強電磁環境長期暴露對人體血液細胞因子含量的影響

王觀筠，吳 瓊，姜云升，吳陽勛，王子乾，孟 萃，姚樹林，尹 彤

1 解放軍總醫院第一醫學中心 核醫學科，北京 100853 ；2 解放軍總醫院 衛勤部，北京 100853 ；3 解放軍總醫院第一醫學中心 心血管內科，北京 100853 ；4 清華大學 工程物理系，北京 100084 ；5 教育部粒子技術與輻射成像重點實驗室，北京 100084

隨著科技的不斷進步，越來越多的人在日常工作和生活中將不可避免地接觸不同形式和強度的復雜電磁輻射環境，這使得多群體、多部門、多崗位的作業人員暴露于高強度電磁輻射環境的機會日益增多[1]，同時強電磁輻射對健康造成的潛在危害越來越受到人們的關注。長期電磁暴露是否會導致機體對微生物感染抵抗力降低，增加過敏和自身免疫性疾病的發生風險，或罹患腫瘤的發生風險尚缺乏定論。前期研究發現，高強度電磁輻射會導致暴露人群血液中的淋巴細胞數量明顯降低，免疫相關細胞內的氧化應激損傷增加，伴隨非特異性免疫效應細胞的功能損傷[2]。細胞因子是由免疫細胞及組織細胞分泌的在細胞間發揮相互調控作用的一類小分子可溶性多肽[3]。白細胞介素(IL)-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎性細胞因子的分泌失衡可導致免疫功能障礙、炎癥和組織損傷[4]，并且在腫瘤、感染、自身免疫病、移植排斥反應等疾病的發生發展中起到重要作用[5]。然而，長期強電磁輻射對細胞因子含量的影響尚不清楚。鑒于此，本研究旨在觀察長期強電磁輻射對暴露人群血液中細胞因子含量的影響。

對象與方法

1 研究對象 在某地連續募集從事至少1 年以上與強電磁輻射有關的作業人員納入暴露組，同時連續募集不接觸強電磁輻射環境且工作時間至少1 年以上的工作人員納入非暴露組。所有受試者均為男性，且排除有慢性疾病史、嚴重肝腎疾病、自身免疫系統疾病或遺傳性疾病、有毒物質接觸史以及近1 周內患有感染性疾病者。所有入選者均簽署知情同意書。根據強電磁環境暴露和非暴露工作時間，分別將暴露組和非暴露組劃分為6個亞組(1 ～ 3 年、4 ～ 6 年、7 ～ 9 年、10 ～ 12 年、13 ～ 20 年和＞20 年)。

2 電磁環境的監測 本研究采用D-Dot 傳感器( 清華大學自主研制，頻率帶寬為1 MHz ～ 2 GHz，電場強度動態范圍為10 ～ 50 kV/m) 對電磁輻射作業區進行多點位測定。對強電磁輻射工作區域內的8個檢測點( 包括2 個電磁屏蔽點，6 個非屏蔽點)進行電磁場強的檢測，每個檢測點連續測量2 ～ 3次。參考IEEE Std C93.5 對等效平面波功率密度進行計算。每次測量前，均在清華大學的電磁脈沖(EMP) 環境和效應實驗室對傳感器進行校準，不確定度校準值為0.3 dB。依照標準GB8702-2014《電磁環境控制限值》對電磁輻射強度進行評價[6]。

3 免疫相關指標的檢測 收集研究對象空腹外周靜脈血5 ml 于血清真空采集管(VACUETTE? 5 ml真空血清管) 中，即刻進行離心后獲得外周靜脈全血血漿。應用流式細胞分選儀(BD FACSAria Ⅱ，美國) 檢測外周靜脈全血血漿中細胞因子IL-1β、IL-6、IL-7、IL-8、IL-10、 干 擾 素-γ(IFN-γ)和TNF-α。

