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极低频电磁场生物效应实时检测及其生物鲁棒性分析的研究

王顺  
【摘要】:随着各种电力设备、高压输变电线路的大力建设和日常生活中各种家用电器的普及,极低频电磁场对人的健康影响越来越受到关注。但目前流行病学研究没有给出极低频电磁场影响人健康的确切证据,故电磁场生物效应的机制研究尤其重要。电磁场生物效应作用机制存在两个重要的科学问题: (1)电磁场作为物理因素最初是如何与生物体作用的?即原初作用机制问题; (2)多少强度的电磁场会产生生物效应甚至于健康效应?即限值问题。 因此,若深入探究电磁场生物效应的机制,研究工作必须做到动态、实时、准确高效地观察与分析,以及从系统论的角度,评价电磁场对生物体的影响。 在本实验室先前的工作基础之上,本文探究大鼠海马神经细胞对不同强度50Hz极低频电磁场短时间刺激的鲁棒性。我们分析了电磁场作用下活性氧自由基(ROS),钙离子(Ca2+)和线粒体膜电位(MMP)三个生物学指标的动态变化。通过电磁场作用下这三个指标的动态变化的鲁棒性,研究电磁场对细胞的影响。本文主要包括以下两部分工作: 第一部分是极低频电磁场暴露实时检测技术的开发。建立了两套以阈值分割为主要技术的分析方法:第一套用于从ROS和Ca2+荧光照片中提取荧光图线,反映细胞内的ROS和Ca2+浓度动态变化;第二套从MMP图像中,得到目标线粒体红绿色分量的荧光比值变化图线,用以反映线粒体膜电位的动态变化状况。通过该部分建立的方法,从图像中提取出了动态图线,反映细胞状态的变化。 第二部分是极低频电磁场对生物效应影响的分析。根据生物鲁棒性理论,分析第一部分工作中提取出的图线。利用非线性系统状态图的分析方法,确定出每一个分析目标的生理指标变化状况。 本文得出如下结论: (1)电磁场瞬时作用海马神经元会对细胞内ROS鲁棒性产生影响,这种影响存在较明显的剂量效应关系。 (2)电磁场瞬时作用海马神经元影响细胞内Ca2+鲁棒性,这种影响可能存在阈值效应。 (3)本研究未观察到电磁场瞬时作用下,海马神经元的线粒体膜电位鲁棒性的显著改变。


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