強(qiáng)電磁環(huán)境長(zhǎng)期暴露對(duì)人體血液細(xì)胞因子含量的影響

王觀筠，吳 瓊，姜云升，吳陽(yáng)勛，王子乾，孟 萃，姚樹(shù)林，尹 彤

1 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 核醫(yī)學(xué)科，北京 100853 ；2 解放軍總醫(yī)院 衛(wèi)勤部，北京 100853 ；3 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 心血管內(nèi)科，北京 100853 ；4 清華大學(xué) 工程物理系，北京 100084 ；5 教育部粒子技術(shù)與輻射成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084

隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的人在日常工作和生活中將不可避免地接觸不同形式和強(qiáng)度的復(fù)雜電磁輻射環(huán)境，這使得多群體、多部門、多崗位的作業(yè)人員暴露于高強(qiáng)度電磁輻射環(huán)境的機(jī)會(huì)日益增多[1]，同時(shí)強(qiáng)電磁輻射對(duì)健康造成的潛在危害越來(lái)越受到人們的關(guān)注。長(zhǎng)期電磁暴露是否會(huì)導(dǎo)致機(jī)體對(duì)微生物感染抵抗力降低，增加過(guò)敏和自身免疫性疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，或罹患腫瘤的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)尚缺乏定論。前期研究發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度電磁輻射會(huì)導(dǎo)致暴露人群血液中的淋巴細(xì)胞數(shù)量明顯降低，免疫相關(guān)細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激損傷增加，伴隨非特異性免疫效應(yīng)細(xì)胞的功能損傷[2]。細(xì)胞因子是由免疫細(xì)胞及組織細(xì)胞分泌的在細(xì)胞間發(fā)揮相互調(diào)控作用的一類小分子可溶性多肽[3]。白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎性細(xì)胞因子的分泌失衡可導(dǎo)致免疫功能障礙、炎癥和組織損傷[4]，并且在腫瘤、感染、自身免疫病、移植排斥反應(yīng)等疾病的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用[5]。然而，長(zhǎng)期強(qiáng)電磁輻射對(duì)細(xì)胞因子含量的影響尚不清楚。鑒于此，本研究旨在觀察長(zhǎng)期強(qiáng)電磁輻射對(duì)暴露人群血液中細(xì)胞因子含量的影響。

對(duì)象與方法

1 研究對(duì)象 在某地連續(xù)募集從事至少1 年以上與強(qiáng)電磁輻射有關(guān)的作業(yè)人員納入暴露組，同時(shí)連續(xù)募集不接觸強(qiáng)電磁輻射環(huán)境且工作時(shí)間至少1 年以上的工作人員納入非暴露組。所有受試者均為男性，且排除有慢性疾病史、嚴(yán)重肝腎疾病、自身免疫系統(tǒng)疾病或遺傳性疾病、有毒物質(zhì)接觸史以及近1 周內(nèi)患有感染性疾病者。所有入選者均簽署知情同意書(shū)。根據(jù)強(qiáng)電磁環(huán)境暴露和非暴露工作時(shí)間，分別將暴露組和非暴露組劃分為6個(gè)亞組(1 ～ 3 年、4 ～ 6 年、7 ～ 9 年、10 ～ 12 年、13 ～ 20 年和＞20 年)。

2 電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè) 本研究采用D-Dot 傳感器( 清華大學(xué)自主研制，頻率帶寬為1 MHz ～ 2 GHz，電場(chǎng)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)范圍為10 ～ 50 kV/m) 對(duì)電磁輻射作業(yè)區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)位測(cè)定。對(duì)強(qiáng)電磁輻射工作區(qū)域內(nèi)的8個(gè)檢測(cè)點(diǎn)( 包括2 個(gè)電磁屏蔽點(diǎn)，6 個(gè)非屏蔽點(diǎn))進(jìn)行電磁場(chǎng)強(qiáng)的檢測(cè)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)連續(xù)測(cè)量2 ～ 3次。參考IEEE Std C93.5 對(duì)等效平面波功率密度進(jìn)行計(jì)算。每次測(cè)量前，均在清華大學(xué)的電磁脈沖(EMP) 環(huán)境和效應(yīng)實(shí)驗(yàn)室對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，不確定度校準(zhǔn)值為0.3 dB。依照標(biāo)準(zhǔn)GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》對(duì)電磁輻射強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)[6]。

