電子對抗作業(yè)環(huán)境長期暴露對心臟自主神經(jīng)功能指標(biāo)的影響

邱 雅，王子乾，耿 淼，王觀筠，吳陽勛，張仕釗，陳紅艷，呂 超，賈建軍，姚樹林，尹 彤 解放軍總醫(yī)院第二醫(yī)學(xué)中心 老年醫(yī)學(xué)研究所，國家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，衰老及相關(guān)疾病研究北京市重點實驗室，北京 00853； 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 核醫(yī)學(xué)科，北京 00853

信息化環(huán)境下電磁輻射廣泛存在，是造成免疫、心血管、神經(jīng)等多系統(tǒng)損傷的危險因素。其中，電子對抗技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中具有重要戰(zhàn)略地位。電子對抗部隊作業(yè)官兵在日常訓(xùn)練和工作中，不可避免地長期暴露于復(fù)雜電磁輻射環(huán)境[1-3]?；A(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，心臟是電磁輻射的敏感靶器官之一[4-5]。自主神經(jīng)系統(tǒng)參與調(diào)控心血管系統(tǒng)，在維護(hù)心臟功能方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，但電磁輻射對心臟自主神經(jīng)系統(tǒng) (cardiac autonomic nervous system，CANS)的作用機制目前無統(tǒng)一定論。此外，CANS的交感與迷走神經(jīng)張力與心率、心率變異性 (heart rate variability，HRV)以及血壓的調(diào)節(jié)機制密切相關(guān)[6-7]，CANS失調(diào)易誘發(fā)心律失常和心力衰竭[8-9]，極大增加了心源性猝死發(fā)生概率。因此，探究分析電磁輻射暴露對于保護(hù)軍隊信息化作業(yè)人員健康和提高軍事作戰(zhàn)能力至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，短期復(fù)雜電磁環(huán)境作業(yè)和訓(xùn)練期間，官兵心臟自主神經(jīng)功能調(diào)節(jié)能力下降[10]。然而，目前針對長期處于高頻和特高頻復(fù)雜強電磁環(huán)境下作業(yè)人員CANS功能的研究處于空白。本研究通過對某電子對抗部隊高頻復(fù)雜電磁環(huán)境的現(xiàn)場調(diào)研分析，探討電磁輻射長期暴露對作業(yè)人員心臟自主神經(jīng)調(diào)節(jié)相關(guān)指標(biāo)的影響，以期為預(yù)防作業(yè)官兵心血管疾病的發(fā)生提供參考。

對象與方法

1 對象 2019 年 4 - 10 月招募某電子對抗部隊作業(yè)官兵，根據(jù)是否從事高頻電磁輻射工作分為暴露組(261例，連續(xù)從事至少1年高頻電磁輻射作業(yè)人員)和非暴露組(265例，未接觸強電磁輻射環(huán)境至少1年人員)。排除標(biāo)準(zhǔn)：心肺疾病史和患有甲狀腺功能亢進(jìn)者；電極安放部位皮膚有疾患或潰爛者。記錄入選者的年齡、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)、性別、吸煙史和飲酒史。其中，年齡、BMI、性別等因素經(jīng)過傾向評分匹配(propensity score matching，PSM；PSM 卡鉗值取0.2)后，共納入456例研究對象，暴露組與非暴露均為228例(男性214例，女性14例)。分析比較作業(yè)人員心率、HRV、動態(tài)血壓等CANS功能指標(biāo)在兩組間的變化趨勢。

2 電磁環(huán)境檢測方法 利用 D-Dot傳感器 (清華大學(xué)團(tuán)隊自主研發(fā))檢測電磁輻射作業(yè)區(qū)，電場強度動態(tài)范圍 10 ~ 50 kV/m，頻率帶寬范圍 1 MHz ~2 GHz。圍繞強電磁場工作區(qū)域環(huán)境進(jìn)行8個檢測點的場強監(jiān)測(分為2個屏蔽檢測點和6個未屏蔽檢測點)，每點連續(xù)重復(fù)測量2 ~ 3次。傳感器使用前需在清華大學(xué)電磁脈沖環(huán)境和效應(yīng)實驗室進(jìn)行校準(zhǔn)測量，不確定度校準(zhǔn)值評定為0.3 dB。參考 IEEE Std C 93.5計算等效平面波功率密度，并依據(jù)國家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)《電磁環(huán)境控制限值》(GB8702-2014)評價電磁輻射強度。

