电磁辐射的损伤与防护

中华劳动卫生职业病杂志2003年 lO月第 2l卷第5期 Chin J Ind Hyg Occup Dis，October 2003，Vo1．21，No．5 电磁辐射的损伤与防护 王德文 彭瑞云 电磁辐射存在广泛，既见于核武器爆炸及炸药、 炮弹爆炸，也见于雷达和人类生存环境 中。电磁辐 射武器(即定 向能武器 ，包括高功率微波武器和 电磁 脉冲武器 )更是 当前加 紧研 制 的高技 术武器 之 一。 电磁辐射可对电子仪器、通讯 、测试 系统造 成严重的 破坏 ，同时对生物体也具有致伤效应，目前 已成为医 学领域的重大研究课题。 一 、 电磁辐射 的致伤机制 1．热效应：(1)温度 升高改变 了细胞膜 的结构。 升温使细胞膜中的蛋白质分子与类脂分子的组成和 排列发生变化，并使细胞膜离子(K 、Na 、cl一等) 通透性增加。(2)温度升高 影响血液循环 。升 温过 高可致病理性充血、出血、水肿及 血栓形成。(3)温 度升高影响细胞分裂和增殖。升温过高可造成细胞 分裂停滞和间期死亡(包括凋亡和坏死)。(4)升温 影响亲水蛋 白质分子和 DNA的构象或状 态及其 生 化反应过程。适 量升温可提高其 生物功能 ，加速 生 化反应过程 ；而过量升温则损伤其结构 ，阻抑 生化反 应过程，甚至发生热凝固。概言之，微波的热效应机 制主要在于温度 升高后加 热 了机体 组织结 构 中“生 物水”的结果 。 2．非热效应：微 波的非热效 应是 电磁辐 射生物 医学研 究领域 中最关注的热点之一。非热效应 的变 化主要发生在细胞和分子水平上，进而影响其生物 物理和 生物化学反应过程 ，基 因、细胞 因子、信 号转 导通路等发生改变，并引起相应的组织器官和整体 的损伤效应。非热效应对机体的作用可能通过如下 途径致伤 ：(1)细胞产 生电场振荡致伤 学说。 由于几 乎所有细胞均存在相干振荡(其振荡基频约为0．1 x 1 012 Hz)，当细胞 受微 波照射后 由于产生 电磁场和 电磁振荡而致伤 。(2)脑组 织的钙通道异 常和钙 浓 度 内外失衡致伤 学说 。脑组织神经细胞 受微波照射 后，Ca2 通道 受到破坏 ，Ca 大量释放溢 出，尤其在 调制频率段，其 Ca 的排 出达 到高 峰，从 而导致 神 经系统的损伤。(3)振荡电场中细胞转动致伤学说。 活性细胞受到 外加振 荡 电磁 作用 时(尤其 频率为 1 kHz～100 MHz)，细胞将 围绕垂 直于 电磁 的轴线 转 作者单位：100850北京，军事医学科学院放射医学研究所实验病 理研 究室 32l · 专 家 笔 谈 · 动，同时还产生谐振效应，从而导致细胞发生损伤。 (4)在外加电场中细胞膜击穿(破裂)致伤学说。外 加电场可造成细胞膜 的细 小孔 洞和沟道形成 ，细小 孔洞相互融合扩大，致使细胞膜发生破裂，从而导致 细胞膜渗透性改变，致使在正常情况下不能通过细 胞膜 的离子、亲水分子、病毒颗粒、DNA、蛋 白质等得 以进 出细胞。(5)自由基损伤 效应 学说。电磁场可 以影响顺磁性 自由基 的复合 率，从 而影响 自由基 的 寿命，即影响 自由基的瞬时浓度，从而发生一系列的 损伤效应。电磁波的非热效应突出特点是，机体组 织细胞对 电磁波 的应答具有“窗效应”特异性 ，即具 有频率特异性(“频率窗”)和功率特异性(“功率窗”， 也称为“振幅窗”)，前者指生物效应(即生物应答反 应)，只对一定频率的电磁波最敏感、最 明显，后者指 只对一定功率(强度)的电磁波最敏感 、最 明显。