由于电子技术的飞速发展，电磁辐射(electromagnetic radiation，EMR)已被广泛应用于工农业、军事工业、通讯业、传媒业乃至家用电器等。人们日常电磁场暴露水平不断增长，由此形成了一种新型的环境污染，即电磁辐射污染。继水、空气、噪声之后，电磁辐射是现今社会第四大环境污染源，它给公众健康带来的潜在危害，正在成为人们关注的热点问题。人体组织器官都存在微弱但稳定有序的电磁场，其平衡状态很容易被外界电磁场干扰破坏。而神经系统是以生物电为基础的，更容易受到外界电磁辐射的影响。神经系统作为电磁辐射暴露受累的重要靶点，长期暴露在电磁辐射中，其整体、组织、细胞及基因水平都可受到影响，发生多种损害。本文将从电磁辐射对中枢神经系统的影响及机制的角度进行综述。

1 电磁辐射的概念

电磁辐射以电磁波形式在空间向四周辐射传播。电磁辐射包括电离辐射和非电离辐射，本文中电磁辐射指日常生活接触的电磁辐射，绝大部分属于非电离辐射。根据非电离辐射频率不同可以分为低频辐射(0~300 Hz)和射频辐射(100 kHz~300 GHz)两大类。低频辐射中研究较多的是极低频电磁辐射和工频辐射对人类健康的影响。射频辐射又称无线电波，它包括高频电磁场和微波两类，是电磁辐射中量子能量最小的频段，GSM通信系统、手机和微波炉等均可产生射频辐射。

2 电磁辐射对中枢神经系统的影响

大量研究证明，神经系统尤其是中枢神经系统是电磁辐射的主要靶器官。胚胎早期的神经系统发育决定了认知功能和学习能力的发展，但这一时期是神经系统对环境电磁辐射的敏感阶段，因为胚胎发育过程中细胞呈高分化状态，组织电生理活动活跃，胚体形态发生复杂变化。且电磁辐射对胚胎期神经系统产生的生物学效应可延续至成年期，因此对胚胎的辐射防护尤为重要。

2.1 神经衰弱症候群

长期接触电磁辐射会导致机体神经衰弱症候群的发生，引起头痛、头昏、失眠、多梦、疲乏、烦躁耳鸣等神经功能紊乱症状。Krause^[1]等认为睡眠异常是电磁场所致精神紊乱的开始。严重者可出现精神抑郁、反应迟钝、头痛等症状，且脑电活动也有所变化。但也有文章指出，电磁场暴露与这些主观症状间的因果关系至今还未被证明，其中可能有意识预期的心理因素影响^[2]。

2.2 神经行为异常改变

神经行为异常改变包括行为、记忆、认知变化。认知记忆功能改变是电磁辐射损伤的敏感指标，其在脑的形态结构发生明显改变之前已发生异常，如空间参照记忆能力下降，空间学习效率降低和逆行性遗忘。赵晓琳^[3]等调查发现，长期受手机电磁辐射(800-900 MHz)的人群数字译码测验成绩和选择反应正确反应次数随使用时间延长而下降。方传勤^[4]等人采用电磁波连续辐射孕鼠至分娩，发现900 MHz电磁辐射孕鼠会导致仔鼠学习记忆能力减退，但也有相反的结论^[5]。这些结果的差异可能是由于照射方式、时间、实验对象等因素引起。

2.3 情感状况和心理运动异常

在情感状况和心理运动方面，常晓慧^[6]等人调查显示雷达微波辐射职业暴露会导致情绪波动易激动及精神紧张等神经系统亚健康状态。心理问题在通信作业人员身上的发生率也显著增高，主要表现为强迫症状、忧郁、焦虑、恐怖和偏执等，但生理不适无显著差异^[7]。动物实验证明，经微波辐照后动物出现躁动不安、呼吸异常等异常神经行为表现^[8]。

2.4 诱导相关神经变性疾病的发生

研究结果表明，微波辐射可导致神经衰弱综合征、认知失常等症状，严重时还会引起神经变性疾病，如帕金森症、阿尔茨海默症等^[9]。这些疾病的发生与脑内氧化应激反应和活性氧(reactive oxygen speicies, ROS)的形成相关，辐射破坏了机体的抗氧化平衡与自由基平衡，从而造成神经元兴奋毒作用。

