電磁防護(hù)織物的生物學(xué)效應(yīng)研究

李會改 楊苗苗 林 玲

1. 江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心(中國) 2. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院(中國) 3. 寧波市先進(jìn)紡織技術(shù)與服裝CAD重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國)

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電磁防護(hù)織物的生物學(xué)效應(yīng)研究

李會改1楊苗苗2林 玲3

1. 江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心(中國) 2. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院(中國) 3. 寧波市先進(jìn)紡織技術(shù)與服裝CAD重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國)

以不同類型的電磁防護(hù)織物為研究對象進(jìn)行生物學(xué)試驗(yàn)，研究織物的防護(hù)效果。試驗(yàn)表明，電磁輻射會對小鼠的造血、免疫及生殖等系統(tǒng)造成明顯傷害，嚴(yán)重時可致其死亡。經(jīng)同劑量的電磁輻射后，用電磁防護(hù)織物防護(hù)的小鼠的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于無防護(hù)小鼠，說明電磁防護(hù)織物對小鼠有一定的保護(hù)作用，且織物的屏蔽值越大，防護(hù)效果越好。

電磁防護(hù)； 生物學(xué)效應(yīng)； 屏蔽值

電磁波，又稱電磁輻射、電子煙，是一種能量。幾乎所有的物體每時每刻都會受到電磁輻射的作用，電磁輻射的危害也越來越受到人們的關(guān)注[1-2]。人們的生存空間充滿了電磁輻射，它不僅破壞良好的電磁生態(tài)環(huán)境，還會導(dǎo)致自動控制失靈、飛機(jī)導(dǎo)航失事等頻發(fā)，電磁污染仍是生態(tài)環(huán)境中危害最大的物理污染之一[3]。電磁輻射主要通過熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)及累積效應(yīng)3種形式影響和危害機(jī)體的功能和健康，種種研究也表明這種危害在某種程度上是不可逆轉(zhuǎn)的、致命的[4-5]。同時由于電子化、信息化的快速發(fā)展，信息安全問題日益突出，電磁泄漏和輻射引起的泄密會對國家政治、經(jīng)濟(jì)及軍事安全造成巨大危害[6]。當(dāng)今社會，研究和開發(fā)具有電磁屏蔽功能的織物仍然是功能性紡織品研發(fā)的一個重要領(lǐng)域。本文主要研究電磁防護(hù)織物的生物學(xué)效應(yīng)，旨在為電磁防護(hù)織物的開發(fā)和生產(chǎn)所借鑒。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

試驗(yàn)材料與儀器如表1所示。

表1 試驗(yàn)材料與儀器

1.2 試驗(yàn)方法

圖1 輻射試驗(yàn)裝置

小鼠在試驗(yàn)環(huán)境下喂養(yǎng)3～5 d后進(jìn)行試驗(yàn)。將小鼠稱體質(zhì)量記錄后隨機(jī)分配，并將小鼠裝入27 cm×20 cm×8 cm、帶有一定孔隙的塑料方盒中進(jìn)行輻射試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置如圖1所示。每組使用不同類型的織物作為防護(hù)罩，0#組作為空白對照組在相同試驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行常規(guī)喂養(yǎng)，不進(jìn)行輻射(零輻射組)，1#組則是在無任何防護(hù)措施的情況下對小鼠進(jìn)行同等程度的電磁輻射(暴露組)。各組所用屏蔽材料如表2所示。其中，屏蔽值是衡量織物電磁屏蔽性能的重要指標(biāo)，屏蔽值越大，屏蔽效果越好。4#織物的屏蔽值為51.87 dB，屏蔽效果最好；1#織物的屏蔽值為0.00 dB，無屏蔽效果。

輻射條件：頻率2 450 MHz，強(qiáng)度20 mW/cm2，每天照射60 min，連續(xù)照射10 d，最后一次照射完成稱體質(zhì)量后立即活殺。

表2 各試驗(yàn)組所用的屏蔽材料及其屏蔽值

電磁防護(hù)織物的生物學(xué)效應(yīng)(電磁輻射使生物系統(tǒng)產(chǎn)生的與生命現(xiàn)象有關(guān)的響應(yīng))試驗(yàn)及其指標(biāo)測定在第四軍醫(yī)大學(xué)預(yù)防醫(yī)學(xué)系放射醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室與輻射生物醫(yī)學(xué)研究所提供的設(shè)備和技術(shù)指導(dǎo)下進(jìn)行。

1.3 表征與測試

1.3.1 整體情況

記錄小鼠的生存狀況，包括每天的進(jìn)食及活動情況、存活率及尾巴出血點(diǎn)等。

1.3.2 造血系統(tǒng)

采用眼球摘取法取血，對將血樣進(jìn)行EDTA(乙二胺四乙酸)抗凝，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的生理鹽水對血樣進(jìn)行2倍稀釋后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測定。

