電磁場的生物效應(yīng)級

電磁場的生物效應(yīng)級第1頁/共32頁第二章生物磁學(xué)第一節(jié)物質(zhì)的磁性第二節(jié)生物物質(zhì)的磁性和生物磁場第三節(jié)磁場的生物效應(yīng)第四節(jié)磁場生物效應(yīng)在臨床醫(yī)學(xué)中的作用與機(jī)理第五節(jié)電磁場的生物效應(yīng)及其作用機(jī)理第六節(jié)微波的生物效應(yīng)及其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第2頁/共32頁第五節(jié)電磁場的生物效應(yīng)及其作用機(jī)理一、電磁場的生物效應(yīng)二、作用機(jī)理第3頁/共32頁一、電磁場的生物效應(yīng)電磁場與機(jī)體之間的相互作用，必定會(huì)產(chǎn)生一系列生理影響，也即電磁場的生物效應(yīng)。而它通常以致熱作用和非熱作用存在。不同頻率段的電磁場引起的生物效應(yīng)一般不同。光輻照生物體，以非熱效應(yīng)為主；微波和射頻波輻照，以刺激效應(yīng)為主；恒穩(wěn)電磁場輻照，以電極化和磁矩取向?yàn)橹鳌５?頁/共32頁一、電磁場的生物效應(yīng)根據(jù)電磁場對束縛電荷的作用結(jié)果，可分為電離輻照和非電離輻照。電離輻照使處于束縛狀態(tài)的帶電粒子成為自由粒子;非電離輻照不能使處于束縛狀態(tài)的帶電粒子成為自由粒子。第5頁/共32頁一、電磁場的生物效應(yīng)本節(jié)介紹極低頻—甚高頻電磁場對神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和致癌問題研究的部分結(jié)果。第6頁/共32頁1．神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)對電磁場作用非常靈敏，無論從功能、代謝或形態(tài)方面都有相關(guān)報(bào)道。經(jīng)顱刺激神經(jīng)細(xì)胞測定中樞運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)。最早是用短時(shí)限高壓電流刺激，此種方法病人感到疼痛不適，因而使用有一定限制。Barker首次記錄了用磁刺激大腦運(yùn)動(dòng)皮層所獲得運(yùn)動(dòng)反應(yīng)，使用該方法病人幾乎沒有什么感覺，更無疼痛不適。第7頁/共32頁1．神經(jīng)系統(tǒng)射頻輻照可致腦中ATP含量改變，C蛋白對射頻輻照敏感；射頻輻照可能阻礙細(xì)胞線粒體中電子傳遞功能，使腦中能量代謝下降。ATP是含有三分子磷酸的腺苷，因此稱為腺苷三磷酸，也稱三磷酸腺苷，是體內(nèi)最重要的高能化合物。在生命活動(dòng)中能量的釋放、貯存和利用主要是以ATP為中心，故ATP是直接供能物質(zhì)。電磁波對腦組織的影響不僅有頻率窗，而且有功率窗。第8頁/共32頁2．內(nèi)分泌系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)1Friedman將猴放在200G的恒磁場中，每天輻照4h。結(jié)果尿中類皮質(zhì)激素上升，停止輻照6天后恢復(fù)正常。實(shí)驗(yàn)2小鼠在60Hz，25～50kV／m電場作用下，皮質(zhì)酮上升；但當(dāng)繼續(xù)輻照時(shí)，皮質(zhì)酮又下降至基線。第9頁/共32頁2．內(nèi)分泌系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)3腎上腺中的類皮質(zhì)激素對電磁波的反應(yīng)有時(shí)相性，將強(qiáng)度為0.15～0.25T的永磁體置于家兔兩側(cè)甲狀腺部位，作用28天與39天后，檢查甲狀腺功能，結(jié)果表明磁場對甲狀腺功能無明顯影響。