射頻電磁污染對內(nèi)耳的生物效應(yīng)研究

趙晶 綜述 孫建軍 審校

1 解放軍軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院（北京 100048）；2 海軍總醫(yī)院全軍耳鼻咽喉頭頸外科中心

隨著電磁輻射的暴露水平不斷增加，電磁污染將成為本世紀(jì)最主要的物理污染［1］。電磁污染的主要頻段包括兩個，即50～400Hz極低頻電磁輻射（生活與工業(yè)用電）和900～2 500MHz射頻電磁輻射（通訊頻段），這也是目前電磁生物效應(yīng)的主要研究對象。手機(jī)電磁輻射是生活中最普通的電磁輻射，在通話過程中耳部與手機(jī)的距離只有幾厘米，接受手機(jī)電磁輻射最強(qiáng)，受到的影響也最大，因此射頻電磁輻射對耳的生物效應(yīng)受到廣泛關(guān)注。本文就射頻電磁污染對內(nèi)耳的生物效應(yīng)進(jìn)行綜述。

1 電磁生物效應(yīng)的作用機(jī)理

電磁生物效應(yīng)的作用機(jī)理主要包括熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)、累積效應(yīng)三個方面。熱效應(yīng)是指一定頻率和功率的電磁輻射照射生物體時，引起生物體體溫上升。當(dāng)上升的體溫超過組織的調(diào)溫能力，受照射組織吸收的能量遠(yuǎn)大于生物體的新陳代謝能力時，會使組織的傳熱能力產(chǎn)生混亂，最終引起組織損害［2］。熱效應(yīng)可使一些蛋白變性、酶失活，從而影響機(jī)體各項生命活動。非熱效應(yīng)主要指電磁能量密度不是很強(qiáng)、在人體內(nèi)產(chǎn)生的熱量較少、體溫升高并不明顯的情況下對生物體造成的影響［2］，是近年研究的熱點。迄今為止關(guān)于電磁輻射非熱效應(yīng)的作用機(jī)制有相干電振蕩理論、場力效應(yīng)理論、電磁干擾假說、離子回旋共振理論、克爾效應(yīng)、暗弧子效應(yīng)、半導(dǎo)體效應(yīng)和超導(dǎo)效應(yīng)等［3，4］。電磁輻射的非熱效應(yīng)主要通過以下五個方面發(fā)生作用：

1.1 對電子傳送的影響 生命過程中廣泛存在著電子傳遞過程，如氧化還原反應(yīng)、高鐵血紅素還原為血紅素、光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能等，這些過程均可受磁場影響［3］。

1.2 對自由基活動的影響 體內(nèi)活性氧自由基具有一定的功能，如免疫和信號傳導(dǎo)過程，但過多的活性氧自由基有破壞性，可導(dǎo)致人體正常細(xì)胞和組織的損壞，從而引起多種疾病，如心臟病、老年癡呆癥、帕金森病和腫瘤。電磁輻射對自由基的影響主要包括兩方面，一方面電磁輻射可引發(fā)自由基的產(chǎn)生；另一方面自由基具有較大的化學(xué)活性，它帶有未抵消的電荷和自旋磁矩。在磁場作用下，既會受到洛倫茲力（Lorentz）的作用，又會使磁矩受到轉(zhuǎn)矩作用。Syent Gyorgyi認(rèn)為射頻輻射可使組織釋放電子并形成自由基，從而提出量子生物學(xué)說［3］。Martinez－Samano等［5］發(fā)現(xiàn)大鼠在極低頻電磁場（extremely low frequency electromagnetic fields ELFEMF）（f＝60Hz，磁場強(qiáng)度＝2.4mT）中暴露2小時后自由基代謝水平發(fā)生改變，心臟和腎臟的超氧化物歧化酶（SOD）、還原型谷胱甘肽（GSH）活性降低。Koyu等［6］報道900MHz GSM EMF可以引起大鼠肝臟黃嘌呤氧化酶（XO）、過氧化氫酶（CAT）以及脂質(zhì)過氧化水平（level of LPO）上升，而電磁暴露前連續(xù)30天向大鼠腹腔注射咖啡酸苯乙基酯（caffeic acid phenethyl ester，CAPE，一種抗氧化劑）可以抑制XO、CAT活性以及脂質(zhì)過氧化水平上升。Garaj－Vrhovac等［7］報道航海定位雷達(dá)可以引起職業(yè)暴露人員的谷胱甘肽（抗氧化劑）活性降低，丙二醛增加，提示氧化應(yīng)激可能是微波輻射致DNA和細(xì)胞損害的原因之一。