2.5 诱发脑瘤

神经元受到辐照后损伤或死亡，神经胶质细胞大量增殖，增殖出来的异常胶质细胞导致癌变。Speer^[10]等证明长期暴露于辐射的人群脑瘤发生风险显著增加，且电磁场与脑瘤之间存在量效关系；Hardell^[11]调查发现，使用移动电话超过10年的人群患听神经纤维瘤和神经胶质瘤的风险明显上升，其中同侧使用的风险更大。然而大脑胶质瘤并不优先发生在辐射曝光最多的部位^[12]。2011年，国际癌症研究机构(IARC)已将EMF列为人类可疑致癌物(组2.B)。

3 电磁辐射对中枢神经系统影响的机制 3.1 能量代谢障碍

神经元对能量变化极为敏感，而线粒体作为细胞能量转化的重要场所，能直接反映细胞代谢状况。所以微波辐射细胞后，线粒体是最早出现病理改变的细胞器之一，表现为大脑皮层和海马组织内线粒体数量、大小、结构的改变，如线粒体肿胀空化、嵴紊乱等。线粒体代谢功能障碍导致琥珀酸脱氢酶(SDH)活性降低、单胺氧化酶(MAO)活性升高、ATP酶含量增加、ATP含量下降，继而通过一系列信号通路调节诱导细胞凋亡的发生。微波辐射可激活低氧诱导因子HIF-1α，通过活化细胞外信号调节激酶p-ERK1/2激活ERK通路，参与微波辐射致海马线粒体损伤的病理生理过程^[13]。ERK信号通路又正向调控HIF-1α，在微波辐射致线粒体损伤中发挥保护作^[14]。但唐坤^[15]等证实手机长时间持续通话致使临近颞叶皮层脑组织葡萄糖代谢增加，且与通话时长成正相关。

3.2 对神经元膜通道和膜电位的影响

细胞膜既能维持稳定代谢的胞内环境，又能选择调节进出细胞的物质，是生命系统的重要屏障。电磁辐射暴露下，神经元膜离子通道如钙、钾、钠通道的通透性微小变化便可引起胞内钙、钾、钠等电流的明显异常，导致神经元内环境紊乱，从而影响神经元凋亡、分化及生理功能^[16]。

有研究表明^[17]，低频磁场可使海马区神经细胞内Ca²⁺浓度上升，通过激活钙依赖酶如线粒体膜ATP酶而激活一系列与线粒体介导有关的蛋白，引起细胞凋亡在内的多种细胞损害效应。Piacentini^[18]等将从新生小鼠大脑皮质分离的神经干细胞暴露于极低频电磁辐射(50 Hz，SAR=1 mT)中，观察其对细胞分化的影响。结果发现被细胞免疫反应标记物(b-Ⅲ-tubulin、MAP2)标记的细胞百分比和与Cav1.2及Cav1.3通道结合的分子标记荧光均明显增加。向培养基添加Cav1通道阻滞剂硝苯地平后，神经干细胞分化的神经元产量显著降低。上述结果表明极低频电磁辐射通过上调Cav1通道的表达和功能，促进神经元分化，增强神经形成。Espinosa^[19]等500 MHz (1.1 mT)微波辐射连续照射大鼠脑膜1 h后，5-HT受体表达的变化具有窗效应，可能是G蛋白活性下降促使它与受体的结合力降低。电磁场暴露下大脑海马区神经细胞内Ca²⁺浓度上升，NMDA受体活性降低。以上表明电磁辐射使中枢神经系统兴奋与抑制平衡失调，神经细胞能量代谢水平下降，从而诱导神经细胞兴奋毒作用。即电磁辐射可能通过影响神经元的兴奋性及传导性进而影响神经元的生理功能。但也有研究表明，900 MHz GSM不影响钙稳态^[20]。

3.3 对细胞因子的影响

细胞因子可通过结合相应受体调节细胞生长、分化等效应，在神经系统损害研究中细胞因子的变化可作为重要病理指标。Trivino^[21]等人发现，暴露在900 MHz电磁场时，血管内皮生长因子(VEGFA)和FLT4被抑制，EPO、IL8、STAT5B和VAV2、PGF、HPSE被激活，因此900 MHz MW-EMF可能作为一个双重靶基因负调控因子，影响染色体的组装和抑制血管生成，导致肿瘤进展和转移性转变。但Thorlin^[22]等人对星形胶质细胞和小胶质细胞分别用电磁辐射(900 MHz，SAR=3 W/kg)照射4 h、8 h和24 h，结果发现IL-6和TNFα以及星形胶质细胞特异的活性标记GFAP这3种蛋白的表达均无特异性增高，而小胶质细胞的IL-6和TNFα也无任何显著变化。