第10頁/共32頁3．免疫系統(tǒng)脈沖電磁場可激活培養(yǎng)中的淋巴細(xì)胞，電磁場所引起的免疫改變有時(shí)相性，往往先出現(xiàn)刺激反應(yīng)，然后才出現(xiàn)免疫抑制反應(yīng)。磁場作用機(jī)體后，可以提高機(jī)體的免疫力。第11頁/共32頁3．免疫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)1以0.04～0.12T的恒磁場及0.6T的脈沖磁場，分別作用于胸腺及脾臟的相應(yīng)體表部位，觀察家兔的免疫功能。結(jié)果除0.04T的恒磁場對家兔免疫功能無影響外，0.12T恒磁場組家兔白細(xì)胞數(shù)及中性白細(xì)胞均有增高，0.6T脈沖磁場組的細(xì)胞兔疫功能的變化比較明顯，淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率、白細(xì)胞總數(shù)及中性白細(xì)胞比例均有增高。第12頁/共32頁3．免疫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2應(yīng)用同位素方法研究不同強(qiáng)度的交變磁場對離體血淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化的影響，結(jié)果表明一定強(qiáng)度的磁場作用能促進(jìn)機(jī)體兔疫能力。第13頁/共32頁4．心血管系統(tǒng)功率密度為數(shù)百μW／cm2至數(shù)mW／cm2的電磁場作用，機(jī)體表現(xiàn)出迷走神經(jīng)興奮性增高；在功率密度接近或小于100μW／cm2的電磁場作用，可出現(xiàn)交感神經(jīng)興奮現(xiàn)象。第14頁/共32頁4．心血管系統(tǒng)電磁場輻照除可引起血壓變化之外，還可出現(xiàn)血管痙攣，脈搏的傳播速度加快等現(xiàn)象。電磁場局部輻照可使血管擴(kuò)張，管徑增大，血流速度加快，物質(zhì)交換加強(qiáng)。第15頁/共32頁5．電磁場與致癌世界許多國家近些年連續(xù)發(fā)表了不少有關(guān)電磁場能否致癌的研究報(bào)告。居民在長期受到強(qiáng)電磁場作用后，患白血病及腦癌的可能性增加。第16頁/共32頁5．電磁場與致癌Szmigielski報(bào)道的資料更為具體，他通過大樣本調(diào)查所得結(jié)論為：在射頻電磁場的影響下,人群中患癌率比對照組高3倍，主要危險(xiǎn)器官為血-淋巴系統(tǒng)（發(fā)病率可比其官器官高7倍），其次為消化系統(tǒng)癌、皮膚癌（包括黑色素瘤）；在發(fā)病年齡方面最高危險(xiǎn)度為40～49歲（受照5～15年者）。癌發(fā)生率與受輻照時(shí)間密切相關(guān)。同樣部位、同位癌腫種類，受照射組比對照組在癌腫發(fā)生時(shí)間上，可提早十幾年。第17頁/共32頁5．電磁場與致癌Stevens指出超低頻電磁場的致癌機(jī)理可減少松果體內(nèi)褪黑激素的形成，從而導(dǎo)致體內(nèi)雌激素及泌乳素的升高，后者可引起癌細(xì)胞生長與增殖。第18頁/共32頁二、作用機(jī)理靜電場主要是使生物組織的分子極化。使分子磁矩向該點(diǎn)的磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)和對運(yùn)動(dòng)電荷施以洛侖茲力。時(shí)變電磁場頻率比較低的時(shí)變磁場，相應(yīng)的能量子hv不足以使處于束縛狀態(tài)的電子發(fā)生電離，故屬非電離輻照。