1.3 對生物膜通透性的影響 實驗研究發(fā)現(xiàn)，電磁場作用的初始位點是細(xì)胞膜，生物體對電磁場作用的反應(yīng)中細(xì)胞膜發(fā)揮主要作用，生物分子在電場力或磁場洛倫茲力的作用下產(chǎn)生扭曲、旋轉(zhuǎn)、分子極性改變等，細(xì)胞膜表面的電荷分布發(fā)生改變，從而影響細(xì)胞膜上離子通道的特性，改變 Na＋、K＋、Ca2＋等離子的正常交換，進(jìn)而使得細(xì)胞功能發(fā)生改變，但具體機(jī)制尚不清楚［8，9］。Mac Gregor提出射頻輻射可使神經(jīng)細(xì)胞膜電位發(fā)生改變，從而影響機(jī)體行為的假說，并得到了Wachtel的實驗證實［3］。之后很多學(xué)者就電磁輻射對生物膜上離子通道和細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的改變做了觀察，認(rèn)為極低頻電磁場（ELF－EMF）和靜磁場（static magnetic field，SMF）可以通過改變細(xì)胞膜的離子通道蛋白、改變細(xì)胞膜電位、影響細(xì)胞外表面粒子流和離子分布等方式對細(xì)胞膜產(chǎn)生影響［10～14］。鄧樺等［15］應(yīng)用高能量微波輻照Wistar大鼠乳鼠，發(fā)現(xiàn) Ca2＋、Cl－、Mg2＋、Na＋和P3＋照后即刻濃度下降，1小時后開始回升，6～24小時后濃度顯著增加；K＋照后1小時即出現(xiàn)升高趨勢，6小時后顯著增加；48小時后所有離子濃度均顯著增加。

1.4 對蛋白質(zhì)和酶活性的影響 一些蛋白質(zhì)和酶類含有過渡族金屬離子，表現(xiàn)為順磁性，這些離子所在部位又常常是酶的活性中心，磁場可通過對這種離子的作用，影響酶的活性中心，進(jìn)而影響這些酶參加新陳代謝反應(yīng)［3］。

1.5 對遺傳基因的影響 DNA具有復(fù)雜的雙螺旋結(jié)構(gòu)，對一些嚙齒動物的研究表明電磁輻射可以引起DNA不同程度的損傷［16，17］。Hao 等［18］報 道暴露于2.45GHz電磁場可激發(fā)小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和STAT3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信號轉(zhuǎn)錄因子的激活。Focke等［19］證實間斷暴露于50Hz 1mT的極低頻電磁場（ELF－EMFs）可以影響細(xì)胞增殖使得DNA碎片裂增加。與上述結(jié)論相反，Huang等［20］對大鼠進(jìn)行活體實驗研究，觀察1 763MHz碼分多址（code division multiple access，CDMA）源的射頻電磁輻射（SAR＝20W／kg）暴露24和48小時后細(xì)胞周期、DNA損傷、應(yīng)激反應(yīng)、基因表達(dá)情況，沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化。

2 射頻電磁輻射與聽神經(jīng)瘤

手機(jī)通話過程中手機(jī)發(fā)生電磁輻射最強(qiáng)，期間耳部距離手機(jī)最近，因此手機(jī)電磁輻射與聽神經(jīng)瘤的關(guān)系是目前研究的熱點。Hardell等［21］對1 429名中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤患者（包括159名聽神經(jīng)瘤）進(jìn)行病例對照研究，發(fā)現(xiàn)模擬信號手機(jī)使用時間超過一年，數(shù)字信號手機(jī)使用時間超過5年者患腫瘤的風(fēng)險增加，值得一提的是腫瘤的發(fā)生部位以距離手機(jī)最近的顳葉居多，使用模擬信號手機(jī)和數(shù)字信號手機(jī)的相對危險度分別是4.4和1.4。Hardell等［22］還對413例中樞神經(jīng)系統(tǒng)的良性腫瘤進(jìn)行多因素分析，其中305例腦膜瘤，84例聽神經(jīng)瘤，24例其他類型腫瘤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用模擬信號手機(jī)會增加患中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的風(fēng)險，使用時間超過15年風(fēng)險更大。Lonn等［23］對瑞典1999年至2002年間診斷為聽神經(jīng)瘤的148例病例進(jìn)行病例對照研究，發(fā)現(xiàn)短期射頻電磁輻射不會引起聽神經(jīng)瘤的發(fā)病率增加，聽神經(jīng)瘤多發(fā)生在使用模擬信號手機(jī)超過10年的病例中，但統(tǒng)計學(xué)分析并沒有明顯差別，作者建議將使用移動電話視為誘發(fā)聽神經(jīng)瘤的危險因素之一。但該研究病例數(shù)較少，仍有待大宗病例的分析。