但 迄今 ，关于不 同组织器官、细胞 的生理和 生化及病理 损伤的“频率窗”和“功率窗”尚未阐明。 二 、电磁辐射的损伤 效应 中枢神经系统、内分泌系统、心血管系统、生殖 系统、造血系统、免疫系统、视觉系统为电磁辐射损 伤的主要靶系统，其中神经系统损伤尤为突出，既引 起早、中期损伤，也造成远、后期病变。 1．对中枢神经系统的影响：中枢神经系统是微 波辐射最敏感的部位。主要引起神经精神的障碍 ，甚 至出现“脑震荡综合征”及帕金森病、肌萎缩侧索硬化 等病症。长期从事通信业的工作者患老年性痴呆的 发生率为对照组的3．22倍，职业性接触工频电磁场 的女工老年性痴呆发病率也明显升高。大鼠Y迷官 试验表明，在 6 mW／cm2微波照射后，动物行动迟 缓、 逃避反射错误率增加、攻 击行为下 降、探究性行为降 低、警戒性辨别行为低下，其中脉冲微波对行为的影 响比连续微波更为明显。脑部病变可累及各个脑区， 尤其海马、丘脑、下丘脑、大脑皮层和小脑皮层更 为明 显，主要表现为神经细胞的营养不良性改变和超微结 构损伤，神经突触变化多较明显，并常见神经胶质和 髓磷脂的代谢紊乱，晚期则发生脑萎缩。脑组织中多 种酶活力下降，多巴胺受体系统、阿片受体系统 、氨基 酸受体系统等均发生障碍，并见五羟色胺 N．乙烯基 转移酶活力下降。海马切片中NO、腺嘌呤基和色氨 维普资讯 http://www.cqvip.com 中华劳动卫生职业病杂志 2003年 l0月第 2l卷第 5期 Chin J Ind Hyg Oeeup Dis， H 2O03，Vo1．21，No．5 酸活性表达异常。近年报道，长期使用手机者易发生 脑部肿瘤，并与使用方向具有一致性(如右侧使用者， 肿瘤多见于右侧)，但尚未在动物实验中得到证实。 2．对 内分 泌、心血 管及 免疫系统 的影响：普通 功率电磁波早期即可造成垂体多种激素紊乱和促肾 上腺皮质激素、皮 质酮、类皮 质激素、甲状腺 素等升 高，后期则呈现下降。垂体、肾上腺、甲状腺细胞均 出现营养不良性改变，凋亡增多，并持续较长时间。 同时睾丸生精细胞和间质细胞发生损伤，睾酮水平 下降，卵巢也见卵泡细胞退变、雌激素分泌紊乱。 中高功率电磁波常引起心肌细胞的损伤，特别 是窦房结、房室结、传导纤维的病变更为明显，轻者 会导致细胞退变，重者则细胞坏死和凋亡。心电图 可见 T波倒置 、sT段升高 、传 导阻滞等 ，甚 至出现缺 血性改变、心前区疼痛及血压的波动。上述变化在 照射后早期即可发生，并持续较长时间。血管病变 一 般较心脏为轻，严重时可 出现血管痉挛、血容量减 少 ，导致皮肤苍 白、全身无力或晕厥 。 免疫系统对电磁波较为敏感 ，主要引起免疫抑制 反应、功能下降，早期可见外周血淋 巴细胞减少 ，T细 胞及其亚群比例 失调，免疫球 蛋 白下 降，白细胞吞噬 功能减弱，外周血淋巴细胞凋亡率增高，淋巴组织 (脾、淋 巴结、胸腺等)淋巴细胞变性、凋亡和坏死。浆 细胞、网织细胞也常见不同程度的损伤。动物实验表 明，高功率电磁波照射后 1年，淋 巴组织重建不 良。 5．对造血系统的影响 ：中小功 率电磁 波照射后 早期 即见外周血红细胞、白细胞 、血 小板不同程度 降 低 ，高功率照射后更明显。