射频电磁污染对内耳的生物效应研究

赵晶 综述 孙建军 审校

1 解放军军医进修学院（北京 100048）；2 海军总医院全军耳鼻咽喉头颈外科中心

随着电磁辐射的暴露水平不断增加，电磁污染将成为本世纪最主要的物理污染［1］。电磁污染的主要频段包括两个，即50～400Hz极低频电磁辐射（生活与工业用电）和900～2 500MHz射频电磁辐射（通讯频段），这也是目前电磁生物效应的主要研究对象。手机电磁辐射是生活中最普通的电磁辐射，在通话过程中耳部与手机的距离只有几厘米，接受手机电磁辐射最强，受到的影响也最大，因此射频电磁辐射对耳的生物效应受到广泛关注。本文就射频电磁污染对内耳的生物效应进行综述。

1 电磁生物效应的作用机理

电磁生物效应的作用机理主要包括热效应、非热效应、累积效应三个方面。热效应是指一定频率和功率的电磁辐射照射生物体时，引起生物体体温上升。当上升的体温超过组织的调温能力，受照射组织吸收的能量远大于生物体的新陈代谢能力时，会使组织的传热能力产生混乱，最终引起组织损害［2］。热效应可使一些蛋白变性、酶失活，从而影响机体各项生命活动。非热效应主要指电磁能量密度不是很强、在人体内产生的热量较少、体温升高并不明显的情况下对生物体造成的影响［2］，是近年研究的热点。迄今为止关于电磁辐射非热效应的作用机制有相干电振荡理论、场力效应理论、电磁干扰假说、离子回旋共振理论、克尔效应、暗弧子效应、半导体效应和超导效应等［3，4］。电磁辐射的非热效应主要通过以下五个方面发生作用：

1.1 对电子传送的影响 生命过程中广泛存在着电子传递过程，如氧化还原反应、高铁血红素还原为血红素、光能转变为化学能等，这些过程均可受磁场影响［3］。

1.2 对自由基活动的影响 体内活性氧自由基具有一定的功能，如免疫和信号传导过程，但过多的活性氧自由基有破坏性，可导致人体正常细胞和组织的损坏，从而引起多种疾病，如心脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤。电磁辐射对自由基的影响主要包括两方面，一方面电磁辐射可引发自由基的产生；另一方面自由基具有较大的化学活性，它带有未抵消的电荷和自旋磁矩。在磁场作用下，既会受到洛伦兹力（Lorentz）的作用，又会使磁矩受到转矩作用。Syent Gyorgyi认为射频辐射可使组织释放电子并形成自由基，从而提出量子生物学说［3］。Martinez－Samano等［5］发现大鼠在极低频电磁场（extremely low frequency electromagnetic fields ELFEMF）（f＝60Hz，磁场强度＝2.4mT）中暴露2小时后自由基代谢水平发生改变，心脏和肾脏的超氧化物歧化酶（SOD）、还原型谷胱甘肽（GSH）活性降低。Koyu等［6］报道900MHz GSM EMF可以引起大鼠肝脏黄嘌呤氧化酶（XO）、过氧化氢酶（CAT）以及脂质过氧化水平（level of LPO）上升，而电磁暴露前连续30天向大鼠腹腔注射咖啡酸苯乙基酯（caffeic acid phenethyl ester，CAPE，一种抗氧化剂）可以抑制XO、CAT活性以及脂质过氧化水平上升。Garaj－Vrhovac等［7］报道航海定位雷达可以引起职业暴露人员的谷胱甘肽（抗氧化剂）活性降低，丙二醛增加，提示氧化应激可能是微波辐射致DNA和细胞损害的原因之一。

1.3 对生物膜通透性的影响 实验研究发现，电磁场作用的初始位点是细胞膜，生物体对电磁场作用的反应中细胞膜发挥主要作用，生物分子在电场力或磁场洛伦兹力的作用下产生扭曲、旋转、分子极性改变等，细胞膜表面的电荷分布发生改变，从而影响细胞膜上离子通道的特性，改变 Na＋、K＋、Ca2＋等离子的正常交换，进而使得细胞功能发生改变，但具体机制尚不清楚［8，9］。Mac Gregor提出射频辐射可使神经细胞膜电位发生改变，从而影响机体行为的假说，并得到了Wachtel的实验证实［3］。之后很多学者就电磁辐射对生物膜上离子通道和细胞内外离子浓度的改变做了观察，认为极低频电磁场（ELF－EMF）和静磁场（static magnetic field，SMF）可以通过改变细胞膜的离子通道蛋白、改变细胞膜电位、影响细胞外表面粒子流和离子分布等方式对细胞膜产生影响［10～14］。邓桦等［15］应用高能量微波辐照Wistar大鼠乳鼠，发现 Ca2＋、Cl－、Mg2＋、Na＋和P3＋照后即刻浓度下降，1小时后开始回升，6～24小时后浓度显著增加；K＋照后1小时即出现升高趋势，6小时后显著增加；48小时后所有离子浓度均显著增加。

