大鼠胚胎期暴露高频电磁场的操作行为测试
作者：吴锡南 Michael Bornhausen 刘苹
单位：650031 昆明医学院卫生系(吴锡南 刘苹)Institute of Toxicology, GSF-National Research Center, D-85758 Muenchen-Neuherberg, Germany(Michael Bornhausen)
关键词：生物电磁学；操作行为；DRH；DRL；大鼠
大鼠胚胎期暴露高频电磁场的操作行为测试 【摘要】 目的 探索胚胎期高频电磁场暴露引起的健康危害。方法 整个实验采用双盲研究的方法。暴露和对照组孕鼠所生仔代各40共80只仔鼠，雌雄分别编号再分成4个动物组。成年后(10周龄)，于10个相互隔离具有隔音设备的Skinner测定箱内，采用计算机辅助程序：高频度差别强化期(Differential Reinforcement of High Rate, DRH)和低频度差别强化期(Differential Reinforcement of Low Rate, DRL)对仔鼠按实验要求在3组9个不同的程序(3DRH、3DRL和3DRH+DRL)进行操作行为的测定。结果 暴露和对照母鼠孕期、大小、仔鼠性别比、体重的增加；以及发育指标：睁眼、耳廓分离、门齿萌出、平面翻正反射、阴道张开和睾丸下降等两组间没有显著性差异(P>0.05)；3个DRH、3个DRL及3个Com程序中胚胎期暴露和对照组间雌雄动物操作行为绩没有显著性差异(P>0.05)。结论 本实验没有证实高频EMF(900MHz, 功率密度0.1mW/cm2)对大鼠CNS发育的危害。
, 百拇医药
Operant behavior tests in rats after prenatal exposure
to high frequency electromagnetic fields
Wu Xinan , M. Bornhausen, Liu Ping.Dept. of Public Health, Kunming Medical College,Yunnan 650031, P. R . China
【Abstract】 Objective To assess the risk of high frequency electromagnetic fields (EMFs) to prenatal development in Wistar rats. Methods In the context of a double blind study, the male and female offspring of exposed and of control dams was coded and tested when adult in 10 simultaneously operated lever boxes by 9 different contingencies of Differential Reinforcement of High (DRH) and of Low (DRL) Rate. Rats were required to lever press for food reward (45mg pellets) in three sets of 3 different DRH and DRL schedules each. To challenge the animals, the specific test requirement was incrementally increased in each subsequent session. A test session lasted 15 hours, was run automatically during night, and was subdivided into alternating 30 or 45 min ON- and 60 or 45 min OFF-periods. food reinforcement was available during ON-periods only. Test performance of exposed and control rats in 9 different test weighed with respect to group activity and group performance. These normalized data sets were then correlated to the performance of all animals with respect to test requirement. Results No significant differences between prenatal exposed and control animals were observed. These negative results were validated by the absence of significant findings concerning weight gain in the dams, delivery date, litter size, sex ratio, weight gain in the offspring, and developmental; landmark (eye opening, pinna detachment, incisor eruption, surface right, vaginal opening, descent of tested. Etc.) in litter mates. Conclusion There is the absence of evidences to show the difference between two groups.
