J. Plasma Fusion Res. Vol.88, No.8 (2012) 420‐424

小特集 磁場閉じ込め核融合施設における電磁環境と安全指針

２．電磁界の人体影響
平 田 晃 正，藤 原修

名古屋工業大学大学院 工学研究科（原稿受付：２０１
２年５月１日）本章では，電磁波の基本的性質について述べた後，非電離放射線に焦点を絞り，電磁界の何が反応の刺激になるかを説明する．この際，電磁界にさらされると人体にはどういう反応が現れるかではなく，電磁界の何が反応の刺激になるかについて概説する．また，電磁界の人体影響と電波防護に関するガイドラインにおいて，数値ドシメトリが果たす役割について説明する．
Keywords:
health effect of electromagnetic fields, dosimetry, safety guidelines

２．
１ はじめには統計的に有意な関連が示されていたものの，様々な誤差

電磁界の生体影響に関する話題がマスメディアで取り上要因等を考慮すると総合的には携帯電話使用と脳腫瘍につげ始められたのは，WHO（世界保健機関）が本問題に取りいて明確な関連性は認められないと結論づけていることを組んだ１９８０年代に遡る．商用周波（極低周波．50，60 Hz）

付記する［４］．また，WHO は，電波防護に関する国際ガイに関し，電線付近に住む家庭における小児白血病などが話

ド ラ イ ン と し て，ICNIRP（International Commission on

題になった［１］．しかしながら，「電磁波」という大きな枠

Non-Ionizing Radiation Protection：国際非電離放射線防護

組みでは，それ以前から同様の話題が持ち上がっていた．

委員会）ガイドライン［２，５］および IEEE/ICES（Interna-電離放射線，つまり非常に周波数が高い領域である X 線等

tional Commission on Electromagnetic Safety）規格［６，７］をがその代表例であり，医療診断用のレントゲン，CTスキャ推奨している．これらのガイドラインあるいは規格では，ンの際のばく露による遺伝子影響などが挙げられる．近年

過去５０年以上に及ぶ様々な分野の研究成果に基づき，既にでは，携帯電話，無線 LAN（Local Area Network）など無わかっている健康への有害な影響を防止するための制限値

線通信の急速な普及に伴い，「電波」の人体への影響に対を設けている．健康への有害な影響とは，ばく露を受けたする関心が高まっている．我が国の電波法によれば，3人またはその子孫の健康に確認可能な損傷を与えるもので

THz 以下の周波数の電磁波が電波と定義されるが，無線通ある［２］．一方，健康への有害な影響になるかもしれない

信では，主に GHz 帯の電磁波が用いられている．現在，し，ならないかもしれないものは生物学的影響とされる．

WHO では周波数帯ごとに細分し，優先的研究課題を発表

本章では，電磁波の基本的性質について述べた後，非電している．これは電磁波といえども，その周波数（波長）に離放射線に焦点を絞り，電磁界の何が反応の刺激になるかよりその性質が異なり，人体の電気的な振る舞いも大きくを説明する．この際，電磁界にさらされると人体にはどう異なるためである．そのため，送電線からの電磁界，携帯いう反応が現れるかではなく，電磁界の何が反応の刺激に電話からの電波などの生体影響を X 線や γ 線などの電離放なるかについて概説する．電磁波の生体への作用を議論す

射線のそれと混同して議論することはできない［２］．

る際には，体内の特定個所に誘導される電磁界を定量化す

WHO の研究機関である IARC（国際がん研究機関）のる必要があるが，非侵襲に測定することは困難である．人

２００
１年の発表では，極低周波磁界を対象にした発がん性の体外部の電磁界と人体内に誘導される電磁界を定量的に関可能性を示すレベルとして限定的な証拠がある「2B（Pos-係 づ け る こ と は，「ド シ メ ト リ（dosimetry）」と 呼 ば れ

sibly carcinogenic to humans）」というグループに指定した

る．本章では，電波の人体影響と電波防護に関するガイド［３］．また，２０１０年には携帯電話の長期使用による神経膠腫ラインにおける数値ドシメトリが果たす役割について説明や髄膜腫に対する国際疫学調査の結果を発表し，同様に 2する．

B と指定した．なお，この調査では利用者を累積時間により１０段階に別けて評価し，最大ばく露グループとして累積

２．
２ 電磁波の生体への影響

通話時間が１６４０時間以上のグループ（１０年間にわたって１２．
２．
１ 電磁波とは日あたり平均３０分間の使用を報告した人と定義）について

電磁波とは，真空または物質中を電界と磁界の振動が相2. Health Effects of Electromagnetic Fields on Humans
HIRATA Akimasa and FUJIWARA Osamu

authors’ e-mail: ahirata@nitech.ac.jp, fujiwara.osamu@nitech.ac.jp

４２０!2012 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Special Topic Article

