电磁辐射的生物学效应及生物医学应用
电磁场的生物学效应
众所周知，高强度的电磁场对生物体有危害作用，可发生在整体、组织、细胞和分子水平上。人们普遍认为，频率在300MHz～300GHz之间的电磁波有较强的生物学作用，尽管这种作用可发生在不同的水平上，但并不代表这些作用是各自独立的，相反是同种作用在不同水平上的具体体现。
一、电磁辐射的生物整体效应：
电磁场能从整体角度影响实验动物或人的功能、组织结构，导致神经系统、免疫系统、内分泌系统及血液系统功能紊乱，直观表现为生物体温升高、血压及心律变化。例如，多年接触大功率辐射者、工作环境有超过卫生防护标准的微波辐射者，其脑电图均有所变化，个体表现为抑郁、反应迟钝、神经衰弱征候群以及条件反射受抑制等。电磁波对神经系统的影响首先体现在对血脑屏障上。国外有专家用电镜观察表明，微波辐射能使动物的血脑屏障渗透性增高。其机制是内皮细胞胞饮
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作用加强、非细胞间隙开放所致，这种作用最终导致神经系统功能的破坏。然而电磁场也有其有利的一面，用均匀的交变磁场对小白鼠的自主活动和戊巴比妥钠阈下催眠影响进行实验研究，结果发现该磁场有一定的镇静、催眠作用。有研究表明，采用50Hz的电磁场辐射动物，可整体影响其肌肉的微循环系统，并且会影响动物整体的心血管系统。所有这些生物系统的变化都反映了电磁辐射的整体效应。
二、电磁辐射的细胞效应：
在整体效应上，电磁辐射主要引起神经系统改变，神经细胞是其作用的主要靶点。长时间的电磁辐射可引起细胞形态和功能的改变，影响生物大分子，包括DNA、RNA和蛋白质的合成以及细胞的增殖与分化，是引发细胞癌变的主要因素之一。科学家调查了电磁场对人体健康的潜在危害作用，结果表明儿童白血病的发生与是否经常接近供电线路或变压设备有一定的关系。如果儿童经常接触1～2
mG强度的电磁场，其白血病发病率是其他儿童的两倍，若接触4～5mG强度的电磁场，则患病率会增大6倍，另外，妇女乳腺癌的发病同电磁场也有关系。除此之外，微波辐射、脉冲电磁场和紫外线辐射等还有致突变、致畸型等作用。有研究发现，中国白鼠经2450MHz微波照射3～5小时后，其髓细胞染色体粘着增多。为制定职业性急性微波病诊断标准，人们研究了微波辐射对白细胞、红细胞和血小板的作用，结果发现这种危害作用同微波的许多参数有关，为白血病的发病机理研究提供了理论依据。关于低频电磁场的作用机理，目前还存有争议。有专家研究表明，脉冲电磁场的作用时间不同，对细胞的效应也不同。例如，较短时间，即小于10分钟的电磁场辐射能促进细胞的增殖；而较长时间，即大于10分钟的电磁场辐射则可抑制细胞的增殖。另外，当电磁场作用条件相同时，细胞的密度也会影响实验结果，主要体现在电磁场的直接效应、间接效应和后续效应上。
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三、电磁辐射的生物膜效应：
体现在生物膜上的电磁辐射效应主要有离子通道通透性的改变、细胞膜电位的变化、外周膜蛋白的脱落、膜流动性的改变、膜脂质过氧化的改变和膜上酶活性的改变等。例如，人们发现微波辐射同脉冲电磁场都存在影响膜流动性的效应。有人用900
MHz微波连续辐射雄性小白鼠，结果发现当辐射强度每方厘米为1mW时，能引起小白鼠全血中的谷胱甘肽过氧化物酶活性降低、丙二醛含量升高。还有人对小鼠，采用选择电场作用5分钟，即显著促进细胞增殖时间；又采用选择电场作用15分钟，即显著抑制细胞增殖时间。其结果发现，当电场作用5分钟时，即刻引起细胞膜流动性的显著增加；而当电场作用15分钟时，细胞需要经过一段时间，即30分钟的温浴才表现出膜流动性的显著降低，这说明不同作用时间和不同作用强度的电磁辐射能引起生物膜流动性的显著升高或降低，这种作用是可逆的，并且能够影响细胞的分裂能力。