1.4 对蛋白质和酶活性的影响 一些蛋白质和酶类含有过渡族金属离子，表现为顺磁性，这些离子所在部位又常常是酶的活性中心，磁场可通过对这种离子的作用，影响酶的活性中心，进而影响这些酶参加新陈代谢反应［3］。

1.5 对遗传基因的影响 DNA具有复杂的双螺旋结构，对一些啮齿动物的研究表明电磁辐射可以引起DNA不同程度的损伤［16，17］。Hao 等［18］报 道暴露于2.45GHz电磁场可激发小神经胶质细胞和STAT3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信号转录因子的激活。Focke等［19］证实间断暴露于50Hz 1mT的极低频电磁场（ELF－EMFs）可以影响细胞增殖使得DNA碎片裂增加。与上述结论相反，Huang等［20］对大鼠进行活体实验研究，观察1 763MHz码分多址（code division multiple access，CDMA）源的射频电磁辐射（SAR＝20W／kg）暴露24和48小时后细胞周期、DNA损伤、应激反应、基因表达情况，没有发现明显变化。

2 射频电磁辐射与听神经瘤

手机通话过程中手机发生电磁辐射最强，期间耳部距离手机最近，因此手机电磁辐射与听神经瘤的关系是目前研究的热点。Hardell等［21］对1 429名中枢神经系统肿瘤患者（包括159名听神经瘤）进行病例对照研究，发现模拟信号手机使用时间超过一年，数字信号手机使用时间超过5年者患肿瘤的风险增加，值得一提的是肿瘤的发生部位以距离手机最近的颞叶居多，使用模拟信号手机和数字信号手机的相对危险度分别是4.4和1.4。Hardell等［22］还对413例中枢神经系统的良性肿瘤进行多因素分析，其中305例脑膜瘤，84例听神经瘤，24例其他类型肿瘤，结果发现使用模拟信号手机会增加患中枢神经系统肿瘤的风险，使用时间超过15年风险更大。Lonn等［23］对瑞典1999年至2002年间诊断为听神经瘤的148例病例进行病例对照研究，发现短期射频电磁辐射不会引起听神经瘤的发病率增加，听神经瘤多发生在使用模拟信号手机超过10年的病例中，但统计学分析并没有明显差别，作者建议将使用移动电话视为诱发听神经瘤的危险因素之一。但该研究病例数较少，仍有待大宗病例的分析。

与上述结果相反，Christensen等［24］报道了来自INTERPHONE研究计划的病例对照研究结果，提出移动电话的使用时间超过十年与听神经瘤的发病率并无必然联系，同时发现接听手机的习惯与肿瘤的发病部位、手机辐射暴露时间与肿瘤大小亦无相关性，但该研究存在较高的失访率和对照组选择中的信息缺失，故尚需进一步证实。

Schoemaker等［25］选取678名听神经瘤患者，同时在英国和其他四个北欧国家选取3 553名对照者，结果表明在手机开始普及使用的十年间听神经瘤的发生率没有明显增加，分析结果显示听神经瘤与每次打电话时长、累积打电话总时长以及打电话的频次并没有联系。但作者认为目前的研究结果并不能排除手机使用时间超过十年与患听神经瘤的风险间的联系。Johansen等［26］采用回顾队列法对丹麦420 095名手机使用者进行调研，发现颅脑肿瘤患病的相对危险度（relative risk，RR）为0.95（CI 95% ＝0.8－1.1），颞叶肿瘤发生的 RR是0.86（CI95%＝0.4～1.5），听神经瘤的患病风险明显增加。但该研究中69%的受访者使用手机时间为1～2年，因此不能提示长期暴露的危险性。Takebayashi等［27］报道使用手机时间在8年以内不会引起听神经瘤发病率增加，但该组中大剂量手机电磁辐射暴露的病例数较少。

