电磁辐射生物效应研究

2016-02-21谢沛兴曹勇成李方园刘晋祎

西南国防医药 2016年2期

关键词：电磁辐射研究进展

李　佳，潘　辉，谢沛兴，曹勇成，李方园，孟　飞，孙　磊，刘晋祎

电磁辐射生物效应研究

李佳，潘辉，谢沛兴，曹勇成，李方园，孟飞，孙磊，刘晋祎

[关键词]电磁辐射；生物效应；研究进展

作者单位：400016重庆，解放军77103部队（李佳，潘辉，谢沛兴，曹勇成，李方园，孟飞）；第三军医大学军事预防医学院毒理学研究所（孙磊，刘晋祎）

电磁辐射已经成为重要的环境污染物，对人们的生活环境造成直接影响，WHO已将电磁辐射列为必须控制的公害之一。本文简要介绍了电磁辐射生物效应基本原理和3种机理，重点综述了电磁辐射对神经系统、细胞增殖和生长、肿瘤形成、基因表达和转录、心血管系统等生物效应研究成果，最后阐述了电磁辐射在疾病治疗和诊断中的应用。

1　电磁辐射生物效应机理研究

一系列复杂的生物电活动共同构成了人体整个生命活动，一定强度的电磁辐射能干扰人体生物电活动，使其处于非正常稳定状态。能对人体生命活动产生重大影响的电磁辐射主要来自于极低频场辐射和射频辐射[1]。由于两者的频率差异较大，所以对人体产生的生物效应也存在不同的机理。

电磁辐射的生物效应机理主要受到电磁场场强、电磁场类型、电磁场方向等物理因素影响[2]，具有方向性。当生物体系处于一定强度的电磁辐射环境中，在偶极子化作用下，各基团或分子之间会相互摩擦和碰撞，产生的热量在短时间内无法释放，导致电磁辐射生物热效应。如果过于强烈，将直接导致生物活性酶及蛋白质失去活性，正常运转的机体受到严重的影响。

当生物机体处于低频电磁辐射环境中，短时间内并不会出现体温升高、发热等症状，但生物机体内平衡的微弱电磁场将受到扰乱，产生电磁辐射非热效应：（1）跨膜离子回旋谐振理论认为，基团或离子轨道半径和角速度会随磁场强度增加而增大，从而诱导出各种生理活性改变。（2）离子对膜穿透理论认为，电磁辐射使细胞膜通道蛋白对离子的选择性发生改变，从而导致生物学损害效应。（3）相干振动学说证实，人体振荡频率与电磁辐射频率相同时，就会出现“频率窗”效应，人体内各种生物活性会受到不同程度的影响。（4）谐振效应理论认为，电磁辐射会引起人体非线性谐振效应，并由电磁场辐射暴露强度和频率所决定。（5）自由基效应机制认为，具有磁矩的自由基能与电磁场复合，顺磁性自由基复合速率、瞬时浓度受到严重干扰，从而诱发不同症状的生物效应。

在人体受到热效应和非热效应以后，未得到及时修复而再次受到电磁波辐射，会严重缩减内抗力，对人体造成的辐射损伤会一次次累积于体内，从而产生积聚效应。特别是长期接触电磁波辐射的人群，由于存在辐射积聚效应，最后可能诱发疾病暴发，应该引起警惕[3]。

2　电磁辐射的生物效应

2.1对神经系统的效应电磁辐射对神经系统的效应一般表现为非热效应，特别是长时间工作于高频岗位的人群，易造成植物神经和中枢神经系统功能紊乱，临床表现出精神衰退、记忆力差、头昏脑胀等症状。Jauchem等[4]研究发现，长期接触大功率电磁辐射会出现明显的记忆力差、神经衰弱、反应迟钝等症状。Sher等[5]研究发现，睡眠质量差是精神紊乱的结果，一定强度的电磁辐射能导致人睡眠异常。有调查发现，手机使用人群出现记忆力衰退、失眠、头昏等症状的频率，与使用手机时间密切相关[6]。此外，神经系统在一定的外加电磁场中，可以释放具有镇痛作用的物质，从而产生镇痛效果[7]。