1.3.3 免疫系統(tǒng)

取出小鼠胸腺，稱體質(zhì)量，按式(1)計(jì)算胸腺指數(shù)。

(1)

以同樣的方法，按式(2)計(jì)算脾體比。

(2)

1.3.4 生殖系統(tǒng)

小鼠處死前1 h內(nèi)稱體質(zhì)量，處死后取雙側(cè)睪丸稱體質(zhì)量，按式(3)計(jì)算睪丸指數(shù)。

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 小鼠每天活動及進(jìn)食情況

記錄發(fā)現(xiàn)：輻射使小鼠產(chǎn)生明顯不適，出現(xiàn)食欲下降、發(fā)熱、掉毛、蜷縮、活動量減少、尾巴出血(圖2)、糞便及分泌物明顯增多等現(xiàn)象(圖3)。在照射第4天時，1#組(暴露組)出現(xiàn)一只小鼠死亡，由此可見輻射對小鼠的危害。

圖2 輻射前后小鼠尾巴的出血情況

(a) 輻射前

(b) 輻射后

2.2 體質(zhì)量變化

每次輻射前對各組小鼠進(jìn)行稱重，記錄體質(zhì)量。選取5只最初體質(zhì)量接近但被隨機(jī)分到5個組中的小鼠，假設(shè)照射過程中它們所受的輻射相等，對其體質(zhì)量變化進(jìn)行比較。

由圖4可以看出，各組小鼠的體質(zhì)量整體呈增加趨勢，其中0#組小鼠體質(zhì)量增加最快，1#組最慢。照射第3天時，1#～4#組小鼠體質(zhì)量均出現(xiàn)不同程度下降，而0#組則保持增長。這很可能是小鼠受電磁輻射危害所致。此后，1#～4#組小鼠的體質(zhì)量又逐漸增加，這與電磁防護(hù)織物的電磁屏蔽效能有關(guān)，說明電磁防護(hù)織物對小鼠有一定的保護(hù)作用，且這種保護(hù)隨織物電磁屏蔽效能的增加而增大。

圖4 不同防護(hù)條件下小鼠體質(zhì)量的變化

2.3 外周血測試結(jié)果

一般認(rèn)為血常規(guī)(血象)檢查是臨床中最有效、使用最多的診斷技術(shù)之一，血液成分的變化通常是疾病的早期反應(yīng)。血常規(guī)檢測主要包括白細(xì)胞、紅細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、血紅蛋白及血小板等各項(xiàng)指標(biāo)。各組小鼠的眼球摘取法取血測試結(jié)果如表3所示。

由表3可見，相對于0#組小鼠，1#組小鼠在未防護(hù)情況下經(jīng)一定量電磁輻射后，血小板明顯減小，紅細(xì)胞和白細(xì)胞明顯低于正常水平，而淋巴細(xì)胞及血紅蛋白含量升高，其余各組也出現(xiàn)類似的變化，但均比1#組更接近正常水平。說明電磁防護(hù)織物時小鼠有一定的保護(hù)作用。臨床試驗(yàn)中，血小板是哺乳動物血液中的有效成分之一，是從骨髓成熟的巨核細(xì)胞胞質(zhì)裂解脫落下來的具有生物活性的小塊胞質(zhì)，在止血、傷口愈合等過程中具有重要作用。試驗(yàn)小鼠血小板減小很可能是由于電磁輻射損傷了小鼠造血干細(xì)胞或影響了造血干細(xì)胞在骨髓中的增殖，進(jìn)而影響多個造血細(xì)胞系統(tǒng)，表現(xiàn)為不同程度的紅細(xì)胞數(shù)、白細(xì)胞數(shù)異常等。臨床上認(rèn)為，淋巴細(xì)胞較少可能是由放射引起的免疫性缺陷病[7]，經(jīng)輻射的1#～4#組小鼠淋

表3 小鼠眼球摘取法取血測試結(jié)果

巴細(xì)胞均明顯減少，說明淋巴器官對該輻射更為敏感，而這在完全暴露輻射的1#組小鼠上表現(xiàn)得更為明顯，與輻射事實(shí)一致。血紅蛋白是生物體內(nèi)負(fù)責(zé)運(yùn)載氧的一種蛋白質(zhì)，相對于0#正常組小鼠，其他受輻射的小鼠的血紅蛋白均有不同程度的升高(由于4#組小鼠處在屏蔽值最高的防護(hù)之下，小鼠受到的電磁輻射最少，小鼠基本處于正常活動狀態(tài)，出汗和驚恐情況較弱，所以血紅蛋白值接近0#組)。導(dǎo)致血紅蛋白偏高的原因很多，結(jié)合本試驗(yàn)現(xiàn)象，可認(rèn)為這是一種生理性升高，是由于小鼠在輻射過程中出現(xiàn)大量出汗、驚恐等情況引起的。結(jié)合以上試驗(yàn)結(jié)果及分析可以看出，電磁防護(hù)織物對輻射有一定的屏蔽作用，且隨著織物的屏蔽值的增大，對應(yīng)的小鼠的各項(xiàng)生命指標(biāo)更接近正常值，說明屏蔽效能是決定織物防護(hù)效果的重要因素，屏蔽值越大，織物的防護(hù)效果越好。

