微波对实验动物生殖功能的影响

耿德军, 吕朝辉, 李西平(解放军第522医院, 洛阳 471003)



微波对实验动物生殖功能的影响

耿德军, 吕朝辉, 李西平
(解放军第522医院, 洛阳 471003)

[摘要]人们的生活越来越离不开电子产品，尤其是手机、Wi-Fi等。由此产生的微波辐射对人体是否有害备受争议。本文通过回顾近年来国内外发表的微波对实验动物生殖功能影响的文献，期望解答人们的一些疑惑。大多数研究结果表明，微波对雌性动物的卵巢、妊娠、胚胎或内分泌等有害，对雄性动物的睾丸形态、精子参数、凋亡等有负面作用。其危害是通过诱发氧化应激实现的。但少数研究结果却未见异常。因此，有待进一步实验予以证实。

[关键词]微波; 生殖功能; 实验动物

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随着电子技术的迅猛发展, 尤其是移动通信的普及, 微波已成为日常生活中最常见的电磁波, 其波长1 mm～1 m, 频率300 MHz～300 GHz。其中手机频率为0.9～1.8 GHz, Wi-Fi信号为2.45 GHz, 普通雷达等频率一般则是1～15 GHz。大量研究表明，微波产生的电磁辐射对健康具有危害性, 主要集中在脑、生殖、心血管、免疫和眼等系统或器官。现仅将微波对实验动物生殖功能方面的影响综述如下。

1 对雌性动物生殖功能的影响

1.1 对卵巢及激素水平的影响

马惠荣等[1]将雌性SD大鼠每日暴露于功率为370 mW/cm2的900 MHz手机辐射源4 h, 连续30 d,结果表明微波可以引起雌性SD大鼠雌二醇(E2)水平降低、卵泡和黄体直径变小，同时颗粒细胞层数和数量也减少。但卢兴宏等[2]对雌性小鼠的研究结果与前述有所不同。实验也采用900 MHz的手机辐射源，被辐射小鼠分为3组，第1组暴露强度1.0 mW/cm2，每日暴露12 h，第二组暴露强度1.0 mW/cm2，每日暴露6 h，第三组暴露强度0.5 mW/cm2, 每日暴露12 h, 均连续21 d。暴露结束后部分小鼠与雄鼠合笼，观察胎鼠的数目; 部分小鼠被处死观察卵巢组织结构，并测血清卵泡刺激素(FSH)及E2的水平。结果显示第二组的FSH较其它各组均显著升高，但各组E2水平均无显著变化。每窝胎鼠数量以第一组最少，与其它各组相比差异显著。该文作者认为，电磁辐射可能存在生殖毒性, 使小鼠血FSH水平升高, 卵巢功能下降。

Panagopoulos等[3]研究了微波对雌性黑腹果蝇卵巢发育的影响，结果显示辐射组果蝇的卵巢较对照组显著减小，推测是微波辐射能引起卵泡室DNA损伤，继之卵泡室细胞死亡，卵泡室破坏。Sangun等[4]观察了2.45 GHz电磁场对雌性Wistar大鼠生长及发育的影响。实验分为出生前辐射组、出生后辐射组及对照组(伪辐射组)。前两组分别从胚胎期及出生后开始辐射，每日1 h，至青春期取标本。结果显示，辐射组与对照组相比较，血清黄体酮(LH)增加，但FSH、E2则无显著性差异，作者认为激素的变化是由于电磁辐射引起卵巢组织中活性氧显著增加，从而损害了大鼠的生殖功能。但Shahin等[5]的研究结论则与上述不同，作者观察了2.45 GHz微波照射对雌性小家鼠生殖功能的影响。其实验组每日2 h持续接受微波辐射，场强0.033 549 mW/cm2，比吸收率0.023 023 W/kg，45 d实验结束后处死小鼠。实验结果显示, 与对照组相比较, 血浆E2水平显著升高。作者认为电磁场引起机体处于慢性氧化状态, 从而影响了激素水平。

