電磁輻射對(duì)生物體損傷的研究進(jìn)展＊

祝青鸞，李俊堂，高春芳

電磁波（又稱電磁輻射）是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面，有效地傳遞能量和動(dòng)量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括無(wú)線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X射線和伽馬射線等。目前廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域，為人類提供了方便快捷的生活方式，與此同時(shí)，人們對(duì)電磁波帶來(lái)的生物效應(yīng)問(wèn)題也愈來(lái)愈重視。有研究表明，電磁輻射可導(dǎo)致人體多系統(tǒng)、多臟器的損傷［1，2］，其損害程度與其強(qiáng)度、頻譜特點(diǎn)、穩(wěn)定程度及接觸時(shí)間有關(guān)，同時(shí)存在個(gè)體性差異。本文就電磁輻射的損傷機(jī)制及其對(duì)大腦、心臟、眼睛和血液等重要器官系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展作一綜述。

1 電磁輻射的損傷機(jī)制［1］

1．1 熱效應(yīng) 人體成分70%以上是水。水分子受到電磁輻射后相互摩擦，引起機(jī)體升溫，因而帶來(lái)了以下內(nèi)在變化，即：①溫度升高改變了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)：升溫使細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)分子與類脂分子的組成和排列發(fā)生變化， 并使細(xì)胞膜離子 （K＋、Na＋、Cl－等）通透性增加；②溫度升高影響血液循環(huán)：升溫過(guò)高可致病理性充血、出血、水腫及血栓形成；③溫度升高影響細(xì)胞分裂和增殖：升溫過(guò)高可造成細(xì)胞分裂停滯和間期死亡（包括凋亡和壞死）；④升溫影響親水蛋白質(zhì)分子和DNA的構(gòu)象或狀態(tài)及其生化反應(yīng)過(guò)程：適量升溫可提高其生物功能，加速生化反應(yīng)過(guò)程；而過(guò)量升溫則損傷其結(jié)構(gòu)，阻抑生化反應(yīng)過(guò)程，甚至發(fā)生熱凝固。

1．2 非熱效應(yīng) 人體的器官和組織都存在微弱的電磁場(chǎng)，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁場(chǎng)的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱的電磁場(chǎng)將遭受到破壞，人體也會(huì)遭受損傷。非熱效應(yīng)主要在細(xì)胞和分子水平上影響其生物物理和生物化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。對(duì)機(jī)體的影響可能通過(guò)如下途徑：①細(xì)胞產(chǎn)生電場(chǎng)振蕩致傷學(xué)說(shuō)：幾乎所有的細(xì)胞均存在干振蕩（其振蕩基頻約為 0．1×1012Hz），當(dāng)細(xì)胞受微波照射后產(chǎn)生電磁場(chǎng)和電磁振蕩而致傷；②腦組織的鈣通道異常和鈣濃度內(nèi)外失衡致傷學(xué)說(shuō)：腦組織神經(jīng)元受微波照射后，Ca2＋通道受到破壞，Ca2＋大量釋放，造成鈣超載，尤其在調(diào)制頻率段，其Ca2＋的排出達(dá)到高峰，進(jìn)一步加重神經(jīng)系統(tǒng)的損傷［3］；③振蕩電場(chǎng)中細(xì)胞轉(zhuǎn)動(dòng)致傷學(xué)說(shuō)：活性細(xì)胞受到外加振蕩電磁作用時(shí)（尤其頻率為1～100MHz），細(xì)胞將圍繞垂直于電磁的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還產(chǎn)生諧振效應(yīng)，從而導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生損傷；④在外加電場(chǎng)中細(xì)胞膜破裂致傷學(xué)說(shuō)：外加電場(chǎng)可造成細(xì)胞膜的細(xì)小孔洞和溝道形成，細(xì)小孔洞相互融合擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞膜通透性改變，使在生理情況下不能通過(guò)細(xì)胞膜的離子、病毒顆粒、DNA、蛋白質(zhì)等得以進(jìn)出細(xì)胞；⑤自由基損傷效應(yīng)學(xué)說(shuō)：電磁場(chǎng)可以影響順磁性自由基的復(fù)合率，從而影響自由基的壽命，即影響自由基的瞬時(shí)濃度，從而發(fā)生一系列的損傷效應(yīng)。電磁波的非熱效應(yīng)突出特點(diǎn)是，機(jī)體組織細(xì)胞對(duì)電磁波的應(yīng)答具有“窗效應(yīng)”特異性，即具有頻率特異性（“頻率窗”）和功率特異性（“功率窗”，也稱為“振幅窗”），前者指生物效應(yīng)（即生物應(yīng)答反應(yīng)），只對(duì)一定頻率的電磁波最敏感、最明顯，后者指只對(duì)一定功率（強(qiáng)度）的電磁波最敏感、最明顯。但迄今，關(guān)于不同組織器官、細(xì)胞的生理和生化及病理?yè)p傷的“頻率窗”和“功率窗”尚未闡明。