骨髓组织早期即见充血 、 出血、水肿，粒系、红系细胞和巨核细胞发生退变，甚 至凋亡和坏死，DNA含量降低，细胞增殖能力下降， 1 4-周更 为 明显，造血细胞 数量减 少，脂肪细胞 增 多，并见“巨核细胞被 噬”现象及凝血 功能下 降。上 述损伤可持 续 1年 以上仍未 完全恢复 ，造 血组织 呈 重建不 良现象。 6．对生殖 系统和 子代 的影响 ：动物 实验表 明， 电磁波照射对生殖 的影响主要是妊娠率 降低 、着床 位点减少、胚胎发育迟缓、畸胎率增加、死胎率升高、 胎鼠和仔鼠体重下降、性别比例失调，并多见脑发育 异常，同时仔 鼠的免疫功 能减 弱。虽然生殖损伤效 应受多种因素的影响(如功率、频率、受照时机等)， 但电磁波对性腺 、生殖、子代的危害不可忽视。 7．对 眼的损伤 ：晶状体对 电磁波尤 为敏感 ，损 伤 出现早而且明显。主要表现为晶状体前囊和后囊 水肿、凝 聚，轻者 出现局灶性混 浊，重者全 晶状体 混 浊，并见前囊上皮细胞和赤道部细胞变性坏死。动 物实验表 明，大功率 电磁 波照射后 1个月 晶状体 即 见发生上述病变，6个月后增多、加重，1年时全部发 生。角膜的病变较晶状体轻，主要是上皮变薄、细胞 变性和坏死，并见糜烂或溃疡发生。基质也常见解 离现象。视网膜病变最轻，主要是色素紊乱，颗粒层 细胞和视杆、视锥细胞变性，病变不仅限于黄斑部， 波及范 围一般较大。 8．对其他器官系统的影响：对消化腺的影响比 消化道明显，主要是肝功能异常，转氨酶活力升高， 肝细胞退行性变，超微结构病变更为明显，严重时发 生细胞凋亡 、脂肪 变性，偶有小灶状 肝细胞坏死 ，晚 后期有肿瘤发生。胰腺于后期常见萎缩，腺末房萎 缩变小，酶原颗粒减少，并可见胰岛细胞变性、坏死。 唾液腺(如颌下腺等)也常见末房细胞的退行性病 变。食道、胃、小肠、大肠等消化道偶见黏膜低平、腺 窝细胞核分裂减少。泌尿系统中，肾脏较为敏感，主 要是累及肾小管，表现为重吸收功能下降，近曲和远 曲小管 上皮 变性坏 死 ，肾小球 细胞 偶有 变性 ，BUN 水平升高。 9．电磁波的致癌作用：据报道，居民受较高强度 电磁波影响后致癌率约为对照人群的 3—4-倍。最常 见的恶性肿瘤为 白血病(可增高6 7倍)，其次为消 化系统癌症和皮肤癌。长期使用手机者，脑部肿瘤有 增多趋势。动物实验发现，于高功率电磁波照射后9 12个月，可见甲状腺癌，并可见增生性病变(如卵巢 脂肪瘤、子宫 内膜增 生症、乳腺增生症 等)，但迄今 尚 未见肿瘤发生与功率、频率、时间等相关关系的报道。 四、关于电磁辐射损伤的防护 无论从 事 电磁 波作 业或接触 电磁波 ，抑或 战时 遭受高功率 电磁 波损伤 的人 员，防护是非常重要 的。 其 防护包括物理 防护和医学防护。物理 防护主要是 指应用防护材料制成的单兵用防护服或集体防护措 施(如消波或吸收材料)。其 中，研 究纳米材料、陶瓷 材料用于电磁波防护是 当前的主要趋势。据悉，系 列防护装具(包括头、眼、躯体 )也 已研制成功 。医学 防护主要是指应用药物进行防护和治疗。虽然目前 尚未见理想的防护药物的报道，但针对前述各系统 电磁波损伤的预防和治疗药物均可使电磁波损伤减 轻。研制和(或)筛选抗电磁辐射(主要是对神经系 统的损伤)的药物以及细胞因子是本领域 当前和未 来的重要方向之一。 (收稿 日期：2003-09．27) (本 文编辑 ：何 雅晖 ) I l r 维普资讯 http://www.cqvip.com