1.2 对妊娠及胚胎着床的影响

何小林等[6]观察了妊娠小鼠受935 MHz辐射源辐射后的结果。辐射组小鼠被细分为6组, 分别是低强度150 mW/cm2 2 h、4 h组, 中强度570 mW/cm22 h、4 h组, 高强度1 400 mW／cm22 h、4 h组，连续辐射3 d。于妊娠第4日检测子宫内膜细胞内白血病抑制因子(LIF)的表达。结果显示在辐射时长相同的情况下，高强度4 h组和中强度4 h组子宫内膜腺上皮细胞LIF表达量明显下降；辐射强度相同时，中强度4 h组与中强度2 h组相比较、高强度4 h组与高强度2 h组相比较，LIF表达量也明显减弱，提示辐射时间的长短可能影响LIF的表达，且微波对其抑制作用具有蓄积效应。腺上皮细胞LIF表达量降低，导致子宫内膜容受性发生改变，进而影响胚胎着床过程。刘文惠等[7]的实验采用辐射参数935 MHz微波、1 400 mW/cm2、连续辐射3 d，结果表明微波可能通过增加小鼠卵母细胞钙离子释放来抑制小鼠卵母细胞成熟，且表现出一定的累积效应和剂量依赖关系。

林春等[8]研究了日常低强度的微波辐射对KM小鼠生殖功能的影响。辐射组暴露于低强度微波(频率3 759 MHz，强度40 mW/cm2)13周。结果显示与对照组相比，辐射组妊娠率无显著变化[8]。

Shahin等[5]研究了2.45 GHz微波照射对雌性小家鼠胚胎着床位点或妊娠的影响。结果显示与对照组相比较，照射组子宫内膜着床位点减少，卵巢组织中活性氧增加。作者认为活性氧的增加可能引起胚胎着床失败，甚至导致异常妊娠。

2 对雄性动物生殖功能的影响

2.1 形态学及生物化学方面

张艳等[9]将被辐射雄性BALB/c小鼠分为2组，分别接受频率为1 450 MHz、低功率密度为50 mW/ cm2和高功率密度为100 mW/cm2的微波照射, 每日1 h，连续12 d。另设对照组不予照射。结果显示，低功率微波辐射组和高功率微波辐射组小鼠血清和睾丸组织匀浆睾酮含量降低, 精子成活率和精子密度降低, 精子畸形率增高, 与对照组相比较差异具有统计学意义, 且存在剂量依赖关系。50 mW/cm2功率可造成睾丸形态学损伤，表现为睾丸生精上皮排列紊乱，细胞层数减少。100 mW/cm2功率可出现生精上皮损伤、间质血管扩张充血及炎性细胞浸润现象。结果表明，1 450 MHz微波辐射可引起小鼠无炎症性生精上皮损伤。

姚华等[10]将被辐射雄性Wistar大鼠随机分为电磁脉冲(EMP)组、S带高功率微波(S-HPM)组、X带高功率微波(X-HPM)组，照射条件为S-HPM和X-HPM平均功率密度100 mW/cm2，辐照20 min; EMP场强6×10 V/m，10个脉冲。结果显示三种波段引起的睾丸结构和生精细胞形态损伤基本相似:早期睾丸重及睾丸重/体质量比值呈下降趋势; 曲细精管生精上皮变薄，生精细胞排列紊乱，精原细胞变性坏死并由管壁脱落，精母细胞和精子数量减少并团聚于管腔中央，支持细胞和间质细胞不同程度变性；曲细精管受损百分率显示EMP组最重，S-HPM组最轻，与对照组相比较生精细胞受损数量与程度显著增加。该研究表明，EMP、S-HPM 和X-HPM三种波段电磁辐射均可致大鼠睾丸结构和生精细胞形态损伤，三种波段电磁辐射对睾丸生精细胞的损伤，具有速发性、时相性、分布不均一性等特点；损伤程度呈EMP>X-HPM>S-HPM。

陈丽莉等[11]采用雄性C57BL小鼠为实验对象，其微波辐射组采用功率密度为208 mW/cm2的1 800 MHz的微波(比吸收率SAR:0.2221 W/kg) 进行辐射, 分别在每天的01∶00、05∶00、09∶00、13∶00、17∶00和21∶00授时时间点进行，每日辐射2 h，连续32 d。结果显示，微波辐射组血清睾酮含量降低，E2含量升高，小鼠睾丸精子头计数减少。研究表明1 800 MHz微波辐射可引起雄性C57BL小鼠精子计数减少和血清睾酮水平的昼夜节律消失。

