電磁防護織物的生物學效應研究

李會改 楊苗苗 林 玲

1. 江西省現代服裝工程技術研究中心(中國) 2. 西安工程大學 紡織與材料學院(中國) 3. 寧波市先進紡織技術與服裝CAD重點實驗室(中國)

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電磁防護織物的生物學效應研究

李會改1楊苗苗2林 玲3

1. 江西省現代服裝工程技術研究中心(中國) 2. 西安工程大學 紡織與材料學院(中國) 3. 寧波市先進紡織技術與服裝CAD重點實驗室(中國)

以不同類型的電磁防護織物為研究對象進行生物學試驗，研究織物的防護效果。試驗表明，電磁輻射會對小鼠的造血、免疫及生殖等系統造成明顯傷害，嚴重時可致其死亡。經同劑量的電磁輻射后，用電磁防護織物防護的小鼠的各項指標均優于無防護小鼠，說明電磁防護織物對小鼠有一定的保護作用，且織物的屏蔽值越大，防護效果越好。

電磁防護； 生物學效應； 屏蔽值

電磁波，又稱電磁輻射、電子煙，是一種能量。幾乎所有的物體每時每刻都會受到電磁輻射的作用，電磁輻射的危害也越來越受到人們的關注[1-2]。人們的生存空間充滿了電磁輻射，它不僅破壞良好的電磁生態環境，還會導致自動控制失靈、飛機導航失事等頻發，電磁污染仍是生態環境中危害最大的物理污染之一[3]。電磁輻射主要通過熱效應、非熱效應及累積效應3種形式影響和危害機體的功能和健康，種種研究也表明這種危害在某種程度上是不可逆轉的、致命的[4-5]。同時由于電子化、信息化的快速發展，信息安全問題日益突出，電磁泄漏和輻射引起的泄密會對國家政治、經濟及軍事安全造成巨大危害[6]。當今社會，研究和開發具有電磁屏蔽功能的織物仍然是功能性紡織品研發的一個重要領域。本文主要研究電磁防護織物的生物學效應，旨在為電磁防護織物的開發和生產所借鑒。

1 試驗

1.1 試驗材料與儀器

試驗材料與儀器如表1所示。

表1 試驗材料與儀器

1.2 試驗方法

圖1 輻射試驗裝置

小鼠在試驗環境下喂養3～5 d后進行試驗。將小鼠稱體質量記錄后隨機分配，并將小鼠裝入27 cm×20 cm×8 cm、帶有一定孔隙的塑料方盒中進行輻射試驗，試驗裝置如圖1所示。每組使用不同類型的織物作為防護罩，0#組作為空白對照組在相同試驗環境下進行常規喂養，不進行輻射(零輻射組)，1#組則是在無任何防護措施的情況下對小鼠進行同等程度的電磁輻射(暴露組)。各組所用屏蔽材料如表2所示。其中，屏蔽值是衡量織物電磁屏蔽性能的重要指標，屏蔽值越大，屏蔽效果越好。4#織物的屏蔽值為51.87 dB，屏蔽效果最好；1#織物的屏蔽值為0.00 dB，無屏蔽效果。

輻射條件：頻率2 450 MHz，強度20 mW/cm2，每天照射60 min，連續照射10 d，最后一次照射完成稱體質量后立即活殺。

表2 各試驗組所用的屏蔽材料及其屏蔽值

電磁防護織物的生物學效應(電磁輻射使生物系統產生的與生命現象有關的響應)試驗及其指標測定在第四軍醫大學預防醫學系放射醫學實驗室與輻射生物醫學研究所提供的設備和技術指導下進行。

1.3 表征與測試

1.3.1 整體情況

記錄小鼠的生存狀況，包括每天的進食及活動情況、存活率及尾巴出血點等。

1.3.2 造血系統

采用眼球摘取法取血，對將血樣進行EDTA(乙二胺四乙酸)抗凝，再用質量分數為0.9%的生理鹽水對血樣進行2倍稀釋后進行各項指標測定。

1.3.3 免疫系統

取出小鼠胸腺，稱體質量，按式(1)計算胸腺指數。

(1)