2.4 生殖系統(tǒng)

試驗(yàn)時，需對睪丸組織進(jìn)行HE染色(即蘇木精-伊紅染色，是石蠟切片技術(shù)中常用的一種染色法)。取小鼠睪丸，先用Bouin’s試液固定，固定時間不少于24 h，分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%、80%、95%及100%的酒精進(jìn)行處理后脫水并用透明石蠟包埋。按冠狀面切片，HE常規(guī)染色，并在顯微鏡下觀察睪丸組織形態(tài)。

由表4可見：1#～4#組小鼠的睪丸指數(shù)相對于正常環(huán)境下的0#組小鼠均有所下降，其中1#組的睪丸指數(shù)最小，其他各組下降幅度較小，且織物屏蔽值越大，小鼠的睪丸指數(shù)越接近正常值。輻射對小鼠的生殖器官造成了一定的損害，影響了幼齡雄鼠睪丸組織的發(fā)育，造成睪丸指數(shù)下降、精子畸形率增加等損傷，這可能主要都是輻照引起睪丸組織過氧化損傷、性激素受體及分子的異常表達(dá)而引起的[8]，具體的損傷機(jī)理還有待專業(yè)人員進(jìn)一步探討。2#、3#和4#組小鼠的睪丸指數(shù)雖有所減小，但整體均比1#暴露組好，且隨著屏蔽值的增大，睪丸指數(shù)趨于正常，說明電磁防護(hù)織物對小鼠具有一定的保護(hù)作用。

表4 小鼠睪丸指數(shù)

2.5 免疫系統(tǒng)

一般情況下，免疫系統(tǒng)對輻射損傷的敏感性高于其他的組織和細(xì)胞。有研究發(fā)現(xiàn)機(jī)體對射線最為敏感的免疫器官是胸腺，其次是脾臟[9]，所以本試驗(yàn)著重對這兩種器官進(jìn)行了分析。

由表5可見：小鼠機(jī)體受射線照射后胸腺指數(shù)、脾體比均出現(xiàn)下降，其中1#暴露組的最低， 4#組最接近0#組正常小鼠的水平。說明輻射對小鼠的免疫系統(tǒng)有一定的損傷，而電磁防護(hù)織物可在一定程度上減小這種傷害。

表5 各組小鼠胸腺指數(shù)及脾體比

3 小結(jié)

——電磁輻射會對小鼠造血、免疫及生殖等系統(tǒng)造成明顯的傷害，嚴(yán)重時可導(dǎo)致死亡，所以有必要對電磁輻射采取一定的防護(hù)措施。

——屏蔽值是表征織物電磁屏蔽性能的重要指標(biāo)，織物的防護(hù)作用隨織物屏蔽值的增加而增強(qiáng)。

——電磁輻射中的微波輻射廣泛存在于通信、醫(yī)療、工業(yè)及家用等領(lǐng)域，給人們的健康帶來許多隱患，會造成機(jī)體造血、免疫等系統(tǒng)功能的失調(diào)，甚至造成不可逆的損傷。試驗(yàn)測試頻率選用微波頻帶中具有代表性的2 450 MHz，研究可為微波類電磁防護(hù)織物的開發(fā)和生產(chǎn)所借鑒，但關(guān)于電磁屏蔽織物其他頻率范圍內(nèi)的防護(hù)性能還需做進(jìn)一步的驗(yàn)證。

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Research on the biological effects of electromagnetic protection fabric

LiHuigai1,YangMiaomiao2,LinLing3

1.JiangxiProvincialModernResearchCenterofClothingEngineeringTechnology,Nanchang/China2.FacultyofTextiles&Materials,Xi’anPolytechnicUniversity,Xi’an/China3.NingboAdvancedTextileTechnology&FashionCADKeyLaboratory,Ningbo/China

Different types of electromagnetic protection fabrics were used for biological experiments to study the protective effect of fabrics. The results showed that some significant damage to the hematopoietic, immune and reproductive systems of mouse, even death was caused by electromognetic radiation. By the same dose of electromagnetic radiation, the protective effect of electromagnetic protection fabric on mice was better than that of unprotected mice, which indicated that shielding fabric had protective effect on mice, and the greater the fabric's shielding value, the better protective effect would be.

electromagnetic protection; biological effects; shielding value