生物體電磁兼容研究
——磁刺激對大鼠心電的影響

孫利平 長沙學院

一、電磁場基本理論

正式發表的關于電的第一條定量定律是庫侖定律(Coulomb， 1785 ) 0 1820 年奧斯特(Oersted，丹麥)發現通電的導線對磁針有作用力。畢奧一薩伐爾確定了這個力正比于電流強度，反比于導線與磁極的距離。與此同時安培(Ampere 把磁性歸結為電流和電流的相互作用，提出安培定律。但安培被自己提出的超距作用的分子電流假說所迷惑，沒能夠發現電磁感應現象。這個對形成電磁場的概念致關重要的現象在1831 年被法拉第(Friday)發現。法拉第創建的力線和場的概念意味深長。麥克斯威(Maxwell，1865)在此基礎上建立了電磁場的完整理論一一麥克斯威方程。

通過大量的電磁場運算，可得出電磁輻射下生物體某一點處的電磁場計算的經驗公式。在運算過程中，避開了復雜的生物體自身原有電磁場的分析，但在運算過程中又考慮到了生物體在電磁波進入時的反射透射特性，所選用的磁導率，介電常數，電導率等參數都是在考慮生物體自身特性前提下得出的值。從理論上講，只要電磁波和生物體的物理模型確定，生物體內部的任一點的新的電磁場強度就可以求出，生物體某處的新電場求出以后，再對其進行各項參數的分析歸納以得出電磁輻射對生物體的影響，如利用電磁場強度求出生物體吸收功率密度等等，為進一步深入研究電磁輻射對生物體的影響奠定了基礎。

二、生物體電磁兼容實驗

（一）關于電磁兼容

人在距離感壓電纜太近時，會在停駐一段時間之后發生神經系統、免疫系統、內分泌系統、心血管系統、生殖系統等的一系列反應與變化。Sazonova T. Ye 在1971年報道，人在16kV/m 場強下停留30 分鐘后，其行為會有所改變。Hanf R.等在19741982 年連續報道，人在1kV/m， 15kV/m 及20kV/m 電場中短時間停留，可以出現反應變快、白細胞上升和一些激素的變化，但腦電圖沒有發現變化。后來又有人報道，12 個人在40}SOkV/m下停留3 分鐘，發現腦電圖的變化。

（二）兼容實驗設計思想

試驗的內容和目的：

1.設計磁刺激器刺激大鼠試驗，分析試驗結果得出幾點規律。

2.簡述心電產生基本原理，討論磁刺激導致心電變化的原因，為研究磁刺激對生物的影響及治療胸悶，心疼痛等疾病的機理提供理論基礎。

（三）磁刺激的介紹

心臟磁刺激試驗系統從功能上包括刺激信號發生、磁場激勵、勝利信號采集、試驗裝置狀態檢測及相關的信號分析處理功能模塊。刺激型號發生器產生包括正弦波、方波、脈沖波、等刺激信號，本試驗采用脈沖波，送入由功率放大器與線圈構成的磁場激勵部分，產生所需的磁刺激激勵。同時由生理信號采集、試驗裝置狀態監測部分對試驗對象的ECG 及加載在線圈上的電壓、通過線圈的電流及試驗點的磁場強度進行監測，并由相關的數據分析軟件對數據進行分析處理。見圖1。

圖1 心臟磁刺激試驗系統的結構

（四）提起布置以及實驗過程介紹

實驗溫度為20 攝氏度。實驗準備過程中，先把大白鼠麻醉，放到特定的箱子里。然后把針電極固定到它的兩條前足和一條后足的皮下以觀測心電。然后，把電極連接到與信號分析機相連的功率放大器上。實驗開始前記錄幾組正常心電圖之后，打開場源開關，準備實驗。其中實驗所需要的材料清單見表1.

表1

實驗過程中讓線圈靠近大白鼠。磁場強度分梯次增加，同時，對應每一個磁場強度選擇幾個特定的頻率進行實驗。每一次實驗全過程記錄大鼠心電圖。每一次實驗開始時保證大白鼠心電恢復到正常心電狀態。

1.無刺激的時候

無刺激的時候，心電圖比較平緩。大鼠的心電反應良好，心電幅數值約為0.4mV.

2.刺激中

刺激中，大鼠的心電圖有明顯變化。分別采用了幾種積極形式的。12040A. 5Hz、15960A. 5Hz、15960A. 0.2Hz、24080A. 5Hz。

當脈沖刺激進行時，在脈沖作用的瞬間，大白鼠心電被外界磁刺激激勵，出現極強的電信號。在脈沖刺激進行過程中，當頻率都是5Hz，線圈電流分別為12040A， 15960A， 24080A 時，大鼠的心電幅值分別約為0.8mV，2mV， 4.5mV，同時也觀察了刺激頻率在20Hz和0.2Hz 時的情況，發現頻率一定時心電幅值隨著線圈電流的增大而增大。在脈沖刺激進行過程中，刺激強度一定頻率改變時，刺激對大鼠心電幅度沒有影響。綜上所述，刺激正在進行時，刺激強度是影響大鼠心電幅值的重要因素。

3.刺激后

刺激結束后的大白鼠心電情況：外界脈沖磁場為15960A 和20Hz 時，刺激對大鼠心電基本上沒有什么影響，當外界脈沖磁場為15960A 和5Hz，24080A 和5Hz 時，刺激對心電有稍許影響。當刺激頻率為15960A 和0.2Hz 時，影響相當劇烈，磁刺激結束后，當刺激強度一定時，刺激對心電的影響將隨著頻率的逐漸降低而加劇。磁刺激結束后，當刺激頻率一定時，刺激強度的改變對心電幾乎沒有影響。由此可以看出：刺激結束后，刺激頻率是影響大鼠心電的重要因素。