2. Health Effects of Electromagnetic Fields on Humans

A. Hirata and O. Fujiwara

伴って伝搬する波動現象と定義することができる．この波離作用による生体組織への損傷など，蓄積効果はないと考動は，波長（周波数），光量子エネルギー，温度のパラメー

えられている［１］．②は波長 100 nm 以上の紫外線，可視光タにより特徴づけることができる．図１は電磁波をスペク線，赤外線の作用で，紫外線では化学作用，可視光線・赤トルに分解したものであり，それに対応する上記パラメー

外線では共鳴振動による刺激作用あるいは熱作用がそれぞタを示している．波長が短く周波数が高いほど，それだけれ優勢に働く．紫外線の殺菌作用，視細胞や温受容細胞の電磁波の持つ運動エネルギーは増大し，また，温度も高く興奮による視覚や温覚は②の作用の結果として生ずる．③なる．一般に，波長が約 100 nm（光量子エネルギーに換算は体内の電磁界による誘導電流であり，周波数に応じて発すると約１２eV）より短い電磁波は電離放射線，それより長熱作用と刺激作用に細分することができ，その境界となる

い電磁波は非電離放射線と呼ばれている．温度にすると電周 波 数 は 図２に 示 す よ う に 10−100 kHz 程 度 と さ れ る

離放射線とは 143,000℃ 以上の灼熱の電磁波となる．ここ［８］．なお，刺激閾値に必要な体内電磁界が上昇し始めるで，電波法によると，電波とは波長が 0.1 mm より長く，周周波数はおおよそ1 kHzである．この境界となる周波数は，波数は 3 THz 以下の電磁波を指し，無線周波とも呼ばれそれよりも低い周波数帯ではキャパシタンスとして振る舞る．ただし，本章では ICNIRP が電波防護の対象とする上う末梢神経系の細胞膜が，短絡されることにより決定づけ限周 波 数 で あ る 300 GHz ま で を 電 波 と 定 義 す る．よ っられる
［２］．一方，発熱作用は，その閾値が周波数にはあ−2て，光量子エネルギーでは 1.24×10

eV 以下の電磁波が電波であり，温度では零下 26℃ より低い極超低温の電磁波まり依存しないため，刺激作用の閾値を下回る周波数帯（100 kHz 以上）で支配的な効果となっていく．になる．体温 37℃ と同じぬくもりを持つ電磁波は遠赤外線

この刺激作用および熱作用の相違は，ICNIRP ガイドラ（波長 48 μm）に相当することとなる．

インにも反映されている．具体的には，100 kHz 以下の周

２．
２．
２ 電磁波の生体への作用

波数帯における安全指針の指標としては体内に誘導される

電磁界の生体への作用は周波数によって異なる．量子電電界が［５］，10 MHz 以上の周波数では比吸収率（Specific

磁気学によれば，電磁波は粒子性と波動性の両面を併せ持Absorption Rate: SAR）が［２］，そして両者の間の周波数つが，生体への影響の側面から電磁波を大雑把に分類する

帯では体内誘導電界および SAR の両者が用いられている．と，エネルギーレベルが高くて粒子性が強く作用する電磁ここで，SAR とは単位質量あたりの吸収電力であり，以下波は電離放射線，粒子性と波動性の両方が作用する電磁波
は光，低エネルギーで波動性が作用する電磁波は電波と区分できる（図１参照）．これらのスペクトルでは，それぞれ，①電離，②光，③電流が生体への影響の支配的な作用因子となる．①はX線や遠紫外線などの波長100 nm以下の電離放射線において強く現れる作用で，生体組織の構成分子や原子の電離（イオン化）をもたらす．ここで，生体が電離放射線にばく露された場合，電離作用により遺伝子等に障害を与えることが知られている．この障害が蓄積すると発がん，白内障等の健康に重大な悪影響が発生する可能性が高まる．したがって，低レベルでも長期間にわたり電離放射線にばく露することで，健康へのリスクが増大する効果，いわゆる蓄積効果を考慮する必要がある（例えば，
図２［１］）．一方で，非電離放射線は電離作用を引き起こすほどの光子エネルギーを持たないため，電離放射線のような電図１

電磁界の生体作用の閾値．低周波では刺激作用が，高周波では熱作用が支配的であることを示す．

電磁波のスペクトルと各種物理量．周波数 f = !．エネルギー h!/E ，温度 h!/kTB．h：プランク定数．k：ボルツマン定数，E ：イオン化エネルギー．

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参考にしている．この実験では，頭部こめかみの側部に鉄の式で与えられる．

