移动通信频段生物电磁学研究

移动通信频段生物电磁学研究

随着移动通信的蓬勃发展和人们生活水平的不断提高，手机已经进入人们的日常生活，给人们的工作和生活带来了极大的便利。但是人们在享受着移动通信便利的同时,也在担心手机或者基站信号是否会对人体健康产生负面影响。为此,国内外开展了许多生物电磁学的研究项目。本文对国际上两个成绩非常突出的组织即国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)和世界卫生组织(WHO)以及国内的研究现状及发展成果进行了介绍,然后给出了电磁辐射与健康方面可能的研究建议。1范围内限制时变电场、磁场和磁场暴露的导则ICNIRP最具代表性的工作之一是发布了ICNIRP导则,制定了0到300GHz频率范围内限制时变电场、磁场和电磁场暴露的导则。ICNIRP导则从场与身体的直接相互作用和间接影响两个方面,依据实验室研究和流行病学研究两种途径,论述了不同频段限制暴露的生物学基础,并制定了限制电磁场暴露的导则,包括基本限值和导出限值以及职业暴露和公众暴露限值。1.1输电线定义的风险除了可能会导致乳腺癌之外,实验室研究几乎没有给出证据证明工频磁场具有促癌作用。目前还无法澄清极低频(ELF)磁场是否能够真正影响细胞产生的信号以及对内分泌的调节,唯一的结论即至目前为止并无令人信服的证据证明这类场具有致癌作用。当感应电流密度达到或者低于10mA/m2时,有关细胞和动物的实验室研究并未发现ELF场具有有害健康的效果。当感应电流密度更高时(10~100mA/m2),研究人员可以连续观察到对组织比较显著的的影响,比如神经系统的功能性变化以及其他对组织的影响。在研究ELF场是否会增加居住于输电线附近的人群的患癌症的风险时,调查结果表明儿童患白血病的风险会轻微有所增加;但是最近的一些研究对二者之间的微弱联系又提出了质疑。这些研究认为其他类型的儿童癌症或任何形式的成人癌症的患病风险都不会有类似的增加。我们仍然无法弄清楚儿童白血病与其居住在输电线附近之间存在联系的基础所在。如果这种联系与输电线所产生的ELF电场和磁场并无关联,那么白血病与输电线存在关联的未知风险因素有待再确定。有报告称电工患某些特定癌症(比如白血病和神经组织瘤)的风险比较大,在某种程度上乳腺癌的患病率也会增加。在大部分研究中,研究人员根据假定的磁场暴露级别利用职业差别划分研究对象。但是,许多最新研究采用了更加高级的暴露评估方法,总体而言,这类研究表明白血病或脑瘤的患病风险有所增加,但是论及哪些癌症的患病风险会增加时,这些研究的结果并不一致。在很多流行病学研究中,研究结果并未提供连续一致的证据证明这些场会对生殖能力造成不良后果。在实验室研究以及志愿者研究中,生物反应的测量值无法证明人类平常暴露于低频场具有什么不良效果。在频率达到lkHz时,10mA/m2的电流密度估计是对神经系统功能产生最微弱影响的阈值。如果志愿者正暴露于ELF场之中或者刚刚暴露完,最一致的暴露效果是明显的视觉光幻视,及心律轻微下降,但是还没有明显的证据证明这些瞬时效果会造成任何长期的健康危险。在若干鼠类暴露于微弱的ELF电场和磁场之后,研究人员发现其夜间松果体褪黑激素的合成量会减少,但是在受控条件下,他们并未在暴露于ELF场的人身上发现相同的效果。在强度达到20μT的60Hz磁场中,研究人员发现磁场对血液中的褪黑激素水平并无可靠的影响。1.2高频emf无热照射的安全性现有实验数据显示,休息状态的人全身暴露于SAR为1~4W/kg的电磁场中约30min后,体温上升不到1℃。动物实验数据揭示了在相同SAR值范围内行为反应的限值。暴露于更强的电磁场,SAR值大于4W/kg,超过人体的温度调节能力,组织发热会达到危害健康的程度。用豚鼠和灵长类动物模型所进行的大量研究显示,当身体局部或全身温度增高超过1~2℃时,将对大范围的组织造成损害。不同类型组织对热损伤的敏感程度千差万别,而在通常环境条件下,即使是最敏感的组织,其不可逆效应的阈值也应大于4W/kg。这些数据为职业暴露限制定为0.4W/kg奠定了基础,这一限值可使在其他极端条件下(如高温、潮湿或体力劳动强度大)工作的人们得到充分的安全保证。实验室数据和有限的人体研究结果(Michaelson和Elson,1996)表明,过热的环境以及药品和酒精可降低人体的温度调节能力。在这些条件下,应采取一些安全措施为暴露个体提供足够的保护。