极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic fields, ELF-EMFs)是频率在300 Hz以下的交变电磁场, 主要由电力供应设备和各类家用电器产生。该频段的波长很长, 本质上是一种感应场^〔1〕。国内外已经进行了大量极低频电磁场与人体健康的研究, 发现极低频电磁场对神经系统、免疫系统、生殖系统等均可能产生影响, 但是有关孕期ELF-EMFs与出生缺陷的研究还存在争议。本文从流行病学研究及动物实验2方面对孕期极低频电磁场暴露与出生缺陷的关系作一综述。

1 流行病学研究 1.1 视频显示终端

视频显示终端(video display terminals, VDTs)包括计算机的显示装置、电视机、游戏机等。随着VDTs的应用范围和操作时间日益增长, VDTs暴露对出生缺陷的发生影响亦渐受关注。美国、加拿大最早报道孕期VDTs作业可引起孕妇自然流产率、子代先天畸形率增高。20世纪80年代后, 许多学者进行了大量研究^〔2〕。有研究提出, VDTs作业与出生缺陷的发生有关联, 而且随孕期暴露于VDTs时间的延长, 子代出生缺陷的发病风险也相应增加, 提示VDTs作业与出生缺陷之间存在剂量-反应关系。梅瑾等^〔3〕回顾性调查妊娠期VDTs接触与异常妊娠结局的关系。结果发现, VDTs接触组异常妊娠结局发生率(20.4%)高于对照组(15.1%), 但差异无统计学意义; VDTs接触组治疗性引产(因胎儿发育不良、严重畸形而选择性终止妊娠)率(5.3%)高于对照组(0.4%), 差异有统计学意义。且治疗性引产率以妊娠前3个月内接触组最高。说明妇女妊娠早期接触VDTs作业可能与胎儿发育不良、严重畸形相关。但是也有研究^〔4〕认为, 妇女孕期视频操作发生自发性流产、低出生体重、早产、宫内发育迟滞或先天畸形的危险均未增加。

针对上述争议, 有研究^〔2〕认为可能与VDTs产生的电磁辐射的强度、操作时距离辐射中心的距离及接触电磁辐射时胚胎发育的阶段密切相关。此外, VDTs操作环境十分复杂, 除了存在ELF-EMFs外, 还存在较弱的X线、微波等, 且作业过程中注意力高度集中、精神紧张、及工效学等原因所引起的负荷也可能对妊娠结局产生不利影响^{〔3, 5〕}。迄今为止, 多数研究对上述可能的混杂因素未予考虑。因此, 单独考察VDTs暴露就很难确定。

1.2 电线

挪威的出生登记系统登记了孕产妇及其子代的出生信息, 这为进行极低频电磁场与出生缺陷的流行病学研究提供了有用资料。在挪威1965~1995年进行的一项职业性暴露于50 Hz电磁场的工人生殖健康研究中, 研究者将暴露水平分为3个水平: < 4 h/周, 4~24 h/周, > 24 h/周, 暴露量> 0.1 μT。结果发现, 调查对象子代脊柱裂的发生风险增加, 畸形足及呼吸系统畸形发生风险也增加^〔6〕。Blaasaas KG等^〔7〕对挪威161 844名人群的队列研究结果表明, 孕期居住在电线附近的孕妇其子代食道畸形增加, 心脏、呼吸系统畸形风险减少, 但未发现神经管畸形的风险变化。Blaasaas KG等^〔8〕发现, 孕期居住在电线附近子代畸形风险最大的是脑积水(OR=1.73, 95%CI=0.26~11.64)和心脏畸形(OR=1.54, 95%CI=0.89~2.68), 但是最终结果不支持孕期住宅靠近电线会导致胎儿出生缺陷的假说。

1.3 家用电器

对孕期使用电热毯和电热水床危害的流行病学研究^〔4〕发现, 这些装置在明显增加ELF-EMFs暴露剂量的同时, 也会增加母体的热负荷。但研究结果提供的ELF-EMFs与不良妊娠结局关联的证据很少^〔9〕, 孕期使用床上加热装置的母亲, 其子女出现某些异常表型的风险稍有增加, 但差异无统计学意义。那些使用床上加热装置频率较高、时间较长的妇女其子代出现异常的风险并未高于使用频率较低、时间较短的妇女, 口面裂或神经管畸形也未明显增加。2002年加利福尼亚2项孕妇24 h极低频磁场暴露与自发流产关系的流行病学研究结果均提出, 磁场辐射时间加权平均值与自发流产之间的关联差异无统计学意义, 但是个体磁场最大暴露量会增加孕妇自发流产的风险^〔10〕。

2 动物实验 2.1 鼠类实验

由于家用电器的常用频率是50或60 Hz, 所以动物实验多在该频率下进行研究。一些实验^{〔4, 11〕}选择频率为50或60 Hz, 10~150 kV/m的极低频电场为暴露源, 研究大鼠的生殖和发育效应。这些实验多是大样本且多代暴露, 但是对不良结局的研究结果并不一致, 且这些效应在同一个研究的第2次实验或对同组大鼠的进一步研究中不能被再次重复。

