电磁辐射损伤个体防护的研究进展＊

朱小闪，刘宁宁，翟艳霞，张金朋，高春芳，李俊堂

随着现代科学技术的不断进步与高速发展，电磁辐射对机体所造成的危害不容忽视。 电磁辐射污染是继水污染、 空气污染和固体垃圾污染之后，世界公认的第四大污染，对相关工作人员的健康产生了严重的影响。 因此，亟须对电磁辐射进行有效的人体防护。 笔者围绕电磁辐射损伤的医学防护和物理防护的研究进展做一综述。

1 电磁辐射的医学防护

医学防护主要是应用抗辐射药物防止电磁辐射致机体损伤。 辐射损伤主要表现为氧化应激造成的染色体畸变和DNA 的断裂，细胞膜通透性改变［1］。因此，目前防辐射损伤药物研究主要集中在抗氧化和抗炎症方面。

电磁辐射防护药物的主要来源有化学合成、生物提取和天然产物制备。 已用于治疗电磁辐射损伤的化学药物主要有谷氨酰胺［2］、氨磷汀（WR-2721）［3］和金属元素螯合物［4］（Cu，Fe，Zn）等，但其成分相对单一、研究困难，且其中多数药物对健康细胞的不良反应较大。生物药物诸如超氧化物歧化酶［5］、激素类药物［6］和细胞因子类药物（集落刺激因子、白介素-6、促红细胞生成素、角质细胞生长因子等）［7］，大多成本较高，价格昂贵；天然产物以其丰富的来源、不良反应小和显著的疗效等优点，逐渐成为电磁辐射防护药物研究的焦点［8］。 从天然中草药中寻找能够有效抗辐射和提高免疫力的药物，特别是利用中医药学基础理论结合现代药物研究的新技术和新方法，提纯中药活性成分，可使其疗效更为明显、可靠［9］。 目前研究较多的抗电磁辐射天然产物有当归注射液、复方鱼腥草注射液、苦豆子总碱注射液、芦荟提取物和银杏叶提取物等［8］，这些中药主要含有黄酮类、多糖类、皂苷类和多酚类和生物碱等多种生物活性成分［10］。

1.1 黄酮类 黄酮类在抗电磁辐射方面的显著功效主要为保护机体氧化应激损伤方面［11］。 黄酮类化合物结构中含有的酚羟基能够还原自由基，并且可以通过提高超氧化物歧化酶活性，发挥其抗氧化作用， 缓解对电磁辐射敏感细胞的DNA 损伤程度并降低其凋亡率［11］。 研究表明沙苑子、蜂胶、花青素以及槲皮素中的黄酮类成分可以提高电磁辐射小鼠21 d 的存活率，促进电磁辐射小鼠多种免疫细胞的增殖，降低其炎症因子水平和凋亡率。 黄芪总黄酮可以保护辐照小鼠的骨髓细胞［12］，大豆异黄酮对大鼠肾脏局部辐照具有一定的保护作用［13］，银杏叶黄酮通过减少小鼠脾脏细胞的氧化应激保护小鼠脾脏。

1.2 多糖类 多糖类已被证实可通过免疫调节、抗病毒、抗氧化和抗炎等作用来保护电磁辐射损伤［14］。目前抗电磁辐射的研究主要集中在中药多糖、海洋生物多糖［15］和真菌多糖［16］。 当归多糖 APS3 可以使亚慢性辐射小鼠的外周血白细胞数量增多，使小鼠精子畸形率和睾丸组织中过氧化物质水平明显降低；刺五加中的多糖成分可以降低血清中丙二醛的含量，提高抗氧化酶（如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶）的活性［17］；枳壳多糖［18］可以激活免疫细胞，促进多种抗炎细胞因子的表达，并通过抑制细胞凋亡缓解电磁辐射小鼠免疫系统的损伤。 海洋生物多糖中的螺旋藻多糖、海带多糖和半叶马尾藻多糖可减轻电磁辐射对小鼠骨髓细胞的损伤［18］。真菌多糖中的灰树花多糖和灵芝多糖均可通过调节辐照小鼠的免疫系统功能，减轻电磁辐射造成的损伤［16］。 大量的研究表明，非均一性多糖对电磁辐照小鼠有较好的保护作用，但关于均一性多糖的抗辐射机制尚不明了。

1.3 皂苷类 皂苷类主要存在于豆科植物中，已有研究表明，人参皂苷对辐照大鼠的小肠上皮细胞具有保护作用［19］；刺五加皂苷可以提高辐照小鼠血清中超氧化物歧化酶的活性［20］。 虽然皂苷类化合物在增强免疫力和抗氧化方面有一定的生物学功效，但皂苷元形成口服药物后往往吸收较差，体内生物利用度低。 因此，通过生物转化等技术手段高效和特异的生成皂苷类成分，仍有待进一步研究。

1.4 多酚类 多酚类活性成分中的酚羟基是一类还原性物质，可通过发挥其抗氧化作用减轻电磁辐射损伤［21］。 研究发现葡多酚具有清除自由基、保护心血管系统等功能和增强电磁辐射小鼠的免疫力缓解小鼠的辐射损伤［21］。 葡多酚可有效抑制电磁辐射引发的染色体畸变、DNA 损伤和免疫机能下降均有不同程度的抑制效果［21］。 计融等［22］的研究显示大剂量电磁辐射小鼠经口给予不同剂量茶多酚，其血中白细胞数量虽然没有改变，但其30 d 存活率得到显著提高。 从海藻中提取的间苯三酚对电磁辐照后小鼠体内的氧化应激造成的细胞凋亡、造血功能受损与核酸损伤都有一定的保护作用。 中药复方对电磁辐射损伤的防护作用在细胞水平上已得到初步验证。 随着中药单体活性成分分离技术的革新，科研工作者将会开发更多有防电磁辐射疗效的药物。