以同樣的方法，按式(2)計算脾體比。

(2)

1.3.4 生殖系統

小鼠處死前1 h內稱體質量，處死后取雙側睪丸稱體質量，按式(3)計算睪丸指數。

(3)

2 結果與分析

2.1 小鼠每天活動及進食情況

記錄發現：輻射使小鼠產生明顯不適，出現食欲下降、發熱、掉毛、蜷縮、活動量減少、尾巴出血(圖2)、糞便及分泌物明顯增多等現象(圖3)。在照射第4天時，1#組(暴露組)出現一只小鼠死亡，由此可見輻射對小鼠的危害。

圖2 輻射前后小鼠尾巴的出血情況

(a) 輻射前

(b) 輻射后

2.2 體質量變化

每次輻射前對各組小鼠進行稱重，記錄體質量。選取5只最初體質量接近但被隨機分到5個組中的小鼠，假設照射過程中它們所受的輻射相等，對其體質量變化進行比較。

由圖4可以看出，各組小鼠的體質量整體呈增加趨勢，其中0#組小鼠體質量增加最快，1#組最慢。照射第3天時，1#～4#組小鼠體質量均出現不同程度下降，而0#組則保持增長。這很可能是小鼠受電磁輻射危害所致。此后，1#～4#組小鼠的體質量又逐漸增加，這與電磁防護織物的電磁屏蔽效能有關，說明電磁防護織物對小鼠有一定的保護作用，且這種保護隨織物電磁屏蔽效能的增加而增大。

圖4 不同防護條件下小鼠體質量的變化

2.3 外周血測試結果

一般認為血常規(血象)檢查是臨床中最有效、使用最多的診斷技術之一，血液成分的變化通常是疾病的早期反應。血常規檢測主要包括白細胞、紅細胞、淋巴細胞、血紅蛋白及血小板等各項指標。各組小鼠的眼球摘取法取血測試結果如表3所示。

由表3可見，相對于0#組小鼠，1#組小鼠在未防護情況下經一定量電磁輻射后，血小板明顯減小，紅細胞和白細胞明顯低于正常水平，而淋巴細胞及血紅蛋白含量升高，其余各組也出現類似的變化，但均比1#組更接近正常水平。說明電磁防護織物時小鼠有一定的保護作用。臨床試驗中，血小板是哺乳動物血液中的有效成分之一，是從骨髓成熟的巨核細胞胞質裂解脫落下來的具有生物活性的小塊胞質，在止血、傷口愈合等過程中具有重要作用。試驗小鼠血小板減小很可能是由于電磁輻射損傷了小鼠造血干細胞或影響了造血干細胞在骨髓中的增殖，進而影響多個造血細胞系統，表現為不同程度的紅細胞數、白細胞數異常等。臨床上認為，淋巴細胞較少可能是由放射引起的免疫性缺陷病[7]，經輻射的1#～4#組小鼠淋

表3 小鼠眼球摘取法取血測試結果

巴細胞均明顯減少，說明淋巴器官對該輻射更為敏感，而這在完全暴露輻射的1#組小鼠上表現得更為明顯，與輻射事實一致。血紅蛋白是生物體內負責運載氧的一種蛋白質，相對于0#正常組小鼠，其他受輻射的小鼠的血紅蛋白均有不同程度的升高(由于4#組小鼠處在屏蔽值最高的防護之下，小鼠受到的電磁輻射最少，小鼠基本處于正常活動狀態，出汗和驚恐情況較弱，所以血紅蛋白值接近0#組)。導致血紅蛋白偏高的原因很多，結合本試驗現象，可認為這是一種生理性升高，是由于小鼠在輻射過程中出現大量出汗、驚恐等情況引起的。結合以上試驗結果及分析可以看出，電磁防護織物對輻射有一定的屏蔽作用，且隨著織物的屏蔽值的增大，對應的小鼠的各項生命指標更接近正常值，說明屏蔽效能是決定織物防護效果的重要因素，屏蔽值越大，織物的防護效果越好。

