極低頻電磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的影響.ppt

2013.09.02,極低頻電磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的影響,目錄,電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng) 極低頻電磁場(chǎng)熱效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理 極低頻電磁場(chǎng)非熱效應(yīng)的機(jī)理 對(duì)遺傳物質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng) 對(duì)蛋白質(zhì)分子的影響 細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng),電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng),隨著電力事業(yè)的發(fā)展和家用電器的日益普及,這些家用電器和工頻電磁場(chǎng)的電磁輻射已經(jīng)大大超過了自然電磁環(huán)境。電磁輻射作用于生物體組織、細(xì)胞,引起結(jié)構(gòu)、功能等的變化,我們稱之為電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)。 電磁輻射生物效應(yīng)機(jī)制大體分為兩種:一種是熱效應(yīng);另一種是非熱效應(yīng)。 熱效應(yīng)是指生物體內(nèi)各層次的生物物質(zhì)吸收電磁能,使溫度升高,從而引起的生理和病理變化的作用。 非熱效應(yīng)即電磁場(chǎng)通過使生物體溫度升高的熱作用以外的方式改變生理生化過程的效應(yīng)，作用機(jī)理遠(yuǎn)遠(yuǎn)比熱效應(yīng)的作用機(jī)理要復(fù)雜得多。,極低頻電磁場(chǎng)熱效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理,在生物體系中, 大量存在的水分子、氨基酸中的氨基和羧基以及核苷酸中的堿基和磷酸基團(tuán)使得蛋白質(zhì)(酶)或DNA 分子產(chǎn)生電偶極矩, 在交變電磁場(chǎng)的作用下, 這些生物分子的電荷會(huì)由于感應(yīng)而重新分布, 使本身的電偶極矩和極化狀態(tài)發(fā)生變化, 造成生物分子結(jié)構(gòu)與功能的改變。 一方面生物體系中的各種極性分子會(huì)發(fā)生迅速的周期性變化, 在變化的過程中, 這些極性分子與其周圍的分子發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦, 產(chǎn)生大量的熱能; 另一方面, 生物體系中的各種離子由于受到交變電磁場(chǎng)的作用在其平衡位置附近做周期性的運(yùn)動(dòng), 在運(yùn)動(dòng)的過程中, 這些離子與其他分子碰撞而產(chǎn)生熱能。,極低頻電磁場(chǎng)非熱效應(yīng)的機(jī)理,1. 相干振蕩理論 Frohlich認(rèn)為具有偶極特征的生物分子由于整體長(zhǎng)程庫侖引力的相互作用, 都具有固定的振動(dòng)頻率, 從而形成了極化波, 并由此產(chǎn)生了長(zhǎng)程的相干作用。當(dāng)外界電磁場(chǎng)能量被導(dǎo)入這種固定的振動(dòng)中, 會(huì)以純力學(xué)的方式儲(chǔ)存在振蕩模式中, 使生物分子被強(qiáng)烈的激發(fā)而遠(yuǎn)離熱平衡態(tài)。當(dāng)具有固定頻率的粒子數(shù)增加到一定程度時(shí), 會(huì)出現(xiàn)類似超流體和超導(dǎo)體中的玻色-愛因斯坦凝聚，從而導(dǎo)致明顯的生物反應(yīng)。,極低頻電磁場(chǎng)非熱效應(yīng)的機(jī)理,2. 離子跨膜回旋共振理論 由于細(xì)胞膜內(nèi)外有一定的電勢(shì)差(跨膜靜息電勢(shì)差約為60 100mV ), 膜兩側(cè)粒子濃度的平衡是粒子擴(kuò)散力和電場(chǎng)力相互對(duì)抗的結(jié)果。當(dāng)外來電磁場(chǎng)作用在細(xì)胞膜上時(shí)將會(huì)干擾膜兩側(cè)的電勢(shì)差, 從而影響膜對(duì)粒子的通透性, 誘發(fā)出生物效應(yīng)。,對(duì)遺傳物質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng),低頻電磁場(chǎng)對(duì)DNA鏈的生成和斷裂有影響,從而影響了遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄、表達(dá),甚至有可能引起基因突變。 1. 早在1983年,Goodman等學(xué)者首次報(bào)道了72Hz單脈沖和15Hz脈沖波對(duì)雙翅目動(dòng)物唾液腺細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄有影響。（Goodman R, et al. Bioelectromagnetics. 1992;13(2)） 2. 許多的研究發(fā)現(xiàn),極低頻電磁場(chǎng)可以引起基因表達(dá)的增加。如低頻電場(chǎng)可誘導(dǎo)腦內(nèi)c-fos蛋白表達(dá)的增加,這些蛋白被認(rèn)為是腦細(xì)胞活動(dòng)增加或腦細(xì)胞受損的標(biāo)志。(趙梅蘭,等.解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志, 2001, 19(3) ),對(duì)蛋白質(zhì)分子的影響,1. 