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磁场的生物学效应 (以人为对象) 汇报人：李嘉欣 目录 l周慧吉、马海乐、吴平，张赫男，食品加工中的磁致生物学效应的研究进展，食品科 学，2014 l杨贞、沃兴德，磁生物学效应的研究进展，现代生物医学进展，2006年 l静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 l匡光力, 邵淑芳，稳态强磁场技术与科学研究，中国科学: 物理学力学 天文学，2014 年 lZhong K, Ernst T, Buchthal S, et al. The molecular basis for gray and white matter contrast in phase imaging. Neuroimage, 2008, 40(4):15611566 l何明霞、 陈涛，太赫兹科学技术在生物医学中的应用研究，电子测量与仪器学报， 2012 年6 月 l陶贵生、夏灵、何超明 ，MRI中电磁场对人体心脏影响的模型仿真研究，国外医学生 物医学工程分册，2005年2月 l王进，无形电磁波：偷袭人的健康，走进科学，2010年03月 周慧吉、马海乐、吴平，张赫男，食品加工中的磁致生物学效应的研究进展，食品科学，2014 l生物是具有磁性的，从分子、细胞、组织器官中任一层次分析看，其体内都存在 着顺磁性物质与逆磁性物质。每个生物细胞都可以看做一个微型电池，也可以看 做一个微型磁极子。 l首先，体内存在着带电离子（表2），电荷运动产生磁场 l其次，由于细胞膜内外各种离子具有不同的通透性，且分布不均匀，膜内外存在 电位差，离子在细胞膜上离子通道中迁移时也会产生一定的生物电流。生物体的 磁性、组成、种类、敏感性等同样会影响到生物学效应。 周慧吉、马海乐、吴平，张赫男，食品加工中的磁致生物学效应的研究进展，食品科学，2014 磁生物效应 窗口性阈值性滞后性协同性 磁生物效应的特点 l磁场的生物学特性 l生物是具有磁性的, 生物体内存在着顺磁性物质与逆磁性物质。 l顺磁性物质与磁场弱相吸引, 在外加磁场作用下产生与外加磁场方向 一致的磁场, 比如脱氧血红蛋白等。 l逆磁性物质与磁场弱相斥, 在外加磁场作用下产生与外加磁场方向相 反的磁场, 比如水和脂肪等。 l由于这种磁性, 外加磁场、环境磁场和生物体内的磁场都会对生物组 织和生命活动产生影响, 即磁场的生物效应。 杨贞沃兴德，磁生物学效应的研究进展，现代生物医学进展，2006年 l磁场生物学效应的流行病学调查 l1979 年Wertheimer和Leaper 首次报道了居住在大电流配电结构和电 线附近的儿童白血病发病率增高后, 国际上有多个国家展开了大规模 的流行病学调查。其研究的焦点是在极低频电磁场( 含工频磁场)暴露 与肿瘤的危险度上。众多的调查显示, 极低频电磁场暴露与肿瘤发病 率有关, 尤其与白血病和脑瘤的发病率有关。另外, 有些调查分析了极 低频电磁场暴露与自发流产, 奥茨海默氏综合征的联系, 但绝大部分结 果显示没有关联性。到目前为止, 对于电磁场与健康问题, 主流意见认 为:根据所掌握的电磁场和生物学知识所做的各项研究, 在电磁场与人 体健康之间没有找到可信的联系, 不足以作出肯定的论断。但是根据 国际癌症研究所( IARC) 制定的原则, 美国国立环境卫生研究( NIEHS ) 仍指出: 极低频电磁场应被视为“可疑人类致癌物” 。 杨贞沃兴德，磁生物学效应的研究进展，现代生物医学进展，2006年 l工业用和医用静磁场技术的快速发展，导致人体静磁场曝露增加，并 促进了许多对其可能产生的健康影响的科学研究。 l世界卫生组织（WHO）最近在环境健康准则项目（WHO 2006）中 提出了关于静态电场和磁场的健康准则文献，文献包括对静场曝露生 物效应的复核。 l本导则适用于职业和公众静磁场曝露。本导则不适用于接受医疗诊断 或治疗的病人的曝露。 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 l曝露源 l地球的自然静磁场50T l较高的直流输电线下方产生的磁通密度量级为20T l快速磁悬浮客运列车在靠近电动机处产生的磁通密度较高。乘客车厢 内的场强都相对较低低于100T，但是乘客车厢地板下的感应电 机会导致车厢地板水平区域的局部磁场达几个mT l磁夹扣和磁附件（如箱包、纽扣、磁性的项链和手链、磁性腰带、磁 性玩具等中的）中的小型永磁体，这些磁体产生的局部静态场超过 0.5 mT。 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 l磁悬浮列车 l磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车 。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不同于其他列车需要接 触地面，因此只受来自空气的阻力。 