2 電磁輻射的生物效應(yīng)

2．1 對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響 中樞神經(jīng)系統(tǒng)是電磁輻射最敏感的靶部位［4］，對(duì)于成年人來(lái)說(shuō)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)一旦發(fā)生損傷，往往是不可逆的，其突出表現(xiàn)是腦組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)改變，學(xué)習(xí)和記憶等神經(jīng)行為學(xué)障礙。

神經(jīng)遞質(zhì)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)信息傳遞的介質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)代謝紊亂在腦組織損傷的過(guò)程中有重要意義。有研究顯示，電磁輻射可引起突觸結(jié)構(gòu)改變，表現(xiàn)為突觸囊泡堆積，突觸前活性區(qū)延長(zhǎng)，突觸后致密物增加；氨基酸遞質(zhì)和乙酰膽堿代謝紊亂，表現(xiàn)為乙酰膽堿代謝活躍，不同輻射劑量對(duì)氨基酸遞質(zhì)產(chǎn)生的影響不同［5］。另有研究表明，輻射后6 h，神經(jīng)元可見核染色質(zhì)濃縮、邊集，線粒體腫脹、空化，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張，胞質(zhì)局灶性溶解；突觸間隙不清，囊泡堆積，突觸后膜增厚，致密物增加，活性延長(zhǎng)；膠質(zhì)細(xì)胞染色質(zhì)濃縮，核膜不清，胞質(zhì)細(xì)胞器減少；血管周間隙增寬，內(nèi)皮胞質(zhì)水腫［6］。目前認(rèn)為海馬結(jié)構(gòu)是與學(xué)習(xí)、記憶等高級(jí)功能具有密切關(guān)系的重要腦區(qū)［7］。因此，電磁輻射所致的海馬損傷效應(yīng)已成為揭示神經(jīng)行為及認(rèn)知功能改變的重要內(nèi)容之一。除海馬組織外，腦部病變可累及丘腦、下丘腦、大腦皮層和小腦皮層等腦區(qū)，主要表現(xiàn)為神經(jīng)細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)不良性改變和超微結(jié)構(gòu)損傷，神經(jīng)突觸變化多較明顯，并常見神經(jīng)膠質(zhì)和髓磷脂的代謝紊亂，晚期則發(fā)生腦萎縮［8］。近年文獻(xiàn)報(bào)道，長(zhǎng)期使用手機(jī)者易發(fā)生腦部腫瘤，并與使用方向具有一致性（如右側(cè)使用者，腫瘤多見于右側(cè)），但尚未在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)［1］。

2．2 對(duì)心血管系統(tǒng)的影響 心臟是電磁輻射的敏感器官之一，目前關(guān)于微波對(duì)心血管系統(tǒng)的損傷的研究主要集中在輻射所引起的心臟組織結(jié)構(gòu)和功能損傷以及心電的改變。

關(guān)于電磁輻射致心臟組織結(jié)構(gòu)改變的報(bào)道較多。潘敏鴻等［9］發(fā)現(xiàn)，10～50mW／cm2微波輻射后 6 h，心肌細(xì)胞見水樣變性，胞質(zhì)淡染，心肌纖維呈波浪狀排列，線粒體空化、腫脹等，病變于7 d內(nèi)呈進(jìn)行性加重。 鄧樺等［10］研究發(fā)現(xiàn)，1．0×103W ／cm2微波輻射后1 h，出現(xiàn)心肌纖維排列紊亂，粗細(xì)不均，肌漿顆粒變性，輻射后14 d，可見肌纖維斷裂，小灶性壞死，成纖維細(xì)胞增生。另有研究顯示，長(zhǎng)期低劑量微波輻射可致大鼠K＋、Na＋水平及天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶和谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶活力異常從而引起心臟組織結(jié)構(gòu)與超微結(jié)構(gòu)損傷［11］。血管病變一般較心臟為輕，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)血管痙攣、血容量減少，導(dǎo)致皮膚蒼白、全身無(wú)力或暈厥。

