電磁輻射對生物體損傷的研究進展＊

祝青鸞，李俊堂，高春芳

電磁波（又稱電磁輻射）是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面，有效地傳遞能量和動量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X射線和伽馬射線等。目前廣泛應用于無線通信、軍事、醫療等領域，為人類提供了方便快捷的生活方式，與此同時，人們對電磁波帶來的生物效應問題也愈來愈重視。有研究表明，電磁輻射可導致人體多系統、多臟器的損傷［1，2］，其損害程度與其強度、頻譜特點、穩定程度及接觸時間有關，同時存在個體性差異。本文就電磁輻射的損傷機制及其對大腦、心臟、眼睛和血液等重要器官系統影響的研究進展作一綜述。

1 電磁輻射的損傷機制［1］

1．1 熱效應 人體成分70%以上是水。水分子受到電磁輻射后相互摩擦，引起機體升溫，因而帶來了以下內在變化，即：①溫度升高改變了細胞膜的結構：升溫使細胞膜中的蛋白質分子與類脂分子的組成和排列發生變化， 并使細胞膜離子 （K＋、Na＋、Cl－等）通透性增加；②溫度升高影響血液循環：升溫過高可致病理性充血、出血、水腫及血栓形成；③溫度升高影響細胞分裂和增殖：升溫過高可造成細胞分裂停滯和間期死亡（包括凋亡和壞死）；④升溫影響親水蛋白質分子和DNA的構象或狀態及其生化反應過程：適量升溫可提高其生物功能，加速生化反應過程；而過量升溫則損傷其結構，阻抑生化反應過程，甚至發生熱凝固。

1．2 非熱效應 人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩定和有序的，一旦受到外界電磁場的干擾，處于平衡狀態的微弱的電磁場將遭受到破壞，人體也會遭受損傷。非熱效應主要在細胞和分子水平上影響其生物物理和生物化學反應的過程。對機體的影響可能通過如下途徑：①細胞產生電場振蕩致傷學說：幾乎所有的細胞均存在干振蕩（其振蕩基頻約為 0．1×1012Hz），當細胞受微波照射后產生電磁場和電磁振蕩而致傷；②腦組織的鈣通道異常和鈣濃度內外失衡致傷學說：腦組織神經元受微波照射后，Ca2＋通道受到破壞，Ca2＋大量釋放，造成鈣超載，尤其在調制頻率段，其Ca2＋的排出達到高峰，進一步加重神經系統的損傷［3］；③振蕩電場中細胞轉動致傷學說：活性細胞受到外加振蕩電磁作用時（尤其頻率為1～100MHz），細胞將圍繞垂直于電磁的軸線轉動，同時還產生諧振效應，從而導致細胞發生損傷；④在外加電場中細胞膜破裂致傷學說：外加電場可造成細胞膜的細小孔洞和溝道形成，細小孔洞相互融合擴大，進而導致細胞膜破裂，細胞膜通透性改變，使在生理情況下不能通過細胞膜的離子、病毒顆粒、DNA、蛋白質等得以進出細胞；⑤自由基損傷效應學說：電磁場可以影響順磁性自由基的復合率，從而影響自由基的壽命，即影響自由基的瞬時濃度，從而發生一系列的損傷效應。電磁波的非熱效應突出特點是，機體組織細胞對電磁波的應答具有“窗效應”特異性，即具有頻率特異性（“頻率窗”）和功率特異性（“功率窗”，也稱為“振幅窗”），前者指生物效應（即生物應答反應），只對一定頻率的電磁波最敏感、最明顯，后者指只對一定功率（強度）的電磁波最敏感、最明顯。但迄今，關于不同組織器官、細胞的生理和生化及病理損傷的“頻率窗”和“功率窗”尚未闡明。

2 電磁輻射的生物效應

2．1 對中樞神經系統的影響 中樞神經系統是電磁輻射最敏感的靶部位［4］，對于成年人來說，中樞神經系統一旦發生損傷，往往是不可逆的，其突出表現是腦組織結構形態學改變，學習和記憶等神經行為學障礙。

神經遞質是中樞神經系統內信息傳遞的介質，神經遞質代謝紊亂在腦組織損傷的過程中有重要意義。有研究顯示，電磁輻射可引起突觸結構改變，表現為突觸囊泡堆積，突觸前活性區延長，突觸后致密物增加；氨基酸遞質和乙酰膽堿代謝紊亂，表現為乙酰膽堿代謝活躍，不同輻射劑量對氨基酸遞質產生的影響不同［5］。另有研究表明，輻射后6 h，神經元可見核染色質濃縮、邊集，線粒體腫脹、空化，粗面內質網擴張，胞質局灶性溶解；突觸間隙不清，囊泡堆積，突觸后膜增厚，致密物增加，活性延長；膠質細胞染色質濃縮，核膜不清，胞質細胞器減少；血管周間隙增寬，內皮胞質水腫［6］。目前認為海馬結構是與學習、記憶等高級功能具有密切關系的重要腦區［7］。因此，電磁輻射所致的海馬損傷效應已成為揭示神經行為及認知功能改變的重要內容之一。除海馬組織外，腦部病變可累及丘腦、下丘腦、大腦皮層和小腦皮層等腦區，主要表現為神經細胞的營養不良性改變和超微結構損傷，神經突觸變化多較明顯，并常見神經膠質和髓磷脂的代謝紊亂，晚期則發生腦萎縮［8］。近年文獻報道，長期使用手機者易發生腦部腫瘤，并與使用方向具有一致性（如右側使用者，腫瘤多見于右側），但尚未在動物實驗中得到證實［1］。