與上述結(jié)果相反，Christensen等［24］報道了來自INTERPHONE研究計劃的病例對照研究結(jié)果，提出移動電話的使用時間超過十年與聽神經(jīng)瘤的發(fā)病率并無必然聯(lián)系，同時發(fā)現(xiàn)接聽手機(jī)的習(xí)慣與腫瘤的發(fā)病部位、手機(jī)輻射暴露時間與腫瘤大小亦無相關(guān)性，但該研究存在較高的失訪率和對照組選擇中的信息缺失，故尚需進(jìn)一步證實。

Schoemaker等［25］選取678名聽神經(jīng)瘤患者，同時在英國和其他四個北歐國家選取3 553名對照者，結(jié)果表明在手機(jī)開始普及使用的十年間聽神經(jīng)瘤的發(fā)生率沒有明顯增加，分析結(jié)果顯示聽神經(jīng)瘤與每次打電話時長、累積打電話總時長以及打電話的頻次并沒有聯(lián)系。但作者認(rèn)為目前的研究結(jié)果并不能排除手機(jī)使用時間超過十年與患聽神經(jīng)瘤的風(fēng)險間的聯(lián)系。Johansen等［26］采用回顧隊列法對丹麥420 095名手機(jī)使用者進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)顱腦腫瘤患病的相對危險度（relative risk，RR）為0.95（CI 95% ＝0.8－1.1），顳葉腫瘤發(fā)生的 RR是0.86（CI95%＝0.4～1.5），聽神經(jīng)瘤的患病風(fēng)險明顯增加。但該研究中69%的受訪者使用手機(jī)時間為1～2年，因此不能提示長期暴露的危險性。Takebayashi等［27］報道使用手機(jī)時間在8年以內(nèi)不會引起聽神經(jīng)瘤發(fā)病率增加，但該組中大劑量手機(jī)電磁輻射暴露的病例數(shù)較少。

上述研究均是采用病例對照研究的方法，通過了解兩組的暴露水平，分析電磁輻射與聽神經(jīng)瘤是否相關(guān)及其強(qiáng)度，其結(jié)果可能受到研究對象的選擇偏倚，調(diào)查過程中的測量偏倚和回憶偏倚、結(jié)果分析中的混雜偏倚等多種因素的影響。當(dāng)前手機(jī)電磁輻射源種類繁多，調(diào)研中電磁輻射頻率、強(qiáng)度差別不一，且缺乏判別電磁暴露的客觀標(biāo)準(zhǔn)。另外，影響聽覺功能的因素很多，包括年齡、職業(yè)、噪聲以及疾病等，這些關(guān)聯(lián)混雜效應(yīng)的存在可能掩蓋或夸大電磁輻射與聽神經(jīng)瘤的聯(lián)系。盡管上述研究提示電磁輻射暴露可能會提高聽神經(jīng)瘤的發(fā)病率，目前仍沒有結(jié)論性的證據(jù)支持電磁輻射的致瘤效應(yīng)。

3 射頻電磁輻射對聽力的影響

3.1 短期效應(yīng) Kellenyi等［28］報道健康志愿者在脈沖射頻電磁輻射暴露15分鐘后ABR波Ⅴ潛伏期延長0.2ms。但 Arai［29］對15名健康志愿者進(jìn)行30分鐘電磁輻射，暴露前后檢測ABR、ABR－R（ABR recovery function）中潛伏期反應(yīng)（middle latency responses，MLR），結(jié)果暴露前后并沒有發(fā)現(xiàn)明顯差異。之后大量的研究均沒有發(fā)現(xiàn)手機(jī)射頻電磁輻射對聽力產(chǎn)生損害作用。Ozturan等［30］使用手機(jī)輻照30名健康志愿者（20名男性，10名女性）10分鐘后檢測TEOAE，并沒有發(fā)現(xiàn)TEOAE的異常改變。Aran等［31］通過體外實驗，采用 GSM（global system of mobile communication）系統(tǒng)產(chǎn)生微波電磁輻射（1W／kg）對新生小鼠的外毛細(xì)胞輻射24～48小時后觀察細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示該劑量的電磁輻射沒有引起外毛細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的改變。同時采用900MHz GSM（SARs＝1、2、4W／kg）射頻磁場，按照1小時／天、5天／周，持續(xù)2個月對豚鼠進(jìn)行照射后，檢查ABR、DPOAE以及外毛細(xì)胞形態(tài)，結(jié)果均沒有發(fā)現(xiàn)明顯改變。Sievert等［32］采用頻率為889MHz持續(xù)或脈沖射頻電磁源對12名健康志愿者進(jìn)行照射，分別在輻射前、輻射中、輻射后后進(jìn)行ABR檢測，結(jié)果顯示沒有明顯改變。Oysu等用手機(jī)（f＝900MHz，SAR＝0.82W／kg）輻射18名健康志愿者右耳15分鐘后檢測ABR，發(fā)現(xiàn)ABR波Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ潛伏期和Ⅰ－Ⅲ、Ⅲ－Ⅳ、Ⅰ－Ⅳ波間期無變化，提出短時間射頻電磁輻射暴露不會引起ABR潛伏期及波間期的改變。作者指出不應(yīng)長時間使用手機(jī)，因為目前的檢測手段尚不能發(fā)現(xiàn)那些微弱的電生理改變，故長期電磁輻射暴露對內(nèi)耳的損害作用不能排除［33，34］。