2.2对细胞的效应电磁辐射对细胞膜效应主要是改变膜对机体所需离子的选择通透性、膜内外电位、膜流动性、膜上蛋白质及活性酶的生物活性等。黄彦柳[8]发现，用50 Hz电磁辐射细胞膜5 min，其流动性明显增加；辐射20 min，需通过温浴处理40 min后，才能显著降低细胞膜流动性。Phi1iPPoVa等[9]发现，细胞膜处于800 MHz电磁辐射环境中时，膜上的分子出现了扭曲和极性转换现象，从而进一步改变细胞正常增殖、生长和代谢状态。李宝林等[10]发现，辐射次数、持续时间、磁场强度对细胞生长抑制程度有不同的影响；在相同磁辐射条件，对不同细胞的生长抑制程度也存在差异。Yamaguchi等[11]发现，电磁辐射可以促进多种类型的组织和细胞增殖和分化及各类生物活性分子的合成。VojisaV1jeVic等[12]发现，辐射明显增强了T淋巴细胞蛋白激酶C的活性；Do1gacheVa等[13]也发现，电磁辐射能导致增强的TPA诱导3种不同类型细胞的鸟氨酸脱羧酶的活性。

2.3对基因的效应国内外众多学者一致认为，癌症的引发与电磁辐射有关系，但电磁辐射的能量还不能够导致DNA链直接断裂，合理的解释就是电磁辐射只是癌症的促进因子。Mihai等[14]发现，在电磁辐射条件下，大鼠已突变的子细胞在增殖过程中逐渐出现癌化现象；在0.5 mT 60 Hz条件下，大鼠脑细胞DNA链断裂率明显增加。表明电磁辐射可能是在DNA-DNA和DNA-蛋白交叉位点发生辐射效应的[15]。

电磁辐射可能影响某些新基因、受Ca影响的基因、极早期基因和应激诱导基因4类基因的表达。Kumar等[16]在1800 MHz GSM辐射3 h条件下，RT-PCR显示星形胶质细胞和神经元中的Asc、CasPase-6和CasPase-2的基因表达上调，神经元对电磁辐射的敏感度不及星形胶质细胞。

电磁辐射影响基因转录的机制还处于摸索和探究中。杨学森等[17]发现，在辐射下，细胞总RNA和mRNA中3H尿嘧啶渗入量均明显增加。林艳云等[18]报道，在电磁辐射基因转录效应中也存在频率窗效应。Rao等[19]将CAT与c-fos启动区组合成一个整体，并转染至He1a细胞中，通过观察细胞中CAT活性，发现8 mT 50 Hz电磁辐射30 min，He1a细胞CAT活性达到最高。

2.4对肿瘤形成的效应国内外对肿瘤的起因进行了大量研究，得出的结论是环境电磁场与化学性致瘤因素协同作用于进出细胞膜的信号流所致。通过对多种动物电磁辐射实验[20-21]，发现单纯的电磁辐射不会诱发动物肿瘤，但与一些致癌剂联合作用可提高肿瘤发生率，极低频电磁辐射可能是一种促癌因素。

2.5对心血管系统的效应电磁辐射可以改变人体血管通透性及张力和血流动力学，有利于加快体内血液循环和降低血液黏度。赵龙宇等[22]研究了低频电磁场辐射对急性心肌梗死大鼠血液中心肌三磷酸腺苷（ATP）和超氧化物歧化酶（SOD）活性变化的影响，认为电磁辐射对大鼠的急性心肌梗死具有促进效应。

3　电磁辐射生物效应综合应用

3.1电磁辐射在疾病诊断中的应用核磁共振（NMR）信号强度与人体各组织的氢核密度有关，将NMR信号强度差异作为特征量，可以有效地把各组织区分开来，因此，可以应用磁共振图像于医学诊断[23]。NMR不会涉及到易引发不良反应的造影剂和对人体有害的X射线，患者避免了剖腹或剖胸探查诊断手术的痛苦，并提高了诊断效率。

脑磁图不受波幅衰减、颅骨等因素影响，图像清晰易辨，比脑电图定位诊断脑部损伤要方便和准确。目前，广泛应用于精神疾患、偏头痛、老年性痴呆、脑外伤、脑血管病（中风）及各种类型的癫痫的检查诊断[24-26]。

3.2电磁辐射在疾病治疗中的应用生命体所处的环境充斥各种电磁场，若人体内在电磁场或外在环境电磁平衡状态被破坏，就会诱发各类疾病[27]。外加电磁场使失去电磁平衡状况的细胞或组织恢复，从而起到一定的治疗效应。应用最为成熟的是肿瘤热疗技术和放射治疗技术。此外，利用强脉冲电磁场作用细胞产生可逆或不可逆性穿孔的特性，可用于治疗癌症、神经失调、癫痫、耐药性抑郁症等[28-30]。

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