanych przez środowisko ICNIRP i badaczy skupionych w IEEE. Pierwszy dokument, pokazujący standardy IEEE powstał w 1966 roku, a ostatni w marcu 2019 roku. Obejmuje on zakres częstotliwości PEM od 0 do 300 GHz. Wskazania ICNIRP dla częstotliwości powyżej 100 kHz są opracowywane po fazie konsultacji i ukażą się prawdopodobnie jesienią 2019 roku. Referaty przedstawione podczas Warsztatu wskazały różnice w obu tych standardach, przy czym z prezentacji i dyskusji wynikało, że różnice te nie są zasadnicze. W trakcie dyskusji pojawiła się propozycja, żeby obie instytucje wypracowały jeden standard, co znacznie ułatwiłoby komunikację tematyki norm społeczeństwom narodowym i społecznościom lokalnym.

Warsztat 3 poruszył problem bezprzewodowego przesyłu mocy (wireless power transfer – WPT). To zagadnienie staje się coraz ważniejsze, w miarę jak rośnie na rynku liczba terminali telefonii komórkowej, pojazdów elektrycznych i wszystkich urządzeń informatyczno-telekomunikacyjnych, które zużywają dużo energii i istnieje potrzeba częstego ładowania baterii. Międzynarodowy Komitet Elektrotechniczny (IEC) w 2015 roku powołał specjalną grupę do opracowania standardów PEM przy wprowadzaniu systemów WPT, które już powstały. Ciekawym zagadnieniem z tego obszaru jest ładowanie baterii w stymulatorach serca. W ten sposób pacjenci z wszczepionymi stymulatorami serca unikają uciążliwych zabiegów ich wymiany.

Warsztat 4 omawiał stymulację struktur biologicznych poprzez aplikację bardzo krótkich impulsów elektrycznych. Przedstawiono szereg technologii elektroceutycznych, od stymulacji nerwu błędnego ucha do działań w obszarze dermatologii.

Wybrane tematy z sesji technicznych

W programie znalazło się 14 sesji referatowych:

  1. Electric and magnetic stimulation of the nervous systems (Stymulacja elektryczna i magnetyczna system nerwowego.
  2. Cellular effects of radiofrequency fields and millimeter waves (Efekt komórkowy PEM o częstotliwości radiowej i fali milimetrowej).
  3. Numerical dosimetry of RF fields (Numeryczna dozymetria PEM o częstotliwości radiowej.
  4. Effects of electromagnetic fields (in-vivo) (Efekty PEM (in-vivo)).
  5. Epidemiological studies (Badania epidemiologiczne).
  6. Human studies (Badania nad ludźmi).
  7. Risk, safety standards & policy (Ryzyko, standardy bezpieczeństwa i polityka)
  8. Effects of electromagnetic fields (in-vitro) (Efekty PEM (in vitro)).
  9. Exposure assessment techniques I (Metody oceniania ekspozycji I).
  10. Interaction Mechanisms (theoretical and experimental) (Mechanizmy interakcji (teoretyczne i eksperymentalne)).
  11. Dosimetry of ELF/LF fields (Dozymetria PEM o niskiej i bardzo niskiej częstotliwości).
  12. Electroporation studies and effects of pulsed electric fields (Badania elektropolacji i efekty pola pulsacyjnego).
  13. Exposure assessment techniques II (Ocena metod ekspozycji II).
  14. Emerging and future biomedical applications (Powstające i przyszłe zastosowania biomedyczne).

Sesje prowadzone były w dwóch grupach równoległych. Podczas każdej z nich prezentowano kilka referatów. Przez fakt, że wiele sesji odbywało się równolegle i nie było możliwości uczestniczenia w każdej z nich, sprawozdanie może być niepełne. Organizatorzy starali się jakoś zaradzić temu kłopotowi i podzielili referaty na dwie zasadnicze grupy reprezentujące: a) problemy medyczno-biologiczne i b) problemy techniczno-administracyjne, a zatem dedykowane partykularnemu uczestnikowi.

Tematyka wystąpień była dosyć zróżnicowana, a w poszczególnych sesjach występowały dość istotne rozbieżności tematyczne. Stąd do sprawozdania wybrano grupy zagadnień, które zostały omówione na przykładzie poszczególnych referatów.

Do omówienia poszczególnych grup tematycznych dodano również referaty z sesji plakatowej, które nie były poddane żadnej klasyfikacji tematycznej.