對(duì)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的影響 （1）李祥等用熒光光譜法研究了低頻電磁場(chǎng)對(duì)胰島素分子的作用,經(jīng)低頻電磁場(chǎng)作用后,胰島素溶液的熒光峰值強(qiáng)度發(fā)生了較為明顯的變化。由于胰島素的熒光主要是由胰島素分子中A鏈第19位上的酪氨酸所貢獻(xiàn)的,所以其熒光強(qiáng)度的變化表明在低頻電磁場(chǎng)的作用下胰島素分子的構(gòu)象發(fā)生了變化。(李祥, 等.光譜學(xué)與光譜分析，2001, 21(3) ),對(duì)蛋白質(zhì)分子的影響,2. 對(duì)蛋白質(zhì)分子合成的影響 低頻電磁場(chǎng)對(duì)多種蛋白質(zhì)分子的合成具有促進(jìn)或抑制兩方面的作用。 （1）海馬組織中兩種興奮性氨基酸含量在電磁脈沖輻射后即刻達(dá)峰值,即發(fā)生迅速而明顯的升高并持續(xù)達(dá)6h,隨后逐漸回落,24h漸趨恢復(fù)，48h接近正常對(duì)照水平;與此同時(shí),電磁脈沖輻射也引起了3種抑制性氨基酸Gly、Tau、GABA含量的逐漸升高,峰值出現(xiàn)在照后24h這種變化反映了神經(jīng)元抑制活動(dòng)的相應(yīng)增強(qiáng)。（李玉紅, 等.中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志, 2003, 21(5) ）,3. 對(duì)酶活性的影響 低頻電磁場(chǎng)對(duì)酶活性具有增加或降低兩方面的作用。 (1)Byus首先研究了60Hz正弦電場(chǎng)(10mV/cm、暴露對(duì)3個(gè)細(xì)胞系(人的淋巴瘤CEM細(xì)胞、小鼠骨髓瘤細(xì)胞、Reuber H35肝細(xì)胞瘤細(xì)胞)鳥氨酸脫氫酶酶活性的影響,發(fā)現(xiàn)1h的暴露可以增加鳥氨酸脫氫酶酶活性。(Byus CV, et al. Bioelectromagnetics. 1992;13(2) (2)錢永勝等的實(shí)驗(yàn)中,脈沖電磁場(chǎng)照射小鼠8h后,定位于皮膚毛細(xì)血管的上皮細(xì)胞中的ATPase與5-N酶活性降低,說明脈沖電磁場(chǎng)損傷了毛細(xì)血管的上皮細(xì)胞膜;肝臟ATPase與5-N酶活性也下降。(錢永勝,等. (四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 2002; S1 ),對(duì)蛋白質(zhì)分子的影響,細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng),1. 對(duì)細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的影響 低頻電磁場(chǎng)暴露依其強(qiáng)度、作用時(shí)間等參數(shù)和靶細(xì)胞的不同,細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期都表現(xiàn)出電磁場(chǎng)依賴性和非依賴性。 (1)湯青等研究了低頻電磁場(chǎng)對(duì)成骨細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的影響,研究結(jié)果顯示,低頻電磁場(chǎng)作用后的細(xì)胞與對(duì)照組細(xì)胞相比,細(xì)胞數(shù)目增多,S期細(xì)胞百分比增高,凋亡比例減少。(湯青，等. 科學(xué)通報(bào); 1999,20 ) (2)王恩彤等研究了電場(chǎng)對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞(VEC)增殖和細(xì)胞周期的影響, 200mV/mm的電場(chǎng)暴露則可抑制細(xì)胞周期G1/S期的過渡,產(chǎn)生G1期停滯帶,從而明顯抑制VEC的增殖。(王恩彤, 等. 空軍總醫(yī)院學(xué)報(bào),2003,19(l),細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng),2. 對(duì)細(xì)胞分化的影響 (1)Elizabeth等研究了低頻電磁場(chǎng)暴露對(duì)PC12噬鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞的分化的影響,研究結(jié)果顯示,暴露于4.5-8.25uT低頻電磁場(chǎng)23h,培養(yǎng)在含15%血清培養(yǎng)基中的實(shí)驗(yàn)組中細(xì)胞的神經(jīng)突觸的生長(zhǎng)受到明顯抑制,即向非神經(jīng)性細(xì)胞分化;培養(yǎng)在含4%血清培養(yǎng)基中的實(shí)驗(yàn)組中細(xì)胞的神經(jīng)突觸生長(zhǎng)得到明顯的促進(jìn),即向神經(jīng)性細(xì)胞分化。而暴露于8.25-15.8uT低頻電磁場(chǎng)對(duì)PC12細(xì)胞的神經(jīng)突觸生長(zhǎng)沒有明顯的促進(jìn)作用。(Elizabeth H, et al. Bioelectrochemistry,2000,52),細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng),3. 對(duì)細(xì)胞免疫功能的影響 (1)馬雪蓮等在低強(qiáng)度瞬態(tài)電磁脈沖對(duì)淋巴細(xì)胞影響的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示:低頻電磁場(chǎng)照射后,淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率普遍下降,但并不呈現(xiàn)劑量-效應(yīng)正比關(guān)系。(馬雪蓮, 等. 四川師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2002,23(2) (2)T細(xì)胞表面有紅細(xì)胞的受體,在體外能與綿羊