第19頁/共32頁時(shí)變電磁場的生物效應(yīng)根據(jù)生物體內(nèi)的產(chǎn)熱多少，其生物效應(yīng)又可分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。第20頁/共32頁1.熱效應(yīng)電磁場的熱效應(yīng)是指由電磁場引起的生物組織或系統(tǒng)受熱而對生物體產(chǎn)生的生物影響。電磁場的熱效應(yīng)和通過其它方式加熱所導(dǎo)致的效應(yīng)沒有本質(zhì)區(qū)別。生熱的方式有：生物體內(nèi)的有極分子在高頻電場作用下反復(fù)快速取向轉(zhuǎn)動(dòng)而摩擦生熱；傳導(dǎo)電流生熱；介質(zhì)損耗生熱。第21頁/共32頁傳導(dǎo)電流生熱由于生物體中存在能自由遷移的帶電粒子，生物體在電場作用下能產(chǎn)生電流。這些粒子稱為載流子，載流子在電場的作用下，宏觀結(jié)果是獲得一平均定向速度。根據(jù)載流子的種類，可分為電子電導(dǎo)（包括空穴電導(dǎo)）離子電導(dǎo)（離子可帶正電荷也可帶負(fù)電荷）膠粒電導(dǎo)（載流子是帶電的分子團(tuán)）。第22頁/共32頁介質(zhì)損耗生熱無極分子在外電場作用下，分子的正負(fù)電荷重心將發(fā)生相對移動(dòng)形成等效電偶極子。外電場越強(qiáng)，正負(fù)電荷重心間的相對位移越大，等效的電偶極矩越大，電場撤去后正負(fù)電荷重心又重合在一起。所以無極分子類似于一個(gè)“彈性電偶極子”。第23頁/共32頁介質(zhì)損耗生熱有極分子在外電楊作用下，將受到一個(gè)外力矩的作用，使分子的電偶極矩取向電場的方向。但由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，不可能所有分子的電偶極矩都按電場的方向排列起來。分子的位移和取向極化都不能瞬時(shí)完成，必須經(jīng)過一定的時(shí)間。位移極化的建立最快，約為10-15～10-14S。第24頁/共32頁2．非熱效應(yīng)電磁場的非熱效應(yīng)是指生物系統(tǒng)吸收電磁能量后，產(chǎn)生不同于溫度變化引起的生物學(xué)變化。非熱效應(yīng)也稱為場的特異性效應(yīng)。這種影響經(jīng)常發(fā)生在細(xì)胞與分子水平上。即使在電磁場的熱效應(yīng)中，也存在著場的特異性效應(yīng)。第25頁/共32頁2．非熱效應(yīng)生物體與電磁場之間的相互作用不僅僅是電磁能在生物體內(nèi)的簡單轉(zhuǎn)化，理論和實(shí)驗(yàn)表明，電磁場作用生物體使生物體產(chǎn)生了許多復(fù)雜的生物物理效應(yīng)。第26頁/共32頁主要的生物物理效應(yīng)（1）回旋加速共振效應(yīng)（2）參量共振效應(yīng)（3）核磁共振效應(yīng)第27頁/共32頁（1）回旋加速共振效應(yīng)大量生物效應(yīng)涉及到Ca2+的結(jié)合和流動(dòng)，在解釋超低頻電磁場頻率窗口的效應(yīng)時(shí)，認(rèn)為相互作用的機(jī)制是一種離子回旋加速共振。第28頁/共32頁（1）回旋加速共振效應(yīng)速度為v，帶電量為q，質(zhì)量為m的離子，在靜磁場BS中作圓運(yùn)動(dòng)（角速度ω＝qBS／m）。當(dāng)疊加B=B0ejωt的交變磁場（和原靜磁場平行）后，離子角速度和它的軌道半徑增加。若滿足一定的頻率要求，帶電離子達(dá)到回旋加速共振，如Ca2+

在50μT的靜磁場中，回旋加速頻率為38.4Hz。第29頁/共32頁（2）參量共振效應(yīng)參量共振效應(yīng)有許多與回旋共振效應(yīng)相同的特征，如靜磁場和交變磁場的相互作用。第30頁/共32頁（2）參量共振效應(yīng)在靜磁場（地磁場）中的熱誘發(fā)離子振動(dòng)遵從塞曼效應(yīng)，分裂成頻率為ω1和ω2的