3 免疫相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè) 收集研究對(duì)象空腹外周靜脈血5 ml 于血清真空采集管(VACUETTE? 5 ml真空血清管) 中，即刻進(jìn)行離心后獲得外周靜脈全血血漿。應(yīng)用流式細(xì)胞分選儀(BD FACSAria Ⅱ，美國(guó)) 檢測(cè)外周靜脈全血血漿中細(xì)胞因子IL-1β、IL-6、IL-7、IL-8、IL-10、 干 擾 素-γ(IFN-γ)和TNF-α。

4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 所有數(shù)據(jù)分析均采用SPSS25.0 統(tǒng)計(jì)軟件。對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性分布檢驗(yàn)，其中符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用t 檢驗(yàn)，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用Mann-Whitney 秩檢驗(yàn)；此外，采用多元線性回歸，對(duì)暴露組細(xì)胞因子水平的變化與暴露工作時(shí)間和年齡的相關(guān)性進(jìn)行檢驗(yàn)。P ＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 暴露環(huán)境的電磁頻率和強(qiáng)度 本研究相關(guān)作業(yè)人員所處的電磁環(huán)境頻段主要在5.5 ～ 2 000 MHz，包含超短波及微波，屬于射頻電磁場(chǎng)，但仍以微波輻射為主。在屏蔽點(diǎn)內(nèi)的功率密度最低小于1.15×10-4W/m2，最高可達(dá)14 W/m2；在設(shè)備附近開(kāi)放區(qū)域的功率密度在最低為1.82 W/m2，最高可達(dá)535.17 W/m2。

2 人群基本特征 總計(jì)納入男性工作人員442 例，其中強(qiáng)電磁環(huán)境暴露組239 例，非暴露組203 例，年齡介于18 ～ 59 歲。年齡、BMI 以及工作時(shí)間在暴露組與非暴露組之間均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異( 表1)。

3 細(xì)胞因子水平在暴露組與非暴露組之間的比較 IL-1β[ 暴露組：(24.09±3.77) pg/ml vs 非暴露組：(24.89±3.97) pg/ml，P ＜0.05]、IL-6[ 暴露組：(15.74±2.26) pg/ml vs 非暴露組 ：(16.46±2.49) pg/ml，P ＜0.05] 和IL-8[ 暴 露 組 ：(13.28±4.02) pg/ml vs非暴露組 ：(14.10±3.73) pg/ml，P ＜0.05] 水平強(qiáng)電磁環(huán)境暴露組均較非暴露組顯著降低。IL-7、IL-10、TNF-α、IFN-γ 的水平在兩組之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)( 表2)。

4 暴露組細(xì)胞因子水平隨強(qiáng)電磁環(huán)境暴露工作時(shí)間的變化趨勢(shì) 強(qiáng)電磁環(huán)境暴露組血液中IL-1β、IL-6 和IL-8 水平在暴露工作時(shí)間1 ～ 9 年均主要呈現(xiàn)為低于非暴露組的趨勢(shì)；暴露工作時(shí)間10 ～20 年暴露組的IL-1β、IL-6 和IL-8 水平均開(kāi)始升高，并與非暴露組持平或高于非暴露組；而暴露組中暴露工作時(shí)間＞20 年的IL-1β、IL-6 和IL-8 水平趨于平穩(wěn)或再次降低。暴露組IL-1β、IL-6 和IL-8 水平的波動(dòng)幅度較非暴露組更大( 圖1 ～圖3)。經(jīng)多元回歸分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)電磁環(huán)境暴露組血液中IL-8 的水平與暴露工作時(shí)間和年齡均具有獨(dú)立相關(guān)性，而IL-1β、IL-6 與暴露工作時(shí)間和年齡的相關(guān)性不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義( 表3)。