心コイルを配置している．上記，不均質モデルを用いて，

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$"#!
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（１）

［１１］のばく露条件を模した場合の体内誘導電界の解析例
を図３に示す．眼球を構成する硝子体は，それ以外の組織

ここで，"［S/m］は人体組織の導電率，!
［V/m］は体内に誘に比べて高い導電率を有するため，電流が眼球を通過する

3

導された電界，!
［kg/m ］は人体組織の密度である．

ように流れている様子がわかる．この際に網膜に誘導されまた，上述のように，周波数により安全性の指標が異なる 電 流 は 10 mA/m2 で あ り，従 来 の 報 告 と も 合 致 す る

ることを電磁気学の立場から考えると，人体組織の電気定［１２］．こ こ で，ICNIRP ガ イ ド ラ イ ン の 根 拠 と な る レ

数は周波数に依存し，低周波帯（数 MHz 程度以下）では変ビュー［１３］では，網膜の導電率として 0.1 S/m を見積もっ位電流が導電電流に比べて無視できる一方，無線周波ではており，これらの結果より，閃光閾値は 100 mV/m と概算

導電電流および変位電流が同等となる．このため，人体組でき，基本制限に比べて余裕を有していることとなる．

織は，低周波帯では良導体として振る舞い，無線周波では

２．
３．
２ 高周波全身ばく露に対する安全性の指標と根拠
電波照射に伴う電力吸収のため，体内深部温度が上昇損失を有する誘電体として振る舞う．

し，生体影響が引き起こされるとされるが，これと電波の２．
３ 電波防護ガイドラインについてばく露量との関係は単純でない．人体は電気的には不均質２．
３．
１ 低周波ばく露に対する安全性の指標と根拠

な誘電体とみなせるため，周波数，偏波，電波強度分布な極低周波（ELF: Extremely Low Frequency）から概ねどにより体内における発熱分布が大きく変化する．加え100 kHz までの中間周波数帯と呼ばれる周波数帯域を含むて，体温上昇に対する人体の熱調整反応は複雑であり，個電磁界の生体作用については，電磁界により体内に誘導さ人差も大きい．熱ストレスに対する熱調整反応は数多く知れる電界／電流の神経や筋に対する刺激作用が，科学的根られているが，最も顕著なものとして視床下部の温度変化拠のある再現性のある指標と考えられている．低周波の電に伴う血流量変化，およびそれに伴う代謝量のあるいは発界へのばく露が引き起こす可能性がある十分に明らかにさ汗量の変化などが挙げられる［３，４］．これらの生体影響をれている生物学的反応は，表面電荷作用による知覚に伴う引き起こす発熱量の閾値がわかれば，これを超えない電波不快感に加え，低周波の磁界にばく露されたボランティア強度を逆に決定できることとなる．ラットなどの小動物を実験における中枢および末梢神経組織刺激と網膜閃光現象用いた電波の照射実験によると，全吸収エネルギーの時間誘発である．閃光現象とは視野周辺部に点滅する微弱な光変化率（全吸収電力）を全身に亘って平均した値が単位体を知覚することである．ICNIRP ガイドラインおよび IEEE

重あたり 4〜8 W を閾値とし，可逆的な行動異常が生じた

規格では，網膜は中枢神経系の一部であり，誘導電界が中とされている［２，７］．この値は，電波の周波数や偏波，実験枢神経系神経回路に一般的に及ぼす影響の適切かつ安全側小動物の種類に依存しないことが確認されている．
ICNIRP ガ イ ド ラ イ ン［２］お よ び IEEE/ICES 規 格［７］のモデルとみなされている．
２０１０年，ICNIRP はガイド ラ イ ン の 改 訂 を 行 っ た［５］．

は，小動物に比べてヒトの方が熱ストレスに強いと考え，安全性の指標としては，従来「頭部および体幹」の誘導電上に述べた発熱量の閾値を人体の防護指針の根拠とできる流密度であった［２］ものを，「頭部の中枢神経系組織」の誘導電界に変更し，IEEE 規格と同様となった［６］．基本制限（職 業 ば く 露 の 場 合）は，商 用 周 波 数 50 Hz に お い て，100 mV/m（50 Hz）で あ り，IEEE 規 格 の 値 44.3 mV/mと比較して大きい値となっている．この理由は，IEEEでは楕円モデルに対して外部磁界に対応する体内誘導電界を概算している一方，ICNIRP ガイドラインでは詳細な人体モデルに対して一様磁界を印加した場合に誘導される体内電界より導出したためである．ここで，詳細な人体モデルとは，CT（Computed Tomography）スキャンあるいは MR（Magnetic Resonance）画像により得られた画像を基に構築されたものであり，一辺が数ミリメートルの直方体から構成されている．例えば，日本人成人男性および女性を対象に，（独）情報通信研究機構（NICT）が中心に作成した全身モデルは，一辺が 2 mm の数百万個の立方体から構成されている［９］．また，構成組織数は数十から百数十に及び，組織ごとに異なる電気定数［１０］を与えることにより，人体を電気的に模擬することが可能となる．
IEEE 規格の参考レベルの根拠および ICNIRP ガイドラ