3 心率和 HRV 檢測 由兩名經(jīng)驗豐富的專業(yè)醫(yī)生對納入的所有研究對象進(jìn)行24 h動態(tài)心率、HRV和血壓等自主神經(jīng)系統(tǒng)活動相關(guān)指標(biāo)測定。心率指標(biāo)包括總心搏數(shù)、有效總心搏數(shù)、干擾心搏數(shù)、最高心率、平均心率、最低心率、竇性心動過緩陣數(shù)和室性異位總數(shù)。HRV被定義為竇性心律時逐次心動周期的變異程度，常用于反映交感神經(jīng)和交感神經(jīng)的活躍性，是評估自主神經(jīng)系統(tǒng)功能的重要定量指標(biāo)。其中：本研究檢測24 h動態(tài)心電圖分析的HRV常用指標(biāo)有SDNN(相鄰心搏間期標(biāo)準(zhǔn)差)、SDANN(每5 min相鄰心搏間期平均值標(biāo)準(zhǔn)差)、RMSSD(全程相鄰心搏間期差值均方根)、PNN50(相鄰RR間期差值>50 ms心搏百分比)、ULF、VLF、LF和HF。其中，時域指標(biāo)有SDNN、SDANN、RMSSD和pNN50；頻域指標(biāo)HRV 分析與四種波段有關(guān)：ULF(0 ~ 0.003 3 Hz)、VLF(0.0033 ~ 0.04 Hz)、 LF(0.04 ~ 0.15 Hz)、HF(0.15 ~ 0.4 Hz)。心率和 HRV 監(jiān)測均使用 18 導(dǎo)聯(lián)24 h動態(tài)心電圖記錄儀(PENGYANG-H18，北京蓬陽豐業(yè)科技有限公司)記錄。

4 動態(tài)血壓 (ambulatory blood pressure variation，ABPV)檢測 ABPV采用24 h動態(tài)血壓監(jiān)測儀器(WBP-02，北京蓬陽豐業(yè)科技有限公司)進(jìn)行測量，時間為 9：00 - 10：00，至次日同一時間結(jié)束。受試者在測壓時保持上肢靜止，并且監(jiān)測期間生活起居照常。記錄受試者全天平均收縮壓、全天平均舒張壓、白天平均收縮壓、白天平均舒張壓、夜晚平均收縮壓、夜晚平均舒張壓。

5 統(tǒng)計學(xué)處理 數(shù)據(jù)采用 SPSS23.0 統(tǒng)計軟件分析。符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示，組間比較采用成組t檢驗或校正t檢驗，非正態(tài)分布的計量資料以Md(IQR)表示，組間比較采用Wilcoxon秩和檢驗。計數(shù)資料采用例數(shù)和百分比表示，組間比較采用χ2檢驗或校正χ2檢驗。所有統(tǒng)計分析均采用雙側(cè)檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1 兩組基本資料 受試者年齡、BMI等因素進(jìn)行傾向評分匹配后，電磁環(huán)境暴露組與非暴露組的年齡、BMI、性別、吸煙史及飲酒史等指標(biāo)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組基線資料比較Tab.1 Comparison of baseline data between the two groups

2 暴露組電磁頻率和強度 本研究中暴露組作業(yè)人員所處電磁環(huán)境頻段是 5.5 MHz ~ 1.84 GHz(高頻至特高頻之間)，屬于射頻電磁場，但以微波輻射為主，包含超短波及微波。屏蔽點內(nèi)的功率密度最高為 14 W/m2，最低為 1.15 × 10-4W/m2；設(shè)備附近開放區(qū)域的功率密度最高為535.17 W/m2，最低為 1.82 W/m2。

3 兩組心率指標(biāo)比較 與非暴露組比較，暴露組干擾心搏數(shù)和竇性心動過緩陣數(shù)均顯著升高，但最低心率顯著下降(P＜0.05)，兩組其他指標(biāo)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。見表2。

表2 非暴露組與暴露組心率指標(biāo)比較Tab.2 Comparison of heart rate between the non-exposed group and the exposed group

4 兩組變異性指標(biāo)比較 24 h 心電圖結(jié)果顯示，反映迷走神經(jīng)活性的指標(biāo)RMSSD暴露組較非暴露組顯著升高 (52.64±23.95vs48.28±18.58，P＜0.05)。反映交感神經(jīng)活性的指標(biāo)VLF暴露組較非暴露組顯著升高 [4 650.92(3 235.50，4 650.92)vs4 650.92(3 094.00，5 519.50)，P＜0.05]。見表3。

表3 非暴露組與暴露組心率變異性指標(biāo)比較Tab.3 Comparison of heart rate variability indexes between the non-exposed group and the exposed group

5 兩組動態(tài)血壓比較 24 h 動態(tài)血壓結(jié)果顯示，與非暴露組相比較，暴露組全天收縮壓平均值、全天舒張壓平均值、白天舒張壓平均值、夜間舒張壓平均值和夜間舒張壓下降率均顯著降低(P＜0.05)，并且反杓型血壓比例在暴露組出現(xiàn)上升趨勢。見表4。

表4 非暴露組與暴露組24 h動態(tài)血壓比較Tab.4 Comparison of 24 h ABPV between the non-exposed group and the exposed group

討 論

電磁干擾是電子對抗作戰(zhàn)的主要手段，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁干擾裝備的種類和數(shù)量逐年劇增，電子對抗部隊技術(shù)作業(yè)官兵不可避免地長期處于復(fù)雜電磁輻射環(huán)境。既往研究報道，電磁輻射暴露可以通過改變受試者心率和HRV增強迷走神經(jīng)活動[11]。然而也有報道稱HRV參數(shù)和自主神經(jīng)系統(tǒng)活動不受電磁場環(huán)境影響[12]。目前，電磁輻射暴露對心臟自主神經(jīng)功能的影響尚存在爭議。一項研究表明，30名官兵經(jīng)過5個月的電子對抗作業(yè)后，短程心電監(jiān)測發(fā)現(xiàn)與駐訓(xùn)前比較，HRV頻域指標(biāo)TP(5 min總功率)、HF、LF等顯著降低[10]。

