随着社会经济的发展和科技水平的不断进步, 手机持有量迅速增加。目前全球手机用户已经超过16亿, 中国手机用户达到4.43亿, 平均每三个国人就拥有一部手机。手机电磁辐射是否对生物体具有致伤效应, 目前已成为医学领域的重大研究课题。
电磁辐射生物学效应从热作用方式上分主要包括两个方面:热效应和非热效应[1]。在大多数情况下人们处于低强度射频电磁场和极低频电磁场环境中, 这时影响人体机能的主要生物效应为非热效应。非热效应是指生物体吸收能量后, 组织或系统产生的作用与热没有直接关系变化, 这种效应具有非线性、相干性、协同性和窗特征等特点[2, 3]。
越来越多的研究提醒注意非热效应危害。经常使用手机的人可能产生比较严重的神经衰弱症候群, 如头痛, 头晕乏力等不适, 记忆力降低以及一些潜在生物破坏。动物实验表明, 低能级辐射会加速实验动物细胞的生长。放射肿瘤学教授约翰·莫尔德认为, 手机电磁辐射如同X光和太阳光的紫外线辐射, 能破坏人体的脱氧核糖核酸(DNA)[4], 手机辐射的能量会不断积累, 作为致癌因素具有较长的潜伏期。这些可能是电磁生物效应的“远后效应”, “后代效应”的根源。目前研究人员正将生物学的最新研究手段应用到该领域, 在基因和蛋白质水平上全面揭示手机电磁学效应的同时, 阐明其作用机制和相关要素, 从而为防护提供理论依据和解决方案[5]。
笔者从人体实验和动物实验两个方面综述手机电磁辐射生物效应的国内外研究现状, 以期为该领域的深入研究提供借鉴。
2 人体实验研究自首次发现手机辐射可能对人体产生负面影响以来, 科学家已经对此进行了多年的研究。研究人员在人体实验中, 通过分析受试者在使用手机前后的一些生理参数, 例如:脑电图﹑血压﹑心率﹑呼吸等指标来研究手机辐射对人体的短期作用。
Krause C M[6]等人进行了脑电图和脑血流图实验, 发现手机发射的902MHz微波并未使静息脑电图(EEG)本身发生改变, 但对大脑的记忆反应有显著影响, 事件相关同步化与去同步化EEG信号有明显改变, 该实验能比较客观地反映中枢神经系统的生理和病理状态。
Hietanen[7]等人用900MHz的模拟机和900、1 800MHz的数字机对20个认为自己对电磁辐射非常敏感的志愿者进行照射30min, 然后让受试者描述照射期间的症状, 并测定血压﹑心率和呼吸频率, 结果表明有19名受试者产生生理变化。
还有一些研究人员用手机照射志愿者的耳部, 然后测定耳部皮肤血液流量, 发现手机辐射组的血液流量比对照组显著升高[8]。也有研究人员在实验中发现, 志愿者在被手机辐射1、2、4h后, 血浆中油脂过氧化物水平显著升高, 自由基清除剂超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化酶的活性则显著降低[9]。姚克教授指出因为眼睛是人体对微波辐射最为敏感的器官之一, 低剂量微波对人体影响最突出的是造成脑和眼睛的损伤, 而对眼睛的损伤首当其冲[10]。
Noritoshi Arai[11]研究了15名健康志愿者使用手机30min前后听觉脑干响应(auditory brainstem response, ABR), ABR恢复功能和中央潜伏响应(midd lelatency response, MLR), 发现这3个测量结果不受EMF(electromagnetic field, EMF)的影响, 认为使用手机30min短期内对人听力系统没有不利影响。有学者记录了10名志愿者在使用手机前后由经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)诱发的运动诱发电位(motor evoked potentials, MEPs), 未发现30min短期手机辐射对运动皮层输出神经元或中间神经元的影响[12]。Sargo Aalto[13]利用正电子发射成像(positron emission tomography, PET)研究了手机辐射对健康人区域脑血流(regional cerebral blood flow, rCBF)的影响, 结果显示使用中的手机可引起天线下方的下颞叶皮层rCBF的局部降低, 在远端前额叶皮层血流增加。Stefan Lönn[14]研究了瑞典某些地区2000 ~ 2002年间20 ~ 69岁脑瘤患者的病历, 认为已有的数据不支持长期使用手机会增加患神经胶质瘤和脑膜瘤的风险的假设。James C.Lin[15]研究了手机电磁场对2名儿童认知功能的影响, 其中一例略微加快了反应速度, 另一例则不影响认知功能, 结果还不具有统计意义。