薛蕾等[12]研究了电磁辐射对雄性Wistar大鼠精子活动力和精子畸形率的影响。辐射组分两组，分别接受微波模拟源10 mW/cm2、30 mW/cm2两种功率密度辐射, 15 min/次，5次/周，连续2周。结果显示与对照组相比，各剂量微波辐射后大鼠前向运动级精子百分比明显下降, 非前向运动和不动精子百分比明显增加，精子活力参数明显下降，运动方式参数除头部侧向运动平均振幅明显降低外，其余无明显变化。同时精子畸形率明显增加。表明微波辐射可引起雄性Wistar大鼠精子活动力下降和精子畸形率增加。

王水明等[13]研究了极短期的微波辐射对雄性Wistar大鼠生殖系统结构和功能的影响。实验的平均功率密度为0 mW/cm2、2 mW/cm2、5 mW/cm2和l1 mW/cm2, 微波辐射时间10 s。于辐射后检测血清睾酮浓度及附睾精子活力参数、观察睾丸组织结构和附睾精子畸形率。结果5 mW/cm2和11 mW/cm2微波辐射后7 d, 大鼠血清睾酮含量明显下降; 2 mW/ cm2和11 mw/cm2微波辐射后14 d，大鼠附睾精子畸形率明显增加; 各组于辐射后7～30 d出现睾丸生精上皮层疏松，生精细胞变性、坏死和脱落，生精小管腔内精子减少或空虚，蛋白水肿液积聚等；辐射后30 d，各项指标逐步恢复正常。表明即使极短期的微波辐射也可使雄性Wistar大鼠生殖系统结构和功能发生可恢复性损伤。

Mailankot等[14]研究的辐射参数是手机辐射源(0.9/1.8 GHz), 每日1 h共28 d。结果也显示辐射后的Wistar大鼠总精子数无显著变化，但活动精子数的百分比则显著减少。林春等[8]研究结果显示，照射组小鼠精子活动率较对照组低; 畸形率则较对照组高。但差异无显著性。胡海翔等[15]应用微波模拟源, 以平均辐射强度100 mW/cm2，15 min/次, 连续1周，辐射大鼠。结果显示活跃精子密度和精子总数在辐射组与对照组之间存在显著差异。辐射组大鼠精子存在多种形态超微结构异常: 精子稀发、长头、圆头、顶体缺如、线粒体排列紊乱等。表明微波辐射除对大鼠精液的精子总数和活跃精子密度有影响外，精子的超微结构也发生了明显变化。

穆慧玲等[16]研究了微波辐射对ICR小鼠睾丸氧化应激及三磷酸腺苷酶(ATPase)活性的影响。辐射组依辐射时间细分3组: 10 min组、20 min组、30 min组，采用S-HPM，平均表面功率10 mW/cm2，隔3 d辐射1次，共辐射4次。结果显示与对照组相比，超氧化物歧化酶(SOD)活力显著增加，微波辐射30 min组谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-px)活力显著增加，微波辐射20 min组和微波辐射30 min组谷胱甘肽含量显著增加，微波辐射10 min组和微波辐射30 min组丙二醛(MDA)含量显著增加，微波辐射30 min组Na+K+-ATPase活力显著增加，其他指标变化差异无统计学意义。表明微波辐射可以引起ICR小鼠睾丸MDA损伤以及细胞膜Na+转运的改变。国外文献也有相似的结果, 辐射组睾丸及附睾的脂质过氧化显著增加，但谷胱甘肽浓度显著降低[15]。Saygin等[17]研究了电磁辐射对大鼠睾丸MDA及总氧化剂状态水平的影响, 以辐射参数2.45 GHz无线装置每日3 h，共30 d。结果显示辐射后大鼠睾丸MDA及总氧化剂状态水平较对照组均显著增加，总氧化剂状态活力下降。睾丸曲细精管前列腺素E2和降钙素基因相关肽染色增强，辐射组睾丸曲细精管精子数减少。说明长期辐射可以通过氧化损伤和炎症机制引起睾丸病理生理学改变。

Shahin等[18]研究了低水平微波辐射对雄性小鼠生殖功能的长期影响。辐射参数2.45 GHz，每日2 h，30 d，功率密度0.029 812 mW/cm2，SAR 0.018 W/kg。结果显示微波辐射可引起精子计数及活性显著下降，同时曲细精管变细并退化。睾丸3b羟类固醇脱氢酶(HSD)活性及血浆睾丸激素水平降低，一氧化氮合成酶(i-NOS)增加。作者认为慢性微波暴露可能是通过自由基介导的旁路对生殖功能产生负面影响，进而引起不育。