上述研究均是采用病例对照研究的方法，通过了解两组的暴露水平，分析电磁辐射与听神经瘤是否相关及其强度，其结果可能受到研究对象的选择偏倚，调查过程中的测量偏倚和回忆偏倚、结果分析中的混杂偏倚等多种因素的影响。当前手机电磁辐射源种类繁多，调研中电磁辐射频率、强度差别不一，且缺乏判别电磁暴露的客观标准。另外，影响听觉功能的因素很多，包括年龄、职业、噪声以及疾病等，这些关联混杂效应的存在可能掩盖或夸大电磁辐射与听神经瘤的联系。尽管上述研究提示电磁辐射暴露可能会提高听神经瘤的发病率，目前仍没有结论性的证据支持电磁辐射的致瘤效应。

3 射频电磁辐射对听力的影响

3.1 短期效应 Kellenyi等［28］报道健康志愿者在脉冲射频电磁辐射暴露15分钟后ABR波Ⅴ潜伏期延长0.2ms。但 Arai［29］对15名健康志愿者进行30分钟电磁辐射，暴露前后检测ABR、ABR－R（ABR recovery function）中潜伏期反应（middle latency responses，MLR），结果暴露前后并没有发现明显差异。之后大量的研究均没有发现手机射频电磁辐射对听力产生损害作用。Ozturan等［30］使用手机辐照30名健康志愿者（20名男性，10名女性）10分钟后检测TEOAE，并没有发现TEOAE的异常改变。Aran等［31］通过体外实验，采用 GSM（global system of mobile communication）系统产生微波电磁辐射（1W／kg）对新生小鼠的外毛细胞辐射24～48小时后观察细胞的超微结构，结果显示该剂量的电磁辐射没有引起外毛细胞超微结构的改变。同时采用900MHz GSM（SARs＝1、2、4W／kg）射频磁场，按照1小时／天、5天／周，持续2个月对豚鼠进行照射后，检查ABR、DPOAE以及外毛细胞形态，结果均没有发现明显改变。Sievert等［32］采用频率为889MHz持续或脉冲射频电磁源对12名健康志愿者进行照射，分别在辐射前、辐射中、辐射后后进行ABR检测，结果显示没有明显改变。Oysu等用手机（f＝900MHz，SAR＝0.82W／kg）辐射18名健康志愿者右耳15分钟后检测ABR，发现ABR波Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ潜伏期和Ⅰ－Ⅲ、Ⅲ－Ⅳ、Ⅰ－Ⅳ波间期无变化，提出短时间射频电磁辐射暴露不会引起ABR潜伏期及波间期的改变。作者指出不应长时间使用手机，因为目前的检测手段尚不能发现那些微弱的电生理改变，故长期电磁辐射暴露对内耳的损害作用不能排除［33，34］。

3.2 长期效应 Garcia Callejo等［35］采用前瞻性队列研究的方法对手机使用时间与听力变化的相关性进行研究，其中实验组包含323名听力正常的日常生活中经常使用手机的健康志愿者，而对照组的172名志愿者在随访期间没有使用手机，研究发现实验组言语频率的听阈较对照组提高1～5分贝［35］。Kerckhanjanarong等［36］对98名调研对象进行手机使用情况（包括手机的品牌、接听方式、手机使用时间等）和听力情况（包括纯音测听、声导抗、ABR、TEOAE、DPOAE测试）研究，结果发现每天使用手机超过60分钟的调研对象习惯接听侧耳的听力较对侧差，提示长时间射频电磁辐射暴露可能会对听力造成影响。Oktay等［37］将20名男性志愿者按照电磁辐射暴露时间分为三组，即高剂量暴露组（每天打电话时间超过2个小时，连续使用四年）、中度剂量暴露组（每天打电话时间在15～20分钟，连续使用四年）、对照组（从未使用手机），检查各组脑干听觉诱发电位（brainstem auditoryevoked potential，BEAP）和纯音测听，发现各组的BEAP的I–III、III–V和I–V波间期无明显差异，说明从耳蜗至中脑的蜗后听觉传导通路没有受射频电磁辐射影响，但纯音测听发现高剂量电磁辐射暴露组的4kHz的听阈较其他两组明显增高，提示长期暴露于射频电磁辐射可能引起听阈改变。Janssen等［38］报道手机电磁辐射暴露后DPOAE幅值减小不足1 dB，但是这个变化可能与生理状态有关，并不能认为是外毛细胞受到损伤。Galloni等［39］通过DPOAE观察大鼠在不同辐射源、不同频率、不同强度的电磁辐射后外毛细胞的功能，结果显示微波电磁辐射对外毛细胞的功能没有影响，但缺少对毛细胞形态的组织学及电镜观察。Kizilay等［40］将成年豚鼠和出生第二天的豚鼠按照每天1小时、连续30天进行电磁辐射暴露，暴露后行DPOAE检测，结果没有发现明显的变化。该实验首次观察电磁辐射对发育中耳蜗的影响。一般认为豚鼠耳蜗在出生后25天发育成熟，出生后11至20天是最容易受外界因素干扰的时期。而该实验从豚鼠出生后第二天对其进行电磁辐射暴露，连续暴露30天，即在豚鼠耳蜗最不稳定的时期给与外界干扰，结果证实电磁辐射对该时期的耳蜗DPOAE没有产生影响。Panda等［41］采用病例对照方法对实验组（112名长期使用手机人员）和对照组（50名从未使用手机人员）进行纯音测听、声导抗、DPOAE、ABR以及 MLR等检查，结果显示两组间无明显差异，但实验组内比较发现，年龄大于30岁、每天使用手机时间超过60分钟、使用手机时间超过4年、使用手机过程中发现耳鸣、耳周热感均是听力损害的危险因素。Davidson等［42］采用问卷调查的方式对英国南安普敦研究生院160名学生进行调查，其中使用手机时间最长为6年，结果显示使用手机时间长短与耳部不适症状（包括听力下降、耳鸣、不平衡感等）没有因果关系，从而认为使用手机时间小于6年不会引起内耳功能损伤。但该研究并未检测内耳功能，仅根据调查对象的主观诉说，可能存在混杂因素影响。