3.2 長期效應(yīng) Garcia Callejo等［35］采用前瞻性隊列研究的方法對手機(jī)使用時間與聽力變化的相關(guān)性進(jìn)行研究，其中實驗組包含323名聽力正常的日常生活中經(jīng)常使用手機(jī)的健康志愿者，而對照組的172名志愿者在隨訪期間沒有使用手機(jī)，研究發(fā)現(xiàn)實驗組言語頻率的聽閾較對照組提高1～5分貝［35］。Kerckhanjanarong等［36］對98名調(diào)研對象進(jìn)行手機(jī)使用情況（包括手機(jī)的品牌、接聽方式、手機(jī)使用時間等）和聽力情況（包括純音測聽、聲導(dǎo)抗、ABR、TEOAE、DPOAE測試）研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每天使用手機(jī)超過60分鐘的調(diào)研對象習(xí)慣接聽側(cè)耳的聽力較對側(cè)差，提示長時間射頻電磁輻射暴露可能會對聽力造成影響。Oktay等［37］將20名男性志愿者按照電磁輻射暴露時間分為三組，即高劑量暴露組（每天打電話時間超過2個小時，連續(xù)使用四年）、中度劑量暴露組（每天打電話時間在15～20分鐘，連續(xù)使用四年）、對照組（從未使用手機(jī)），檢查各組腦干聽覺誘發(fā)電位（brainstem auditoryevoked potential，BEAP）和純音測聽，發(fā)現(xiàn)各組的BEAP的I–III、III–V和I–V波間期無明顯差異，說明從耳蝸至中腦的蝸后聽覺傳導(dǎo)通路沒有受射頻電磁輻射影響，但純音測聽發(fā)現(xiàn)高劑量電磁輻射暴露組的4kHz的聽閾較其他兩組明顯增高，提示長期暴露于射頻電磁輻射可能引起聽閾改變。Janssen等［38］報道手機(jī)電磁輻射暴露后DPOAE幅值減小不足1 dB，但是這個變化可能與生理狀態(tài)有關(guān)，并不能認(rèn)為是外毛細(xì)胞受到損傷。Galloni等［39］通過DPOAE觀察大鼠在不同輻射源、不同頻率、不同強(qiáng)度的電磁輻射后外毛細(xì)胞的功能，結(jié)果顯示微波電磁輻射對外毛細(xì)胞的功能沒有影響，但缺少對毛細(xì)胞形態(tài)的組織學(xué)及電鏡觀察。Kizilay等［40］將成年豚鼠和出生第二天的豚鼠按照每天1小時、連續(xù)30天進(jìn)行電磁輻射暴露，暴露后行DPOAE檢測，結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變化。該實驗首次觀察電磁輻射對發(fā)育中耳蝸的影響。一般認(rèn)為豚鼠耳蝸在出生后25天發(fā)育成熟，出生后11至20天是最容易受外界因素干擾的時期。而該實驗從豚鼠出生后第二天對其進(jìn)行電磁輻射暴露，連續(xù)暴露30天，即在豚鼠耳蝸最不穩(wěn)定的時期給與外界干擾，結(jié)果證實電磁輻射對該時期的耳蝸DPOAE沒有產(chǎn)生影響。Panda等［41］采用病例對照方法對實驗組（112名長期使用手機(jī)人員）和對照組（50名從未使用手機(jī)人員）進(jìn)行純音測聽、聲導(dǎo)抗、DPOAE、ABR以及 MLR等檢查，結(jié)果顯示兩組間無明顯差異，但實驗組內(nèi)比較發(fā)現(xiàn)，年齡大于30歲、每天使用手機(jī)時間超過60分鐘、使用手機(jī)時間超過4年、使用手機(jī)過程中發(fā)現(xiàn)耳鳴、耳周熱感均是聽力損害的危險因素。Davidson等［42］采用問卷調(diào)查的方式對英國南安普敦研究生院160名學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，其中使用手機(jī)時間最長為6年，結(jié)果顯示使用手機(jī)時間長短與耳部不適癥狀（包括聽力下降、耳鳴、不平衡感等）沒有因果關(guān)系，從而認(rèn)為使用手機(jī)時間小于6年不會引起內(nèi)耳功能損傷。但該研究并未檢測內(nèi)耳功能，僅根據(jù)調(diào)查對象的主觀訴說，可能存在混雜因素影響。