人体实验研究表明, 短期的手机辐射对人体有一定的影响。但是由于方法学的限制并不清楚其作用机理, 还不能进一步确定长期使用手机会对人体造成什么样的危害及其危害程度。
3 动物实验研究电磁场作用具有迟滞效应和累积效应, 由于可能存在的潜在危害, 不能直接用人来做长期辐射实验。动物便于操作与管理, 所受的限制小, 因此, 动物实验在研究辐射长期效应和生物机理方面更具有优势。
3.1 辐照实验目前用于研究手机辐射生物效应的动物实验多选择老鼠为实验对象, 将老鼠随机分成实验组与对照组, 每组数目不少于15只, 以便进行统计分析。目前未见辐射作用与性别关系的报道, 通常长期实验中健康的雄性大鼠更易耐受, 只对实验组建立辐照模型。实验组与对照组老鼠除了辐照条件不同以外其他饲养条件均相同, 并定期检测相同的生理学指标。下面总结了近年来各研究小组的实验方法。
周浩[16]等人使用1 800MHz、0.5mW/cm2和1 mW/cm2电磁波辐照SD雄性大鼠连续21d、每天辐照12h, 之后检测辐照对海马区GFAP、NCAM和GAGA受体表达的影响。武慧欣[17]等人使用1 800MHz、0.5mW/cm2和1 mW/cm2电磁波辐照Wistar大鼠连续21d、每天辐照12h, 检测大鼠海马细胞DNA的损伤情况。翟丹[18]等人使用真实手机辐照wilstan Albino雌性老鼠持续四周、每天两次、每次30min, 之后进行血脑屏障活动检测。裴银辉[19]等人使用手机24h开机照射小鼠(雌雄各半) 21d, 进行中性粒细胞吞噬百分率和脾脏淋巴细胞转化率测定。艾志伟[20]等人使用手机辐照小鼠每日辐照2h、连续30d, 之后检测小鼠血清中SOD活性、NO含量和肝bcl-2和bax蛋白的表达。陈瑞[21]等人使用自制微波信号发生器和微波信号放大器辐照1月龄昆明鼠(雌雄各半)连续30d后, 对脑组织中脂质过氧化产物丙二醛、乳酸脱氢酶和一氧化氮合酶进行测定。宋欣阳[22]等人使用SRM3000型电磁选频仪和两只通话状态的手机辐照雄性昆明种小鼠连续50d、每天5h, 之后先用morris水迷宫检测小鼠学习、记忆能力, 再检测海马与颞叶区乙酰胆碱酶活力。法国的Anne-Laure Mausset -Bonnefont[23]等人使用900MHz、6W/kg电磁波辐照Wistar成年雄性大鼠15min, 检测脑细胞NMDA和GABAA受体表达和多巴胺的转运情况。土耳其的Mustafa Yildiz[24]使用900MHz和1 800MHz、2W/kg电磁波辐照雄性大鼠连续28d、每天3min, 之后检测骨密度和CAPE的变化。希腊的Margaret Tzaphlidou [25]等人使用910MHz、功率为2.2W的电磁波辐照大鼠连续30d、每天2h, 之后检测蛛网膜和硬脑膜胶原纤维的变化。西班牙的Elena Lσpez -Matin[26]等人使用手机辐照大鼠2h, 之后对大脑皮层神经元活动标记。法国的Diane Dubreuil[27]等人使用900MHz、1W/kg和3 W/kg电磁波辐照大鼠45min, 之后进行行为学实验。Shujun Xu[28]等人使用1 800MHz、2.4W/kg的电磁波每天辐照大鼠15min, 检测海马神经元的兴奋性突触活动。
3.2 辐照模型在辐照模型的建立中需要考虑辐射源、辐射频率、辐射功率、辐射时间和辐射方式等多种因素。
3.2.1 辐射源各个研究组选择的辐射源大体可以分为两类:一类是利用电磁波信号发生器产生与手机相近电磁波信号。武慧欣[17]等人的实验使用的是参照德国电信公司为德国国家环境与健康研究中心(GSF)毒理所提供的欧洲标准数字式移动通信暴露室自制暴露装置。这个装置由涂有特殊涂料的有机玻璃箱组成, 在箱顶装有天线接收微波信号。通过惠普公司的8614A信号发生器连接一个放大器产生1 800MHz的射频场。Anne-Laure Mausset-Bonnefont[23]等人利用天线将功率放大器所产生的与手机相同的900MHz载波频率和217Hz脉冲频率的电磁波发射到空中形成射频场。另一类辐射源是直接使用真实手机进行照射。翟丹[18]的实验使用诺基亚3210, 诺基亚82和松下GD90作为辐射源将实验组老鼠用丝网固定在木板上, 接受手机电磁辐射。手机照射无论是频率或是功率都比电磁波信号发生器更能反映实际情况。