4 对前庭功能影响的观察

Pau等［43］采用GSM 射频电磁辐射（频率f＝889.6MHz，功率F＝2.2W）对13名志愿者双耳进行辐射后检测眼震电图，结果显示没有明显异常；同时作者观察了手机可能引起的热效应，结果显示工作状态下手机（主要是天线区域）温度升高，但并不会引起被辐射的新鲜颞骨组织的温度改变。该结论与Van Leeuwen等［44］报道的射频电磁辐射可以引起脑组织温度升高0.1°C不一致，有待进一步研究的验证。Sievert等［45］对健康志愿者进行射频电磁辐射后观察DPOAE、BEAP、眼震电图及耳周局部温度改变，没有发现明显异常改变，与Pau［43］的实验结果类似。

5 相关协同效应的观察

Meric等［46］采用群组研究的方法，选取31名广播电台工作人员作为暴露组，30名非广播电台工作人员作为对照组，进行听力情况调研，结果发现两组间1kHz以下的听阈无明显差异，但是电磁辐射暴露人群中4kHz听力下降者占70%，而非电磁辐射环境工作人员4kHz听力下降者占6%，两者差异明显，提示电磁辐射与噪声对内耳损伤存在协同作用。

Parazzini等［47］观察了900MHz GSM（SAR＝4 W／kg）与庆大霉素对SD大鼠的耳毒性协同作用，结果提示4W／kg的900MHz GSM电磁场并不能加剧庆大霉素对耳蜗外毛细胞的损害。目前关于电磁辐射对内耳的协同毒害作用报道较少，作者认为今后可以加强不同频率、不同强度的电磁辐射以及不同影响因素对内耳协同损害作用的观察。

6 总结及展望

目前射频电磁辐射对内耳的生物效应研究较为深入，但研究结果几乎都是阴性的，至今仍没有明确的结论，内耳生物电磁的研究似乎陷入了重复少量阳性结果的恶性循环之中。尽管目前的研究不能证明电磁辐射对内耳的影响，但暂时也不能排除，同时电磁辐射对内耳的长期效应以及大剂量电磁辐射对内耳的生物效应仍有待进一步观察。

分析目前的研究发现，流行病学调查和动物实验研究是两个主要的研究方法。流行病学调查主要采用回顾性病例－对照研究方法，其结果仅能反映电磁辐射与内耳损伤相关与否和联系强度的大小，并不能明确证明电磁辐射是内耳损伤的危险因素，今后可进行大样本的前瞻性的研究，以克服回顾性研究的缺点。动物实验局限于传统的功能检测，对耳蜗微细结构观察较少，缺少新的检测手段。今后可借鉴电磁辐射生物效应在其他学科的研究经验，利用高通量扫描技术（HTST）联合转录组学（全部基因表达）和蛋白组学（全部蛋白表达）研究电磁辐射可能引起的生物学行为，可能可以解释其多种不可预测的危害，为长期慢性辐射的潜在影响提供有价值的信息。

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