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微波作用将导致细胞膜局部温度升高，使得该处由液晶态转变成真液态，其流动性增加、通透性改变，并且膜结合蛋白的形态和功能亦随之改变，造成细胞损伤。其原因有两个：一是，电磁场的场力会对细胞膜产生影响，低频时，可使细胞膜上产生的电位差达数毫伏，从而使细胞受激励；高频时，电位差非常小，不足以使细胞受激励，但高频电磁场会影响细胞膜中的脂质而改变生物膜的通透性，从而改变膜的静息电位。二是，电磁场场力所感应的离子流会影响细胞膜附近的离子分布，进而影响细胞功能。另外，电磁场的场力还可使细胞生物分子产生胁迫振动，当频率相同时会发生共振，同样对细胞有危害作用。
四、电磁辐射的自由基效应：
电磁场作用不仅能引起生物膜脂质过氧化的改变，同时还能影响脂质过氧化产物丙二醛的量，并且对膜上抗氧化酶的活性也有影响，所有这些都从另一个侧面反映了电磁辐射对自由基的影响。自由基是含未偶电子的顺磁性物质，其生成和代谢在正常生理活动中处于某一动态平衡，但因外界因素改变使其浓度瞬时升高或降低都会导致细胞功能的损伤。自由基因其含未配对电子而具有磁矩，能跟外周电磁场相互作用，影响其正常的代谢和生化反应，从而影响其寿命，改变其绝对浓度或相对浓度，都会引起一系列生物学效应。电磁辐射的自由基效应反映在多个方面：首先是，电磁场能够直接作用于自由基分子，除了能够使其产生电离外，还能使自由基的电子产生胁迫振动，导致电子偏离正常的运行轨道；其次是，电磁辐射还能影响自由基的代谢、抗氧化酶的活性和氧化产物的含量，从而引起机体氧化应激态的改变。有研究者利用915MHz低剂量的微波辐射小鼠时，测得其脾脏的过氧化物岐化酶活性降低，用聚丙酰胺凝胶电泳测得其过氧化物岐化酶的电泳图发生变化，脂质过氧化物增加。这表明，低剂量的微波辐射对小白鼠过氧化物岐化酶系统具有明显的损伤作用，并使有害的脂质过氧化物增加。关于电磁辐射作用于自由基的机制，目前人们认为：自由基由于其非偶电子而具有磁矩，从而能跟电磁场相互作用复合成为三重态；另外电磁辐射作为外界因素，当其作用于机体产生的自由基时，还可充当信号分子角色，调节机体的代谢。有研究者用实验证明，化学上高度活泼的自由基可以调节生物大分子与电磁场之间的相互作用；另外，射频辐射和脉冲电磁场作用都能够诱发机体一氧化氮含量的升高，调节神经系统的信号传导。
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电磁场在生物医学中的应用
脉冲电磁场能够引起细胞膜电穿孔和细胞电融合，这种穿孔作用是瞬间的，当脉冲作用停止后，细胞膜上的穿孔会自动闭合，当脉冲作用增强时，则在发生电穿孔的同时会伴有电融合现象的发生。
一、电穿孔：
在细胞外施加短时强脉冲作用时，能在细胞膜上形成微孔，引起生物膜通透性的改变，这种作用称为电穿孔。电穿孔又可称作电导入、电转染。
这种电穿孔技术在将外源基因导入细胞内的实验研究中得到广泛应用，并为癌症、艾滋病的治疗提供了依据。癌症是众所周知的疑难病症，传统的治疗方法多为化学疗法、手术疗法与放射疗法，虽然有一定疗效，但副作用往往很大。如果将电穿孔与化疗相结合，必将是治疗肿瘤行之有效的方法之一。国外有专家就研究了这种电通透与化疗联用法，给予患有黑色素瘤的小鼠化疗药物争光霉素及电磁脉冲治疗，小鼠的肿瘤明显减小，其中57%小鼠的肿瘤已经测量不到。
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二、电融合：
电融合是指在电场作用下，细胞膜上产生小孔，从而使得两个或几个互相比较靠近的细胞融合在一起，是细胞生物学、体细胞遗传学研究的崭新手段。国内有研究者观察了鸡血细胞之间、鸡血细胞和兔血细胞之间、兔血细胞之间的电融合现象，为不同种属间的细胞杂交提供了理论依据。电融合能实现细胞杂交，从而制造出某些新的细胞，应用细胞融合技术建立能分泌特异单克隆抗体的杂交瘤细胞株已经成为一种稳定、高效的细胞融合手段。另外，这种技术也可用于植物细胞或微生物原生质体的融合，例如酵母细胞原生质体的融合。电融合受很多参数的影响，首先是温度和电导率影响融合率；吸附或包裹在膜双层中的不同膜活性物质也能影响融合率；但最重要的还是电磁辐射的脉冲强度、脉冲次数等参数。