図３

インにおける基本制限は，［１１］によるボランティア実験を４２２

鉄心コイルをこめかみ付近に配置した際の体内誘導電流強度および電流の方向．

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2. Health Effects of Electromagnetic Fields on Humans

A. Hirata and O. Fujiwara

ものとして策定されている．具体的には，小動物は体毛に覆われ，汗腺も発達していないため，熱調整機能はヒトよりも格段に劣る［１４］．実際，最近では，それを定量的に支持する報告もなされるようになった［１５］．哺乳動物の代謝量を発熱量の観点から種別に比較することは興味深い．各種動物の単位体重あたりの基礎代謝量を W/kg で表し，これと体重との関係を示すと図４のようになる．ただし，ヒト以外の動物の基礎代謝量（BMR: basal metabolic rate）は安静時の代謝量としている．BMR とは生命の維持に必要な最低のエネルギー代謝をいうが，体重あたりの BMR と体重との関係は両対数グラフでは種によらずほぼ直線状に並 び，体 重 が 重 い ほ ど BMR は 低 く な る［１６］．例 え ば，0.5 kg 以下の小動物の BMR は 4 W/kg 以上であるのに，乳幼児から成人を含む10〜70 kgのヒトでは１〜3 W/kgの範囲にある．人体の電波による発熱量が BMR の何倍まで許せるかは熱調整機能に強く依存するが，少なくとも BMRと同程度の発熱量が体内で生ずれば自然の状態にはない．
国際ガイドラインでは，人体に対する影響の閾値としては，小動物の実験データで全身平均 SAR が 4〜8 W/kg で

図４

種々の動物の単位体重あたりの基礎代謝量と体重の関係．

図５

1 mW/cm2 平面波による人体の全身平均 SAR の周波数特性，①〜③がブロックモデルの結果，④が詳細モデルの結果（太線：筆者のグループ，細線：Dimbylow）．

あったことから，その下限である４W/kg 程度を基準とし，同閾値の１０倍の安全率を見込んだ0.4 W/kgが管理環境（職業人を対象とした環境）における推奨値として世界各国で設定されている．この推奨値は，ICNIRP ガイドラインおよび IEEE/ICES 規格では基本制限［２，７］と呼ばれる．なお，一般環境の推奨値については，さらに５倍の安全率を見込んだ 0.08 W/kg が用いられている．全身平均 SAR は電波源，周波数，偏波，人体のサイズなどによって大きく異なる．一般に直立する人体が平面波を照射されたとき，全身平均 SAR が最大（最悪）の場合となることが知られており，この際のSARに対する推奨値を超えない電磁界強度が定められている．この電磁界強度は，ICNIRP ガイドラインおよび IEEE/ICES 規格では参考レベル［４，７］と呼ばれる．
全身ばく露が想定される現実的なばく露状況としては，携帯電話の基地局，放送塔などからの遠方ばく露が挙げられる．このようなばく露に対し，ICNIRP ガイドラインにおける電波防護指針の電磁界強度に対する推奨値は，回転楕円体あるいは簡略化された人体モデルを基に導出されたものであった［２］．近年では，詳細な人体モデルを用いた得られた結果と精緻なモデルを用いて得られた結果解析が可能となってきている．精緻な電磁気学的モデルに［１７，１８］の差異は，高々数十％であり，遜色がないことは特対して，国際ガイ ド ラ イ ン に お け る 参 考 レ ベ ル である

筆に値する．なお，参考レベルは，全身平均 SAR が周波数210 W/m の強さの平面波を入射した際の全身平均 SAR 値依存するため，それを考慮するよう定められていることをが周波数に応じてどのように変化するかを図５に示す．図付記する．また，職業人に対する全身平均SARの推奨値0.4の実線と点線は，それぞれ詳細な人体モデル，ブロック状

W/kg に対する体内深部温度上昇は，最悪の状況を想定しの人体モデルに対する計算値で，○と△はそれぞれ②と③ても 0.1℃ 程度であることが示されている［１９］．に対応した模擬人体の実測値である．電波強度が同じで２．
３．
３ 高周波局所ばく露に対する安全性の指標と根拠

