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900 MHz电磁波和有关理化因素对人红细胞的即时作用

姚成灿  
【摘要】:随着移动电话等的普及,人们日常生活中接受到越来越多的射频电磁辐射,因此,射频电磁场的生物学效应已经成为引起人们广泛关注的重要研究领域。电磁场的生物效应包括热效应和非热效应,过去20多年里,对电磁辐射的生物效应,尤其是非热效应进行了大量研究,也提出了各种理论和模型。目前较为一致的看法是,电磁辐射作用的形式和强度大小与对人体及实验动物所引起的各种生物效应有相关性,但是,到目前为止,仍然没有得出一个权威性的结论,尚未阐明其确切效应和内在机制。综合分析以往这些研究,可发现存在多方面的问题,其中一个非常值得注意的问题是,除个别实验报道进行的单项检测外,基本上大部分的实验都没有对在电磁场作用过程当中对细胞产生的各种作用及有关效应进行实时监测。 为此,本文研究移动电话所用900 MHz射频电磁波,在分别对应于手机在通话状态下(15μW/cm~2~31μW/cm~2),和手机基站、微波通讯机房、微波炉生产线、机场雷达等周围泄露的电磁波(1 mW/cm~2~5 mW/cm~2)功率密度水平辐照下,对分离人红细胞的有关即时效应。之所以选择红细胞,是因为红细胞是生理学、生物物理学和生物电化学研究的理想模型,是细胞生物学基础研究的重要实验对象。本文的主要目的在于,通过多维显微成像技术、快速显微多道分光光度技术、显微动态图像分析技术、相分析电泳激光散射技术等多种手段,研究射频电磁波以及射频电磁波与其他理化因素对红细胞的协同作用。在完整细胞、细胞膜、细胞内分子三个层次水平上,对单个活态人红细胞的形态、大小、膜弹性模量、胞内Hb吸收光谱、膜表面电荷等多个参数的测量和分析。揭示射频电磁波和有关理化因素对单个活态人红细胞结构与功能各种参数即时影响的规律和机制。研究所得结论如下: (1)对应于移动电话手机辐射水平的极低功率密度(15μW/cm~3和31μW/cm~2)900 MHz射频电磁波≤30分钟照射对离体单个活态人红细胞的形态、大小、膜弹性模量、胞内Hb的结构与浓度、膜表面电荷(照射时间为60 min)等都不会产生统计意义的显著影响。而低功率密度(1 mW/cm~2和5 mW/cm~2)900 MHz射频电磁波对单个活态人红细胞的形态、大小、膜弹性模量、胞内Hb吸收光谱、膜表面电荷等有显著影响。 (2)低功率密度900 MHz射频电磁波辐射,通过对红细胞膜的作用可使其表面电 暨南大学理学博士学位论文 荷密度与Zeta电位降低,从而影响膜的通透性,引起Hb和离子外泄,同时 也通过对氢键的激励等途径,改变蛋白质的结构和活性直接引起胞内Hb损 失,而使胞内Hb浓度减少。这些变化导致红细胞形态从双凹形向球形或棘形 过渡,接触面积与直径变小,弹性模量增大。 (3)低功率密度900 MHz射频电磁波对红细胞的影响并非单纯取决于辐射的剂量 (即功率密度与时间之乘积),还与电磁波的照射时间有关。也就是说,作用 除有一功率密度闭值外,还有一作用时间闭值,需超过一定的照射时间才会 引起或出现有关效应。超过这两个闭值后,呈现一定的剂量累积效应。 (4)低功率密度射频电磁波照射对红细胞的作用具有时效效应:电磁波仅照射10 min便可使膜弹性模量显著增加,而停止照射30 min后膜弹性模量会下降至 照前水平;红细胞内Hb浓度与分子构型在照射30 min后才会发生变化,但 停止照射后会维持在停止照射时的水平,不能恢复到照射前水平。说明在各 种结构与功能参数中,红细胞膜的变形能力受射频电磁波辐射作用的反应最 快、最敏感,并有一定的自我恢复能力。而细胞的形态大小和胞内Hb的变性 与流失则不可恢复。这提示有关射频电磁波辐射对细胞作用的研究应在即时 (实时)进行的必要性和重要性。 (5) pH值、温度、胰蛋白酶、射频电磁波等理化因素作用都能引起红细胞形状、 大小、膜力学特性、胞内Hb和表面电荷的变化。在本实验范围内,对红细胞 形态大小的影响作用依强弱次序为pH值温度射频电磁波胰蛋白酶;对膜 弯曲弹性模量影响作用依强弱次序为pH值温度胰蛋白酶射频电磁波;对 膜剪切弹性模量影响作用依大小次序为温度pH值胰蛋白酶射频电磁波; 对胞内Hb浓度影响作用依大小次序为pH值温度射频电磁波胰蛋白酶; 对表面电荷影响作用依大小次序为pH值温度胰蛋白酶射频电磁波。 (6)外加电磁波照射引起的效应与红细胞所处状态密切相关,如果红细胞所处状 态偏离正常生理状态,则更容易在电磁辐射作用下,产生更严重的影响。pH 值、温度、表面电荷等理化因素与极低功率密度900 MHz射频电磁场之间没 有协同作用。pH值、温度、胰蛋白酶等理化因素对900 MHz低功率密度射 频电磁场照射导致的红细胞结构与功能变化具有正协同作用,对于红细胞膜 力学性质的协同作用效果各因素中pH值温度表面电荷,对于胞内Hb的协 同作用效果为pH值表面电荷温度。 (7)红细胞的表面电荷、大小形态、膜弹性模量及胞内Hb的结构与功能等参数 之间的变化相互紧密相关,互为影响。各种理化因素依其作用方式不同可能


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