CANS在心率調(diào)節(jié)機制中發(fā)揮重要作用[13]。竇性心動過緩是心內(nèi)科常見多發(fā)癥，也是CANS失調(diào)的臨床表現(xiàn)之一，可導(dǎo)致心肌供血，易引發(fā)心功能障礙、休克，嚴(yán)重者導(dǎo)致猝死[14]。本研究中24 h心率監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與非暴露組相比，電磁暴露組干擾心搏數(shù)升高，說明暴露組軍事作業(yè)人員所處環(huán)境存在較強的電磁干擾。同時，暴露組最低心率下降并伴隨竇性心動過緩陣數(shù)升高，提示長期處于高頻復(fù)雜電磁工作環(huán)境發(fā)生竇性心動過緩癥狀和心律失常的風(fēng)險更高。

交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)系統(tǒng)控制心率的外部調(diào)節(jié)，并通過改變心率和心肌收縮強度來影響心臟泵血功能，迷走神經(jīng)張力升高易引起竇性心動過緩[15]，而嚴(yán)重竇性心動過緩的患者可能存在交感、迷走神經(jīng)失平衡狀況。HRV是判斷自主神經(jīng)活動公認(rèn)的定量指標(biāo)，不僅反映交感與迷走神經(jīng)的各自變化，也代表著自主神經(jīng)的總體變化[16-17]。本研究監(jiān)測的HRV時域分析指標(biāo)包括SDNN、PNN50、RMSSD和SDANN，均反映迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)能力，其值上升說明迷走神經(jīng)張力增加。頻域分析測量指標(biāo)包括超低頻功率ULF、極低頻功率VLF、低頻率LF、高頻率HF等，LF和VLF主要反映交感神經(jīng)活動，HF反映迷走神經(jīng)活動。此外，VLF的變化受血管舒縮張力的影響，與血壓改變具有相關(guān)性[18]。本研究中暴露組RMSSD和VLF均較非暴露組有所升高，反映長期暴露于電子對抗電磁環(huán)境的作業(yè)人員迷走神經(jīng)張力和交感神經(jīng)張力均上升，但結(jié)合暴露組最低心率和全天平均血壓降低的結(jié)果，考慮迷走神經(jīng)活動占主導(dǎo)。

自主神經(jīng)系統(tǒng)與血壓表現(xiàn)密切相關(guān)，參與調(diào)節(jié)血壓異常引發(fā)的疾病過程[19-20]。心動過緩、高血壓或低血壓是臨床常見的自主神經(jīng)功能障礙表現(xiàn)[14]。動物實驗研究報道，雙收發(fā)器移動電話源電磁輻射是導(dǎo)致Wistar大鼠HRV指標(biāo)下降和血壓升高的危險因素[21]。然而也有報道指出，長期暴露于低劑量伽馬電磁輻射會加速雌性B6C3F1小鼠血壓下降，進(jìn)而影響小鼠壽命[22]。參照《中國高血壓防治指南(2018年修訂版)解讀》，24 h動態(tài)血壓平均≥130/80 mmHg，白天平均≥135/85 mmHg或夜間平均≥120/70 mmHg即診斷為高血壓[23]。本研究中，非暴露組與暴露組作業(yè)人員血壓指標(biāo)測量值均在正常范圍內(nèi)，不屬于高血壓。但與非暴露組相比較，暴露組24 h動態(tài)血壓提示全天平均血壓顯著降低，全天收縮壓和舒張壓平均值、白天舒張壓平均值和夜間舒張壓平均值均顯著降低。此外，本研究發(fā)現(xiàn)長期高頻電磁環(huán)境暴露組夜間血壓舒張壓下降率顯著降低，反杓型血壓比例呈升高趨勢，血壓晝夜變化節(jié)律性被破壞，血壓異常率增加可導(dǎo)致心血管疾病發(fā)生風(fēng)險升高。

綜上所述，本研究以某電子對抗部隊基層作業(yè)人員為觀察對象，探究復(fù)雜強電磁環(huán)境長期暴露與心率、HRV、血壓等CANS重要生理指標(biāo)的關(guān)系，為電子對抗技術(shù)作業(yè)人員制訂合理的心血管疾病預(yù)防策略提供了數(shù)據(jù)支持。但本研究也存在一定的不足之處：1)樣本量不夠充足；2)納入的研究對象多為男性，且未做性別比較。接下來需要納入更多的研究對象，增加樣本量，對不同年齡段和性別的人群進(jìn)行分層研究，進(jìn)一步探究CANS功能指標(biāo)與復(fù)雜強電磁環(huán)境長期暴露的關(guān)系，以期降低信息化軍事作業(yè)人員心血管疾病發(fā)生風(fēng)險。