Magneto i elektrostymulacja, a szczególnie przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS)

Problematyce tej poświęcono warsztat przedkonferencyjny: Theory and hands-on practical for transcranial direct current stimulation and transcranial alternation current stimulation. Również pierwszy referat plenarny został poświęcony elektrycznej stymulacji mózgu. Ciekawostką jest powrót do tematyki TMS, będącej przedmiotem intensywnych badań przed kilkunastoma laty. Pojawiły się propozycje nowych konstrukcji cewek stymulujących. Więcej na ten temat można przeczytać tutaj.

Standaryzacja i kategoryzacja

Tematyce tej poświęcono warsztat: Differences of exposure limits between the new ICNIRP guidelines and IEEE C95.1 standards, referaty plenarne oraz wiele wystąpień i plakatów. Wyjaśniony został stan opracowywanych wytycznych ICNIRP oraz stan kategoryzacji PEM o częstotliwościach z zakresu 300 MHz – 300 GHz. Problematyka ta zgromadziła dużą liczbę słuchaczy oraz wywołała ciekawą dyskusję. Standard ICNIRP jest bliski ostatecznej publikacji, a wedle kompetentnych osób nie ma podstaw merytorycznych do zmiany kategorii PEM RF w ustaleniach IARC.

Badania biologiczne i kliniczne oraz aplikacje PEM w medycynie

Oprócz wspomnianych wyżej technik magneto- i elektrostymulacyjnych, wiele referatów konferencyjnych dotyczyło wykorzystania PEM w medycynie. Tendencja ta widoczna była już w poprzednich edycjach konferencji BioEM, co szczególnie przejawiało się w liczbie referatów „medycznych”. Omawiano zarówno badania „in vivo” oraz „in vitro”, jak i bardzo konkretne badania kliniczne i wskazania aplikacyjne. Więcej o przezczaszkowej stymulacji magnetycznej można przeczytać tutaj (http://ptze.pl/elektrofakty/?article=medycyna-elektromagnetyczna-przezczaszkowa-stymulacja-magnetyczna).

PEM w nowoczesnej telekomunikacji

Na oddzielną uwagę zasługują referaty poświęcone zastosowaniu pola elektromagnetycznego w nowoczesnych systemach telekomunikacyjnych. W dobie aktualnie wprowadzanej na świecie technologii 5G, kwestia sposobu wykorzystania, ekspozycji człowieka i pomiarów PEM oraz przede wszystkim – wpływu pola E-M na nasze otoczenie nabiera coraz większej wagi.

Poza referatami podsumowującymi biologiczny wpływ oddziaływania PEM na tkanki, linie komórkowe oraz całe populacje, w zakresach wykorzystywanych przez systemy łączności bezprzewodowej – zarówno takich jak GSM, UMTS i LTE, wiele prac skupiało się na częstotliwościach wykorzystywanych przez wifi (~2,45 GHz) oraz tzw. pasmach milimetrowych, czyli częstotliwościach powyżej 26 GHz. Z dyskusji plenarnych oraz w trakcie sesji plakatowych płyną wnioski, że zastosowanie nowoczesnych technik nadawczych, takich jak massive MIMO, spodziewane zwiększenie liczby nadajników oraz nowe pasma częstotliwości spowodują, że natężenie PEM w otoczeniu nie zwiększy się w porównaniu do dzisiejszych poziomów, a nawet może się obniżyć.

Coś, co na pierwszy rzut oka brzmi jak paradoks ma swoje wytłumaczenie w odległości terminali osobistych od planowanych stacji bazowych, która ma bezpośredni wpływ na moc nadawczą, z jaką pracują terminale – im bliżej stacji bazowej znajduje się terminal tym mniejsze pole generuje wokół siebie, co wpływa korzystnie na spadek natężenia w otoczeniu. Do tego zastosowanie technik polegających na kształtowaniu wiązki nadawczej i zawężaniu jej w celu obsługi wybranego terminala powoduje, że anteny nadawcze technologii 5G rozpraszają mniej energii wokół, a ich wiązki są skierowane bezpośrednio do właściwych użytkowników. W efekcie nie tylko uzyskuje się mniejsze natężenie pola E-M poza wiązką bezpośrednio łączącą nadajnik z terminalem, ale również zmniejsza się zakłócenia w sieci, co korzystnie wpływa na jakość transmisji oraz obniżenie natężenia PEM w otoczeniu.

