极低频电磁场对细胞的影响.ppt

2013.09.02,极低频电磁场对细胞的影响,目录,电磁辐射的生物学效应 极低频电磁场热效应产生的机理 极低频电磁场非热效应的机理 对遗传物质的生物学效应 对蛋白质分子的影响 细胞水平的生物学效应,电磁辐射的生物学效应,随着电力事业的发展和家用电器的日益普及,这些家用电器和工频电磁场的电磁辐射已经大大超过了自然电磁环境。电磁辐射作用于生物体组织、细胞,引起结构、功能等的变化,我们称之为电磁辐射的生物学效应。 电磁辐射生物效应机制大体分为两种:一种是热效应;另一种是非热效应。 热效应是指生物体内各层次的生物物质吸收电磁能,使温度升高,从而引起的生理和病理变化的作用。 非热效应即电磁场通过使生物体温度升高的热作用以外的方式改变生理生化过程的效应，作用机理远远比热效应的作用机理要复杂得多。,极低频电磁场热效应产生的机理,在生物体系中, 大量存在的水分子、氨基酸中的氨基和羧基以及核苷酸中的碱基和磷酸基团使得蛋白质(酶)或DNA 分子产生电偶极矩, 在交变电磁场的作用下, 这些生物分子的电荷会由于感应而重新分布, 使本身的电偶极矩和极化状态发生变化, 造成生物分子结构与功能的改变。 一方面生物体系中的各种极性分子会发生迅速的周期性变化, 在变化的过程中, 这些极性分子与其周围的分子发生剧烈的碰撞和摩擦, 产生大量的热能; 另一方面, 生物体系中的各种离子由于受到交变电磁场的作用在其平衡位置附近做周期性的运动, 在运动的过程中, 这些离子与其他分子碰撞而产生热能。,极低频电磁场非热效应的机理,1. 相干振荡理论 Frohlich认为具有偶极特征的生物分子由于整体长程库仑引力的相互作用, 都具有固定的振动频率, 从而形成了极化波, 并由此产生了长程的相干作用。当外界电磁场能量被导入这种固定的振动中, 会以纯力学的方式储存在振荡模式中, 使生物分子被强烈的激发而远离热平衡态。当具有固定频率的粒子数增加到一定程度时, 会出现类似超流体和超导体中的玻色-爱因斯坦凝聚，从而导致明显的生物反应。,极低频电磁场非热效应的机理,2. 离子跨膜回旋共振理论 由于细胞膜内外有一定的电势差(跨膜静息电势差约为60 100mV ), 膜两侧粒子浓度的平衡是粒子扩散力和电场力相互对抗的结果。当外来电磁场作用在细胞膜上时将会干扰膜两侧的电势差, 从而影响膜对粒子的通透性, 诱发出生物效应。,对遗传物质的生物学效应,低频电磁场对DNA链的生成和断裂有影响,从而影响了遗传物质的转录、表达,甚至有可能引起基因突变。 1. 早在1983年,Goodman等学者首次报道了72Hz单脉冲和15Hz脉冲波对双翅目动物唾液腺细胞的基因转录有影响。（Goodman R, et al. Bioelectromagnetics. 1992;13(2)） 2. 许多的研究发现,极低频电磁场可以引起基因表达的增加。如低频电场可诱导脑内c-fos蛋白表达的增加,这些蛋白被认为是脑细胞活动增加或脑细胞受损的标志。(赵梅兰,等.解放军预防医学杂志, 2001, 19(3) ),对蛋白质分子的影响,1. 对蛋白质分子结构的影响 （1）李祥等用荧光光谱法研究了低频电磁场对胰岛素分子的作用,经低频电磁场作用后,胰岛素溶液的荧光峰值强度发生了较为明显的变化。由于胰岛素的荧光主要是由胰岛素分子中A链第19位上的酪氨酸所贡献的,所以其荧光强度的变化表明在低频电磁场的作用下胰岛素分子的构象发生了变化。(李祥, 等.光谱学与光谱分析，2001, 21(3) ),对蛋白质分子的影响,2. 对蛋白质分子合成的影响 低频电磁场对多种蛋白质分子的合成具有促进或抑制两方面的作用。 （1）海马组织中两种兴奋性氨基酸含量在电磁脉冲辐射后即刻达峰值,即发生迅速而明显的升高并持续达6h,随后逐渐回落,24h渐趋恢复，48h接近正常对照水平;与此同时,电磁脉冲辐射也引起了3种抑制性氨基酸Gly、Tau、GABA含量的逐渐升高,峰值出现在照后24h这种变化反映了神经元抑制活动的相应增强。（李玉红, 等.中华劳动卫生职业病杂志, 2003, 21(5) ）,3. 对酶活性的影响 低频电磁场对酶活性具有增加或降低两方面的作用。 (1)Byus首先研究了60Hz正弦电场(10mV/cm、暴露对3个细胞系(人的淋巴瘤CEM细胞、小鼠骨髓瘤细胞、Reuber H35肝细胞瘤细胞)鸟氨酸脱氢酶酶活性的影响,发现1h的暴露可以增加鸟氨酸脱氢酶酶活性。(Byus CV, et al. Bioelectromagnetics. 1992;13(2) (2)钱永胜等的实验中,脉冲电磁场照射小鼠8h后,定位于皮肤毛细血管的上皮细胞中的ATPase与5-N酶活性降低,说明脉冲电磁场损伤了毛细血管的上皮细胞膜;肝脏ATPase与5-N酶活性也下降。(钱永胜,等. (四川大学学报(自然科学版) 2002; S1 ),对蛋白质分子的影响,细胞水平的生物学效应,1. 对细胞增殖和细胞周期的影响 低频电磁场暴露依其强度、作用时间等参数和靶细胞的不同,细胞增殖和细胞周期都表现出电磁场依赖性和非依赖性。 (1)汤青等研究了低频电磁场对成骨细胞增殖和细胞周期的影响,研究结果显示,低频电磁场作用后的细胞与对照组细胞相比,细胞数目增多,S期细胞百分比增高,凋亡比例减少。(汤青，等. 科学通报; 1999,20 ) (2)王恩彤等研究了电场对血管内皮细胞(VEC)增殖和细胞周期的影响, 200mV/mm的电场暴露则可抑制细胞周期G1/S期的过渡,产生G1期停滞带,从而明显抑制VEC的增殖。(王恩彤, 等. 空军总医院学报,2003,19(l),细胞水平的生物学效应,2. 对细胞分化的影响 (1)Elizabeth等研究了低频电磁场暴露对PC12噬铬细胞瘤细胞的分化的影响,研究结果显示,暴露于4.5-8.25uT低频电磁场23h,培养在含15%血清培养基中的实验组中细胞的神经突触的生长受到明显抑制,即向非神经性细胞分化;培养在含4%血清培养基中的实验组中细胞的神经突触生长得到明显的促进,即向神经性细胞分化。而暴露于8.25-15.8uT低频电磁场对PC12细胞的神经突触生长没有明显的促进作用。(Elizabeth H, et al. Bioelectrochemistry,2000,52),细胞水平的生物学效应,3. 对细胞免疫功能的影响 (1)马雪莲等在低强度瞬态电磁脉冲对淋巴细胞影响的实验研究结果显示:低频电磁场照射后,淋巴细胞的转化率普遍下降,但并不呈现剂量-效应正比关系。(马雪莲, 等. 四川师范学院学报(自然科学版), 2002,23(2) (2)T细胞表面有红细胞的受体,在体外能与绵羊