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【Key words】 Bioelectromagnetics Operant behavior DRH DRL Rat
近年来电磁场暴露的健康问题，愈来愈引起人们的关注[1]。神经毒理和畸胎学研究证实：动物中枢神经系统功能的早期发育尤其容易受到危害[2]。而自动化行为测试系统的敏感性，在八十年代中期大鼠暴露甲基汞研究中已得到肯定[3]。为了评价GSM移动电话的高频电磁场对早期中枢神经系统发育的潜在危害，选择操作行为成绩为大鼠胚胎期暴露的观察指标[4]。
材料与方法
一、 暴露：12只Wistar母鼠,于妊娠期1～20天连续暴露于900MHz ( 可调范围217Hz ),功率密度0.1mW/cm2,标准欧洲数字式GSM手提移动通讯装置下。同时，设置另12只Wistar孕鼠为对照。暴露箱由德国电信公司提供。
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二、仔鼠操作行为测定：整个实验采用双盲研究的方法。暴露和对照组各40共80只仔鼠，雌雄分别编号分成4个动物组，进行早期生理发育指标的测定。成年后(10周龄)，放在10个相互隔离具有隔音设备的Skinner测定箱内，采用计算机辅助程序：高频度差别强化期(Differential Reinforcement of High Rate, DRH)和低频度差别强化期(Differential Reinforcement of Low Rate, DRL)进行测试[5]。大鼠按程序要求在3组3个不同的程序(DRH、DRL和DRH+DRL)压杆即可得到奖励性强化食物丸(45mg/丸)。实验夜间自动进行，持续15个小时(16：00～7∶00，欧洲中部时间)。每个程序以灯光为信号，分成交替进行的30分钟活动期和60分钟的非活动期或各期45分钟。只有在活动期内动物正确压杆，才能得到正性强化食物丸。
1.训练期(DR0,正性强化自动实现)：目的是让动物学习压杆与获得食物之间的关系；明暗分辨(活动期/非活动期)的学习也从此开始。贮食器每15分钟自动给予一粒食物丸。
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2.高频度差别强化期(DRH)： 包括DRH 2/1、DRH 4/2、DRH 8/4程序： 即动物分别在1、2或4秒内压杆2、4或8次，才能获得一粒食物丸。
3.低频度差别强化期(DRL)： 包括DRL 1/8、DRL 1/16、DRL 1/32程序：即只有在8、16或32秒间隔时间(以绿灯为信号)之后，压杆才能获得一粒食物丸；若大鼠在间隔期间压杆，则间隔时间从头计算。
4.高频度差别强化期和低频度差别强化期结合期(Com)：包括DRH 2/1-DRL1/8(Com1)、DRH 4/2-DRL1/16(Com2)或DRH8/4-DRL1/32 (Com 3)程序。在此期内，活动期和非活动期各45分钟。
三、统计分析
操作行为成绩用百分率表示(动物得到的食物丸与压杆次数之比)。暴露和对照仔鼠9个不同程序的测试成绩用每个动物组的压杆数和成绩加权处理。所有的实验数据由慕尼黑工业大学—马普研究所的Prof. Dr. Herbert Scheigraber 用专门的软件包处理。
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结 果
一、本实验胚胎期暴露和对照母鼠孕期、窝大小、仔鼠性别比、体重的增加；以及发育指标：睁眼、耳廓分离、门齿萌出、平面翻正反射、阴道张开和睾丸下降等两组间没有显著性差异( P>0.05)。
二、胚胎期暴露和对照组间动物的操作行为成绩，如下列图所示：图1、2、3分别显示3个DRH程序、3个DRL程序及3个COM程序中胚胎期暴露和对照组间雌雄动物操作行为成绩没有差异(P>0.05)。
图1 3个DRH程序中两组间雌雄动物操作行为成绩
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图2 3个DRL程序中两组间雌雄动物操作行为成绩
图3 3个COM程序中两组间雌雄动物操作行为成绩
图4.DRH 2/1程序中，暴露(白色)和对照(黑色)的操作行
为成绩和相对成绩的相关分析
从图中可以看出，DRH 2/1程序中，暴露(白色)和对照(黑色)的操作行为成绩和相对成绩无差异(P< 0.05)。
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图5 胚胎期暴露和对照仔鼠相对成绩
每组动物的的成绩，用压杆数加权后代表每个仔鼠的相对成绩。三维立体分析证实：胚胎期暴露和对照仔鼠之间没有差异。从图5中可以看出，白色(暴露)和黑色(对照)“云团”没有分开。
讨 论
国际卫生组织(WHO)对有关电磁场(EMF)暴露引起可能健康效应的担忧给予认真的关注。癌症、行为改变、记忆力丧失、帕金森氏和Alzheimer病及其它一些疾病被认为与EMF暴露有关。世界上的每一个人都处在0～300GHZ频率的复合EMF暴露中。EMF已成为最广泛的环境影响因素之一，随着技术革命的不断更新和不同波段新应用的不断发现，许多频率EMF的暴露水平显著增加[6～8]。目前，全世界有两亿人使用移动通信服务。公众越来越担心：手机通话时贴在头部，高频电磁场不断的刺激大脑，这会不会对健康有害呢[9]？在许多国家，研究人员在实验室研究了类似移动电话频率和功率的高频电磁场暴露对动物及人的细胞组织的影响，研究结果大相径庭[10]。
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过去的20年，一些流行病学研究报告：儿童白血病与EMFs的家庭暴露有关(RR=1.5～3.0)[11，12]。从职业暴露的角度来看：1980年来，许多调查提示EMF的职业暴露可能同急性白血病、慢性淋巴细胞白血病、脑和乳腺癌有联系[13，14]。尽管，有诸多的线索提示，但流行病学没有提供充足的证据表明EMF是人类的致癌因子。
本研究大鼠胚胎期暴露于高频EMF(900MH，0.1mW/cm2)，没有发现全球通手持移动电话对大鼠的早期生理发育有影响；操作行为测试暴露组和对照组之间没有显著性差异。即本实验没有证实高频EMF对大鼠CNS发育的危害。
*本课题受国家科学基金(No.3984003),云南省自然科学基金(NO.96co97M),德国教育科学技术研究部资助.