2.4 生殖系統

試驗時，需對睪丸組織進行HE染色(即蘇木精-伊紅染色，是石蠟切片技術中常用的一種染色法)。取小鼠睪丸，先用Bouin’s試液固定，固定時間不少于24 h，分別用質量分數為70%、80%、95%及100%的酒精進行處理后脫水并用透明石蠟包埋。按冠狀面切片，HE常規染色，并在顯微鏡下觀察睪丸組織形態。

由表4可見：1#～4#組小鼠的睪丸指數相對于正常環境下的0#組小鼠均有所下降，其中1#組的睪丸指數最小，其他各組下降幅度較小，且織物屏蔽值越大，小鼠的睪丸指數越接近正常值。輻射對小鼠的生殖器官造成了一定的損害，影響了幼齡雄鼠睪丸組織的發育，造成睪丸指數下降、精子畸形率增加等損傷，這可能主要都是輻照引起睪丸組織過氧化損傷、性激素受體及分子的異常表達而引起的[8]，具體的損傷機理還有待專業人員進一步探討。2#、3#和4#組小鼠的睪丸指數雖有所減小，但整體均比1#暴露組好，且隨著屏蔽值的增大，睪丸指數趨于正常，說明電磁防護織物對小鼠具有一定的保護作用。

表4 小鼠睪丸指數

2.5 免疫系統

一般情況下，免疫系統對輻射損傷的敏感性高于其他的組織和細胞。有研究發現機體對射線最為敏感的免疫器官是胸腺，其次是脾臟[9]，所以本試驗著重對這兩種器官進行了分析。

由表5可見：小鼠機體受射線照射后胸腺指數、脾體比均出現下降，其中1#暴露組的最低， 4#組最接近0#組正常小鼠的水平。說明輻射對小鼠的免疫系統有一定的損傷，而電磁防護織物可在一定程度上減小這種傷害。

表5 各組小鼠胸腺指數及脾體比

3 小結

——電磁輻射會對小鼠造血、免疫及生殖等系統造成明顯的傷害，嚴重時可導致死亡，所以有必要對電磁輻射采取一定的防護措施。

——屏蔽值是表征織物電磁屏蔽性能的重要指標，織物的防護作用隨織物屏蔽值的增加而增強。

——電磁輻射中的微波輻射廣泛存在于通信、醫療、工業及家用等領域，給人們的健康帶來許多隱患，會造成機體造血、免疫等系統功能的失調，甚至造成不可逆的損傷。試驗測試頻率選用微波頻帶中具有代表性的2 450 MHz，研究可為微波類電磁防護織物的開發和生產所借鑒，但關于電磁屏蔽織物其他頻率范圍內的防護性能還需做進一步的驗證。

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Research on the biological effects of electromagnetic protection fabric

LiHuigai1,YangMiaomiao2,LinLing3

1.JiangxiProvincialModernResearchCenterofClothingEngineeringTechnology,Nanchang/China2.FacultyofTextiles&Materials,Xi’anPolytechnicUniversity,Xi’an/China3.NingboAdvancedTextileTechnology&FashionCADKeyLaboratory,Ningbo/China

Different types of electromagnetic protection fabrics were used for biological experiments to study the protective effect of fabrics. The results showed that some significant damage to the hematopoietic, immune and reproductive systems of mouse, even death was caused by electromognetic radiation. By the same dose of electromagnetic radiation, the protective effect of electromagnetic protection fabric on mice was better than that of unprotected mice, which indicated that shielding fabric had protective effect on mice, and the greater the fabric's shielding value, the better protective effect would be.

electromagnetic protection; biological effects; shielding value