综上所述.电磁辐射有广泛的生物学效应。据此，人们可在日常生活中对其进行有目的地应用与防护。21世纪是生命科学的世纪，生物学与电磁学的交叉——生物电磁学，也势必成为人们研究的热点和焦点。, http://www.100md.com(王长振)
众所周知，高强度的电磁场对生物体有危害作用，可发生在整体、组织、细胞和分子水平上。人们普遍认为，频率在300MHz～300GHz之间的电磁波有较强的生物学作用，尽管这种作用可发生在不同的水平上，但并不代表这些作用是各自独立的，相反是同种作用在不同水平上的具体体现。
一、电磁辐射的生物整体效应：
电磁场能从整体角度影响实验动物或人的功能、组织结构，导致神经系统、免疫系统、内分泌系统及血液系统功能紊乱，直观表现为生物体温升高、血压及心律变化。例如，多年接触大功率辐射者、工作环境有超过卫生防护标准的微波辐射者，其脑电图均有所变化，个体表现为抑郁、反应迟钝、神经衰弱征候群以及条件反射受抑制等。电磁波对神经系统的影响首先体现在对血脑屏障上。国外有专家用电镜观察表明，微波辐射能使动物的血脑屏障渗透性增高。其机制是内皮细胞胞饮
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作用加强、非细胞间隙开放所致，这种作用最终导致神经系统功能的破坏。然而电磁场也有其有利的一面，用均匀的交变磁场对小白鼠的自主活动和戊巴比妥钠阈下催眠影响进行实验研究，结果发现该磁场有一定的镇静、催眠作用。有研究表明，采用50Hz的电磁场辐射动物，可整体影响其肌肉的微循环系统，并且会影响动物整体的心血管系统。所有这些生物系统的变化都反映了电磁辐射的整体效应。
二、电磁辐射的细胞效应：
在整体效应上，电磁辐射主要引起神经系统改变，神经细胞是其作用的主要靶点。长时间的电磁辐射可引起细胞形态和功能的改变，影响生物大分子，包括DNA、RNA和蛋白质的合成以及细胞的增殖与分化，是引发细胞癌变的主要因素之一。科学家调查了电磁场对人体健康的潜在危害作用，结果表明儿童白血病的发生与是否经常接近供电线路或变压设备有一定的关系。如果儿童经常接触1～2
mG强度的电磁场，其白血病发病率是其他儿童的两倍，若接触4～5mG强度的电磁场，则患病率会增大6倍，另外，妇女乳腺癌的发病同电磁场也有关系。除此之外，微波辐射、脉冲电磁场和紫外线辐射等还有致突变、致畸型等作用。有研究发现，中国白鼠经2450MHz微波照射3～5小时后，其髓细胞染色体粘着增多。为制定职业性急性微波病诊断标准，人们研究了微波辐射对白细胞、红细胞和血小板的作用，结果发现这种危害作用同微波的许多参数有关，为白血病的发病机理研究提供了理论依据。关于低频电磁场的作用机理，目前还存有争议。有专家研究表明，脉冲电磁场的作用时间不同，对细胞的效应也不同。例如，较短时间，即小于10分钟的电磁场辐射能促进细胞的增殖；而较长时间，即大于10分钟的电磁场辐射则可抑制细胞的增殖。另外，当电磁场作用条件相同时，细胞的密度也会影响实验结果，主要体现在电磁场的直接效应、间接效应和后续效应上。
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三、电磁辐射的生物膜效应：
体现在生物膜上的电磁辐射效应主要有离子通道通透性的改变、细胞膜电位的变化、外周膜蛋白的脱落、膜流动性的改变、膜脂质过氧化的改变和膜上酶活性的改变等。例如，人们发现微波辐射同脉冲电磁场都存在影响膜流动性的效应。有人用900
MHz微波连续辐射雄性小白鼠，结果发现当辐射强度每方厘米为1mW时，能引起小白鼠全血中的谷胱甘肽过氧化物酶活性降低、丙二醛含量升高。还有人对小鼠，采用选择电场作用5分钟，即显著促进细胞增殖时间；又采用选择电场作用15分钟，即显著抑制细胞增殖时间。其结果发现，当电场作用5分钟时，即刻引起细胞膜流动性的显著增加；而当电场作用15分钟时，细胞需要经过一段时间，即30分钟的温浴才表现出膜流动性的显著降低，这说明不同作用时间和不同作用强度的电磁辐射能引起生物膜流动性的显著升高或降低，这种作用是可逆的，并且能够影响细胞的分裂能力。