3.2.2 辐射频率为了使实验能最大限度的模拟使用手机的真实情况, 研究人员根据使用时手机发射与接受的微波数值选择辐射频率。目前, 市场中手机使用的是900MHz和1 800 MHz的双频电磁波网络, 所以实验一般采用这两个频段的电磁波来进行实验。
3.2.3 辐射功率实验中所选择的辐射功率略有差别。国际电信联盟确定的功率标准限值为2.0W/kg。国内外实验在确定功率值时都会参考国际电信联盟的标准, 选用的功率值通常会在标准值附近。但是手机使用时功率值会有所不同, 根据2000年中国消费者协会曾公布的手机电磁波辐射剂量的测试结果, 最高可达10mW/cm2, 最低为0.3mW/cm2。急性实验功率值的选择有时会超过标准值, Anne-Laure Mausset-Bonnefont[23]等人的辐射功率为6W/kg。为了更准确的模拟手机对人体的长期伤害, 研究人员通常提高电磁波的发射功率来弥补照射时间的不足。杨学森[29]等人在实验中使用了功率密度为65mW/cm2的电磁波进行实验, 此电磁波的幅值超过手机正常的功率范围数倍。
3.2.4 辐射时间根据测定手机只有在通话状态、收发短信的瞬间手机电磁波的幅值才会达到较高水平, 即应该以手机通话的时间作为实验辐射时间的参照标准。辐射时间根据实验目的来确定。短期实验通常是将老鼠集中照射一段时间, 然后进行实验分析。杨学森[29]等人的实验将辐射组大鼠置于功率密度为65mW/cm2电磁波下辐射20min, 分别在辐射后即刻、3h、6h、12h、24h五个时相点观察。Anne-Laure Mausset-Bonnefont[23]等人在大鼠被照射15min后进行实验等。长期实验则会根据实验的要求对老鼠以24h为周期, 进行定时照射一周以上, 之后进行相应的实验。武慧欣[17]等人将辐射组大鼠每天照射12h, 连续照射21d后进行细胞学实验。
3.2.5 辐射方式辐射方式一种是将老鼠放养在一定的空间范围内进行照射, 老鼠活动不受限制; 另一种是将老鼠固定照射。目前主要的固定方式有两种:一种是将老鼠用丝网固定在木板上进行照射。另一种是将老鼠固定在管道中进行照射。如Philippe Leveque[30]等人的实验系统是将老鼠固定在一个管道中, 辐射源固定在老鼠头部。放养照射更符合老鼠的生活环境, 减少了其他因素对实验结果的影响。
3.3 辐射效应的检测目前辐射效应的测定主要分为形态学实验和行为学实验, 其中形态学实验专注于生物体的内部结构、特殊种类细胞的性质, 多半采取急性实验的方法; 而行为学实验则关注生物体在某种刺激下的行为变化。
形态学实验主要是对感兴趣的脑组织区域进行切片, 观察脑组织细胞是否有病理性病变, 或者观察细胞中某种活性分子的活力水平, 从而反映细胞活动是否受到辐射的影响。艾志伟[20]等人将实验组小鼠处死后取其血清及肝脏, 分别进行检测。采用分光光度法测定血清SOD, 采用硝酸还原酶法测定血清NO; 用免疫组织化学法检测肝组织的bcl-2和bax蛋白表达, 以反映手机辐射给小鼠机体组织带来的影响。
宋欣阳[22]在研究时则采用行为学实验, 让实验组与对照组小鼠进行水迷宫实验。每天分上、下午两个时间段各训练1次, 训练时操作者选择2个入水点, 将小鼠面向池壁放入水中, 观察并记录小鼠寻找并爬上平台所需的时间(潜伏期), 取两次平均值, 共实验4d, 分析实验组与对照组的差异。行为学实验除了水迷宫还包括暗室实验等。
进行行为学实验的研究组同样也会做形态学实验, 因为行为学实验具有较强的主观性, 并且实验数据偶然性大, 准确性欠佳, 有时很难说明问题, 因此需要进行形态学实验进一步验证实验结果。宋欣阳[22]等人的研究组还作了乙酰胆碱酯酶活力测定的实验。
4 总结随着人民生活水平的不断提高, 人们对健康问题越来越关注。手机辐射对人类健康的危害随着它被确定为世界第四大污染源而备受人们的关注。大量研究人员投入了这方面的研究, 运用了许多先进的方法, 在手机辐射剂量、作用机理、危害程度、防护措施等方面做了大量研究。虽然各国学者作了多年的探索, 提出过不少解释机理的模型、假说以致理论, 但是都有待于可靠的重复实验予以确认。目前, 由于实验条件的限制, 对于长期使用手机会造成何种危害及危害的程度还没有确切的结论, 许多文献报道充满分歧与矛盾, 因此尚不能得出低强度高频电磁辐射生物学效应的明确结论, 手机电磁辐射的生物学效应仍是一个有争议的热点问题。
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