表1 暴露組與非暴露組一般資料的比較Tab. 1 Comparison of general condition between the two groups

表2 暴露組與非暴露組血液細(xì)胞因子水平的比較Tab. 2 Comparison of blood cytokine levels between the two groups

表3 暴露組細(xì)胞因子水平與年齡及暴露工作時(shí)間多元線性回歸結(jié)果Tab. 3 Multiple linear regression results of correlation between cytokine levels, age and years of exposure in the exposed group

圖 1 白細(xì)胞介素-1β在暴露組及非暴露組中隨工作時(shí)間的變化趨勢(shì)Fig. 1 Change of interleukin-1β in the exposed group and the nonexposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

圖 2 白細(xì)胞介素-6在暴露組及非暴露組中隨工作時(shí)間的變化趨勢(shì)Fig. 2 Change of interleukin-6 in the exposed group and the nonexposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

圖 3 白細(xì)胞介素-8在暴露組及非暴露組中隨工作時(shí)間的變化趨勢(shì)Fig. 3 Change of interleukin-8 in the exposed group and the non-exposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

討 論

伴隨著科技的不斷進(jìn)步，各種電磁設(shè)備被廣泛應(yīng)用，數(shù)量成倍增加，電磁輻射源的功率越來(lái)越大，頻譜也越來(lái)越寬，因此高強(qiáng)度電磁輻射中的暴露將不可避免。盡管強(qiáng)電磁輻射對(duì)健康造成的潛在危害越來(lái)越受到關(guān)注，但高強(qiáng)度電磁輻射的長(zhǎng)期暴露對(duì)機(jī)體的影響尚不明確，因此我們就上述問(wèn)題展開(kāi)研究。

本研究中電磁磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果顯示，相關(guān)作業(yè)人員所處的電磁環(huán)境頻段為5.5 ～ 2 000 MHz，包含短波、超短波及微波，屬于射頻電磁場(chǎng)[7]。功率密度結(jié)果顯示，部分裝備的屏蔽區(qū)域及全部開(kāi)放區(qū)域的功率密度均高于《電磁環(huán)境控制限值》(GB8702-2014) 標(biāo)準(zhǔn)定值0.4 W/m2[6]，設(shè)備周邊開(kāi)放區(qū)域最高功率密度可達(dá)535.17 W/m2。針對(duì)人體細(xì)胞因子參數(shù)的研究結(jié)果顯示，長(zhǎng)期暴露在高強(qiáng)度電磁場(chǎng)下可導(dǎo)致細(xì)胞因子水平顯著降低，并且隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)大幅度波動(dòng)狀態(tài)。該結(jié)果提示，長(zhǎng)期暴露于強(qiáng)電磁環(huán)境下可能影響機(jī)體的免疫功能。 細(xì)胞因子在炎性疾病和腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。IL-1β 可由多種細(xì)胞合成與分泌，如單核- 巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、B 淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞等，其中以單核- 巨噬細(xì)胞為主[8]。它在炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用[9]。IL-6 主要來(lái)源于T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、粒細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等[10]。IL-6 可以刺激活化B 細(xì)胞增殖，分泌抗體，且可以刺激肝細(xì)胞合成急性期蛋白，參與炎癥反應(yīng)，在炎癥反應(yīng)中起核心調(diào)節(jié)作用，是炎癥免疫反應(yīng)的重要介質(zhì)。具有促進(jìn)B 細(xì)胞成熟、T 細(xì)胞活化和促進(jìn)KC 細(xì)胞增殖等多種作用[11]。同時(shí)，IL-6 也被歸類為促腫瘤因子[12]，在多種惡性腫瘤的基質(zhì)中顯著高表達(dá)，其誘導(dǎo)的Th17 可以通過(guò)調(diào)節(jié)多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑，包括凋亡、增殖、血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移，促進(jìn)腫瘤發(fā)生[13]。IL-8 是由巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞分泌產(chǎn)生的趨化因子，其主要生物學(xué)活性是吸引和激活中性粒細(xì)胞，中性粒細(xì)胞與IL-8 接觸后發(fā)生形態(tài)變化，定向游走到反應(yīng)部位并釋放一系列活性產(chǎn)物，造成嗜中性細(xì)胞侵入該反應(yīng)部位形成強(qiáng)烈炎癥，達(dá)到殺菌和損傷細(xì)胞的目的[14]。IL-8 同時(shí)也在腫瘤中高表達(dá)，參與多種腫瘤進(jìn)展、轉(zhuǎn)移和耐藥機(jī)制[15-16]。