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四、电磁辐射的自由基效应：
电磁场作用不仅能引起生物膜脂质过氧化的改变，同时还能影响脂质过氧化产物丙二醛的量，并且对膜上抗氧化酶的活性也有影响，所有这些都从另一个侧面反映了电磁辐射对自由基的影响。自由基是含未偶电子的顺磁性物质，其生成和代谢在正常生理活动中处于某一动态平衡，但因外界因素改变使其浓度瞬时升高或降低都会导致细胞功能的损伤。自由基因其含未配对电子而具有磁矩，能跟外周电磁场相互作用，影响其正常的代谢和生化反应，从而影响其寿命，改变其绝对浓度或相对浓度，都会引起一系列生物学效应。电磁辐射的自由基效应反映在多个方面：首先是，电磁场能够直接作用于自由基分子，除了能够使其产生电离外，还能使自由基的电子产生胁迫振动，导致电子偏离正常的运行轨道；其次是，电磁辐射还能影响自由基的代谢、抗氧化酶的活性和氧化产物的含量，从而引起机体氧化应激态的改变。有研究者利用915MHz低剂量的微波辐射小鼠时，测得其脾脏的过氧化物岐化酶活性降低，用聚丙酰胺凝胶电泳测得其过氧化物岐化酶的电泳图发生变化，脂质过氧化物增加。这表明，低剂量的微波辐射对小白鼠过氧化物岐化酶系统具有明显的损伤作用，并使有害的脂质过氧化物增加。关于电磁辐射作用于自由基的机制，目前人们认为：自由基由于其非偶电子而具有磁矩，从而能跟电磁场相互作用复合成为三重态；另外电磁辐射作为外界因素，当其作用于机体产生的自由基时，还可充当信号分子角色，调节机体的代谢。有研究者用实验证明，化学上高度活泼的自由基可以调节生物大分子与电磁场之间的相互作用；另外，射频辐射和脉冲电磁场作用都能够诱发机体一氧化氮含量的升高，调节神经系统的信号传导。
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脉冲电磁场能够引起细胞膜电穿孔和细胞电融合，这种穿孔作用是瞬间的，当脉冲作用停止后，细胞膜上的穿孔会自动闭合，当脉冲作用增强时，则在发生电穿孔的同时会伴有电融合现象的发生。
一、电穿孔：
在细胞外施加短时强脉冲作用时，能在细胞膜上形成微孔，引起生物膜通透性的改变，这种作用称为电穿孔。电穿孔又可称作电导入、电转染。
这种电穿孔技术在将外源基因导入细胞内的实验研究中得到广泛应用，并为癌症、艾滋病的治疗提供了依据。癌症是众所周知的疑难病症，传统的治疗方法多为化学疗法、手术疗法与放射疗法，虽然有一定疗效，但副作用往往很大。如果将电穿孔与化疗相结合，必将是治疗肿瘤行之有效的方法之一。国外有专家就研究了这种电通透与化疗联用法，给予患有黑色素瘤的小鼠化疗药物争光霉素及电磁脉冲治疗，小鼠的肿瘤明显减小，其中57%小鼠的肿瘤已经测量不到。
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二、电融合：
电融合是指在电场作用下，细胞膜上产生小孔，从而使得两个或几个互相比较靠近的细胞融合在一起，是细胞生物学、体细胞遗传学研究的崭新手段。国内有研究者观察了鸡血细胞之间、鸡血细胞和兔血细胞之间、兔血细胞之间的电融合现象，为不同种属间的细胞杂交提供了理论依据。电融合能实现细胞杂交，从而制造出某些新的细胞，应用细胞融合技术建立能分泌特异单克隆抗体的杂交瘤细胞株已经成为一种稳定、高效的细胞融合手段。另外，这种技术也可用于植物细胞或微生物原生质体的融合，例如酵母细胞原生质体的融合。电融合受很多参数的影响，首先是温度和电导率影响融合率；吸附或包裹在膜双层中的不同膜活性物质也能影响融合率；但最重要的还是电磁辐射的脉冲强度、脉冲次数等参数。
综上所述.电磁辐射有广泛的生物学效应。据此，人们可在日常生活中对其进行有目的地应用与防护。21世纪是生命科学的世纪，生物学与电磁学的交叉——生物电磁学，也势必成为人们研究的热点和焦点。, http://www.100md.com(王长振)