射頻電磁污染對內耳的生物效應研究

趙晶 綜述 孫建軍 審校

1 解放軍軍醫進修學院（北京 100048）；2 海軍總醫院全軍耳鼻咽喉頭頸外科中心

隨著電磁輻射的暴露水平不斷增加，電磁污染將成為本世紀最主要的物理污染［1］。電磁污染的主要頻段包括兩個，即50～400Hz極低頻電磁輻射（生活與工業用電）和900～2 500MHz射頻電磁輻射（通訊頻段），這也是目前電磁生物效應的主要研究對象。手機電磁輻射是生活中最普通的電磁輻射，在通話過程中耳部與手機的距離只有幾厘米，接受手機電磁輻射最強，受到的影響也最大，因此射頻電磁輻射對耳的生物效應受到廣泛關注。本文就射頻電磁污染對內耳的生物效應進行綜述。

1 電磁生物效應的作用機理

電磁生物效應的作用機理主要包括熱效應、非熱效應、累積效應三個方面。熱效應是指一定頻率和功率的電磁輻射照射生物體時，引起生物體體溫上升。當上升的體溫超過組織的調溫能力，受照射組織吸收的能量遠大于生物體的新陳代謝能力時，會使組織的傳熱能力產生混亂，最終引起組織損害［2］。熱效應可使一些蛋白變性、酶失活，從而影響機體各項生命活動。非熱效應主要指電磁能量密度不是很強、在人體內產生的熱量較少、體溫升高并不明顯的情況下對生物體造成的影響［2］，是近年研究的熱點。迄今為止關于電磁輻射非熱效應的作用機制有相干電振蕩理論、場力效應理論、電磁干擾假說、離子回旋共振理論、克爾效應、暗弧子效應、半導體效應和超導效應等［3，4］。電磁輻射的非熱效應主要通過以下五個方面發生作用：

1.1 對電子傳送的影響 生命過程中廣泛存在著電子傳遞過程，如氧化還原反應、高鐵血紅素還原為血紅素、光能轉變為化學能等，這些過程均可受磁場影響［3］。

1.2 對自由基活動的影響 體內活性氧自由基具有一定的功能，如免疫和信號傳導過程，但過多的活性氧自由基有破壞性，可導致人體正常細胞和組織的損壞，從而引起多種疾病，如心臟病、老年癡呆癥、帕金森病和腫瘤。電磁輻射對自由基的影響主要包括兩方面，一方面電磁輻射可引發自由基的產生；另一方面自由基具有較大的化學活性，它帶有未抵消的電荷和自旋磁矩。在磁場作用下，既會受到洛倫茲力（Lorentz）的作用，又會使磁矩受到轉矩作用。Syent Gyorgyi認為射頻輻射可使組織釋放電子并形成自由基，從而提出量子生物學說［3］。Martinez－Samano等［5］發現大鼠在極低頻電磁場（extremely low frequency electromagnetic fields ELFEMF）（f＝60Hz，磁場強度＝2.4mT）中暴露2小時后自由基代謝水平發生改變，心臟和腎臟的超氧化物歧化酶（SOD）、還原型谷胱甘肽（GSH）活性降低。Koyu等［6］報道900MHz GSM EMF可以引起大鼠肝臟黃嘌呤氧化酶（XO）、過氧化氫酶（CAT）以及脂質過氧化水平（level of LPO）上升，而電磁暴露前連續30天向大鼠腹腔注射咖啡酸苯乙基酯（caffeic acid phenethyl ester，CAPE，一種抗氧化劑）可以抑制XO、CAT活性以及脂質過氧化水平上升。Garaj－Vrhovac等［7］報道航海定位雷達可以引起職業暴露人員的谷胱甘肽（抗氧化劑）活性降低，丙二醛增加，提示氧化應激可能是微波輻射致DNA和細胞損害的原因之一。

1.3 對生物膜通透性的影響 實驗研究發現，電磁場作用的初始位點是細胞膜，生物體對電磁場作用的反應中細胞膜發揮主要作用，生物分子在電場力或磁場洛倫茲力的作用下產生扭曲、旋轉、分子極性改變等，細胞膜表面的電荷分布發生改變，從而影響細胞膜上離子通道的特性，改變 Na＋、K＋、Ca2＋等離子的正常交換，進而使得細胞功能發生改變，但具體機制尚不清楚［8，9］。Mac Gregor提出射頻輻射可使神經細胞膜電位發生改變，從而影響機體行為的假說，并得到了Wachtel的實驗證實［3］。之后很多學者就電磁輻射對生物膜上離子通道和細胞內外離子濃度的改變做了觀察，認為極低頻電磁場（ELF－EMF）和靜磁場（static magnetic field，SMF）可以通過改變細胞膜的離子通道蛋白、改變細胞膜電位、影響細胞外表面粒子流和離子分布等方式對細胞膜產生影響［10～14］。鄧樺等［15］應用高能量微波輻照Wistar大鼠乳鼠，發現 Ca2＋、Cl－、Mg2＋、Na＋和P3＋照后即刻濃度下降，1小時后開始回升，6～24小時后濃度顯著增加；K＋照后1小時即出現升高趨勢，6小時后顯著增加；48小時后所有離子濃度均顯著增加。