目前有關(guān)電磁輻射對(duì)細(xì)胞因子水平影響的研究較少且結(jié)果迥異。Jin 等[17]發(fā)現(xiàn)，暴露于CDMA(849 MHz) 和WCDMA(1.95 GHz) 射 頻 磁 場(chǎng) 下8 周后，大鼠血清中的細(xì)胞因子水平并無(wú)變化。Bilgici等[10] 發(fā)現(xiàn)，2.45 GHz 低水平電磁場(chǎng)輻射下( 每天1 h，連續(xù)暴露30 d)，暴露組大鼠的IL-6 和CRP水平較非暴露組明顯升高；同時(shí)，Hosseinabadi 等[18]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期( 暴露工作時(shí)間≥2 年) 暴露于極低頻電磁場(chǎng)(ELF-EMF) 會(huì)導(dǎo)致暴露人群的IL-1β 和IL-6 水平升高。出現(xiàn)上述結(jié)果差異的原因可能與研究對(duì)象所處電磁環(huán)境特征的差異以及暴露時(shí)長(zhǎng)的差異有關(guān)。我們的研究結(jié)果顯示，暴露組的細(xì)胞因子IL-1β、IL-6 及IL-8 水平均顯著低于非暴露組；經(jīng)過(guò)多元回歸分析后，僅IL-8 與年齡及暴露年限均具有獨(dú)立相關(guān)性。在血液細(xì)胞因子隨強(qiáng)電磁環(huán)境暴露工作時(shí)間的變化趨勢(shì)可以看出，相關(guān)作業(yè)人員在接觸強(qiáng)電磁輻射的4 ～ 6 年內(nèi)，細(xì)胞因子水平較非暴露組低，且隨暴露時(shí)間增加而降低；4 ～ 6 年組后逐漸平穩(wěn)，并開(kāi)始出現(xiàn)上升趨勢(shì)；與非暴露組相比，暴露組細(xì)胞因子水平波動(dòng)幅度較大。此結(jié)果提示，機(jī)體在受到長(zhǎng)期強(qiáng)電磁輻射的影響后，可能引發(fā)免疫功能的降低和波動(dòng)，以及隨之而來(lái)的代償過(guò)程。

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于長(zhǎng)期暴露于強(qiáng)電磁環(huán)境下的相關(guān)作業(yè)人員，涵蓋不同暴露時(shí)間的影響。但由于本研究?jī)H依據(jù)暴露工作時(shí)間進(jìn)行了分組，尚無(wú)法獲知不同電磁強(qiáng)度和電磁類型對(duì)結(jié)果的影響；其次，盡管暴露組和非暴露組的基本特征無(wú)顯著差異，但是仍不能排除其他影響因素差異導(dǎo)致的偏倚。后期還有必要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，并對(duì)研究人群進(jìn)行更精細(xì)地分組和隨訪跟蹤調(diào)查。

綜上所述，本研究證實(shí)，長(zhǎng)期暴露于強(qiáng)電磁環(huán)境可導(dǎo)致相關(guān)作業(yè)人員的細(xì)胞因子水平降低，并隨著暴露時(shí)間的增加呈現(xiàn)明顯波動(dòng)，進(jìn)而可能影響機(jī)體的免疫防御功能。