参考文献
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1 Bernhardt JH, Matthes R, Repacholi MH. Non-thermal effects of RF electromagnetic fields. International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection and World Health Organization (ICNIRP 3/97). Maerkl-Duruck,Muenchen. 1997, 17～25 .
2 Bornhausen M, Muesch HR, Greim H. Operant behavior performance changes in rats after prenatal methylmercury exposure. Toxicol.Appl. Pharmcol, 1980,56:305～310.
3 Weiss B and Laties VG. Behavioral Toxicology. Plenum Press, New York and London 1975：18～21.
, http://www.100md.com
4 Yanai J. Neurobehavioral Teratology. Elsevier, Amsterdam, Oxford, New York, 1984：21～45.
5 刘苹，Bornhausen,Greim.年龄增长对大鼠操作行为的影响，中华老年医学杂志，1997，16(1)：12～14.
6 Repacholi, MH:WHO's International EMF Project. The International EMF'99 Seminar. Beijing, China. 1～5.
7 Repacholi, MH: Low-level exposure to radiofrequency electromagnetic fields: Health effects and research needs. Bioelectromagnetics ,1999, 19:1～19.
, http://www.100md.com
8 Repacholi, MH, Greenebaum B: Interaction of static and extremely low frequency electric and magnetic fields with living system: Health effects and research needs. Bioelectromagnetics, 1999,20:133～160.
9 Anderson V. Joyner K. H. Specific absorption rate Levels in a phantom head exposed to radio frequency transmissions from Analog Hand-held Mobile Phones. Bioelectromagnetics, 1995，16:60～69.
10 National Research Council:Possible Health Effects to Residential Electric and Magnetic Fields.National Academy Press Washington.DC，1996：1～21
, 百拇医药
11 Savitz D.A et al Case-control study of childhood cancer and exposure to 60-Hertz magnetic fields. Am J Epidemiol, 1988, 128:21～38.
12 London S. J. et al.Exposure to residential electric and magnetic fields and risk of childhood leukemia. Am J Epidemiol,1991, 134:923～927.
13 Demers PA.Occupational exposure to electromagnetic fields and breast cancer in men. Am J Epidemiol, 1991,134:340～347.
14 Theriault G. et al . Cancer risks associated with occupational exposure to magnetic fields among electric utility workers in Ontario and quebec, Canada and France: 1970-1989. Am J Epidemiol,1994,139:550～572.
(收稿日期：1999—01—22), 百拇医药
单位：650031 昆明医学院卫生系(吴锡南 刘苹)Institute of Toxicology, GSF-National Research Center, D-85758 Muenchen-Neuherberg, Germany(Michael Bornhausen)
关键词：生物电磁学；操作行为；DRH；DRL；大鼠
大鼠胚胎期暴露高频电磁场的操作行为测试 【摘要】 目的 探索胚胎期高频电磁场暴露引起的健康危害。方法 整个实验采用双盲研究的方法。暴露和对照组孕鼠所生仔代各40共80只仔鼠，雌雄分别编号再分成4个动物组。成年后(10周龄)，于10个相互隔离具有隔音设备的Skinner测定箱内，采用计算机辅助程序：高频度差别强化期(Differential Reinforcement of High Rate, DRH)和低频度差别强化期(Differential Reinforcement of Low Rate, DRL)对仔鼠按实验要求在3组9个不同的程序(3DRH、3DRL和3DRH+DRL)进行操作行为的测定。结果 暴露和对照母鼠孕期、大小、仔鼠性别比、体重的增加；以及发育指标：睁眼、耳廓分离、门齿萌出、平面翻正反射、阴道张开和睾丸下降等两组间没有显著性差异(P>0.05)；3个DRH、3个DRL及3个Com程序中胚胎期暴露和对照组间雌雄动物操作行为绩没有显著性差异(P>0.05)。结论 本实验没有证实高频EMF(900MHz, 功率密度0.1mW/cm2)对大鼠CNS发育的危害。
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Operant behavior tests in rats after prenatal exposure
