電磁學(xué)小論文

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)電磁課小論文論文題目：淺談電磁輻射對健康的影響及電磁學(xué)在醫(yī)學(xué)中的作用2010年6月8日摘要：我們所生活的環(huán)境中存在著大量的電磁輻射，它們對人身體的健康存在著極大的危害，而近些年人們在生活中也極力規(guī)避這種危害并使現(xiàn)狀得到了一些改善。在電磁輻射危害人類健康的同時(shí)，人們也將電磁學(xué)知識運(yùn)用到醫(yī)學(xué)治療中并取得了很多了不起的成果。而這個(gè)領(lǐng)域也還在不斷發(fā)展階段，尚有很多事情等待我們?nèi)プ鲫P(guān)鍵詞: 電磁輻射，核磁共振，生物磁學(xué)，應(yīng)用前景引言：現(xiàn)代人對電磁輻射常常會談虎色變，那么電磁輻射究竟對人體有怎樣的危害？人們又應(yīng)當(dāng)如何規(guī)避？電磁對人體除了危害是否也能起到好的作用？電磁學(xué)是如何應(yīng)用到現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中

2、并將有怎樣的發(fā)展前景呢？本文將就這些問題進(jìn)行些粗淺的討論。（一）電磁輻射（electromagnetism radiation）又稱電子煙霧，是由空間共同移送的電能量和磁能量所組成，而該能量是由電荷移動所產(chǎn)生。近年來國內(nèi)外對電磁輻射對造成人體不良影響的報(bào)道和文章一直未曾中斷，那么電磁輻射對人體究竟有怎樣的危害呢？據(jù)調(diào)查研究顯示，電磁輻射的危害主要表現(xiàn)為下面六個(gè)方面： 危害之一： 它極可能是造成兒童患白血病的原因之一。醫(yī)學(xué)研究證明，長期處于高電磁輻射的環(huán)境中，會使血液、淋巴液和細(xì)胞原生質(zhì)發(fā)生改變。意大利專家研究后認(rèn)為，該國每年有 400 多兒童患白血病，其主要原因是距離高壓線太近，因而受到了嚴(yán)重

3、的電磁污染。 危害之二： 能夠誘發(fā)癌癥并加速人體的癌細(xì)胞增殖。電磁輻射污染會影響人類的循環(huán)系統(tǒng)、免疫、生殖和代謝功能，嚴(yán)重的還會誘發(fā)癌癥，并會加速人體的癌細(xì)胞增殖。瑞士的研究資料指出，周圍有高壓線經(jīng)過的住戶居民，患乳腺癌的概率比常人高 7.4 倍。 美國得克薩斯州癌癥醫(yī)學(xué)基金會針對一些遭受電磁輻射損傷的病人所做的抽樣化驗(yàn)結(jié)果表明，在高壓線附近工作的工人，其癌細(xì)胞生長速度比一般人要快 24 倍。 危害之三： 影響人類的生殖系統(tǒng)，主要表現(xiàn)為男子精子質(zhì)量降低，孕婦發(fā)生自然流產(chǎn)和胎兒畸形等。 危害之四： 可導(dǎo)致兒童智力殘缺。據(jù)最新調(diào)查顯示，我國每年出生的 2000 萬兒童中，有 35 萬為缺陷兒，其中

4、 25 萬為智力殘缺，有專家認(rèn)為電磁輻射也是影響因素之一。世界衛(wèi)生組織認(rèn)為，計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、移動電話的電磁輻射對胎兒有不良影響。 危害之五 ：影響人們的心血管系統(tǒng)，表現(xiàn)為心悸，失眠，部分女性經(jīng)期紊亂，心動過緩，心搏血量減少，竇性心率不齊，白細(xì)胞減少，免疫功能下降等。如果裝有心臟起搏器的病人處于高壓電磁輻射的環(huán)境中，會影響心臟起搏器的正常的使用。 危害之六 ：對人們的視覺系統(tǒng)有不良影響。由于眼睛屬于人體對電磁輻射的敏感器官，過高的電磁輻射污染會引起視力下降，白內(nèi)障等。高劑量的電磁輻射還會影響及破壞人體原有的生物電流和生物磁場，使人體內(nèi)原有的電磁場發(fā)生異常。值得注意的是，不同的人或同一個(gè)人在不同年