3.4 氧化损伤作用

Tarek^[23]等人用移动测试电话产生的微波(SAR = 1.13 W/kg)辐照大鼠60天(2 h/d)，发现脑组织共轭二烯烃、蛋白质羰基显著增加，而反映总抗氧化能力水平的氧化应激指数显著降低。说明辐射能通过减弱组织抗氧化状态作用于脑。季静^[24]等采用真实模拟人体孕期使用移动电话的场景进行实验，发现胎鼠脑组织内SOD、GSH-Px水平显著降低，MDA含量升高，且胎鼠脑组织微量元素各辐射组与对照组比较，Zn、Se、Cu等含量均有所下降。体内Zn能有效控制体内过氧化反应，减少自由基等有害产物的生成，且元素Zn与维生素E联合作用在受手机辐射暴露的孕鼠SOD，新生鼠MDA、SOD变化方面具有显著干预作用^[25]。提示孕鼠在孕期暴露手机辐射达到一定时间，会对子代脑组织的抗氧化系统产生影响。

3.5 影响基因表达与调控 3.5.1 诱导DNA损伤

Svedenstal^[26]等究了电磁辐射(50 Hz，SAR=8 mT)暴露下小鼠脑细胞DNA损伤情况，单细胞凝胶电泳结果显示彗星头/尾DNA含量比例明显增高，且与辐射频率、照射时间存在剂量-效应关系。Sarkar等^[27]研究2450 MHz、1.18 W/kg脉冲波电磁辐射雄性小鼠2 h/d，分别辐射120、150、200天，取脑组织用southernblot法检测，发现实验组7000 bp~8000 bp处发生基因重排。Atli^[28]等人将未成熟大鼠和成熟大鼠分别暴露于900 MHz的射频电场45天，每天辐照2 h，发现骨髓细胞的染色体畸变，PCE微核率和有丝分裂指数显著下降。Singh^[29]等人用电磁辐射急性照射(60 Hz，SAR=0.5 mT)大鼠脑细胞2 h后，细胞DNA链断裂率明显升高，只有经过蛋白酶K处理后，DNA才会迁移。可见电磁场可能通过间接影响DNA-蛋白、DNA-DNA交叉位点来扰乱内环境的稳定。

3.5.2 影响基因表达

Zhao^[30]等用射频辐射(1800 MHz，SAR=2 W/kg)照射大鼠神经细胞24 h后，检测其对基因表达的影响。结果显示1200个候补基因中24个基因上调，10个基因下调。其中包括了细胞骨架、信号转导通路、新陈代谢等细胞功能基因。表明该试验条件下的RFR可影响大鼠神经细胞的基因表达。

3.5.3 表观遗传学机制

脑特异表达microRNA是成熟神经元生物学进程的重要效应子。30 mW/cm²微波辐射后，大鼠海马组织中百余个microRNAs的表达出现明显变化，其特异表达的micro RNAs预测靶基因功能各异，广泛涉及学习记忆、细胞增殖、氧化应激、信号传导等方面，表明微波辐射致神经系统损伤是micro RNA对靶基因协同调控作用的结果。因此推测micro RNA作为效应子参与调控微波辐射致学习记忆障碍过程^[31]。

4 存在的问题与展望

电磁辐射对中枢神经系统的健康效应虽已引起了广泛关注，然而大量相关研究结果却不尽相同，主要原因可能有以下几点：①流行病学研究样本量不足，难以确定研究人群暴露量及完全排除干扰因素；②直接测量当下水平电磁辐射的生物剂量仍有一定难度；③因电磁辐射本身的影响因素、实验动物的影响因素以及不同细胞系对电磁辐射的敏感性不同等多种影响因素，导致各实验结果之间存在差异，缺乏可比性；④由于低强度电磁辐射能量小，用目前的细胞和生物学手段难以检测其对细胞较弱的生物学效应；⑤电磁辐射生物效应的机理，尤其是非热效应的机理不清楚。基于以上原因，有关电磁辐射对神经系统损伤的研究还有待更深探讨。为了保护人类健康，需要进一步进行大样本量和严密设计的流行病学研究；进一步研究电磁辐射的生物剂量测定技术；研究电磁辐射和电离辐射、化学物等其它环境因素的联合作用；从分子、细胞和整体水平阐明电磁辐射的神经生物学效应的机理。