1.4 對蛋白質和酶活性的影響 一些蛋白質和酶類含有過渡族金屬離子，表現為順磁性，這些離子所在部位又常常是酶的活性中心，磁場可通過對這種離子的作用，影響酶的活性中心，進而影響這些酶參加新陳代謝反應［3］。

1.5 對遺傳基因的影響 DNA具有復雜的雙螺旋結構，對一些嚙齒動物的研究表明電磁輻射可以引起DNA不同程度的損傷［16，17］。Hao 等［18］報 道暴露于2.45GHz電磁場可激發小神經膠質細胞和STAT3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信號轉錄因子的激活。Focke等［19］證實間斷暴露于50Hz 1mT的極低頻電磁場（ELF－EMFs）可以影響細胞增殖使得DNA碎片裂增加。與上述結論相反，Huang等［20］對大鼠進行活體實驗研究，觀察1 763MHz碼分多址（code division multiple access，CDMA）源的射頻電磁輻射（SAR＝20W／kg）暴露24和48小時后細胞周期、DNA損傷、應激反應、基因表達情況，沒有發現明顯變化。

2 射頻電磁輻射與聽神經瘤

手機通話過程中手機發生電磁輻射最強，期間耳部距離手機最近，因此手機電磁輻射與聽神經瘤的關系是目前研究的熱點。Hardell等［21］對1 429名中樞神經系統腫瘤患者（包括159名聽神經瘤）進行病例對照研究，發現模擬信號手機使用時間超過一年，數字信號手機使用時間超過5年者患腫瘤的風險增加，值得一提的是腫瘤的發生部位以距離手機最近的顳葉居多，使用模擬信號手機和數字信號手機的相對危險度分別是4.4和1.4。Hardell等［22］還對413例中樞神經系統的良性腫瘤進行多因素分析，其中305例腦膜瘤，84例聽神經瘤，24例其他類型腫瘤，結果發現使用模擬信號手機會增加患中樞神經系統腫瘤的風險，使用時間超過15年風險更大。Lonn等［23］對瑞典1999年至2002年間診斷為聽神經瘤的148例病例進行病例對照研究，發現短期射頻電磁輻射不會引起聽神經瘤的發病率增加，聽神經瘤多發生在使用模擬信號手機超過10年的病例中，但統計學分析并沒有明顯差別，作者建議將使用移動電話視為誘發聽神經瘤的危險因素之一。但該研究病例數較少，仍有待大宗病例的分析。

與上述結果相反，Christensen等［24］報道了來自INTERPHONE研究計劃的病例對照研究結果，提出移動電話的使用時間超過十年與聽神經瘤的發病率并無必然聯系，同時發現接聽手機的習慣與腫瘤的發病部位、手機輻射暴露時間與腫瘤大小亦無相關性，但該研究存在較高的失訪率和對照組選擇中的信息缺失，故尚需進一步證實。

Schoemaker等［25］選取678名聽神經瘤患者，同時在英國和其他四個北歐國家選取3 553名對照者，結果表明在手機開始普及使用的十年間聽神經瘤的發生率沒有明顯增加，分析結果顯示聽神經瘤與每次打電話時長、累積打電話總時長以及打電話的頻次并沒有聯系。但作者認為目前的研究結果并不能排除手機使用時間超過十年與患聽神經瘤的風險間的聯系。Johansen等［26］采用回顧隊列法對丹麥420 095名手機使用者進行調研，發現顱腦腫瘤患病的相對危險度（relative risk，RR）為0.95（CI 95% ＝0.8－1.1），顳葉腫瘤發生的 RR是0.86（CI95%＝0.4～1.5），聽神經瘤的患病風險明顯增加。但該研究中69%的受訪者使用手機時間為1～2年，因此不能提示長期暴露的危險性。Takebayashi等［27］報道使用手機時間在8年以內不會引起聽神經瘤發病率增加，但該組中大劑量手機電磁輻射暴露的病例數較少。