4 統計學分析 所有數據分析均采用SPSS25.0 統計軟件。對所有數據進行正態性分布檢驗，其中符合正態分布的數據采用t 檢驗，不符合正態分布的數據采用Mann-Whitney 秩檢驗；此外，采用多元線性回歸，對暴露組細胞因子水平的變化與暴露工作時間和年齡的相關性進行檢驗。P ＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 暴露環境的電磁頻率和強度 本研究相關作業人員所處的電磁環境頻段主要在5.5 ～ 2 000 MHz，包含超短波及微波，屬于射頻電磁場，但仍以微波輻射為主。在屏蔽點內的功率密度最低小于1.15×10-4W/m2，最高可達14 W/m2；在設備附近開放區域的功率密度在最低為1.82 W/m2，最高可達535.17 W/m2。

2 人群基本特征 總計納入男性工作人員442 例，其中強電磁環境暴露組239 例，非暴露組203 例，年齡介于18 ～ 59 歲。年齡、BMI 以及工作時間在暴露組與非暴露組之間均無統計學差異( 表1)。

3 細胞因子水平在暴露組與非暴露組之間的比較 IL-1β[ 暴露組：(24.09±3.77) pg/ml vs 非暴露組：(24.89±3.97) pg/ml，P ＜0.05]、IL-6[ 暴露組：(15.74±2.26) pg/ml vs 非暴露組 ：(16.46±2.49) pg/ml，P ＜0.05] 和IL-8[ 暴 露 組 ：(13.28±4.02) pg/ml vs非暴露組 ：(14.10±3.73) pg/ml，P ＜0.05] 水平強電磁環境暴露組均較非暴露組顯著降低。IL-7、IL-10、TNF-α、IFN-γ 的水平在兩組之間無統計學差異(P＞0.05)( 表2)。

4 暴露組細胞因子水平隨強電磁環境暴露工作時間的變化趨勢 強電磁環境暴露組血液中IL-1β、IL-6 和IL-8 水平在暴露工作時間1 ～ 9 年均主要呈現為低于非暴露組的趨勢；暴露工作時間10 ～20 年暴露組的IL-1β、IL-6 和IL-8 水平均開始升高，并與非暴露組持平或高于非暴露組；而暴露組中暴露工作時間＞20 年的IL-1β、IL-6 和IL-8 水平趨于平穩或再次降低。暴露組IL-1β、IL-6 和IL-8 水平的波動幅度較非暴露組更大( 圖1 ～圖3)。經多元回歸分析發現，強電磁環境暴露組血液中IL-8 的水平與暴露工作時間和年齡均具有獨立相關性，而IL-1β、IL-6 與暴露工作時間和年齡的相關性不具有統計學意義( 表3)。

表1 暴露組與非暴露組一般資料的比較Tab. 1 Comparison of general condition between the two groups

表2 暴露組與非暴露組血液細胞因子水平的比較Tab. 2 Comparison of blood cytokine levels between the two groups

表3 暴露組細胞因子水平與年齡及暴露工作時間多元線性回歸結果Tab. 3 Multiple linear regression results of correlation between cytokine levels, age and years of exposure in the exposed group

圖 1 白細胞介素-1β在暴露組及非暴露組中隨工作時間的變化趨勢Fig. 1 Change of interleukin-1β in the exposed group and the nonexposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

圖 2 白細胞介素-6在暴露組及非暴露組中隨工作時間的變化趨勢Fig. 2 Change of interleukin-6 in the exposed group and the nonexposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

圖 3 白細胞介素-8在暴露組及非暴露組中隨工作時間的變化趨勢Fig. 3 Change of interleukin-8 in the exposed group and the non-exposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

討 論

伴隨著科技的不斷進步，各種電磁設備被廣泛應用，數量成倍增加，電磁輻射源的功率越來越大，頻譜也越來越寬，因此高強度電磁輻射中的暴露將不可避免。盡管強電磁輻射對健康造成的潛在危害越來越受到關注，但高強度電磁輻射的長期暴露對機體的影響尚不明確，因此我們就上述問題展開研究。