to high frequency electromagnetic fields
Wu Xinan , M. Bornhausen, Liu Ping.Dept. of Public Health, Kunming Medical College,Yunnan 650031, P. R . China
【Abstract】 Objective To assess the risk of high frequency electromagnetic fields (EMFs) to prenatal development in Wistar rats. Methods In the context of a double blind study, the male and female offspring of exposed and of control dams was coded and tested when adult in 10 simultaneously operated lever boxes by 9 different contingencies of Differential Reinforcement of High (DRH) and of Low (DRL) Rate. Rats were required to lever press for food reward (45mg pellets) in three sets of 3 different DRH and DRL schedules each. To challenge the animals, the specific test requirement was incrementally increased in each subsequent session. A test session lasted 15 hours, was run automatically during night, and was subdivided into alternating 30 or 45 min ON- and 60 or 45 min OFF-periods. food reinforcement was available during ON-periods only. Test performance of exposed and control rats in 9 different test weighed with respect to group activity and group performance. These normalized data sets were then correlated to the performance of all animals with respect to test requirement. Results No significant differences between prenatal exposed and control animals were observed. These negative results were validated by the absence of significant findings concerning weight gain in the dams, delivery date, litter size, sex ratio, weight gain in the offspring, and developmental; landmark (eye opening, pinna detachment, incisor eruption, surface right, vaginal opening, descent of tested. Etc.) in litter mates. Conclusion There is the absence of evidences to show the difference between two groups.
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【Key words】 Bioelectromagnetics Operant behavior DRH DRL Rat
近年来电磁场暴露的健康问题，愈来愈引起人们的关注[1]。神经毒理和畸胎学研究证实：动物中枢神经系统功能的早期发育尤其容易受到危害[2]。而自动化行为测试系统的敏感性，在八十年代中期大鼠暴露甲基汞研究中已得到肯定[3]。为了评价GSM移动电话的高频电磁场对早期中枢神经系统发育的潜在危害，选择操作行为成绩为大鼠胚胎期暴露的观察指标[4]。
材料与方法
一、 暴露：12只Wistar母鼠,于妊娠期1～20天连续暴露于900MHz ( 可调范围217Hz ),功率密度0.1mW/cm2,标准欧洲数字式GSM手提移动通讯装置下。同时，设置另12只Wistar孕鼠为对照。暴露箱由德国电信公司提供。
, 百拇医药
二、仔鼠操作行为测定：整个实验采用双盲研究的方法。暴露和对照组各40共80只仔鼠，雌雄分别编号分成4个动物组，进行早期生理发育指标的测定。成年后(10周龄)，放在10个相互隔离具有隔音设备的Skinner测定箱内，采用计算机辅助程序：高频度差别强化期(Differential Reinforcement of High Rate, DRH)和低频度差别强化期(Differential Reinforcement of Low Rate, DRL)进行测试[5]。大鼠按程序要求在3组3个不同的程序(DRH、DRL和DRH+DRL)压杆即可得到奖励性强化食物丸(45mg/丸)。实验夜间自动进行，持续15个小时(16：00～7∶00，欧洲中部时间)。每个程序以灯光为信号，分成交替进行的30分钟活动期和60分钟的非活动期或各期45分钟。只有在活动期内动物正确压杆，才能得到正性强化食物丸。
1.训练期(DR0,正性强化自动实现)：目的是让动物学习压杆与获得食物之间的关系；明暗分辨(活动期/非活动期)的学习也从此开始。贮食器每15分钟自动给予一粒食物丸。
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2.高频度差别强化期(DRH)： 包括DRH 2/1、DRH 4/2、DRH 8/4程序： 即动物分别在1、2或4秒内压杆2、4或8次，才能获得一粒食物丸。
3.低频度差别强化期(DRL)： 包括DRL 1/8、DRL 1/16、DRL 1/32程序：即只有在8、16或32秒间隔时间(以绿灯为信号)之后，压杆才能获得一粒食物丸；若大鼠在间隔期间压杆，则间隔时间从头计算。