暴露在高频EMF磁场中可导致人体发热反应的数据是通过对志愿者进行受控暴露试验以及对暴露在雷达、医用透热治疗设备和热封机等放射源的工人进行的流行病学研究得来的。他们完全支持实验室得出的结论,即组织温度升高超过1℃可导致不良生物反应。对暴露在辐射源下的工人和一般人群进行的流行病学研究表明,没有与典型照射环境相关的重要健康危害。尽管流行病学研究还有许多不足,比如无法进行精确的照射评估,但这些研究没有得出有说服力的结论表明照射会导致不良生殖效应或导致癌症风险增加。这与实验室进行的细胞和动物模型研究的结论一致,实验室研究结果表明高频EMF无热照射不会导致畸形或促癌效应。暴露于足够强度的脉冲EMF中可导致某些预期反应,比如微波听力现象和各种行为反应。对暴露在辐射源下的工人和一般人群进行的流行病学研究提供的信息非常有限,而且不能证明有任何对于健康的危害。一些严重损害视网膜的实验报告也由于无法成功再现其结果而面临着挑战。大量幅度调制EMF生物效应研究通常都是利用低水平照射进行的,这些研究得到了正反两方面的结果。对这些研究进行的全面分析发现,AM场效应根据辐射参数、涉及的细胞和组织类型以及被测量的生物端点的不同而有很大变化。总体上来讲,无热幅度调制EMF照射对生物系统的影响非常小,很难与潜在健康危害联系起来。在频率和功率密度视窗反应方面也缺乏有说服力的证据。高频EMF造成在磁场中接触金属物体的人受电击和灼伤是间接的不良反应。在100KHz~110MHz(FM广播频段的上限频率)的频率范围内,带来从触感到疼痛等不同反应的接触电流阈值与频率差别并不大。不同人的触感阈值范围为25~40mA,疼痛的阈值范围为大约30~55mA,超过50mA范围,人体组织接触场内导电物体将导致严重灼伤。1.3基本限值与所有的限制表1列出了ICNIRP规定的普通公众暴露于电磁场的基本限值,表2列出了导出限值。对于职业人士,由于暴露是在已知条件下并经过培训了解相关风险而采取了恰当的预防措施,因此相应的限值比普通公众相对宽松一些。基本限值是指直接根据已确定的健康效应而制定的暴露在时变电场、磁场和电磁场下的限值。导出限值用来评估实际暴露以确定基本限值是否可能被超过。某些导出限值是根据相关的基本限值用测量和/或计算技术导出的,而某些导出限值是基于暴露在EMF下的感觉和不利的间接影响提出来的。遵守导出限值可以保证遵守对应的基本限值。如果测量或计算值超过导出限值,并不意味着基本限值一定被超过。但是,一旦超过导出限值,则必须检验其与基本限值的符合性,并决定是否有必要采取额外的保护措施。2生物电磁学的研究国际上生物电磁学的研究通常可以划分为三个层次,分别是机体水平、细胞水平和分子水平。血压、心率、繁殖能力等可以归为机体水平,细胞的分裂周期、分裂过程等可以归为细胞水平,基因表达DNA突变等研究可以归为分子水平。机体受到了电磁辐射以后,如果在分子水平表现出异常,那么未必在细胞水平上表现异常;如果在细胞水平表现出异常,也未必在机体水平表现出异常。反过来,如果在机体水平表现出异常,那么在细胞水平和分子水平必然表现出了异常。在WHOEMF数据库中共检索到几百条涉及移动通信频段生物电磁学的实验研究案例。在这些实验中,实验材料用老鼠的最多,其次为培养人体细胞或者人体其他组织(例如淋巴细胞等),其他材料有果蝇、猪、猫、豚鼠、奶牛、鸡蛋和细菌等。分析手段包括机体水平(例如果蝇的繁殖能力研究)、细胞水平(例如研究神经元细胞的生物学特性等)以及分子水平(基因表达、DNA突变等)。在实验的结果中,大多数的结论是移动通信的辐射没有明显负面影响,但是也有负面影响报导的(果蝇繁殖能力研究)。进行类似科研的国家主要是美国和英、法、德、意大利等,其他国家也有报导,例如芬兰、比利时、希腊、西班牙、俄国,韩国、中国等。2.1生物和基因研究实验材料通常分为两大类,一类是活体动物(包括细菌等),主要有果蝇、猪、猫、豚鼠、奶牛和细菌等,另外还有用鸡蛋做实验的。在活体动物中,果蝇是比较普遍使用的实验动物,因为第一是由于饲养成本低,繁殖快,容易在比较短的时间内得到研究成果;第二是由于在生物学界,已经把果蝇的生物和基因特征研究的比较清楚,实验结果方便与前人成果进行对比。尽管果蝇有这些优点,但是由于果蝇属于昆虫,与人类的生理特征存在极大差别,因此用果蝇做实验得到的结果让普通公众很难接受(尽管生物学家认为从生物学的角度是可行的)。另外一类实验材料是培养人体细胞以及人体淋巴细胞、血液等。