4 對前庭功能影響的觀察

Pau等［43］采用GSM 射頻電磁輻射（頻率f＝889.6MHz，功率F＝2.2W）對13名志愿者雙耳進(jìn)行輻射后檢測眼震電圖，結(jié)果顯示沒有明顯異常；同時作者觀察了手機(jī)可能引起的熱效應(yīng)，結(jié)果顯示工作狀態(tài)下手機(jī)（主要是天線區(qū)域）溫度升高，但并不會引起被輻射的新鮮顳骨組織的溫度改變。該結(jié)論與Van Leeuwen等［44］報道的射頻電磁輻射可以引起腦組織溫度升高0.1°C不一致，有待進(jìn)一步研究的驗證。Sievert等［45］對健康志愿者進(jìn)行射頻電磁輻射后觀察DPOAE、BEAP、眼震電圖及耳周局部溫度改變，沒有發(fā)現(xiàn)明顯異常改變，與Pau［43］的實驗結(jié)果類似。

5 相關(guān)協(xié)同效應(yīng)的觀察

Meric等［46］采用群組研究的方法，選取31名廣播電臺工作人員作為暴露組，30名非廣播電臺工作人員作為對照組，進(jìn)行聽力情況調(diào)研，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組間1kHz以下的聽閾無明顯差異，但是電磁輻射暴露人群中4kHz聽力下降者占70%，而非電磁輻射環(huán)境工作人員4kHz聽力下降者占6%，兩者差異明顯，提示電磁輻射與噪聲對內(nèi)耳損傷存在協(xié)同作用。

Parazzini等［47］觀察了900MHz GSM（SAR＝4 W／kg）與慶大霉素對SD大鼠的耳毒性協(xié)同作用，結(jié)果提示4W／kg的900MHz GSM電磁場并不能加劇慶大霉素對耳蝸外毛細(xì)胞的損害。目前關(guān)于電磁輻射對內(nèi)耳的協(xié)同毒害作用報道較少，作者認(rèn)為今后可以加強(qiáng)不同頻率、不同強(qiáng)度的電磁輻射以及不同影響因素對內(nèi)耳協(xié)同損害作用的觀察。

6 總結(jié)及展望

目前射頻電磁輻射對內(nèi)耳的生物效應(yīng)研究較為深入，但研究結(jié)果幾乎都是陰性的，至今仍沒有明確的結(jié)論，內(nèi)耳生物電磁的研究似乎陷入了重復(fù)少量陽性結(jié)果的惡性循環(huán)之中。盡管目前的研究不能證明電磁輻射對內(nèi)耳的影響，但暫時也不能排除，同時電磁輻射對內(nèi)耳的長期效應(yīng)以及大劑量電磁輻射對內(nèi)耳的生物效應(yīng)仍有待進(jìn)一步觀察。

分析目前的研究發(fā)現(xiàn)，流行病學(xué)調(diào)查和動物實驗研究是兩個主要的研究方法。流行病學(xué)調(diào)查主要采用回顧性病例－對照研究方法，其結(jié)果僅能反映電磁輻射與內(nèi)耳損傷相關(guān)與否和聯(lián)系強(qiáng)度的大小，并不能明確證明電磁輻射是內(nèi)耳損傷的危險因素，今后可進(jìn)行大樣本的前瞻性的研究，以克服回顧性研究的缺點。動物實驗局限于傳統(tǒng)的功能檢測，對耳蝸微細(xì)結(jié)構(gòu)觀察較少，缺少新的檢測手段。今后可借鑒電磁輻射生物效應(yīng)在其他學(xué)科的研究經(jīng)驗，利用高通量掃描技術(shù)（HTST）聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)（全部基因表達(dá)）和蛋白組學(xué)（全部蛋白表達(dá)）研究電磁輻射可能引起的生物學(xué)行為，可能可以解釋其多種不可預(yù)測的危害，為長期慢性輻射的潛在影響提供有價值的信息。

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