2 电磁辐射的物理防护

电磁辐射人体损伤的物理防护主要通过采用电磁屏蔽材料制成的装备［23］。 早在 20 世纪三四十年代，一些国家就开始了特种防护服装的研制。 随着各国电磁辐射防护标准的相继出台，防电磁辐射的功能性材料和纺织品在军工、科研、医疗卫生等领域的应用引起了人们的极大关注［24］。 近年来，许多研究人员专注于开发柔性电磁屏蔽材料，如电磁屏蔽织物、复合材料等。 目前研究较多的电磁辐射屏蔽织物主要包括金属混纺织物、 镀金属织物、导电非金属织物和纳米复合纤维织物。

2.1 金属混纺织物 由于金属具有良好的导电性、导热性、耐高温和强度，传统的电磁屏蔽材料主要由金属组成。 最早出现的防辐射面料是由金属丝和服用纱线混编制成织物，但金属丝与其他纤维编制成织物比较硬，厚重，服用性能差，使之不能很好地推广应用。 随后出现的铜、镍和不锈钢等金属纤维织物手感有所改善，不锈钢作为导电材料用于电磁屏蔽织物是研究的热点之一，谭松庭等人发现不锈钢纤维通过不同表面处理剂整理后，可以更大程度地聚集金属纤维，从而增强复合材料的防电磁辐射性能。 金属材料仍是用于电磁屏蔽织物的主要材料，其次是铜、银、镍［25］。 但受到组织结构、织物密度和金属纤维含量等因素的影响，增加了织造难度与成本，从而限制了织物的应用。

2.2 镀金属织物 镀金属织物是采用不同方式的镀层方法，直接将金属镀到纤维或织物等基底材料上。 常见的镀金属织物主要以铜、银、镍和钴等金属材料作为镀层，棉织物、涤纶和锦纶作为基底材料。采用磁控溅射技术研制的镀银织物在30～1000 MHz的波段内，屏蔽性能可达到45 dB［26］。芳纶纤维表面镀镍其导电率可达 51.2～61.9 Ω·cm［27］。 北京洁尔爽高科技有限公司第六代纳米银纤维面料屏蔽效能可高达60 dB。由于单一的金属镀层不耐水洗，且易氧化和脱落，采用多金属复合镀的方法可明显改善纤维或织物的屏蔽效能和其他性能。 日本住友公司在聚酯纤维上镀以铜、 镍和铝三种金属合金纤维，与单一金属层相比，其服用性和屏蔽效能均有明显改善［24］。 楚克静等采用复合镀的方法在镀铜的涤纶织物上又电镀锡镍合金，得到的织物表面均匀致密且具有电磁屏蔽性能［28］。 相比单一的化学镀，复合镀既克服了金属对人体皮肤的刺激性，又兼具多种金属的不同功能， 终使电磁屏蔽性能得到明显提高， 可用于军事作战等对材料性能要求较高的领域。

2.3 导电非金属织物 导电非金属织物是表面具有导电非金属材料涂层的一种电磁屏蔽织物。研究中常用的导电非金属材料主要有碳纳米管、 聚苯胺、聚吡咯、石墨烯和碳纤维等。 Eva Hakansson 等将聚吡咯等导电聚合物在织物上进行涂层来屏蔽电磁波［29］。 Shen 等利用 50 μm 涂层厚度的石墨烯制成3D 锯齿状折叠三维复合材料在频率5.4～59.6 GHz 的宽频电磁辐射范围内屏蔽效能可达20 dB 以上［30］。由于屏蔽效能有限，服用性及耐洗性较差，导电非金属织物的应用较为局限。 但值得一提的是， 将导电非金属材料与金属导电材料掺杂后，电导率会发生较大的变化，材料的屏蔽效能有很大提高。 国外学者用化学镀的方法制备的铜/镍/玄武岩织物在30 MHz～1 GHz 的频率内屏蔽效能均在 60 dB 以上［31］。 国内学者通过化学原位聚合的方法，将金属铜、镍和导电非金属材料聚吡咯相结合，成功制造了屏蔽效能为20.22～43.51 dB 的亚麻/聚吡咯/镍复合材料［32］和屏蔽效能为 30.3～50.4 dB 的铜氨/聚吡咯/铜复合材料［33］。 将多重复合材料应用于电磁屏蔽织物是目前防护领域研究的重点。

2.4 纳米复合纤维织物 纳米复合纤维是一种新兴的电磁屏蔽材料， 纳米材料本身所具有的尺寸小，表面积大和表面原子含量多等特点，赋予其独特的吸波性能。 对纳米级的导电或导磁性能的材料与热塑性的高聚物复合后形成纳米复合树脂进行纺丝成型，制成电磁屏蔽性能优良的织物将是这一领域以后的重点发展方向。 由于此类织物生产工艺相对复杂，成本较高，尚未实现连续化的大生产。 除此之外，纳米复合材料的生物学效应和卫生安全性能还未见报道，尤其是卫生毒理性方面的研究还未有定论［34］。 我国关于此领域的电磁屏蔽产品还没有统一的国家标准，纳米复合纤维织物具有巨大的开发潜力。

综上所述，目前用于电磁防护的原材料与加工方法繁多且各有优缺点，基于金属纤维的纺织材料仍是目前电磁防护材料领域研究的主流。 在综合应用多种技术的基础上，加大对多维和全方位立体结构材料（纺织骨架材料）的研究，开发新型功能性电磁防护纺织材料意义重大。 从“医学防护”和“物理防护”两方面着手，采用多重技术防护是未来的发展趋势。