Istotną kwestią poruszaną podczas konferencji było też zagadnienie pomiarów natężenia PEM w środowisku. Poziom skomplikowania zagadnienia, rosnący szczególnie wraz ze zwiększeniem liczby dostępnych technologii (2G, 3G, 4G, 5G, wifi, bluetooth, etc.) oraz pasm częstotliwości powoduje, że obecnie przewagę zyskują metody analityczne nad pomiarowymi, które mogą być opatrzone błędami spowodowanymi chwilowością dokonywanych pomiarów, niedoskonałością sprzętu pomiarowego czy też czasowymi fluktuacjami samego natężenia pola elektromagnetycznego.

Szybki rozwój metod analitycznych i oprogramowania wraz ze wzrostem możliwości obliczeniowych współczesnych komputerów powoduje, że ekspozycję ludzi w miejscach dostępnych na PEM będzie się w najbliższym czasie raczej wyznaczało w sposób obliczeniowy, pomiary ograniczając do weryfikacji „punktowej” lub stałego monitoringu. Dyskusje prowadziły do wniosków, że minimalizacja natężenia PEM w otoczeniu powinna być brana pod uwagę już na etapie projektowania sieci/instalacji telekomunikacyjnych, jednak wyzwaniem pozostaje przyjęcie odpowiedniego modelu propagacyjnego dla różnych środowisk i jak najwierniejsze uwzględnienie źródeł PEM w analizie.

Podsumowanie BioEM 2019

Każda, kolejna konferencja BioEM jest doskonałym źródłem wiedzy, zarówno tej akademickiej i technicznej oraz organizacyjnej, dotyczącej norm, standardów oraz polityki społecznej w zakresie wprowadzania PEM.

Zakres tematyczny konferencji był niesłychanie szeroki – od mechanizmów magnetotaksji bakterii, poprzez badania na poziomie komórkowym, epidemiologiczne czy biologiczne in vitro, do prac w obszarze prawno-administracyjnym, których reprezentantem była dyskusja na temat ustaleń ICNIRP, IEEE, IARC i innych. Jednak tak szeroki zakres konferencji ma swoje wady i zalety – trudno jest dokonać oglądu, choćby pobieżnego, wszystkich referatów, ale można ocenić trendy w światowych badaniach. Te trendy to większy nacisk na wykorzystanie PEM w medycynie i biologii oraz domykanie sprawy norm i standardów.

Tocząca się w Polsce dyskusja na temat zagrożeń zdrowia, a nawet życia ludzkiego, wywołanych oddziaływaniem PEM, znalazła bardzo skromne odbicie w prezentacjach i dyskusjach konferencyjnych. Wystąpienia przedstawicieli ICNIRP, IEEE, akademików i praktyków wskazują na to, że dotrzymywanie w środowisku limitów intensywności pola elektromagnetycznego, sformułowanych przez wspomniane wyżej organizacje światowe, daje gwarancję bezpiecznego w nim przebywania.

Konferencja BioEM 2019 pokazała też, że uwaga badaczy coraz częściej kieruje się w kierunku badań podstawowych: poznania mechanizmów oddziaływana pola elektromagnetycznego na organizmy biologiczne. Badania te kierują badaczy w kierunku aplikacji medycznych.

Należy z żalem stwierdzić nikłość polskiego udziału w konferencji. Kilka referatów z Centralnego Instytutu Ochrony Pracy – PIB i Śląskiego Uniwersytetu Medycznego, stanowiło znikomy procent w ich ogólnej liczbie. Należy też pozytywnie odnotować fakt uczestnictwa w BioEM 2019 przedstawiciela Ministerstwa Cyfryzacji, ale wciąż brakowało reprezentantów Ministerstwa Środowiska, Ministerstwa Zdrowia oraz Urzędu Komunikacji Elektronicznej. Poznanie wyników najnowszych badań naukowych oraz opinii organizacji międzynarodowych powinno pomóc w budowaniu rzetelnego i podbudowanego naukowo stanowiska, pozwalającego na przeciwstawienie się różnego rodzaju mitom i dezinformacjom na temat pola elektromagnetycznego.

*The Joint Annual Meeting of the Bioelectromagnetics Society and the European BioElectromagnetics Association, Montpellier, Francja, 23-28 czerwca 2019