Kumar等[19]研究了10 GHz的微波暴露对雄性Wistar大鼠生殖系统的影响。实验组每日辐射2 h, 共45 d。功率密度0.21 mW/cm2, 电磁辐射比吸收率(SAR) 0.014 W/kg实验结果显示，与对照组相比较，辐射组电镜下可见曲细精管管腔皱缩，可见凋亡小体。淋巴细胞内可见微核小体。同时出现DNA链断裂，睾酮水平显著降低。睾丸体积变小。据此认为10 GHz微波辐射可对雄性动物的生殖功能造成损伤。

Shokri等[20]研究了Wi-Fi对自由活动的雄性大鼠生殖系统的长期和短期影响。采用3月龄雄性Wistar大鼠, 辐射盒的两侧各放置一个Wi-Fi天线。辐射动物分两组, 第一组每日辐射1 h，第二组每日7 h，共2个月。结果显示，与对照组相比较，辐射1 h及7 h组大鼠的体质量、睾丸等性器官的相对质量无差异, 但左右储精囊相对质量均显著减小;大鼠精子总活力百分率显著降低，前向运动精子及运动精子百分率显著降低。精子浓度参数及精子计数、正常精子与异常精子比值均降低。组织病理学检查可见1 h组输精管及间质结构正常, 睾丸生殖上皮完整, 厚度约5层细胞。7 h组则表现为精子细胞层数和睾丸评分显著下降，凋亡细胞数及阳性小管率显著增加，及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3活性增加。作者认为，高频尤其是2.45 GHz Wi-Fi辐射，可引起精子参数降低及曲细精管内凋亡阳性细胞和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3活性显著增加。同时储精囊质量减轻。Wi-Fi天线发出的微波对机体带来的时间依赖性危害应引起人类的足够重视。

2.2 分子水平方面

陈浩宇等[21]研究了微波辐射对Wistar大鼠睾丸分子水平的影响。检测目标是主要表达于睾丸生精小管精子细胞核的三种蛋白质。辐射组接受30 mW/cm2微波辐射5 min，辐射后分批取材。结果显示辐射后6 h～14 d[(磷酸化环磷酸腺苷(cAMP)-反应元件结合蛋白(pCREB)在1 d组除外]，大鼠睾丸组织pCREB和CREB结合蛋白(CBP)表达显著下调，辐射后6 h～7 d cAMP反应元件调节因子(CREM)表达亦明显下调，差异均有显著性。证明微波辐射可引起Wistar大鼠pCREB、 CREM及CBP表达下调，推测其在微波辐射致生精细胞损伤中可能发挥重要作用。

李昱辰等[22]研究了低功率微波对昆明种雄性小鼠生殖细胞的DNA的影响。采用平均功率密度为250 mW/cm2，频率为900 MHz的连续微波，全身24 h辐射。结果显示连续接受微波辐射使小鼠睾丸细胞拖尾率、尾长、尾部DNA%和Olive尾矩(OTM)明显升高, 照射后15 d拖尾率达45.8%, 尾长、尾部DNA%和OTM分别为(33.81±16.87)mm, (33.92±20.32)%和(11.08±8.54)，与对照组比较差异均有统计学意义，并具有时间效应关系。

3 对妊娠动物及胚胎、子代的影响

林春等[8]的研究结果显示, 与对照组相比, 辐射组活仔鼠雌雄比(1.5∶1)较对照组(0.86∶1)高; 产仔率和存活率较低，但差异无显著性。Kismali等[24]将未妊娠及妊娠新西兰白兔暴露于1 800 MHz拟手机辐射源，每日15 min，共7 d。辐射后测其血液化学物及脂质过氧化(MDA)水平。结果显示MDA未见异常，但受辐射妊娠兔的肌酸肌酶同工酶(CK-MB)及肌酸激酶(CK)显著升高。Özorak等[24]研究了Wi-Fi和手机产生的电磁辐射对生长期大鼠肾脏、睾丸氧化应激状态和微量元素的影响。辐射组分为2.45 GHz, 900 MHz和1 800 MHz三组, 每日辐射60 min, 从妊娠至出生后6周。结果显示, 辐射增加了脂质过氧化反应程度及铁含量, 减少了铜、谷胱甘肽(GSH)含量及总抗氧化状态值。认为辐射可引起生长期大鼠性早熟及睾丸氧化损伤。