上述研究均是采用病例對照研究的方法，通過了解兩組的暴露水平，分析電磁輻射與聽神經瘤是否相關及其強度，其結果可能受到研究對象的選擇偏倚，調查過程中的測量偏倚和回憶偏倚、結果分析中的混雜偏倚等多種因素的影響。當前手機電磁輻射源種類繁多，調研中電磁輻射頻率、強度差別不一，且缺乏判別電磁暴露的客觀標準。另外，影響聽覺功能的因素很多，包括年齡、職業、噪聲以及疾病等，這些關聯混雜效應的存在可能掩蓋或夸大電磁輻射與聽神經瘤的聯系。盡管上述研究提示電磁輻射暴露可能會提高聽神經瘤的發病率，目前仍沒有結論性的證據支持電磁輻射的致瘤效應。

3 射頻電磁輻射對聽力的影響

3.1 短期效應 Kellenyi等［28］報道健康志愿者在脈沖射頻電磁輻射暴露15分鐘后ABR波Ⅴ潛伏期延長0.2ms。但 Arai［29］對15名健康志愿者進行30分鐘電磁輻射，暴露前后檢測ABR、ABR－R（ABR recovery function）中潛伏期反應（middle latency responses，MLR），結果暴露前后并沒有發現明顯差異。之后大量的研究均沒有發現手機射頻電磁輻射對聽力產生損害作用。Ozturan等［30］使用手機輻照30名健康志愿者（20名男性，10名女性）10分鐘后檢測TEOAE，并沒有發現TEOAE的異常改變。Aran等［31］通過體外實驗，采用 GSM（global system of mobile communication）系統產生微波電磁輻射（1W／kg）對新生小鼠的外毛細胞輻射24～48小時后觀察細胞的超微結構，結果顯示該劑量的電磁輻射沒有引起外毛細胞超微結構的改變。同時采用900MHz GSM（SARs＝1、2、4W／kg）射頻磁場，按照1小時／天、5天／周，持續2個月對豚鼠進行照射后，檢查ABR、DPOAE以及外毛細胞形態，結果均沒有發現明顯改變。Sievert等［32］采用頻率為889MHz持續或脈沖射頻電磁源對12名健康志愿者進行照射，分別在輻射前、輻射中、輻射后后進行ABR檢測，結果顯示沒有明顯改變。Oysu等用手機（f＝900MHz，SAR＝0.82W／kg）輻射18名健康志愿者右耳15分鐘后檢測ABR，發現ABR波Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ潛伏期和Ⅰ－Ⅲ、Ⅲ－Ⅳ、Ⅰ－Ⅳ波間期無變化，提出短時間射頻電磁輻射暴露不會引起ABR潛伏期及波間期的改變。作者指出不應長時間使用手機，因為目前的檢測手段尚不能發現那些微弱的電生理改變，故長期電磁輻射暴露對內耳的損害作用不能排除［33，34］。

3.2 長期效應 Garcia Callejo等［35］采用前瞻性隊列研究的方法對手機使用時間與聽力變化的相關性進行研究，其中實驗組包含323名聽力正常的日常生活中經常使用手機的健康志愿者，而對照組的172名志愿者在隨訪期間沒有使用手機，研究發現實驗組言語頻率的聽閾較對照組提高1～5分貝［35］。Kerckhanjanarong等［36］對98名調研對象進行手機使用情況（包括手機的品牌、接聽方式、手機使用時間等）和聽力情況（包括純音測聽、聲導抗、ABR、TEOAE、DPOAE測試）研究，結果發現每天使用手機超過60分鐘的調研對象習慣接聽側耳的聽力較對側差，提示長時間射頻電磁輻射暴露可能會對聽力造成影響。Oktay等［37］將20名男性志愿者按照電磁輻射暴露時間分為三組，即高劑量暴露組（每天打電話時間超過2個小時，連續使用四年）、中度劑量暴露組（每天打電話時間在15～20分鐘，連續使用四年）、對照組（從未使用手機），檢查各組腦干聽覺誘發電位（brainstem auditoryevoked potential，BEAP）和純音測聽，發現各組的BEAP的I–III、III–V和I–V波間期無明顯差異，說明從耳蝸至中腦的蝸后聽覺傳導通路沒有受射頻電磁輻射影響，但純音測聽發現高劑量電磁輻射暴露組的4kHz的聽閾較其他兩組明顯增高，提示長期暴露于射頻電磁輻射可能引起聽閾改變。Janssen等［38］報道手機電磁輻射暴露后DPOAE幅值減小不足1 dB，但是這個變化可能與生理狀態有關，并不能認為是外毛細胞受到損傷。Galloni等［39］通過DPOAE觀察大鼠在不同輻射源、不同頻率、不同強度的電磁輻射后外毛細胞的功能，結果顯示微波電磁輻射對外毛細胞的功能沒有影響，但缺少對毛細胞形態的組織學及電鏡觀察。Kizilay等［40］將成年豚鼠和出生第二天的豚鼠按照每天1小時、連續30天進行電磁輻射暴露，暴露后行DPOAE檢測，結果沒有發現明顯的變化。該實驗首次觀察電磁輻射對發育中耳蝸的影響。一般認為豚鼠耳蝸在出生后25天發育成熟，出生后11至20天是最容易受外界因素干擾的時期。而該實驗從豚鼠出生后第二天對其進行電磁輻射暴露，連續暴露30天，即在豚鼠耳蝸最不穩定的時期給與外界干擾，結果證實電磁輻射對該時期的耳蝸DPOAE沒有產生影響。Panda等［41］采用病例對照方法對實驗組（112名長期使用手機人員）和對照組（50名從未使用手機人員）進行純音測聽、聲導抗、DPOAE、ABR以及 MLR等檢查，結果顯示兩組間無明顯差異，但實驗組內比較發現，年齡大于30歲、每天使用手機時間超過60分鐘、使用手機時間超過4年、使用手機過程中發現耳鳴、耳周熱感均是聽力損害的危險因素。Davidson等［42］采用問卷調查的方式對英國南安普敦研究生院160名學生進行調查，其中使用手機時間最長為6年，結果顯示使用手機時間長短與耳部不適癥狀（包括聽力下降、耳鳴、不平衡感等）沒有因果關系，從而認為使用手機時間小于6年不會引起內耳功能損傷。但該研究并未檢測內耳功能，僅根據調查對象的主觀訴說，可能存在混雜因素影響。