5、齡階段對電磁輻射的承受能力是不一樣的，老人、兒童、孕婦屬于對電磁輻射的敏感人群。顯然電磁輻射對人體的危害是極其明顯的，那么我們又要如何盡量避免受到這種危害呢？首先要聲明的是在現(xiàn)代社會電磁輻射是無處不在不可避免的，然而如果電磁輻射被控制在一定范圍內(nèi)對人體的影響是極小的，但一旦達(dá)到一定程度形成電磁污染就會對人體造成巨大危害。對于防范電磁輻射從原理上主要有兩種方法，即減少電磁輻射和遠(yuǎn)離電磁輻射。具體應(yīng)用到生活中主要是遠(yuǎn)離輻射源，在開關(guān)帶電設(shè)備時(shí)盡量遠(yuǎn)離，減少接觸時(shí)間，敏感人群盡量遠(yuǎn)離，多吃富含維生素A, 維生素C，蛋白質(zhì)的食物以增強(qiáng)機(jī)體對電磁輻射抵抗力等。（二）在電磁輻射危害到人體健康的同時(shí)人們也將

6、電磁應(yīng)用到醫(yī)學(xué)中為人體健康服務(wù)，并且取得了很多成果。核磁共振技術(shù)核磁共振技術(shù)早期僅限于原子核的磁矩、電四極矩和自旋的測量，隨后則被廣泛地用于確定分子結(jié)構(gòu)，用于對生物在組織與活體組織的分析、病理分析、醫(yī)療診斷、產(chǎn)品無損檢測等諸多方面。我們在生活中都曾接觸過接觸過CT。其實(shí)它的全名叫核磁共振CT，從這些字眼上便可理解其與物理的關(guān)系之慎密。核磁共振成像（NMR成像）被廣泛地用于醫(yī)療診斷上，其中最常用是平面成象，即獲取樣品平面（斷面）上的分布信息，稱作核磁共振計(jì)算機(jī)斷層成象，也就是常說的核磁共振CT(computed topography)。就人體而言，體內(nèi)的大部分(75%)物質(zhì)都是水，且不同組織中水

7、的含量也不同。用核磁共振CT手段可測定生物組織中含水量分布的圖像，這實(shí)際上就是質(zhì)子密度分布的圖像。當(dāng)體內(nèi)遭受某種疾病時(shí)，其含水量分布就會發(fā)生變化，利用氫核的核磁共振就能診斷出來。圖9所示的人體成像裝置核磁共振成像系統(tǒng)由磁體系統(tǒng)、譜儀系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和圖象顯示系統(tǒng)組成。磁體系統(tǒng)由主磁體、梯度線圈、墊補(bǔ)線圈和與主磁場正交的射頻線圈組成，是核磁共振發(fā)生和產(chǎn)生信號的主體部分。譜儀系統(tǒng)是產(chǎn)生磁共振現(xiàn)象并采用磁共振信號的裝置，主要由梯度場發(fā)生器和控制系統(tǒng)、MR信號接收和控制等部分組成。計(jì)算機(jī)圖象重建系統(tǒng)要求配備大容量計(jì)算機(jī)和高分辨的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（analog/difital converter, A/D），