Jing等[25]研究了长期暴露于手机微波辐射下的大鼠胚胎脑神经传导物质水平的变化。他们将辐射大鼠分为3组，每日3次，每次分别接受10 min、30 min、60 min辐射。从妊娠第1日开始, 共20 d, 第21 d取胚胎大脑进行测定。结果与对照组相比，30 min组与60 min组胎鼠大脑中过氧化物岐化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)显著降低，而丙二醛(MDA)则显著增加。10 min组的去甲肾上腺素、多巴胺显著升高，而60 min组的则显著降低。提示妊娠期特定阶段受到手机微波辐射将对胎儿大脑造成损伤。

另有实验提示微波能促进胚胎发育。Tsybulin 等[26]研究了900 MHz微波辐射对日本鹌鹑胚胎发育的影响。受辐射的新鲜鹌鹑受精卵分为2组，短期组在最初的38 h内照射，长期组辐射14 d。结果38 h辐射组的胚胎分化体节显著增多，14 d辐射组的胚胎成活率显著增加。研究表明辐射组胚胎成活率显著增加。研究表明辐射组胚胎大脑及肝脏中的硫巴比妥酸活性物质显著增高。推测过氧化反应增强了胚胎的新陈代谢，从而促进了胚胎发育。该实验进一步证实辐射对胚胎发育的影响是非热效应。作者认为辐射通过活性氧产生毒物兴奋效应，作者认为辐射通过活性氧产生毒物兴奋效应，进而促进了胚胎的发育。

但也有一些利用Wi-Fi信号辐射大鼠的研究未得到阳性结果, Aït-Aïssa等以吸收率4 W/kg，每日1 h，每周6 d辐照大鼠，雄性3周雌性2周后交配, 再继续暴露3周，在分娩前1 d，观察死胎、畸胎及体征。结果未见雌雄大鼠生殖器官和生殖功能受到影响, 在胎鼠也未见肉眼可见的异常[27]。另一个实验选择妊娠的大鼠, 分为4组分别暴露于比吸收率是0 W/kg、0.08 W/kg、0.4 W/kg及4 W/kg的环境下，每日2 h，每周6 d共18 d; 每组5只妊娠鼠剖宫产，其余大鼠继续观察28 d，结果妊娠鼠未见异常, 其子代也未见明显的畸形等异常[28]。第三个实验是将妊娠鼠分为4组，于妊娠期6～21 d分别暴露于上述比吸收率环境下，每天2 h，每周5 d，之后每窝取3只子鼠从出生当日继续暴露到35 d。第35日取血清筛查抗15种不同病理或损伤的标志物，未见异常[39]。

近几十年以来，人类不孕不育患病率呈上升趋势，电磁辐射是否是其中病因之一，从目前的实验室研究结果看来，尚不能形成最终结论。有必要进行更深入细致的研究以取得确切结论，从而为人类的健康提供保障。

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Influence of Microwave Radiation on Reproductive Function in Laboratory Animals

GENG De-jun, LV Zhao-hui, LI Xi-ping
(The 522nd Hospital of PLA, Luoyang 471003, China)

[Abstract]It is inevitable in today’s world to use electronics. Electromagnetic radiation(EMF) from different sources, such as microwave ovens, wireless communication, etc, is the main part of indooroutdoor electromagnetic field exposure spectrum. Whether or not EMF, especially microwave may do harm to human health is not sure. A systematic review was therefore conducted, by reading papers published in recent years, to determine whether exposure to microwave affects fertility of laboratory animals. Most of the studies agree that microwave is harmful to female or male animals. It leads to abnormality of ovary, implantation, pregnancy, fetus, hormone or testicle, and a decrease in sperm parameters along with an increase in apoptosis-positive cells. The injury mechanism is by inducing oxidative stress. But several of studies didn’t supported it. Further study is required to give a certain conclusion.

[Key words]Microwave radiation; Reproductive function; Laboratory animal

[中图分类号]Q95-33

[文献标识码]A

[文章编号]1674-5817(2016)03-0231-06

doi:10.3969/j.issn.1674-5817.2016.03.015

[收稿日期]2015-12-10

[基金项目]解放军总装备部青年培育项目之应用基础研究项目(2015ZZQP017)

[作者简介]耿德军(1971-), 男, 硕士, 主管药师。

[通讯作者]李西平(1969-), 女, 博士, 副主任医师。