4 對前庭功能影響的觀察

Pau等［43］采用GSM 射頻電磁輻射（頻率f＝889.6MHz，功率F＝2.2W）對13名志愿者雙耳進行輻射后檢測眼震電圖，結果顯示沒有明顯異常；同時作者觀察了手機可能引起的熱效應，結果顯示工作狀態下手機（主要是天線區域）溫度升高，但并不會引起被輻射的新鮮顳骨組織的溫度改變。該結論與Van Leeuwen等［44］報道的射頻電磁輻射可以引起腦組織溫度升高0.1°C不一致，有待進一步研究的驗證。Sievert等［45］對健康志愿者進行射頻電磁輻射后觀察DPOAE、BEAP、眼震電圖及耳周局部溫度改變，沒有發現明顯異常改變，與Pau［43］的實驗結果類似。

5 相關協同效應的觀察

Meric等［46］采用群組研究的方法，選取31名廣播電臺工作人員作為暴露組，30名非廣播電臺工作人員作為對照組，進行聽力情況調研，結果發現兩組間1kHz以下的聽閾無明顯差異，但是電磁輻射暴露人群中4kHz聽力下降者占70%，而非電磁輻射環境工作人員4kHz聽力下降者占6%，兩者差異明顯，提示電磁輻射與噪聲對內耳損傷存在協同作用。

Parazzini等［47］觀察了900MHz GSM（SAR＝4 W／kg）與慶大霉素對SD大鼠的耳毒性協同作用，結果提示4W／kg的900MHz GSM電磁場并不能加劇慶大霉素對耳蝸外毛細胞的損害。目前關于電磁輻射對內耳的協同毒害作用報道較少，作者認為今后可以加強不同頻率、不同強度的電磁輻射以及不同影響因素對內耳協同損害作用的觀察。

6 總結及展望

目前射頻電磁輻射對內耳的生物效應研究較為深入，但研究結果幾乎都是陰性的，至今仍沒有明確的結論，內耳生物電磁的研究似乎陷入了重復少量陽性結果的惡性循環之中。盡管目前的研究不能證明電磁輻射對內耳的影響，但暫時也不能排除，同時電磁輻射對內耳的長期效應以及大劑量電磁輻射對內耳的生物效應仍有待進一步觀察。

分析目前的研究發現，流行病學調查和動物實驗研究是兩個主要的研究方法。流行病學調查主要采用回顧性病例－對照研究方法，其結果僅能反映電磁輻射與內耳損傷相關與否和聯系強度的大小，并不能明確證明電磁輻射是內耳損傷的危險因素，今后可進行大樣本的前瞻性的研究，以克服回顧性研究的缺點。動物實驗局限于傳統的功能檢測，對耳蝸微細結構觀察較少，缺少新的檢測手段。今后可借鑒電磁輻射生物效應在其他學科的研究經驗，利用高通量掃描技術（HTST）聯合轉錄組學（全部基因表達）和蛋白組學（全部蛋白表達）研究電磁輻射可能引起的生物學行為，可能可以解釋其多種不可預測的危害，為長期慢性輻射的潛在影響提供有價值的信息。

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