8、以完成數(shù)據(jù)采集、累加、傅里葉轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示。核磁共振技術(shù)是一種無侵襲的檢查方法，對患者沒有射線影響，它的優(yōu)點(diǎn)是不需要移動患者就能獲得無重疊的、不失真的、任何解剖方向的斷層圖像。打破了以往醫(yī)學(xué)影像診斷的慣例，克服了以解剖學(xué)為基礎(chǔ)的局限性，可以在分子結(jié)構(gòu)的水平上進(jìn)行診斷。所以，它不僅能描述物質(zhì)的物理特性，還能觀察活體組織的生物化學(xué)和生物狀態(tài)。利用核磁共振圖像，可以早期并全面地顯示心肌運(yùn)動障礙的范圍和位置；還能明確地劃分出血栓形成的范圍及顯示人體組織中含水含脂肪的部分；還能進(jìn)行早期腫瘤識別，把正常的組織結(jié)構(gòu)、良性腫瘤結(jié)構(gòu)與惡性腫瘤結(jié)構(gòu)區(qū)分開。生物磁學(xué)近年來一門新的交叉學(xué)科生物磁學(xué)已經(jīng)逐漸形

9、成。生物磁學(xué)（biomagnetism）是研究生物磁性和生物磁場的生物物理學(xué)分支。通過生物磁學(xué)研究，可以獲得有關(guān)生物大分子、細(xì)胞、組織和器官結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的信息，了解生命活動中物質(zhì)輸運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞過程中生物磁性的表現(xiàn)和作用。生物磁學(xué)研究與物理學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)和生理學(xué)、醫(yī)學(xué)等有密切關(guān)系，并在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷和治療、環(huán)境保護(hù)、生物工程等方面有廣闊應(yīng)用前景。生物磁學(xué):生物磁場在醫(yī)學(xué)中，具有順磁性的許多蛋白質(zhì)和酶在生命活動中有重要功能，例如含鐵的血紅蛋白（參與氧輸運(yùn)）、氧化還原素（參與光合作用）、琥珀酸脫氫酶（參與碳水化合物氧化），含鈷的核糖核苷酸氧化酶（參與DNA合成）、谷氨酸變位酶（

10、參與氨基酸代謝），含銅的血清蛋白（負(fù)責(zé)鐵的利用）等。測量生物物質(zhì)的磁化率，可以了解其結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一些信息，如測量順磁性的脫氧血紅蛋白和脫氧肌紅蛋白的磁化率與溫度的關(guān)系，可確定其中Fe3+的能級分裂參數(shù)。對人喉正常組織和腫瘤組織的磁化率測量表明，兩者有顯著的差異。根據(jù)物質(zhì)的固有磁矩與外磁場相互作用，在一定條件下發(fā)生強(qiáng)烈共振吸收而建立的磁共振技術(shù)，具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、可以研究動態(tài)和瞬變過程等特點(diǎn)，是研究生物物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的十分重要的技術(shù)。生物磁學(xué)離不開的就是生物磁場。生物磁場主要來源于生物體內(nèi)的電活動和非正常生理狀態(tài)的強(qiáng)磁性物質(zhì)（如Fe3O4）。在生命活動如物質(zhì)輸運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞

11、過程中，會發(fā)生電荷的傳遞或離子的遷移。例如心臟搏動、骨骼肌運(yùn)動、神經(jīng)系統(tǒng)感知和調(diào)控過程中，這些組織的細(xì)胞膜對各種離子的通透性會發(fā)生瞬時(shí)變化，出現(xiàn)脈沖式的離子電流，導(dǎo)致細(xì)胞膜電位的改變，形成動作電位。動作電位的傳播在生物組織中形成生物電流，同時(shí)伴生相應(yīng)的生物磁場。此外，由于環(huán)境污染等原因，吸入人體的鐵磁性物質(zhì)的粉塵，會沉積于肺部或進(jìn)入胃腸系統(tǒng)，經(jīng)外加 磁場磁化后，可測到一定的剩余磁場。生物磁場隨時(shí)間或空間位置變化的記錄圖稱為生物磁圖，生物磁圖與生物電圖比較有如下顯著優(yōu)點(diǎn)： 磁探測器不與人體直接接觸，可避免電極與體表接觸產(chǎn)生的干擾； 磁測量可得到人體恒定的和交變的磁場成分，而生物電只能得到交流成分