2．2 對心血管系統的影響 心臟是電磁輻射的敏感器官之一，目前關于微波對心血管系統的損傷的研究主要集中在輻射所引起的心臟組織結構和功能損傷以及心電的改變。

關于電磁輻射致心臟組織結構改變的報道較多。潘敏鴻等［9］發現，10～50mW／cm2微波輻射后 6 h，心肌細胞見水樣變性，胞質淡染，心肌纖維呈波浪狀排列，線粒體空化、腫脹等，病變于7 d內呈進行性加重。 鄧樺等［10］研究發現，1．0×103W ／cm2微波輻射后1 h，出現心肌纖維排列紊亂，粗細不均，肌漿顆粒變性，輻射后14 d，可見肌纖維斷裂，小灶性壞死，成纖維細胞增生。另有研究顯示，長期低劑量微波輻射可致大鼠K＋、Na＋水平及天冬氨酸轉氨酶和谷氨酸轉氨酶活力異常從而引起心臟組織結構與超微結構損傷［11］。血管病變一般較心臟為輕，嚴重時可出現血管痙攣、血容量減少，導致皮膚蒼白、全身無力或暈厥。

2．3 對眼睛的影響 由于眼內含水量比較豐富，同時又因其內部血管分布較少，所以在電磁輻射下容易吸收電磁輻射的能量，溫度極易升高，導致眼晶狀體蛋白質凝固，使晶狀體混濁，是造成白內障的主要條件［12］。經50W／m2平均功率下的電磁持續照射1個月，導致了視網膜結構可逆性的病理改變，視網膜結構的病變也必然會影響到視功能［13］。

2．4 對生殖系統的影響 電磁輻射對人類的生殖危害的影響是人們普遍關心的熱點之一，其不僅關系著家庭和社會安寧，也涉及人類的未來。有動物實驗結果表明，2～11mW／cm2微波極短期輻射即可導致可恢復性的雄性大鼠生殖系統結構和功能損傷［14］。另有動物實驗表明，電磁照射對雌性生殖系統的影響主要是妊娠率降低、著床位點減少、胚胎發育遲緩、畸胎率增加、死胎率升高、胎鼠和仔鼠體重下降，并多見腦發育異常，同時仔鼠的免疫功能減弱［1］。 胡海翔等［15］利用透射電鏡對電磁輻射環境下的男性精液標本進行觀察，發現電磁輻射可導致男性精子頂體、頭部、尾部線粒體結構異常，最終影響其生殖功能。

2．5 對其他器官系統的影響 高強度電磁輻射的致熱作用可以引起胃腸黏膜充血、糜爛，甚至形成潰瘍。在低強度電磁輻射下，消化系統的組織形態不會發生明顯的改變，但可導致惡心、胃納減退、胃溫上升和血流加速等現象［8］。泌尿系統中，腎臟較為敏感，主要是累及腎小管，表現為重吸收功能下降，近曲和遠曲小管上皮變性壞死，腎小球細胞偶有變性，血尿素氮水平升高［1］。

2．6 電磁輻射的致癌作用 據報道，居民受較高強度電磁輻射后致癌率約為對照人群的3～4倍。最常見的惡性腫瘤為白血病（可增高6～7倍），其次為消化系統癌和皮膚癌。英國Gerald等［16］認為高壓電線附近居住的兒童患白血病的可能性會明顯增加，統計結果發現，居住在有高壓電線的電磁輻射下的兒童其白血病發病率為1／700，比居住在無電磁輻射地區的兒童發病率（1／1400）高1倍。但也有一些相反的研究結果，比如，1997年，美國國家癌癥研究所的研究人員一項歷時8年對美國1000名兒童的研究，公布結果認為對于常見的兒童急性淋巴細胞白血病，沒有發現家中測到的磁場強度大，患病風險就會隨之增大的情況。動物實驗發現，在高功率電磁波照射后9～12個月，可見甲狀腺癌，及增生性病變（如卵巢脂肪瘤、子宮內膜增生癥、乳腺增生癥等）發生，但迄今尚未見腫瘤發生與電磁輻射功率、頻率、時間等相關關系的報道［1］。

總之，隨著電磁波技術的快速發展及在各行各業中的廣泛應用，人們接觸電磁輻射的強度和時間也與日俱增，其對人體的損傷和危害越來越受到人們的重視，但這一領域的研究仍存在很多的問題，電磁輻射造成的生物學效應、電磁輻射的量－效關系以及電磁輻射損傷的診斷和治療等。總之，這一領域的研究還需要科研學者們共同努力探索。

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