2．3 對(duì)眼睛的影響 由于眼內(nèi)含水量比較豐富，同時(shí)又因其內(nèi)部血管分布較少，所以在電磁輻射下容易吸收電磁輻射的能量，溫度極易升高，導(dǎo)致眼晶狀體蛋白質(zhì)凝固，使晶狀體混濁，是造成白內(nèi)障的主要條件［12］。經(jīng)50W／m2平均功率下的電磁持續(xù)照射1個(gè)月，導(dǎo)致了視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)可逆性的病理改變，視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的病變也必然會(huì)影響到視功能［13］。

2．4 對(duì)生殖系統(tǒng)的影響 電磁輻射對(duì)人類的生殖危害的影響是人們普遍關(guān)心的熱點(diǎn)之一，其不僅關(guān)系著家庭和社會(huì)安寧，也涉及人類的未來(lái)。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，2～11mW／cm2微波極短期輻射即可導(dǎo)致可恢復(fù)性的雄性大鼠生殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能損傷［14］。另有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，電磁照射對(duì)雌性生殖系統(tǒng)的影響主要是妊娠率降低、著床位點(diǎn)減少、胚胎發(fā)育遲緩、畸胎率增加、死胎率升高、胎鼠和仔鼠體重下降，并多見腦發(fā)育異常，同時(shí)仔鼠的免疫功能減弱［1］。 胡海翔等［15］利用透射電鏡對(duì)電磁輻射環(huán)境下的男性精液標(biāo)本進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)電磁輻射可導(dǎo)致男性精子頂體、頭部、尾部線粒體結(jié)構(gòu)異常，最終影響其生殖功能。

2．5 對(duì)其他器官系統(tǒng)的影響 高強(qiáng)度電磁輻射的致熱作用可以引起胃腸黏膜充血、糜爛，甚至形成潰瘍。在低強(qiáng)度電磁輻射下，消化系統(tǒng)的組織形態(tài)不會(huì)發(fā)生明顯的改變，但可導(dǎo)致惡心、胃納減退、胃溫上升和血流加速等現(xiàn)象［8］。泌尿系統(tǒng)中，腎臟較為敏感，主要是累及腎小管，表現(xiàn)為重吸收功能下降，近曲和遠(yuǎn)曲小管上皮變性壞死，腎小球細(xì)胞偶有變性，血尿素氮水平升高［1］。

2．6 電磁輻射的致癌作用 據(jù)報(bào)道，居民受較高強(qiáng)度電磁輻射后致癌率約為對(duì)照人群的3～4倍。最常見的惡性腫瘤為白血?。稍龈?～7倍），其次為消化系統(tǒng)癌和皮膚癌。英國(guó)Gerald等［16］認(rèn)為高壓電線附近居住的兒童患白血病的可能性會(huì)明顯增加，統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，居住在有高壓電線的電磁輻射下的兒童其白血病發(fā)病率為1／700，比居住在無(wú)電磁輻射地區(qū)的兒童發(fā)病率（1／1400）高1倍。但也有一些相反的研究結(jié)果，比如，1997年，美國(guó)國(guó)家癌癥研究所的研究人員一項(xiàng)歷時(shí)8年對(duì)美國(guó)1000名兒童的研究，公布結(jié)果認(rèn)為對(duì)于常見的兒童急性淋巴細(xì)胞白血病，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)家中測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度大，患病風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)隨之增大的情況。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高功率電磁波照射后9～12個(gè)月，可見甲狀腺癌，及增生性病變（如卵巢脂肪瘤、子宮內(nèi)膜增生癥、乳腺增生癥等）發(fā)生，但迄今尚未見腫瘤發(fā)生與電磁輻射功率、頻率、時(shí)間等相關(guān)關(guān)系的報(bào)道［1］。

總之，隨著電磁波技術(shù)的快速發(fā)展及在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，人們接觸電磁輻射的強(qiáng)度和時(shí)間也與日俱增，其對(duì)人體的損傷和危害越來(lái)越受到人們的重視，但這一領(lǐng)域的研究仍存在很多的問(wèn)題，電磁輻射造成的生物學(xué)效應(yīng)、電磁輻射的量－效關(guān)系以及電磁輻射損傷的診斷和治療等?？傊?，這一領(lǐng)域的研究還需要科研學(xué)者們共同努力探索。

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