这类实验材料只要有一定的实验设备就可以培养及保存,省去了动物饲养的麻烦,缺点是只能进行分子水平和细胞水平的分析研究,无法进行机体水平的研究。单独使用培养人体细胞的分析结果来类比对人体的影响,不是那么令人信服,最好加上对动物机体反应的影响研究。目前没有发现使用灵长类动物进行研究的报道。由于灵长目的生理特征与人类比较接近,所以使用灵长目动物的研究结果应该会受到公众的认可,但使用灵长目动物的缺点是费用高,周期长,实验个体不可能过多。2.2阶梯递增剂量通常使用GSM900、DCS1800或者CDMA800信号充当辐射源。剂量根据不同的实验目的有所差别,有的为单一剂量,有的为阶梯递增剂量。根据统计发现,大多数的剂量在2W/Kg以下,这是符合目前移动通信电磁辐射限值的。由于3G的发展时间比较短,所以没有发现使用WCDMA和cdma2000、TD-SCDMA信号作为辐射源的。2.3辐射时间和周期多数采用每天照射几十分钟到几个小时,周期为几个星期或者几个月甚至更长(最长的周期报道为两年)。2.4肺癌和细胞水平分析方法包括机体水平、细胞水平和分子水平。机体水平的研究大多数首先把实验动物进行一定时间的辐射后,检查发生癌症(主要是脑部肿瘤和皮肤癌等)的机会是否增加了。还有一些研究动物的繁殖能力以及血压、心跳速率的实验。另外还有研究经过电磁辐射后,人的认识功能和记忆功能。细胞水平的研究主要是研究细胞的分裂周期的变化等。分子水平研究主要集中在对DNA突变以及基因表达方面。2.5关于who研究的结果目前,基于检索到的资料,绝大多数的实验没有发现移动通信电磁辐射对实验动物或者实验材料有确定性的、一致性的负面影响。3“环境电磁学”开始形成在我国,自20世纪50年代以来即开始生物电磁效应方面的研究,不仅取得了丰硕的成果,而且能将已有的研究成果转化为实际应用,为保障人民群众的健康提供强力支持,有影响的事件包括:(1)在1979年颁布“中华人民共和国环境保护法(试行)”中,明文规定了必须对环境电磁辐射切实加强防治和管理。在这部保护法的推动下以及在众多电磁辐射科技工作者努力下,使得“环境电磁学”开始形成,主要表现在环境电磁监测、研究、管理上。(2)国家环境保护总局于1996年2月成立了“国家环境保护总局电磁辐射环境影响审评专家委员会”,对推动我国环境电磁学与生物电磁学的发展起着重要作用。另外,几个相关部门立足各自的研究,发布了一些电磁辐射防护方面的国家标准,包括:GB21288《移动电话电磁辐射局部暴露限值》;YD/T1644系列《手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射———人体模型、仪器和规程》;GB8702《电磁辐射防护规定》;GB9715《环境电磁波卫生标准》;GB12638《微波和超短波通信设备辐射安全要求》;GB10436《作业场所微波辐射卫生标准》;GB10437《作业场所超高频辐射卫生标准》;GB16203《作业场所给你工频电场卫生标准》;目前对移动终端,使用的GB21288和YD/T1644系列等标准。除了这些标准外,中国通信标准化协会正在制定或即将发布一批关于无线通信设备电磁辐射的标准。4td-scda信号试验2011年,工业和信息化部电信研究院泰尔实验室、中国人民解放军军事医学科学院、中国人民解放军总医院(301医院)及其第一附属医院(304医院)开始联合研究通信电磁辐射对正常细胞和肿瘤细胞的影响,并得出了初步结论。联合试验的目的是调查电磁照射是否会改变神经胶质细胞的特性,以及是否会促进肿瘤细胞的生长。试验中,照射使用的电磁场是TD-SCDMA信号,其频率是1950MHz(BandA和BandF的中值),功率是24dBm(典型的TD-SCDMA手机标称的最大发射功率)。选取TD-SCDMA信号是考虑到目前国际上大部分相关文献是基于2GGSM或CDMA系统,在900MHz和1800MHz频率进行的这类试验,很少使用3G系统(WCDMA、cdma2000、TD-SCD-MA)信号,而TD-SCDMA系统为中国所特有,只能靠国人自己去探索其影响;并且在具体参数的选择上,我们结合我国的实际情况(现网要求),设置了典型的TD-SCDMA信号进行试验。试验利用信号源、功率计、标准天线等,实现对电磁照射剂量的精确控制;照射到细胞的SAR值为5.36W/kg。被照射的细胞是大鼠原代星形胶质细胞和C6神经胶质细胞。每种细胞分为三组,照射时间分别为12小时、24小时和48小时。照射之