も，周波数や身長に応じて SAR が著しく変わっている．い

携帯電話用アンテナに代表される局所的な電波ばく露にずれの場合もピーク値は 0.4 W/kg を超えていない．一般

関しては，局所 SAR を指標として推奨値が定められていに，自由空間においては電界の偏波面と身長方向とが平行る．これは，前述の全身ばく露とは異なり，携帯端末よりで，身長 h がおおよそ波長 #の 0.5 倍に相当する周波数放射される電力は時間平均電力で数百 mW 程度と，ヒトの（!"#"!
!
!
"!!
"#）の電波が最も吸収されやすく，SAR も最全身代謝熱（100 W 程度［１８］）に比べて十分小さいため，大となる．ここで，２０年以上も前の簡易なモデルを用いて血流を介しての全身加熱は無視できる程度であり，局所的
４２３

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.88, No.8 August 2012２．
４ まとめな加熱から防護することが目的となる．ICNIRP ガイドラ
イン［２］では，体の一部または全身の温度上昇が 1−2℃ に

本章では，電磁波の基本的性質について述べた後，非電より熱損傷が生じることを述べるに留まり，この局所 SAR離放射線に焦点を絞り，電磁界の何が反応の刺激になるかと温度上昇の関連については言及されていない．一方で，を説明した．この際，電磁界にさらされると人体にはどう「家兎眼へのマイクロ波ばく露実験において，白内障発生いう反応が現れるかではなく，電磁界の何が反応の刺激にの閾値が 3−5℃ であった」ことが引用されている［２０］．

なるかについて概説した．また，生体内に誘導された物理

また，脳内温度上昇の物理的損傷の閾値も同程度とされて量と生体影響を関連づけるためには物理・工学的なアプいる．IEEE/ICES 規格［７］では，職業人に対するばく露環ローチが必要であり，電波の人体影響と電波防護に関する境における局所 SAR に関する推奨値に対する眼球およびガイドラインにおいて数値ドシメトリが果たす役割につい脳の温度上昇が 1℃ 程度あるいはそれ以下になるとの説明て説明した．

がある．国際ガイドラインの基準値は，局所 10 g あたりの参考文献

平均 SAR の最大値が 2 W/kg 以下，職業人に対しては５倍緩和した 10 W/kg としている．

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［７］IEEE : IEEE Standard for Safety Levels with Respect to
Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic
Fields, 3 kHz to 300 GHz (C95.1) (2005).
［８］ICNIRP, "Exposure to high frequency electromagnetic
fields, biological effectsand health consequences (100 kHz-300 GHz)" 2009 (http://www.icnirp.de/documents/RFReview.pdf).
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［２１］A. Hirata et al., IEEE Trans. Electromagnet. Compat. 48,569 (2006).

電波防護ガイドラインに示された局所 SAR と温度上昇の相関がヒトを対象とした場合にどうなるかは，近年まで十分な議論はなされていなかった．この一因は，ヒトの体内温度を測定できないことが挙げられる．２０００年以降，詳細な人体モデルが構築され，人体の電気定数の測定技術の向上などと相まって，信頼性のあるドシメトリが可能となった．温度上昇のドシメトリは，まず，携帯電話用アンテナを電気的に模擬し，頭部内に吸収される電力を求め，次に，それに伴う温度上昇を解析する．なお，温度解析には，通常の熱拡散に加えて，血流による熱輸送，代謝量の変化なども考慮されている．詳細な人体モデルに対して，SAR および温度上昇を解析した結 果 の 一 例 を図６に示す．平田らは携帯電話を対象に，人体とアンテナの相対位置関係，周波数などを変化させ，数百にも及ぶ場合に対して解析を行い，得られた結果を統計的に処理した［２１］．その結果，局所を有限質量（おおよそ 10 g）に亘り平均化した値と最大温度上昇にはよい相関関係があることを明らかにした．10 g という質量は，一辺がおおよそ 22 mm の立方体に相当し，人体における電力吸収分布および生体組織における熱拡散長の影響を考慮すれば適切なことが示された．IEEE 規格 は，２００５年 ま で SAR の 平 均 化 質 量 を 1 gとしていたが，この結果に基づき 10 g に変更し［７］，国際ガイドライン間での調和がとれたことは特筆に値する．なお，評価指標であるSARの平均化質量は調和がとれたものの，その適用上限周波数は異なっており，更なる検討が求められている．

図６

ダイポールアンテナによる頭部内SAR分布とそれに伴う温度上昇分布．

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