l由于磁铁有同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引两种形式，故磁悬 浮列车也有两种相应的形式： l一种是利用磁铁同名磁极相互排斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬 浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁 场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路 l另一种则是利用磁铁异名磁极相互吸引原理而设计的电动力运行系统 的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在 T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电 磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持1015毫米的间隙，并使导轨钢 板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运 行。 l在磁共振过程中，磁通密度通常为0.153，且曝露时间限制在小 时以内，但也可能会持续数个小时（Gowland 2005）。 l在医疗专业人员必须非常近距离处理病人的紧急情况下，工作人员遭 受的曝露也会增加。此外，当移动病人进/出MR系统时，工作人员也 会遭受短时间的曝露。最后，参与制造或维修此类MR系统的工作人 员也会职业性地曝露于高静磁场中。 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 l使用高达10T磁场的MR系统，在全球一些机构中用于研究 l诸如热核反应堆、磁流体动力系统、超导发电机等高能技术也会产生 强场。在研究机构使用的气泡室、粒子加速器、超导光谱仪、同位素 分离装置等设备的周围，也会出现高磁通密度区域。 l会发生强磁场曝露的其他工业包括那些涉及例如生产氯或铝等电解工 艺的行业，这些地方大部分工作日中的一般曝露为几个mT，峰值曝 露可达几十mT；永磁体和磁性材料的生产行业也会发生强磁场曝露 。 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 人体实验室研究 Chakeres等 2003年 对各种生理参数进 行评估的详细生理 学研究，并未显示 曝露于8T以下静磁 场会产生显著影响 Shellock 和Crues 1987年 8T以下静 磁场的志 愿者曝露 没有引起 体温变化 Atkinson等 2007 静磁场值为9.4T的 MRI研究中得到确 认心率和动脉舒张 压也未出现变化 Kangarlu 等 1999 针对静止曝 露于8T以下 磁场的人体 的神经行为 研究证明很 多不同指标 无明显变化 de Vocht等 2003 7T，曝露会对 眼手协调和视 觉对比敏感度 造成暂时的负 面影响，这与 头部在磁场中 的运动相关 Schenck等 1992 曝露于约2-3T静磁场的人在 移动眼或头部时，会感觉到 与在静态梯度磁场移动相关 联的眩晕、恶心、金属味和 磁致光幻视等暂时性感官效 应 Glover等 2007 与由运动产生的影 响相比，固定立于 磁场值0.8TMRI扫 描机附近的人中， 一部分（不到50% ）人的姿势摇晃明 显增加 de Vocht等 2006b 一项针对从事1.0- 1.5TMRI设备生产的 工人的研究表明，与 对照组的人相比，在 工作时段，参与MRI 生产的人报告眩晕和 口中金属味以及注意 力集中问题更加频繁 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 l总而言之，目前的信息不显示8T以下静磁场的静止人体急性曝露会引 起任何严重的健康影响。但是，应当注意到，在头部和躯干运动时， 这样的曝露可能会引起诸如眩晕的不适感觉以及某些行为能力的暂时 性下降 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 Ellingsen等 1993 针对瑞典和挪威氯 碱厂工人的研究报 告说，肺癌风险的 增加达到了具有统 计学意义的临界值 ，但不能证明是由 磁场曝露造成的 Rockette和 Arena（ 1983） 铝业工人死亡 率）略高于胰 腺癌、泌尿生 殖系统癌症和 淋巴造血系 统癌症的预期 死亡率 Kanal等 1993 从事MRI工作怀孕 期间流产的风险略 高于（不具有统计 学意义）从事其他 工作，显著高于家 庭主妇。 R?nneberg 和 Andersen 1995 在挪威，两个 小规模的针对 铝业工人的研 究报告，与静 磁场曝露推测 相关的癌症风 险没有增加 Mur等人（ 1987） 进行的针对法 国铝业工人的 研究提出，癌 症死亡率和其 他原因造成的 死亡率与一般 法国男性死亡 率水平相比， 并无明显区别 Spinelli等人（1991） 在大量铝业工人中，存在脑 肿瘤死亡率【标准化死亡率 （SMR）为2.2；90%置信区 间（CI）：1.2-3.7】的明显 上升和白血病死亡率（但不 是发病率）不太显著的上升 B?rregard等人（ 1985） 进行了一项针对大量 氯碱厂工人的研究25 岁以上的工人中，观 察到的癌症发病率与 （正常的）预期相比 并无显著不同 流行病学研究 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 l总而言之，现有的为数不多的可用流行病学研究在研究方法上有很多 制约，且在受长期静磁场曝露诱发癌症或其他后果的可能性上，还留 有很多问题有待解决。