4.高频度差别强化期和低频度差别强化期结合期(Com)：包括DRH 2/1-DRL1/8(Com1)、DRH 4/2-DRL1/16(Com2)或DRH8/4-DRL1/32 (Com 3)程序。在此期内，活动期和非活动期各45分钟。
三、统计分析
操作行为成绩用百分率表示(动物得到的食物丸与压杆次数之比)。暴露和对照仔鼠9个不同程序的测试成绩用每个动物组的压杆数和成绩加权处理。所有的实验数据由慕尼黑工业大学—马普研究所的Prof. Dr. Herbert Scheigraber 用专门的软件包处理。
, 百拇医药
结 果
一、本实验胚胎期暴露和对照母鼠孕期、窝大小、仔鼠性别比、体重的增加；以及发育指标：睁眼、耳廓分离、门齿萌出、平面翻正反射、阴道张开和睾丸下降等两组间没有显著性差异( P>0.05)。
二、胚胎期暴露和对照组间动物的操作行为成绩，如下列图所示：图1、2、3分别显示3个DRH程序、3个DRL程序及3个COM程序中胚胎期暴露和对照组间雌雄动物操作行为成绩没有差异(P>0.05)。
图1 3个DRH程序中两组间雌雄动物操作行为成绩
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图2 3个DRL程序中两组间雌雄动物操作行为成绩
图3 3个COM程序中两组间雌雄动物操作行为成绩
图4.DRH 2/1程序中，暴露(白色)和对照(黑色)的操作行
为成绩和相对成绩的相关分析
从图中可以看出，DRH 2/1程序中，暴露(白色)和对照(黑色)的操作行为成绩和相对成绩无差异(P< 0.05)。
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图5 胚胎期暴露和对照仔鼠相对成绩
每组动物的的成绩，用压杆数加权后代表每个仔鼠的相对成绩。三维立体分析证实：胚胎期暴露和对照仔鼠之间没有差异。从图5中可以看出，白色(暴露)和黑色(对照)“云团”没有分开。
讨 论
国际卫生组织(WHO)对有关电磁场(EMF)暴露引起可能健康效应的担忧给予认真的关注。癌症、行为改变、记忆力丧失、帕金森氏和Alzheimer病及其它一些疾病被认为与EMF暴露有关。世界上的每一个人都处在0～300GHZ频率的复合EMF暴露中。EMF已成为最广泛的环境影响因素之一，随着技术革命的不断更新和不同波段新应用的不断发现，许多频率EMF的暴露水平显著增加[6～8]。目前，全世界有两亿人使用移动通信服务。公众越来越担心：手机通话时贴在头部，高频电磁场不断的刺激大脑，这会不会对健康有害呢[9]？在许多国家，研究人员在实验室研究了类似移动电话频率和功率的高频电磁场暴露对动物及人的细胞组织的影响，研究结果大相径庭[10]。
, 百拇医药
过去的20年，一些流行病学研究报告：儿童白血病与EMFs的家庭暴露有关(RR=1.5～3.0)[11，12]。从职业暴露的角度来看：1980年来，许多调查提示EMF的职业暴露可能同急性白血病、慢性淋巴细胞白血病、脑和乳腺癌有联系[13，14]。尽管，有诸多的线索提示，但流行病学没有提供充足的证据表明EMF是人类的致癌因子。
本研究大鼠胚胎期暴露于高频EMF(900MH，0.1mW/cm2)，没有发现全球通手持移动电话对大鼠的早期生理发育有影响；操作行为测试暴露组和对照组之间没有显著性差异。即本实验没有证实高频EMF对大鼠CNS发育的危害。
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7 Repacholi, MH: Low-level exposure to radiofrequency electromagnetic fields: Health effects and research needs. Bioelectromagnetics ,1999, 19:1～19.
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8 Repacholi, MH, Greenebaum B: Interaction of static and extremely low frequency electric and magnetic fields with living system: Health effects and research needs. Bioelectromagnetics, 1999,20:133～160.
9 Anderson V. Joyner K. H. Specific absorption rate Levels in a phantom head exposed to radio frequency transmissions from Analog Hand-held Mobile Phones. Bioelectromagnetics, 1995，16:60～69.
10 National Research Council:Possible Health Effects to Residential Electric and Magnetic Fields.National Academy Press Washington.DC，1996：1～21
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11 Savitz D.A et al Case-control study of childhood cancer and exposure to 60-Hertz magnetic fields. Am J Epidemiol, 1988, 128:21～38.
12 London S. J. et al.Exposure to residential electric and magnetic fields and risk of childhood leukemia. Am J Epidemiol,1991, 134:923～927.
13 Demers PA.Occupational exposure to electromagnetic fields and breast cancer in men. Am J Epidemiol, 1991,134:340～347.
14 Theriault G. et al . Cancer risks associated with occupational exposure to magnetic fields among electric utility workers in Ontario and quebec, Canada and France: 1970-1989. Am J Epidemiol,1994,139:550～572.
(收稿日期：1999—01—22), 百拇医药