本研究中電磁磁場測量結果顯示，相關作業人員所處的電磁環境頻段為5.5 ～ 2 000 MHz，包含短波、超短波及微波，屬于射頻電磁場[7]。功率密度結果顯示，部分裝備的屏蔽區域及全部開放區域的功率密度均高于《電磁環境控制限值》(GB8702-2014) 標準定值0.4 W/m2[6]，設備周邊開放區域最高功率密度可達535.17 W/m2。針對人體細胞因子參數的研究結果顯示，長期暴露在高強度電磁場下可導致細胞因子水平顯著降低，并且隨暴露時間的延長呈現大幅度波動狀態。該結果提示，長期暴露于強電磁環境下可能影響機體的免疫功能。 細胞因子在炎性疾病和腫瘤的發生發展中發揮重要作用。IL-1β 可由多種細胞合成與分泌，如單核- 巨噬細胞、成纖維細胞、B 淋巴細胞、自然殺傷細胞及平滑肌細胞等，其中以單核- 巨噬細胞為主[8]。它在炎癥和自身免疫性疾病的發生和發展過程中發揮著重要調節作用[9]。IL-6 主要來源于T 細胞、B 細胞、粒細胞和平滑肌細胞等[10]。IL-6 可以刺激活化B 細胞增殖，分泌抗體，且可以刺激肝細胞合成急性期蛋白，參與炎癥反應，在炎癥反應中起核心調節作用，是炎癥免疫反應的重要介質。具有促進B 細胞成熟、T 細胞活化和促進KC 細胞增殖等多種作用[11]。同時，IL-6 也被歸類為促腫瘤因子[12]，在多種惡性腫瘤的基質中顯著高表達，其誘導的Th17 可以通過調節多種信號傳導途徑，包括凋亡、增殖、血管生成、侵襲和轉移，促進腫瘤發生[13]。IL-8 是由巨噬細胞、單核細胞以及內皮細胞分泌產生的趨化因子，其主要生物學活性是吸引和激活中性粒細胞，中性粒細胞與IL-8 接觸后發生形態變化，定向游走到反應部位并釋放一系列活性產物，造成嗜中性細胞侵入該反應部位形成強烈炎癥，達到殺菌和損傷細胞的目的[14]。IL-8 同時也在腫瘤中高表達，參與多種腫瘤進展、轉移和耐藥機制[15-16]。

目前有關電磁輻射對細胞因子水平影響的研究較少且結果迥異。Jin 等[17]發現，暴露于CDMA(849 MHz) 和WCDMA(1.95 GHz) 射 頻 磁 場 下8 周后，大鼠血清中的細胞因子水平并無變化。Bilgici等[10] 發現，2.45 GHz 低水平電磁場輻射下( 每天1 h，連續暴露30 d)，暴露組大鼠的IL-6 和CRP水平較非暴露組明顯升高；同時，Hosseinabadi 等[18]發現，長期( 暴露工作時間≥2 年) 暴露于極低頻電磁場(ELF-EMF) 會導致暴露人群的IL-1β 和IL-6 水平升高。出現上述結果差異的原因可能與研究對象所處電磁環境特征的差異以及暴露時長的差異有關。我們的研究結果顯示，暴露組的細胞因子IL-1β、IL-6 及IL-8 水平均顯著低于非暴露組；經過多元回歸分析后，僅IL-8 與年齡及暴露年限均具有獨立相關性。在血液細胞因子隨強電磁環境暴露工作時間的變化趨勢可以看出，相關作業人員在接觸強電磁輻射的4 ～ 6 年內，細胞因子水平較非暴露組低，且隨暴露時間增加而降低；4 ～ 6 年組后逐漸平穩，并開始出現上升趨勢；與非暴露組相比，暴露組細胞因子水平波動幅度較大。此結果提示，機體在受到長期強電磁輻射的影響后，可能引發免疫功能的降低和波動，以及隨之而來的代償過程。

本研究數據來源于長期暴露于強電磁環境下的相關作業人員，涵蓋不同暴露時間的影響。但由于本研究僅依據暴露工作時間進行了分組，尚無法獲知不同電磁強度和電磁類型對結果的影響；其次，盡管暴露組和非暴露組的基本特征無顯著差異，但是仍不能排除其他影響因素差異導致的偏倚。后期還有必要進一步擴大樣本量，并對研究人群進行更精細地分組和隨訪跟蹤調查。

綜上所述，本研究證實，長期暴露于強電磁環境可導致相關作業人員的細胞因子水平降低，并隨著暴露時間的增加呈現明顯波動，進而可能影響機體的免疫防御功能。