12、； 磁場探測器可在空間改變探測部位，能得到三維的磁場分布圖，并能對源電流產(chǎn)生部位進(jìn)行較準(zhǔn)確定位。目前已可獲得的磁圖包括腦磁圖，心磁圖，肺磁圖。磁性X射線造影劑由于原有X射線造影劑(鋇餐)效果不夠理想，人們研制了磁性X射線造影劑，現(xiàn)在已用于臨床診斷。這是一種具有磁性的流動液體，對X射線具有較好吸收率，通過改變外部磁場，它幾乎可到達(dá)身體內(nèi)的任何待查部位，而且不會在體內(nèi)凝固。電子顯微鏡電子顯微鏡在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用廣泛，可用來觀察普通光學(xué)顯微鏡不能分辨的精細(xì)結(jié)構(gòu)。如生物中的病毒、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)等。電子顯微鏡根據(jù)電子束照射物體井成像的原理，利用電子束通過磁透鏡(基于磁聚焦原理)進(jìn)行聚焦，然后通過加速電壓能產(chǎn)生

13、波長很短的電子波，其放大倍數(shù)是普通光學(xué)顯微鏡的幾十倍甚至幾十萬倍。另一方面，在醫(yī)學(xué)中利用電磁原理可改善人體內(nèi)部的微循環(huán)，達(dá)到治病保健的作用，如血液循環(huán)機(jī)和各種磁療儀等；根據(jù)人體與電磁波的相互作用，在醫(yī)學(xué)上利用電磁能的熱效應(yīng)進(jìn)行腫瘤的高溫治療和一般熱療。粒子加速器在醫(yī)學(xué)中用來產(chǎn)生用于診斷或治療的射線，也可用來生產(chǎn)注入人體內(nèi)利于顯像的放射性物質(zhì)，它是利用帶電粒子在磁場中的運(yùn)動規(guī)律制成的。（三）電磁學(xué)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)中的時(shí)間并不算長，尚有很多技術(shù)上并不完美或尚待開發(fā)。個(gè)人認(rèn)為將來電磁學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用將主要體現(xiàn)在兩個(gè)領(lǐng)域診斷性儀器的開發(fā)和臨床病癥的治療。由核磁共振技術(shù)和電子顯微鏡等儀器的特性可看出，電磁由于

14、其自身量子化，對人體損傷小，精確等特點(diǎn)而極適于被開放成為檢測性技術(shù)，而現(xiàn)在這種技術(shù)在醫(yī)學(xué)中并不完備，比如我們現(xiàn)在能獲得的磁圖極其有限，又比如對很多具有潛伏期的病癥我們都缺乏對其進(jìn)行早期檢測的方法，這些問題在目前暫時(shí)還無法解決，但隨著電磁學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的不斷深入應(yīng)用這些問題必有一天會被解決。目前另兩個(gè)限制其發(fā)展和廣泛性應(yīng)用的問題就是價(jià)位和安全性，如何開發(fā)成本更小，對人體損害更小的技術(shù)也成為急需我們思考的問題。目前的理療技術(shù)中已有電療法和磁療法，其中電療法包括靜電療法、直流電療法、低頻電療法、中頻電療法、高頻電療法、超高頻電療法、特高頻電療法、離子導(dǎo)入療法、電離空氣療法、電水浴療法、射頻療法等。磁療法包括靜磁場療法、脈動磁場療法、低頻磁場療法、中頻電磁場療法、高頻電磁場療法等。另外還包括心臟起搏器，電磁法促進(jìn)骨愈合等。這些療法基本還都處在初級階段，僅限于利用電磁刺激細(xì)胞或肌肉起到鎮(zhèn)痛，促進(jìn)新陳代謝等“理”和“養(yǎng)”的階段而很難真正達(dá)到“醫(yī)”和“療”的水平，這些主要是由于技術(shù)水平所限而并非不可達(dá)到的。例如我們都知道興奮在人體中是以電信號的形式通過反射弧傳導(dǎo)的，通過Na+和K+的跨