这些研究未显示曝露于几十mT静磁场对各种 所研究的健康后果造成严重影响，但它们无法检测出较小乃至中等程 度的影响。有可能受到更高静磁场曝露的其他职业比如MRI操作员 并未得到充分的评估。 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 静磁场职业和一般公众曝露限值建议见表2 静磁场曝露限值导则（2009） 国际非电离辐射防护委员会 l强磁场的概念 l过去人们一般将实验室电磁铁不能达到的磁场, 通常指磁场强度超过 2T的磁场, 称之为强磁场 l2004年“国际纯粹与应用物理委员会”建议将场强超过20T的磁场定 义为强磁场. l随着强磁场技术和科学研究的发展,人们对强磁场的概念有了新的定 义: 强磁场是指用于特定用途的利用所有技术和能力目前所能获得的 最高磁场. 匡光力, 邵淑芳，稳态强磁场技术与科学研究，中国科学: 物理学力学 天文学，2014 年 l根据强磁场持续时间的长短可分为 稳态强磁场和脉冲强磁场 l稳态强磁场指的是磁场强度恒定且 具有任意长持续时间的磁场 l脉冲强磁场持续的时间比较短, 只 有秒到毫秒、甚至微秒的时间 l目前国际上稳态磁场强度最高达到 45T,可以重复使用的脉冲磁体产生 的磁场强度已达到100T, 持续时间 达10 ms、单次使用即损坏的脉冲 磁体产生的磁场强度甚至达到300T 匡光力, 邵淑芳，稳态强磁场技术与科学研究，中国科学: 物理学力学 天文学，2014 年 l研究结果表明, 水与生物大分子的交换对组织相位成像的贡献约占三 分之一左右.同时, 在新生儿髓鞘发育的初期, 相位成像方法可以将组 织中生物大分子、组织铁、髓鞘等对相位信号的贡献区分开来, 从而 开拓了相位成像技术应用的一个新的领域, 在临床上具有重要的意义 与价值(参见图12) 匡光力, 邵淑芳，稳态强磁场技术与科学研究，中国科学: 物理学力学 天文学，2014 年 - Zhong K, Ernst T, Buchthal S, et al. The molecular basis for gray and white matter contrast in phase imaging. Neuroimage, 2008, 40(4): 15611566 l太赫兹波(Terahertz Waves, THz), 也称作T 射线通常是指频率范围在0.110 THz, 波长在30.03 mm(1 THz = 1012 Hz) 之间的电磁波。 l统计表明, 截至2012 年3 月前报道的近100 场有关太赫兹科学的国际会议(不 完全统计), 我们发现在生物学和医学领域的研究日益增多。以生物学研究为 例, 其在整个太赫兹国际会议中的比例如图所示。 何明霞、 陈涛，太赫兹科学技术在生物医学中的应用研究，电子测量与仪器学报，2012 年6 月 l有机体水平的研究 l对人体进行研究是在2005 年, Ostrovskiy 等人预测THz 辐射可能会加 快烧伤修复。为证实假设,他们分别对表面烧伤和深度烧伤的病人进行 THz 辐射。辐射参数为0.15 THz 和0.03 mW/cm2 , 每天进行710 次 治疗, 每次15 min。结果表明THz 辐射能够加速外皮形成, 缩短了皮肤 的修复时间。作者指出这种效应主要来自体内代谢产物一氧化氮(NO) 对太赫兹的强烈吸收, 并有望成为烧伤治疗的有效方法 何明霞、 陈涛，太赫兹科学技术在生物医学中的应用研究，电子测量与仪器学报，2012 年6 月 l运用时域有限差分法（FDTD），通过电磁场对人体心脏影响的模型 仿真，计算出心脏体段由磁共振成像（MRI）时变梯度场感应的涡流 ，并与已有的心脏刺激阈值进行比较。结果表明，心脏感应涡流的峰 值离推荐阈值尚有一定距离。人体在常用的梯度场和几千赫兹的切换 频率下感应出的电流不足以引发心室震颤，但是，梯度场切换频率的 提高可能会引发心室震颤。 陶贵生、夏灵、何超明 ，MRI中电磁场对人体心脏影响的模型仿真研究，国外医学生物医学工程分册，2005年2月 王进，无形电磁波：偷袭人的健康，走进科学，2010年03月 l电磁辐射与人体健康 l1.不要购买劣质家用电器。以手机为例，一部手机若要具备完备的电 磁屏蔽，其所占成本为手机总造价的10左右。部分厂家为了降低成 本，很可能在电磁屏蔽上做了手脚。 l2.树木对电磁能量有吸收作用。在电磁场区，大面积种植树木，使电 磁波在媒介中的传播衰减，达到保护人体少受辐射的目的。 l3.远离辐射源。电磁波对人的影响不仅与辐射频率有关，还与人和辐 射源的相对位置有关。所以，如果人离辐射源位置越远，受到的辐射 就会越弱。 王进，无形电磁波：偷袭人的健康，走进科学，2010年03月 张小云 l1940年11月11日出生于江苏泰 兴，汉族，中国共产党员。 1964毕业于厦门大学生物系海 洋生物专业（五年制）获学士 学位，曾工作于浙江省海洋水 产研究所、中科院等离子体物 理研究所，中科院中国科技大 学生物系，并于1980-1983在美 国加州大学圣巴巴拉分校作访 问学者。1989.1-至今于深圳大 学生命科学学院工作，曾任系 主任；书记兼副院长。 l1、 Zhang Xiaoyun,Zhang Yu. Effects of Rotary Constant-Strength Magnetic Field Exposure on Density, Streng