電磁場的生物效應級

電磁場的生物效應級第1頁/共32頁第二章生物磁學第一節(jié)物質的磁性第二節(jié)生物物質的磁性和生物磁場第三節(jié)磁場的生物效應第四節(jié)磁場生物效應在臨床醫(yī)學中的作用與機理第五節(jié)電磁場的生物效應及其作用機理第六節(jié)微波的生物效應及其在醫(yī)學中的應用第2頁/共32頁第五節(jié)電磁場的生物效應及其作用機理一、電磁場的生物效應二、作用機理第3頁/共32頁一、電磁場的生物效應電磁場與機體之間的相互作用，必定會產(chǎn)生一系列生理影響，也即電磁場的生物效應。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一般不同。光輻照生物體，以非熱效應為主；微波和射頻波輻照，以刺激效應為主；恒穩(wěn)電磁場輻照，以電極化和磁矩取向為主。第4頁/共32頁一、電磁場的生物效應根據(jù)電磁場對束縛電荷的作用結果，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、電磁場的生物效應本節(jié)介紹極低頻—甚高頻電磁場對神經(jīng)系統(tǒng)、內分泌系統(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)方面都有相關報道。經(jīng)顱刺激神經(jīng)細胞測定中樞運動傳導。最早是用短時限高壓電流刺激，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動皮層所獲得運動反應，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，是體內最重要的高能化合物。在生命活動中能量的釋放、貯存和利用主要是以ATP為中心，故ATP是直接供能物質。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．內分泌系統(tǒng)實驗1Friedman將猴放在200G的恒磁場中，每天輻照4h。結果尿中類皮質激素上升，停止輻照6天后恢復正常。實驗2小鼠在60Hz，25～50kV／m電場作用下，皮質酮上升；但當繼續(xù)輻照時，皮質酮又下降至基線。第9頁/共32頁2．內分泌系統(tǒng)實驗3腎上腺中的類皮質激素對電磁波的反應有時相性，將強度為0.15～0.25T的永磁體置于家兔兩側甲狀腺部位，作用28天與39天后，檢查甲狀腺功能，結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)中的淋巴細胞，電磁場所引起的免疫改變有時相性，往往先出現(xiàn)刺激反應，然后才出現(xiàn)免疫抑制反應。磁場作用機體后，可以提高機體的免疫力。第11頁/共32頁3．免疫系統(tǒng)實驗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體表部位，觀察家兔的免疫功能。結果除0.04T的恒磁場對家兔免疫功能無影響外，0.12T恒磁場組家兔白細胞數(shù)及中性白細胞均有增高，0.6T脈沖磁場組的細胞兔疫功能的變化比較明顯，淋巴細胞轉化率、白細胞總數(shù)及中性白細胞比例均有增高。第12頁/共32頁3．免疫系統(tǒng)實驗2應用同位素方法研究不同強度的交變磁場對離體血淋巴細胞轉化的影響，結果表明一定強度的磁場作用能促進機體兔疫能力。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張，管徑增大，血流速度加快，物質交換加強。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)表了不少有關電磁場能否致癌的研究報告。居民在長期受到強電磁場作用后，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報道的資料更為具體，他通過大樣本調查所得結論為：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度為40～49歲（受照5～15年者）。癌發(fā)生率與受輻照時間密切相關。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理可減少松果體內褪黑激素的形成，從而導致體內雌激素及泌乳素的升高，后者可引起癌細胞生長與增殖。第18頁/共32頁二、作用機理靜電場主要是使生物組織的分子極化。使分子磁矩向該點的磁場方向轉動和對運動電荷施以洛侖茲力。時變電磁場頻率比較低的時變磁場，相應的能量子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頁時變電磁場的生物效應根據(jù)生物體內的產(chǎn)熱多少，其生物效應又可分為熱效應和非熱效應。第20頁/共32頁1.熱效應電磁場的熱效應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。電磁場的熱效應和通過其它方式加熱所導致的效應沒有本質區(qū)別。生熱的方式有：生物體內的有極分子在高頻電場作用下反復快速取向轉動而摩擦生熱；傳導電流生熱；介質損耗生熱。第21頁/共32頁傳導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（包括空穴電導）離子電導（離子可帶正電荷也可帶負電荷）膠粒電導（載流子是帶電的分子團）。第22頁/共32頁介質損耗生熱無極分子在外電場作用下，分子的正負電荷重心將發(fā)生相對移動形成等效電偶極子。外電場越強，正負電荷重心間的相對位移越大，等效的電偶極矩越大，電場撤去后正負電荷重心又重合在一起。所以無極分子類似于一個“彈性電偶極子”。第23頁/共32頁介質損耗生熱有極分子在外電楊作用下，將受到一個外力矩的作用，使分子的電偶極矩取向電場的方向。但由于分子的熱運動，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完成，必須經(jīng)過一定的時間。位移極化的建立最快，約為10-15～10-14S。第24頁/共32頁2．非熱效應電磁場的非熱效應是指生物系統(tǒng)吸收電磁能量后，產(chǎn)生不同于溫度變化引起的生物學變化。非熱效應也稱為場的特異性效應。這種影響經(jīng)常發(fā)生在細胞與分子水平上。即使在電磁場的熱效應中，也存在著場的特異性效應。第25頁/共32頁2．非熱效應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的簡單轉化，理論和實驗表明，電磁場作用生物體使生物體產(chǎn)生了許多復雜的生物物理效應。第26頁/共32頁主要的生物物理效應（1）回旋加速共振效應（2）參量共振效應（3）核磁共振效應第27頁/共32頁（1）回旋加速共振效應大量生物效應涉及到Ca2+的結合和流動，在解釋超低頻電磁場頻率窗口的效應時，認為相互作用的機制是一種離子回旋加速共振。第28頁/共32頁（1）回旋加速共振效應速度為v，帶電量為q，質量為m的離子，在靜磁場BS中作圓運動（角速度ω＝qBS／m）。當疊加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）參量共振效應參量共振效應有許多與回旋共振效應相同的特征，如靜磁場和交變磁場的相互作用。第30頁/共32頁（2）參量共振效應在靜磁場（地磁場）中的熱誘發(fā)離子振動遵從塞曼效應，分裂成頻率為ω1和ω2的