国外有学者对啮齿类动物暴露于极低频磁场的胚胎发育效应研究显示, ELF-EMFs暴露可能造成流产、胚胎异常率增加等不良妊娠结局, 或对子代发育产生不良影响^〔4〕。一般暴露的磁通量密度范围是2 μT~30 mT, 将孕鼠妊娠期间全程暴露于50 Hz, 1.2 mT的磁场(8 h/d)。结果表明, 在怀孕早期暴露组与对照组平均体重增长率差别不大, 而后期暴露组的平均体重增长率(29.0%)明显低于对照组(47.8%), 差异有统计学意义, 并可观察到子代流产、早产及死胎、畸胎。提示ELF-EMFs暴露存在时间累计效应^〔12〕。Negishi T等^〔13〕将SD鼠于胚胎植入前期(孕0~7 d)或器官发生期(孕8~15 d)分组同时暴露于50 Hz, 0, 7, 70, 350 μT的圆偏极磁场, 每天暴露22 h。2个实验各自的暴露组和假暴露组之间虽然多数指标有差异, 但是只有个别的暴露水平差异有统计学意义, 不存在剂量-反应关系, 且结果重复性差。这可能体现了ELF-EMFs的生物效应特点即生物系统对满足一定条件的电磁波响应是非线性的, 并表现出频率窗、功率窗和时间窗特性(即表现出对频率、功率和时间的选择性效应)。Chung MK等^{〔11, 14〕}随后采用类似的方法将SD大鼠分为4组, 在孕6~20 d期间暴露于60 Hz, 0, 5, 83.3, 500 μT的磁场中, 结果未观察到任何明显的子代生物效应。这可能与研究对象、实验方法、观察指标比较单一有关, 需要更加广泛深入的研究。

总体来看, 各个研究结果为发现严重的外部或内脏畸形或死胎的增加, 比较一致的是很多实验均发现动物小骨骼的改变。有研究发现, 出现这种效应的最低磁通量密度为13 μT ^〔15〕。但是骨骼的变异在畸形学研究上是比较常见的, 常常被认为生物学上无意义。有些学者^〔13〕认为, 研究出现的骨骼变异增加是由于统计学误差, 而非实际意义上的电磁场暴露效应。另一种解释认为这些结果与对果蝇报道的发育不稳定性类似, 是敏感的发育效应^〔15〕。

2.2 禽类实验

为了进一步研究电磁场(正弦波和矩形波)对鸡胚发育的潜在致畸效应, Lahijani MS进行了一系列研究。把221只新鲜的受精鸡蛋在孵化24 h暴露于24种不同水平(8.007~10.143 mT)的50 Hz的磁场中。结果显示, 孵化24 h内暴露于50 Hz电磁场能引起鸡胚不可逆转的发育异常^〔16〕。但是, 只是在暴露于个别的磁感应强度时才有意义, 并确定磁感应强度可能是鸡胚对极低频电磁场产生效应的一个决定性因素(窗口效应) ^〔17〕。Lahijani MS ^〔16〕最新的一项实验将500个健康新鲜的白来杭鸡胚分为实验组、对照组、假暴露组3组, 暴露于50 Hz, 15种不同强度(1.33~7.32 mT)的电磁场中, 利用形态学观察、光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)进行研究。结果发现, 光学显微镜和形态学测定数据在不同组间差异有统计学意义(P < 0.005), 扫描电镜观察到脑室变大和脑室畸形、脊柱裂、独眼、小眼、无眼和生长迟缓。透射电镜切片结果显示, 细胞核浓缩、核膜消失、线粒体退化。高尔基体、内质网是受影响最小的细胞器, 端脑是受影响最严重的部位, 对视网膜的影响大于晶状体。结论认为, 电磁场对鸡胚的脑部尤其是端脑和眼睛在形态学和细胞学水平有影响。此结论也支持上述的电磁场对于鸡胚的“窗口效应”。

2.3 其他动物实验

有报道称, 暴露于极低频磁场会推迟鱼胚和海胆胚胎的发育, 但没有发现畸形^〔15〕。另有一些实验研究了60 Hz磁场对黑腹果蝇发育稳定性的影响。发育稳定性是指机体在遗传和环境条件下维持一致表型的能力, 它可能是探测较弱环境效应的工具。一个发育稳定性低的个体校正发育紊乱的能力会减退, 衡量发育稳定的指标有不对称变异和群体中表型偏差体频率。将果蝇从卵到成年整个时期暴露于60 Hz, 1.5或80 μT的磁场中, 导致体重明显下降, 当磁感应强度为80 μT时, 发现果蝇出现不对称变异(翅脉不对称)和表型偏差体频率(腹节融合), 即发育稳定性降低^{〔4, 15〕}。

综上所述, 在最高达150 kV/m的极低频电场暴露实验中, 研究者对多个物种的胚胎发育效应进行了评估, 结果一致认为不会产生不良发育效应^〔11〕。而极低频磁场对各物种胚胎发育效应的结果不一致, 极低频磁场对禽类胚胎发育有不良影响, 且存在窗口效应^{〔16, 17〕}; 对其他的非哺乳动物试验模型的发育稳定性也有微弱的影响; 对于啮齿类动物, 大部分研究^〔15〕结果未发现严重的外部或内脏畸形或死胎的增加, 唯一比较一致的是很多实验都发现动物小骨骼的改变。整体看来, 结果并非很支持ELF-EMFs对胚胎发育的影响, 但是, 有建议进一步研究ELF-EMFs对发育稳定性的微弱效应, 可能有助于解释生物体对微弱极低频磁场的敏感性^〔15〕。

3 小结

综合研究资料, 有关ELF-EMFs对出生缺陷影响的研究结果不一致, 甚至出现完全相反的结论, 流行病学研究结果之间、流行病学研究和实验室研究结果之间也存在很大差异。尽管国内外均有较多研究文献及资料公布, 但是由于研究结果的不一致性, 至今还未得出确定的结论。但是妊娠早期是胎儿分化发育的关键时期, 对环境因素高度敏感, 在未能对ELF-EMFs的胚胎致畸效应得出定论之前, 孕期还是以尽量避免接触ELF-EMFs最为安全。